地球化学研究方法有哪些

❶ 地球化学的研究思路

地球化学是20世纪初期由地质学与化学类学科结合产生的一门边缘学科。现在它已经形成了自己独立的研究思路和研究方法，地球化学的基本研究思路可概括为：

（1）自然过程在形成宏观地质体的同时也留下了微观踪迹，其中包括了许多地球化学信息。如造成了系统各部分常量、微量元素和同位素组成的变化，元素相互结合和赋存状态的改变，等等。这些微观踪迹中包含着重要的地球演化信息，地球化学就是通过识这些微观踪迹来追索地球历史的。

（2）自然界物质的运动和存在状态是环境和体系介质条件的函数。地球化学将任何自然过程都看成是热力学过程，应用现代科学理论来解释自然体系化学变化的原因和条件，使有可能在更深层次上探讨和认识自然作用的机制。

（3）地球化学问题必须置于地球或其子系统（区域岩石圈、壳、幔）中进行分析，以系统的组成和状态来约束作用过程的特征和元素的行为。

由于地质作用规模宏大、时间持久、作用因素复杂且多次作用叠加，地球化学研究必须观察和分析多种变量，确立多层次的指标，才有可能追踪地球的历史。

❷ 地球科学的研究方法

由于地球科学以庞大的地球作为研究对象，并具有很强的实践性和应用性，所以它的研究方法与其他自然科学有较大的差异。它既要借助于数学、物理、化学、生物学及天文学的一些研究方法，同时又有自己的特殊性。

地球科学的研究方法与其研究对象的特点有关，地球作为其研究对象主要有以下特点：

（1）空间的广泛性与微观性

地球是一个庞大的物体，其周长超过4×10⁴ km，表面积超过5×10⁸ km²。因此，无论是研究大气圈、水圈、生物圈以及固体地球，其空间都是十分广大的。这样一个巨大的空间及物体本身由不同尺度或规模的空间和物质体所组成。因此，要研究庞大的地球，就必须研究不同尺度或规模的空间及其物质体，特别是要注重研究微观的空间和物质特征，如不同学科都要研究其相应对象的化学成分、化学元素的特性等。地质学要研究矿物晶体结构，水文学和海洋学要研究水质点的运动等，气象学要研究气体分子的活动等。而且，整个地球系统是一个开放的动力系统，其与宇宙环境（地-月系、太阳系及银河系等）之间总是不断地进行着物质、能量的交换；地球系统中各种自然现象、作用过程的发生、发展和演化与其所处的宇宙环境是分不开的。因此，现代地球科学已开始充分重视宇宙环境对地球系统的影响研究；也就是说研究的空间范围还要超越地球系统，涉及更加宏观的宇宙环境（图0-1）。只有把不同尺度的研究结合起来，把宏观和微观结合起来，才能获得正确的和规律性的认识。

（2）整体性（或系统性）与分异性（或差异性、多元性）

整个地球是一个有机的整体，是由不同层次的、具有紧密联系的子系统组成的统一系统；不仅在空间上地球的内部圈层、外部圈层都表现为连续的整体性，而且地球的各内部圈层之间、内部与外部圈层之间、各外部圈层之间也都是相互作用、相互影响、相互渗透的，某一个圈层或某一个部分的运动与变化，都会不同程度地影响其他部分甚至其他圈层的变化，这也充分表现了它们的有机整体性。然而，地球也是一个非均质体，它的不同的组成部分（或子系统）无论在物质状态还是运动和演变特点上都具有一定的差异，表现出分异性或多元性。例如，不同地区的地理环境、气候环境具有明显的差异，不同地区的水文条件也具有明显差异。固体地球特别是地壳的不同地区或不同组成部分的差异性更为显着，如大陆、海洋、山系、平原等。这种差异性不仅表现在空间和物质组成上，也表现在它们的运动、变化与形成、发展上。

（3）时间的漫长性与瞬间性

据科学测算，目前可追溯的地球年龄长达46亿年。在这漫长的时间里，地球上曾发生过许多重要的自然事件，诸如海陆变迁、山脉形成、生物进化等。这些事件的发生过程多数是极其缓慢的，往往要经过数百万年甚至数千万年才能完成。短暂的人生很难目睹这些事件发生的全过程，而只能观察到事件完成后留下来的结果以及正在发生的事件的某一阶段的情况。但是，有些事件的发生可以在很短的时间内完成。例如，天气现象往往表现为几天、几小时甚至更短的时间，地震、火山爆发等也都发生在极短的时间内。

（4）自然过程的复杂性与有序性

地球演化至今经历了复杂的过程。其中既有物理变化，也有化学变化；既有地表常温、常压状态下的作用过程，也有地下深处高温、高压状态下的作用过程。此外，各种自然过程还会受地区性条件的影响而具有地区的差异性。所以，自然过程是极其复杂的，而且这种过程由于其漫长性和不可逆性，依靠人类的力量很难完全重塑和再现其过程，因而更增添了地球科学研究工作的艰巨性。但是，这些复杂的自然过程并不是杂乱无章的，它们都具有其发生、发展的条件和过程，都具有一定的规律可循，这也正是地球科学工作者的重要研究任务。

研究对象的特点决定了地球科学具有一些独特的研究方法，并且随着科学技术的发展和进步，地球科学的研究方法也会得到不断的补充和推进。现择要简述研究方法如下：

（1）野外调查

空间的广泛性决定了地球科学工作者首先必须到野外去观察自然界，把自然界当做天然的实验室进行研究，而不可能把庞大而复杂的大自然搬到室内来进行研究。野外调查是地球科学工作最基本和最重要的环节，它能获取所研究对象的第一手资料。例如野外地质调查、水系与水文状态调查、自然地理调查、土壤调查、资源与环境调查等。只有有针对性地到现场去认真、细致地收集原始资料，才能为正确地解决地球科学问题提供可能。

（2）仪器观测

仪器观测是地球科学用来获取研究对象的定性和定量资料的重要手段，通过仪器观测可以了解到研究对象的各种物理、化学性质，参量的静态特征和动态变化，为科学的分析、推理提供依据。仪器观测为地球的研究步入科学的轨道提供了条件，例如，16～17世纪气温、气压、湿度等气象仪器的发明与创造，使气象学逐渐发展成为一门完善的学科。现代高精度的常规与高空气象仪器观测仍然是气象学的重要研究基础。同样，仪器观测在水文学、海洋学研究中也占有特殊重要的位置。仪器观测对于现代地球物理学、地质学的地球内部研究，对于土壤学的研究特别是对于环境地学中的各种监测与评价，都具有极其重要的作用。在现场进行的仪器观测也属于第一手资料，除了科学工作者根据不同的研究目的在现场进行各种观测外，人们还常常设立各种定点观测台站，如气象站、水文站、地震台站、环境监测站等，并通过大量的台站建立观测网，以便获得系统的观测资料。

（3）大地测量

这是地球科学中既古老而又发展迅速的一种重要研究方法，它对推动地球科学的发展起了重要作用。早在古埃及和古中国的时代，人们就借助于步测及其他一些简单的测量工具，进行土地规划、地形与地理制图、水利与工程建设等。到了近代，随着测量仪器的进步，逐渐发展成为传统的大地水准测量和大地三角测量。20世纪中叶发展起来的海洋测深技术（声呐）对于海洋学的发展和地质学的革命曾起了决定性的作用。近些年发展起来的激光测距、全球定位系统（GPS）又给地球科学带来了深刻影响。大地测量的方法对于地理学、地质学、海洋学、水文学及土壤学等的研究十分重要。

（4）航空、航天和遥感技术

现代航空、航天和遥感技术极大地推动了地球科学的发展，成为现代地球科学不可缺少或不可忽视的重要研究方法。由于地球的空间广大，要在短时间内获取大区域的资料，特别是大区域的动态变化情况，就必须充分利用航空、航天和遥感技术，如卫星云图、卫星遥感影像、航空照片等。航空、航天和遥感技术对现代气象学的发展和进步起了决定性作用，成为其重要支柱。它们也是现代海洋学、地理学的主要研究手段，而且对于现代地质学、土壤学、水文学、环境地学等也发挥着重要作用。

（5）实验室分析、测试与科学实验

这是地球科学中各门学科均普遍采用的研究方法，主要是从研究对象中取得所需的各种样品或标本，然后在实验室进行分析、测试，以便获取物质成分、结构、物理与化学性质以及形成历史等方面的定性和定量资料，并通过科学实验分析推断其形成、演变过程和发展趋势等。随着科学的发展，地球科学中的实验科学已有相当的进步。但由于自然过程的影响因素复杂，加之时间的漫长性与空间的广泛性以及现代实验技术水平的限制，在地球科学中有时很难进行与自然界一致的真实实验。因此，地球科学上常采取简化影响因素，创造一些特定的物理、化学环境，模拟自然现象的成因、过程和发展规律，这种方法称为模拟实验。模拟实验只能是近似的，实验结果往往与自然过程有一定差距，但它在再造自然现象的过程、验证和探索地球科学规律方面发挥着重要作用。

（6）历史比较法

这是地质学最基本的方法论。时间的漫长性决定了地质学必须用历史的、辩证的方法来进行研究。虽然人类不可能目睹地质事件发生的全过程，但是，可以通过各种地质事件遗留下来的地质现象与结果，利用现今地质作用的规律，反推古代地质事件发生的条件、过程及其特点，这就是所谓的“历史比较法”（或称“将今论古”“现实主义原则”）的原理。这一原理是由英国地质学家莱伊尔（C.Lyell，1791～1875年，现代地质学的创立者）在赫顿（J.Hutton，1726～1797年，苏格兰地质学家，被誉为现代地质学之父）的均变论学说的基础上提出来的（图0-2，图0-3）。莱伊尔明确指出：“现在是了解过去的钥匙。”例如，现代珊瑚只生活在温暖、平静、水质清洁的浅海环境中，如果在古代形成的岩石中发现有珊瑚化石，便可推断这些岩石也是在古代温暖、清洁的浅海环境中形成的（图0-4）；又如，现在的火山喷发能形成一种特殊的岩石——火山岩，如果在一个地区发现有古代火山岩存在，我们就可以推断当时这一地区曾发生过火山喷发作用，等等。历史比较法是一种研究地球发展历史的分析推理方法，它的提出，对现代地质学的发展起到了重要的促进作用。

图0-2 英国地质学家莱伊尔

（C.Lyell，1791～1875年）

图0-3 苏格兰地质学家赫顿

（J.Hutton，1726～1797年）

图0-4 生活在温暖、清洁浅海中的珊瑚

a—现代珊瑚；b—2亿多年前的珊瑚化石

这一原理的理论基础是“均变论”。均变论认为，在漫长的地质历史过程中，地球的演变总是以渐进的方式持续地进行，无论是过去还是现在，其方式和结果都是一致的。但是，现代地质学的研究证明，均变论的观点是片面和机械的。地球演变的过程是不可逆的，现在并不是过去的简单重复，而是既具有相似性，又具有前进性。例如，地质学的多方面研究揭示，在地球演变过程中，地表大气圈、水圈、生物圈的组成、数量、温压以及地球或地壳内部的结构、构造等特征都在发生不断的变化，与现代的状况存在不同程度的差异，这些必然会导致当时发生地质作用的方式与过程具有一系列与今天不同的特点。地球演变的过程也并不总是以渐进、均变的形式进行，而是在均变的过程中存在着一些短暂的、剧烈的激变过程。例如，在岩层中常常发现其物质组成及结构构造发生突然性的变化；在古生物演化中也常常发现大量的生物种属在短期内突然绝灭的现象，如6500万年前后恐龙全部迅速绝灭等。所以整个地球的发展过程应是一个渐变—激变—渐变的前进式往复发展过程，这也符合量变—质变—量变的哲学规律。

因此，在运用历史比较法时，必须用历史的、辩证的、发展的思想作指导，而不是简单地、机械地“将今论古”，这样才能得出正确的结论。地质学的“将今论古”分析方法，实际上对于地球科学中的地球物理学、地球化学、地理学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科的研究均具有重要的借鉴意义。

（7）综合分析

自然过程的复杂性和不可逆性决定了地球科学必须采用综合分析的研究方法。在漫长的地球演化过程中，不同时期、不同方式（物理、化学、生物等）、不同环境（地表、地下、空中等）的自然作用给我们留下的是一幅错综复杂的结果图案。要根据这一图案恢复和解析自然界发展的过程，就必须利用多学科的原理和方法，结合复杂的影响因素，进行综合分析。这一点与数学、物理、化学等学科利用单纯的推导、实验等方法进行研究是大不一样的。例如，在地质学中，由于过程和影响因素很复杂，根据某些个别特征，利用单学科的原理和方法，往往会得出片面甚至错误的结论，这就是在地质学研究中经常碰到的“多解性”或“不确定性”问题。所以，只有在综合各方面研究的基础上，才能得出统一的、最合乎实际情况的结论。

（8）计算机技术应用

有人说20世纪后半叶以来，人类社会已步入计算机的时代，计算机技术的应用已给各门自然科学带来了深刻的影响和革命性的变化。对地球科学也是一样，例如，在现代气象学、地理学、地质学、地球物理学、海洋学、环境地学等领域中，计算机技术已发挥出巨大的作用，成为不可缺少的研究手段和方法。而且计算机技术正在向地球科学的各个领域渗透。计算机技术的应用，为解决地球科学的研究对象空间广阔、观测处理资料量大、模拟形成演变过程复杂等问题带来了无限的前景。因此，要想提高地球科学的研究水平，必须充分地重视、加强和进一步开拓计算机技术在地学中的应用。

20世纪末期开始在全球范围内广泛兴起的“数字地球”（Digital Earth）计划或“数字地球学”研究正是现代计算机技术、信息科学与地球科学相结合的产物。“数字地球”主要是探讨运用现代计算机技术、信息科学对整个地球系统进行全方位的定量化、数字化描述的方法，建立相关的“数字地球”资源平台，并服务于地球科学的研究、应用。因此，“数字地球”实质上是地球系统的一种数字化的表示形式，其基本的理论支撑主要包括相互联系的两个方面，即与地球科学有关的理论以及与数字化技术有关的理论。比“数字地球”稍早一些兴起的“地理信息系统（GIS）”的成功开发与广泛应用，可以说为推动“数字地球”的兴起与发展奠定了良好的基础；但“数字地球”将涵盖地球科学的所有研究分支学科或领域（而不仅仅局限于地理学），其涉及的科学内容与数据量是“地理信息系统”所无法比拟的。1998年1月，美国前副总统戈尔在“开放地理信息系统协议（Open GIS Consortium）”年会上首次提出“数字地球”的概念，认为“数字地球”是指一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的虚拟系统。数字地球的概念一经提出便立刻引起了世界范围的广泛关注，并取得了快速发展。数字地球的研究和实现具有十分广泛的应用前景，如资源与环境的监测与管理，气候和各种自然灾害的预测、预报与防治，土地利用与各种生产、生活的规划及一些危机事件的处理等；它还为地球科学的教育和多学科的研究工作提供了极好的资源平台，特别是为地球系统科学的层圈相互作用研究、全球变化研究及人类可持续发展研究创造了有利条件。

地球科学研究的工作方法通常具有下列程序：

（1）资料收集

根据所要研究的课题和所要解决的问题，尽可能详尽、客观和系统地收集各种有关的数据、样品和其他资料。资料的来源包括对研究区详细的野外调查、仪器观测和收集、分析已有的各种资料和成果等。

（2）归纳、综合和推论

对所收集的资料进行加工整理、归纳、综合，并利用地球科学的研究方法和原理，作出符合客观实际的推论。

（3）推论的验证

通过生产实践或科学实验来证实或检验推论是否正确，并在实践的过程中不断地修正错误，提高认识，总结规律。

地球科学是一门实践性很强的科学。人们通过不断地科学实践，逐渐形成了若干假说和学说。假说是根据某些客观现象归纳得出的结论，它有待进一步验证；而学说则是经过了一定的实践检验、在一定的学术领域中形成的理论或主张。假说和学说对推动地球科学的发展起着重要的作用，它们为探索地球科学的客观规律指出了方向，对实践起着一定的指导作用，同时在实践中不断得到检验、补充和修正，使其日趋完善。当然，有些假说和学说也可能在实践中被抛弃或否定。

❸ 环境地球化学的研究手段

环境地球化学运用各类专门器具，采集地表、水下和空中的无机和有机样本。为确定环境样本中化学元素的含量和组合，各种成分分析仪器和质谱计、能谱仪是它的必备手段。经常采用的研究方法有下面几种。 即紧紧抓住所瞄准的元素，研究它在环境中运动的各个环节或在各种介质中的地球化学行为。
环境档案研究法
树木年轮、冰岩心、湖泊沉积、海湾沉积、深海沉积、珊瑚、黄土、古土壤、河流泥沙、沉积岩、花粉、包裹体等都不同程度地记录下了它们形成时的环境条件，如温度、湿度、化学成分、生物量、火山喷发、地磁场、海平面和太阳活动等，因此它们可看成是环境变化的“档案”材料。不同的档案材料有不同的环境信息量和时间分辨率。有目的地研究这些档案材料，可提取出过去环境变化的宝贵信息。

❹ 地球化学动力学研究步骤和方法

图4.11 地球化学动力学研究的步骤和方法框图

地球化学动力学研究步骤如图4.11所示:首先根据研究的地质-地球化学问题,视问题的主次,忽略次要的、突出主要的,使问题合理简化,形成地球化学动力学的概念模型(conceptual modesl)。如在研究热液成矿系统的热流体对流迁移过程时可侧重热驱动流体的动力学过程,而忽略流体与围岩的化学反应;在研究矿物蚀变导致矿物自中心到边缘成分变化、矿物与流体同位素交换等过程时则主要考虑组分的扩散和离子交换反应;研究矽卡岩化过程除考虑流体的渗滤外,还要考虑流体中主要组分K、Na、Ca、Mg、Si、lA的扩散和流体与围岩的化学作用。对经历了多期次、多阶段、多物质来源的地球化学作用的地球化学系统要重点研究主要阶段和主要物质来源。对诸如区域地球化学演化这样复杂的动力学问题,应对所涉及的各个子系统和过程分别建立动力学模型,从各个侧面去把握复杂体系的动力学行为。

图4.12 典型的水-岩反应动力学实验装置示意图

建立地球化学动力学概念模型,主要有两条研究途径:一是应用化学动力学、流体动力学等原理及其相应的数学表述,建立地球化学动力学的数学模型,也称动力学模型(dynamic models),并在此基础上,应用有限元、有限差分等数值计算方法,通过计算机数值模拟,获得动力学系统的演化规律;另一途径是地球化学动力学实验。目前主要限于两类地球化学动力学实验:一类是高温高压水-岩反应动力学实验,典型的实验装置和原理见图4.12,侧重于开放体系中流体与矿物或岩石颗粒之间的化学反应机制和反应速率研究;另一类实验是在一个大的容器(称tank)内通过激光摄像和各种探头实时检测容器内流体的运动和成分变化,可以模拟宏观尺度的地球化学输运-反应动力学过程,但较难控制温、压条件,大多在常压下实验。

无论是数值模拟还是实验模拟,都需先确定模型所需的各种动力学参数如流体的密度、粘度系数、围岩的孔隙度和渗透率、颗粒比表面积等,还要根据实验研究对象确定边界条件和初始条件。

数值模拟和实验模拟各有其长,可以相互补充。计算机模拟的优势是可以模拟较复杂的地球化学体系,且可以方便地修改模型,或改变动力学参数和边界、初始条件,得到各种模拟结果,从而研究不同条件下地球化学体系的演化规律。但数值模拟的成果取决于所建立数学模型的合理性和计算机软件系统的正确性,受研究者主观判断和水平的影响。实验模拟能较为宏观地模拟地球化学过程,结果更为可信,但受实验设备和实验条件等限制,实验研究只限于比较简单的地球化学过程和简单的边界条件,且较费时费力,目前研究比较成熟的主要限于水-岩反应动力学实验。

❺ 地球化学的研究方法

地球化学的每种理论,应用于解决地学问题,均构成一种研究方法。地球化学的基本研究方法主要是对地球系统及其各级子系统进行观察、取样分析、归纳和演绎研究;其次是实验模拟研究及数字模拟研究。现就地球化学一般研究方法简述如下。

1.地球化学野外工作方法

这里涉及的主要是人们肉眼可以直接观察的固体地球部分研究,至于大气圈、海洋和地外天体等研究方法,以及陨石的收集和研究,有专门书籍论述,在此不再介绍。

地球化学野外工作的目的是:观察了解宏观地质体的物质类型、结构构造及它们在时间和空间上的相互关系,在此基础上系统观察和收集寓于各地质体中的地球化学记录和信息,并采集具有明确代表对象和意义的样品。当然,观察收集信息及取样的侧重点应因研究目的不同而有所差别。

因为地球化学运动和作用寓于地质运动和作用之中,所以必须首先较好地了解研究区的地质背景,把握所研究地质作用的产物的特征和矿物岩石组成、结构构造及它们之间的时空关系和序列。这些均属于地质学的观察研究内容,可按地质编录或制图法进行。这部分工作是地球化学研究的重要前提和必要基础,是地球化学研究客观性的根本保证。

在野外观察建立了较好的地质研究的基础上,必须重视各类地质体中地球化学记录和信息的观察和收集,力求在野外工作阶段就能形成地球化学研究的构想或工作假设,从而保证室内研究能更有效地开展。常见一些年轻地球化学家研究中只有野外地质观察而缺乏基本的野外地球化学信息收集,似乎认为地球化学研究对象仅限于化学元素和同位素微观层次。地球及其层圈中的化学作用绝大多数都是通过化合物 (矿物)或物相之间的反应实现的,元素原子的相互作用只是这种反应的内在根据。化学、地学和地球化学今天的发展,已使地球化学从地质体的观察中直接获取地球化学信息成为可能。典型研究方法范例,见博伊尔 (R.W.Boyle)1979年出版的《金的地球化学及金矿床》。

如何进行野外地球化学观察和信息收集? 通常地球化学可以广泛应用矿物化学、岩石化学、化学及物理化学的知识和理论指导地质体的观察。例如,根据地质体的岩石和矿物组成,不需化学分析就可知道它们的大致化学组成,基于矿物间受类质同象控制的元素分配规律,还可粗略推测它们中比较集中的微量元素种类和组合;石灰岩是强碱弱酸的盐类,其岩层可起着天然溶液酸碱度调剂的作用,是影响元素迁移的碱性障;观察组成岩石的矿物共生组合及矿物的交代关系,可为应用相平衡理论研究地球化学作用奠定基础。例如,在硫化物矿床氧化露头中见到方铅矿 (PbS)依次被铅矾 (PbSO₄ )和白铅矿(PbCO₃ )交代的现象,就可推断硫化物矿石的氧化应依次经历硫酸盐和碳酸盐阶段,其环境应先是酸化、而后向碱性过渡,从而提出进一步检验这种推断的设想。此外,从物理化学观点看来,天然溶液进入张性裂隙是外压力的突然降低,岩石的糜棱岩化实质为物质颗粒变细增加表面能,从而增强化学反应速率,等等。通过地质地球化学野外观察,收集到足够的地球化学信息,再结合地质背景、条件与研究的目的,就可形成进一步研究的构想。

样品采集必须注意的关键问题是,样品应能确切地代表所要研究的地质对象,尽可能详细地了解其产出的地质背景、环境和条件;符合所要研究的目的。例如,为了解原始岩石成分需采集新鲜的岩石样品,为研究蚀变过程应按剖面采集原岩、半蚀变岩石到全蚀变岩石的系列样品。样品的规格和重量按需进行测试方法的要求确定;每种样品采集的数量应以具有统计学上的一定代表性为准。

2.地球化学室内研究方法

地球化学室内研究包括样品的加工、分选、预处理、岩石矿物鉴定和分析测试、数据处理,以及综合分析得出结论的全过程。

在野外观察和鉴别的基础上,为了准确鉴定矿物、岩石、矿石的成分和类别,确定矿物-流体相间反应关系,常需进行偏光和反光显微镜观察,对微粒和微区研究可以应用电子显微镜、X射线分析法、电子探针等仪器进行精确分析和鉴定。这方面需要特别强调的是,准确地鉴定矿物和岩石只是目的之一,而详细观察和了解岩石和矿石中矿物间的相平衡和反应-交代关系,以及矿物晶粒中的环带结构和成分变化等,具有更深入层次的意义。现代高精度的实验观测技术为实时实地准确地观测微细地球化学作用过程提供了条件。

为了获取各类地质对象的化学成分,除主量元素可应用常规化学或仪器分析方法测定外,其余大多数测定项目为微量组分,含量一般为克拉克值级次。对于这些微量元素的测定需要使用灵敏精确的分析技术,灵敏度一般要求达到 10^-6～10^-9。在这方面,现在常用的分析方法有:发射光谱分析、原子吸收光谱分析、火焰光谱分析、离子选择电极法、中子活化分析、等离子体光量计分析、质谱分析,以及一些专项分析技术,如测汞、测金、放射性测量等。可以根据研究目的,选用适用的方法,在满足灵敏度和精度要求的前提下,应考虑便捷、经济的原则,避免过度追求高精度、过多测试项目等。

进行同位素定年和同位素组成测定的样品,需根据样品性质、估计的可能年代范围,以及各种定年法和同位素测定分析法的特点和要求,选择质谱分析的类型及进行样品的制备和测定。

元素结合形式和赋存状态是制约元素地球化学行为及活动性的重要因素。其中主量元素形成各自的矿物或独立相,它们的结合形式根据矿物学的鉴定和研究确定。对不形成独立矿物的元素的赋存形式以及细粒岩石 (页岩、黏土沉积物、土壤等)中元素的赋存形式,则需应用专门的综合测试方法解决,包括:晶体光学法、物性和物相分析法、X射线分析法、电子探针等微区分析法,以及化学偏提取法、电渗析法、放射性乳胶照相法等。

地球化学作用的物理化学条件的确定包括测定和计算两类方法。如矿物流体包裹体测温和测压属于测定法;矿物温度计、微量元素温度计、同位素温度计等为测定和计算相结合的方法;而体系的pH、E_h、

、盐度、离子强度、矿化度等参数则是通过热力学和化学平衡计算获得。

在取得了上述各种实际资料和数据后,研究就进入了数据处理和资料整理,进而综合提炼并得出科学结论的阶段。数据处理和资料加工包括,按照研究的目的,应用地球化学多元统计分析的方法 (相关分析、判别分析、因子分析、聚类分析等)揭示研究对象数据和参数的分布形式、变异特征、相关程度、元素共生组合及其影响因素等;根据解决问题的设想,编制各种图件和表格等。此后,研究就进入了由客观向主观认识转化上升的思维过程,在这方面,辩证唯物主义认识论和前述的地球化学方法论具有关键性的指导意义。

3.地球化学实验模拟和数字模拟

开展实验研究,尤其高温高压条件下的实验研究,是地球化学探索必不可少的一种手段。实验研究的内容主要包括:地球化学所需自然化合物 (矿物)和化学物种热力学性质和参数的确定,元素在各种共存相间分配系数及同位素分馏系数的测定,极高温度和压力下矿物相变及超临界水流体溶液物理化学性质的研究,以及各类地球化学作用实验模拟的研究。这些实验使地球化学应用物理化学原理和进行定量计算成为可能,为地球化学对深部地幔物质成分的判断提供参考,使地球化学对各种自然和人为作用过程和机制的了解更加精确和深化。

在开展地球化学作用的实验模拟时,应注意使实验体系和条件尽可能地接近自然界的实际,这样才能获得有效和可信的结果。

各种地球化学体系的数字模型化研究 (如,岩浆作用过程中微量元素分配的定量模型),以及地壳、地幔、海洋等复杂体系的数字或计算机模拟,近年展现出不断增多的趋势被称为计算地球化学。计算地球化学既是地球化学向定量化发展的必然结果,同时也是对许多难以进行实验模拟的复杂自然体系定量研究的一种补充。

地球化学体系和作用过程的定量化数字模拟或建模,现在已广泛应用于解决地球化学问题,其中包括地球化学体系的质量收支平衡、反应的化学平衡、系统动力学、物质输运过程,以及上地幔、洋盆和岩浆房的化学演化等。地球化学数字模拟和建模的专着,如Francis Albarède 撰写的 Introction to Geochemical Modeling (1995),Bethke 所着的Geochemical Reaction Modeling (1996 )和 Geochemical and Biogeochemical Reaction Modeling (2008)。我们必须高度重视这一发展趋势。

❻ 地球化学的基本工作方法

除了少数现代的地质作用过程外,历史上的和现代深部进行的地质过程都不可能直接观察和研究。因此,地球化学与其他地球科学学科一样,必须主要采用“类比”和“反序”的研究方法,即根据作用产物提供的地球化学信息来研究并恢复已经历过的作用的历史和条件。因此,在开展地球化学工作时要善于观察和发现寓于各种地质现象中的地球化学信息。

地球的化学作用寓于地质作用之中,因此地球化学研究不能脱离基础地质工作,它的一般工作程序仍然是在研究任务的指导下采用先野外,后室内的工作顺序,并注意从对地质体的观察来提取化学作用信息,建立地球化学研究构思。地球化学工作对样品处理、测试方法和测试精度等常有自己特殊的要求,因而更需要建立某些专门的方法和测试流程。地球化学研究过程包括:通过对自然对象的观察和测试获取第一性资料;在地球时-空结构中整理和研究事实规律;反序地追踪历史。地球化学研究必须有确定的目标,样品必须有明确的代表性,并收集尽可能详实的基础资料,研究所获得的结果要能与宏观地质事实互相对照和验证。

0.4.2.1 地球化学野外工作方法

(1)现场观察宏观地质现象的时空结构,查明研究区内各种地质体的岩石-矿物组成及相互作用关系,并由此提供有关地球化学作用的空间展布、时间顺序和相互关系。

(2)依据野外观察得出的初步地质-地球化学认识,确定进一步研究的设想和采样方案。在样品的布局中应注意以下几个问题:①样品应有明确的代表性,要能代表一定产状的地质体,力求其化学组成未受后期作用的改造;②采集的样品应保证研究对象在空间上、时间上和不同成因产状方面的系统性;③当需要总结统计性规律时,要依据数理统计学方法来确定样品数,若样品的数量较少,则对采样代表性的要求就更高,分析测定的精度也应相应提高。

0.4.2.2 室内研究方法

地球化学的室内研究方法,需根据任务要求和工作条件选择确定。常用的研究方法有:

(1)灵敏精确的分析测试方法:地球化学经常处理的元素含量为克拉克值的级次,微量元素含量测定的灵敏度一般要求达到10^-4%~10^-7%。现代分析仪器已可以达到地球化学研究所需要的精度和灵敏度,如用化学光谱法测金,灵敏度已可达0.1×10^-9,中子活化法的测金灵敏度可达0.04×10^-9。常用的分析方法有:发射光谱、原子吸收光谱、火焰光谱、离子选择电极、极谱、X光荧光光谱、红外光谱、拉曼光谱、中子活化、发光分析、等离子体光量计法、同位素质谱分析法、等离子光-质谱分析等。还有一些专项分析技术,如测汞、测金、放射性测量等。

(2)元素结合形式和赋存状态的研究:对不易形成独立矿物的元素,应研究其赋存状态。常用的研究方法包括:化学分析、晶体光学法、物性和物相分析法、X射线分析法、差热分析法以及各种微区分析测定如电子探针等。专用于研究赋存形式的方法有:偏提取法、电渗析法、放射性乳胶照相法等。

(3)作用过程物理化学条件的测定:热力学参数中除温度、压力外,应包括体系的pH、Eh、fo₂、盐度、离子强度、矿质浓度等参数,主要通过直接测定法和计算法获得待测参数数据。如包裹体测温和测压技术、微量元素温度计、矿物温度计、同位素温度计等研究法等都是测定和计算相结合的方法;对难以直接测定的热力学参数,主要通过计算法获得。

(4)自然作用的时间参数由同位素地质年代学方法获得,同位素测年可以求出地质事件的时间顺序和作用持续的时间。

(5)实验模拟自然过程:模拟研究属于正序研究,包括应用各种温、压设备和缓冲剂技术,在不同温压条件下进行相平衡实验和测定各种热力学参数,并可应用于研究元素迁移沉淀的条件和过程。实验研究使地球化学有可能考查地下深处或天体中正发生或地质历史中曾发生过的各类作用过程。由于绝大多数地球化学过程无法直接观察,模拟地球化学作用过程的方法受到广泛重视。模拟地幔、地壳和地表各种环境下化学过程的专门实验方法正在不断开发和完善。

(6)多元统计计算和建立数学模型:多元统计理论和计算机技术在地球化学研究中的应用,提高了资料整理的科学性、数据的利用率和计算工作效率;同时数学理论和方法的应用对深入揭示地球化学规律、科学地描述地球化学现象起到了推动作用。目前已对许多地球化学过程建立了数学模型,自然现象的参数化以及对地球化学开放体系中多变量、多组分反应的数学模拟等方面也已展示出美好的前景。

以上介绍的主要是地球化学研究的常规方法和手段,实际上地球化学的研究方法和实验手段日新月异。一方面,研究者不仅要学会掌握并善于应用各种常规手段和现代的研究方法,能依据研究任务的需要选择适用的研究方法,并重视方法技术的改进和完善;另一方面,一些专门研究手段对专门领域的研究意义重大,如行星探测器技术的发展对行星化学的研究进展有关键性的作用,这些专门技术的开发是学科进一步发展的技术保证。

地球化学有广阔的研究领域,可以说任何一个人穷其一生的努力也不可能成为地球化学所有领域的专家。但只要你对地球化学学科有浓厚的兴趣,经过认真地学习和实践,掌握了地球化学的基础知识、基础理论和基本方法,就完全有可能在地球化学的某一领域,如固体地球(或岩石圈)、矿产资源、能源、大气圈、表生环境、海洋、热动力学、同位素或微量元素等方面有所建树。学习和掌握地球化学的基础理论、方法和技术,将是向成功地球化学家迈出的第一步。

复习思考

(1)地球化学学科的特点和基本问题。

(2)地球化学学科的研究思路和研究方法。

(3)地球化学与化学、地球科学其他学科在研究目标和研究方法方面的异同。

❼ 地球化学勘查方法及成果

地球化学勘查在胶东金矿找矿中发挥了重要作用，勘查方法逐渐由次生晕地球化学、原生晕地球化学发展到构造地球化学。区内次生晕地球化学，已系统开展了1∶20万、1∶5万水系沉积物测量，部分矿区开展了1∶1万土壤测量，次生晕地球化学在大面积找矿靶区选择、成矿预测中起到了关键作用。原生晕地球化学，已开展了部分地区的1∶5万基岩化探测量和部分矿区的1∶1万、1∶5千基岩化探测量及化探剖面测量，为普查工作勘查工程布置提供了依据。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统的原生晕技术，一是它可以更加有效地探测深部隐伏矿化在浅部形成的微弱地球化学异常;二是采样是以构造格架为主要控制标准，非规则网度采样，可以在不漏掉矿化的前提下降低采样数量，减少勘查成本;三是由于充分考虑了构造对成矿成晕的控制，因而更加便于对异常的解释(彭省临等，2004)。

由于构造作用与地球化学作用是成矿中和成矿后重要的动力学过程，所以构造地球化学在隐伏矿床的地球化学信息探测方面必然能发挥重要的作用。目前，主要是利用成矿成晕的断裂构造地球化学规律来找矿，研究成矿过程中和成矿后的矿化指示元素的地球化学空间变化受构造控制的规律，通过分析那些特殊的成晕构造中的构造岩，就可以捕捉到深部隐伏矿体在地表引起的微弱的地球化学异常。其原因在于这些构造中成矿元素的运移比非成晕构造要容易得多，成晕的动力学过程同样受构造动力学过程控制(彭省临等，2004)。

原生晕找矿法是金矿找矿中使用广泛且行之有效的方法。原生晕是在矿体或其他地质体周围形成的地球化学异常。原生晕找矿法是通过发现和研究基岩中的原生晕进行找矿的方法，这种方法通常用来寻找盲矿。原生晕找矿的基础理论，即热液矿床原生晕轴(垂)向分带，也就是每个矿体都有自己的前缘晕、近矿晕和尾晕，前缘晕在矿体前缘可达100～300m，为找盲矿提供了重要信息(李惠等，2006)。由于金矿具有多阶段脉动叠加成矿成晕的特点，因此发展出原生叠加晕找矿法，即根据金矿成矿成晕具有多期、多阶段脉动性及不同阶段形成矿体(晕)在空间上叠加的特点寻找盲矿。

近年来，在胶东地区开始研究构造蚀变带中原生晕特征并用于盲矿预测和深部勘探，被称为构造叠加晕法。方法原理是:热液矿床严格受构造控制，构造中矿体的原生晕发育特点是在构造带内强度高、范围大，特别是前缘晕在矿体的前缘可达几百米。研究构造中的原生晕轴(垂)向分带及不同期次形成原生晕的叠加结构，只在构造带中采取有蚀变叠加样品，不但可以强化晕的强度或盲矿预测信息，而且大大减少采样及分析工作量，提高工作效率及找矿效果(李惠等，2006)。

二、焦家矿区深部金矿构造地球化学

(一)工作方法

由于深部矿床埋深很大，且其浅部存在对应矿床(体)，地表构造地球化学研究不能有效的预测深部矿体，因此深部找矿采用了钻孔取样方法，即采取钻孔中构造蚀变岩样品研究其原生晕特征，称为钻孔构造地球化学。本次工作选择焦家矿区112线、144线典型勘探线采集了样品，分析了44种微量元素含量，其中18种成矿元素及相关微量元素分析结果列于表8－2。实验测试在核工业北京化工冶金研究院分析测试中心完成，除Au、Ag采用原子吸收光谱仪(TAS－990F)、ELEMENT电感耦合和等离子体质谱原子荧光光度计(AFS－2202)测试外，其他元素均采用电感耦合等离子体质谱(ICP－MS)法(仪器型号HR－ICP－MSElementⅠ)测试。

(二)构造地球化学规律

1.元素统计分布特征

对18种金属元素进行统计分析，分别计算全部样品、绢英岩化花岗岩(花岗岩、黄铁绢英岩化花岗岩)、绢英岩化花岗质碎裂岩(黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩)、黄铁绢英岩质碎裂岩(绢英岩质碎裂岩)、主断裂上盘岩石、主断裂下盘岩石各元素含量的最大值、最小值、平均值(X)、标准离差(S)、变异系数(Cv)、浓集克拉克值(C)、致矿系数(Z)和黄铁绢英岩质碎裂岩的元素衬度(表8－3)。以浓集克拉克值大于0.5和衬值大于1为标准，确定成矿元素组合为Au、Ag、Cu、Pb、As、Sb、Bi、W、Sn、Mo、B、U。

成矿元素Au、Cu、Pb、As、Sb、Bi、Mo的变异系数(全部样品)大于1，表明这些元素的分布是极不均匀的，存在局部地段的富集或贫化。这些元素的致矿系数(全部样品)均大于10，说明易发生成矿作用。各种元素异常衬值差别较大，主要成晕元素为Au、Cu、Pb、Sb、Bi、As、Mo(衬值大于2)，其中Au、Bi、Mo元素的衬值最大，说明其成晕强度高;次要成晕元素为Ag、W、Sn、B、Th、U(衬值大于1～2)。

相关分析(表8－4)表明，在18种金属元素中，Au与Bi关系最为密切，其次为W、Sb、Cu、Ag、As、Sn、B，这与区内成矿元素组合关系基本一致。按相关系数0.2进行聚类分组，可分为三组，Au、Ag、As、Bi、Sb、W、Cu、B为一组，Pb、Sn、Th、U为一组，Zn、Co、Ni、V、Cr、Ba为一组。按相关系数0.45进行聚类分组，则Au、Ag、As、Bi、Sb在一组(图8－25)，表明这些元素是密切相关的，其富集与矿体紧密关联，是本区的矿化指示元素。

主断裂面下盘岩石主要成矿元素Au、Ag、Cu、As、Bi、Sb及微量元素Co、Ni、V、Cr、W、Ba平均含量均高于上盘岩石，表明下盘蚀变作用强于上盘。不同构造蚀变岩比较发现，随着蚀变作用增强Au、Ag、Cu、As、Sb、Bi等主要成晕元素含量递增。

表8－2 焦家深部矿区成矿元素及相关微量元素分析结果表

表内样品名称代号: γ—花岗岩，γJ—钾长石化绢英岩化花岗岩，γJH—黄铁绢英岩化花岗岩，SγJ—绢英岩化花岗质碎裂岩，SγJH—黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩，SJH—黄铁绢英岩化碎裂岩，SJ—绢英岩化碎裂岩。

表8－3 焦家深部矿区成矿元素及相关微量元素构造地球化学含量统计结果表

续表

续表

注:表中岩性代号同表8－2。

表8－4 焦家深部矿区构造地球化学分析元素的相关系数矩阵

图8－25 焦家深部矿区构造地球化学分析元素的R型聚类谱系图

R型因子分析(表8－5)表明，焦家深部金矿金元素的因子模型为:XAu=0.52F₁+0.37F₂－0.02F₃－0.48F₄－0.11F₅+0.07F₆，指示F₁、F₄对金矿成矿贡献较大。正交旋转后(表8－6)确定的主因子为:F₁［As、Bi、Sb、B、Ag、Cu、Au］，F₂［Cr、Co、Ni、V］，F₃［Pb、Ag］，F₄［Au、Sn、W、Bi］，F₅［Mo］，F₆［Th、U、W］·［Cu］。其中，F₁为主成矿因子，表明Au与毒砂、辉铋矿、砷黝铜矿、黄铜矿等多金属硫化物关系密切;F₄为次要成矿因子，指示Au与Sn、W有渊源关系。

2.钻孔剖面构造地球化学特征

沿122勘探线的构造地球化学剖面(图8－26)由ZK622、ZK603、ZK604钻孔构成，ZK622孔位于Ⅰ－1主矿体中部，ZK603孔位于Ⅰ－1主矿体中下部，ZK604孔位于Ⅰ－1主矿体下部。穿过主构造蚀变带的钻孔剖面上，Au及一系列伴生元素含量发生了变化，以ZK622孔最为明显，表现为Au、As、Sb、Bi、Mo元素同步的强正异常组合，且异常峰值位置重合;Ag、Pb、Cu、Sn、U、Th表现为正异常，但元素浓集中心略有偏移，除Cu异常位于Au异常深部外，其他元素异常位于Au异常浅部;Ni、Co、Cr也表现为正异常。沿勘探线剖面，矿体中部的ZK622孔异常元素多，异常强度大;向矿体尾部(下部)异常元素减少、异常强度降低。

沿144勘探线的构造地球化学剖面(图8－27)由ZK606、ZK608、ZK615三钻孔构成，ZK606孔位于Ⅰ－1主矿体头部，ZK608孔位于Ⅰ－1主矿体中部，ZK615孔位于Ⅰ－1主矿体尾部。元素含量变化特点与112线相似:Au、As、Sb、Bi、W、Cu元素表现为同步的强正异常组合，且异常峰值位置重合;Mo、Pb、Zn、B、Ag、U、Th元素表现为正异常，部分元素浓集中心略有偏移。矿体尾部异常元素数量减少、异常强度降低，异常元素主要有Au、W、Bi、Cu。

表8－5 焦家深部金矿原生晕R型因子分析正交因子载荷表

表8－6 焦家深部金矿原生晕R型因子分析最大方差旋转表

图8－26 焦家深部矿区122勘探线钻孔构造地球化学剖面

图8－27 焦家深部矿区144勘探线钻孔构造地球化学剖面

3.指示元素的确定

从原生晕元素组成来看，主要成晕元素衬值最高的为Au、Bi、Mo，其次为Cu、Pb、Sb，它们都能形成清晰的异常。从原生晕共生组合来看，与金显着正相关的元素有Ag、As、Bi、Sb。从构造地球化学剖面看，除Au、Ag、Cu、Bi、Pb、As、Sb形成强正异常外，Mo、W、B、U、Th也常形成正异常。因此认为，Au、Ag、Cu、Bi、Pb、As、Sb元素在地球化学行为上有很强的亲缘性，确定为成矿指示元素;Mo、W、B、U、Th元素异常也可作为金矿成矿的辅助指示元素。

三、构造地球化学异常分带

通过对焦家金矿带田原生晕地球化学研究发现，沿成矿构造带原生晕具有明显的水平分带和轴向分带。

(一)水平分带

沿寺庄矿区288勘探线测制了构造地球化学剖面，从该剖面地球化学元素含量曲线(图8－28)来看，在剖面西北部主成矿构造带附近，Au及相关元素含量发生了明显变化。表现为Au、Ag、As、Bi元素同步的强正异常组合，异常峰值位置重合。Cu、Pb、Sb、Hg元素虽也表现为正异常，但元素浓集中心略有偏移。

沿寺庄矿区368勘探线的构造地球化学剖面(图8－29)则显示出，在矿体上方Au、Ag呈同步的强正异常组合，且峰值位置重合;而Pb、Zn、Cu异常浓集中心略有偏移。原生晕的水平分带显示为内带为Au、Ag、Cu，外带为Pb、Zn。

可见，本区焦家控矿构造带附近的原生晕异常在水平方向上有明显的浓度分带。Au及主要伴生元素Ag、As、Bi的原生晕异常往往位于主构造带及主矿体上方，各元素异常峰值与金重合，Cu、Pb、Sb元素异常略偏离矿化中心。根据上述地球化学剖面，结合焦家矿田其他矿区地球化学特征，把水平分带划分成内带为Au、Ag、As、Bi，表现为Au、Ag、As、Bi的强正异常和Cu、Pb、Zn的弱正异常;中带为Cu、Pb、Zn的强正异常，Au、Ag、As、Bi弱异常;外带为Hg、Mo的正异常及Au、Ag、Bi的弱异常。据物探队统计60个钻孔的元素分带序列，确定横向元素分带由外至内为Hg－Zn－Pb－Cu－Sb－Ag－As－Ag。

(二)轴向分带

选择新城金矿159勘探线研究轴向分带特征。以原生晕背景值的范围为背景区，以异常下限值的1倍、2倍、4倍三个数值划分各元素异常的外、中、内带。其中，由于金、银元素异常浓度梯度大，所以采用1倍、3倍、9倍划分异常浓度分带。在此基础上绘制了原生晕各元素等浓度图。

159勘探线原生晕构造地球化学异常图显示(图8－30)出，矿体产于断裂下盘，原生晕沿轴向发育，延伸很远，超出钻孔控制之外，矿体两侧原生晕较窄，原生晕围绕矿体呈透镜状，两侧发育略不对称，矿下比矿上发育。矿上靠断裂一侧较窄，元素浓度呈陡坎状下降，推测是主断面上的断层泥起到屏障作用影响元素的扩散而引起的。

其中，Au、Ag、Bi、Zn元素异常强度大，具内、中、外三带。外带范围很大，超出钻孔控制，内带包围矿体，异常浓集中心与矿体重合很好。

图8－28 寺庄矿区288勘探线构造地球化学剖面

As、Pb、Cu元素异常分布范围也超出了钻孔控制，异常强度相对上述元素稍弱，中带包围着矿体，内带与矿体重合好，只有铜元素的内带略偏向矿尾。

Sb元素异常强度小，外带包围矿体，内带偏离矿体中心，在矿下部位。

Co、Ni元素异常强度小，只有外带、中带。分布在矿前缘、矿尾各一个，且偏向矿下，推测矿体上部原有另一矿体已被剥蚀，受其影响而存在前缘晕。

总的看来，焦家式金矿床原生晕的规模与矿化强度密切相关，矿化强度和规模大的矿床，其原生晕规模也相应较大。矿化强度大的部位成晕宽度大。各元素晕的形态在垂直剖面上呈封闭或两端收敛的带状，宽度相对较小，一般几米至近百米，但沿矿体轴向长可超出钻孔控制之外，一般几百米，最长超过1200m，晕的整体形态为环绕矿体拉长的铁饼状。

关于焦家带原生晕轴向分带序列，前人做过较多工作。根据各元素在构造地球化学剖面上的特征，结合热液矿床轴向分带的一般规律及前人资料，认为焦家式金矿床原生晕轴向分带为Hg－As－Zn、Pb－Cu、Ag、Bi、Sb－Au。Au、Ag、Bi、Sb为近程指示元素，Cu、Pb、Zn为中程指示元素，As、Hg为远程指示元素。这说明，当存在Hg、As异常时，往往指示深部有矿;当Au、Ag、Bi、Sb近程指示元素异常好时，则往往指示离矿化富集中心不远了。

图8－29 寺庄矿区368勘探线构造地球化学剖面

四、金矿构造叠加晕模型

李惠等(2006)研究了胶东部分金矿床构造叠加晕模型并进行了盲矿体预测，新城金矿位于本研究区焦家金矿带焦家金矿北侧，其构造叠加晕的研究对本次工作及胶西北今后的深部找矿具有较好的启示意义，李惠等(2006)建立的新城金矿构造叠加晕模型是:

(1)成矿成晕特征:热液成矿各主要阶段都产生一定量的As、Sb、Hg、Bi、Mo、Mn等，每一阶段成矿过程都具有明显的正向地球化学垂直分带，每阶段形成的矿体都有自己的头晕、尾晕，As、Sb、Hg等元素在每个阶段形成矿体的原生晕中都是在矿体前缘富集构成前缘晕，而Bi、Mo、Mn、Co、Ni等元素则富集于矿体尾部，形成尾晕;当后阶段成矿(晕)叠加于前阶段成矿(晕)上或部分叠加，则先形成矿体或晕的元素会发生活化、迁移，使原来的分带结构遭到一定程度破坏，但仍能在一定程度上显示垂直分带性，几个阶段矿体或晕的叠加形成了复杂的叠加晕;同一阶段形成的串珠状矿体(或尖灭再现矿体)有总体的头晕、尾晕，单个矿体又有自己的头晕、尾晕。

图8－30 新城金矿159勘探线地球化学图

(2)矿床构造叠加晕模式:①前缘晕指示元素为Hg、As、Sb、F、B、W，尾晕元素是Bi、Mo、Co、Mn。已知矿体深部若出现前、尾晕共存，则指示矿体向下延伸很大或深部还有盲矿体存在。②土壤热释卤素F异常范围可指示深部隐伏缓倾斜矿体的相对位置;I异常分布于矿体赋存部位正上方及前缘构造出露部位。③矿床流体包裹体的前缘晕是CO₂、CO、CH₄气晕和F^－、Cl^－离子晕。

❽ 元素地球化学的研究方法

主要有以下方法：
①为了确定元素的分布、分配及存在形式，应用具有高灵敏度、高精度、经济、迅速等特点的现代物理、化学的测试方法，这是元素地球化学研究的基础。
②各种地球化学模拟实验，对于了解元素在地质作用中的迁移形式、沉淀富集条件、矿物形成条件及稳定范围，以及元素的地球化学行为等是很重要的手段。
③运用物理化学、热力学的基本理论来分析元素的地球化学规律。相律、自由能、生成热等热力学计算方法，可以从理论上分析地球化学作用进行的方向和限度，以及元素在共存相（矿物）之间分配规律。
④元素地球化学研究,要处理大量的分析数据，正确地应用数理统计和电子计算机方法，有助于深入地、科学地反映元素的地球化学活动规律。