水地球化学法

发布网友发布时间：2022-04-28 21:00

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热心网友时间：2022-06-23 04:34

一、内容概述

地下水地球化学已应用于矿产勘查领域多年。20世纪70年代尤其普及，当时通常用于铀矿勘查。最近10年来，随着分析处理技术的发展以及覆盖层下隐伏矿床勘查因素的驱动，地下水地球化学勘查重新又受到重视。地下水可以与矿化在地下某一深度相互作用，其主量元素、微量元素和同位素特征将发生改变，如果这种地球化学特征被保留下来并被运移足够长的距离达到地下水取样的孔中，就可以用于隐伏矿床的勘查。利用地下水地球化学方法，可以探测到200m以下甚至到达5km的深部。同其他勘查手段相比，地下水地球化学具有自身独特的优势：随着分析技术的进步，已能快速、灵敏地检测地下水中多种元素，而且所需的样品预处理量很小；地下水能够与矿化物质直接接触反应；地下水采样可以发掘三维勘查的潜在可能性；与岩石地球化学相比，地下水可以从与矿化发生反应的地方流出，从而提供一个更大的潜在的勘查靶区；许多有意义的物质背景浓度很低，因此可提高异常衬度。

目前影响地下水地球化学测量在矿产勘查中的应用及其优势、潜力充分发挥的最大问题在于：勘查者对地下水地球化学数据做不出全面的解释。近年来，围绕这个问题，地下水地球化学方法在采样技术、数据处理、研究对象以及研究方法上取得了新的进展。

在采样技术上，扩胀封圈系统的使用解决了在渗透率低的断裂岩石区采集深部地下水样品的问题。因为传统的打钻取水方法会造成污染，加之断裂裂隙的导水率很低，从中流出的带矿化信息的水进入钻孔后与地下水混合，既改变了信息出现的位置，又降低了异常的强度。采样技术上的改进保证了高质量、全面的物理化学数据的获取。关于数据的处理解释，勘查者研发了一系列的数据处理软件。常用的软件如PHREEQC、MINTEQA2和Geochemists Workbench，可以用来计算矿物饱和指数和金属物质，模拟化学反应过程。地下水地球化学数据庞大而且复杂，好的数据处理软件有助于提取更多准确有用的信息。

在研究对象上，水地球化学方法用于各种类型的隐伏矿床勘查：斑岩型铜矿、火山成因块状硫化物矿床（VMS）、喷流沉积型矿床（SEDEX）、Ni-Cr-PGE 矿床、石英脉型金矿、金伯利岩金刚石矿、铀矿等，也用于区域上的矿产勘查评估。

在研究方法上，现代的地下水勘查方法主要研究水的离子浓度、元素含量、同位素体系、物理化学条件（如pH、Eh）等，并且利用商业软件处理数据进行化学模拟，大量研究所建立的水地球化学数据库为数据解释提供了依据。同位素体系一般包括H、O、C、S、Sr、Pb 等同位素，主要用于物质来源的示踪，元素含量的异常能用于识别矿化。

二、应用范围及应用实例

Dickson 等对南澳大利亚古河道隐伏铀矿床的地下水进行了研究。利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）和电感耦合等离子质谱计（ICP-MS）分析地下水各元素含量及Pb 同位素，利用商业软件及进一步的盐水中含U组分的较好热力学数据集，结合精确溶液化学模拟，表明南澳大利亚古河道含U沉积物的地下水体为中性、中等盐度，而其他的地下水体常可能以含盐、酸性为特征。这种水体易活化Ra（U的子体产物），依据地表Rn或伽马测井这类铀-子体的勘查方法可能是无效的。对细菌还原U^4＋及观察到盐池U含量增高的研究表明：细菌还原作用可能是古河道铀矿床形成的另一种机制。该模型可助于将勘查集中到更有利区域。

de Caritat et al.（2005）对Broken Hill超大型Pb-Zn-Ag矿床的地下水进行了研究。该矿体及大量其他小型矿床产于澳大利亚元古宙Curnamona省的有限露头中。该省中绝大部分被厚达200m的风化层覆盖，使传统的勘查手段应用受到*。在Curnamona省南部采集了约300件地下水样品，测定了S、Sr和Pb同位素组成，并计算了过剩S（S_XS）的量，即非蒸发、非混合的S。研究表明，许多样品加入了³⁴S亏损的S，这可能与Broken Hill型δ³⁴S特征（平均约0‰，V-CDT）的硫化物氧化作用有关。此外，Sr同位素识别了与地下水相互作用的各种基岩，西部多为较低放射成因的阿德来得期岩石（及矿物）（地下水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值低至0.708），东部多为高放射成因的Willyama 超群岩石（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值高达0.737）。

地下水中²⁰⁷ Pb/ ²⁰⁴ Pb与²⁰⁶ Pb/ ²⁰⁴ Pb 比值可与在该区已识别出的不同矿化类型（Broken Hill、Rupee、Thackaringa 等类型）对比，或处于其间。少量采集于矿化附近的样品具有很好的指示意义（如正SXS、低δ³⁴ S、与基岩特征一致的⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr比值及与矿化类型的Pb同位素特征）。对另外几个被沉积覆盖地区的研究表明，这些地下水与矿化发生了相互作用。这一研究表明了地下水在隐伏矿床勘查中具有很大的潜力。

de Caritat et al.对印度Hinta和Kayar 2个地区的喷流沉积型（SEDEX）多金属矿床做了研究。矿床的矿化主要以Pb、Zn硫化物为主，发育于变质的长英质和碳酸盐基底岩石。共取了200多口井的地下水样品，分析了主量元素浓度及它们对稳定元素离子（如Cl^-）的比值、同位素体系、热动力学模型。结果表明水地球化学对研究隐伏矿床可能是一种非常有效的手段。

Caron et al.分析了加拿大西北部地体MackenzieMountain的南Nahanni 河盆地37000km²范围内的151个位置泉水的地球化学数据，作为这一广阔地区的矿产勘查评估指标之一。利用泉水的地球化学、pH值及温度应用统计数据分析、图标方法及基本分组方法来快速有效地识别带有高度矿化潜力区域。由其他方法已经识别的盆地内部世界已知典型矿床与用该方法检测一致。由于不同的矿床类型有不同的地球化学特征，开发出全新的3端元方法来分析指示矿化性质的微量元素数据。循环深度估计以及最大潜在矿床深度进一步提高了经济潜力评价的准确性。泉水的循环深度全范围为4.7～200m。总体上讲，62个位置的泉水通过1种或多种方法被识别出微量金属元素含量异常（约占数据总量的40%）。特别是11个位置的泉水通过3种方法均被划分为异常，17个位置的泉水至少通过2种方法被划分为异常，其余34个位置仅1种方法显示异常。

三、资料来源

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