勘查地球化学
A. 中国勘查地球化学年——从勘查地球化学到应用地球化学
赵仑山朱有光
[中国地质大学(北京)]
中国勘查地球化学63年的发展紧密配合新中国的建设，经历了从初创、探索、发展、繁荣到走向辉煌的历程。60多年来经前后几代数万计的中国化探人跋山涉水、风餐露宿，足迹踏遍了祖国的千山万水，考察了全国的每一寸山川和国土，创造了丰功伟绩。勘查地球化学是一门紧密为社会发展与国民经济服务的应用地质学分支学科，他的主要任务是通过按不同精度系统观测岩石、水系沉积物、土壤、水域以及部分城市大气和农作物的化学元素分布、组成和浓集状况，给国家提供矿产资源及环境生态等情报。早期阶段主要目标是矿产资源勘查，后来发展到涉及人群生活环境、区域生态、农业以及地方病等问题的调查研究需求。地球化学填图既具有全域性国土基础调查的性质，又可以及时发现异常提供矿产资源靶区，以及有关环境和生态状况等多种异常信息的功能，直接为国民经济建设服务。
勘查地球化学，简称化探，作为一种调查技术，于20世纪30年代起源于苏联和北欧国家，40年代化探技术被地质勘探部门列为先进的探矿方法。新中国成立之初，国家经济建设中资源勘查需求十分迫切，中国化探界及时引入了地球化学探矿技术为新中国建设找矿。最早于1951年以谢学锦为首的化探小组赴安徽安庆月山进行中国勘查地球化学的首次实验，发现了铜矿指示植物海州香薷。受到了矿产勘查部门的重视，从此在全国地质、冶金、有色，以及之后在核工业、黄金等系统广泛建立化探队伍，开展化探找矿。按调查目标、采样介质和成果的应用范围中国勘查地球化学的历史可以划分为两大发展阶段：第一阶段1950～1998年，第二阶段1999～2013年，即前50年和后13年，简要回顾如下。
一、1950～1998年以矿产资源为主要目标的地球化学勘查阶段
这50年是中国勘查地球化学从引进、探索、提高，到获得成功的阶段。经过50年的艰苦创业和紧扣世界先进化探理论与技术的步伐，终于找到了适合中国地质景观条件特点的经济高效的地球化学找矿方法，获得了突出的成果。中国勘查地球化学前50年历史，已有多位专家总结介绍，发表了论文和专著，在此仅就其中的几件重要的大事概括如下。
1952年在地质部地矿司设立化探室，1956年在冶金部成立了冶金化探组。开始阶段两部门化探主要在一些金属矿区进行原生晕和次生晕方法效果试验，取得了初步成果。随即开始全国性第一代区域化探普查。1957年地质部成立了物化探研究所(谢学锦、邵跃等)，与冶金和有色化探部门(欧阳宗圻等)几乎同时开展了对我国典型钨、锡、铜多金属等矿床原生晕和次生晕找矿方法系统研究和开发，建立了涵盖多种热液矿床类型的原生晕分带模式，取得了明显找矿效果，统称为矿区化探。1960～1977年先后在北京地质学院、长春地质学院和桂林冶金地质学院建立了地球化学探矿专业，培养扩大了化探技术队伍。
但这一阶段由于经验不足和技术不够成熟，以土壤金属量测量为主要方法的第一代区域化探未能取得应有的效果。因此、为了探索适应我国地质和景观条件的区域化探找矿方法，以及新的技术和思路在为期10多年的实践中摸索和孕育。
1978年谢学锦提出1：20万区域化探全国扫面计划。经过对前期区域化探经验和问题的总结和两年多的采样与分析方法试验，地质部于1981年正式发布组织实施第二代全国区域化探扫面，技术上针对我国中东部大面积山区地形，在全国除沙漠和冲积平原外，对水系沉积物进行1：20万比例尺的系统采样。样品分析成矿和伴生元素、微量元素和造岩元素氧化物共39个指标，编制了全国统一的各元素地球化学图。该计划在内地和沿海地区于1990年基本完成。边远省区，如干旱荒漠草原、森林沼泽、黄土高原、岩溶，以及青藏高寒山区属特殊的地球化学景观，试验研制了专门的采样方法(任天祥等)，于2000年基本完成。
与此同时，冶金和有色系统化探实施了以成矿区带为主要目标的区域性水系沉积物测量计划(12个重点区带，比例尺1：5万～1：10万)完成总面积近30万km2，以及金矿化探项目等。找到了一大批大、中、小型金、锰、铁、铜等矿床，研究了我国主要成矿带和矿集区的矿化规律，增加了各地矿山的后备资源储量。此外，核工业系统和黄金部队也开展了成矿区带、矿区外围，以及远景区的多种采样介质和比例尺的化探找矿工作。在全国呈现出大规模高技术水平地球化学勘查的繁荣时期。
1980年5月成立了中国地质学会勘查地球化学专业委员会，自此大约每4年召开一次全国勘查地球化学学术讨论会。出版了《物探与化探》等专业期刊。
经过近20年全国范围的系统扫面测量，截至1997年底地矿部全国区域化探扫面覆盖面积达到575万km2，占全国可扫面积650万km2的88%。在此期间配合进行的区域异常查证，即化探普查和详查(1：5万～1：1万)工作完成了100多万km2。据(牟绪赞)统计到1997年底1：20万化探扫面发现各类元素综合异常约4.3万处，已进行异常检查的达1/3。区域化探扫面取得了丰硕的找矿成果，1981～1995年三个五年计划期间经异常优选查证和工程验证共发现具有工业价值的大、中、小型矿床569处，其中大型50多处；按矿种：金银矿420处，有色金属矿140处，其他9处。按年度统计，化探发现矿床数：1981～1985年：114处；1986～1990年：204处，1991～1995年：400处。其中仅金矿的潜在价值在2000亿元以上。化探找矿效果突出的矿种是：Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、W、Mo、Ni、Hg、Co、Sb、Nb、Ta和稀土，以及某些非金属矿产，总计20余种。通过区域化探扫面各省都发现了新矿床和新的矿床类型，未进行查证的大量异常和远景区，提供了今后若干年内各省地质勘查部门的找矿工作目标和潜力区。
区域化探扫面工程带动了勘查地球化学一系列方法技术和理论的发展和提高，如测试技术、实验室间分析质量监控、地球化学标准样制作等，保证了分析数据的高质量和和全国范围数据对比。其中如Au及P t族元素分析检出限的提高为找到大批金矿立了大功：当时我国测定Au的检出限为0.3×10-9，而美国、加拿大20世纪90年代初才将检出限从50×10-9提高到1×10-9。此外，建立了海量高质量分析数据的数据库，研制了专用计算和绘图软件，绘制了39种元素多种比例尺的全国地球化学图。在综合分析区域地球化学图并与已知矿集区对比的基础上，谢学锦提出了地球化学块体成矿理论。
这一时期我国勘查地球化学在理论、思路和技术上出现了全面繁荣的形势：为应对露头矿将找尽，找矿难度、深度加大的局面，勘查地球化学开展了以地气法为主的称为非传统方法的深穿透地球化学找矿技术研究，开拓了覆盖区找矿和深部找矿的新技术。区域地球化学和区域基岩地球化学测量方法研究(於崇文、张本仁等)受到重视，对成矿带和矿集区异常结合地质构造条件进行区域成矿潜力预测和评价的方向多次立项得到发展，勘查地球化学与成矿地质环境紧密结合的研究方向得到推广深化。地物化遥相结合的综合信息找矿技术在各省广泛应用。总之20世纪90年代我国勘查地球化学方法技术和理论水平全面提高，在应用效果方面取得了明显的业绩，使我国勘查地球化学学术水平在全世界达到领先地位。
1993年第16届国际勘查地球化学大会在北京召开。从1996～2006年针对发展中国家我国承担了开办共8期国际化探技术培训班的任务。2007年在西班牙举行的第23届国际化探大会期间国际应用地球化学家协会为谢学锦院士颁发了“应用地球化学家协会金奖”。中国勘查地球化学已走向世界，并得到国际本领域专家的普遍赞誉。
二、1999～2010年为资源、环境、生态、农业服务的应用地球化学阶段
我国环境地球化学和农业地球化学研究和调查起始于20世纪70年代初。随着国家改革开放和社会经济迅速发展，环境问题和农业种植优化等课题需要应用地球化学的理论和技术进行研究，自20世纪80年代起一部分化探队伍和技术人员转入环境或农业课题项目，并取得了有意义的成果。在我国作为勘查地球化学学科发展到应用地球化学阶段的标志性事件是1999年开始的全国“多目标区域地球化学调查”计划。从此勘查地球化学同时在矿产资源勘查和环境生态研究两条战线上为国家和社会服务。
1.矿产资源勘查地球化学的发展和深化
21世纪以来，我国矿产勘查地球化学继续大踏步拓展。随着新时期建设对矿产资源的需求和找矿难度加大，国家投入相应增加，地球化学勘查工作得到加强，总体趋势是向深部找矿和覆盖区找矿推进，在技术上不断提高。以下两个方面的成果比较突出：
(1)矿区和矿山深部原生晕找盲矿理论和方法的深化
热液金属矿床围岩原生异常元素的综合分带模式及轴向与垂直分带规律，被认为是20世纪一项科学重大发现，对深入认识热液成矿过程和追踪深部盲矿体有重要的指导作用。矿区原生晕方法为我国化探界优势领域，在热液矿床深部找矿中成果卓著。例如，从20世纪70年代到21世纪以来，中国冶金地质勘查工程总局地球物理勘查院李惠在多年金矿找盲矿实践的基础上提出了“构造叠加晕模型”理论。他和他领导的集体在数十年化探找矿生涯中研究考察了20多处金及其他金属热液矿区，应用构造叠加晕模型预测金金属量200多t，经对部分靶区工程验证，已获得金金属储量65.9t。使大批金矿山延长了开采年限，取得了显著的经济和社会效益。
(2)覆盖区深穿透法找矿技术的探索
覆盖区是未来资源勘查的主要目标，各种深穿透化探方法应运而生，其中地球气法最具潜力。自20世纪末以来，谢学锦、王学求等围绕该课题多次立项，从地气的收集技术、高精度分析方法到野外采样，进行了矿区和区域的多层次试验，确认了“地球气”的存在，研制出了“纳微金属测量”和“金属活动态法”等技术方法。近年来地气法继续进行技术方法探索，如液体吸附剂等试验，在Cu、Zn、Ni等几处矿床覆盖区取得了见矿效果，同时核工业系统在我国西部盆地边缘覆盖区，应用深穿透技术找层间氧化带型砂岩铀矿床探测中取得了多项成功。
此外，国家“十一五”以来开展的危机矿山后备资源勘查计划，外围和深部综合找矿中地球化学方法发挥了重要作用；近30年来我国油气化探找矿持续进行探索，在一些油田取得了实际效果。总之，矿产勘查始终是应用地球化学的重点任务，地球化学探矿一直处在资源勘查的第一线，并随着任务的需要不断向技术的深度和目标的广度开拓。
2.环境和生态地球化学调查与评价
(1)区域多目标调查的性质与规划
生态地球化学20世纪80年代起源于俄罗斯，其基本思路是除地质调查之外还包括生态地质和环境地球化学信息填图和采样。90年代我国提出了全国“多目标区域地球化学调查”计划，由中国地质调查局主持，1999～2001年在四川、广东、湖北三省先期试验，自2001年全国各省逐步铺开(奚小环)。主要任务是在平原、盆地、河谷等人口密集地区开展以土壤测量为主体，配合水介质采样的地球化学调查，其目标除能探测新类型矿产资源信息，如油气和热水等以外，还包括环境、生态、农业，和与人类健康密切相关的地方病等内容。多目标区域地球化学调查反映了20世纪以来人类对环境和生态问题的关注：由于自然和人为土水环境中有害元素聚集导致污染、损害人体健康如地方病，及污染农牧果蔬产品。通过及时查明环境中的污染异常，提出治理对策；同时调查圈出富集硒等农作物有益元素地段，发展绿色无公害农业。直接为地方经济发展和人民健康服务。
我国全国平原河谷地区总计可测面积：450万km2，计划于1999～2010年11年内完成。多目标区域调查和生态地球化学评价属国家大型基础性调查项目，调查范围扩大到湖泊、湿地，以及广大的浅海和滩涂区域，可为国家经济发展和规划提供包括湖-海水域和滩涂、湿地等生态系统多方面环境生态现状信息，目前已按规划大体完成。
(2)多目标地球化学调查技术方法
测量方法和采样介质(土壤测量为主)，囊括土壤、第四纪沉积物、黄土采样；水域底积物测量：海、湖底积物、滩涂沉积物、沼泽和湿地淤积物、江河底积物等采样；水介质测量：地表水、孔隙水、地下水、降水、污水采样；生物质测量：植物、作物、粮食、水产品、畜牧产品、人发等采样；大气测量：工业废气、降尘、降水、酸雨采样。有害有机物检测：21种持久性有机污染物、残留农药等采样。
采样网度：采用双层网格化土壤测量：分深层和表层两层土壤取样，比例尺为1：25万。A深层：原生土——未被人为污染，采样深度1.5～2m，1个样/4km2；B表层：被人类活动干扰、污染的土层，采表层土，深度20cm，1个样/km2，。
(3)观测指标和分析方法
在全国化探扫面39个指标的基础上，增加了N、C、Se等生态敏感元素；深入层次的调查和评价中增测pH、Eh、C有机、COD，以及持久性有机污染物等项目，观测指标54种。研制了统一分析方法，提高了测试精度、检出限和报出率。
(4)区域异常查证和评价
划分为区域评价和局部评价两级进行：
区域生态地球化学评价：采样网度和比例尺为1：5万，网度为6～8个样/km2。评价工作针对具体的异常生态环境特点，划分为农田、盆地和流域、湖泊湿地、浅海滩涂、工矿区，以及城市人居区6大地球化学生态系统类型，按有害元素的国标环境和卫生标准进行评价。局部生态地球化学评价(评估预警修复)：具有生态和环境问题的专题性，应用更大比例尺详查或剖面研究，除按国家标准进行评价定级外，还需查明污染元素的自然或人为活动的物质来源，进行危害风险性评价，并提出管理对策和治理措施。
(5)已取得的成果
1)大量有害元素主要是重金属元素和持久性有机污染物在表层土壤和水域中富集，人类活动和近代工业污染了土壤、水域、城市大气和部分作物。
2)沿长江、珠江、湘江及其支流发现了长达数百千米的镉、汞、铅等重金属异常带，可能来源自云贵川等西南和湘、粤等低温及有色金属矿化带。
3)我国南北方长江、黄河两大流域带因地理气候差别，形成截然不同的元素表生迁移规律和生态特征。南方：酸性土淋失严重，但C、N、P等元素在水/土介质中局部富集或富营养化。北方：偏少雨或干旱带土壤，水迁移能力弱，有害元素聚集F、As等地方病严重；各省都发现了大片的地方病区和有害元素的自然和人为物质来源，局部地区评价查明了区域地质背景条件和致病机理。
4)浙、粤、苏、赣、闽、皖、川等省圈出了多处富Se、Mo、B、N、K2O等农业营养元素地区，为合理规划农业种植和开发绿色无公害农业区提供依据。
预期最终成果：编制出全国省区大河流域等地球化学图，建立全国土壤元素基础地球化学数据库和信息数据管理系统，为农业环境土地海洋水产城市的经济开发和规划等服务。在查明有益有害元素分布的基础上，提出开发和治理对策，局部评价和专题研究为解决污染地方病等问题建立预警和监测体系，以避免生态和环境污染事件。
总之，中国勘查地球化学后13年取得了新的开拓，扩大了观测范围，增加了测试项目，更贴近为社会经济发展和人民健康服务的领域，地球化学学科也找到了新的生长点，应用地球化学方向正在蓬勃崛起。区域多目标地球化学调查补足了区域化探扫面在平原地区的空白，使地球化学基础资料覆盖了国土全域，我国勘查地球化学充分发挥了社会主义国家重视基础调查工作的优势条件，如此全国土大规模、多观测指标、高精度、全方位社会服务的地球化学调查在全世界是独一无二的，因此在技术水平和应用效果上具国际领先水平。
三、21世纪我国应用地球化学展望
随着我国现代化社会和经济的推进，资源勘查和环境治理任务加重，覆盖区找矿、危机矿山探深增储等是勘查地球化学永久的课题，非传统深穿透化探方法应发挥技术优势。在环境和生态地球化学中，近年来全球碳循环与创建低碳环境，以及持久性有机污染物问题突出，提出了新需求。现代化工农业生产，如石化燃料、有机化合物原料的使用扩大，大量排出CO2等温室气体，影响全球变化。工矿业排放的多种重金属元素及持久性有机污染物成为强危害型污染物，例如，多环芳烃、亚硝基胺等类有机污染物为公认的强致癌物质，构成职业接触性癌症和地方性癌症的重要杀手。其他如超量化肥、农药残毒也是危害作物和人类健康的大害；过度施肥和某些自然因素共同作用导致土壤及水域的N、P 富营养化问题日趋严重。我国生态、环境、农业地球化学面临严峻的形势和任务。应用地球化学面对不断出现的新课题，任重而道远。要求中国化探人认清需求、抓住机遇，找准技术突破口、规划本学科发展方向，加强队伍建设，探索新的突破与创新。应用地球化学在21世纪我国全面建设小康社会和可持续发展的进程中，必将会展现出新的蓬勃活力，作出更大的贡献。
参考文献
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B. 勘查地球化学数据获取
第一手资料的获取，是勘查地球化学工作的一个重要环节。要获取勘查地球化学数据，就必须完成勘查设计、野外取样（部分工作可以在野外现场测试）、样品加工、分析测试等工作。
18.1.1 勘查设计
勘查设计的核心内容是编制勘查设计书。勘查设计书包括的主要内容有：勘查目的、勘查任务、勘查区或邻区的工作程度（以往工作经验、工作区地理、地形、地貌、地质、气候、植被和土壤覆盖等），设计勘查地球化学工作方法技术（按规范要求）并论证其有效性，以及经费预算和施工安排（时间、顺序、人员、后勤、安全等组织工作）等。
18.1.2 野外取样
野外取样方法的正确与否，直接影响到勘查地球化学工作质量的高低。岩石、土壤、水系沉积物、水文、生物、气体的取样方法各不相同，在勘查地球化学方法一章中已有介绍。
值得指出的是，近些年来，地学核技术在地球化学勘查中的作用越来越大，其中一个重要因素是地学核技术发展了一套野外现场快速分析测试技术。如便携式X射线荧光仪，可以对岩石露头、土壤、水系沉积物等介质在野外现场测试某些化学元素的含量，这就把野外取样、样品加工、测试分析流程简化到野外现场原位测试上来。
18.1.3 样品加工
除水样和某些现场的冷提取分析外，原始样品总要经过或多或少的加工才能进行分析。首先是除去水分，因为潮湿样品不但难以进一步加工而且极易发霉，不便运输和保管。其次是分出有效部分，最后研磨均匀以达到分析的要求。因为大多数分析方法只取很少的试样（称量）进行分析，如垂直电极光谱分析取40 mg左右，化学分析取250 mg左右等等。要使这样小的称量代表全样就必须使样品中待测元素分布非常均匀，一般天然状态是达不到如此高的均匀度的，只有靠人为的研磨才行。
化探样品的加工一般包括干燥、破碎、揉碎、过筛、淘洗、缩分、研磨、混合等等步骤，这些步骤的一定组合形成一种加工方案，加工方案视样品的性质、工作目的、分析方法而异，需要合理选择。
样品加工这一环节的重要性往往受到忽视，由此而引起的问题很难察觉，它经常被当作分析误差与取样误差处理了。因此，加工时更应小心防止问题的发生。
图18-1、图18-2分别为我国常用的岩石、土壤及水系沉积物样品的加工方案，这些方案已经过一二十年的大规模工作，证明是行之有效的，而且也比较简便。
图18-1 岩石样品加工方案
图18-2 土壤与水系沉积物样品加工方案
样品的干燥可用日晒或烘箱，如需分析汞及其他挥发成分，则不要使温度超过60 ℃；以免损失太多。对于粘土质样品，干后固结成块需要在干燥过程中不时搓碎之。
加工过程中最大的问题是污染。第一种情况是样品之间的污染，只要操作认真，而且加工按测点顺序进行就不会发生问题。第二种情况是样品被加工工具污染，尤以碾磨与过滤两道工序为甚。表18-1为不同磨盘机污染的对比。
表18-1 不同磨具污染试验结果
由表可见，钢磨引起显著的污染，而且随被碾物质的不同而变化。较硬的物质（如石英）引起的污染更重。由此可以推想，碾磨时间长也会有同样的结果，即会造成污染程度的变化，这对化探工作是最不利的。从表上也可看到瓷盘引起的污染极小，这并不是说瓷盘比钢盘硬，而是瓷盘本身不含上述微迹元素，所以采用高纯度的硬瓷磨具（高铝瓷磨具）是防止污染的好办法，我国有关单位已开始小批量生产这种设备。
筛子是另一个可能的污染源，其中铜筛，尤其是生锈、破损的细铜筛污染最甚。现在大多数工作已使用尼龙筛，污染问题当可解决。可尼龙筛易变形，孔目不是很可靠，需经常更换新的网布。小于150目的粉末，通常不用筛子，而根据手感决定，即用手指捏搓时，无粗糙感即可。
除了上述筛取细粒物质的常规方法外，有时需要采用去泥、淘洗、磁选等手续分离有用的粒级，这种方法一般用于特定的矿种，需根据当地的情况通过试验选用。
在加工样品时，还应注意下列几点：① 防止样品号码的错乱。② 不能随便更动加工方案，因为同一原始样品经过不同的加工方案，例如孔目不同，就能得出不同的含量。所以，至少一个工区要用同一方案，否则会产生系统偏差。③ 疏松物样品在第一次过筛前不要研磨，以保持样品的粒度比例。④ 注意改进加工工作的劳动条件，如搞好通风防尘，这不但对维护工人健康有利而且可以减少污染。⑤ 矿石样品与普通样品要严格地分用加工工具，最好不同一室。
18.1.4 分析测试
目前常用的地球化学分析方法有光学法、核技术法、色谱法、电化学法及其他方法。光学法包括分光光度计法、比色法、旋光测定法、比浊法、荧光测定法、振动光谱法、原子吸收光谱法、发射光谱法、电子探针与离子探针等；核技术法包括中子活化分析技术、辐射测量技术、γ射线光谱法、X射线荧光测定法等；电化学法包括电位法、电导法、极谱法等；色谱法中又有气相、液相与热解色谱法等；其他还有热分析法、动力、催化法等。据T.Braun统计，1979～1998年《分析化学》杂志论文中，各种方法在地球化学样品分析测试中所占比例是不同的（表18-2）。
表18-2 用于测定地球化学样品所使用的分析方法所占的比例（%）
在微量元素地球化学样品测试方面，X射线荧光光谱法（XRF）、中子活化分析（NAA）、等离子体光谱（ICP-AES）和等离子体质谱法（ICP-MS）是重要的测试手段。
X射线荧光光谱法（XRF）分析不破坏样品，对样品的要求不苛刻（固体、粉末、液体、植物、土壤等均可），可测试的浓度范围广，可以同时测定Na、Mg、Al、Si、Ca、As、Y、Zr、Nb、Sn、U、Th等30多种主要元素和微量元素。XRF法分析高含量样品时，相对偏差2%～5%左右；分析低含量样品时，相对偏差10%～20%；当被测元素接近探测限时，相对偏差可达50%以上。对于稀土元素，XRF法的检出限在（0.5～1）×10-6之间，是区域化探分析的一种重要手段。
中子活化分析（NAA）分仪器中子活化分析（INAA）、超热中子活化分析（ENAA）、放射中子活化分析（RNAA）等。其中以INAA法应用最广。主要优点是不破坏样品、样品用量少、分析灵敏度高、精密度好、准确度高；对元素周期表中大多数元素的分析灵敏度在10-6到10-13之间，可同时测定下列元素：Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ca、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Zr、Nb、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Yb、Lu、Au等。中子活化分析（NAA）灵敏度见表18-3。
表18-3 中子活化分析（NAA）灵敏度
和经典光谱相比，等离子体光谱（ICP-AES）检出限较高、分析精度好（百分相对标准偏差RSD%一般不大于10%）、干扰水平低、分析准确高度（系统误差一般不大于10%）、同时顺序多元素测定能力强、分析速度快。其中，稀土元素的检出限为：La（0.03）、Ce（0.12）、Pr（0.11）、Nd（0.08）、Sm（0.07）、Eu（0.009）、Gd（0.04）、Tb（0.4）、Dy（0.02）、Ho（0.02）、Er（0.02）、Tm（0.02）、Yb（0.005）、Lu（0.003）、Y（0.01）。
等离子体质谱（ICP-MS）法将等离子体作为质谱分析的离子源。和ICP-AES比较，其干扰更小，分析速度更快，检出限更低（特别是不同元素的ICP-MS检出限差别小），可在大气压下连续操作，灵敏度高出1～2个数量级（表18-4）。
表18-4 若干元素的ICP-MS检出限及与ICP-AES的比较（ng／ml）
C. 勘查地球化学资料解释
18.3.1 勘查地球化学异常的解释和分析
18.3.1.1 异常评价的一般原则及方法
早期化探工作，把注意力全部集中在明显的异常上，而对广大的背景地区甚至低缓异常则常予忽略，这就使异常变成一些孤立的圈圈，导致异常评价的简单化。随着经验的积累，人们逐渐认识到异常与背景应当作为一个统一体来看待，广义地说，异常评价实际上是对地球化学资料进行全面的地质解释。
异常评价成功有两种情况：① 正确地肯定了异常的远景，达到了预期的地质目的。② 及时地对异常作了否定评价，节省了勘探时间和资金。
异常评价失误也有两种情况：① 应该肯定的异常不敢肯定，延长了找矿周期，甚至失掉发现矿藏的机会。② 肯定了一些无意义的异常，导致验证落空。得到肯定结果的工作，当然令人鼓舞，但对于否定的结果，绝不能成为灰心的理由。相反，更应该积极总结经验，使其成为勘查地球化学的财富。国内外出版的各种化探工作史例，是很有价值的文献，只可惜大都报道的是成功的例子。从其数目上来说，只占整个工作的极小部分。
异常评价往往标志着前一阶段的结束，另一阶段的开始。整个化探工作的程序可用图18-3表示。该图只是一般性的，每一个具体过程不一定死板地服从某一程式。经验证明，就找矿工作的经济效益来说，分阶段的工作部署是上策，即先用快速低成本的方法覆盖广大面积，从中找出有利地区，再投入详细工作，直至发现矿床。近十年区域化探在世界范围内兴盛，一个很重要的原因就是广大地质工作者及政府计划部门认识到了这一策略。当然另外的原因是出于基础地质调查、环境保护及畜牧业生产的需要。所以区域化探异常的解释远远超出单纯找矿的范畴，需要由使用资料的部门本身来完成。下面的讨论主要限于地质找矿方面。
18.3.2 勘查地球化学常用图件
18.3.2.1 原始性图件
原始性图件不受或稍受编制人主观意志的影响，从图上可以直接恢复分析数据。许多地球化学家都十分重视保存所有的信息。保存有信息的图件有剖面图、平面剖面图、数据图、符号图等等。
图18-3 异常评价的一般程序
（1）剖面图
它是以曲线的形式表示某一方向上（测线或钻孔）地球化学指标变化的细节与地质现象的关系。地质剖面图根据需要可选择不同比例尺。剖面图制作的关键是纵比例尺的选择，可以用普通比例尺，对数比例尺或其他更方便的比例尺。普通比例尺适用于表示变化幅度小的数据，例如常量元素通常用之，对数比例尺适用于表示变化达几个级次的元素。不论何种比例尺，背景含量一般不要高于2×10-6。同一批数据，用不同比例尺制作，给人的印象是不同的，所以比例尺的选择很重要。
剖面图虽然有简单明了的特点，但它不能反映两侧的情况，如孤立看一个剖面就难以解释。所以，每条剖面，要在适当的平面图上标明其位置，否则其价值就降低了。
剖面图还有一个优点是可以同时做许多元素的曲线，有利于对比元素间的关系。
（2）平面剖面图
把剖面图放在剖面所在的平面位置，就成了平面剖面图。这种图在详细测量时最常用到，特别是与物探方法平行作业时，总是要做这种图件。它不但能反映每条测线内含量的变化，而且更重要的是能反映测线之间的对比关系，尤其是对于那些单向延长的地质体，如断裂、剪切带、岩脉、矿脉等，有很好的追索表达能力。在试图把峰值进行对比连结的时候，则要充分地注意当地的地质情况。
纵比例尺的选择要注意不要使含量曲线过多地伸到上面的剖面中去，以利观察。
（3）数据图
数据图就是把分析结果如实填在取样点旁。这种图与其说是成果图，还不如说是一个数据处理的中间环节，因为有许多数据处理方法要用数据图进行。
数据图最大限度地保存了资料的原始性，但异常分布、背景起伏表示得最不清楚。在西方由政府部门或研究机构进行的区域性地球化学调查，加工过的图件公开出版，私人探矿公司可以免费得到；但他们宁愿要原始数据，可见原始数据的重要性。
在制作数据图时，要百分之百地检查，以免抄错。
（4）符号图
符号图与数据图的性质完全一样，只是因为数字高低不太醒目，所以采用一套与含量成比例关系的图案标在采样点旁，使异常点醒目地表示出来。
18.3.2.2 等值线图
虽然符号图上能够显示出一些主要的异常点来，但是对于区域性与局部性的变化趋势却表现得很不明显，而等值线图却最适于表现这些特点。
勾绘等值线的基本规则是根据数据按比例内插。这一规则对地形等高线或物探异常是可以严格遵守的，但化探数据跳动很大，而且点与点之间并没有什么物理定律的制约，因等值线不能在严格意义下来理解。在人工勾绘时，要对工区内的地质构造、已知矿产分布、地形、覆盖物性质有一定的了解，同时还要参考采样记录、考虑分析误差及该元素的地球化学性状，才能做出较好的等值线图。切忌拘泥于数据，使等值线出现波浪状、羽毛状线条。在根据未处理过的数据勾绘时，高含量圈内允许有若干低含量点；相反，低含量地区的个别高点也可以不予考虑。同样一份数据，很可能勾出不同的等量线图来，因为此时必然要带入主观成分。做得好时，可以把原始资料的粗糙性、偶然性去掉，而突出其本质的主流的东西。
等值线也可以由计算机绘制。这给人一种错觉，以为机器绘的是“客观的”，其实不然。因为机器是按程序绘图的，而程序中所用的取数与内插规则是多种多样的。在编制或购买绘图软件时，最好用同一份数据进行对比，选择较好的那种程序。用优良的程序绘制的图件光滑美观，而且可以绘制多份。
正确的选择等值线的起点与间距是很重要的。一般的等量线距按对数等选定，常用的是Δlg（10-6）在0.2～0.4，也有些图用1、2、5的比例绘制的，效果也不错。有时，为了突出某一范围内的变化，可以人为地在这一范围内加密等值线。
为了使等值线与频率分布联系起来，也可以取不同百分数作为等量线值，例如95%分位数一般就是异常下限，用它圈出的就可算是异常。
18.3.2.3 地球化学剖面图
这是表示地球化学异常在三度空间发育的常用图件。例如岩石地球化学剖面，通常由地表、坑道或若干钻孔控制。由于岩石中化学元素分布不均匀，在对比前，要先对数据进行平滑处理（通常是用三点或五点移动平均）。经过这种处理，虽然曲线光滑了，但还是不能直接勾绘等浓度线。因为一个50×10-6的 Cu 含量，在花岗闪长岩中和大理岩中代表着完全不同的意义。所以，在建立原生晕剖面图时用相对浓度较好。相对浓度就是实测浓度对于采样点上岩石的背景值之比（衬度）。邵跃建议根据衬度划出三带，衬度1～4为外带，4～10为中带，10～100为内带，内带一般包括矿体本身在内。这种分带的方法图面比较简洁，在原生晕找矿中起着很好的作用。
图18-4 平面剖面图
在对比和外推各个控制工程之间的异常时，要考虑地质条件、控制因素、矿体形态特点。从所有可能的连接方式中选择最合理的方案，并应参考勘探剖面上矿体的连接规则，如图18-4所示，同一剖面可有三种不同连接方式，如果钻孔较多，连接的可能性就更多。
18.3.2.4 灰度等级图
由于等值线图的勾绘很费时间，而且带有主观性。再从制作等值线图的过程来看，它需要经过数据的网格化，因此，当数据点很多时，可以不必再勾等值线，而把每一个网格看成一个像元，直接把网格化数据用一定的灰度来代表，这种方法是从遥感数字图像技术上引用过来的。1978年正式出版的英国本土的地球化学图集就是用了这种方法。该图集的每一幅图由265行×209列=53504个像元组成，其中32151块为海洋，没有数据，只显示了海岸线轮廓。余下的21353个像元，每个像元的灰度由该像元内的移动平均值决定。在这种图上，区域趋势及区域异常客观地反映了出来，而且远看该图边界也是连续的。这种图的另一个优点是特别适用于计算机处理。
18.3.2.5 综合异常图
综合异常图是把多元素异常表达在一起，这方面也有许多不同的方法，这要根据综合的方法而异。近年来流行一种指标一张图的做法。因而综合指标的选择就很关键了。现在经常应用的综合指标有比例、累加、累乘、相关、因子得分、三角图解等。三角图解是岩石学及地球化学中常用的表示三个端元成分相互关系的方法。在整理化探资料时，可选出三个有代表性的元素，在它们的三角图解上划分出一定的区域。各点实测含量落在某区，就用该区符号表示在平面图上。
18.3.2.6 解释推断图
推断解释图是所有图件中的上层建筑。它要求综合尽可能多的资料，并在某种地质成矿理论的指导下，把工区内发现的元素分布情况（包括背景与异常）做出总结性的展示，并据以圈定成矿远景区，提出今后各类矿化的找矿方向及其具体工作方法建议。属于这类图件的有各类成矿预测图、各类地球化学分区图、各种比例尺的异常推断解释图以及理想分带模型图。
D. 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，与金显著正相关的元素有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。
E. 区域地球化学勘查新技术
在区域找矿中，区域地球化学方法虽然得到广泛的应用，但仍面临严重的挑战。由于地质条件复杂，景观条件多变，找矿难度加大，传统的化探方法有时很难适应这种需求。近年来国内外都加大化探方法技术的研究力度，开发和研制新的化探技术方法。
如何加大探测深度，提高地球化学异常强度，是勘查地球化学的关键问题。在过去，人们总想通过对地球化学数据加工和处理，压抑背景值或与矿化无关的信息，增强与矿化相关的地球化学异常或者加大有利地质条件（构造、岩石等）的权，使筛选出的地球化学异常更具有针对性。人们沿这个方向上虽然已取得了一些可喜的成果，但各种地球化学数据的处理方法都有一定的局限性，某些方法即使在某些地区效果甚好，但在其他地区可能会不尽如人意。对于加大有利的地质条件的权来说，人为因素所占比例较大，有时也会适得其反。因此，将地质和地球化学有机结合起来，成为勘查地球化学家所共同关心的问题。近年来，国内外都十分注意从化探工作部署和取样环节开始就将地质和地球化学结合起来。其中，最引人注目的是加强取样介质的针对性和采样方法技术的改进。这种做法既适用于地球化学异常查证，也适用于局部或较小区域范围内的地球化学普查。
（一）对成矿后的岩脉取样
成矿后形成的岩脉在形成过程中可能切穿早先形成的矿体，通过接触变质作用和岩浆期后热液流体作用，在矿体周围形成元素的富集或分散。对这种成矿后的岩脉作系统取样，可帮助查明深部盲矿体的分布。该项技术的要点是：①通过详细的地质填图，研究矿体与岩脉形成时代；②根据构造研究，在有利于盲矿形成的地段沿岩脉走向布置地球化学取样剖面；③在野外取样期间，应确认在岩墙内的黄铁矿和石膏矿化中是否存在盲矿体物质活化的标志。④将取样结果标在地质图上，依据岩脉的元素含量圈定盲矿体存在的范围。
（二）对断层泥或蚀变岩取样
对于金属矿床来说，断层既是成矿物质运移的通道，又是成矿物质储存的场所。因此，在断层带内通常会留下矿化的痕迹。对断层内的物质（断层泥或两侧的蚀变岩）进行取样，可以提高找盲矿的效果。采用这种取样技术，首先应注意对研究区内的断层进行详细研究，通过对区域地质特征和已知矿床地质特征及对断层产状的研究，识别出控矿断层的走向；或者通过航空照片的解译，鉴别表现为横穿已知矿体或盲矿体走向的地表标志。然后，沿断层带采集断层泥、蚀变岩或者土壤，再进行综合分析与评价。
（三）对石英脉的取样
很多金属矿床都伴随着石英脉体的产出，地表含矿石英脉便是矿床产出的重要标志。石英脉本身受区域断裂构造的控制，或者作为断层的充填物产在断层内。因此，以石英脉为取样介质，可提高找矿的针对性。通过研究石英脉的产状与分布密度，可初步确定测区范围内的矿化的轮廓。因此，在野外便可确定潜在成矿地段。这种方法适应性广，它适用于地质普查过程中各个不同阶段，并且可以消除人为污染的影响。
（四）地球气纳微金属
地下深部存在上升的气流呈气泡形式将母体（或深部隐伏矿）内金属物质带出达到地表，形成地表气称“GeoGas”或“Earth Gas”，通过在地表或近地表观测气体中金属含量的异常，推测地下隐伏矿体的存在与规模。地气采样方法，使用的滤膜孔隙为0.4μm，即只有小于胶体以下的颗粒才能通过滤膜。在这种尺度上，从物理角度上应是包括：胶体颗粒级（0.4μm）、介观物质和纳米级物质（＜0.1μm；从化学角度考虑应包括：离子、原子、分子、原子团、分子团和气溶胶。它们具有物理和化学的双重意义。从物理学角度来讲颗粒极小，可以称作超微细金属；从化学角度来讲含量极微，一般在10-9～10-12级，即10-9含量水平以下，从而引入地气中纳微的概念）。这反映了地气中的金属不仅有颗粒的东西，而且也有离子态的东西或化合物，并且测量含量又属地球化学范畴。
（五）深穿透地球化学
近年来各种“深穿透”技术在隐伏区找矿取得了突破性的进展，包括瑞典、中国、俄罗斯、德国、捷克与法国实验的各种地气方法；俄罗斯、中国、美国实验的各种电地球化学方法；加拿大实验的酶提取方法；澳大利亚实验的活动金属离子方法以及我国提出的地球气与金属活动态测量方法等。这些技术之间存在着有机的联系，是发现某种共同迁移机制在地表形成不同现象的手段，统称为“深穿透地球化学”，即研究能探测深部隐伏矿体发出的极微弱直接信息的勘查地球化学技术。
F. 生物地球化学勘查方法
生物圈是一个特殊的圈，它包含在地壳、水圈和大气圈之中。凡是有生物存在的地方，都属于生物圈的范围。生物圈可以视植物、动物和微生物的总和，其上限不超过对流层，下限至大洋的底部，在地壳内可深达地下水准面下3～4 km。生物地球化学是着重研究生物参与化学元素及其同位素在生物圈中的分布、迁移和富集的作用；也就是说，它是研究发生于生物圈内有生物参与的地球化学过程。生物地球化学勘查的服务领域主要有四：找矿、农业、医学和环境保护。
17.5.1 生物元素及其地球化学分类
生物圈具有高度不均一性，因此精确估计其平均化学成分是很困难的。维诺格拉夫（1954）在综合了6000种以上动物和植物的化学分析资料的基础上，计算了生物圈的平均化学组成。
化学元素的生物地球化学分类方案很多，章申（1996）对国内外元素的生物地球化学分类进行了总结。目前，根据化学元素在生物体内的丰度、化学性质以及它所具有的生物功能和生物反应，将自然出现的92种元素分为三大类：生物必需元素、生物非必需元素和有毒元素。其中生物必需元素也叫生命元素，共有25种，它们是C、H、O、N、S、P、Cl、Na、K、Ca、Si、Mg、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、Mo、F、B、I、Sn。研究生物地球化学地方病、生物地球化学省、生物地球化学区划、地球化学生态学、医学地理和环境保护，主要考虑的是生命元素和有害元素。
生物地球化学省是地球上化学元素含量水平不同于邻近地区，并因而引起当地动植物区系的各种生物反应的范围。在极端情况下，由于某一种或某几种元素含量严重不足或过剩会产生地方病。目前已揭示Co、Cu、I、Mn、Mo、Ni、B、P、Se、F、Sr、Ca、P、As、Tl等三十多种元素不足、过剩，或比例失调会引起的生物地球化学地方病。生物地球化学省分为地带性和隐地带性两种类型。前者分布在一定的土壤气候地带内，是某些化学元素不足而产生的；隐地带性可以出现在任何地带内，是由于某些化学元素过剩而产生的，且往往与矿产分布有关。17.5.2 生物地球化学找矿
17.5.2.1 植物地球化学勘查
植物地球化学勘查主要通过植物学和生物地球化学的观察和测定来选择有效指示植物或指示植物群落，确定与矿床有关的高浓度元素对某些特定植物造成的毒性变态反应，并以其作为找矿的生物地球化学标志。
（1）指示植物
指示植物对一种或若干种微量元素有特别的嗜好，它们只能在能充分提供这些化学元素的地域内正常生长。目前，世界上已发现有近百种植物对17种化学元素有明显的指示作用。
指示植物可分为“通用性指示植物”和“地方性指示植物”。前者在分布上只与一定的含矿岩石及其土壤有关，在其他条件下则不能生长。例如生长在富锌岩层上的锌堇菜，生长在含硒土壤中的黄芪以及对铜有明显指示作用的合氏罗勒和铜苔等，都是重要的通用性指示植物。这类植物的数量很少，分布范围也很有限，用起来比较困难。地方性指示植物的分布则比较广泛，但是只有在某些地区才能作为指示植物使用。表17-8列出了目前已确定的部分指示植物。
表17-8 若干指示植物及其应用地区
（2）指示植物群落
在一定地段的自然环境条件下，由一定的植物种类结合在一起，成为一个有规律的组合，称为“植物群落”。指示植物群落则是由能够反映特定的矿床、岩层或岩石的若干指示植物种类的共生组合。例如，我国长江中下游地区和南方一些地区铜矿床的指示植物群落由海州香薷、蝇子草（Silone tortuneivis），石竹（Dianthhue chinesis L.），鸭跖草（Comolina communis L.），女蒌菜（Meland yumapricum Tarcy，Rohrb），酸模（Rumex acetosa L.）等。四川铜矿的指示植物群落则由以荭草（Semrosei Hamet）为主，坚龙胆（Gentiana rigescens Franch）和狭叶南烛（Lyonia ovalifolia Drude var.Laneeolata Hand-Mazz）共生组成。在矿带上方土壤中生长的上述植物都含有较高的铜、银、锌或铅含量。
某些植物群落与矿体没有直接的关系，但它可以指示某些岩性或构造环境，因而可以作为间接的找矿标志。例如，我国南岭地区万山型汞矿层控于中寒武统白云岩的背斜构造中，而且竹子也易于在这些部位丛生，所以它能作为寻找这类矿床的间接标志。不同岩性（如基性、超基性岩、中酸性岩、石灰岩和砂、页岩等）和不同构造环境（如断裂、穹窿、盆地以及由此派生的地貌、水文现象）中植物群落的种类和分布的差别非常明显，以至于这些差别早已成为航空地质判读的重要依据之一。
另一些指示植物群落则与矿床的伴生元素有关，但并不反映主矿化元素。例如美国西部科罗拉多高原上的沉积钾钡铀矿床中一般伴生有硒，找矿时主要利用含硒的指示植物，它们大都为黄芪氏属，其灰分中硒含量高达4.6%。表中的普鲁士黄芪和派特逊氏黄芪实际上都是硒的指示植物，在科罗拉多高原上用它们以寻找铀矿最为适宜。例如，在犹他州某区一百个分布点上，就有81处相应见到埋深9m的矿石。
（3）植物对化学元素的毒性反应
观察确定植物的毒性反应是植物地球化学勘查中另一种常用的找矿手段。找矿中，应经常注意植物由于过量金属中毒而使叶子颜色呈反常的现象。在植物代谢过程中，高浓度的Ni、Cu、Co、Cr、Zn和Mn等元素都能使叶绿素的形成受到阻碍，结果使植物的叶子退色而产生色症。表17-9列出了一些植物对过量金属呈毒性反应的常见现象。
表17-9 过量金属对植物可能产生的毒性影响
在有些情况下，正常植被的缺乏可作为矿化的标志。硫化物矿床氧化带形成的酸性环境和过量的可溶性金属可以阻止正常植被的发育。例如在赞比亚，有些大的矿床最初是由于地表没有树木而被发现的。
在实际工作中，必须区别由其他因素造成的植物发育异常，如病虫害、排水不良以及土壤过酸等也可以引起植物萎黄病。因此，植物地球化学勘查的成效如何，在很大程度上取决于地质工作者是否具备一定的植物学知识，是否能在野外识别一些由过量金属引起的一些重要反应特征——如萎黄病叶、发育不完全、矮小症或畸形果实等等。为了能够识别野外所遇的植物群落，指出气候与土壤等其他因素对植物区系发育的影响，发现植物地球化学异常和异常评价，与植物工作者的密切配合是十分必要的。
17.5.2.2 生物地球化学遥感
生物地球化学遥感是应用遥感技术来了解植物的种类、分布和发育情况，并以此解释和分析化学元素在植物、植被及其下伏土壤和基岩中的分布情况，以达到寻找矿化异常和圈定矿化远景区的找矿手段。
不同类型的岩石常具有不同地貌特征和不同的上覆土壤，并由此而发育有不同的植物种类和群落。这些植物在不同光谱波段的航空影像上具有特定的结构、灰阶和其他光谱特征。这些对于判读岩类、地层产状和构造等与成矿有关的地质要素均具有实际的指示意义。矿区特有的植物群落或植物区系及其生长状况可以作为一种确定隐伏矿体的植物地球化学标志。这种由地球化学异常造成的植物地球化学特征，有时在航空照片上，特别是在红外假彩色图像或多光谱图像上反映特别明显。此外，地下水的分布对植物的种类分布和生长状况也有重要影响，而地下水的分布又与地质构造和岩性密切相关。实际上，生物地球化学遥感属于一种宏观的植物地球化学勘查方法。这种方法在那些植被密集、通行困难和工作程度较低的大区域中，应用于矿产或地下水勘查，往往能得到较好的效果。在这种条件下，与其他方法相比，具有快速和经济的优点。
生物地球化学遥感以植物反射出来的电磁波光谱为信息来源。当光线射到叶片上时，发生光的吸收、透射和反射。叶绿素色素的含量是控制叶片的可见光光谱段电磁波发射特征的主要因素。叶绿素对0.45 μm（绿色）附近有一反射峰值。因此，植物大都显绿色。另外，在0.7～1.3 μm和0.5～0.9 μm的近红外范围内，植物也有相当大的反射率。吸收光的物质除叶绿素之外，主要还有水。特别是在1.4 μm和1.9 μm处，有两个水的强吸收带。所以，对于绿叶植物来说，植物中叶绿素和水的含量基本控制了植物对可见光—近红外光光谱段电磁波的反射特征。基于以上原理可知，位于叶绿素吸收带内的光谱发射率与植物的叶绿素含量或叶绿素密度呈反消长关系；植物对1.7 μm到1.3 μm附近的电磁波几乎是不吸收的，其反射率的大小与植物组织的形状、尺寸和细胞之间的空间存在程度有关。因而根据植物的分光性测定的结果，有可能分辨植物的种类、分布和发育情况。
植物地球化学的遥感判读要求达到地面3 m的分辨率。因此，生物地球化学遥感勘查主要通过航空遥感进行。
17.5.2.3 生物地球化学勘查工作方法
（1）准备工作
除了一般勘查地球化学工作的地质准备工作之外，还应着重了解工作地区的自然景观的特点，熟悉工作地区的植（动）物分类、分布及其生态学特点。在研究已有资料的基础上，分析这些条件对有关勘查矿床中元素迁移和分布可能产生的影响，可能出现的植物种属及其生长规律和异常标志，并初步确定野外试验性研究的地点、季节、取样范围和有关研究项目。
在野外装备的准备中，除了一般地质测量和常规化探的用具外，还应配备植物样品的采集、干燥、包装等必需的用具，如植物夹、吸水纸、枝剪、托盘（供清洗和晾晒植物样品用）和样袋等。
（2）野外试验性研究
野外工作的开始阶段，在有关生物地球化学和植物地球化学资料缺乏的情况下，必须进行方法的试验性研究，以确定生物矿化标志和指示元素，为正式采样制定统一的取样对象及其数量、方法和网度的标准。试验性研究的主要目的还在于了解和把握各种干扰因素的来源及其影响程度，选择有效的“标志生物”。标志生物可以是生物整体或其器官，也可以是某个生物群，如植物或细胞群落。作为标志生物必须具备三个条件：①它在工作地区普遍发育，易于观察，便于采集植被样品；②它对矿致地球化学异常有明显的反映；③它所反映的地球化学异常受非矿因素影响较小。
试验性研究应选择在工作地区中1～2条有代表性的剖面上进行。剖面应尽量通过区内已知矿点（或矿体），以便获得植物中元素含量、组合与矿化（品位、组合、埋深和位置等要素）之间关系的信息。同时还应进行面上的踏勘采样，其目的是弥补试验性研究剖面的局限性，全面了解整个工作地区的情况。为此，取样点应布置在一些剖面所不能反映的具有独特而典型的植被、地貌、水文和其他景观条件的位置上。如果工作地区内无已知矿点，还应在邻近可对比地区的有关矿点或矿床上进行采样，以得到真正反映矿化的生物地球化学异常构成的特征资料而应用于新区。
在试验性研究中，还可以同时采集土壤、岩石和地下水露头的样品，以了解植物体内及其根系环境中元素含量的关系。在一个新的工作地区，生物地球化学勘查的试验性研究可以和其他化探方法的试验研究同时进行。
（3）植物地球化学填图
植物地球化学填图是一种以小块面积的统计区为单位进行的大比例尺统计性植物填图。一个统计区应包括一个植物群落的大多数植物。统计区的大小则视植物群落的均匀性而定。植物分布变化越大，统计区应越小，反之亦然。显然，统计区越大，获得的信息越少。通常所用的方法是从一块5 m2的小地块开始，观察确定其中植物种属，并按一定的比例（10，50，100 m2…）逐渐扩大范围。每次扩大观察面积时都要注意其中种属的变化。当发现种属在某处迅速增加或减少时，该处则为统计区的最佳界限。各统计区确定后，再统计各种属的密度或间距（密度的倒数）。统计可用直接计数或按目估分级。例如可分成：①很稀少；②稀少；③常见；④密集；⑤很密集五个级别。在损失一定精度的前提下，目估分级能大大加快填图的进度。目估时应尽量避免由于不同人的统计、不同季节时的统计所造成的误差。
在勘查狭长状的矿体时，植物地球化学填图可以只在通过测区的若干条平行的测线或带上进行。在测线上可用皮尺和罗盘划分和统计植物的种属和密度变化。带状植物地球化学填图则同样通过划分和统计一系列排列成带的统计区来完成。
与找矿有关的植物地球化学填图还可以包括以下项目的测定。
a.覆盖度。整个植株在地表上的垂直投影面积，覆盖度通常以该投影面积所占统计面积的百分数表示。由于不同层次植株的重叠，该值常超过100%。
b.层次。它是群落的结构特征之一，是不同高度的植物形成群落的地上成层现象，其根系则形成地下层次。例如，森林群落一般有乔木层、灌木层、草本层和地层四个层次。草原地区常见的地下层次则由一年生植物的根、鳞茎和块茎等构成的浅层，由禾本科植物的须根构成的中层和由双子叶植物的直根系构成的深层三个层次。群落的地上和地下分层是对应的。例如上述乔木层的根系可达土壤最底层，灌木的根系较浅，而草本和地被植物的根系则大多在表层。因此，植物群落的层次对于评价生物地球化学异常的地下立体结构具有一定的意义。
此外，在工作时还应观察记录植物种属的生长发育情况和是否有畸变或病害等现象。将上述各方面结果分析用不同的符号和颜色成图后，能全面地反映测区内各种植物的组合和分布特征。通过对植物图和地质图以及其他化探图件的分析对比，有助于揭示植物及其生长状况与地质体之间的关系，选择出有效的指示植物。在对植物图进行分析评价时，必须同时考虑到坡度、排水、光照、高度和地形起伏等条件对植物分布的影响。
G. 怎样进行地球化学勘探
我们知道，通过寻找油气踪迹可以寻找到油气藏，用什么方法寻找油气踪迹呢？早在20世纪20年代末期，原苏联学者索柯洛夫创建了气体测量法，揭开了用化学勘探油气的第一页，在此后几十年间，原苏联和美国都对此进行了深入研究，且形成了油气地球化学勘探技术并得到发展。在中国，在20世纪50年代，翁文波、顾功叙等人就“气体测量法”开展了试验，60年代，石油部和地质部分别成立了从事油气地球化学勘探的专门机构，开展了中国油气地球化学勘探的工作。
我们知道油气由碳氢化合物组成，其中的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在常温、常压情况下以气体形式存在，如农村广泛使用的沼气就以甲烷为主。油气微渗漏到地表后，这些烷烃以游离气体的形式分布于土壤孔隙中，索柯洛夫创建的“气体测量法”就是测量土壤中这些游离烃类气体的种类及其浓度的方法，这种方法一直延续使用到现在。在地面按一定测网，用动力钻钻至地下数米处，由车载检测仪器现场检测游离烃类气体的种类及其浓度，这种方法称为“游离烃技术”。这种工作方法在现场就可以知道油气踪迹是否存在，是一种快速、高效的勘探方法。
游离烃技术施工照片左为分析仪器车，右为在钻进的采样钻机在日常生活中，当容器有怪味难去除时，人们就把容器倒扣在土地上一段时间，容器的怪味就除掉了。这是因为土壤对气体具有吸附能力，可把各种气体吸附于土壤颗粒表面。油气微渗漏到地表的游离烃类气体也会被土壤吸附。我们把地下一定深度的土壤采集回来，经加工后用低浓度的酸溶液处理，被吸附在土壤颗粒表面的烃类气体就会释放出来，通过仪器检测即可判断油气踪迹是否存在。这种方法就是“土壤测量法”的“酸解烃技术”。
从油气地球化学勘探方法的提出，到现在已有80多年了，随着科学技术的发展，油气地球化学勘探技术已发展为由多种方法构成的技术系列，如采集地表水的“水化学测量法”，研究烃类碳元素同位素的“碳同位素测量法”等等。几十年来，油气地球化学勘探方法在国内外广泛应用，通过寻找油气地球化学异常，可以预测盆地乃至构造的含油气性，从而找到油气。20世纪90年代中国石油系统在某油区用“游离烃技术”证实了地震勘探发现的构造含油性，经钻探见油。实践证明，地球化学勘探方法是一种经济、快速、直观并很有发展前景的油气勘探技术。
H. 勘查地球化学数据处理
18.2.1 原始资料及质量评定
18.2.1.1 原始资料
原始资料中最主要的是分析结果，其次是采样记录本、地质观察记录、岩矿鉴定报告、山地工程编录等等。此外，还保存有一些辅助性的材料如送样单、外检记录等等。这些资料的宝贵之处在于，它包含了一切有用的信息，所有后续的工作只不过是尽可能地充分应用它们而已。往往因为其原始性而不被人们所重视，这是不对的。原始资料要由专人在日常工作中经常性地清理、审核、整饰、编排、装订，确保其原始性、系统性与完整性。
随着化探工作规模的扩大与分析项目的增多，原始数据的生产速度是惊人的。例如一幅1∶20万的图幅，按组合样计算也有1800个左右，分析30个元素，再加上坐标，总计就有58000个左右的数据。这么大量的数据要保管、储存、取用并不是简单的事情，国内外大力发展计算机的数据处理系统，这是不可少的基础性工作。
18.2.1.2 分析质量监控
目前，国内各省实验室已广泛使用的化探样品分析方法有：发射光谱方法、原子吸收分光光度方法、比色法、离子选择电极法、原子荧光法、射线荧光光谱法和等离子焰光量计法等。化探样品分析选用的方法应尽可能采用多元素同时测定的方法，而且必须具有较高的生产效率，以适应大量化探样品日常分析的需要。其检出下限应达到表18-5列出的要求。
表18-5 区域化探扫面样品汇总元素检出限要求（10-6）
选择分析方法的准确度和精确度可用GSD标准样的方法进行检验。被选用的方法应对八个GSD标准样中的每一个样进行多次分析，作如下两种计算：① 平均值与该GSD标样的可用值之间的对数偏差Δlgc或平均值和可用值之间的相对误差εRE（%）；② 相对标准偏差σRSD（%，GSD）。其结果应符合表18-6的要求。
表18-6 测定主要、次要、微量及痕量元素的准确度和精密度
18.2.1.3 分析质量监控的统计学基础
在化探样品分析中，即便用一种固定的方法，同一个熟练操作人员对同一个样品进行多次重复分析，他每次得到的拟测元素含量结果往往并不相同。之所以出现各种不同的分析结果，原因在于称重、加工、溶样、容量测定等步骤都会产生误差，而且全都综合在最终的分析结果之中。此外，化探样品的采集，即便在同一个采样点上采集两个样品，其分析结果也不会完全一样，这就是采样误差。特别是在区域化探中，往往在一个较大的面积内采集几个样品组合成一个样品，并利用该样品的组分来估量整个单位面积内的平均组分，这也难以避免存在采样误差。化探的数据处理是建立在采样与分析质量可靠的基础上进行的，因此我们必须对如何保证数据质量的可靠性有一个基本了解。
（1）基本概念
a.真值与平均值。真值是在无系统偏差条件下无穷多次测定值的平均值。由于实际工作中不可能对一个样品测定无穷多次，故严格说来，真值是无法确定的。
平均值是同一种测定方法对同一个样品进行多次测定所得结果进行统计计算求得的估计值。平均值可用如下公式计算：
算术平均值
勘查技术工程学
均方根平均值
勘查技术工程学
加权平均值
勘查技术工程学
几何平均值
勘查技术工程学
中位数（中位值）是将观测数据依数值大小次序排列时取其中间值（一般从小至大排列）。
上述式中xi为某次（i）的测定值，i=1，2，…，n；n为测定次数；wi为某次观测值对应的权系数。
可用值是对同一个样品分别用多种测试方法测得的估计值，同时对每种方法都赋予与其方法局限性的权而求得的平均值。这是目前勘查地球化学建立定标准样中每个元素含量时常采用的方法。
b.准确度和精密度。准确度是多次测定值的平均值与真值的符合程度。精密度是多次测定的重现性即它们之间的符合程度。
精密度可以用数据的方差来衡量，也可以用标准离差来衡量，还可以用变差系数百分数来衡量。
方差
勘查技术工程学
标准离差
勘查技术工程学
变差系数
勘查技术工程学
准确度和精密度是互不相倚的。一种测试方法或结果，可以既准确又精确，即每次测定的结果都比较接近，而它们的平均值又非常接近真值。也可以是准确的但不精密，即多次测定的平均值接近真值，但每次测定的数值之间相差较大。也可以是精密的但不准确，即多次测定的数值互相接近，但其平均值则远离真值。或者是既不准确又不精密。
当数据不是由一个样品多次测定的结果，而是多个样品的重复测定结果时，则准确度可用测定数值的总平均值与各个样品的平均值之间的偏倚来衡量，精密度可用下式计算：
勘查技术工程学
xi1为第i个样品第1次测定结果；xi2为第i个样品第2次测定结果；i=1，2，…，n。
c.检出限和识辨力。检出限通常称作灵敏度，是用一定分析测试方法能够测出的元素最低含量。采用不同分析方法分析不同元素，检出限会有很大差异。
识辨力指分析方法能表达分析元素的浓度级的数目。在一定的含量间隔范围内，表达浓度级数目越多，表明该分析方法识辨力越强。
以上介绍的一些统计参数是化探选择分析方法的评价依据，也是评价化探数据可靠性的重要依据。
（2）化探数据中的误差
误差即指某种分析测试方法的测定值与真值之差；偏差（偏倚）是指测定值与平均值之差，但习惯上两者混用，不加区别。
误差可以分为系统误差、偶然误差和过失误差。设误差（偏差）用下式表示：
勘查技术工程学
xi 为第i 次测量的数值；-x 为多次测定的平均值；Q1 i第i 次测量的误差；若
勘查技术工程学
则Q1i称作偶然误差。
若
勘查技术工程学
则Q2i称作系统误差。
过失误差是人为因素造成，如读数错误、看错谱线等引起。
在化探工作中，特别是区域化探中遇到的偏倚往往是可变的。这在以往应用的半定量光谱分析中特别严重。在当前使用较完善的分析方法时也难以完全避免。我国开展区域化探的初期，试验结果表明，除了随机误差之外，分析方法与方法之间，实验室与实验室之间，人与人之间，季节与季节之间，甚至月与月，日与日之间都有系统误差存在，这种误差称为可变偏倚。
可变偏倚在采样中也同样存在。不同地区岩石出露程度不同，或某些地区有厚的覆盖物分布，就可能带来采样偏倚，所采样品在某些地区代表性较好，能比较好地反映基岩中元素含量变化；另一些地区代表性较差，对基岩含量的估量就可能偏低或偏高。
不同地区水系密度小，水系沉积物样品反映上游汇水盆地中元素含量平均值时也会发生可变偏倚，特别是当汇水盆地中有几种不同岩石分布时更是这样。
采样偏倚还可能由于在不同采样地点岩土物质混入比例不同所造成。采样地点上局部环境的变动也会发生采样偏倚。例如土壤或水系沉积物中Fe、Mn、有机物及pH值的局部变化可以使金属含量变化无规律，甚至出现假异常。
不同性质或不同粒级的样品中金属富集粒度不同，如果没有规定统一的采样方法，不同采样人员的采样方法与习惯不同，所采集的样品性质变化太大，也会发生可变偏倚。
不同地点的岩石、土壤、水系沉积物等的均匀性是不同的。在一个采样地点，由于物质比较均匀，重复采样比较接近；在另一个物质很不均匀的采样地点，重复采样会得出相差较大的结果。这是在区域化探采样中经常遇到的可变偏倚。
在一个地区或图幅之内出现可变偏倚，对化探的解释推断会带来严重影响，它会在图上出现假的变化趋势和假的异常。
把野外采样操作尽量标准化，可以大大抑制采样人员之间的可变偏倚。不同采样点上，由于物质的差异、局部环境的变化所引起的采样偏倚是难以避免的，今后可以设法把它们在数据的处理中进行校正。岩石出露程度、覆盖物性质及水系密度不同所造成的可变偏倚也需解释推断阶段时给以估量。
不同采样地点局部环境的变化，以及不同地点物质均匀性不同所造成的可变偏倚，如果严重也会造成假异常。若在一个地点上采集几个样品混合成一个组合样，有助于抑制可变偏倚的起伏。以后的数据处理（网格化、移动平均等）还可以进一步压低可变偏倚。通过这些措施，可以使可变偏倚减少到不致危害解释推断的程度。
至于随机误差，它在任何采样与分析工作中总是存在的。分析实验室通常使用的检查方法（随机抽若干样品，进行重复分析，计算合格率）主要是为了控制这种误差。化探分析不同于一般矿石分析，在化探分析中对于合格率笼统地规定一种标准来对待不同地区的情况与不同要求显然是不够的。往往同等变化幅度的采样与分析的随机误差，在一个地区或图幅内足以影响或歪曲元素含量的真实变化，而在另一个地区并非如此。这就必须针对具体情况作具体分析。如果在数据中没有严重的可变偏倚，则可以使用方差分析方法来检验这一地区范围内随机误差起伏是否有可能掩盖了该地区元素含量变化的真实起伏。对随机误差的检验也可以纳入误差监控系统之中。此外，数据处理（网格化、移动平均等）也可以使随机误差有所降低。
18.2.1.4 分析质量的监控方法
（1）分析质量监控的目的
在化探分析中质量监控的主要目的如下。
第一，及时发现批样之内或批样之间的可变偏倚，以便采取措施，从仪器设备、工作环境、工作条件、操作人员及方法各方面查找原因。
第二，为发现不同图幅或不同实验室之间的恒定偏倚和校正提供依据。
第三，对采样中的随机误差进行估计。
（2）分析质量监控的内容
第一，用各省制备的二级标准样（GRD系列）监控本实验室内长期工作情况下的条件与仪器稳定性。
第二，用一级标准样（GSD系列）监控各省实验室及方法之间出现的系统偏倚。
第三，用重复采样、重复分析监控采样与分析误差是否干扰或掩盖了图幅内和图幅间地球化学变异。
第四，实验室的例行内检工作按5%～10%进行。
第五，外检工作对于已通过国家计量认证获得证书的实验室，可以免于外检。其他实验室要送1%～3%的样品进行外检。
18.2.1.5 采样与分析质量的评价方法
（1）分析质量的评价
为了评价分析数据质量的可靠性，应从以下统计数据进行误差衡量。
对于送实验室分析的全部样品和要求分析的所有元素，百分之百的都能报出数据，则认为测试方法完全满足化探工作要求。若数据报出率大于80%，则认为基本满足要求。
根据每批样品插入的二级标准样品，实验室内检的重复分析和重复取样的分析数据，计算相对误差εRE（%）和相对标准偏差σRSD（%），若符合表18-6的要求，合格率大于80%，则认为分析数据可靠。
（2）采样质量的评价
为了检查采样的质量，根据重复采样的重复分析数据，应用三层套合方差分析进行评价。其方法简要介绍如下。
设在某区选定a个地点，每个地点取b个重复样品，每个样品作c次重复分析，可得三维原始数据矩阵
勘查技术工程学
要问：① 地点间差异是否显著大于样品间差异?② 样品间差异是否显著大于样品分析间差异?
可见，其实质仍是单因素方差分析，只不过问题形式有所变化，将两个单因素方差分析问题套合在一起了。在问题①中样品差异被当作随机误差，在问题②中它则被当作系统误差，通过样品形成这种套合关系。
今设
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分别为总均值、地点均值与样品均值，则
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其中：
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分别表示地点、样品与分析间的误差平方和，对应的自由度分别为：FA=a-1，FB=a（b-1），FC=ab（c-1），于是可构造以下两个统计量
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利用 FA 可检验地点间元素含量变化是否显著大于采样与分析误差，利用 FB 可检验采样误差是否大于分析误差。例，在三个地点各采二个样品，每个样品分析2 次，其分析结果见表18-7，问取样与分析误差是否能掩盖地点间差异?重复取样质量如何?计算结果列于表18-8，可见采样地点间差异是显著的，它不会被重复采样与重复分析所掩盖，而采样误差并不大于分析误差。
表18-7 分析结果表
表18-8 计算结果表
18.2.2 勘查地球化学数据处理方法
本部分只简要介绍几种常用的化探数据处理方法，有关这些方法的详细的数学描述和讨论请参阅数学地质方面的参考资料。
18.2.2.1 方差分析
方差分析是分析处理试验数据的一种方法。在地质科学与找矿勘探实践中，每种地质现象、地质过程、地质体都包含着许多相互制约、相互依存、相互矛盾的因素，如何分析这些复杂因素解决地质问题，这就是方差分析所要解决的问题。例如一套碳酸盐岩地层，肉眼是难以识别（分层）的，但可以用方差分析方法分析它们之间各种化学成分数据，找出分层的主要化学成分，从而达到分析的目的。又如岩性、蚀变与矿化的关系，沉积岩岩性的纵横变化与古地理环境的关系等方面的问题，都可以用方差分析方法解释。方差分析是两个总体参数检验的推广，是判断两个以上总体参数是否相等的问题。在化探数据处理中，常用两种方差分析方法，即固定方差分析和随机方差分析。
（1）固定方差分析
把单因素固定方差模型应用于两组数据，但该模型也可以推广到多组数据。在这一模型中，要将数据的组内变差与组间变差进行比较，如果组间变差大于组内变差，则认定两组的平均值不同。这种对比要通过F-检验来完成。
（2）随机方差分析
这种方法常用于对来源可辨的变差作对比。在勘查地球化学中，指的是分析误差、取样误差和区域变异的相对大小。在评价变化趋势时，总希望分析误差比区域变异小。为了做这种对比，首先把不同来源的变异分离开来，然后用F-检验做必要的对比。
18.2.2.2 回归分析
回归分析是处理相关关系的一种常用方法，它是以大量观测数据为基础，建立某一变量与另一变量（或几个变量）之间关系的数学表达式，是一种能从众多的变量（或预先尽可能多地考虑一些变量）中自动挑选重要变量（指标或因子），并确定其数学表达式的一种统计方法。它具有一定的统计意义和实际意义。利用这种方法可以自动地、大量地从众多可供选择的指标中，选择对建立回归方程式重要的指标。因此，它在勘查地球化学数据处理中有着广泛用途。例如：
① 圈定异常和成矿“靶区”进行矿产统计预测。
② 确定找矿标志，或用一种或几种元素的含量预测另一种难于分析的元素含量。
③ 对化探异常进行分类以便对其进行综合评价，综合解释。
④ 研究矿体产生的地球化学晕的幅度与取样地点距离矿体远近的相关关系，如在垂直方向上，它有助于推断矿体的埋深；研究矿体剥蚀深度；内生矿床分散晕的垂直分带序列等。在水平方向上，它能为评价异常或进行勘探设计提供依据。
⑤ 解决控制问题，即在一定程度下控制。变量的取值范围，应立足在指定的范围内取值。
⑥ 可用来建立各种找矿模式，发现新的找矿线索等。概括起来说，回归分析可以解决预测问题和控制问题。
18.2.2.3 移动平均分析
在区域地球化学和环境背景研究中，常常要进行大量的采样测试工作。人们发现，在不同采样位置上采样测试结果是不均一的，如果将一条观测线上采样的测试值顺序连接起来，则形成一条元素含量变化的折线，平面上元素含量值变化就更复杂了。在这种情况下，在数据图上主观勾绘元素等值线图或用线性插值方法勾绘等值线图来描述区域元素分布规律是困难的，往往得到的等值线图是粗略的、随意的，不能反映非线性变化的特点，对于这一类问题可以用移动平均分析方法来解决。移动平均分析方法是在矿山开采实践中产生的，最初是用该法降低品位方差进行矿床储量计算。现在人们通常用移动平均分析方法来光滑数据曲线，光滑平面数据曲面。它能消除采样测试误差，从而清晰地显示出元素区域性分布规律和变化趋势。实际上它是一种低通的滤波方法。由于这种方法运算简单，广泛地应用于区域地球化学数据处理及需要光滑曲线、曲面的研究与实践工作中。
18.2.2.4 趋势分析
趋势分析是一种研究随机变量在空间位置上变化规律的数理统计方法。它用某种数学模型去拟合实测模型。在地质工作中经常需要研究某种地质特征的空间分布特征与变化规律。例如，为了查明某一地区的地质构造，需要研究某些地层单位的厚度或某一标准层的高程在该地区内的系统变化；为了了解某一岩浆侵入体物质成分空间变化特征，需要研究其矿物成分或化学成分在该岩体内的变化规律；又如在化探工作中为了发现矿化异常，需要研究化学元素在测区内的“区域趋势”和“局部异常”。地质上的这些变量常常随空间位置的变化而改变，可以说它们是空间位置的函数。这种随机变量可借用地质统计学中的一个名词——区域化变量来称呼它们，或者简单地理解为空间变量。
趋势分析根据数学手段和方法的不同，可以分为滑动平均（或叫移动平均）、多项式拟合趋势分析和调和趋势分析。
趋势分析依空间的维数，又可分为一维、二维和三维。对于多项式趋势分析，不同维中按自变量的最高次数，又可分为一次、二次…六次，等等。一般说，多项式次数愈高，则趋势面与实测数据偏差愈小，但是还不能说它与实际情况最符合，这还要在实践中检验。一般说变化较为缓和资料配合较低次数的趋势面，就可以比较好地反映区域背景；而变化复杂起伏较多的资料，配合的趋势面可以适当高一些。
由于地球化学变量在空间上表现为既有随机性，又有结构性（受周围点的含量控制），因此可以采用趋势分析来进行研究。
趋势分析的任务主要是确定测区中地球化学变量空间分布的数学模型和区分测区中地球化学变量的“区域变化趋势”和“局部异常”。
18.2.2.5 判别分析
判别分析是对样品进行分类的一种多元统计方法，它在化探中的应用成效最为显著。它的工作过程大体可以分成两个阶段：第一阶段是选择已知归属的对照组（或叫培训组），并用对照组的分析数据建立判别方程式。第二阶段是把未知归属的样品的分析结果，代入判别方程，算出结果后就可以确定其归属。当然实际工作中需要根据多元素进行判别。
决定判别效果好坏的是对照组的精心挑选和判别变量的合理决定。前者不但要求有代表性，即每一类都有一定的数量，而且要求判别变量在同一组内的差异要小而在不同组内差别要大。所以需要通过对比不同的变量组合来选择最佳的判别方程。为了取得对照组样品，一方面可以选用已知的地质单元内的样品，如得不到足够的资料，则可以先在全体数据中选择部分有代表性的样品进行聚类分析，然后将其结果作为对照组。当然，决定判别成效的最终根据不在于判别对象确定是可判别的，这一点可以用统计检验来证实。
一旦判别方程建立后，就可以对样品进行逐个判别，因此它不受样品数目的限制，适用于大量常规化探样品。
18.2.2.6 聚类分析
聚类分析又称点群分析、群分析和丛分析。它是根据样品所具有的多种指标，定量地确定各种样品（或变量）相互间的亲疏组合关系的方法。按照它们亲疏的差异程度进行定量的分类，以谱系图形式直观地加以描述。聚类分析在勘查地球化学数据处理方面有广泛的应用。如了解成矿元素究竟和哪些因素有关；找出和成矿元素伴生的相关元素，以利用和成矿元素关系密切的其他元素为找矿标志；研究次生分散晕中异常元素究竟和哪些元素共生组合在一起；根据已知矿床（点）的成矿元素组合特征预测成矿远景区。根据分类对象，聚类分析可分为Q型和R型两种。
虽然聚类分析可以按测定项目分类（R式），也可以按样品分类（Q类）。Q式用途较大，因为经验证明，R式聚类分析往往只是证实一下元素的共生关系，这往往是众所周知的，没有增加新知。Q式树枝图却提供了宝贵的资料。
18.2.2.7 因子分析
因子分析是用来研究一组变量的相关性，或用来研究相关矩阵（或协方差矩阵）内部结构的一种多元统计分析方法。它将多个变量综合成为少数的“因子”，也就是在较少损失原始数据信息的前提下，用少量的因子去代替原始的变量，从而达到对原始变量的分类，揭露原始变量之间的内在联系。
因子分析从以下三个方面为地质工作中的成因推理提供重大帮助。
（1）压缩原始数据
地质人员在研究每一个地质问题时都希望获取尽可能多的数据，而在最终综合这些数据以形成地质成因概念则又会为面对这大量复杂的、通常又是相互矛盾的数据而深感苦恼。简单地说，地质人员在收集数据时总希望尽可能多，而在分析、综合数据时又希望尽可能少。因子分析恰恰提供了一条科学的、逻辑的途径，能把大量的原始数据大大精简，以利于地质人员进行综合分析。这种精简又以不影响主要地质结论的精确性为前提，或者说是在不损失地质成因信息的前提下进行的。
（2）指示成因推理的方向
在形成成因结论的过程中，人们的思维和推理是最重要的一环。从大量复杂的地质数据中理出一个成因的头绪并不是一件容易的事。不同的人对同一组地质数据，往往导出不同的成因结论，其原因是人们在推理过程中掺入了主观、片面的意见。因子分析有可能把庞杂的原始数据按成因上的联系进行归纳、整理、精炼和分类，理出几条比较客观的成因线索，为地质人员提供逻辑推理的方向，帮助他们导出正确的成因结论。
（3）分解叠加的地质过程
现在所看到的地质现象往往是多种成因过程叠加的产物，既有时间上不同过程的叠加，又有空间上不同过程的叠加，各个过程互相干扰，互相掩盖，造成了地质成因研究的复杂化。因子分析能提供从复合过程中弄清每个单一过程的性质和特征的途径。
因子分析在地质成因研究中，潜在的解决地质问题的能力是很大的，但是并非使用因子分析就能完全克服成因研究中的各种困难。
因子分析（广义）可以分为R型因子分析、Q型因子分析和R-Q型因子分析。R型因子分析用来研究变量之间的相关关系；Q型因子分析用来研究样品之间的相关关系；R-Q型因子分析用来研究变量与样品间的对应关系。
18.2.2.8 对应分析
在地质和化探数据的统计分析中，经常要处理三种关系：即变量之间的关系，样品之间的关系以及样品和变量之间的关系。因子分析中提出了R型分析和Q型分析，它们分别可以用来研究变量之间和样品之间的关系，两种因子分析通常是分别进行，甚至只作R型因子分析，不作Q型因子分析；或者只作Q型因子分析，不作R型因子分析。这样人为地把R型和Q型分析割裂开来，结果漏掉了许多有用的信息。地质成因问题是通过不同特征的样品表现出来的，因此，成因与样品是有联系的。R型分析和Q型分析之间不可分割，有一种对应关系。
另外，一般来说，在原始数据矩阵中，样品的数目远远超过变量数目，这样就给Q型分析的计算带来极大的困难。如果有100个样品，每个样品测定10个指标，这样R型分析只要计算一个（10×10）阶相关矩阵的特征值和特征向量，而进行Q型分析就要计算阶数大得多的矩阵的特征值和特征向量，这给计算带来极大的困难。于是人们就设法从R型分析的结果推导Q型分析的特征值和特征向量。
对应分析就是把R型分析与Q型分析统一起来，把变量和样品同时反映到相同坐标轴（因子轴）的一张图上，这样就便于地质解释与推断。对应分析点聚图中，变量点群表示了具有同一地质作用的元素组合，样品点群表示了相同类型的样品，而且样品点群的地质成因是由它们邻近的变量所表征。这就有助于对样品类型的地质解释，同时通过样品在空间的分布可以了解地质过程的空间关系。
18.2.2.9 相关分析
相关分析研究变量与变量之间的关系，这是整理化探资料一定要碰到的问题，例如各指示元素之间的消长关系，次生晕总金属量与矿床规模的依赖关系，铁帽中残存金属含量与原始品位的关系等等。如能灵活应用相关分析提供的方法，则可以在资料处理中发掘出很有价值的信息。相关分析还能帮助建立经验公式，一些更高一级的统计分析也往往是通过相关分析进行的，因此它是最常应用的一种方法。
相关分析的内容很多，理论与方法都比较成熟，按变量的性质可分为正态与非正态两类；按变量间关系的性质，可分线性与非线性二类；按涉及变量的多少，可分成二元及多元等。当然，最简单的是二元线性正态相关分析，其他各种类型的相关分析可以通过变量转换或取舍，转化成线性正态模型。
在作相关分析时，切忌盲目用公式，最好先作散点图。在图上看出有些关系明明很有规律，但算出的线性相关系数为零；有些相关关系只存在于一定的含量值以下，如某地超基性岩中Ni和Mg的相关关系，只在Ni含量低于1000×10-6时存在，超过1000×10-6时与Mg不相关。研究Fe、Mn对重金属吸附时也曾发现，异常的Cu、Zn就与Fe、Mn含量不相关，这都是由于存在形式改变所致。因为高含量时，Ni、Cu、Zn等有自己的独立矿物出现，故影响了同其他元素的相关性。
相关性的好坏由相关系数来度量。必须指出，相关系数受个别特高点的影响很大，有时，甚至只是因为包含了一个特高点，把相关系数由0.2“提高”到0.9。原始数据进行对数转换能缓和这种影响。参加计算的数据对越多越好，但不要把不同总体的样品混在一起。为了避免对分布型式的依赖，过去曾经引入过一些非参数性的相关系数，如秩相关系数、中位数四分法相关系数等。经验证明，只要对原始数据作适当的筛选，常用的相关系数（皮尔逊相关系数）仍是最稳健的统计量，相关系数的统计检验已有现成的表格可查，凡超过临界值者，表示相关显著。
I. 地球化学勘查的概念及任务
地热田的地球化学勘查(简称地热化探)就是地球化学在地热领域中的应用。它通过研究溶于地热流体中的化学元素与热储层温度、压力、热储层岩性之间的关系及其在地表的异常显示,来圈定地热异常区,查明地热流体的地球化学特征、补给来源和年龄、径流条件、排泄方式等。在地热研究中,地球化学勘查方法始终是了解地热田的重要手段。地下热水以液态或气态赋存于地质体的孔隙或裂隙中,并与围岩相互作用,溶解了各类化学物质,从而反映了其赋存环境的众多地质信息。其中的某些微量元素或放射性物质可通过断裂构造或孔、裂隙从地下深处运移至地表并被土壤吸附而富集,从而可作为地热活动的指示剂。参照《地热资源地质勘查规范》(GB/T11615—2010),地球化学勘查的主要任务如下:
1)采用多种地球化学地面调查方法,确定地热异常分布范围。
2)采取具有代表性的地热流体(泉、井)、常温地下水、地表水、大气降水等样品进行化验分析,对比分析它们与地热流体的关系。
3)进行温标计算,推断深部热储温度。
4)测定稳定同位素和放射性同位素,推断地热流体的成因与年龄。
5)计算地热流体中的Cl/B,C1/F,C1/SiO2等组分的比率,对比分析地热流体和冷水间的关系及其变化趋势,并进行水、岩均衡计算。
6)对地表岩石和勘探井岩心中的水热蚀变矿物进行取样鉴定,分析推断地热活动特征及其发展历史。