地球物理勘探电子教材-第1章 地质与地球化学基础53..doc

第1章 地质与地球化学基础1.1 矿产资源勘查基础知识一、矿产勘查的基本方法所谓矿产资源，是指天然赋存于地壳内或地壳上的固体、液体或气体物质的富集物，从其形态及数量来看，作为一种经济开采和提取的矿产品，在目前是可行的或潜在可行的矿产资源包括了所有无生命的、可供人类使用的、天然产出的无机或有机物质矿产勘查，就是人们通常所说的地质找矿矿产勘查的目的是寻找具有开发价值的工业矿床（体），确定矿床（体）的空间位置、品位、储量，并对其开采利用价值作出初步评价用于矿产勘查的方法很多，主要可分三大类：地质找矿法、地球物理找矿法和地球化学找矿法地质找矿法是最早应用的一种找矿方法，它利用地质学原理，以岩石学、构造地质学、矿床学等理论为基础，通过野外地质调查，对岩、矿石露头或岩芯标本直接进行观察与鉴定，追索矿床（体）线索，并通过采样化学分析等手段最终对矿（床）体加以确认地球物理找矿法的专业名称为“地球物理勘探”（或称为“勘查地球物理”、“应用地球物理”），简称“物探”物探是通过对地球物理场和岩石物理性质的研究来解决地质问题的所谓地球物理场，是指存在于地球内部及其周围的、具有物理作用的空间例如，地球内部及其周围具有重力作用的空间，称为重力场；具有磁力作用的空间，称为地磁场；具有放射性作用的空间，称为辐射场；具有电(磁)力作用的空间，称为地电(电磁)场；质点振动传播的空间，称为弹性波场，等等。

组成地球的各种岩(矿)石之间，总是在磁性、密度、放射性、温度、电(介电)性、弹性等物理性质方面存在差异例如，一般来说，岩层埋藏越深，密度就越大，弹性波在其中传播的速度就越快；与周围的岩石相比磁铁矿的磁性较强、铜矿的密度较大、石墨的导电性能好、金属硫化矿体的电化学活动性强等这些差异会引起相应的地球物理场在空间(或时间)上的局部变化，与地下岩、矿体(层)相联系的地球物理场的这些变化称为地球物理异常用专门的仪器观测这些异常，取得与它们的分布情况及形态特征有关的地球物理资料，利用一些已知的规律，并综合地质及其它物、化探资料，进行分析研究，就可以推断地下地质构造或岩、矿体的赋存状况，达到地质调查的目的利用电、磁、地震波寻找矿产的地球物理方法分别称为“电法勘探”、“磁法勘探”、“地震勘探”，此外还有“地热勘探”，统称为“普通物探”，而本教材中将要详细讨论的利用岩石核特性的各种地球物理方法统称为“核地球物理勘探”，简称“核物探”地球化学找矿法的专业名称叫“勘查地球化学”，它依据不同元素的地球化学行为具有明显差异，通过按一定测网采集岩石、土壤、水系沉积物、水等介质的样品，分析其中的目标元素含量和相关元素含量，圈定目标元素与相关元素的含量增高地带（称为“地球化学异常”），并最终达到找寻目标矿床的目的。

对岩石、土壤、水系沉积物、水所开展的测量，分别叫“岩石地球化学测量”或“原生晕测量”、“土壤地球化学测量”或“次生晕测量”、“分散流测量”、“水文地球化学测量”随着地质找矿工作程度的不断深入，地球上未被人们发现的矿床已经越来越少，找矿难度也越来越大，因此，目前的地质勘查工作更强调地、物、化多种方法综合找矿二、一些基本概念背景值异常区图1.1.1 背景值与地球化学异常1、元素（地球化学）异常的概念未受成矿作用影响的区域叫背景区，背景区内元素的含量范围称为背景含量背景含量的平均值叫背景值（图1.1.1）元素含量与背景值比较，出现显著差异的现象叫元素（地球化学）异常需要指出：异常是相对的，这种“相对”表现在以下几方面1）异常是相对于背景而言的，背景不同，异常的含义可能不同，最常见划分为区域性（范围很大）的异常与局部性（范围较小）的异常大的矿床周围一般都会出现区域性的异常 2）异常值的下限是相对划定的，没有硬性规定，一般情况下，以背景值的3倍作为异常下限，但根据具体区域和情况，也有以两倍、甚至一倍异常为异常下限的3）异常是相对于背景的显著差异，因此，比背景值显著高是异常（严格说来应该叫正异常），比异常值显著低也是异常（严格说来应该叫负异常）。

一般情况下，我们将正异常称为“异常”，对负异常则一定要称为“负异常”，以免混淆元素在地质体中的异常，依据其成因及所赋存的介质不同，主要可以分为三种：①原生（地球化学）异常，原生晕；②次生（地球化学）异常，次生晕；③水系沉积物（地球化学）异常，分散流此外还有：④水文（地球化学）异常，水晕；⑤生物（地球化学）异常，生物晕；⑥气体（地球化学）异常，气晕原生晕U%图1.1.2 铀矿的原生晕2、原生（分散）晕 原生分散晕，简称原生晕，是成矿过程中与矿体同时形成的一种地球化学异常（如图1.1.2）其中，达到工业品位的部分称为矿体，未达到工业品位而又较周围围岩中含量高的部分称为原生晕原生晕与矿体关系较密切，幅度较大层积矿床、岩浆矿床和热液矿床都能形成原生晕 这里需要指出两点：一是原生晕的形成、形状、大小取决于多种因素，如元素的扩散作用、热液作用时间、溶液中成矿元素和伴生元素的浓度，以及溶液的温度压力、周围岩石的性质和化学性质等二是原生晕的成分是复杂的，除成矿元素外，尚有其它伴（共）生元素（各类矿床的原生晕组合，详见1.2节），这些伴（共）生元素中的活动性大的元素，可以形成范围更大的分散晕，是很好的找矿指示元素。

图1.1.3 岩石风化示意图a b3、次生（分散）晕U%图1.1.4 残积、坡积层与次生晕次生分散晕，简称次生晕，由已形成的矿（化）体，以及原生晕，在表生带由于风化和侵蚀作用（图1.1.3），成矿（伴、共生）元素经过迁移，重新分配在各种介质中形成的异常 由于岩石原地风化，产生大小岩石碎块、细粒及粘土，向下逐步过渡为基岩，这样就形成了残积层（图1.1.3b）如果基岩出露地表是倾斜的，则因重力分异作用，使得疏松层积物沿着倾斜方向向下移动，形成坡积物（如图1.1.4所示）4、分散流由矿（化）体、原生晕、次生晕破坏后，成矿（伴、共生）元素经迁移，在水系沉积物中形成的异常分散流与矿体的关系比较复杂，有时靠近矿体，有时离开数公里成矿元素在分散流中的分布，一般是不均匀和不规则的，异常地段和非异常地段常交错分布表1.1.1中对三种异常的特点、作用进行了比较表1.1.1 原生晕、次生晕、分散流特点与作用异 常元素浓度异常范围与矿体间关系的密切程度作用原生晕高小高矿体定位次生晕中较大较高追索矿体分散流中-低大较低找矿方向5、指示元素 所谓指示元素，是天然物质中能够作为找矿线索，或者对解决某些地质问题具有指示作用的化学元素。

指示元素具有指示找矿的作用按照对于矿床所起的作用，指示元素可以分为：1） 通用指示元素所谓通用指示元素，是指能够指示多种矿床存在的元素例如：Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sb、Sn、Mo等热液矿床中都有As异常，所以As能指示上述矿床的存在，As是通用指示元素2）直接指示元素直接指示元素是指成矿元素本身例如Sn是找Sn矿的直接指示元素3）间接指示元素是指能够间接指示某种矿床存在的元素例如利用As、Hg找金矿，As、Hg就是间接指示元素间接元素一般是成矿元素的伴生或共生元素根据指示元素在矿体周围迁移的远近，人们还把指示元素分为远程、中程与近程指示元素以金矿为例，有：远程指示元素有：Hg、As、F、Cl、I中程指示元素有：Cu、Pb、Zn近程指示元素有：W、Sn、Sb此外，对于热液矿床（体），沿矿体垂向，成矿元素与伴生元素具有明显的分带规律[1]例如，四川某金矿的垂向分带序列为[2]：Sr－Ba－Sb－Hg－As－Au－Pb－Ag－Cu－Mn－Ni在这个分带序列中，Sr、Ba、Sb为矿体的前缘晕组合元素；As为矿体上部的特征元素；Pb、Cu为矿体晕元素；Mn、Ni为矿体尾晕元素掌握矿（床）体的垂向分带规律，对勘查与评价矿床都具有重要意义。

三、不同阶段矿产勘查的基本任务找矿一般分为预查、普查、详查及勘探四个阶段对各种核地球物理测量来说，不同勘查阶段需要采用不同的测量比例尺，以达到完成相应阶段勘查目的表1.1.2为各种比例尺的线、点距表1.1.2 各种比例尺的线、点距比例尺线距（米）点距（米）比例尺线距（米）点距（米）1：5万50050－1001：5千505－101：2.5万25025－501：2千202－51：1万10010－201：1千101－2预查的主要目的是选择有进一步工作的地区，为普查提供依据对铀矿勘查来说，这一阶段一般开展路线测量，或1：5万比例尺测量普查一般是在开展地质工作程度比较低的地区进行，其任务主要是寻找有进一步工作价值的成矿远景区，为详查提供依据这一阶段一般开展1：2.5万比例尺测量详查则是在普查确定的成矿远景区、矿区外围、或其它地质工作提供的具有找矿价值的地区进行详查的主要任务是基本查明工作区内地质体的分布状况，基本控制矿体分布的范围与品位变化，为勘探工作提供依据这一阶段一般开展1：1万比例尺测量勘探阶段主要是利用山地工程（挖探槽、打坑道）、钻井，对地质体进行揭露，并系统采集样品加以分析，以最终确定各个矿体的空间位置、分布形态、品位、储量、矿物类型、元素组合，为矿床开采提供科学资料。

这一阶段工作，一般开展1：5千～1：1千比例尺测量1.2 核物探勘查矿产资源的地质与地球化学基础1.2.1 应用天然放射性方法的地质前提与γ方法及α方法有关的主要天然放射性核素有铀、镭、钍、钾、氡及其短寿衰变产物它们在自然界的岩石圈、水圈中既广泛分布，又在不同的地质体及不同的地质作用过程、不同构造环境中表现出含量分布的差异，而形成放射性异常因此，通过天然放射性方法测量出主要放射性核素的分布特征，可以达到解决各类地质任务的目的1. 主要放射性元素在自然界中的分布地壳中，U与Th在绝大多数情况下是以分散状态存在的，分布在岩石圈、水圈、大气圈及生物圈中条件有利时，这些元素富集成矿，含量比克拉克值大102到104倍由于铀的化学性质活泼，在表生带已被氧化成正六价，以铀酰离子形式迁移，因而在铀矿床外围，原生晕及次生分散晕都十分发育，分布范围远大于矿体本身，其浓度为铀矿床的1/5～1/50这就是天然放射性方法成为找寻铀矿床的主要手段的原因在各类岩石中，U、Th、K含量差异很大，但却有规律可循在火成岩中，随着SiO2含量的增加，放射性元素含量亦增加即K、Th、U含量在酸性岩浆岩中最高，基性、超基性岩中最低（表1.2.1）。

在花岗岩侵入体内部，不同期次，不同相及不同脉岩中放射性元素含量都有差异变质岩中，U、Th、K的含量取决于变质作用前原岩中放射性元素的含量，以及变质过程中U，Th、K的富集、分散过程U、Th、K含量在碳质页岩、石墨化片岩、千枚岩、白云母化－黑云母化片麻岩中相对含量较高，而在大理岩、石英岩中含量偏低沉积岩中放射性元素的含量来自火山岩与变质岩由于层积环境与层积条件差异很大，因此，一般情况下，沉积岩中放射性元素的含量变化很大，但通常比火山岩与变质岩都低沉积岩中，以粘土矿物组成的页岩的放射性元素含量最高，在碳酸岩中的含量最低，而砂岩中的放射性元素含量变化大，它取决于颗粒的组分一般说来，按深海相、浅海相到陆相沉积的顺序，沉积岩的放射性逐渐减弱土壤中的放射性元素含量取决于形成土壤的基岩的放射性需要指出的是：在成壤过程中Th、U、。