应用地球学_3土壤化探.ppt

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1、第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,前 言一、原生环境 次生环境二、次生异常是勘查地球化学研究的主体,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,概念以土壤为采样对象的地球化学勘查 与土壤学中对土壤概念给以严格的定义不同，这里的土壤是指一切地表疏松细粒覆盖物，如残积物、坡积物、塌积物、冰积物、风积物、湖积物及有机成因的覆盖物等。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,概 念 土壤地球化学异常是指环绕在矿体或异常源周围赋存于地表疏松覆中的次生异常。该方法是系统地测量和研究土壤中的微迹元素含量或其它地球特征，以发现与矿化有关的各类次生异常，并进而寻找矿床 (体）。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学

2、,第一节 土壤地球化学异常的形成,环绕在矿体或原生异常源周围的次生异常，前苏联学者又称其为次生晕。土壤中次生异常的形成过程要经历了一个漫长而又复杂的过程，它包括风化、成壤、侵蚀、搬运与沉积的过程。这些过程总起来构成了次生地球化学旋回。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 各类岩石出露于地表时，由于太阳能、大气降水、地下水、冰、大气中的氧和二氧化碳以及微生物、植物等相互而发生风化作用。风化作用发生的环境特点：温度与压力低、水充足且游离氧与二氧化碳的浓度高。因此，在深成环境内形成的稳定矿物，到了次生环境就会变得不稳定。,第二章土壤地球化学测

3、量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 风化作用主要类型:物理风化、化学风化及生物风化。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 1、物理风化作用:风化作用的初级阶段。（1）物理风化的营力重力、温差、冻结与冻溶、盐类的结晶、植物的生长。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 1、物理风化作用:（2）物理风化控制因素 物理风化的强度明显受绝对高程、相对高程及温度控制。 在高寒山区和极地地区，物理风化占绝对优势。我国高寒山区面积达100万平方公里以上，在这

4、些地区，广泛分布石流坡、石海、倒石堆等物理风化产物。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、化学风化作用:化学风化主要化学反应： 水解水合反应、氧化还原反应及离子交换反应。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、化学风化作用:化学风化主要化学反应： （1）水解水合反应 水解水合反应的实质是水分子会水的电离物进入矿物晶格分别取代其中的阳离子和阴离子，从而使矿物解体，形成新的含水矿物。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用

5、2、化学风化作用:化学风化主要化学反应： （2）氧化还原反应氧化还原的实质是电子的接受。化学反应中包含有价态的变化，对于失去电子的元素来说，它受到氧化；对于获得电子的元素来说，它受到了还原。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、化学风化作用:化学风化主要化学反应： （3）离子交换反应 主要指粘土矿物及胶体物质的吸附与交换离子的反应。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、化学风化作用: 尽管在硅酸盐和碳酸盐的风化过程中水解作用是最重要的，但起主导作用的是氧化作用。因为铁帽、

6、铁与锰的氧化物以及硫化矿床的次生分散晕，正是在氧化作用的过程中生成的。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、生物风化作用:由生物作用引起的物理风化及化学风化作用。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、生物风化作用: 植物根系沿岩石裂隙节理生长可以扩大其裂缝以加速物理风化作用。生物活动可以混拌及选分大量的地表物质，结果使团粒粉碎，透过率增加，便于空气与水进人，在植物根系尖端发生极端的酸性反应可进一步分解岩石。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的

7、形成,一、岩石的表生风化作用 2、生物风化作用: 地表微生物如细菌与真菌在许多复杂的有机氧化反应中可使植物残骸逐渐解体形成可溶性的腐殖化合物。生物作用导致地表环境的改变，加速化学反应，间接影响化学风化作用。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,一、岩石的表生风化作用 2、生物风化作用: 生物活动虽然主要局限于土壤中，但是通过溶解与胶体分散，其分解产物如CO2与水，对于深处风化带内的化学反应起相当程度的作用。因为它们的存在可以使氧化作用一直伸展到地下水位以下很深的地方。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤的性质 岩石与

8、矿物在表生风化作用下不断受到破坏与改造，其结果最终导致土壤的形成。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤的性质 1、土壤的主要组分: （1）原生矿物： 基岩经机械风化作用形成的粗粒部分，包括岩块、岩屑及原岩矿物; （2）次生矿物 表生风化作用形成细粒的风化产物，包括粘土矿物、胶体倍半氧化物及盐类矿物。重点介绍次生矿物。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤的性质 1、土壤的主要组分: A、次生矿物粘土矿物 由原生造岩硅酸盐矿物风化而成，主要是Al、Fe及Mg的含水硅酸盐。它们具有相对稳定的结晶构造。常见的粘土矿

9、物有高岭石、蒙脱石、蛭石、绿泥石、埃洛石等，它们都属于层状构造矿物。粘土矿物靠晶体边缘或层间电荷吸附阳离子。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤的性质 1、土壤的主要组分:B、次生矿物胶体和铁锰氧化物 胶体和铁锰氧化物主要为Al、Fe、Mn等元素的氧化物，它们在地表通常不能在水溶液中大量存在，而呈结核、岩石表面被膜、粘土中的锈斑等形式广泛出现。按矿物成分主要有赤铁矿、八针铁矿、褐铁矿、一水铝石、三水铝石、软锰矿、硬锰矿等。他们对其它微量元素有强烈的吸附及沉淀作用。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤的性质

10、1、土壤的主要组分:C、次生矿物盐类矿物 残、坡积层中的盐类组分其物质来源： 1、岩石和矿体中的易溶组分经表生地球化学作用残留下来； 2、由地下水与地表水冲刷。 其中，难溶盐在残、坡积层中能形成表生矿物；易溶盐在温暖潮湿地区，一般在土壤溶液中呈游离状态存在，但在干旱缺水的地区，能以晶质状态存在于残、坡积中。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤的结构 2、土壤的结构:,A1,A2,B,C,生物活动最大的层位淋滤最大的层位,淋积层位（物质从淋滤水中借分解或沉淀而聚集）,由风化的母质构成,深色层位富含有机质，与矿物共存,浅色层位 具最大淋滤在某些土壤中很明

11、显，在另一些土壤中不发育或缺失，一般结构松散,褐至桔褐色层位粘土矿物或铁及有机质聚集致密成块结构,不同景观表现不同,土层,理想土壤剖面,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤中微量元素存在形式 1、 原生矿物及其中的原生混入物(包括类质同象、机械混人物、气液包裹体)。 物理风化的产物，形成碎屑异常的元素主要以这种形式存在。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤中微量元素存在形式 2、 次生矿物及其中的次生混入物 微量元素在土壤中重要存在形式。除了各种枯土矿物外，对金属来说主要是碳酸盐、硫酸盐、砷酸盐、磷及各种氧化

12、物与氢氧化物。此外，还可能有少量次生硅酸盐和次生石英。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤中微量元素存在形式 3、 被吸附的离子及分子 这一形式可能是土壤中大多数不能形成独立矿物的微量元主要存在形式。存在于土壤中的大量粘土矿物及胶体是吸附与离子交换形式存在的基础。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,二、土壤中微量元素存在形式 4、 有机分子状态存在 土壤中腐植质对金属离子具有强的络合或螯合作用，在富含腐植质的森林土壤中可成为金属元素的重要存在形式。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形

13、成,二、土壤中微量元素存在形式 5、 自由离子或自由分子状态 存在于土壤水份中的溶解物及土壤孔隙中的气体分子。这部分物质与土壤固体颗粒的联系最弱，因而其活动性最大。如土壤气汞、水可提取部分金属离子等,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 1、 碎屑异常的形成 同生碎屑异常可以看成是单纯物理风化的产物，在前苏联文献中称为机械分散晕。在重力及其他各种机械力的作用下，固体颗粒在地表有三种可能的运动方式：崩塌、潜动及碎屑扩散。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 1、 碎屑异常的形成

14、崩塌是岩石碎块在山坡上的突发运动，虽然它不能经常发生，但由于地质时期中多次事件的积累，可以形成大片倒石堆，使悬岩后退，峡谷形成。灾变性的滑坡与泥石流也可以归入这一类。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 1、 碎屑异常的形成 潜动是地表的松散堆积物在安息角以下，受重力作用向下坡作难以观察的缓慢运动，它包括土流及蠕动两种作用 (波利卡尔波奇金，1976)。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 1、 碎屑异常的形成 碎屑扩散是松散物中各个颗粒受到各种偶然作用，如温度变化，湿胀与干

15、缩，冻结与溶化，土居动物的搬运等，使各个颗粒在原来位置附近作微小的随机运动，从而导致颗粒间的位置变换。 如在地质时期中观察其积累效果，可以与分子的不规则运动相比拟。这种作用不受重力场的直接制约，某些质点甚至可以逆重力而上。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（1）元素转入溶液的形式 A、溶解 可呈简单离子、氢与氧的络合离子，如Na+、Zn+、HCO3-、MnO42-等。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（1）元素转入溶液的形式 B

16、、氧化作用 由于表生作用中含游离氧、二氧化碳和水，可使脱节的许多矿物特别是金属硫化物发生氧化。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（1）元素转入溶液的形式 C、形成络合物 在各种有机或无机络合剂存在的情况下，许多元素以络合物而转入溶液。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素在溶液中迁移形式 A、扩散 在浓度差的作用下，高浓度向低浓度扩散， 直至平衡。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、

17、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素在溶液中迁移形式 B、流动 由大气降水或地下水、地表水的流动所造成的。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素在溶液中迁移形式 C、毛细作用虹吸作用 由于毛细上升高度与毛细管的直径成反比，与溶液浓度成正比，所以从理论上来讲，细粒土壤毛细上升的高度较高。 由毛细作用输送到地表的金属，由于水分的蒸发而沉淀。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素沉淀 A、地球化学条件改变地

18、球化学障 在水溶液中迁移的元素，一部分可以随着溶液的迁移从周围介质中吸取新的物质而不断升高，直到饱和变成稳定为止;另一部分则随地表水或地下水从一种环境进入另一种条件极为不同的新环境时，水中的某些元素因环境的变化而发生沉淀。这种转变在空间上表现为一个狭窄的地带，苏联的AN彼列尔曼把它称为地球化学障。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素沉淀 A、地球化学条件改变地球化学障 在地球化学障上，化学元素溶液中的迁移受阻，对于溶液中的元素来说地球化学障就是沉淀障。根据引起沉淀的原因将地球化学障分为氧化障、还原障、酸

19、性障、碱性障、水解障、吸附障及蒸发障等。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素沉淀 A、地球化学条件改变地球化学障 不同元素在不同障上沉淀析出而引起表生地球化学分异。例如，铁在氧化障析出，铀在还原障上析出。化合物的水解作用与溶液的pH值有关。在pH值变化处，即两种不同pH值的水汇合处，产生水解障。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素沉淀 B、其他作用 胶体的凝聚、胶体的吸附、络合物分解及植物的解体等等都会引起元素从

20、溶液中沉淀。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第一节 土壤地球化学异常的形成,三、土壤中元素异常的形成 2、 水成异常的形成（2）元素沉淀 B、地球化学条件改变地球化学障 不同元素在不同障上沉淀析出而引起表生地球化学分异。例如，铁在氧化障析出，铀在还原障上析出。化合物的水解作用与溶液的pH值有关。在pH值变化处，即两种不同pH值的水汇合处，产生水解障。由毛细作用输送到地表的金属，由于水分的蒸发而沉淀。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,一、残积物中同生碎屑异常 （一） 单个浓度分界面,C0,C1,X,H,Z,Cx,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,

21、第二节 土壤地球化学异常的模式,一、残积物中同生碎屑异常 （二） 厚矿脉的残积异常,C1,H,C0,C0,C1,C0,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,一、残积物中同生碎屑异常 （三） 垂直薄矿体的残积异常,H,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,一、残积物中同生碎屑异常 （三） 垂直薄矿体的残积异常,地面,风化壳,基岩,基岩面,残积异常理想剖面,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,一、残积物中同生碎屑异常 （四） 矿脉组异常,H,d,D2KHK=L/h,L,h,第二章土壤地球化学测量,勘查

22、地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,一、残积物中同生碎屑异常 （四） 矿脉组异常,H,d,D=2KHK=L/h,L,h,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,二、坡积物中同生碎屑异常,地面,基岩面,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,二、残积物中同生碎屑异常,地面,基岩面,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,三、后生异常 形成异常的物质通常已经在活动相 (水溶液、气体、植物体及大气搬运的质点）中迁移了或远或近的距离，而在异常地点沉积下来。 C总C同C后 由于后生异常与异常源的关系更疏远，因

23、此，解释比较困难。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,三、后生异常 （一）上移水成异常 水溶液中的元素，通过毛细管上升及植物根系吸收而向上运动，在地表土壤或其他覆盖物中形成地球化学异常。异常与下伏异常源空间位置对应。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,三、后生异常 （二）侧移水成异常 金属元素被地下水溶解并随着迁移很远的距离，在某种沉淀障上析出，形成侧移的水成异常。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第二节 土壤地球化学异常的模式,三、后生异常 （二）侧移水成异常,矿化土壤,渗出带,ppm,第二章土壤地球化学测量,勘查

24、地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （一）实验剖面 试验剖面应布置在主要的、有代表性的矿床和覆盖物地段，剖面线尽量与目标体垂直。每条剖面的两端必须各有3一5个点落在背景地段上。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （一）采样层位实验 确定采样最佳层位 (深度)，首先应区分疏松覆盖物性质 (原地风化或外来的)，利用已知矿体或矿化地段的探槽或浅井，进行槽 (井)壁取样试验。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （一）采样层位实验 (1)当疏松覆盖层为原地风化形成的残坡积物时，其土壤剖面大多

25、数由A层 (腐殖层)、B层(淋积层)、C层(母质层)三个层位组成。元素在土壤剖面上的含量变化是受气候、地理条件和表生地球化学作用的控制。一般地说，元素在土壤剖面中的分布情况有如下情况:,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （二）采样层位实验 (1） 元素在各层位中的含量大致相近，即CaCbCc。这种情况一般出现在干旱荒漠地区或是山坡上。这是由于坡积物不断更新、成土作用不能深人进行、化学与生物化学作用极为微弱所致。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （二）采样层位实验 (2）元素含量随深度增加而增高，即

26、CACbCbCc。这是由于残余富集作用或生物积聚作用的结果。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （二）采样层位实验 (4）元素的最高含量出现在淋积层位上，而淋积层位受当地的潜水面水平所控制。这种情况较少见。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （二）采样层位实验 2、当疏松覆盖层为外来物 (如洪积物、冰积物、风积物、耕地或其它外来搬运物等)，通常应穿过这些覆盖物，在原地的残坡积层中取样，只有经过试验，确认采集外来覆盖物可取得同样地质效果，方可在外来覆盖物的合理采样层位。,第二章土壤地球化学测量,勘查地

27、球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,一、实验工作 （二）采样粒级实验 用一套20目至160目的样筛由上而上依次叠放，直接将干燥样品放大最上一层样筛内过筛分析。 根据所研究样品的分析结果，指示元素含量高、异常清晰的粒级区间即是该元素的富集粒级，并根据粒级重量分布，选择最佳采样粒级。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,二、样品采集 1、特殊地貌区应根据不同自然地理条件和实验景观选用不同的采样方法。 2、同一个地区的工作应尽量作到采样层位、土壤性质一致。 3、应采用多点组合法采样，以增加样品的代表性。 4、样品重量应根据土壤粒级而定，尽量做到样品风干过筛后（一般60目）重量150g。,第二章土壤地球化学测量,勘查地球化学,第三节 土壤地球化学测量方法,三、采样记录 采样编录必须统一要求，逐点认真作好编录。内容包括:工区名称、编号 (图幅号），点线号 (横、纵坐标）、样品号、取样层位、覆盖层特征、矿化、地质、地貌简况等。,