同位素地球化学勘查方法 地质调查新方法新技术
同位素地球化学勘查是稳定同位素在地质学应用中发展起来的一种新的技术方法，它是以研究稳定同位素的天然丰度为基础，测量地壳中稳定同位素的含量和它们之间的比值，根据所发现的同位素异常及其变化规律来进行找矿。
根据稳定同位素的研究资料，地球上各个部分的同位素组成是不相同的。也就是说，自然界中不同来源的物质其同位素丰度是不一样的，往往存在一定的差异，这种差异客观地反映了自然界中同位素的分离。
在地壳演化过程中，各种地质作用（包括成矿作用）及元素地球化学循环的影响，自然界中同位素的分离造成了同位素组成的变异，使其在不同地质体中某种同位素含量的增加或减少。这种由同位素分离所引起的同位素组成的变异（即某种同位素含量的增加或减少）称为同位素地球化学异常。地质工作者正是研究地质体及宇宙间同位素组成的微小变异，来探索造成这些差异的原因及规律，从而更进一步探讨矿床成因及物质来源等。同位素地球化学勘查，是研究地壳中稳定同位素组成的变异规律，进而利用同位素异常值作为地球化学找矿的指示剂，追索矿源层或直接圈定盲矿体。例如，在铀矿床的普查中，一些深部盲矿体的发现就是通过铅同位素测量所出现的206Pb高值带而圈定的。除此，应用同位素地球化学异常值还可以推断成矿环境，了解成岩成矿机理，查明成矿物质的来源等，从而可以用来指导找矿。
17.7.1 地壳中同位素地球化学异常的成因
同位素异常的形成是自然界同位素分离的结果。因此，地壳中同位素异常的形成，实质上就是地壳中同位素分离的结果。
地壳中同位素分离的原因，主要是由两类作用所引起：元素的放射性衰变和地质-地球化学作用。
17.7.1.1 元素的放射性衰变引起的同位素成分的变化
许多放射性元素可以经过放射性衰变而转变成其他元素的稳定同位素，例如：
勘查技术工程学
由于这些新形成的同位素的数量不断增加，因此使元素的同位素成分不断改变，并使不同来源的同种元素具有不同的同位素成分。例如，铀矿物中的铅富含206Pb，而许多钍矿物中的铅却富含208Pb。这就是应用铅同位素寻找放射性矿产的理论依据。
17.7.1.2 地质-地球化学作用所引起的同位素分离
按作用的性质不同，又可分为化学的、物理的和生物化学的分离过程。
（1）同位素平衡交换反应
地壳中最明显的同位素分离常常都是由各种同位素平衡交换反应所引起。不论是热液作用，还是化学沉积作用过程都广泛存在着同位素平衡交换反应。
大量的资料证明，在同位素交换反应中造成同位素分离的因素有：①同位素化合物的相对质量差。一般说来，同位素相对质量差越大的化合物之间的分离作用也就越显著，如氢和氧的相对质量差为100%，致使地壳中由不同氢同位素组成的化合物之间的分离现象比较突出。②温度的影响，由于同位素交换反应的分馏系数（α）是随温度的变化而变化的，一般情况下，作用过程的温度越低，则分离越强；而温度越高，分离越弱。因此，在地壳的演化过程中，天然分离过程的总趋势是随着深部物质向地表物质演化，同位素分离程度增加。在各种地质作用过程中，表生作用引起的同位素分离程度最强；其次为较低温度下进行的热液过程；而在700～1200 ℃高温下进行的岩浆作用中，就很难有同位素的分离。
所以，对于不同地质作用所形成的产物，进行同位素组成的研究将有助于了解成岩成矿过程，从而可以间接为矿产预测提供地球化学信息。
（2）物理过程引起的同位素分离
地壳中所进行的各种物理过程，包括气态和液态下的扩散作用、蒸发升华和凝聚作用、矿物的结晶与溶解以及胶体的吸附与解析等作用过程，都能引起同位素的分离。其中最有意义的是蒸发和扩散作用。在蒸发作用过程中，大多数化合物的气相相对地富集轻同位素，而凝析相则富集重同位素；在扩散过程中，同位素的分离则取决于不同质量的分子穿过多孔介质的速度。在不存在逆扩散时，扩散分离使气体残余部分同位素变重，扩散部分变轻。例如，在重力作用下，氮（N）在大气圈中发生扩散分离，对不同高度氮样品的同位素成分测定证明，随高度增大，14N（轻氮）的含量逐渐增高。
同样，在成矿作用过程中，热液的活动也同样可以引起同位素的扩散分离。例如在美国犹他州产于火山岩中的铅锌矿，测定矿体周围的蚀变火山岩中黄铁矿硫同位素成分，发现远离矿体的黄铁矿愈富集32S。所以，在热液向外扩散时所形成的产物，其中某种元素的同位素组成可以因扩散而产生分离，而且根据这种分离的规律便可以圈定矿体，以指导矿产的勘探。
（3）生物化学过程引起的同位素分离
动物、植物及微生物在其生活过程中经常与介质交换物质，并且通过生物化学过程引起同位素分离。例如，在植物的光合作用中生成的有机物分子中，主要吸收了12C并与之化合，这就使得13C在有机体中的含量相对减少了，因此有机成因的岩石、煤也就富含12C。
在与海水接触的浅泥中，由于细菌能迅速还原海水硫酸盐，因此这些还原硫最后应进入石油（原始有机物中来的硫微不足道），使石油δ34S值通常较伴生的蒸发岩硫酸盐约小15%，这与海水硫酸盐细菌还原相吻合。所以，根据石油及其伴生的硫酸盐和硫化物的硫同位素，可以用来了解石油中硫的来源及生成环境。
由上述可知，生物化学过程引起的同位素分离还是广泛存在的。对它的研究将有助于我们了解有机矿产的形成环境及有机岩中同位素的分布规律。
17.7.2 同位素地球化学勘查的途径
同位素地球化学勘查用于找矿可以通过下列途径来进行：① 利用稳定同位素比值的变化解决多种成矿作用的物质来源，确定矿床成因，指出找矿方向。② 根据同位素组成特征和空间变化规律，圈定同位素组成变异晕，寻找隐伏矿体。③ 研究成矿环境，指导找矿。④ 确定矿化类型或矿床规模，预测找矿方向。
17.7.2.1 硫同位素法
硫与金属矿床存在着密切的关系。利用硫同位素的变异可以确定矿床的成因及成矿物质的来源；而且还可以区分不同的矿化类型，进行成矿预测或用它指示的某种成矿环境标志来指导找矿。
17.7.2.2 氧同位素法
氧的同位素有16O、17O、18O，其中应用较多的为18O与16O的比值，常以δ18O（‰）表示。水与岩交换作用已被公认为是形成各种热液矿床的一个重要前提。各种不同的热液水，如大气降水、海水、岩浆水和变质水等，与各类岩石发生化学反应的过程中，水和岩石的同位素组成发生了交换，同时热液水淋滤（萃取）并富集岩石中的成矿物质，在有利的构造部位成矿。水岩交换在微观上表现为元素的带入带出、同位素的再分配，在宏观上表现为不同类型的围岩蚀变，形成不同的矿种类型及不同的蚀变类型。由下列公式可以计算出水岩交换过程中的水岩比值和交换反应后流体和岩石的氢、氧同位素组成。
勘查技术工程学
式中：W/R代表水岩比值；δf（rock）代表交换反应后岩石的氢、氧同位素组成；δi（rock）代表交换反应前岩石的氢、氧同位素组成；δi（H2O）代表交换反应前H2O的氢、氧同位素初始值；i，f代表交换的初值和终值，Δ=δf（rock）-δf（H2O），它取决于温度，是温度的函数。根据公式（17.7-1）就可以定量研究成矿过程中的水岩比。根据采样位置确定水岩交换中心以及δ18O值与矿化的空间关系。张理刚等的研究表明，岩浆水成因的成矿热液体系由深部岩石向上部岩石运移，其氧同位素组成将比原岩升高，或基本上保持原岩的δ18O值。大气降水成因的成矿热液体系有两种情况：在W/R值较大（＞0.1）的情况下，整个蚀变体系岩石的δ18O值均低于原岩，这是低18O组分大气降水热液体系的典型特征。在W/R值较小的情况下，热液体系由深部向上部δ18O逐渐升高，深部的δ18O值将低于原岩，上部的δ18O值高于原岩，完全不是以小W/R值为特征的岩浆热液水产生的蚀变岩石所能达到的高δ18O值。
17.7.2.3 铅同位素法
近年来，铅同位素在探矿中的应用已越来越广，它不仅用于寻找铀、钍等放射性矿产资源，而且也被用来寻找和评价金矿及铜、铁、铅、锌等金属矿。其主要作用是：① 确定矿床成因；② 评价矿床规模；③ 作为找矿标志；④ 指明矿化位置。
铅有4种稳定同位素：204Pb，206Pb，207Pb和208Pb。其中204Pb为非放射性成因，206Pb、207Pb和208Pb为放射性成因铅。除了地球形成时已有的一部分（原始铅）外，铅还通过238U、235U和232Th的衰变而不断增加。也就是说，某一地质体的铅同位素组成与其在含U、Th的介质中存在的时间、介质中U、Th和Pb的相对质量分数有关。铅不像O、S、H、C等轻同位素在次生过程中容易受到所在系统的温度、压力、pH、Eh和生物等作用而发生变化，因此在铁帽、土壤和风化基岩中原来物质的铅同位素特征能够保持不变。同时前人研究表明，具有复杂演化历史，与变质作用、岩浆侵入有关的矿床，以及由Fe和贱金属元素表生作用而形成的铁帽和无矿围岩等，Pb同位素往往具有不均一性。因此，研究铅同位素的特征，有助于判定由某地质作用引起的类似的地球化学异常。通过与已知矿床（研究区内）铅同位素的对比研究，来选择最佳的找矿靶区。
怎样进行地球化学勘探？~
我们知道，通过寻找油气踪迹可以寻找到油气藏，用什么方法寻找油气踪迹呢？早在20世纪20年代末期，原苏联学者索柯洛夫创建了气体测量法，揭开了用化学勘探油气的第一页，在此后几十年间，原苏联和美国都对此进行了深入研究，且形成了油气地球化学勘探技术并得到发展。在中国，在20世纪50年代，翁文波、顾功叙等人就“气体测量法”开展了试验，60年代，石油部和地质部分别成立了从事油气地球化学勘探的专门机构，开展了中国油气地球化学勘探的工作。
我们知道油气由碳氢化合物组成，其中的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在常温、常压情况下以气体形式存在，如农村广泛使用的沼气就以甲烷为主。油气微渗漏到地表后，这些烷烃以游离气体的形式分布于土壤孔隙中，索柯洛夫创建的“气体测量法”就是测量土壤中这些游离烃类气体的种类及其浓度的方法，这种方法一直延续使用到现在。在地面按一定测网，用动力钻钻至地下数米处，由车载检测仪器现场检测游离烃类气体的种类及其浓度，这种方法称为“游离烃技术”。这种工作方法在现场就可以知道油气踪迹是否存在，是一种快速、高效的勘探方法。
游离烃技术施工照片左为分析仪器车，右为在钻进的采样钻机在日常生活中，当容器有怪味难去除时，人们就把容器倒扣在土地上一段时间，容器的怪味就除掉了。这是因为土壤对气体具有吸附能力，可把各种气体吸附于土壤颗粒表面。油气微渗漏到地表的游离烃类气体也会被土壤吸附。我们把地下一定深度的土壤采集回来，经加工后用低浓度的酸溶液处理，被吸附在土壤颗粒表面的烃类气体就会释放出来，通过仪器检测即可判断油气踪迹是否存在。这种方法就是“土壤测量法”的“酸解烃技术”。
从油气地球化学勘探方法的提出，到现在已有80多年了，随着科学技术的发展，油气地球化学勘探技术已发展为由多种方法构成的技术系列，如采集地表水的“水化学测量法”，研究烃类碳元素同位素的“碳同位素测量法”等等。几十年来，油气地球化学勘探方法在国内外广泛应用，通过寻找油气地球化学异常，可以预测盆地乃至构造的含油气性，从而找到油气。20世纪90年代中国石油系统在某油区用“游离烃技术”证实了地震勘探发现的构造含油性，经钻探见油。实践证明，地球化学勘探方法是一种经济、快速、直观并很有发展前景的油气勘探技术。
现代地质高新技术的发展，不仅为复杂景观区地质调查工作提供了快捷有效的工具，加速了矿床的发现，而且为新的地质理论与成矿模式的产生提供了更多的机遇。围绕国家西部大开发战略，针对西部地区地形复杂、气候多变的特点，以地质勘查技术为先导，建立了一套适合于中高山区地质填图和矿产资源快速评价的方法组合。针对覆盖区，研制了适用于复杂景观区（包括覆盖区）的深穿透地球化学方法。利用等离子体质谱仪研制和开发了一套痕量超痕量的分析技术与同位素分析技术，为区域地球化学勘查与基础地质研究提供了重要的技术支撑。
（一）野外地质调查数字化
2001年国土资源部科技发展报告
野外数据采集器是实现区域地质调查数字化的关键技术之一。我国的“野外数据采集器”已研制成功。它使野外地质调查数据采集掌上机化、定点GPS化（导航与辅助定位）、野外记录（手写电子笔）数字化。
2001年6月—8月在青藏高原的东北缘阿拉克湖地区进行了野外试验，野外数据采集器经受了高寒、风沙等恶劣条件的考验，同时通过对软件的优化，数字地质填图基本成功。
（二）中高山区矿产资源区域快速评价方法技术组合
矿产资源区域快速评价航空遥感技术
以航空红外、航天TM图像为主要信息源，通过对影像岩石单元法、构造解译标志法、证据权法及探索出的矿源场－成矿节－遥感信息找矿模式方法的运用，结合遥感地质解译、典型矿床解析和找矿模式的分析对比，实现了遥感信息向地质、找矿条件信息的转化，有效地指导了成矿预测。应用这种方法在新疆哈尔克地区取得了明显的找矿效果。
新疆哈尔克山地区卫星影像图高精度航空综合站技术
开发研制了适用于区域性快速普查的高精度航空测站（航磁、伽马能谱、航空电磁），在新疆东天山康古尔塔格成矿带，获得了大面积的高质量航空物探资料，编制了航磁、伽马能谱和航电等系列图件。它们客观地反映了东天山地区的地球物理场面貌，为研究东天山地区的基础地质问题，为普查和找矿工作部署等提供了重要资料。
新疆东天山地区航磁立体阴影图
中高山区高精度航磁和微波遥感技术
研制了一套中高山区高精度航磁测量方法和解释技术，系统研究了从航空物探飞行测量数据中获取DTM数据的方法及航磁异常高度改正技术：研制了航磁剖面磁异常改正方法、计算机航磁剖面自动渐变上色方法和各种地形条件下半智能型二维半重磁异常正反演软件：研究了根据结构逻辑法和图形图像处理方法提取弱异常的方法。
针对研究区植被覆盖厚、地形起伏大的特点，提出了一套中高山区微波遥感方法应用技术，进行了辐射标定、DEM数据生成、几何纠正、空间信息与波谱信息合成等微波遥感数据处理和区域成矿背景、含矿岩性、控矿构造等成矿地质信息提取方法的研究。
（三）覆盖区矿产资源快速评价技术
奥林匹克坝矿床上方深穿透地球化学填图深穿透地球化学方法
针对覆盖区找矿这一世界性难题，提出了深穿透地球化学的概念，研制了两种深穿透地球化学方法——地球气纳微金属测量（NAMEG）和金属活动态测量方法（MOMEO）。通过在已知的著名大型超大型矿床（穆龙套金矿、山东省胶东金矿矿集区）进行试验，深穿透地球化学方法效果良好。例如，在奥林匹克坝地区不仅在已知的奥林匹克坝超大型矿床上方发现了清晰的异常显示，还圈出了1处新的异常靶区，后来被西部矿业公司（WMC）的钻探所证实。
（四）元素与同位素分析测试技术
20世纪末，电感耦合等离子体发射光谱分析技术（ICP-MS）的问世，大大提高了痕量超痕量元素的分析精度，并以此技术为基础，开发了一系列微量元素及其同位素分析技术，为地球化学勘查方法的发展以及基础地质研究，提供了重要的技术保障。
电感耦合等离子体质谱仪
Os—Os定年技术
由于186Re和188Re分别经过p衰变可以生成稳定同位素186Os和188Os，据此，建立了187Os-186Os和187Os-188Os定年新方法。在分析过程中，将中子活化与电感耦合等离体分析和负离子热表面电离质谱（NTIMS）相结合，测定元素含量。对于年龄标准参考样，采用辉钼矿HLP代替金属Re带作中子通量监测器，使年龄测定精度好于国际同类技术水平。高纯稀土分析技术
利用ICP-MS建立了高纯Pr6O11,Eu2O3,Tb4O7,Dy2O3等11种稀土氧化物中15种痕量稀土杂质的分析方法，实现了纯度为99.99%～99.9999%的高纯稀土材料中痕量稀土杂质的分析，把样品分析周期从原来的3～5天缩短到10个小时。
（五）海洋矿产资源调查技术
结核、结壳区海底摄像及处理系统
为了在深海海山区复杂地形条件下对海底进行连续直观观察，自行设计和开发了我国第一套汇集计算机控制、计算机通讯、水下抗压、海底摄像、水下照明和数字图像处理等多项高新技术的摄像系统。该系统在DY95-9和DY95-10航次大洋多金属结核开辟区勘查及富钴结壳靶区调查航次中，取得了清晰的海底拍摄记录，为我国现阶段大洋多金属结核和富钴结壳的调查工作提供了急需的、宝贵的海底观测资料。
DY95-10航次中太平洋海山海底摄影记录
（六）地质勘查中的钻探技术
CD-2和CD-2B型钻机
CD-2型钻机外貌
CD-2B型钻机外貌
CD-2和CD-2B型钻机属成熟的立轴式钻机机型，它们具有立轴式钻机结构简单、操作容易、维修方便、价格便宜等优点。CD-2B型钻机首次在中小型岩心钻机上采用变频调速驱动技术，实现了钻进过程中钻具回转的无级调速。两种机型在中小型立轴式岩心钻机上采用双卡盘液控式不停车自动倒杆系统，实现了长行程连续钻进，提高了钻进效率，减少了辅助时间和岩心堵塞。
同位素地球化学勘查方法
答：同位素地球化学勘查是稳定同位素在地质学应用中发展起来的一种新的技术方法,它是以研究稳定同位素的天然丰度为基础,测量地壳中稳定同位素的含量和它们之间的比值,根据所发现的同位素异常及其变化规律来进行找矿。 根据稳定同位素的研究资料,地球上各个部分的同位素组成是不相同的。也就是说,自然界中不同来源的物质其同位素...
勘查地球化学找矿理论与方法
答：随着地质工作程度提高，地表依靠宏观标志直接找矿的难度越来越大，勘查地球化学找矿方法是一种利用“显微标志”进行矿产勘查的一种方法，扩大了找矿标志，已逐渐成为现代矿产勘查技术的支柱之一，尤其是在寻找盲矿、隐伏矿、难识别矿和覆盖区找矿方面，具有其他勘查方法所不可比拟的优势(谢学锦等，1999;吴...
地球化学勘查方法及成果
答：构造地球化学测量,是近年来新发展的地球化学勘查方法,在矿床普查、评价中沿成矿构造在地表或钻孔内采集基岩样品,为深部找矿、预测盲矿体、矿床评价提供了依据。 一、构造地球化学方法原理 构造地球化学探矿技术是通过分析构造中的成矿指示元素的地球化学晕来推测深部隐伏矿化情况,属原生晕技术范畴。它在许多方面优于传...
矿床的同位素地球化学
答：脉石英氧同位素及其包裹体水的氢同位素分析方法:先将样品置于真空干燥箱中,在 105～110℃烘干,称取烘干样12 mg(称样精度为0.02 mg),用特制装样器送至预先已充入 Ar气的反应器底部,然后将反应器接回真空系统,抽除系统中Ar气,再加5倍样品的BrF5 用液氮冷冻,再抽真空至2.0×10-3Pa,撤下液氮杯加热到500～...
土壤地球化学勘查方法与技术
答：土壤地球化学勘查的工作方法包括资料调研、实地踏勘、方案设计、野外采样、样品分析、资料处理、成果解释及异常检查八个步骤。第一步，资料调研。工作之前应根据勘查目标和任务认真作好资料调研工作。要收集勘查区的地理地形、地貌、地质背景、水文资料、土壤资料、地球物理、地球化学等方面的资料并消化。第二步...
勘查地球化学数据处理
答：这是目前勘查地球化学建立定标准样中每个元素含量时常采用的方法。 b.准确度和精密度。准确度是多次测定值的平均值与真值的符合程度。精密度是多次测定的重现性即它们之间的符合程度。 精密度可以用数据的方差来衡量,也可以用标准离差来衡量,还可以用变差系数百分数来衡量。 方差 勘查技术工程学 标准离差 勘查技术...
地球化学勘查是什么意思
答：地球化学勘查程序 现行程序的基本思路是用高效率的地球化学勘查方法在广大面积内进行广泛的侦察，舍弃大片没有希望的地区，缩小找矿靶区，然后用效率较低，但能较精确的圈定矿化范围的方法在缩小的靶区内工作。中国采用的程序包括：①区域性扫描及普查。从中找出有远景的异常。②异常检查。从中精选出最有...
生物地球化学勘查方法
答：17.5.2.3 生物地球化学勘查工作方法 (1)准备工作 除了一般勘查地球化学工作的地质准备工作之外,还应着重了解工作地区的自然景观的特点,熟悉工作地区的植(动)物分类、分布及其生态学特点。在研究已有资料的基础上,分析这些条件对有关勘查矿床中元素迁移和分布可能产生的影响,可能出现的植物种属及其生长规律和异常标志,并...
勘查地球化学资料解释
答：三角图解是岩石学及地球化学中常用的表示三个端元成分相互关系的方法。在整理化探资料时,可选出三个有代表性的元素,在它们的三角图解上划分出一定的区域。各点实测含量落在某区,就用该区符号表示在平面图上。 18.3.2.6 解释推断图 推断解释图是所有图件中的上层建筑。它要求综合尽可能多的资料,并在某种地质成矿...
高光谱遥感、地球化学与同位素方法综合研究烃渗漏引起的岩石异常_百 ...
答：地表矿物与化学成分的细微变化是由于烃类物质与岩石相互作用引起的，因而对未来油气勘查具有指示意义。在油气勘查初期阶段，建立地表岩石改变（这些应当可以通过各种手段检测到）与深部油气藏之间的联系是十分重要的。地表岩石蚀变可通过反射光谱、高光谱、地球化学与同位素方法来进行识别与填图，在划分出蚀变与...
