土壤地球化學(xué)找礦課件

第三章土壤地球化學(xué)找礦土壤地球化學(xué)找礦是在系統(tǒng)地測量土壤中元素的分布的基礎(chǔ)上，研究其分散、集中的規(guī)律與其與礦床表生破壞的聯(lián)系，通過發(fā)現(xiàn)異常，解釋評價異常來進行找礦。由于礦體及其原生暈的表生破壞，在礦體上方覆蓋土壤形成的，以成礦有關(guān)的元素的含量增高為主要特征的地球化學(xué)異常地段，稱之為礦床次生分散暈（簡稱次生暈）。土壤地球化學(xué)找礦就是發(fā)現(xiàn)土壤地球化學(xué)異常地段，區(qū)分出與礦床有關(guān)的次生暈。一.土壤組成

土壤一般是指覆蓋在基巖表面，生長在植物的疏松層，在化探中把基巖表面覆蓋的細粒疏松物質(zhì)通稱為土壤。

土壤：陸地表面由礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水分（溶液）、空氣和生物所組成，具有肥力，能夠生長植物（包括作物）的疏松表層。土壤是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要造成部分。

土壤主要由礦物質(zhì)、有機質(zhì)、土壤溶液和土壤空氣組成。有機質(zhì)腐殖質(zhì)非腐殖質(zhì)土壤有機質(zhì)的主要成分，占有機質(zhì)總量的85％-90%；腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子量高，呈黑褐色膠體狀。土壤中很少有游歷狀態(tài)的腐殖質(zhì)，大多是礦物質(zhì)膠體結(jié)合形成的有機無機復(fù)合膠體。主要有：富咖酸、胡敏酸、腐殖酸等組成。碳水化合物、含氫的無機化合物、亞麻酸、無機酸等化合物土壤溶液：土壤水分及其所含溶質(zhì)的總稱，與土壤空氣共存于土壤顆粒之間的空隙中，是土壤中最活躍的組成部分。土壤溶液重力水（受重力支配，是進一步向土壤剖面深層運動的水）。吸附水（束縛水），受土壤吸附力作用所保持可分為吸濕水、膜狀水和毛管水。土壤溶質(zhì)，土壤溶液中含有各種無機物、有機物及膠體物質(zhì)。吸濕水，土壤表面分子吸附水汽和液態(tài)水膜狀水，被吸附在吸濕水的外層的液態(tài)水，定向排列為水膜。毛管水，受毛管作用所保持的水。土壤水分吸附水土壤空氣：是土壤的重要組成部分，也是土壤肥力的因素之一。由大氣進入土壤中的氣體和土壤內(nèi)生物化學(xué)過程中產(chǎn)生的氣體作用所組成。土壤空氣的理解從以下兩個方面。1、土壤空氣不同于大氣，其組成特點有三：（1）土壤空氣是不連續(xù)的，而是存在于被土壤隔開的空隙當中，因此土壤不同部位的空氣組成不完全一樣，局部土穴中，氣體反映會明顯改變土壤空氣的組成。（2）土壤空氣中氧的含量低于大氣，CO2的含量則比大氣中含量高十倍至幾十倍，且表現(xiàn)有明顯的季節(jié)性和依賴于土壤空氣中的有機質(zhì)含量與土壤的空隙度。（3）土壤空氣中水汽的含量高于大氣，經(jīng)常為水汽所飽，在通氣不良的情況下，還會出現(xiàn)少量不利于作物生長的還原性氣體，如H2S、H2等。2.土壤空氣的組成和數(shù)量不是均勻分布的。（1）土壤中空氣常因土壤特性、氣候條件、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等不同而變化。（2）降雨對土壤的CO2的含量有明顯的影響。（3）CO2含量通常隨土層深度而增加。因土壤表層比較松散、土壤空氣容易與大氣交換而進入較多的新鮮氧氣，使土壤空氣得到更新并接近大氣成分，較下層土壤由于根系及微生物的呼吸和有機質(zhì)的分解等，消耗大量的氧氣，放出的CO2不能及時更新，氣體交換困難，CO2含量增高，土壤空氣濁化，不利植物生長。在土壤學(xué)中，把土壤的垂直剖面根據(jù)顏色、成分、結(jié)構(gòu)及土壤的熟化程度劃分為A、B、C、D等層位。最上面的一層叫做A層（淋溶層），也叫腐殖層，生物作用最活躍的部分，可以細分為A00、A0、A1、A2和A3。

A00層，是由未分解的枯枝落葉鋪墊而成。

A0層，是部分分解的有機殘體，主要成分為腐殖質(zhì)，基本上反映了生長在其上的植物成分。二、土壤剖面A1亞層，為富含有機質(zhì)的砂、粉砂和粘土組成，含有一定的無機物。一般呈棕黑色，又稱暗色層。

A2亞層，在A1層下部有時可以見到一層褪色層（顏色淺），一般不超過30cm，稱為A2亞層。這是由從上面淋濾下來的酸性溶液與A1層作用，使其中的有機物分解，微跡元素淋溶造成的。該層的主要成分為砂、粉砂和粘土。在這一層，即使下面有礦也不會有異常。所以取樣時一定要避開。

A3亞層，有時在A2亞層的下部還可以見到一個A3亞層，其成分與A1亞層類似，只是粒度略粗些。三、土壤中元素的分配1．土壤中常量元素的分配不同母質(zhì)土壤剖面中，常量元素的分布有一個共同特點，即越向土壤的上層，主要元素含量的差異越來越小，與母巖原始含量關(guān)系不密切。也就是說，由于土壤成分主要為粘土礦物，所以，不能根據(jù)土壤中主要元素成分來反映下伏基巖的巖石成分。2．土壤中微量元素的分配微量元素在土壤中的豐度主要取決于形成土壤的原巖（與基巖趨于一致），如超基性巖風(fēng)化形成的土壤中相對富集Ni、Cr、Co、Cu；而花崗巖風(fēng)化后形成的土壤則相對富集W、Sn、Be、Mo、Pb、Li、Th、Te等。土壤中微量元素在不同的土壤層中的分配是不同的，歸納起來，主要有下列五種情況：①元素含量從上到下在分析誤差范圍內(nèi)變化，因此在圖上近似為一條直線（圖7-8中a）。這是在干旱寒冷地區(qū)的山坡上，因生物和化學(xué)風(fēng)化很弱，物理風(fēng)化占有絕對優(yōu)勢，坡積物不斷被剝蝕作用所更新而造成的情形。如荒漠土壤和苔原土壤常有這種情況。圖7-8元素在土壤層位中的分配②越往下，含量越高（圖7-8中b）。這代表強烈淋濾和淋失的情況。在熱帶、亞熱帶潮濕氣候條件下，Cu、Zn、Mo、U、Ni等元素在非碳酸鹽母巖上的土壤中常具有這種分布。這時，取樣深度對發(fā)現(xiàn)異常有決定性的意義。圖7-8元素在土壤層位中的分配④在淀積層（B）中聚積（圖7-8中d），常可見到白色的粘土層、結(jié)核或鈣質(zhì)層，紅色或褐色的鐵錳層等。一些Cu、Ni、Zn、Co常富集在這些層位里面。它的成因可能是粘土、鐵錳氫氧化物或有機質(zhì)的吸附，也可能是由于Eh、PH的變化造成的富集層位。⑤復(fù)雜情況：表示有幾種作用同時存在。此外，原始母巖中各種元素含量分布的不均勻性可以保存在它所形成的殘積土壤內(nèi)，造成土壤剖面的一些不規(guī)則分布。3．微量元素與土壤粒度的關(guān)系微量元素在土壤中有一定的富集粒度?？癸L(fēng)化能力強的礦物，如鉻鐵礦、錫石、黑鎢礦等在土壤中以原生礦物顆粒出現(xiàn)，因此，Cr、Sn、W、Nb、Ta等元素常富集在較粗粒級的土壤中?？癸L(fēng)化能力較弱的礦物，如黃銅礦、閃鋅礦等在土壤中很容易被分解，Cu、Zn、Ni、Co等元素則以被粘土所吸附的形式存在于細粒級土壤中。四、土壤地球化學(xué)異常（一）元素的遷移方式

土壤中元素遷移成暈的方式主要有機械遷移、水成遷移、生物遷移和自然電場遷移等:1.機械遷移元素呈固相(包括原生礦物或難溶的次生礦物的碎屑)進行遷移。礦石碎屑由礦體位置向外遷移，礦體附近圍巖的碎屑向原礦體位置遷移。于是使得礦體上覆土壤中由于有礦體或原生暈碎屑的存在，使某些元素的含量顯著高于正常巖石所形成的土壤中的含量而形成次生分散暈。通過這種方式形成的暈叫做機械分散暈圖7-11冰川活動造成的次生暈圖7-12沖擊錐及山麓沖積物中的次生暈2.水成遷移元素在水溶液中呈分子、離子、絡(luò)離子或膠體等形式進行遷移。（1）上移水遷移土壤中的水分可以通過毛細管向上遷移，溶解在土壤溶液（水）中的元素便一起帶到近地表的土壤中，當水分蒸發(fā)后，這些元素便沉淀下來。這種毛細作用上升的高度與毛細管的直徑成反比，與溶液濃度成正比。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，土壤由細砂、中砂、砂組成時，毛細作用上升的高度一般不足一米；當土壤為粘土構(gòu)成時，毛細上升的高度可達5－12m。（2）側(cè)移水遷移

一些金屬元素如V、Mo、Cr等可形成可溶性絡(luò)離子，F(xiàn)e、Al、Ti、U、V等可與腐殖質(zhì)形成可溶性有機絡(luò)合物；此外，Zr4＋、Ti4＋、Th4＋、Ce4＋、Al3＋、Fe3＋的氫氧化物，As、Sb、Cd、Cu、Pb的硫化物等以膠體形式存在于水中。由地下水將有關(guān)金屬元素帶到較低洼處再沉淀下來，也可以配合毛細作用沉淀下來。由水成遷移形成的異常不能判斷礦體的確切位置，但它能反映整個地下水源區(qū)的礦化情況（圖7-13）。3.生物遷移

植物通過根系能從土壤中，特別是從礦體附近的土壤中吸收一些微量元素，如Cu、Co、Ni、Pb、Zn、As、Sn、Be、Mo、Fe、Ag、Au、Mn、V、U等而進入植物的各個器管中，當植物的枝、葉落到地面或植物死后，可使一些元素聚積在A0層中。植物腐爛以后，這些元素可轉(zhuǎn)入地表水或地下水中，有的又為植物吸收。隨地下水下滲到土壤B層中為Fe、Mn氫氧化物或粘土吸附，從而土壤中某些元素聚集成暈（圖7-14）。圖7-14生物遷移成暈示意圖次生暈的形態(tài)和規(guī)模與地形、取樣深度和樣品粒度有關(guān)。1、地形較平緩時，暈在剖面上的形態(tài)為上面大下面?。ㄉ蠈捪抡┑睦葼睿▓D7-17）。其規(guī)模比礦體及原生暈要大。2、當?shù)匦蝺A斜時，由于重力作用和水的沖刷而向下坡方向拉長，呈舌狀（圖7-18）。上坡方向次生暈的邊緣有時可作為礦體位置的依據(jù)。（二）次生異常的特征圖7-17土壤剖面上次生暈形態(tài)圖7-18地形傾斜時次生暈的形態(tài)3、次生暈的規(guī)模隨取樣深度加大而減少，其強度一般隨取樣深度增大而增大。4、次生暈形態(tài)與取樣粒度也有關(guān)系，如W富集于較粗粒土壤中，因而粒度粗的樣品所得的暈，其規(guī)模比細粒樣品所得暈要大。圖7-17土壤剖面上次生暈形態(tài)圖7-18地形傾斜時次生暈的形態(tài)次生暈形成和產(chǎn)出的控制因素有：1、原生礦物的性質(zhì)主要是原生礦物抵抗風(fēng)化能力的強弱，其抗風(fēng)化能力的順序為氧化物>硅酸鹽>碳酸鹽和硫化物。如錫石、黑鎢礦富集在較粗的顆粒中。又如Cu、Ni、Co的硫化物，多以水成遷移為主，它們多富集在土壤的較細的粒級中。

（三）控制因素2．礦體規(guī)模的大小、品位的高低它們影響次生暈的規(guī)模和含量。礦體規(guī)模大，品位高一般形成暈的規(guī)模和強度也較大。3．介質(zhì)的物理化學(xué)條件主要是指介質(zhì)的成分，pH值Eh值。它們控制元素在水中溶解和沉淀。大多數(shù)金屬元素的離子在酸性溶液中溶解遷移，當pH值增高時，金屬配離子便水解沉淀。介質(zhì)的Eh值影響離子的價態(tài)，而不同價態(tài)的離子的溶解度不同，特別是對變價元素的影響更顯著。4．膠體礦體在風(fēng)化過程中，一些難溶的元素可以以膠體形式進行遷移，當膠體發(fā)生聚沉?xí)r，這些元素便在土壤中形成次生暈。膠體包括Fe、Mn氫氧化物、腐殖質(zhì)、粘土等，它們均為負膠體，其周圍常吸附大量金屬離子，并且還可與土壤溶液交換所吸附的離子。

5．生物主要是生物的化學(xué)風(fēng)化，它可以在地表發(fā)生生物富集（A1層）；有機酸使A2層淋失，B層淀積。A0層生物殘體。另外，植物（樹）的根系可達十米以上，可將深部元素轉(zhuǎn)移上來。6.氣候和地形氣候主要是指雨量和氣溫，其中降雨量是主要的。因為降雨量影響植被的發(fā)育，化學(xué)風(fēng)化及生物風(fēng)化的進行等。如干旱地區(qū)雨量少，植被不發(fā)育，物理風(fēng)化為主，元素主要以機械遷移。土壤多為荒漠土壤，土壤常呈堿性。半干旱地區(qū)雨水較少，土壤及水PH值較高，不利于元素遷移。7．地球化學(xué)障元素在表生帶遷移除了以上所講的受控因素和元素本身性質(zhì)外，還要受到地球化學(xué)環(huán)境對元素遷移的影響。彼利爾曼在研究地球化學(xué)環(huán)境對元素表生遷移的影響時，提出了地球化學(xué)障的概念。地球化學(xué)障：是地球化學(xué)環(huán)境發(fā)生驟然改變，而使元素活動性急劇降低，并在其中濃集的地段。元素在表生帶的地球化學(xué)障主要有氧化障、還原障、硫化氫障、酸性障、吸附障、生物障、蒸發(fā)障等。例如，地下水滲出處具有氧化障特征，隨地下水遷移的Fe2+、Mn2+在這里被氧化成Fe3+和Mn4+，并呈氫氧化物沉淀下來。Fe、Mn氫氧化物為膠體，它們同滲出區(qū)土壤中的粘土一起又構(gòu)成了吸附障，于是地下水中的金屬離子被吸附而聚積。場址U、Sr、Cs地球化學(xué)工程屏障的概念設(shè)計淺埋處置庫頂蓋結(jié)構(gòu)五土壤地球化學(xué)異常工作方法及技術(shù)土壤地球化學(xué)勘查的工作方法包括資料調(diào)研、實地踏勘、方案設(shè)計、野外采樣、樣品分析、資料處理、成果解釋及異常檢查八個步驟。

第一步，資料調(diào)研。工作之前應(yīng)根據(jù)勘查目標和任務(wù)認真作好資料調(diào)研工作。要收集勘查區(qū)的地理地形、地貌、地質(zhì)背景、水文資料、土壤資料、地球物理、地球化學(xué)等方面的資料并消化。第二步，實地踏勘。在資料調(diào)研的基礎(chǔ)上，到勘查目標要求的現(xiàn)場踏勘。踏勘的目標在于將資料調(diào)研階段獲得的初步認識變成感性認識。踏勘中還要做土壤剖面測量、土壤取樣方法和取樣方式的實驗研究。第三步，方案設(shè)計。這一步驟非常重要，牽涉到整個土壤勘查地球化學(xué)工作的成功與否。方案設(shè)計內(nèi)容主要有：采樣測網(wǎng)的布置、采樣方法、樣品加工方法、樣品分析方案、資料處理及成果解釋方法、異常檢查的安排等等。方案設(shè)計要按國家對地球化學(xué)勘查的有關(guān)規(guī)范要