地球化学原理导论

洋--洋俯冲
洋—陆俯冲
Arc-Continent Collision
陆—陆俯冲
地幔柱
大洋内及大洋与大陆相互作用过程的成矿作用
矿床地球化学研究内容
成矿物质来源
成矿作用与成矿过程 成矿后的变化
源——运——聚——储
矿床地球化学研究核心
成矿流体地球化学研究 成矿年代学研究 流体成矿地球化学标志研究
地球化学的学科体系
环境地球化学
环境地球化学研究人类活动与地球化学环境
的相互关系，是地球化学与环境科学相互渗透而
产生的新兴边缘学科。它从地球环境的整体性和 相互依存性的观点出发，以地质学为基础，综合 研究化学元素在地-水-气-生-人环境系统中的地球 化学行为，揭示人为活动干扰下区域及全球环境
系统的变化规律，为资源开发利用、环境质量控
学分支学科，主要研究地球和部分天体中元素
的性质、丰度、赋存状态、迁移形式、富集和
分散规律、演化和循环历史等地球化学特征。
地球化学的学科体系
量子地球化学
量子地球化学是70年代初晶体化学、量子化 学（量子力学）、矿物学、固体物理学等学科交 叉的结果。 量子地球化学的核心问题是用量子力学理论
和各种谱学方法研究矿物中的化学键或电子结
(一)成矿流体地球化学研究
成矿流体=介质+络合剂+成矿物质 • • • • • • 成矿流体组成 成矿流体来源 成矿流体性质 成矿流体运移 成矿流体演化 成矿流体沉淀
流体地球化学的研究方法
地球化学研究方法
（1）同位素地球化学
稳定同位素地球化学、同位素年代学
（2）元素地球化学
包括常量元素地球化学、微量元素地球化学等。
地球化学的学科体系 地球化学的学科体系
★理论地球化学 ★实验地球化学 ★应用地球化学
地球化学的学科体系
理论地球化学 研究地球化学的基本理论、基本方法 （1）元素地球化学 （2）量子地球化学 （3）地球化学热力学 （4）地球化学动力学 （5）同位素地球化学
地球化学的学科体系
元素地球化学
元素地球化学是最早和最经典的地球化
B、近地表环境中深部矿 化信息提取技术
地下水对深部矿化信息的响应 地表介质中深部矿化信息提取技术 高精度深穿透地球化学理论和方法 元素野外现场高精度测试技术
主要科学技术问题
C、深部矿探测方法技术
遥感和航空物探探测技术 电磁法大深度三维立体探测技术 频谱激电大深度探测技术 极低频电磁波探测技术 高分辨反射地震探测技术 高分辨重力梯度探测技术 高分辨重磁电震联合反演技术 空气钻探、定向钻探、地下钻探、钻 孔中原位测试技术
建立覆盖区和深部隐伏矿产综合探测理论 和技术方法体系 为准确圈定覆盖区和深部(500-4000M) 的矿产资源提供理论和技术支撑
找矿预测和矿产勘查科技发展路线图
主要科学技术问题
A、与隐伏矿床成矿预测有 关的基础研究
矿床形成的最大理论深度及其控制因素 成矿时的古地貌特征与矿床的保存条件 矿化垂直分带与元素共生分异规律 不同尺度的矿床成矿模型和成矿规律
新的钻探技术
地表地球化学
模拟技术
目标是使澳大利亚地下1000米以内变得“透明”, 以便可以 发现澳大利亚下一代的巨型矿床
加拿大近期也提出了类似“玻璃地球”的重大计划, 力争使加 拿大地下3000米以内变得“透明”, 以便可以发现新的巨型
至2050年中国的总体目标
通过覆盖区和 深部(500-4000M)隐伏矿 产探测理论和方法的系统研究
流体地球化学研究的对象
★间接： 流体——岩石相互作用形成的各种蚀变岩石（矿物）
流体地球化学的研究方法
野外地质调查
流体地球化学的研究方法
室内显微镜观测研究
相山铀矿
VCO2 L
制及人类生存、健康服务。
地球是一个复杂的系统 requiring an integrated approach
Fra Baidu bibliotek
表生地球化学—解决地球浅表层地球化学问题
主要解决环境问题—环境地球化学
深部地球化学—解决地球深部地球化学问题
主要解决成矿问题—矿床地球化学
矿是如何形成的—矿床成因
哪里找—
矿为什么在这里—成矿条件、成矿规律
地球化学的学科体系
同位素地球化学
同位素地球化学主要采用地质年代测
定和同位素示踪研究手段，研究地球和宇
宙物质中核素的形成、丰度，以及根据这
些核素在自然作用中的衰变和分馏来追踪
各种地质地球化学过程。
地球化学的学科体系
实验地球化学
实验地球化学是地球化学中一门比较年青的
分支学科，对其定义还没有统一的认识。一般 认为，实验地球化学是在实验矿物学和实验岩 石学基础上发展起来的，它主要涉及流体相的 地球化学过程中化学元素（包括同位素和有机
美国卡林型金矿的勘探深度可达3000M
3000M
Lannigou
我国卡林金矿的勘探
深度一般小于500M
Banqi Deposit
澳大利亚本世纪初提出了 “玻璃地球计划”
航空重力梯度测量 航空磁力张力测量
航空和卫星矿物 地球化学填图
先进的航空电磁法
地下水化学
同位素示踪
玻璃 地球
可视化、数据整 合和转化技术
找矿预测向覆盖区和大深度发展是我国今后 矿产勘查的战略
攻深: 老矿山深部找矿
已知矿床深部和覆盖区 的矿产资源预测
今后找矿预测的新方向
找盲: 覆盖区找矿
比以往任何时候都更需要创新 找矿预测理论和高新探矿技术
长期以来我国矿床的勘探开采深度偏浅 (翟裕生, 2007) )
m 0
2000
Cu, Ni
换的动力学机制，而且要研究改变固体地球外层的营力和过 程，并运用地质学知识探明和开发可供利用的能源、矿产资
源和水资源,揭示地质过程与人类活动的关系。
• 地质学的研究对象是以固体地球为主体的地球系统，包括大 气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括
人类）组成的有机整体。
地质学的二级学科
1、矿物学、岩石学、矿床学
水文地质学
水文地质学是研究地下水（圈）的科学。它以
地球系统科学理论为指导，以水-岩（土）的物理、 化学、生物作用为核心，研究自然和人类作用影响 下，地下水的形成与演化规律，及其在与地幔和岩 石圈、水圈、生物圈、大气圈相互作用过程中的资
源、环境效应，进而为合理开发地下水资源，实现
人与自然和谐发展提供科学依据的基础性地质学科。
地球化学
地球化学是地质学和化学相互融合的 交叉学科，是研究元素与化合物及其同位 素在地球（包括部分天体）演化历史中的 分布、分配和迁移规律，揭示地球（包括 部分天体）的化学组成、化学作用和化学 演化的科学。
古生物学及地层学（含古人类学）
古生物学是研究地质历史时期的生物及其发生、
发展的科学，是研究史前生命特征和演化历史、重
ore
D、深部矿精确定位模型
知识层次
探测层次 数据处理层次
ore
ore
地球内部结构
地球内部构造岩浆作用
主要大地构造环境
• 1．板块发散边缘：洋中脊 • 2．板块汇聚边缘：俯冲带 洋洋俯冲、洋陆俯冲、陆陆俯冲 陆缘岛弧、陆缘火山弧 • 3．大洋板内：洋岛、海山链。 • 4．大陆板内：大陆裂谷、陆内拉张带或初 始裂谷 • 5．地幔柱
TiO2 2－5%
南非
印度
美、加
中国
俄科学深钻
东海科学深钻
4000 世界上一些矿业大国矿床的勘探 开采深度已达2500-4000M
6000
俄罗斯超深钻在 6000M以下发 现了Cu, Zn, Fe, Ti, Au矿化
我国已有矿床的勘探开采深度大 都小于500M
Cu, Zn
12262m
Fe, Ti, Au(10Km)
来研究矿床学基本问题。矿床地球化学不仅要研
究矿床本身的化学组成、化学作用和化学演化问
题，而且还要研究矿床形成的成矿过程和矿床形
成后的保存与演化。
地球化学的学科体系
勘查地球化学
勘查地球化学是从地球化学探矿学(或地球化学找矿 学）逐渐发展起来的一门新兴应用学科。在早期，地球化 学产生了一门以矿产勘查为目的的应用学科，被称之为化 探（地球化学找矿）。后来，地球化学找矿从理论上、方 法上和技术上有了迅速进展，特别是应用领域发生了很大 的变化，从纯粹的找矿地球化学领域扩展到环境地球化学、 工程地球化学、农业地球化学等领域。所以，化探（地球 化学找矿）这一名词逐步被勘查地球化学所取代。
查、地质灾害防治和人类生存地质环境保护提供
科学依据。
第四纪地质学
第四纪是地质历史中的最新时期，以人类的出现和进 化、全球进入冰期气候为标志。第四纪地质学主要研究第 四纪地层学、古生物学、沉积学、新构造学、古气候学等。
随着全球变化研究的蓬勃发展，第四纪地质学向着综合性
且与环境密切结合的方向发展。它将为气候和环境预测、 构造动力学演化、国土整治、环境保护、资源开发和工程 建设等领域服务，并为规划人类社会可持续发展提供依据。
找矿
怎样找—找矿方法技术（地物化遥）
矿床地球化学——主要解决在什么地方找矿的问题 勘查地球化学——主要解决如何找矿问题
矿床地球化学
深部找矿为矿床地球化学研究 提出了更高的要求
随着找矿和勘探工作程度的不断深入，许多露 天的和近地表的金属矿产资源已基本上被查明， 在地表浅部（第一深度空间：0～500m深度） 找到大型或超大型金属矿床的难度越来越大， 攻深找盲和寻找深部隐伏矿已成为当前急待解 决的重要课题。
大生命起源和生物灭绝，以及地球演化历史和环境
变化等方面的基础性学科。古人类学是研究地质历
史时期人类特征及演化的学科。地层学是研究层状 岩石的层序、年代关系和特征的学科，其目标是建 立全球性精确对比和高分辩率的年代地层系统。
构造地质学
构造地质学以地球内、外动力地质作用形成
的地质构造为研究对象，具体研究内容包括从显 微构造到全球构造各种尺度构造的形态特征、形 成条件与机制、分布与组合规律、发展演化历史， 进而探讨地球动力学问题，为矿产、能源资源探
地球化学
矿床地球化学在地球科学中的地位
地球科学 地质学 地球化学 矿床地球化学
地球科学
地质学
地球物理学
地球化学
大地测量学（空间信息学）
地质学
• 地质学是研究地球物质组成、内部结构及演化历史的知识体 系，不仅要探索认识固体地球的圈层结构、物质组成以及由
这些物质记录的地球环境和生命演化历史，阐明控制物质转
2、地球化学 3、古生物学及地层学（含古人类学） 4、构造地质学 5、第四纪地质学 6、水文地质学
矿物学、岩石学、矿床学
矿物学、岩石学、矿床学：研究矿物 及其天然集合体（岩石、矿石）等地球物 质自身的地质特征、空间分布规律、化学 成分、结构构造、源区及成因等方面的学 科，是探索地球的物质结构、形成及演化、 指导相关区域地质调查及各类矿产资源寻 找等的基础。
构”。
地球化学的学科体系
地球化学热力学 地球化学热力学是应用热力学基本原 理研究地学系统的状态变化所产生的一 门地球化学分支学科， 它主要研究能量 及其转换，解决自然界过程的方向和限 度问题，即平衡态问题。
地球化学的学科体系
地球化学动力学
地球化学动力学是将动力学基本原理 应用到地球化学过程研究所产生的一门地 球化学分支学科， 它研究自然过程的速度 和机制问题，包括化学反应速率的化学动 力学和物理运动的动力学， 主要指的是流 体动力学、扩散和弥散等。
长期以来我国矿床的勘探开采深度偏浅
南非
印度 美、加
中国
俄科学深钻
东海科学深钻
TiO2 2－5%
m 0
2000
Cu, Ni
4000
我国绝大多数矿床的勘探和开采深度远低于国外同类矿床
6000 长期忽视对深部成矿理论和成矿预测研究 严重缺乏深部隐伏矿体精确定位的技术方法
Cu, Zn
要在我国新增一大批矿产资源储量，系统开展深部隐伏矿 12262m 产资源探测理论和技术方法的研究已势在必行
（3）地球化学热力与化学动力学
流体地球化学研究的对象
★直接： ①直接采取的流体： 气体（如火山气、天然气等） 液体（火山热液、石油、地下水等） 矿物包裹体（气体、液体、固体）
大洋中脊海底热液
流体地球化学研究的对象
★直接： ②由流体直接形成的矿物或矿物组合（岩石）： 各种脉体、热液作用形成的矿物。
质）的行为和反应机理的实验研究。
地球化学的学科体系
应用地球化学 将地球化学的理论和方法运用于地球科学和 资源环境等领域。 流体地球化学 矿床地球化学 勘查地球化学 环境地球化学 农业地球化学 海洋地球化学 生物地球化学 ……………
地球化学的学科体系
矿床地球化学
矿床地球化学是矿床学与地球化学相结合的 一门交叉学科,它主要是用地球化学的理论和方法