第二章金的地球化学

第二章金的地球化学
第二章金的地球化学

第二章金的地球化学

金在自然界中是普遍存在的元素之一,也是能够形成独立矿床的元素之一。正如В И 维尔纳斯基指出的,金这种元素“广泛分布于所有的土壤、岩石中,并在水溶液中呈现为

长久的动态平衡”.A.E.费尔斯曼(1939)曾强调指出:“对金的地球化学性质研究仍不充分;

有关金的地球化学迁移的认识至今还非常混乱”。O.E.兹甫雅采夫(1941)曾说过,“现有的

精确的科学观察和实验尚不足以充分解决有关金的地球化学问题”。应该说上述地球化学家

们的预言至今仍不失其现实的含义,也就是说有关金的地球化学的看法尚不统一,并且突出

表现在矿床的成因、成矿作用过程乃至自然金在矿石中的赋存状态的研究等等方面还存在着

很多值得进一步深化认识之处。

一、金的地球化学性状

㈠、金在元素周期表中的位置

金在元素周期表中的位置决定了金的地球化学性质和行为。众所周知,金的原子序数是79,为奇数元素,原子量为196.9665(197);其在元素周期表中属于第六周期(长周期),

第一副族;与铜、银合称为铜族元素。

其电子构型是1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f14 5s25p65d10 6s1。

从上述金在元素周期表中的位置(图Ⅱ-1)及其原子构型,可知:

图Ⅱ-1 金的伴生元素地球化学表(据R W 博依尔1984)

1-普遍与金伴生的元素;2-通常与金伴生的矿物中的典型元素;3-富集在个别矿体的含金伴生矿物组合中的元素;4-仅见于金矿石内的特征元素;

5-金及其化合物(包括人工杂质)中常见的痕量元素

1、金具有十分特征的亲铁性、亲硫性,以及亲铁-亲硫性

从元素周期表中我们能够直观地看出金恰恰介于过渡性元素族和铜族之间,因此兼具过渡性元素族和铜族元素的地球化学属性。同时,我们业已知道过渡性元素族的第Ⅳ周期元素

中的Fe 是一个最最重要的地球的组成元素之一,并且不仅是一个造岩元素(主要是铁镁质

矿物),而且是一个成矿元素(铁的氧化物和硫化物),因此,金的亲铁性应该具有进入岩

石中,以及独立成矿的可能。由此可见,如果金表生铁进入岩石中的话,它必然呈分散状态。这就是金的亲铁性导致金的相对分散富集的地球化学状态。鉴于铁是重要的成矿元素,而且不仅仅能够形成富铁的氧化物矿床(磁铁矿、赤铁矿),很能够形成块状的黄铁矿/磁黄铁矿矿床,也就是说铁具有十分明显的亲氧性和亲硫性。很显然,金的亲铁性,同样应该具有成矿富集状态的亲氧性和亲硫性。

金的亲硫(铜)性,表明金能够富集成矿的属性,并且主要富集于含有硫化物的矿床中,以及应该是以铁的硫化物为主的矿床中。这就较好地解释了金能够形成独立矿床或者伴生矿床的矿物学特征及其富集的矿物学标志,即铁的硫化物是金的富集标志。金的亲硫性还表示,金富集的地球化学条件即金在分散富集状态时,不仅仅需要铁的存在,同时还需要有硫的存在,也就是说含有硫化物的岩石是金的相对分散富集的地球化学标志。由于金不同于铜族的其它元素的属性,即金作为第六周期的元素经过了镧系(La镧、Ce铈、Pr镨、Nd钕、Pm 钷、Sm钐、Eu铕、Gd轧、Tb铽、Dy镝、Ho钬、Er铒、Tm铥、Yb镱、Lu镥)57-71之后,出现了原子半径不变、核电核数增加、对核外电子数吸引力增大而不容易失去电子云,导致了金的惰性(称此种效应为镧系收缩效应)。这就是说,金的性质不同于铜族中其它的元素性质,即不能够以硫化物的化合物形式存在于自然界;其化学的活动性大大减弱。因此,金的亲硫性所表现的形式将是一种极为特殊的

2、金的分布的分散性

由于金是奇数元素,因此在自然界为稀有稀散状态分布的趋势;这种分散分布是趋势显然是不容易富集成矿的。据B J Bkinner统计分析表明,元素丰度介于0.01~0.001%元素如Cu、Pb、Zn不需要预富集过程就能够形成矿床,而<0.001%的元素如Au、Ag、Sn、Hg 等元素则需要一个预富集的过程,才可能成矿。这就是金的成矿的可能性的推理,并且普遍研究者认为这一预富集过程是从含金岩石中通过所谓的“活化-迁移”作用来实现的。然而,实际上人们并没有明显地观察到岩石的活化迁移现象。有人认为矿床体的围岩蚀变过程是热液从围岩中萃取金和导致岩石中金活化和迁移的地质现象,显然是不合适的。众所周知,围岩蚀变是成矿流体与围岩的水/岩反应产物,并且是不含矿的流体部分与围岩的反应产物。如果仅仅依靠通过围岩蚀变获取成矿的话,那么可能出现两种情况,即围岩蚀变是强度是困惑富集程度的正相关标志;另一个应该出现的地质现象是蚀变的部位富集金,而且应该呈现出从围岩至矿体金的含量具有正态曲线的展布状态。事实上并非如此,蚀变强度不是矿化强度的标志。总之,所谓金的预富集作用是成矿理论中的一个难解之“谜”。或者说金的预富集作用不同于其它元素,而显示出其特殊性。

㈡、金的主要地球化学参数及其地球化学性状

1、金的主要地球化学参数

表Ⅱ-1给出了铜族元素的主要地球化学参数,从表中对比可见,金的地球化学参数具有明显的特殊性,造成这种特殊性的主要原因,同样是因为La系收缩所至。从而使得金与铜、银的地球化学性质显示出既具有相似性,又具有明显的差异性。从表中可见相同性主要表现在它们的氧化价、原子半径、离子半径,因此导致了相互之间能够呈类质同像替代和形成完

全的固溶体系列。它们之间的差异性主要表现在负电性、电离势、离子电位和氧化-还原电位方面。为了查明这些差异性对于它们在自然界中的性状,首先需要复习有关的定义:负电性或者电负性(X)是指元素的原子在化合物分子中,吸引电子的能力,称为元素的电负性,并定义为F的负电性=4.0;与之关联的参数是电子亲和能,所谓电子亲和能是指气态原子得到一个电子形成气态阴离子所释放的能量,意即电负性越大,电子亲和能越大,也就是说形成阴离子的趋势越大。根据电负性的大小,可以推断元素在自然界中的可能赋存的最佳状态。一般情况下,当X>2.3时,元素容易形成呈阴离子状态;当2.3>X>2.0时,金属元素常常呈自然元素状态;当1.7<X<2.0时,元素除了呈硫化物(共价键)外,也可以呈自然元素状态。从表中可知,虽然Cu和Ag能够呈自然元素状态,但是更易于呈硫化物状态。金的电负性决定了它只能呈自然元素状态,以及可能呈现出非金属的性质(金酸)。此外,很显然在铜族元素中,Au的电负性最大,而Cu、Ag相近。所以铜的一些硫盐矿物(黝铜矿,特别是砷黝铜矿含银)。因此,在自然界中很少发现金的硫化物和含金矿物。这就是说,金不可能呈类质同像进入硫化物的矿物晶格中;所谓的载金矿物和自然金之间不可能呈共生(同时沉淀结晶)。

电离势(I)是指使一个最低能态的的气态原子失去一个电子形成一价的气态阳离子所需要消耗的能量(ev=23.06kc/mol)。转变为一价阳离子或者说失去一个电子所需要的能量称为第一电离势,依此类推。鉴于I=e2/r(e为电荷数,r为原子半径),因此在原子半径相近的条件下铜族元素之间的电离势的差别取决于电荷数。即当铜族元素呈+1价时它们容易共生的;当铜族元素呈高价态时,Cu和Ag的电离势相近,可以共生,而Au的电离势大于Cu和Ag,因此Au在一般情况下不与Cu、Ag共生。

离子电位(Π)是判别元素形成配合物(络合物)的稳定程度(争夺氧的能力)的参数。根据Π=ω/r(其中ω为电价,r为离子半径)和当Π<0.6~2.5时,与其它元素争夺氧的能力很小,不能形成含氧的配合物;可能呈形成其它的化合形式(离子形式);Π越大争夺氧的能力越大,但是在Π为2.5~4.8时,元素在溶液中通常呈自由离子状态,而不是可溶性的配合物状态。从表中可知,Au+1不容易形成稳定的配合物,唯有Au+3能够呈自由离子状态,而不能形成较为稳定的配合物。尽管Cu、Ag也不能形成含氧的配合物,但是能够呈自由离子状态,特别是Cu和Ag在+1价时,Ag与Au的离子电位相近;在高价状态时,Cu+2

和Au+3均处于形式的状态。所以,+1价的Au和Ag性状相近,即在贫氧富硫的条件下Ag 和Au能够共生;在氧化条件下,Cu和Au具有相似性。

这种相似性表征了它们能够在一定的条件下伴生,而它们的差异性则是在一定条件下的分离富集赋存的原因。例如在内生条件下,金银伴生,在外生条件下金银分离;在内生条件下金铜伴生(与岩浆有关的矿床);而在与岩浆无关的矿床中金铜分离赋存的特征等等。

总之,金的地球化学性质表明了金具有十分明显的“二重性”特征。

2、金的地球化学二重性

金的地球化学二重性是对金的地球化学性质和行为的高度概况和总结,所谓二重性是对于金的地球化学性质和行为具有相反的属性的总体表述,即在特定的条件下金的地球化学性质和行为具有向相反方向转变的特征。具体分述如下:

⑴、金的化学性状的惰性与地球化学的活泼性

金虽然具有化学性质上的惰性而不溶解于水和任何单质酸,因此金在自然界主要呈单质或者说呈原子状态赋存。但是在氧化剂存在和同时有与金能够形成配合物的物质存在的条件下,金能够以离子形式溶解。如下述金溶解于王水的反应方程式:

Au0+HNO3+4Cl=HAuCl4(亮黄色晶体)+NO↑+2H2O

即:Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO↑+2H2O

AuCl3(褐红色)+HCl=HAuCl4(亮黄色晶体)

上式表明,金首先被氧化成为三价金,再与氯结合形成稳定的配合物〔AuCl4〕-;同样在表生条件下,出现了有强氧化剂〔Fe2O3/MnO4〕存在的条件下,可以溶解盐酸或者硫酸,其反应方程式:

2Au0+Fe2O3+4HCl=2AuCl+FeCl2+FeO+2H2O

地球化学家A.E.费尔斯曼在论述金的地球化学性状时指出:“如果认为金的较大的比重决定了它的稳定性恐怕是错误的,相反,其金属晶格的综合性质,其离子在化合物中的强烈极化(表现在具有吸引电子的能力)、其特殊的柔软性以及较低的化合价才是金在机械作用下趋于分散和易于生成胶体的原因。”这就是说,金不仅能够以不稳定的配合物形式溶解,而且能够以胶体的形式搬运富集。

如前所述,金矿床中经常含碳质物,经研究表明有机酸能够起到保护金的胶体稳定搬运而不沉淀的作用,从而使得金的在沉积时得到富集(加塞斯,1942;费特当,1946)。粘土质对于金的吸附搬运同样是重要的。

⑵、在自然界中金具有三个价态的形式存在,并且构成了金在自然界中的循环状态

金在自然界中具有三个价态,即Au(0)、Au(Ⅰ)和Au(Ⅲ),这正是金的地球化学活泼性的具体体现。同时表明了,金在自然界的成矿行为所显示的成矿的遍在性及其成矿地球化学的循环性特征。金能够成为与镁铁质-超镁铁质岩浆有关的铜镍硫化物矿床、块状硫化物矿床、斑岩铜钼矿床的伴生矿产(伴生金矿床),还能够通过热液成矿作用形成独立的金矿床,乃至表生条件下形成各种外生金矿床,从而显示出金的成矿地球化学行为的活泼性。那么,为什么金在自然界只具有三个价态呢?我们可以从如下列所表征的金的配合物的

歧化反应得到解释:

3Au +=2Au 0↓+Au +3(K =10-13;25℃)

从上式不仅仅给出了自然金从成矿流体中沉淀是不需要与其他元素或者化合物发生所谓的氧化-还原或者交代反应即可以沉淀,同时也表明了金的配合物的不稳定性特征以及表征了一价金在溶液中是不稳定的。

⑶、金的亲铁性、亲硫性和亲铁-亲硫性的二重性特征

大量的实验研究和实际的岩石中金的丰度的查定结果表明,金的亲铁性是金分散富集以及能够作为成矿的物源的重要属性。例如金在铁质陨石和地核的丰度分别为0.067~3.71(平均为1.5×10-6)和2.6×10-

6。 金的亲硫性是金的可迁移性,这就是说金将与硫化氢化合形成硫氢配合物〔Au (HS )2〕

-,Seward T M ,1982的实验结果表

明,上述配合物是稳定的。即

H 2S =H ++HS -(K 1=8.4×10-8);HS -=H ++S 2-(K 2=1.2×10-15)

Seward 指出,在酸性条件下尽管

出现了还原硫的增加和HAu 〔HS 〕20

的溶解度增大,但是,在中性条件下

二氢硫化金(Ⅰ)出现了最高的溶解

度(参见图Ⅱ-2)。

种种迹象表明,金在溶液中是以

二氢硫化金〔Au (Ⅰ)〕配合物的形

式存在的(表Ⅱ-2),这是因为大多数金矿床中的矿石矿物是富含硫化物的。从表Ⅱ-2中可见,凡是生成自由能(⊿G 0)越大的,其在水溶液中的溶解度越大,即越稳定。相反,生成自由能(⊿G 0)为负值的通常在水溶液中是不稳定的。其中,Au 〔Ⅲ〕在表生条件下不能够以SO 42-、SO 32-和S 2O 32-的形式存在于水溶液中。

种种迹象表明,硫的存在是金能够进入热液并形成含金成矿流体的重要条件,换言之,如果含金源缺少硫的存在,那么金将不能够进入溶液中形成含金成矿流体,也就不能够形成热液金矿床。

3、金的热归并性和热扩散性是金的又一突出的二重性特征

金的热归并性是指矿石中的不可见金经过加热至350℃左右之后能够转变为可见金;热扩散性是,如果继续加热至600℃之后,则可见金又转变为不可见金,甚至导致含金的石英变成为桔黄色(显然是由于金发生了均匀的扩散所至)。滦世伟(1987)曾经运用金的这一属性提出了我国华北陆台含金岩系经历了区域性均一化作用之后,含金性普遍较低的原因的解释。

我们认为金的热归并性和热扩散性的更为重要的作用在于金矿床形成之后,对矿床的再造作用。例如,我们经常会发现由于容矿断裂的再活动,在断层面靠近矿体的部位品位增高,

图Ⅱ-2 金的硫氢配合物在不同温度条件下的溶解度

变富的现象,甚至出现特高品位和明金。至于热扩散性导致区域性的均一化现象显然是一种理想思维(热扩散属于一种物理迁移,其不可能构成迁移范围的均一化迁移,只能够作些十分有限的迁移而已)。

⑸、金在自然界中的分布和分配方面显示出极其明显的相对均匀性和普遍的不均匀性特征

这种相对的均匀性和普遍的不均匀性不仅仅表现在含金的地质体中,而且也表现在矿床中。如果说金的相对均匀性属性是金不可能形成富集成矿的原因的话,那么正是普遍的不均匀性属性才成为了金能够富集并形成金矿床的基本属性,以及含金的矿源不可能是固化了的含金岩石或者含金的地质体。关于金矿床的物质来源问题这里将着重说明以下几点:

①在过去了的漫长时间里,就金矿床的成矿物质来源问题作了大量的研究工作,并因此得出了不同的结论性看法。有人主张成矿物质来源于地幔和地核的接合部的碱性煌斑岩岩浆;有人则主张来源于地壳与地幔的接合部-太古代绿岩带;

②大量的调研统计结果表明,岩石中金的丰度不是判定金能否成为成矿物质的供给者,关键在于岩石中金的赋存状态,即金的赋存状态是判别近能否形成矿床的重要依据,因此提出了岩石中的金应该呈吸附状态、硫化物中的金和赋存于岩石的矿物粒间金的说法;

③在经过上述的实际调研工作之后人们发现,岩石中金不可能成为矿床的物质供给者,只有而且必须是没有固结的沉积物中的金、岩浆中的金才可能成为金矿床的成矿物质供给者。并且在很大程度上只有沉积物中的金才可能是独立金矿床的真正的成矿物质来源或者说供给者。

二、金的地球化学性状与成矿作用问题

金的地球化学性状是指它在自然界的分布分配、分散富集的状态。很显然,金的地球化学性状取决于它的地球化学性质,特别是它的地球化学性质的二重性。

㈠、金在自然界中的状态

1、金的地球化学二重性决定了金在分布分配上的二重性特征

金的亲铁性是金在分布分配上的主导因素,因此凡是富铁的岩石大多数显示出含金丰度较高,因此在:

⑴、金的宇宙丰度查定表明(表Ⅱ-3、4),金在各种陨石中的含量变化是不均匀的,含量最高的是石质铁陨石和铁质陨石,次之的是宇宙尘、磁性金属、磷化物相和硫化物相。虽然大致可以矿床金的亲铁性和亲硫性,显然存在一些需要解释的问题。例如含量最高的是石

或者说指组成物质还没有达到完全的分异。因此,在硫化物相、甚至硫化物结核、陨硫铁之

类应该富集金的矿物相含金较低就能够得到较好地解释。这一现象能够给予我们的启示是在地球还没有完全圈层化之前或者说地壳还没有形成的时候,金主要富集在富铁的岩浆或者熔岩中,以及金在地球中分布的无序状态和不均匀特征。这就是说在地球的表壳岩形成时总体上含金较高,但又是极不均匀的。

如表Ⅱ-4所示,两次采集的月球玄武岩含金丰度相差较大,由此可见月球的含金丰度也是不均匀的。称为从中可知除火山角砾岩含金丰度较高之外,含金丰度最高的是月尘和月壤。由此可见,风化的物含金最高,似乎可以认为“沉积物”含金的丰度最高。

物含金最高,似乎可以认为“沉积物”含金的丰度最高。

⑵、金在地球各个圈层和不同岩石中的丰度

从表Ⅱ-5中同样可以看出铁镍核含金丰度最高,而上地幔和下地幔相当地壳最低。这一现象表明了金元素的向心性或者说是向心元素。既然如此,那么地壳中金矿床中的金来源何处呢?是地核还是地幔,显然地幔中的金难以提供地壳中业已形成的金矿床所需要的物质的量(即镁铁质和超镁铁质岩形成的矿床金的储量并不丰富)。来源于地核,尽管曾有人对此十分感兴趣并且提出过相关的理论,然而却是令人不可思议的。笔者认为地壳中的金矿床的物质来源主要是地壳本身,即地球还没有完全圈层化时期形成的表壳岩-地壳与上地幔的接合部-太古代绿岩带(A A Keays,1982)。

表Ⅱ-6、7、8中可知,在各类岩石中沉积岩含金丰度最高,特别是沉积物中的含碳质沉积物最高。上述统计结果表明地壳中金的再富集作用主要是通过风化剥蚀以及搬运过程实现的。这是由自然金的物理性质的二重性所至,即不仅仅能够以“砂金”的系数在表生条件下得以富集,而且还能够以胶体的形式搬运和富集。据此,为我们提出了一个十分重要的问题,这就是某些特定的沉积物是金矿床的成矿物质主要来源。从表Ⅱ-8中可知,含磷化物片岩含黄铁矿杂砂岩、黑色页岩、凝灰岩、海底火山灰是除了含金砾岩之外含金性最好的,其次是地中海沉积物中的含金属沉积物、冲积砂矿等等。从中可以看出金的富集条件是岩石中含有铁、硫和碳(包括有机碳),以及碎屑岩类(特别是分选较好的砂、砾岩)。这就是说,金的亲铁-亲硫性是金由分散(状态)转变为富集状态的重要属性。

此外,从金在沉积物和沉积岩中的丰度与火成岩的丰度相比,其平均值远远高于火成岩的事实也为上述结论性认识提供了令人信服的证据。至于金在矿物中的分配问题实质上是金在矿物中的赋存状态问题,其研究的焦点是金能否以类质同像的形式进入矿物的晶格之中。无论是对含金矿物的加热实验,还是有关仪器的查定都不能给出令人信服的结果表明金是呈类质同像形式赋存于矿物的晶格中。其根本原因是金在固相状态下,只能呈自然金状态,也就是说自然金不可能呈离子状态替换其他元素尔呈类质同像状态加热矿物中。

2、金的赋存状态决定了金矿床的成矿物质来源

有关金在各种介质中的状态的研究资料虽然不多,特别是在岩浆中的、岩石中的资料比较缺乏,但是现有的一些资料足以能够说明金在自然界中的赋存状态了。我们讨论这个问题的目的并不是单纯地进行理论上的讨论,而是试图说明在地壳中呈怎样赋存状态的自然金能

够成为金矿床的成矿物质。换言之什么样的金能够被溶解形成含金溶液,进而形成含金的成矿流体呢?有关问题的研究由来已久,就此作以简单的回顾:

⑴、分泌成矿说-成矿物质直接来源于固结的含金岩石

分泌说可以算是第一阶段,追索其经历的时间可以说是极其漫长的历史时期,即从16世纪阿格里拉提出至20世纪90年代几乎近400余年,应该说这一个占统治地位的成矿流体形成的理论。在如此漫长的时间内,特别是70年代“层控”理论和“矿源层”的概念提出后,达到了鼎盛时期。分泌说固有的两个基本概念是所谓的“狭义侧分泌”,即组成快速和描述的物质直接取自矿脉体附近的围岩;另一个是“广义的分泌”理论,即矿石和脉石组分来源于更为广泛分布的主岩(矿源岩/矿源层),它们通常是赋矿的一大套含矿岩石和岩系,如沉积岩、火山岩,以及与之有关侵入岩。分泌的机制是多种多样的分泌出来的成矿物质可以是从侧向,垂向的(上升或者下降),也可以是斜向的;运移的介质可以是大气降水(地表水),层间(同生)水,变质(热液)水,等等。

例如R W 博依尔(1979)提出的有关基性-超基性岩石经过碳酸盐化之后可以使金进入溶液中成矿(他并且进行了计算:1km3碳酸盐化基性岩能够提供形成4t金属量的金矿床)的认识。1982’津巴布维讨论会提出的金的丰度>7.2×10-9的绿岩带就意味着能够形成金矿床的结论性意见。以至于,自此之后在我国乃至世界范围内开展的有关成矿原岩中金的丰度查定工作。大量的查定工作结果使得人们无所事从,就是说不能够判别出是高含量的有矿,还是低含量的地区有矿。在此条件下,人们开始对于金的丰度查定结果提出了质疑。从而进入了新的认识时期,即金在自然界的赋存状态的查定工作时期。

⑵成矿岩元素的赋存状态极其活化-迁移

第二时期是20世纪90年代初期。人们就岩石中的金的是如何发生活化、活化迁移的讨论的同时进行了金的赋存状态的查定。结果认为岩石中的金只有呈矿物粒间状态、硫化物中的金以及呈吸附状态的金才能够被称为活化状态的金,凡是进入矿物晶格中的金都不能提供成矿或者称为“束缚金”。在此结论认识前提下,人们仍然感到存在很多值得思考的问题,例如,像西澳和加拿大绿岩带那样广泛的碳酸盐化现象是很少存在的;不管金在岩石中呈粒间还是硫化物中的状态,总归是赋存于岩石中,因此,只有使岩石发生广泛的蚀变才能够释放

出金,并参与成矿。然而人们实际

上很少看到广泛蚀变的矿源岩的事

实,使得人们产生了进一步的思考

和异议。在此情况下,人们从20世

纪80年代就提出了金矿床的成矿物

质很可能源于“液态矿源”的假设。

⑶沉积物中吸附状态的金和同

生水(建造水)是初始的“含金溶液”

第三时期,也是本人首先提出

的含金沉积物中的金是金矿床的成

矿物源的提法,以及参考了有关“含

金建造”的意见(马起波;1994),提出了“含金沉积建造”的看法和“液态矿源说,二次迁移论”(周乃武;2000、2004)。

为了说明上述有关认识,有必要就金在各种状态的流体中的赋存状态作以讨论和论述: ①在岩浆中的状态

众所周知,岩浆可以呈两种状态进入地壳,即呈侵入状态和喷出状态。此外,我们还可以从岩浆矿床中的各种类型中得到启发,即含金的而且与岩浆有关的矿床是铜镍硫化物矿床、矽卡岩型矿床、斑岩型矿床、块状硫化物矿床等等。这些矿床涉及到基性岩浆的侵入作用、喷溢作用形成的铜镍硫化物矿床;中酸性侵入岩有关的矽卡岩型矿床、浅成斑岩型矿床和海底火山喷气-沉积的块状硫化物矿床等等。总之这些矿床的基本特点是富含硫化物的矿床,以及与岩浆活动密切相关的,矿化主要赋存于岩浆岩中、岩体的内外接触带和火山角砾岩中和这些矿床大多数都是含金的,而且金作为伴生状态,即以铜、镍、铅锌矿等等为主的伴生金矿床。

我们以铜镍硫化物矿床为例说明伴生金的成矿作用过程(参考图Ⅱ-3):众所周知,金的熔点为1063.43℃,因此在含矿的硅酸盐岩浆发生熔离时金显然进入硫化物熔浆中而不能伴随硅酸盐结晶而固结。换言之,根据金的亲硫性属性,金在伴随硅酸盐结晶的过程中将与铜镍硫化物一起形成了富含硫化物的熔浆。

伴随温压的降低,至400℃及以下的条件下,金将与硫化物一起,特别是会与黄铜矿等硫化物一起结晶沉淀,从而构成了铜镍硫化物矿床中的伴生金矿。

②金只有呈吸附状态才能够成为成矿的物质提供者

至于与海底火山作用有关的块状硫化物矿床中的伴生金矿的形成过程,A A Keays (1982)作了令人十分信服的解释,他指出含矿的基性岩浆进入海底喷溢状态斯,金以及其他成矿元素将伴随岩浆中的硫的过饱和状态脱离岩浆进入海底沉积,形成了富含硫化物的“层流沉积物”,从而为形成金矿床或者含金的块状硫化物矿床提供了物源。现代大洋中脊“黑烟囱”形成块状硫化物矿床的实例,也证明了Keays 的解释是合理的。

总之,伴生金矿床也好,独立金矿床也罢,其成矿物质的状态只有而且必须是沉积物中的、呈吸附状态的金才能够成为形成矿床的物源。

图Ⅱ-3 铜镍硫化物矿床成矿作用相图(据韦杰等) 在>1000℃条件下硅酸盐岩浆与硫化物熔浆发生熔离,900℃左右硅酸盐开始结晶,很显然硫化物主要是在400℃条件下开始结晶沉淀的。

3、矿床实例解析

为例进一步说明这一认识,我们不仿就一些典型的金矿床作为实例加以说明和讨论之。 实例一:南非“兰德”砾岩型金矿床

最著名的南非兰德金矿,为世界最大的金矿,储量占世界黄金储量一半。它是公认的古砂金矿床,以及经历了区域变质作用.

在含矿岩系中,含碳质页岩的存在也是不可或缺的必要条件,故金的富集与黄铁矿、砾

石的大小和碳

质的量呈正相

关;其储量之

所以巨大则与

多渠道供给与

形成的巨厚沉

积直接相关,

即经历了长达

5亿年的沉积

(图Ⅱ-4)。

尚值得一

提的是在一些

更古老的地盾

区如南非和巴西等进入早元古代时间远比其它年轻的地盾区要早,故形成了具有十分独特的"含铀砾岩型金矿"如南非的"兰德型"金矿。如前所述,世界上主要砾岩型金矿床及其成矿时间2.6Ga 前后。其中令人感兴趣的是古老地盾区的砾岩型金矿几乎与较年轻的地盾区中的内生金矿(绿岩型金矿)同期形成于2.6Ga 的晚太古代,然而从砾岩型金矿床所形成的大地构造环境上却是处于克拉通化之后的抬升剥蚀期,也就是说从记年角度查似乎可认为是同期的,但从成矿环境上却是不可同日而语。造成此现象的主要原因在于在2.4Ga 后,大气氧化已变得强烈,再不可能满足于金的最佳富集条件即Fe 、S 、C 的还原状态的条件。因此,自2.4Ga 之后很多地盾区无形成可与"兰德"型砾岩金矿规模之大和品位之高(平均为8×10-

6)比拟的砾岩型金矿床了。

此例表明,成矿物质直接来源于表壳岩-太古代绿岩带-大气和上地幔的接合部是形成特大型金矿床的主要条件之一;巨厚的含金沉积物(含碳质的碎屑、砂砾)是形成特大型金矿床的充要条件;稳定的而又缓慢地沉降的大地构造环境又是能够形成巨厚环境沉积物的前提条件;贫氧的还原环境是形成巨型金矿床的基本条件。

实例二:西澳卡尔古里金矿(床)田(Kalgorlie ),其中最大的金矿床是Golden Mile (金厘)金-碲化物矿床。矿床矿化带长4km ,宽1.2km ,延深1.5km 。该矿床从1883年至1983年期间已经产出黄金11312t ,平均品位11.9×10-6,最富矿石品位为200~300×10-6;围岩蚀变以硅化为主,碳酸盐化和绿泥石化较为普遍。矿石矿物以细粒的黄铁矿为主,黄铜矿、毒砂次之;另一特征是富含碲化物(金碲矿、碲汞矿、针碲金矿、碲银矿、

针碲金银矿、

碲金银矿、碲镍矿、碲铅矿、亮碲金矿、自然碲)发育,本区在有碲化物地段,往往出现富矿体;自然金大部分赋存于细粒黄铁矿中,约15~20%的金为碲化物;矿床的矿体为脉状,脉幅宽几毫米~30m左右,单个矿脉长1000m以上,最长的4号脉为1800m;垂深达1600m;矿脉完全受到剪切带控制,剪切带构造大多数位于矿脉的底板,围绕剪切带形成错综复杂的细脉带构成了单个矿脉,常见狭窄的细脉平行主矿脉分布的现象,矿脉多达数百条;矿脉总体与褶皱后的倾斜断层有关。

卡尔古里金矿田位于西澳诺斯曼-乌伦娜绿岩带内的绿岩带型金矿。绿岩带宽100~200km,长400~800km;已经探明储量5000t以上,尚保有4000t。

曾被认为是最最典型的与基性岩具有成生关联的金矿床,同时也是世界级金矿的最最突出的代表。关于矿床的成因问题:以往认为该矿床为区域变质热液剪切带型金矿床,其形成温度为300~400℃,成矿压力为1~2×108Pa;成矿时代为2.8Ga;成矿物质来源于绿岩带本身的各个层位:层流沉积物、玄武岩、铜镍硫化物矿床和块状硫化物矿床等等;成矿流体为低盐度、偏碱性、还原硫的H2O-CO2流体,金在流体中呈HAu(HS)2形式。以及认为成矿流体是在变质变形期流体上升并萃取成矿物质和在适宜的空间沉淀成矿的。但是我们稍微

考查其赋矿岩系就不难看出成矿物质实际上具有直接关系的是“层流沉积物”(表Ⅱ-9)。

据A A Keays(1982)揭示的资料表明,在西澳的卡母巴尔达地区的层流沉积物中金的含量可达800×10-9,以及结合表中所示,不难看出卡尔古里金矿田的成矿物质主要来源于含硫化物的层流沉积物。此外,Keays针对南非绿岩带缺少特大型金矿床的实际进行了相关的研究。例如对大西洋海底枕状熔岩含金性的查定(图Ⅱ-5),结果发现熔岩的内部含金低,而玻璃质边缘含金高。于是他认为造成此种现象的最大可能性原因是,由于海水和玄武岩的交换反应形成玄武岩的枕状体之后不久金(和硫)向海水中流失而造成的,显然这种金可用于成矿作用;从图中可以看出其含金量从许多实际为零(Au=0.21~0.76×10-9)到科马提岩和高镁玄武岩的6~8×10-9。玄武岩枕状体内部的含金量变化比其玻璃质边缘小得多,而这种变化与玄武岩Cr、Ni和MgO的含量相关。(对此有人认为这种金是固定在硅酸盐相和氧化物相中,通常不利于成矿)。

笔者认为,诚然海水一炽热的玄武岩的反应会导致枕状熔岩的薄层发生金和硫的流失现

象,但是不可能造成

如图所示那种状态

(金从内部的0→边

缘的0.8的高度富

集)。因此,笔者提

出了突然过饱和迁移

观点,即在海底火山

熔岩喷溢时,本来处

于硫不饱和的岩浆,

由于突然的喷溢和相

表示出现的降压作用

导致了岩浆中的硫呈

现出突然的过饱和状

态。在此状态下,具

有亲硫性的元素(包

括金在内)随同硫一起脱离岩浆进入到喷溢的沉积物(火山碎屑,特别是凝灰质沉积物中),即火山喷发间歇期的沉积物之中(称为层流沉积物)。因此,熔岩中含金丰度低。换言之,与海底火山作用有关的金矿床的成矿为主主要来源并不是岩浆本身,而是层流沉积物。

此外,Glasson 和Keays (1978)对澳大利亚维多利亚含金板岩带中的粉砂岩和硬砂岩劈理发育对释放金及其它元素的研究,试图给出提供成矿可用物质的条件。结果表明劈理发育的元素释放的含金量仅为原岩的10.5%。据此可见,碎裂元素虽然有利于金的释放,然而其提供成矿的量并不理想。

不久,Ewers 和Keays (1977),从研究新西兰布罗德兰达贵金属分带(图Ⅱ-6)得出结论认为,影响地热溶液沉积的因素主要是:从图中可见接近地表时硫化物中的金伴随温度的下降而迅速的增加。与温

度剖面重叠的金含量存在两

个点,即在400m 和800m 的

深度,研究者认为这是火山-

沉积层中热流体沸腾作用造

成的。但金的最高含量是富

集在热泉的泉华中,金含量

达到85×10-6。据此研究者认

为,如果该地热系统活动还

长时间,毫无疑问必然能够

形成经济价值可观的金矿

床,但实际上只有少量的金带入溶液并沉积在热液系统图 Ⅱ-5 采自中大西洋中脊(MAR )的最年轻的枕状玄武岩的各部位Ni 、Cr 、Au

图 Ⅱ-6 新西兰布罗德兰达地热区DDHBR16中Au 、硫化物含量和温度随深度的变化图(据A A Keays 和Ewers ,1977) 在布罗德兰达沉淀的沉积物中含8800×10-9的Au ,图中Tc 是推荐的温度剖面,硫化物增加和Au 沉降的两个带(300m 和800m 深度)代表地热溶液沸腾带

中,其余部分进入地表上的河流或沉积在泉华中,最后由于剥蚀搬运形成含金沉积物。这就是说,真正的热泉型金矿床的形成和富集是比较困难的,这是因为整个热液成矿体系处于开放状态所至;如果在热泉成矿体系(系统)的顶部被封闭起来(例如硅帽)的话,热泉型矿床必然能够形成且为铅而富金矿床(如日本的菱刈金矿)。看来,硅帽是热泉型金矿成矿的关键性条件,也是导致找矿的最最重要的标志。

笔者认为Keays的针对性(沉积岩和火山岩)研究思路是合理的,但是研究的方法和解释显然是不合适的。但是不能不看到,其为我们重新认识和判别金矿床形成,特别是对于含金沉积物中的金的来源提供了新的思考:热泉喷流、火山喷气以及含金岩系和矿床的风化剥蚀物。

以上两个既典型又极端的实例,可以看出特定的沉积物建造是金矿床形成的主要成矿物质来源。需要说明的是,我们认为成矿流体形成与岩浆和变质作用没有根本的厉害关系,换句话说岩浆和变质作用仅仅是起到了使成矿流体的浓度增加以及能够形成富矿的作用。从中我们还能够得出一个重要的结论性认识,在于沉积物是成矿物质的主要来源,而岩石中的金不可能仅仅通过围岩蚀变获取,以及因此认为成矿定位之前的构造热事件只是起到浓缩成矿流体密度的作用。

作为呈吸附状态金参与成矿的最佳实例是卡林型金矿床。美国卡林型金矿床以超微细浸染状、富含砷、锑和汞为特征。鉴于该矿床在很多方面与阳山金矿带矿床具有可比性,因此就矿床的一些基本特征描述如下。

实例三:卡林型金矿床(摘自《卡林金矿的主要地质特征》“黄金”No2;1984)

卡林金矿是美国20世纪60年代发现的一个新的金矿床类型-微细浸染型和富砷难选冶的金矿床。因此类典型金矿产于美国内华达州的中-北部的卡林而得名。对此类型金矿我国称之为细粒浸染型(刘东升;1994)/碳硅泥岩型金矿(杜乐天;1989)/碳酸盐岩型/浊积岩型。

区域地质概况

卡林金矿区位于美国西部盆地-山脉区。区内有一系列的北北东向地垒和地堑相间分布的山脉和谷地。区内分为东西两个部分,东部为中寒武世至早石碳世上部的古生代地层,是一套冒地槽碳酸盐类岩石沉积;西部地层时代与东部相同,但属于优地槽型碎屑岩沉积,厚度较大。在地貌上东西之间存在着一条区域性断裂,即罗伯茨山逆断层。该断层使得早、中古生代地层(西部岩层)向东南掩覆在东部岩层之上。在断层上盘一些地区由于隆起、剥蚀,致使下盘岩层出露,形成一系列“天窗”。卡林金矿床就位于其中的林恩构造窗内的东北缘(图Ⅱ-7)。

地层:在构造窗外围(上盘)出露的维尼尼组地层,广布于该区的北部和西部。其下部为层状黑色隧石和硅质页岩,厚60~180m,其中含有少量的灰岩、砂岩和石英岩;上部为互层状页岩、隧石和石英岩,厚1520m以上,其中含有少量钙质砂岩和碳质页岩。

在构造窗内(下盘)地层出露较全,由老到新是:

奥陶系:可分为三层,下部为薄层古德温灰岩;中部为厚层羚羊谷灰岩,其上含有一层厚60~75m的砂质白云岩;上部为厚层状玻璃质尤里卡石英岩,厚150~185m。

奥陶-志留系:该区称为汉森克里克组,

为暗灰色厚层白云岩,厚185~215m 。

志留-泥盆系(罗伯茨山组):为暗灰

色薄层页片状粉砂质钙质白云岩和灰岩,厚

550~600m

泥盆系(波波维奇组):为深灰色厚层

灰岩,其中夹有薄层粉砂状白云质灰岩,厚

度变化大西北部厚245~275m ,到卡林矿区

变薄,仅为60~90m 。 构造: 该区构造比较复杂,是多期复合构造作

用形成的。最主要的构造是罗伯茨山逆断层,

其次是北东和北西向高角度断层和塔斯卡罗拉山背斜。

罗伯茨山逆断层:在本区为一个北西向构造窗。其北界从西到东,由北北西转向北北东,并被许多高角度断层所切割。构造窗内、外明显不同。外部为维尼尼组(Vinini )是一套碎屑岩,断裂构造不发育。内部主要为古生代碳酸盐类地层,断裂构造很发育,岩层遭到强烈切割和破坏。

塔斯卡罗拉山背斜:走向大致为北西20~30°,向北倾斜,倾角为25~30°。形成时代可能为晚泥盆世或者早密西西比期,与安特勒造山运动相当。背斜两翼被后期高角度断层切割,构成盆地和山脉断层。

岩浆岩:

区内除中新生世活动形成的流纹岩岩流外,还有侏罗纪或者白垩纪形成的许多岩墙,多沿北西向高角度断层侵位,岩性为石英斑岩。后因遭到北东向断层破坏和含金溶液作用,大部分已经强烈蚀变和矿化。该区附近出现了两个岩株侵入体,测定的年龄值分别为121Ma 和125Ma 。这两个岩株体都具有由花岗闪长岩-石英闪长岩和闪长岩的特点。并且都遭到热液蚀变,在剪切带和裂隙带中有少量的金矿化。

矿床地质

1、含矿围岩

卡林金矿的容矿岩石为罗伯茨组上部的碳酸盐类岩石。按其成分、结构、构造和蚀变以及矿化程度可分两种类型:一是有利于浸染型金矿化形成的有纹理的泥质、砂质白云岩或灰质泥岩;二是不利于成矿的薄层状砂质含球粒的碳酸盐类岩石。

⑴、泥质、砂质白云岩或灰质泥岩:岩石中含有白云石25~45%,白云石菱形晶粒为25~50μm ,明显是成岩作用形成的;棱角状石英颗粒20~30%,粒度为50~100μm ;泥质物15~20%(主要是伊利石);细粒方解石5~20%,以及隧石(1~3%)、黄铁矿(0.5~1%)、有机碳0.3~0.8%等。此外还含有一些副矿物:长石、锆石、角闪石、独居石、电气石、金红石、磁铁矿、赤铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿。该岩石孔隙度和渗透性很强,因此有利于溶液的流动和含矿溶液的沉淀成矿。

图Ⅱ-7 盆地-山区地质构造及卡林型矿床分布图

1-亚特兰大;2-阿利盖特山;3-波瑞阿里斯;4-卡林;5-科忒兹;

6-格彻尔;7-金地;8-霍斯谷;9-贝尔;10-默丘尔;11-诺森伯兰;

12-文德法尔;13-朗德山;14-平森;15-蓝星;16-金坑;17--布

特斯特拉普;18-曼哈顿

⑵、薄层状砂质含球粒的碳酸盐类岩石:岩石未蚀变,灰质具有轻微的蚀变和矿化,层理不清楚。岩石中所含球粒大小为50~300μm,在岩石中占40~65%。还含有棱角状粉砂到砂粒级的石英颗粒、泥质物(主要是伊利石)以及少量白云石,并含有生物碎屑,有机碳的含量很低,所含副矿物与第一类岩石相同。在含矿的岩石中,以白云质灰岩、白云质粉砂岩的含矿性最好,泥质白云岩、钙质页岩和粉砂岩等岩性相近的岩石次之。在同类含矿岩石中,薄层状要比厚层致密块状的含矿性高得多,尤其是遭到角砾岩化碎裂的、渗透性很强的、薄层状岩石。粘土矿物对金具有一定的吸附作用,而固结的粘土岩虽然孔隙度高但有效孔隙度很低,渗透性很差,所以固结的粘土岩无矿化,但是如果粘土呈薄层状且与粉砂质或白云质灰岩相间,在一条件下,薄层粘土岩中富集金,即金与高岭石、水云母或绢云母等伴生。

2、碳质物:在卡林金矿的古生界碳酸盐岩地层中普遍含有数量不等的有机碳物质,例如,在上奥陶统维尼尼组中的石灰岩层,通常含有0.2~0.6%的有机碳,局部可达1%以上;志留-泥盆系罗伯茨山组碳质物普遍存在。在未蚀变的新鲜岩石中,有机碳含量从0.13~0.95%,平均0.45%左右;泥盆系波波维奇组未蚀变的的碳酸盐岩石中,有机碳含量大致从0.15~1.1%。研究表明,有机碳>0.2~0.25%的岩层中,热液(型)黄铁矿和金的含量之间,热液(型)石英和金的含量之间都具有相关关系。如在有机碳含量较少(≤0.2%)的岩层中,两者的相关关系更为明显。由此说明了在含适量有机碳的岩石中,金、黄铁矿和石英在成矿过程中是按一定的比例沉淀的,碳质对于金的沉淀起到重要作用。

3、控矿构造

卡林金矿位于塔斯卡罗拉山背斜脊部附近。矿床及其附近分布有大量高角度正断层,这些高角度断层为下部上升的溶液,提供了较深的通道;由断裂而产生或派生的位移与角砾化,为溶液的渗滤扩散提供了条件。

4、岩浆岩与成矿的关系

虽然卡林金矿的含矿岩系为古生界沉积岩系,但是金矿化在空间上皆与中酸性-酸性的中小侵入体、次火山岩或火山岩的分布有关。研究表明,矿床在成因上与岩浆具有关系。并且认识岩浆岩提供了成矿物质。但是从总体考查,人们普遍认为成矿物质主要源于地层,岩浆主要的作用是提供了热和动力。

5、矿体特征

卡林金矿床被划分为三个矿带,西矿带、主矿带和东矿带。

西矿带:矿体呈脉状产出,延长340m,走向大约为北西60°,向北倾斜,倾角为60~70°。向东南,矿体变成椭圆的筒状,向北侧伏,倾伏角70°。脉状矿体部分处于高角度断层上盘一侧。该矿带严格受高角度断层控制,含钡较高,有机碳较少,并明显缺少可见的砷、锑、或汞的硫化物。

主矿带:主矿带总长915m,是由几个联贯的矿体组成,矿体的位置和形态严格受地层与构造控制。在东北部,矿体多呈似席状产出,厚约30m,走向大致为东西向,倾角30~40°,与围岩产状近似。矿体被两组走向为北东45°和北西45°的高角度断层切割,其中一条被岩脉充填;在西南部,矿体呈板状,长约395m,厚20~30m,走向大致为北东45°,倾向北西,倾角50~70°。主矿带矿石量占矿床扩散总量60%。

东矿带:从波波维奇山西南到利维尔断层东侧的维尼尼组,延长约730m。矿体多为不规则板状产出。走向北东20°,向西倾斜,倾角35~45°,与围岩产状一致。在矿带西南端有一个次生矿体,其宽度由西南向东北明显变窄(从60m减至15m),倾向北东,倾角30°。

在所有卡林金矿床的扩矿石中,东矿带矿石未氧化矿石的特点是矿物和化学成分变化最大,并且含有大量的稀有矿物,如氟钡石(BaF2)、卡林矿(TlS2)、斜硫砷汞铊矿(TlHgAsS3)、、硫铊锑矿(TlSbS2)、硫砷铊矿(TlAsS2)。此外,还特别含碳氢化合物和少量的重晶石。

6、矿石特征

⑴、矿石的物质成分

矿石矿物组分:卡林金矿床中的主要矿石矿物是黄铁矿,此外,常见的还有雄黄、雌黄、辉锑矿和辰砂等。次要的有少量的铜、铅、锌、钨和钼的硫化物等。但是需要指出的是,这些次要矿物与本矿床的特征的微量元素-金及砷、锑、汞等并无一定的相关关系。

脉石矿物最重要的是重晶石。它与金矿化并无直接的成因关联,常常晚于金矿化二切割矿体。重晶石的出现主要指示了本类型金矿化与热卤水的活动有关。脉石英并不发育,以及与金矿化无直接的成因关联。

矿石的化学成分:主要是特征的微量元素,常见的微量元素是As、Sb、Hg和Tl。金矿化与这些以上的高异常常常具有一定的相关关系;有的地区还有W、Te、Se或Ag出现,它们也与金矿化具有一定的关系。

⑵、金的赋存状态

在卡林金矿床中,金矿物的种类很单一,基本上为自然金系列;有时出现少量的金的碲化物。绝大多数金的粒度极细,为微米及次微米级,多属于次显微状不可见金。

常见金的赋存状态为:①晶隙金,赋存于伴生的硫化物和硅质物(如蛋白石、石英等)的晶体裂隙中;②间隙金,赋存于伴生的矿石矿物及脉石矿物的间隙内;③包体金,金被包裹在伴生矿物中(常见的是黄铁矿);④吸附金,是指给有机碳吸附或者结合在一起,其赋存状态不清。

金银比值常常较高,大多数在10~30之间,有的地区更高,个别可达100。

7、矿石类型

卡林金矿床的矿石具有明显的分带现象。上部可划分为氧化带,下部为未氧化带。氧化矿石又可划分为淋滤的和未淋滤的矿石。根据矿石矿物、化学成分和金的矿物共生组合,未氧化的矿石又可以划分为五种类型:正常矿石、硅质矿石、黄铁矿质矿石、碳质矿石和富砷矿石。

⑴、正常矿石:外观上与新鲜容矿岩石非常相似。大部分样品分析表明,有25~50%的原生方解石被带走,此外还形成少量黄铁矿和带入的细粒石英,其中含金(8×10-6)、汞(25×10-6)、铊(<50×10-6)、锑(100×10-6)和砷(400×10-6)。有机碳含量大约为0.25~0.3%。大部分金与汞、锑、砷相伴生,它们依附在黄铁矿表面和充填在裂隙中。少数金与有机碳产在一起。另外,石英中还见有极少的自然金颗粒。矿石中除黄铁矿之外,其他硫化物矿物少见。

⑵、硅质矿石:在未氧化矿石中占5%,这类矿石含有大量带入的二氧化硅和少量残留

的白云石和方解石。大部分金产在石英中的细粒黄铁矿的表面,仅有少数细粒自然金分散在石英颗粒中。这类矿石的硫化物仅有辉锑矿、雄黄、雌黄和黄铁矿。

⑶、黄铁矿质矿石:在未氧化矿石中占5~10%,含黄铁矿3~10%。与正常矿石相比,黄铁矿质矿石含热液作用形成的二氧化硅较多,而方解石较少。黄铁矿有两种产出形式:一种为自形到他形颗粒,粒度为200μm,分散在岩石中,集中产于横切岩层的网脉中;另一种为与有机碳和石英脉伴生的由细小的显微球粒组成的草莓状集合体,直径不到10μm。(作者认为,由于在新鲜的岩石中没有发现草莓状黄铁矿,故得出草莓状黄铁矿系热液成因。显然是不合适的)。

黄铁矿质矿石中的金、汞、锑、砷的含量变化较大,金和汞与含碳质物质伴生,并与砷、锑一起依附在上述两种黄铁矿的表面。可见金、汞、锑、砷的形成时间晚于黄铁矿。有机碳的含量为0.50.9%不等。在一些薄层的矿化地段碳氢化合物的含量有所增加,它们多分散在有所的基质中。该带中的硫化物除黄铁矿之外,还有零星的雄黄、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿和钼华。

⑷、碳质矿石:这种矿石是由碳氢化合物的带入而形成的碳质矿石,在未氧化矿石中占15~20%。其特点是含有机碳较高(1~5%),其中的金与碳质物质伴生,并依附在黄铜矿颗粒的表面。在碳质矿石中金的产出形式与黄铁矿质矿石相同。在该类矿石中除黄铁矿之外,还有雄黄、雌黄、辉锑矿、红铊矿、辰砂、闪锌矿、方铅矿和卡林矿。

⑸、富砷矿石:在已知未氧化矿石中占5~10%,其以含有大量的砷(0.5~10%以上),以及大部分砷产在雄黄和雌黄的分散颗粒和细脉中为特征。在矿石矿物中它们是形成较晚的。该类矿石产在富含碳氢化合物的碳酸盐类岩石中和靠近氧化带底部较深处的重晶石脉中,以及未氧化矿石中的方解石脉中。在该类矿石中除砷之外的主要化学成分和矿物相与正常矿石和碳质矿石非常近似,其中金和汞与碳质物伴生,并覆盖在分散于碳酸盐类岩石中的黄铁矿颗粒表面,以及富集在雄黄细脉中。在雄黄和雌黄中,金呈混入的自然金状态产出。除金之外,富砷矿石还含有很富的汞、锑、铊、多种硫化物和含有这些元素的碳酸盐类矿物。

8、卡林金矿的围岩蚀变简单,常见的仅有硅化和白云石化,矿化围岩大多具有这种上部现象,依此可作为区域找矿的标志。此外,还有低温钾化,如高岭土化和绢云母化,分布也较为广泛。

9、矿床成因讨论

大多数认为该类矿床的成矿物质来源于地层,即含矿岩系。因此,矿床围岩就是矿源层。

稳定同位素研究表面,带入矿床中的水、硫和碳是非岩浆源的。根据瑞德克和迪克逊等的研究资料,在矿区采集了各种样品,获得了140个稳定同位素数据。上部岩石中的气液包裹体的δD值为-130~-160‰,说明了在形成蚀变和脉体的过程中,尤其是在成矿的主要阶段的热液是源于天水的。而在卡林地区沉淀的矿石和热液脉的组成矿物中的硫是源于沉积岩的,它的热水溶液是在300℃以上时起作用的。

热液型方解石和围岩中与重结晶伴生的方解石δ13C值与未蚀变的碳酸盐围岩中方解石δ13C的值非常接近,说明了成矿溶液中的碳也是来源于围岩的,

另外,卡林地区金矿体的重晶石脉中所含的方铅矿,其同位素组成在罗伯茨山组中方铅

矿同位素组成的范围之内,而和内华达新生界火成岩中的方铅矿同位素组成不一样,这说明了铅和硫、碳一样,也是源于罗伯茨山组沉积岩。

有关卡林金矿床的成因问题摘自R W 博依尔的《黄金开发史和金矿床成因》(1984):

⑴、豪森和克尔(1968)

矿床中的金呈细粒胶状分布在受到淋滤的碳酸盐地层中。矿体一般呈似层状,多少整合地位于泥盆纪灰岩之下的建造顶部的蚀变层位内。可分出两次矿化:①早期矿化时间为与早白垩纪(121±5Ma)的侵入体有关的溅金属重晶石组合;②晚期矿化为近地表的低温Au-As-Hg-Sb组合。早期矿化包括稀少的方铅矿、闪锌矿,有异常的元素是Zn、Pb、Ni、Cu,与英安岩岩墙伴生,经济价值不大。晚期矿化含有金、雄黄、辰砂、辉锑矿,伴随有广泛的硅化及灰岩的泥化,形成一批重要矿床。

碳酸盐岩经热液作用而产生的泥化蚀变,为形成最重要金矿提供了环境。灰岩中碳酸盐矿物被微晶石英和玉髓所交代,形成层状硅质体和自形石英重结晶透镜体。多孔状硅化带浅灰至白色,椭圆状,多少沿层分布。硅化带的边部为泥化蚀变和黄铁矿化。金通常呈带状沉淀在硅化筒状体的周边。

卡林金矿的矿石结构、矿物共生组合和蚀变特点都说明是晚期低温热液型的矿化。是由于晚期热液沿着椭圆状蚀变地质体(受罗伯茨山组的某些层位的透水性所控制)上升而导致成矿。金是容易沉淀在伊利石粘土、有机质、黄铁矿和微晶石英中。他们认为该矿床属于低温浅成成因,其形成金矿的主要阶段有:沉积了维尼尼组、罗伯茨山组和波波维奇组的建造→罗伯茨逆掩断层→白垩纪火成侵入活动及随后发生的变形→溅金属矿脉的形成及其交代作用→热液蚀变及金沉淀→低温热液硅化→表生作用、风化及氧化。

拉德克和迪克森(1976):

卡林金矿显然是由于热液作用于原先存在的沉积岩而形成的。金矿热液沿着陡立的正断层向上运移进入近地表地带,大约400m以内,开始与围岩发生作用,溶解方解石,并沉淀热液矿物。它们可能与别的来源的水溶液(如同生水和地下水)相遇混合。热液从更深的正在受热、受压而逐出溶液的沉积岩系中溶走石油质组分或许还有其他组分。

几个矿床的流体包裹表明含金流体是低浓度、低温(175~200℃)条件下形成的。在较多的硫存在条件下,金以可溶的稳定的Au[HS]2-配合物形式。稍偏碱性的HS-溶液也能搬运二氧化硅、硫化砷和硫化锑。如果溶液的碱度较高(pH~8.5),也可以溶解HgS。

当溶液靠近地表时,温度、压力和化学条件会发生很大的变化。原来呈饱和状态的金、石英和黄铁矿的溶液由于温度、压力降低变为过饱和状态,从而导致成矿物质沉淀:随着溶液溶解CaCO3的同时沉淀SiO2和金及黄铁矿。金和汞的配合物通过与碳酸盐发生反应二离开成矿溶液,于是Au、Hg、As、Sb被细粒矿物如黄铁矿和粘土所吸附。因此,在主要热液金矿沉淀阶段之后,在开启裂隙中有晚期s、Sb、Hg的硫化物沉淀。

当热液渗透到地表时,便进入更年期。这时,矿化出现在紧靠地表的下方。在这样浅的部位和如此低的压力条件下,热液会发生沸腾,致使H2O-H2S气体散逸。当热液活动仃止时,沸水与气相之间的边界将萎缩到深处,二原来已经矿化的岩石因暴露于地表而发生氧化。在矿床上部原有的新加入的热液成因的黄铁矿的氧化作用会产生主管多的H2SO4,使所有

东华理工大学水文地球化学试卷

2006-2007第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)-参考答案班级()学号()姓名() 一、名词解释(每题3分,共21分) 1、盐效应:矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度,这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用:在一定条件下,岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子,而将其原来吸附的某些阳离子转入水中,从而改变了地下水的化学成分,这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒:在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2:当水中游离CO2大于平衡CO2时,水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性,这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS:指水中溶解组分的总量,它包括溶于水中的离子、分子及络合物,但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水:SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水(1.5分);在阴离子中,HSiO3-占阴离子首位(按mol%计算)的水称为硅酸水(1.5分)。 7、硬度:是以水中Ca2+和Mg2+来量度,其计算方法是以Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50,以CaCO3表示,其单位为mg/L。 二、填空(每题1分,共14分) 1、Fe2+在(酸)性中迁移强,而在(碱)性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为(机械)垒、(物理化学)垒、(生物)垒和(复合)垒。 3、碱度主要决定于水中的(HCO-3,CO2-3)的含量。硬度是以(Ca2+,Mg2+)的毫克当量总数乘以50,而暂时硬度是以(HCO-3,CO2-3)的毫克当量总数乘以 50。 4.大气CO2的δ13C平均值是(-7‰),而土壤CO2的δ13C平均值是( -25‰)。5.标型元素的标型程度取决于(元素的克拉克值)和(它的迁移能力)。 6.弥散作用包括(分子扩散),(对流扩散迁移)和(渗透分散)。 7、SiO2和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为(0~250℃)和(150~350℃)。8.近代火山型浅部地下热水的水化学类型为(SO2-4SO2-4 -Cl),而深部地下热水的水化学类型为(Cl-HCO-3)。 9.海水的水化学类型为(Cl-Na),而海成存封水的水化学类型为(Cl-Na -Ca)。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用,是由于水分子具有较强的(介电)效应所致,水的沸点较高,是由于水分子间(氢键)的破坏需要较大的能量。 11、在35℃下,pH=7的地下水是(碱)性。在天然水化学成分的综合指标中,体现水的质量指标的有(TDS,硬度,含盐量或含盐度,电导率),而表征水体系氧化还原环境状态的指标有(COD,BOD,TOC,Eh)。 12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于(0.1mol/L),而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于(0.5mol/L)。 13、空气迁移的标型元素主要决定环境的(氧化还原)条件,而水迁移的标型元素主要决定环境的(酸碱)条件 14、在氮的化合物中,(NO-2,NH4+)可作为地下水近期受到污染的标志,而(NO-3)可作为地下水很早以前受到污染的标志。

水文地球化学

水文地球化学研究现状、基本模型与进展 摘要:1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门 独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水 的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。 1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。 1 应用水文地球化学学科的研究现状 1. 1 油田水研究 水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。早期油田水地球化学的研究只是对单个盆地或单个坳陷, 甚至单个凹陷进行研究, 并且对于找油标志存在不同见解。此时油田水化学成分分类主要沿用B A 苏林于1946 年形成的分类。1965 年, E C加费里连科在其所著5根据地下水化学组分和同位素成分确定含油气性的水文地球化学指标6中系统论述了油气田水文地球化学特征及寻找油气田的水文地球化学方法。1975 年, A G Collins 在其5油田水地球化学6中论述了油田水中有机及无机组分形成的地球化学作用( 汪蕴璞, 1987) 。1994 年, 汪蕴璞等对中国典型盆地油田水进行了系统和完整的研究, 总结了中国油田水化学成分的形成分布和成藏规律性, 特别是总结了陆相油田水地球化学理论, 对油田水中宏量组分、微量组分、同位素等开展了研究, 并对油田水成分进行种类计算, 从水化学的整体上研究其聚散、共生规律和综合评价找油标志和形成机理。同时还开展了模拟实验、化学动力学和热力学计算, 从定量上探索油田水化学组分的地球化学行为和形成机理。 1. 2 洋底矿藏研究

水文地球化学试卷

09031123 一、名词解释(每题3 分,共21 分) 1、BOD: 指用微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量,以mg/L 为单位。 2、脱硫酸作用: 在缺氧和有脱硫酸菌存在的情况下,SO4 2- 被还原成H2S 或S2-的过 程。 3、同离子效应: 一种矿物溶解于水溶液,如若水溶液中有与矿物溶解相同的离子,则这种矿物的溶解度就会降低,这种现象在化学上称为同离子效应 4、降水氢氧稳定同位素的高程效应: 大气降水中的18O 和D 含量随着海拔高程的增加而不断下降的现象。 5、酸性垒: 当中性或碱性条件转变为弱酸性和酸性条件或在pH 值急剧降低的地段所形成的地球化学垒。 6、水分子的缔合作用: 由单分子水结合成比较复杂的多分子水而不引起水的物理化学性质改变的现象。7、硅质水与硅酸水: SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水(1.5 分);在阴离子中,HSiO3 -占阴离子首位(按mol%计算)的水称为硅酸水(1.5 分)。 二、填空(每题1 分,共14 分) 1、水对离子化合物具有较强的溶解作用,是由于水分子具有较强的(介电)效应所致,水的沸点较高,是由于水分子间(氢键)的破坏需 要较大的能量。 2、在35℃下,pH=7 的地下水是(碱)性。在天然水化学成分的综 合指标中,体现水的质量指标的有(TDS,硬度,含盐量或含盐度, 电导率),而表征水体系氧化还原环境状态的指标有(COD,BOD,TOC,Eh )。 3、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于(0.1 mol/L ),而 戴维斯方程的使用条件是离子强度小于(0.5 mol/L )。

4、空气迁移的标型元素主要决定环境的(氧化还原)条件,而水迁移的标型元素主要决定环境的(酸碱)条件 5、在氮的化合物中,(NO- 2,NH4 + )可作为地下水近期受到污染的 标志,而(NO- 3 )可作为地下水很早以前受到污染的标志。 6、Fe2+在(酸)性中迁移强,而在(碱)性中迁移弱。 7、地球化学垒按成因可分为(机械)垒、(物理化学)垒、(生 物)垒和(复合)垒。 8、碱度主要决定于水中的(HCO- 3,CO2- 3 )的含量。硬度是以 (Ca2+,Mg2+)的毫克当量总数乘以50,而暂时硬度是以(HCO- 3,CO2- 3 )的毫克当量总数乘以50。 9.大气CO2 的δ13C 平均值是(-7 ‰),而土壤CO2 的δ13C 平均值是(-25‰)。 10.标型元素的标型程度取决于(元素的克拉克值)和(它的迁移能力)。 11.弥散作用包括(分子扩散),(对流扩散迁移)和(渗透分 散)。 12、SiO2 和Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为(0~250 ℃)和(150~350 ℃)。 13.近代火山型浅部地下热水的水化学类型为(SO2- 4 SO2- 4 Cl- ), 而深部地下热水的水化学类型为(Cl-HCO- 3 )。 14.海水的水化学类型为(Cl-Na ),而海成存封水的水化学类型为(Cl-Na -Ca)。 三.简答题(每题5 分,共30 分) 1、氧漂移及其影响因素?

地球化学

一.关于地球化学的定义: 地球化学是研究地球(包括部分天体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学。二.地球化学的基本问题 1、地球系统中元素的组成(质) 2、元素的共生组合和赋存形式(量) 3、元素的迁移和循环(动)4:地球的历史和演化(史)三.地球化学研究思路 在地质作用过程中,在宏观地质体变化和形成的同时,亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹,它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息,应用现代化学分析测试手段,剖析这些微观踪迹,从而揭示宏观地质作用的奥秘。(一句话那就是“见微而知著”) 第一章地球和太阳系的化学组成 第一节地球的结构和组成 一.大陆地壳和大洋地壳的区别: 1.大洋地壳较薄,10-5公里,平均厚8公里;大陆地壳较厚,最厚可达70公里,平均厚33公里。(整个岩石圈也是大陆较厚,海洋较薄。海洋为50—60公里,大陆为100—200公里或更深。) 2.在元素的分配上,洋壳比陆壳贫硅和碱金属,但较富镁富铁。正是这种原因,大洋沉积物中富含Fe、Mn、Co、Ni等亲铁元素,它们是现代海洋中巨大的潜在资源。 二. 固体地球各圈层的化学成分特点 ○1地壳:O、Si、Al、Fe、Ca○2地幔:O、Mg、Si、Fe、Ca○3地核:Fe-Ni○4地球:Fe、O、Mg、Si、Ni 第二节元素和核素的地壳丰度 一.概念 1.地球化学体系:按照地球化学的观点,我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系,每个地球化学体系都有一定的空间,都处于特定的物理化学状态(C,T,P等)并且有一定的时间联系。 2.丰度:表示元素在某地质体中(如地球,地壳,宇宙星体及某岩类,岩体等)的含量。 3.克拉克值:元素在地壳中的平均含量 4.质量克拉克值:若计算元素在地壳中的平均含量时以质量计算,则称为质量克拉克值。 5.原子克拉克值:以原子数之比表示的元素相对含量(即指某元素在某地质体中全部元素的原子总数中所含原子个数的百分数) 任意元素的原子克拉克值=某元素在某地质体中的相对原子数(用N表示)/所有元素相对原子数之和(用 N表示) 6.浓度克拉克值:某元素在某地质体中的平均含量/元素克拉克值 二.克拉克值的变化规律: ①递减:元素的克拉克值大体上随原子序数的增加而减少(但锂,铍,硼以及惰性气体的含量并不符合上述规律,丰度值很低)②偶数规则:周期表中原子序数为偶数的元素总分布量(86%)大于奇数元素的总分布量(14%)。相邻元素之间偶数序数的元素分布量一般大于奇数元素分布量,稀土特别明显。③四倍规则:4q型占87%,4q+3占13%,剩下的只占千分之几。 三“元素克拉克值”研究意义 1.是地球化学研究重要的基础数据。 2.确定地壳中各种地球化学作用过程的总背景。 3.是衡量元素集中、分散及其程度的标尺。 4.是影响元素地球化学行为的重要因素。四.区域元素丰度的研究的意义: 1.它是决定区域地壳(岩石圈)体系的物源、物理化学特征的重要基础数据; 2.为研究各类地质、地球化学作用、分析区域构造演化历史及区域成矿规律提供重要的基础资料; 3.为研究区域生态环境,为工业、农业、畜牧业、医疗保健等事业提供重要信息。 第四节水圈、大气圈和生物圈的成分二.自然水的主要阳离子和阴离子成分海水:钠离子>镁离子>钙离子、氯离子>硫酸根>碳酸氢根、淡水:钙离子>钠离子>镁离子、碳酸氢根>硫酸根>氯离子。 第六节元素的地球化学分类 一.元素的地球化学分类(戈氏分类法)以及各类元素的主要分布趋势 (1)亲石元素:主要分布于岩石圈(2)亲铜元素:主要分布于地幔(3)亲铁元素:主要分布于地核(4)亲气元素:主要集中于大气圈。此外,戈氏还划分出"亲生物元素" 第七节太阳系化学 一.太阳系化学组成的基本特点 1) 在所有元素中H, He占绝对优势, H占90%, He占8% 。 2)递减规则:太阳系元素的丰度随着原子序数(Z)的增大而减少,曲线开始下降很陡,以后逐渐变缓。在原子序数大于45的重元素范围内,丰度曲线近于水平,丰度值几乎不变。 3)奇-偶规则:偶数原子的丰度大于奇数原子 第二章微量元素地球化学 一.微量元素的概念 人们常常相对于地壳中的主量元素而言,人为地把地球化学体系中,其克拉克值低于0.1%的元素,通称为微量元素。 二.微量元素的基本性质 ①微量元素的概念到目前为止尚缺少一个严格的定义;②自然界“微量”元素的概念是相对的;③低浓度(活度)是公认的特征,因此往往不能形成自己的独立矿物(相)。四.能斯特定律 能斯特定律描述了微量元素在平衡共存两相间的分配关系。当一种矿物(α相)与一种溶液(β相)共存时,微量元素i(溶质)将在两相间进行分配,当分配达到平衡时(有:μi α=μ i β ),其两相浓度比为一常数。此常数称为能斯特分配系数。 五.由能斯特定律引出的分配系数 ①简单分配系数(即能斯特分配系数)a α i /aβi=K D(T、P)。在一定温度压力条 件下,在恒温恒压下,微量元素i在两 相间的浓度比为一常数,它适用于稀溶 液中微量元素的分配。K D即为能斯特分 配系数,也称简单分配系数。 ②复合分配系数:既考虑微量元素在两相 中的比例,也考虑与微量元素置换的常 量元素在两相中的浓度比例,能较真实 地反映两者之间类质同象交换对微量元 素分配的影响。 D tr/cr=[C s tr/C s cr]/[C l tr/C l cr]=(C tr/C cr)s/(C tr/C c r )l。 ③总体分配系数(岩石分配系数):实际上 是矿物的简单分配系数和岩石矿物的百 分含量乘积的代数和。代表式:D i=∑(上 n下j=i)K i D,j W j。第j种矿物对微量元 素i的简单分配系数、D i为岩石的分配 系数,n为含微量元素i的矿物数,W j 为第j种矿物的质量百分数。 五.影响分配系数的因素 体系成分、温度、压力、氧逸度 六.由分配系数引出的微量元素的分类 相容元素(D>1):按地球化学作用过程中,当固相(结晶相)和液相(熔体相,流体相)共存时,若微量元素易进入固相,称为相容元素 不相容元素(D小于1):按地球化学作用过程中,当固相(结晶相)和液相(熔体相,流体相)共存时,若微量元素易进入液相,称为不相容元素. 亲岩浆元素(D<<1):亲岩浆元素总体分配系数相对于1来说可忽略不计。 超亲岩浆元素(D<<0.2):超亲岩浆元素的总体分配系数相对于0.2到0.5可忽略不计第四节稀土元素地球化学 一.稀土元素组成

第4章 水文地球化学参数

第四章水文地球化学参数 水文地球化学参数有三类:物性水文地球化学参数,条件水文地球化学参数,综合性水文地球化学参数。 第一节物性和条件水文地球化学参数 一、物性水文地球化学参数 物性水文地球化学参数是反映事物的性质(物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系)的参数。如平衡常数,反应速度常数,分配系数,吸附容量,自由能,焓,熵,标准电子活度或标准电极电位,离子电位,离子半径和价态,以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。这些参数反映的是事物的本性,或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。但尽管如此,收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的,因为这些参数是对事物进行分析判断的基础,是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。 二、条件水文地球化学参数 条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数,是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数,当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。它们主要有水化学组分,含量,pH,pE或Eh,温度,压力等。无疑这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数,因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。 第二节参比和综合性水文地球化学参数 上面已提及,仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答,也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的,因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答,必须将理论与实践相结合,也就是说,将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较,才能对事物的状态、发展结果和将可能发生的事件作出正确的论断。反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数

徐默淞水文地球化学期末复习

水文地球化学复习 静下心,一切都会过去----------徐默淞 1、理想溶液:任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液。(各组分分子的大小 及作用力彼此相似,当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时,没有能量的变化或空间结构的变化。即:当各组分混合成溶液时,没有热效应和体积的变化。) **溶液中离子之间或分子之间没有相互作用。 2、活度※(考)定义:指实际参加化学反应的物质浓度,或指所研究的溶液体系中化学组分的有效浓度(校正后的浓度)。 ※离子的活度a与浓度c 通过活度系数r联系起来:a=r·m r—活度系数 m—实测浓度,物质的量浓度(mol/L) a—活度,物质在化学反应中表现出的有效浓度,单位(mol/L) 3、※活度系数r(了解):衡量实际溶液对理想溶液的偏离程度。 ※活度系数随水中溶解固体(TDS)增加而减小,一般都小于1。当水中TDS很低时,r趋近于1,活度趋近于实测浓度。 ※强电解质溶液,当溶液的浓度极稀时,离子之间的距离是如此之大,以致离子之间的相互作用力可忽略不计,活度系数r≈1 ,所以a= c。 ※在化学平衡计算中,固体、纯液体和中性分子的活度系数:r=1;离子强度与活度系数之间存在一定的关系,如已知某些离子强度,可查表或计算得活度系数。 ※分子(包括水分子)和不带电的离子对的活度系数为1 4、离子强度I 定义:溶液中某种离子i 的物质的量浓度乘以该离子的价数(Zi)的平方所得诸项之和的一半。用公式表示为: (必背此公式) 式中:Zi为i离子的电荷数;mi为i离子的浓度(mol/L)。 5、迪拜-休克尔方程(考):对于离子半径较大,不能作为点电荷处理的体系,Debye-Hückel 极限定律公式修正为:当I<0.1mol/L时,该方程精确性很高 (必背此公式) 式中:r为活度系数;Z为离子的电荷数;I为离子强度(mol/L);A和B为取决于水的介电常数、密度和温度的常数;a是与离子水化半径有关的常数。 ※(仅了解)对于高矿化度的地下水,即0.5mol/L>I>0.1mol/L,迪拜-休克尔公式就不适用了,为此应用戴维斯方程: 式中:A,B参数同上式;a与b参数,对于主要离子查表1.3,对于次要离子查表1.4,b

《水文地球化学》教学大纲

《水文地球化学》教学大纲 Hydrogeochemistry-Course Outline 第一部分大纲说明 一、课程的性质、目的与任务 《水文地球化学》是水文与水资源工程专业本科生必修的一门主要专业基础课。通过本课程的学习,使学生掌握水文地球化学的基本原理和学会初步运用化学原理解决天然水的地球化学问题和人类对天然水的影响问题的方法与手段,为学习后续课程和专业技术工作打下基础。 二、与其它课程的联系 学习本课程应具备普通地质学、综合地质学、工程化学和水文地质学的基础。后续课程为水质分析实验、铀水文地球化学、环境水文地质学和水文地质勘察。 三、课程的特点 1.对基本概念、基本规律与常见的应用方法的理解并重。 2.对基本理论与常见水文地球化学问题的定量计算方法的掌握并重。 3. 采用英文教材,中、英语混合授课。 四、教学总体要求 1.掌握水文地球化学的基本概念、基本规律与研究方法。 2.掌握控制地下水与地表水化学成分的主要作用:酸碱反应与碳酸盐系统;矿物风化与矿物表面过程;氧化-还原反应;有机水文地球化学作用等。 3.通过理论讲述、研究实例分析与习题课,使学生理解天然水中常见的化学组份与同位素组成,掌握最基本的地球化学模拟方法与整理水化学数据的能力。 五、本课程的学时分配表 编 号教学内容课堂讲 课学时 习题课 学时 实验课 学时 自学 学时 1 引言及化学背景 (Introduction and Chemical Background) 6 2 酸碱反应与碳酸盐系统 (Acid-Base Reactions and the Carbonate System) 4 2 3 矿物风化与矿物表面过程 Mineral weathering and mineral surface processes 6

第二章

生态规划理论基础 生态规划设计的内涵生态规划是运用生物学及社会文化信息,就景观利用的决策提出可能的机遇及约束。景观生态规划是将生态性原则与景观规划相结合的科学规划方法,通过研究景观格局---生态过程以及人类活动与景观的相互作用,在景观生态分析、综合及评价的基础上,提出景观最优利用方案、对策及建议的景观规划途径。从狭义理解,景观生态规划是基于景观生态学的规划,是基于景观生态学关于景观格局和空间过程(水平过程或流)的关系原理的规划。景观更明确地被定义为在数平方公里尺度中,由多个相互作用的生态系统所构成的、异质的土地嵌合体。景观生态强调水平过程与景观格局之间的相互关系,它把斑块—廊道—基质作为分析景观的空间组合模式。任何与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计。协调意味着设计尊重物种多样性,减少对资源的剥夺,保持营养和水循环,维持植物生境和动物栖息地的质量,有助于改善人居环境及生态系统的健康。 景观生态的概念 景观规划设计的共同目标是人与自然关系的协调和时空过程上的永续。景观规划是通过经济规划、环境规划与景观设计的结合,使区域开发、资源利用与生态保护相衔接与配合,生产建设、生活建设与生态建设相适应,达到经济效益、社会效益与生态效益的高度统一,从而实现整体人文生态系统的整体最优化。 千层饼模式是以垂直生态过程的连续性为依据,使景观改变和土地利用方式适应于生态过程,揭示地质、水文、土壤、植被、动物、人类活动之间的生态过程与土地利用的关系,但很难反映水平生态过程与景观格局之间的关系。 二、生态规划设计的意义生态规划把景观作为一个整体考虑,协调人与环境、社会经济发展与资源环境、生物与非生物环境、生物与生物及生态系统之间的关系,使景观空间格局与生态特性及其内部的社会文化活动,在时间和空间上协调,达到景观优化功能。 三、生态规划设计的发展趋势 1、区域景观整体性与区域景观生态工程 2、生态过程与景观过程—格局综合体规划 3、不同尺度空间生态规划的现实性: A尺度不同,生态规划的特征不同。在自然界中尺度越大,自然景观的水平分异和垂直分异就越呈现出地带性分异特征,水平分异结构就越明显。随着高度差异的加大,垂直结构也越来越突出。宏观上和大尺度上景观的生态特征强于景观的艺术特征,微观上和小尺度上的景观的艺术性和人工化强于景观的生态特征。 B尺度不同,生态规划的内容和方法不同,解决的问题也不同。 4、景观生态规划的生态合理性与实效性 5、新技术与新方法的应用 景观生态规划的理论基础 一、生物进化与生态演替理论比如说植被的演替,同时也是土壤、土壤水、土壤气候和小气候的演替,这就意味着各种地理因素之间相互作用的连续顺序,也就是景观演替思想(特罗尔提出)。克里门茨的五段演替理论突出了整体、综合、协调、稳定、保护的五大生态学观点。 二、空间分异性与生物多样性理论(地理学第一定律、生态学三个基本原则之一) 地理空间分异实质是一个表述分异运动的概念。首先是圈层分异;其次是海陆分异;再次是大陆与大洋的地域分异。地理学通常把地理分异分为地带性、地区性、区域性、地方性、局部性、微域性等若干级别。 三、景观异质性与异质共生理论景观异质性的理论内涵是景观组分和要素,如基质、廊道

水文地球化学方法在地下水研究中的应用

水文地球化学方法在地下水研究中的应用 水文地球化学方法,特别是同位素和热力学基本原理方法的应用,解决了定量、半定量的水文地球化学的实际问题,使得水文地球化学研究地下水的方法更加严谨、完善。解决某些地下水问题时,要结合水文地质条件和地质发展历史来研究地下水的化学成分形成。通过研究地下水的水化学组成可以了解地下水的补给、径流条件,分析地下水化学演变规律和形成机制。现今的水文地球化学研究方法按照其应用技术可分为地质学法、同位素法以及热力学法。在研究具体问题时,经常是多种方法联合应用,相互补充、促进,使得研究成果更具说服力。 水化学类型法:地下水中主要离子的形成、含量及其变化受各含水层岩性和水文地球化学环境的影响。查明地下水水化学类型的时空分布规律,可以判断地下水的来源,揭示不同含水层间的水力联系,有助于认识区域地下水水化学特征,了解地下水水质状况,分析地下水水化学演化规律。地下水化学类型的分类不同的学者提出了不同的方法,有根据含氧酸根的形式将地下水按含盐度、硬度和碱度划分为三个水组,还有按地下水按矿化度、区域性进行分类,应用最广泛的是舒卡列夫将水中的 6 种主要成分作为分类的基础,提出的天然水化学分析资料的分类方法。 多元统计方法:通过综合考查地下水水化学成分,揭示水化学样品或指标之间复杂的内在联系,并从众多水质指标中归纳出影响水化学特征的主要因素,识别影响地下水水化学特征的主要水文地球化学作用,定量解释地下水的分类和各类地下水水化学特征的形成规律。 离子比例系数分析法:在地下水循环过程中,各离子组分及部分离子比值会呈现出规律性变化,因此地下水中离子组合及相关离子比值特征可用来判断地下水的成因,识别地下水化学成分的来源和不同水体混合过程,是分析地下水演化的有效手段之一。相对比水化学类型进行的单一分析,离子比例系数分析可以揭示地下水化学成分变化的主要驱动力。例:可以分析单个阴离子或阳离子之比,对苏锡常地区浅层地下水中rNa /rCl特征及其成因进行了初步探讨,发现rNa/rCl 值与海水入侵形成的沉积环境和沉积历史有关;也可以分析不同离子组 合的比值之间的关系计算 ( Na /Cl) /EC、( Ca + Mg) /( SO 4+ HCO 3 ) 、( Na- Cl) /( Ca + Mg-HCO 3-SO 4 ) 等离子比例系数,表明影响水化学特征的主要控

水文地球化学试卷B卷

一、名词解释(每题3分,共21分) 1、盐效应:矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度,这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用:在一定条件下,岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子,而将其原来吸附的某些阳离子转入水中,从而改变了地下水的化学成分,这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒:在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2:当水中游离CO2大于平衡CO2时,水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性,这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS:指水中溶解组分的总量,它包括溶于水中的离子、分子及络合物,但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水: SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水(1.5分);在阴离子中,HSiO3-占阴离子首位(按mol%计算)的水称为硅酸水(1.5分)。 7、硬度:是以水中Ca2+和Mg2+来量度,其计算方法是以 Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50,以CaCO3表示,其单位为mg/L。二、填空(每题1分,共14分)1、Fe2+在(酸)性中迁移强,而在(碱)性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为(机械)垒、(物理化学)垒、(生物)垒和(复合)垒。 3、碱度主要决定于水中的(HCO-3,CO2-3 )的含量。硬度是以( Ca2+,Mg2+)的毫克当量总数乘以50,而暂时硬度是以( HCO-3,CO2-3 )的毫克当量总数乘以 50。 4.大气CO2的δ13C平均值是(-7 ‰),而土壤CO2的δ13C平均值是( -25‰)。 5.标型元素的标型程度取决于(元素的克拉克值)和(它的迁移能力)。 6.弥散作用包括(分子扩散),(对流扩散迁移)和(渗透分散)。7、SiO2 和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为( 0~250 ℃)和( 150~350 ℃)。 8.近代火山型浅部地下热水的水化学类型为(SO2-4 SO2-4 -Cl ),而深部地下热水的水化学类型为(Cl-HCO-3 )。 9.海水的水化学类型为( Cl-Na ),而海成存封水的水化学类型为(Cl-Na -Ca )。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用,是由于水分子具有较强的(介电)效应所致,水的沸点较高,是由于水分子间(氢键)的破坏需要较大的能量。11、在35℃下,pH=7的地下水是(碱)性。在天然水化学成分的综合指标中,体现水的质量指标的有( TDS,硬度,含盐量或含盐度 , 电导率),而表征水体系氧化还原环境状态的指标有( COD,BOD,TOC,Eh )。 12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于( 0.1 mol/L ),而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于( 0.5 mol/L )。 13、空气迁移的标型元素主要决定环境的(氧化还原)条件,而水迁移的标型元素主要决定环境的(酸碱)条件14、在氮的化合物中,( NO-2,NH4+ )可作为地下水近期受到污染的标志,而( NO-3 )可作为地下水很早以前受到污染的标志。 三.简答(每题5分,共30分) 1、水的酸度与pH值的区别? 答:酸度是表征水中和强碱能力的指标(1分)。它与水中的氢离子浓度并不是一回事,pH值仅表示呈离子状态的H+数量(1分),而酸度则表示中和过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量,其中包括原已电离的和将会电离的部分(2分),已电离的H+数量称为离子酸度,它与pH值是一致的(1分)。 2、水分析结果是简分析,请问从那几方面检查分析数据可靠性。?答:(1)阴阳离子平衡的检查(1.5分)(2)碳酸平衡关系的检查(1.5分)(3)分析结果中一些计

水文地球化学课程面临的问题与挑战

55 2019年4月总第311期 ISSN1672-1438 CN11-4994/T 水文地球化学课程面临的问题与挑战 孙红福 颜瑞雯 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院 北京 100083 摘 要:水文地球化学是在水文地质学、地球化学及水化学基础上发展起来的一门学科,主要研究地下水化学组分的形成及演化规律,是水文地质和工程地质本科生的必修专业课。随着时代的发展和我国高等教育改革的深入,水文地球化学课程也面临诸多问题和挑战,主要从教材缺失、学时压缩下的教学内容调整、教师能力要求的提升、课程特色、课程衔接、学生思维和能力的培养以及实践教学环节几个方面进行探讨。希望通过对课程教学问题的探讨,引起同行的关注,促进水文地球化学的课程教学和学科的发展。 关键词:水文地球化学;教材;课程特色;实践教学 作者简介:孙红福,理学博士,副教授;颜瑞雯,理学博士,讲师。 基金项目:中国矿业大学(北京)《水文地球化学》课程建设项目(编号:k140206)。 1938年初由苏联著名水文地质学家奥弗琴尼科夫首次提出了“水文地球化学”这一术语,到20世纪50年代成为一门独立的学科。20世纪80年代,我国的水文地球化学研究也蓬勃发展,出版了一系列专著。目前我国许多高校开设了水文地球化学课程,这门课程主要研究地下水水质随时间和空间的演变规律,对于地下水的研究是其他课程不能替代的。该课程相关的教研文章和教学研讨非常少。随着水文地球化学学科的不断发展以及我国高等教育改革的深化,水文地球化学课程也面临一系列的问题和挑战,只有面对和解决这些问题才能更好地促进水文地球化学的发展。 1 教材问题 水文地球化学课程教学面临严峻的教材问题。水文地球化学这门科学是从原苏联引入并发展壮大的,20世纪70年代以来,热力学被引入到水文地球化学的研究中,并对水文地球化学的发展起巨大的推动作用;但欧美国家并没有对应的英文专著和教材,只有水化学相关的著作。目前我国已经出版的相关著作包括沈照理等编著的《水文地球化学基础》[1]、李学礼等编著的《水文地球化学》(第三版)[2]、钱会和马致远编著的《水文地球化学》[3]、周福俊等编著的《水文地球化学》[4]等;这些教材的内容各有侧重,并且均已不再出版印刷,因此高校无法通过出版社购买这些教材。《水化学》和《水环境化学》均有合适的教材,但它们与《水文地球化学》的教学内容存在较大差异,无法取代《水文地球化学》。因此,为了促进水文地球化学的发展,亟须编写和出版适合本科教学的高质量的教材。 2 教学内容和学时 我国高等教育改革要求适当减少课堂讲授学时,加大实践教学环节比例。然而水文地球化学课程涵盖的内容很多,包括水化学基础、地下水的无机化学成分、地下水中有机物质及其地球化学意义、同位素水文地球化学、地下水化学成分的形成及其影响因素、元素在地下水中的迁移和沉淀、地下水的水文地球化学分带、地下热水的水化学特征、水的地球化学循环、水文地球化学的研究方法、水文地球化学模拟、地下水污染防治、水文地球化学应用等内容。每个章节都可以自成一门独立的课程,如何在有限的学时内完成水文地球化学的核心重点内容的讲授是该课程面临的第二个挑战。因此,需要任课教师根据教学目标认真筛选教学内容,合理分配学时,精心设计每堂课的教学过程,改革教学方法,才能达到我国高等教育改革的目的。 3 教师能力 由于水文地球化学课程涉及内容广泛,授课教师不仅需要具备水文地质学、地球化学、无机化学、有机化学、同位素化学、分析化学、软件模拟等相关专业知识,而且需要从事过相关的工程实践,才能更好地提升学生解决工程问题的能力。所以这门课程对授课教师的要求非常高。如果一个教师独立讲授比较吃力,也可以让不同知识专长的教师共同讲授这门课程。 水文地球化学课程中涉及大量水化学的基础原理,对于公式推导等理论部分很容易使学生感觉索然无趣。如何才能提升学生的学习兴趣也是面临的挑战之一。为了提高学生的专注力和学习兴趣,可以在基

水文地球化学分析

地下水受到污染后的修复技术研究 概况 我国的环境污染问题比较突出,生态环境脆弱,经济的发展使废物的排放量不断增大,使土壤和地下水的污染日益加重。如废水的排放、工业废渣和城市垃圾填埋场的泄漏、石油和化工原料的传输管线、储存罐的破损、农业灌溉等都有可能造成土壤和地下水的污染,使本来就紧张的水资源短缺问题更加严重。特别是北方城市,地下水在供水中占有很重要的地位,地下水的污染加剧了水资源的短缺,所以地下水污染的研究工作迫在眉睫。随着经济的快速发展,经济实力的不断提升,对地下水污染开展调查、进行污染控制甚至治理已经逐渐成为可能。地下水污染的控制与修复是我们面临的新的、极具挑战性的重要课题,需要进行多学科交叉和联合攻关。水的污染问题已经引起了人们的普遍关注,长期以来,我国把主要的注意力和研究、治理工作集中在地表水的污染,国家投入了大量的人力和物力进行地表水污染的防治,取得了一定的成效。而地下水污染由于其隐蔽性、复杂性、难以控制和治理的特性,以及治理、修复费用巨大,地下水污染的修复在我国尚未展开。近年来,随着一些突发地下水污染事件的发生,地下水污染问题也越来越引起人们的关注,国家有关部门也开始把地下水污染研究列为工作内容。如国土资源部已开始进行全国地下水污染的大调查;国家环保总局和国土资源部联合开展了“全国地下水污染防治规划”;在不同层次的科研项目中也出现了地下水污染控制和治理方面的课题。含水层的污染是一个缓慢的过程,污染具有累积和滞后效应,有

时在泄漏发生数年、甚至数十年后才会发现,如大多数的垃圾填埋场渗滤液泄漏导致的地下水污染等。所以,首先需要进行污染源的辨析、污染途径的分析、污染物在地下的迁移转化机理研究。在此基础上,开展地下水污染的控制、污染的修复工作。 地下水污染源成因分析 按照污染物产生的类型,可以将地下水污染源分为:工业污染源、农业污染源、生活污染源和自然污染源。 工业污染源 工业污染源主要指未经处理的工业“三废”,即废气、废水和废渣。工业废气如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物质会对大气产生严重的一次污染,而这些污染物又会随降雨落到地面,随地表径流下渗对地下水造成二次污染,未经处理的工业废水如电镀工业废水、工业酸洗污水、冶炼工业废水、石油化工有机废水等有毒有害废水直接流入或渗入地下水中,造成地下水污染;工业废渣如高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、硫铁渣、电石渣、赤泥、洗煤泥、硅铁渣、矿场尾矿及污水处理厂的淤泥等,由于露天堆放或地下填埋隔水处理不合格,经风吹、雨水淋滤,其中的有毒有害物质随降水直接渗入地下水,或随地表径流往下游迁移过程下渗至地下水中,形成地下水污染。 农业污染源 农业用水占全部用水量的70%以上,污染的影响面广泛。一是过量

第二章 有机污染物的环境地球化学循环2

第三节典型有机污染物生物地球化学循环分析 一、多氯联苯的地球化学循环 尽管二十世纪70年代,已经禁用PCBs产品,但目前大气中PCBs含量仍然很高。PCBs由于燃烧期间的挥发、泄漏、工业处置、作为废品倾倒土地填埋等人为过程而进入生物圈等人类活动的环境。 PCBs进入生物圈后,其循环方式是多种多样的。来自增塑剂和燃烧期间挥发而进入大气的PCBs,一方面可吸附在大气颗粒物上,随大气颗粒沉降而到达地面,另一方面则通过自然降水过程离开大气分室,迁移到土壤和水分室中。大气分室中PCBs的平均停留时间为2-3天。 在土壤分室,PCBs经过一系列的生物地球化学过程进行内部再循环,通过挥发作用和生物转化作用两种生态化学过程而离开土壤分室。PCBs在土壤分室中的半衰期为5年左右。由于PCBs不易降解和高度的亲脂性,其循环结果是99%以上的PCBs存在于大气分室中。 水分室中的PCBs除了与工业排放有关外,很大部分来自大气的沉降作用。进入水分室的PCBs一般均能迅速地吸附到水中的颗粒物上,并随颗粒物的运动传输到远离污染源的地区,或者随沉积物的沉降而进入沉积层中。但PCBs进入沉积层后,由于它的低水溶性,一般不进入水体中。这种沉降作用在今后几十年内仍将继续成为食物链的主要污染源。 PCBs通过生物体的主动吸收和被动吸收,进入生物分室。由于PCBs的高度亲脂性,对水生生物有大而广泛的影响。进入生物体内的PCBs通过生物代谢降解是相当难的,因而主要积累在生物体内,很少通过排泄而重新回到非生物组分中。

PCBs主要通过微生物作用或通过光化学分解作用从生物—非生物复合系统中消失。图2-3-1为PCBs的生物地球化学循环的一般模式,从中看出,由于循环,不仅使得水分室、土壤分室和生物分室中普遍存在PCBs,而且植物、动物和人类等生物分室中PCBs的浓度由于水生生物的富集作用普遍比土壤、水和大气分室等非生物分室中PCBs的浓度高得多(周启星等,2001)。 二、石油烃的环境地球化学行为 石油在开采、运输和利用过程中约有2.3-3.2%进入生物—非生物复杂系统中,从而产生对生物界的危害(图2-3-2)。无论石油烃类化合物是排入大气分室,还是土壤分室,最终他们都要达到海洋分室中。当这些石油达到海洋分室后,由于其水溶性很低,一般漂浮在海面上随大洋的环流而作水平移动。烃类化合物可吸附在颗粒物表面上,并随沉积物沉积。 在水介质中,石油烃的循环将涉及一系列生物化学过程(图2-3-3)。生物过程主要是微生物的作用,非生物的化学过程包括扩散作用、漂移作用、挥发作用、光化学作用、分散作用、溶解作用、乳化作用、吸附作用和降解作用等。 另一个重要的循环是石油烃进入生物体的循环,包括植物的吸收、动物的累积放大,以及通过排泄等过程又回到水、土壤等非生物分室。

水文地球化学研究现状与进展

本文由国土资源部地质调查项目“全国水资源评价”和“鄂尔多斯自留盆地地下水赋存运移规律的研究”项目资助。改回日期:2001212217;责任编辑:宫月萱。 第一作者:叶思源,女,1963年生,在读博士生,副研究员,从事矿水、地热水及水文地球化学研究。 水文地球化学研究现状与进展 叶思源1) 孙继朝2) 姜春永3) (1)中国矿业大学,北京,100083;2)中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北正定,050803; 3)山东地质工程勘查院,山东济南,250014) 摘 要 1938年,“水文地球化学”术语提出,至今水文地球化学作为一门独立的学科得到长足的发展,其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究,以及人类开发资源和保护生态的需要,水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域,并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。关键词 水文地球化学 研究现状 进展 Current Situ ation and Advances in H ydrogeochemical R esearches YE Siyuan 1)  SUN Jichao 2)  J IAN G Chunyong 3 ) (1)Chi na U niversity of Mi ni ng and Technology ,Beiji ng ,100083;2)Instit ute of Hydrogeology and Envi ronmental Geology ,CA GS , Zhengdi ng ,Hebei ,050803;3)S handong Instit ute of Geological Engi neeri ng S urvey ,Ji nan ,S handong ,240014) Abstract Hydrogeochemistry ,as an independent discipline ,has made substantial development since the term “hydrogeochemistry ”was created in 1938.At present hydrogeochemical theories have been applied to various fields such as oil field water ,ocean water ,geothermal water ,groundwater quality ,endemic diseases and groundwater microorganism ,and related research methods have also become mature.With the further development of chemical thermodynamics ,kinetics method and isotope method ,hydrogeochemistry will surely extend its research fields in the course of multi 2discipline interaction and make new progress in basic theory and quantifica 2tion research ,so as to meet the demand of human exploration and exploitation as well as ecological protection.K ey w ords hydrogeochemistry current state of research advance 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开,在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果(沈照理,1985)。水文地球化学在利用地下水化学成分资料,特别是在查明地下水的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20世纪60年代后,水文地球化学向更深更广的领域延伸,更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用(任福弘,1993)。1981年,Stumm W 等出版了《水化学———天然水化 学平衡导论》专著,较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992年,C P 克拉 依诺夫等著《水文地球化学》分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分,全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题,以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等,概括了20世纪80年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解 答(谭凯旋,1998),逐渐构架起更为严密的科学体系。 第23卷 第5期2002210/4772482 地 球 学 报ACTA GEOSCIEN TIA SIN ICA Vol.23 No.5 Oct.2002/4772482

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