第二章地球化學(xué)背景與異常

1、地球化學(xué)背景與異常,地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系,勘查地球化學(xué),第二章,本章內(nèi)容,一、地球化學(xué)元素分布的不均一性二、地球化學(xué)背景：背景值、背景上限、背景下限三、地球化學(xué)異常：概念、地球化學(xué)暈、特征參數(shù)和地球化學(xué)標志,在含量分布上不均一：組成地殼的各類化學(xué)元素在平均含量上有極大的差異。 在空間分布上不均一：化學(xué)元素的含量分布在空間上的分布具有明顯的差異 在時間分布上不均一：在時間演化上與地殼演化歷史上化學(xué)元素的分布表現(xiàn)出明顯的差異性,一

2、、地球化學(xué)元素分布的不均一性,元素含量分布不均一,元素在空間分布上不均一1 不同區(qū)域元素含量不同：地殼上不同的區(qū)域，某些元素的平均含量明顯不同。比如，有的區(qū)域富集某些特征元素，這些元素在該區(qū)域的平均含量將高于地殼中的平均克拉克值；而這些元素在有的區(qū)域可能相對貧化，其平均含量可能低于它在地殼中的克拉克值。2 即使在同一個區(qū)域，元素的分布也不均一：金的分布、銅的分布成礦帶——礦田——礦床——礦石——礦物,元素在時間分布上不均一

3、 地殼中化學(xué)元素含量分布的差異性，在時間上，在地殼的演化歷史上也表現(xiàn)出來。,我國華南不同時期花崗巖中元素含量特征,二、地球化學(xué)背景,由于地殼中化學(xué)元素在區(qū)域分布上的差異性，因此形成化學(xué)元素分布的地球化學(xué)背景與異常。,從找礦的角度，化探中將未受成礦作用影響的地區(qū)叫做背景區(qū)（或正常區(qū)）在背景區(qū)內(nèi)各種天然物質(zhì)中（如巖石、土壤、水系沉積物、地表水、地下水、植物和空氣等）各種地化指標（如元素和同位素含量和比值、pH、Eh值、溫度等

4、）的數(shù)值稱為地球化學(xué)背景由于各種天然物質(zhì)中各種地球化學(xué)指標的不均勻性，所以地球化學(xué)背景往往不是一個固定的數(shù)值，而是在一定范圍內(nèi)起伏變化的一系列數(shù)值。,地球化學(xué)背景定義,元素含量的背景分布圖,Ca背景上限,C0背景值,C1背景下限,C,不同級次的背景,1、概念2、地球化學(xué)暈3、地球化學(xué)異常的分類4、地球化學(xué)異常的參數(shù)值5、地球化學(xué)異常的計算6、地球化學(xué)標志與指示元素,三、地球化學(xué)異常,1、地球化學(xué)異常概念,定義；是相對于地球化

5、學(xué)背景區(qū)而言的，是指與地球化學(xué)背景區(qū)相比有顯著差異的元素含量富集區(qū)或貧化區(qū)。在異常區(qū)內(nèi)，各種自然介質(zhì)中，指示元素的含量與周圍的背景區(qū)有明顯的差異，那么該指示元素的含量值稱為地球化學(xué)異常值，簡稱異常值,As,Au,Ag,2、地球化學(xué)暈,也稱為地球化學(xué)分散暈，簡稱分散暈或暈。這是一種局部性異常，指賦存在礦體或異常源周圍各種介質(zhì)中（如巖石、土壤等）中的地球化學(xué)異常。它與礦床（或異常源）有對應(yīng)的空間和成因關(guān)系，表現(xiàn)為一定的立體幾何形態(tài)。暈是

6、由于礦體或異常源的元素遷移富集與分散的結(jié)果。原生暈來說，如同礦床或礦體的形成一樣，是由于成礦元素及其伴生元素遷移富集而形成的；次生暈來說，是由于礦體或異常源在表生條件下遷移與分散的結(jié)果（分布于礦體上方的殘積—坡積物中所形成的，在平面上表現(xiàn)為一定的幾何形態(tài)）,,異常的形成：地球化學(xué)異常的形成主要是由于元素的集中與分散的結(jié)果，究其原因有以下幾點： 成礦作用 非礦化的其他地質(zhì)作用 非地質(zhì)作用，如人為的干擾與污染等 其他地球化學(xué)研究

7、中造成的（如采樣、樣品的加工及分析等）,3、地球化學(xué)異常分類,(1) 異常形成的環(huán)境: 內(nèi)生異常和表生生異常(2) 異常與礦體形成的相對時間關(guān)系：原生異常和次生異常原生異常：主要是指在巖漿作用、變質(zhì)作用、氣成作用及熱液作用等內(nèi)生地質(zhì)作用過程中形成的地球化學(xué)異常。在目前眾多勘查地球化學(xué)文獻中，對于沉積巖中的地球化學(xué)異常亦稱為原生異常。這樣，原生異常的涵義不僅僅是內(nèi)生作用中形成的異常，而是包括沉積作用形成的異常。所以，從廣義上說，原生異

8、常是指賦存于固化巖石中的地球化學(xué)異常。次生異常：是指表生作用中形成的地球化學(xué)異常。這類異常賦存于地表的疏松物（土壤）、水系沉積物、水、空氣和生物體等介質(zhì)中。,對于次生異常，按其賦存介質(zhì)及其與異常源的空間關(guān)系，可以進一步細分為：殘積-坡積異常：殘積-坡積次生暈，或簡稱次生暈分散流：沿異常源所在匯水盆地的水系分布水文地球化學(xué)異常：賦存于地表水和地下水中的地球化學(xué)異常生物地球化學(xué)異常：賦存于生物（主要是植物）中的地球化學(xué)異常氣體地

9、球化學(xué)異常：以氣體狀態(tài)存在的地球化學(xué)異常,,,,,,,,礦體,礦體,礦體,礦體,,,,,,,,,,,,,(3) 異常與其賦存介質(zhì)形成的相對時間關(guān)系：同生異常和后生異常 同生異常：異常物質(zhì)與其賦存介質(zhì)同時形成 后生異常：異常物質(zhì)在其所賦存的介質(zhì)形成之后以某種方式進入而形成的地球化學(xué)異常(4)異常所賦存的介質(zhì)： 巖石地球化學(xué)異常 土壤地球化學(xué)異常 水系沉積物地球化學(xué)異常

10、 巖石化學(xué)異常 水文地球化學(xué)異常 氣體地球化學(xué)異常 生物地球化學(xué)異常,(5) 地球化學(xué)異常在數(shù)值上是高于或低于背景：正異常和負異常正異常：異常區(qū)內(nèi)元素含量高于背景區(qū)，這樣的異常稱為正異常區(qū)。一般所說的異常都是指正異常負異常：在一些礦區(qū)的礦化蝕變帶中，由于蝕變交代作用，將原巖中的某些元素帶出，使這些元素在蝕變帶中的含量低于背景區(qū)，從而造成這些元素的負異常。,(6) 異常規(guī)模大?。旱厍蚧瘜W(xué)省(N×10

11、00~N×10000km2):在地殼的某一大范圍內(nèi)，某些成分富集特征明顯，該種元素的礦床成群出現(xiàn)，礦產(chǎn)出現(xiàn)率也特別高，通常將地殼的這一段稱為地球化學(xué)省。地球化學(xué)省實質(zhì)上是一種地球化學(xué)異常，它是以全球地殼為背景的規(guī)模巨大的一級地球化學(xué)異常。區(qū)域異常(N×10~N×100km2)局部異常(7) 異常與礦的關(guān)系：礦異常：包括礦體（礦床）異常和礦化異常非礦異常,(8) 數(shù)據(jù)處理方法,單元素異常 整合異

12、常 綜合異常,單元素異常,指僅依據(jù)一種元素的含量（或經(jīng)變換后的參數(shù)）指示所確定的異常，其異常名稱可表示為某元素的某類異常。 以金元素為例，當以元素的含量編制異常時其名稱可表述為金元素含量異常（或金地球化學(xué)異常），當以元素的襯值編制異常時其名稱可表述為金元素襯值異常。,整合異常,指將成因性質(zhì)上相似、在空間上含量分布規(guī)律相一致的一組元素，對各元素含量（或其他參數(shù)）指標采用某種方法進行整合計算后獲得歸一化指標，依據(jù)歸一化指標

13、所確定的異常。其異常名稱可表述為某某元素的某類整合異常。 以W、Sn為例，當對元素含量采用累加的方法進行歸一化計算時其名稱可表示為W-Sn元素含量累加整合異常；當對元素襯值采用累乘的方法進行歸一化計算時其名稱可表示為W-Sn元素襯值累乘整合異常。,綜合異常,指將成因性質(zhì)上相似、在空間上含量分布規(guī)律相一致的一組元素，對各個單元素異常采用邏輯方法進行異常范圍的空間疊加形成的異常，其異常名稱可表述為某某元素的某類綜合異常。

14、 以Cu、Mo為例，當對各元素的含量異常進行綜合時其名稱可表示為Cu-Mo元素含量綜合異常；當對各元素的襯值異常進行綜合時其名稱可表示為Cu-Mo元素襯值綜合異常,背景與異常關(guān)系：正常與異常具有相對性，背景的范圍、尺度不同，異常的規(guī)模與性質(zhì)也就不同。如下圖所示，如果將全球地殼豐度值作背景，則地球化學(xué)省是最大的一級異常，在地球化學(xué)省上發(fā)育的成礦區(qū)帶是區(qū)域地球化學(xué)異常，地球化學(xué)省則是區(qū)域異常的背景，區(qū)域異常又是局部異常（礦床異常）的

15、背景,4、異常幾何特征,異常幾何特征指異常在二維平面空間所呈現(xiàn)的幾何輪廓特征，主要包括：,異常長度 異常走向 異常寬度 異常面積 異常形態(tài),對于二維平面空間的異常而言，在封閉的異常區(qū)邊界線上位于最遠兩點的距離稱為異常長度；由最遠兩點連線所指示的方向稱為異常走向；與異常長度方向（異常走向）相垂直的一組（若干條）平行線與異常區(qū)邊界相交所得兩點間的距離平均值稱為異常寬度。,,,,,異常面積指根據(jù)確定的異常下限而圈閉異常封閉區(qū)的面積

16、，對于未封閉的異常，其異常面積由異常區(qū)與研究區(qū)邊界所組成的區(qū)域面積來表示。,異常形態(tài)指異常在二維平面空間的展布狀態(tài)，根據(jù)異常的長寬比例可將異常的形態(tài)劃分為三種類型：,線狀異常：異常長度/異常寬度>10帶狀異常：異常長度/異常寬度=10-3面狀異常：異常長度/異常寬度=3-1,5、地球化學(xué)異常的參數(shù)值,1）異常下限2）異常襯度3）異常強度4）異常規(guī)模5）異常濃度分帶性6）綜合異常組分特征,1）異常下限,又稱為背景上限，

17、是劃分異常與背景的臨界值。大于或等于此值者為異常范圍在一定信度(如在置信度α=0.05)時，異常下限值則為Ca=Cb+1.96Sb,,,x,μ,+σ,+2σ,-σ,-2σ,2）異常襯度,又稱對襯度、對比度襯值，是指某一指示元素所形成的異常含量平均值CA與異常所在區(qū)域該元素的背景平均值Cb （或異常下限T）的比值Ct= CA/ Cb Ct= CA/ T 應(yīng)用：可消除不同區(qū)域內(nèi)背景的差異及樣品在分析方法是的系統(tǒng)偏倚，可用于對比同一

18、元素在不同地區(qū)所形成的異常強度，顯示異常相對背景的起伏變化情況。,,,,3）異常強度,即異常濃度，它指指示元素的含量值的大小。某一元素所形成的異常強度可用其異常含量平均值CA度量。如果異常多為高含量值組成，可用異常的最高含量值度量。依照異常強度大小可對其進行濃度分帶，如高值帶，中值帶及低值帶或分為內(nèi)帶、中帶、外帶,,,,,4）異常規(guī)模NAP,綜合了異常強度與面積（寬度）而提出的參數(shù)值。常用用異常線金屬量或面金屬量度量。如：線金屬量

19、值PLi=(CA-Cb)Lisinθ面金屬量Ps=(CA-Cb)S,,,,,,,,,5）異常濃度分帶性,也稱為異常濃度梯度。它也是評價異常的重要因素之一。指沿著元素擴散的方向上，某一點的元素濃度對距離的變化率。一般地說，一個具有工業(yè)意義的礦化異常，往往具有較為明顯的濃度分帶。異常濃度梯度值越小，分帶性不好；相反，分帶性較好。,6）綜合異常組分特征,一般說來，多組分的異常要比單一組分的異常有意義。異常組分的復(fù)雜性，反映了形成異常

20、的礦床其組分的復(fù)雜性。（礦化作用過程及礦化類型）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6、地球化學(xué)背景與異常計算,（1）剖面圖解法,,,背景上限,背景值,（2）直方圖解法,,,,,,,（3）概率格紙圖解法,（4）計算法,元素含量的概率分布,正態(tài)分布,正態(tài)分布,偏態(tài)分布,正態(tài)分布：算數(shù)平均值對數(shù)正態(tài)分布：幾何平均值,1. 單一地球化學(xué)作用所形成的單一地質(zhì)體，化學(xué)元素含量服從正態(tài)分布。2. 由兩個以上地球化學(xué)作用疊加形

21、成的復(fù)合地質(zhì)體中，化學(xué)元素含量偏離正態(tài)分布。但兩個u值相差不大的正態(tài)母體的疊加，元素含量分布仍服從正態(tài)分布或近似正態(tài)分布。3. 一般情況下，常量元素服從正態(tài)分布，微量元素服從對數(shù)正態(tài)分布（因為勘查地球化學(xué)研究區(qū)經(jīng)常遭受后期礦化作用疊加）。4. 結(jié)合在多種礦物中的元素服從正態(tài)分布，如基本造巖元素和親石分散元素，象Ga、V等元素。而結(jié)合在一、兩種礦物中的元素呈對數(shù)正態(tài)分布，如花崗巖中的Pb、Zn元素常以硫化物獨立存在。5. 通過擴散作

22、用形成的元素含量對數(shù)正態(tài)分布，而通過對流混勻作用形成的元素含量服從正態(tài)分布。,計算背景值：在實際工作中，將不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)在計算機上用統(tǒng)計軟件剔除不服從正態(tài)分布的“離群樣品”求得服從正態(tài)分布的反映初始本底的元素豐度（背景值）。,6、地球化學(xué)指標和指示元素,地球化學(xué)指標是指一切能提供地球化學(xué)信息或地質(zhì)信息的，能直接或間接測定的地球化學(xué)變量。有指示元素的異常含量、指示元素的組合、不同指示元素的比值（如元素對的比值、組合暈的比值）；某些

23、特征的指示礦物的組合；某些礦中微量元素的含量分布特征；反映成巖石成礦作用的物理化學(xué)參數(shù)值，如溫度、壓力、Eh、pH；同位素的含量和比值等。應(yīng)用最多的是指示元素的含量分布特征，經(jīng)常用作找礦的指示。地球化學(xué)指標在三度空間和時間上的分布與演化稱為地球化學(xué)場。,地球化學(xué)指標種類,指示元素,定義：在地球化學(xué)找礦中，作為找礦標志的那些元素，稱為指示元素所選擇的指示元素既可以是某一類的礦床的礦化富集組分，也可以是礦床的特征伴生組分，前者稱為直接指

24、示元素，后者稱為間接指示元素,指示元素分類,對于找礦的指示元素，按對礦床的指示作用分：通用指示元素：能指示多種礦床（或礦化）存在的元素，如Hg直接指示元素Cu、U間接指示元素：常用As、Sb、Bi、Hg、Pb、Mo、Ag、Zn、Cu作為金礦化的標志如按指示元素在礦體周圍遷移的遠近，可其分為：1、遠程指示元素2、中程指示元素3、近程指示元素 如熱液礦床的原生暈中，Hg As F Cl I（遠）；Cu Pb Zn（中）

25、；W Sn（近）,實例：,依金找金：直接指示Au伴生組分：間接指示：As，Cu隨著化探工作的進展，被用做取樣對象的天然物質(zhì)越來越多，地球表層系統(tǒng)中一切天然物質(zhì)幾乎都不同程度地被研究過了。,城門山相似度,武山相似度,豐山洞相似度,如何選擇指示元素？,了解工作區(qū)各類地質(zhì)體（尤其是已知礦床及其圍巖）的物質(zhì)組分特征，作為選擇指示元素的參考注意研究工作地區(qū)已知礦床的建造類型。一定的建造類型有其特征的元素共生組合注意研究與搜集已知礦床單礦物

26、中微量元素含量分布的資料注意研究直接指示元素與間接指示元素的相關(guān)關(guān)系參考國內(nèi)外已有的地球化學(xué)找礦實例，結(jié)合自已欲找的礦床類型，初步確定指示元素，并在以后的實踐中檢驗所確定的指示元素是否正確。,本章重點,地球化學(xué)省、地球化學(xué)場異常分類： 按數(shù)據(jù)處理方法：單元素、整合、組合異常幾何特征： 長度、寬度、走向、面積、形態(tài),地球化學(xué)異常的參數(shù)值,1）異常下限2）異常襯度3）異常強度4）異常規(guī)模5）異常濃度分帶性6）綜