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1、地球化学背景与异常,地球科学学院地球化学系,勘查地球化学,第二章,本章内容,一、地球化学元素分布的不均一性二、地球化学背景：背景值、背景上限、背景下限三、地球化学异常：概念、地球化学晕、特征参数和地球化学标志,在含量分布上不均一：组成地壳的各类化学元素在平均含量上有极大的差异。 在空间分布上不均一：化学元素的含量分布在空间上的分布具有明显的差异 在时间分布上不均一：在时间演化上与地壳演化历史上化学元素的分布表现出明显的差异性,一、地球化学元素分布的不均一性,元素含量分布不均一,元素在空间分布上不均一1 不同区域元素含量不同：地壳上不同的区域，某些元素的平均含量明显不同。比如，有的区域富集某些特
2、征元素，这些元素在该区域的平均含量将高于地壳中的平均克拉克值；而这些元素在有的区域可能相对贫化，其平均含量可能低于它在地壳中的克拉克值。2 即使在同一个区域，元素的分布也不均一：金的分布、铜的分布成矿带矿田矿床矿石矿物,元素在时间分布上不均一 地壳中化学元素含量分布的差异性，在时间上，在地壳的演化历史上也表现出来。,我国华南不同时期花岗岩中元素含量特征,二、地球化学背景,由于地壳中化学元素在区域分布上的差异性，因此形成化学元素分布的地球化学背景与异常。,从找矿的角度，化探中将未受成矿作用影响的地区叫做背景区（或正常区）在背景区内各种天然物质中（如岩石、土壤、水系沉积物、地表水、地下水、植物和空
3、气等）各种地化指标（如元素和同位素含量和比值、pH、Eh值、温度等）的数值称为地球化学背景由于各种天然物质中各种地球化学指标的不均匀性，所以地球化学背景往往不是一个固定的数值，而是在一定范围内起伏变化的一系列数值。,地球化学背景定义,元素含量的背景分布图,Ca背景上限,C0背景值,C1背景下限,C,不同级次的背景,1、概念2、地球化学晕3、地球化学异常的分类4、地球化学异常的参数值5、地球化学异常的计算6、地球化学标志与指示元素,三、地球化学异常,1、地球化学异常概念,定义；是相对于地球化学背景区而言的，是指与地球化学背景区相比有显著差异的元素含量富集区或贫化区。在异常区内，各种自然介质中，指
4、示元素的含量与周围的背景区有明显的差异，那么该指示元素的含量值称为地球化学异常值，简称异常值,As,Au,Ag,2、地球化学晕,也称为地球化学分散晕，简称分散晕或晕。这是一种局部性异常，指赋存在矿体或异常源周围各种介质中（如岩石、土壤等）中的地球化学异常。它与矿床（或异常源）有对应的空间和成因关系，表现为一定的立体几何形态。晕是由于矿体或异常源的元素迁移富集与分散的结果。原生晕来说，如同矿床或矿体的形成一样，是由于成矿元素及其伴生元素迁移富集而形成的；次生晕来说，是由于矿体或异常源在表生条件下迁移与分散的结果（分布于矿体上方的残积坡积物中所形成的，在平面上表现为一定的几何形态）,异常的形成：地
5、球化学异常的形成主要是由于元素的集中与分散的结果，究其原因有以下几点： 成矿作用 非矿化的其他地质作用 非地质作用，如人为的干扰与污染等 其他地球化学研究中造成的（如采样、样品的加工及分析等）,3、地球化学异常分类,(1) 异常形成的环境: 内生异常和表生生异常(2) 异常与矿体形成的相对时间关系：原生异常和次生异常原生异常：主要是指在岩浆作用、变质作用、气成作用及热液作用等内生地质作用过程中形成的地球化学异常。在目前众多勘查地球化学文献中，对于沉积岩中的地球化学异常亦称为原生异常。这样，原生异常的涵义不仅仅是内生作用中形成的异常，而是包括沉积作用形成的异常。所以，从广义上说，原生异常是指赋存
6、于固化岩石中的地球化学异常。次生异常：是指表生作用中形成的地球化学异常。这类异常赋存于地表的疏松物（土壤）、水系沉积物、水、空气和生物体等介质中。,对于次生异常，按其赋存介质及其与异常源的空间关系，可以进一步细分为：残积-坡积异常：残积-坡积次生晕，或简称次生晕分散流：沿异常源所在汇水盆地的水系分布水文地球化学异常：赋存于地表水和地下水中的地球化学异常生物地球化学异常：赋存于生物（主要是植物）中的地球化学异常气体地球化学异常：以气体状态存在的地球化学异常,矿体,矿体,矿体,矿体,(3) 异常与其赋存介质形成的相对时间关系：同生异常和后生异常 同生异常：异常物质与其赋存介质同时形成 后生异常：异
7、常物质在其所赋存的介质形成之后以某种方式进入而形成的地球化学异常(4)异常所赋存的介质： 岩石地球化学异常 土壤地球化学异常 水系沉积物地球化学异常 岩石化学异常 水文地球化学异常 气体地球化学异常 生物地球化学异常,(5) 地球化学异常在数值上是高于或低于背景：正异常和负异常正异常：异常区内元素含量高于背景区，这样的异常称为正异常区。一般所说的异常都是指正异常负异常：在一些矿区的矿化蚀变带中，由于蚀变交代作用，将原岩中的某些元素带出，使这些元素在蚀变带中的含量低于背景区，从而造成这些元素的负异常。,(6) 异常规模大小：地球化学省(N1000N10000km2):在地壳的某一大范围内，某些成
8、分富集特征明显，该种元素的矿床成群出现，矿产出现率也特别高，通常将地壳的这一段称为地球化学省。地球化学省实质上是一种地球化学异常，它是以全球地壳为背景的规模巨大的一级地球化学异常。区域异常(N10N100km2)局部异常(7) 异常与矿的关系：矿异常：包括矿体（矿床）异常和矿化异常非矿异常,(8) 数据处理方法,单元素异常 整合异常 综合异常,单元素异常,指仅依据一种元素的含量（或经变换后的参数）指示所确定的异常，其异常名称可表示为某元素的某类异常。 以金元素为例，当以元素的含量编制异常时其名称可表述为金元素含量异常（或金地球化学异常），当以元素的衬值编制异常时其名称可表述为金元素衬值异常。,
9、整合异常,指将成因性质上相似、在空间上含量分布规律相一致的一组元素，对各元素含量（或其他参数）指标采用某种方法进行整合计算后获得归一化指标，依据归一化指标所确定的异常。其异常名称可表述为某某元素的某类整合异常。 以W、Sn为例，当对元素含量采用累加的方法进行归一化计算时其名称可表示为W-Sn元素含量累加整合异常；当对元素衬值采用累乘的方法进行归一化计算时其名称可表示为W-Sn元素衬值累乘整合异常。,综合异常,指将成因性质上相似、在空间上含量分布规律相一致的一组元素，对各个单元素异常采用逻辑方法进行异常范围的空间叠加形成的异常，其异常名称可表述为某某元素的某类综合异常。 以Cu、Mo为例，当对各
10、元素的含量异常进行综合时其名称可表示为Cu-Mo元素含量综合异常；当对各元素的衬值异常进行综合时其名称可表示为Cu-Mo元素衬值综合异常,背景与异常关系：正常与异常具有相对性，背景的范围、尺度不同，异常的规模与性质也就不同。如下图所示，如果将全球地壳丰度值作背景，则地球化学省是最大的一级异常，在地球化学省上发育的成矿区带是区域地球化学异常，地球化学省则是区域异常的背景，区域异常又是局部异常（矿床异常）的背景,4、异常几何特征,异常几何特征指异常在二维平面空间所呈现的几何轮廓特征，主要包括：,异常长度 异常走向 异常宽度 异常面积 异常形态,对于二维平面空间的异常而言，在封闭的异常区边界线上位于
11、最远两点的距离称为异常长度；由最远两点连线所指示的方向称为异常走向；与异常长度方向（异常走向）相垂直的一组（若干条）平行线与异常区边界相交所得两点间的距离平均值称为异常宽度。,异常面积指根据确定的异常下限而圈闭异常封闭区的面积，对于未封闭的异常，其异常面积由异常区与研究区边界所组成的区域面积来表示。,异常形态指异常在二维平面空间的展布状态，根据异常的长宽比例可将异常的形态划分为三种类型：,线状异常：异常长度/异常宽度10带状异常：异常长度/异常宽度=10-3面状异常：异常长度/异常宽度=3-1,5、地球化学异常的参数值,1）异常下限2）异常衬度3）异常强度4）异常规模5）异常浓度分带性6）综合
12、异常组分特征,1）异常下限,又称为背景上限，是划分异常与背景的临界值。大于或等于此值者为异常范围在一定信度(如在置信度=0.05)时，异常下限值则为Ca=Cb+1.96Sb,x,+,+2,-,-2,2）异常衬度,又称对衬度、对比度衬值，是指某一指示元素所形成的异常含量平均值CA与异常所在区域该元素的背景平均值Cb （或异常下限T）的比值Ct= CA/ Cb Ct= CA/ T 应用：可消除不同区域内背景的差异及样品在分析方法是的系统偏倚，可用于对比同一元素在不同地区所形成的异常强度，显示异常相对背景的起伏变化情况。,3）异常强度,即异常浓度，它指指示元素的含量值的大小。某一元素所形成的异常强度
13、可用其异常含量平均值CA度量。如果异常多为高含量值组成，可用异常的最高含量值度量。依照异常强度大小可对其进行浓度分带，如高值带，中值带及低值带或分为内带、中带、外带,4）异常规模NAP,综合了异常强度与面积（宽度）而提出的参数值。常用用异常线金属量或面金属量度量。如：线金属量值PLi=(CA-Cb)Lisin面金属量Ps=(CA-Cb)S,5）异常浓度分带性,也称为异常浓度梯度。它也是评价异常的重要因素之一。指沿着元素扩散的方向上，某一点的元素浓度对距离的变化率。一般地说，一个具有工业意义的矿化异常，往往具有较为明显的浓度分带。异常浓度梯度值越小，分带性不好；相反，分带性较好。,6）综合异常组
14、分特征,一般说来，多组分的异常要比单一组分的异常有意义。异常组分的复杂性，反映了形成异常的矿床其组分的复杂性。（矿化作用过程及矿化类型）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6、地球化学背景与异常计算,（1）剖面图解法,背景上限,背景值,（2）直方图解法,（3）概率格纸图解法,（4）计算法,元素含量的概率分布,正态分布,正态分布,偏态分布,正态分布：算数平均值对数正态分布：几何平均值,1. 单一地球化学作用所形成的单一地质体，化学元素含量服从正态分布。2. 由两个以上地球化学作用叠加形成的复合地质体中，化学元素含量偏离正态分布。但两个u值相差不大的正态母体的叠加，元素含量分布
15、仍服从正态分布或近似正态分布。3. 一般情况下，常量元素服从正态分布，微量元素服从对数正态分布（因为勘查地球化学研究区经常遭受后期矿化作用叠加）。4. 结合在多种矿物中的元素服从正态分布，如基本造岩元素和亲石分散元素，象Ga、V等元素。而结合在一、两种矿物中的元素呈对数正态分布，如花岗岩中的Pb、Zn元素常以硫化物独立存在。5. 通过扩散作用形成的元素含量对数正态分布，而通过对流混匀作用形成的元素含量服从正态分布。,计算背景值：在实际工作中，将不符合正态分布的数据在计算机上用统计软件剔除不服从正态分布的“离群样品”求得服从正态分布的反映初始本底的元素丰度（背景值）。,6、地球化学指标和指示元素
16、,地球化学指标是指一切能提供地球化学信息或地质信息的，能直接或间接测定的地球化学变量。有指示元素的异常含量、指示元素的组合、不同指示元素的比值（如元素对的比值、组合晕的比值）；某些特征的指示矿物的组合；某些矿中微量元素的含量分布特征；反映成岩石成矿作用的物理化学参数值，如温度、压力、Eh、pH；同位素的含量和比值等。应用最多的是指示元素的含量分布特征，经常用作找矿的指示。地球化学指标在三度空间和时间上的分布与演化称为地球化学场。,地球化学指标种类,指示元素,定义：在地球化学找矿中，作为找矿标志的那些元素，称为指示元素所选择的指示元素既可以是某一类的矿床的矿化富集组分，也可以是矿床的特征伴生组分，前者称为直接指示元素，后者称为间接指示元素,
