地球化学

地球化学的现状及其在矿产勘探中的应用

摘要地球化学是地学的一门年轻的分支学科，是化学与地学各领域相结合的产物。随着科学技术的飞跃进步，地球化学的研究手段更加先进，研究领域不断扩大，原有分支迅速发展，同时新的分支相继出现。目前地球化学在地质探矿、环境保护、农业生产、灾害预报等领域发挥着重要的作用，已逐渐成为地球科学最活跃、最有生命力的学科之一。本文主要介绍地球化学的发展现状，同时结合矿产勘探实际工作来论述地球化学在地质找矿中的重要作用。

一、地球化学的现状

虽然地球化学思想的萌芽阶段可以追溯到遥远的过去，但是在早期阶段，主要是对与地壳的化学组成有关的某些地球化学现象的定性的描述。直至20世纪上半叶，地球化学才独立成型，作为一门独立学科，正式登上国际舞台。

然而随着化学、物理学和地学等领域的发展，地球化学迎来了大发展时期，当前地球化学研究手段日渐先进，研究领域不断扩展，研究精度不断提高，这些彰显了地球化学的活力。地球化学强劲生命力的另一个体现是原有分支的迅猛发展和新分支的不断涌现，下面通过几个主要分支的叙述来反映地球化学的发展现状。

1.元素地球化学

元素地球化学是研究地壳中或地表各类岩石、矿物、矿石及各种地质体中化学元素的组成、含量、分布及时空变化的学科，也是研究各种化学元素地球化学行为的主要学科。作为地球化学中最早出现的基础学科分支，现阶段元素地球化学的研究更广泛更深入了。对于元素在各种地质体中以及动植物中的含量和分布特征积累了越来越多的数据，对其控制规律有了更深入的认识；对于元素在各种地质作用过程中的地球化学行为有了更清楚的了解。

研究的元素种类有了明显的增加，包括许多微量元素，如稀土、稀有、分散元素，因而出现了微量元素地球化学，如稀土元素地球化学、稀有气体地球化学等，而且数据更精确、更合理了。元素地球化学，特别是微量元素地球化学研究，包括多种元素对比值的应用，现在己经成为探讨岩石、矿床以至行星的成因和演化的重要手段。

2. 同位素地球化学

同位素地质年代学也取得了长足的进展，传统的方法，如U-Pb、Rb-Sr、K-Ar、C14法更加完善；各种等时线法的提出；同位素稀释质谱法成为常现研究手段；一些理论模式的提出以及测定年代范围的扩大等。同时新的年代测定法也得到了发展，如铀系法、裂变径迹法、Ar40/Ar39法、钐-钕法、Re-0s法、热释光法、沉降核类法等，特别是钐-钕法，比之早建立的铀铅法、铷锶法、钾氩法等同位素年代学方法更接近于封闭体系。

建立了一整套同位素地质年龄测定方法，使所测年限从距今数年直到几十乃至一百多亿年，为地球与天体演化建立了时间尺度，从而大大地丰富了人们对地球与天体演化的认识。现在，我们可以借助这些手段，建立地球以至银河系发展的完整年表。

伴随着同位素地质年代学的蓬勃发展，特别是同位素分馏机制的深入研究和同位素分离、测试技术的提高，同位素地球化学的另一个分支——稳定同位素地球化学在这个时期也发展很快，不仅积累了大量同位素丰度测定数据，而且在理论、方法和应用各方面均有很大进展。同位素组成变化所提供的信息，已经成为探讨许多地质过程的强有力的手段。根据稳定同位素的研究，初步解决了一些争论多年的矿床成因问题，并提出了一些新的成矿假说。在天体演化方面也提出了新的见解。目前研究较多的稳定同位素种类，已经发展到氧、硫、碳、氢、铅、稀土、锂等20 余种，尤以氧、硫、碳、氢同位素发展最快。

3. 有机地球化学

随着石油和天然气的大量开发和寻找，有机地球化学以惊人的速度后来居上，成为地球化学中最活跃的学科分支之一。早在二十世纪三十年代，A.特里布斯对于地质体中卟啉化合物的研究，曾为有机地球化学的兴起做出了重要的贡献，但是由于分析测试技术的限制，十多年中没有取得重要的进展。

由于各种色谱技术的出现和应用，才使有机地球化学迅速发展为一门独立的学科分支。不仅从现代沉积物、土堆、沉积岩和天然水体中分离鉴定出了越来越多的有机化合物，确定了多种地质体中各类天然有机质的组成和演化特征，探讨了有机质对金属元素的富集作用和有机质参与下化学元素迁移富集的一般机制，而且证实有机质转化为烃类需要一定的埋藏深度和温度条件，建立了一批生油地

球化学指标和石油演化理论，在油气田的寻找和评价中发挥了重要的作用，并对生命出现前有机质的演化，即生命起源的研究做出了重要的贡献。

同时由于采用了各种色谱技术、色谱-质谱-电子计算机、核磁共振、高分辨电子显微镜等，已能从分子水平研究地质类脂物，并已深入研究和新发现了许多重要的生物标志化合物或分子化石；对高分子量有机质，如腐殖酸与干酪根等的研究也取得突破。

4. 勘查地球化学

勘查地球化学，作为一种找矿方法，又叫地球化学探矿，简称化探。作为地球化学的另一个重要分支，勘查地球化学也发展很快，各种方法不断涌现，如金属测量法、普查石油的气体测量法、生物地球化学找矿法、水化学法等。

随着分析测试技术的进步及电子计算机的广泛使用，使对数目巨大的分析数据的储存、整理和分析更加科学，对异常的解释更加精确，同时由于在找矿上“攻深找盲”的需要，有力地促进了地球化学探矿的广泛开展。勘查地球化学已经成为一项必不可少的找矿手段，无论在国内还是国外，结合地质研究，勘查地球化学都取得了显著的找矿效果，发现了许多重要的矿床，如在加拿大发现了纽曼半岛铜矿床，在英国发现了爱尔兰纳凡铅锌矿。另外勘查地球化学在方法、理论、探矿范围和测定对象等方面都有了很大的发展。已经出现了微量元素、热发光、热晕、同位素等地球化学探矿的新趋势。

通过对国内外勘查地球化学一些最新进展的跟踪，认为矿体-成矿系列、地球化学异常模式、矿区化探和隐伏矿体定位预测依然是今后勘查地球化学的重要研究领域。

5.环境地球化学

随着工业的发展，七十年代以后，地球化学的一个新分支——环境地球化学诞生了。由于人类社会对环境问题日益重视，而研究环境问题与矿产勘查所依据的地球化学分散、富集与迁移的原理有许多相似之处，故近年来越来越多的勘查地球化学家转向环境地球化学领域。

越来越多的事实表明，由于周围环境，如土壤、水或农作物中某些化学元素或物质的过于缺乏或过于集中，会引起某些疾病。这种病的发生，往往是地区性的，通常称为“地方病”，如我国的克山病、大骨节病等。由于工业的发展，大