应用地球学_8地气.ppt

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1、勘查地球化学,第六章地气测量方法,定义及机理气体和地气测量法研究历史和现状工作方法简介,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节定义与机理,什么是地气即地气的定义什么是地气异常异常和地气法 地气法的特点,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节定义与机理,什么是地气？ 地气是指由下地壳和上地幔的脱气作用产生的气体在各种地质营力如温度差、压力差、浓度差等作用下，不断由地球深部向地表迁移所形成的气体流 (又称地气流)。其组成主要为N2、O2、CH4、Ar、CO2、Hg、He、H2等气体,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节定义与机理,对地气和地气流的组成，80年代瑞典科学家进行了大量研究。他们通过观

2、测不同矿床钻孔中地气流及其组成，发现：1、钻孔深部存在地气流，其组成主要为N2(80%左右)、O2(10%左右)、CH4变化相对较大(115%)、Ar及其他气体约占1%；2、不同矿床、不同钻孔中均存在地气流且组成非常接近，说明地气流的存在是普遍现象；,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节定义与机理,3、不同时间观测，气体组成相近，说明随时间变化较小，比较稳定。 搞清地气概念需理解两点：(1)地气的来源；(2)地气的运移机制。,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,1、地气异常的形成在地气流由地球深部向地表迁移过程中，当穿过矿体或矿带时，载入

3、矿体或矿带周围的纳米级金属微粒(粒径一般在10-710-10米之间)，在覆盖层和近地表的大气中形成金属元素异常。这些金属微粒异常可以反映地下隐伏矿体的存在，它们不是地表岩石和土壤的反映，而是深部信息的反映。地气异常形成过程中，地气仅作为一种载体。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,2、什么是地气法地气法是指通过各种化探技术方法捕集、分析测试覆盖层中由地气流带来的纳米金属微粒，并用来寻找隐伏矿的一种化探方法。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,形成地气异常条件：（1）地气流，载体；（2）与矿床有关的纳米级金属微粒。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义

4、与机理,形成地气异常条件：1、地气流，载体；2、与矿床有关的纳米级金属微粒。 地气流的存在和特性前面已经简单介绍，但要理解纳米金属微粒的为什么会随地气流迁移还需了解纳米金属微粒的特性。因为，从常识上讲，固态的金属微粒作长距离迁移是很难让人理解的。因此，有必要首先了解什么是纳米科学和纳米物质的特性：,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,纳米科学： 纳米科学诞生于90年代,是研究粒度为0.1100nm(1nm=10-9m)物质的分子和原子现象及其性质,目前已成为材料科学、物理学和化学等学科的前沿热点。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,从分形科学上讲,物质世界的是

5、连续分布的(无穷大无穷小). 可是过去由于手段所限，人类对物质的认识仅限于宏观(Macroscopy)和(microscopy)微观两个层次,对处在宏观和微观物质中间的过渡区域内(纳米科学称之为介观-Mesoscopy)的物质尚未认识,纳米科学的诞生使人类对物质世界的认识趋于完善。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,纳米物质的物理化学特性： 当某种物质细达纳米级时, 该物质的物理化学特性便发生显著的变化, 与同种物质的块状体相比, 这些变化通常表现在燃点、溶点和沸点的降低, 金属物质的颜色通常变黑, 溶解度增高, 表面活性增强, 迁移活动能力增大, 化学反应加快。由于纳米颗粒

6、具有非常大的比表面积，非常强的吸附能力和极高的扩散速度，导致纳米固态物质具有长距离迁移能力。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,纳米物质在水中迁移：按斯托克沉降公式, 40nm粒径、比重为2.7的物质, 在静止水中沉降速率为1cm/3个月。过去人们认为, 水中物质除颗粒（大于450nm）外主要以溶解形式迁移。因此，对那些溶解度极小、化学惰性大的元素在水或矿床中的异常行为常常困惑不解, 而从纳米物质性质来看, 这种现象很容易得到解释。由于纳米物质能以固态形式迁移, 例如纳米固态ZnS在水中含量是溶解于水的ZnS含量的五亿倍, 所以纳米固态物质迁移可能是比溶解形式（离子）迁移更为

7、广泛的迁移形式（姜泽春, 1995）。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,纳米物质随气体迁移：纳米物质由上升的热气流带到地球上空随大气环流迁移到远方, 如非洲沙漠的含磷物质可被气流带到南美, 随雨水降到巴西森林地带。 特别是由于纳米物质具有“类气体”性质，迁移能力极强，因此，可以通过测定天然纳米金属物质场来勘查金属矿产, 尤其是寻找隐伏矿藏。纳米科学成为解释地气异常形成的理论基础。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,理解地气法要点：什么是地气、地气异常的形成机理、地气法是一种方法。地气法简单归纳如下：来自地球脱气作用产生的地气流向地表迁移过程中，通过矿体或矿

8、带时，载入与矿化体有关的纳米金属微粒，在地表覆盖层或近地表大气中形成金属元素异常，采用各种手段发现这些元素异常的地球化学方法称为地气法。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,理解地气法要点：什么是地气、地气异常的形成机理、地气法是一种方法。地气法简单归纳如下：来自地球脱气作用产生的地气流向地表迁移过程中，通过矿体或矿带时，载入与矿化体有关的纳米金属微粒，在地表覆盖层或近地表大气中形成金属元素异常，采用各种手段发现这些元素异常的地球化学方法称为地气法。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第一节 定义与机理,3、地气法特点(1) 地气法不同与物探和其它气体测量方法，它是一种直接的找矿

9、方法。主要分析成矿及伴生元素，能反映深部矿化的可能类型。(2)不受覆盖层性质影响。各种偏提取地球化学方法如电化学、酶提取及其它方法受覆盖层性质影响大，而地气测量所受影响较小。(3)探测深度大。目前已有的资料显示，其探测深度可达700米。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第二节 研究历史与现状,一、国外“ 气态”金属的发现起源于环境科学家的研究。他们通过对大气溶胶和雨水中金属元素含量的研究发现，空气中存在金属元素, 且雨水中金属元素含量存在正比关系，说明大气中的确存在“气态”金属。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第二节 研究历史与现状,一、国外 将大气溶胶中金属组分的测定用于矿产勘查起源于本世

10、纪70年代初，加拿大巴林杰公司曾秘密从事气溶胶测量达10年之久，曾先后研究过空中微迹测量系统(Airtrace)和地面微迹测量系统(Surtrace), 他们采用ICP分析大气微尘中的20种金属组分，后因影响因素较多，结果重现性差而宣告失败,勘查地球化学,第六章地气测量方法第二节 研究历史与现状,一、国外 八十年代初，瑞典波利德公司研究并提出了一种新的“金属气体”测量技术（被动地气法），通过在30多个矿床实验研究，证明方法有效。随后捷克、俄罗斯、德国、澳大利亚、加拿大等国先后进行过这方面的研究。可是，由于对方法的理论基础认识分歧较大，加上手段所限，在90年代相当长的时间内，国外基本放弃了这方面

11、的研究，对中国开展这方面研究所取得的成果一直持一定的怀疑态度。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第二节 研究历史与现状,一、国外 西方勘查地球化学家在观望相当长时间后，最近他们又重视中国的研究成就，开始了一项全面的“深穿透地球化学勘查技术研究”研究计划。该计划于1998年4月启动，由加拿大矿业研究会(CAMIRO)发起，26个矿业公司(来自澳大利亚、加拿大、智利、英国和美国)联合资助，主要研究地气和活动态测量技术。现该计划第一阶段研究(可行性研究)于 1999年5月结束，1999年9，开始范围更大、程度更深的第二阶段研究，拟在十几个国家试验在不同景观区找矿效果。,勘查地球化学,第六章地气测量方

12、法第二节 研究历史与现状,二、国 内 “ 地气”法（“金属气体”测量）自八十年代末引入我国后，成都地院和物探所进行了长达十多年的研究，在金、多金属和铜镍矿上进行了大量方法有效性试验，同时对“金属气体”的形成机理进行一些有意义的探讨。目前，我国“金属气体”测量已形成具有自己特色的两套技术系列：一种以中子活化为分析手段、采用主动或被动的预富集方法，以勘查金为目标的方法技术组合；另一种以常规原子吸收为分析手段，采用主动或被动的预富集方法，以勘查贱金属为主要目标的方法技术组合。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第二节 研究历史与现状,二、国 内从应用方向上看，我国也存在不同的技术体系：1、谢学锦院士等

13、进行的低超低密度的战略性地气测量；2、物探所化探方法室任天祥、汪明启等和成都理工学院童纯菡等以研究已知矿床上方地气异常特征和并探索其形成机理的战术性地气测量。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,一野外工作方法 地气法按野外富集金属微粒方法的不同可分为：主动法地气测量和被动法地气测量两种。1、主动法：采用负高压预富集法进行野外现场采样的方法称为主动法。其采样装置主要由螺纹采样器、硅胶管、过滤器、捕集器和减压器组成。,勘查地球化学,一、取样 （一）主动法：,1、螺纹锥形采样器2、双层静电滤膜过滤器3、5 硅胶管接头4、捕集器6、大气采样器或其它减压装置,测量装置示意图,第六章地

14、气测量方法第三节 工作方法简介,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,一、野外工作方法 2、被动法： 将捕集剂埋制于地下靠自然作用进行富集的采样方法称为被动法。 将捕集器埋置于土壤中1560天, 使金属元素在常压下逐步累积，然后取回捕集器, 分析所捕获痕量物质的元素含量(图)。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,一、野外工作方法 2、被动法,优点：受气候影响较小，对盖层厚度要求较低。缺点：时间长，回收困难。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,一、野外工作方法 3、捕集剂：作为捕集剂的基本要求： (1)强吸附能力。作为地气捕集剂要求既有物理

15、吸附能力又要有化学吸附能力，而液态捕集剂甚至要求有溶解能力。 (2)本底金属元素含量低且均匀。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,一、野外工作方法 3、捕集剂：捕集剂介绍：最早瑞典人采用聚苯乙烯薄膜我国研究者先后试验过：聚氨酯泡沫塑料、带各种负载(如带活性炭负载)的聚氨酯泡沫塑料、醋酸棉、活性炭、高岭土及各种液体。目前主要使用经处理的聚氨酯泡沫塑料。根据装置特点，使用时加工成固定大小的块体。主要有圆柱体和正方体。液态捕集剂：超纯水微量超纯酸或王水，已显示好的前景,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,二、分析方法用于地气样品分析的方法主要有：中子活化分析(I

16、NAA)、电子-X荧光分析(PIXE)、无火焰原子吸收光谱(AAS)和等离子质谱(ICP-MS)。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,二、分析方法(1)中子活化分析(INAA)该分析方法适宜于固体捕集剂分析，测定的元素有：Au、As、Sb、Br、Sn、Zn、Cr、Fe、Co、K、Na、稀土元素。优点：灵敏度和精度高、同时测定的元素多、不破坏样品即不引入空白缺点：成本高、周期长，不宜大规模使用；一些重要元素如Cu、Pb等不能分析。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,二、分析方法 (2)原子吸收光谱(火焰和石墨炉)适用于固体和液态捕集剂分析，测定元素有：Au

17、、Ag、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Fe、Mn等。优点：灵敏度、检出限较高（石墨炉）；可用于分析固体和液态捕集剂中微量元素。缺点：效率低；需破坏样品即引入空白且样品处理过程复杂。,勘查地球化学,第六章地气测量方法第三节 工作方法简介,二、分析方法 (3)等离子质谱(ICP-MS)等离子质谱适用于固体和液态捕集剂分析，测定元素有：Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Fe、Mn、Sn、REE等。优点：灵敏度、检出限高；可进行固体和液态捕集剂的测定；一次可测定元素较多。缺点：成本相对较高；需破坏样品即引入空白且样品处理过程复杂；基体影响大。,勘查地球化学,第六章地气测量方法,方法应用实例：西藏青海尕达板地气.ppt,