应用地球化学：5水化学

勘查地球化学第四章 水化学测量概念第一节水化学异常的形成第二节天然水的化学成分及水化学类型第三节水化学异常特征第四节水文地球化学测量方法勘查地球化学第四章 水化学测量系统地采集地表水或地下水（如河水、湖水、泉水、井水）的样品，分析水中微迹元素及其他地球化学特征，发现与矿化有关的水化学异常，以寻找矿床的地球化学勘查方法。概念勘查地球化学第四章 水化学测量水文地球化学异常又称水化学异常，它是地表水和地下水溶解了矿体及其原生晕、次生晕中的某些组分，在天然水体中形成的地球化学异常。是次生地球化学异常的一种。概念勘查地球化学第四章 水化学测量水文地球化学异常同岩石、土壤、水系沉积物地球化学异常相比，具有更为广泛的地球化学标志，除金属阳离子的含量外，还包括阴离子和阴离子团的含量（如Cl-、SO42-等），还包括水溶液的pH、Eh值等。而且包括一些在固态样品中不存在的某些亚稳定态过渡性离子种类，如HS-、S2O32-等。概念第四章 水化学测量水文地球化学异常形成原理示意图1、砂岩；2、页岩；3、花岗岩；4、断裂带；5、矿体；6、残坡积层7、冲积层；8、泉水面；9、下降泉；10、上升泉；11、地下水异常概念勘查地球化学第四章 水化学测量由于原生矿物及大多数次生矿物在水中的溶解度极低，再加上水的稀释作用，所以水化学异常的浓度值远低于岩石、土壤地球化学异常的含量值（ppb或ng/ml）。概念勘查地球化学第四章 水化学测量第一节异常形成

一、矿物的溶解作用

能形成水化学异常主要是那些成矿物质本身在天然水中有较大溶解度的矿床，以及那些虽然成矿物质本身在天然水中的溶解度并不大，但在表生条件下由于氧化作用，易于转化为易溶产物的矿床。如各种盐类矿床、石油、天然气矿床、金属硫化物矿床及放射性铀矿床的等，都比较有利干水化学异常的形成。如盐类矿床中K、Na、Ca、Mg的卤化物和硫酸盐，石油·天然气矿床上方的烃类气体在水中有较大的溶解度，可以通过直接溶解而形成水化学异常。勘查地球化学第四章 水化学测量

一、矿物的溶解作用

一般情况下，金属硫化物的溶铲度是很小的，但在表生带游离氧的作用下，能形成易溶的硫酸盐及游离硫酸，使水的pH降低，金属离子浓度增高。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

一、矿物的溶解作用某些金属硫化物及磷酸盐在水中的溶解度

第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

二、硫化物的电化学溶解作用

研究表明，赋存在近地表的金属硫化物矿床附近，不仅由于金属硫化物的氧化作用可以引起水化学异常，而且金属硫化物的电化学溶解作用也可引起水化学异常。金属硫化物矿床中共生矿物的电极电位差别越大，越有利于电化学溶解。因此，多金属硫化物矿床，铜一镍硫化物矿床，和斑岩铜一钼矿床有利于电化学异常的发育。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

三、微生物的作用

微生物活动通过分泌有机酸和生物触媒，加速矿物的分解。无论在岩石、士壤、地表水和地下水中均有傲生物的活动和发育，并且在长期的地质历史发展过程中，微生物具有在不同环境下生存的能力。它既可以见之于冰点以下氧化带的岩石、土壤中，也可在还原环境高温热水中发现。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

四、络合作用

土壤水中的物质成分有相当一部分是以配位化合物的形式存在。由于络合物的溶解度较大，因此，当地壳中某些金属元素形成配位化合物后，易溶于水，而较稳定的配位离子在水中易迁移。迁移过程中，若外部条件改变，配位化合物遭到破坏并与水作用，生成难溶化合物，重新沉淀下来。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

四、影响配合物的因素

（一）中心离子的性质金属离子的电荷越大和半径越小，配离子越稳定

（二）配体的性质配体的碱性愈强，该配体和中心离子形成的配离子愈稳定

（三）外界的影响对放热反应，温度升高，稳定常数K稳下降。增大压力，配离子的离解度一般增大。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

四、微生物的作用

据实验，将硫化矿石粉末放人消毒过的器皿中进行细菌培养，经过一段时间后，在溶液中即可检出金属元素。如用闪锌矿进行细菌培养，经过一昼夜后，析出Fe2+杏8.2g/l,Fe3+9.4g/L，Zn，0.01g/L。pH值也从开始的2.5增加到3.5。在各种物理化学条件下，金的稳定性是众所用知的事实，甚至浓的酸溶液也不能溶解金。然而在某些植物体中富集有金，在金矿床的矿化水中总是含有一定数量的金，说明金在自然界有较大的迁移。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量

一、元素进入地下水后的迁移

（一）弥散迁移

在多孔介质中，两种不同成分的可以混溶的液体之间，存在一个不断加宽、浓度由高到低的过渡混合带，这种现象称为〔水动力）弥散。弥散迁移可分为分子弥散迁移和机械弥散迁移：第一节异常形成－迁移勘查地球化学第四章 水化学测量

一、元素进入地下水后的迁移

（一）弥散迁移-分子弥散迁移

由于液体中所含溶质的浓度不均一，在浓度梯度的作用下，引起的溶质从高浓度向低浓度的定向扩散，以求浓度趋于均一的现象。温度增高，扩散系数增大。第一节异常形成－迁移勘查地球化学第四章 水化学测量

一、元素进入地下水后的迁移

（一）弥散迁移-机械弥散迁移

由于地下水在多孔介质中的渗流速度很不均匀，流速大的将溶质迁移得远，流速小则迁移得近。机械弥散迁移又可分为微观机械弥散迁移和宏观机械弥散迁移。第一节异常形成－迁移勘查地球化学第四章 水化学测量实践证明，水化学异常对于寻找各种金属硫化物矿床、放射性铀矿床、石油、天然气矿床及各种盐类、磷、硼非金屈矿床方面可以发挥独特的作用，如我国江西德兴斑岩铜矿、江西其盐矿及若干放射性铀矿床的发现，水化学方法都想了重要的作用。同时，由于地下水循环较深，有利干将深部的成矿物质迁移至地表，因此，水化学方法是当前寻找盲矿有较大潜力的方法之一。第一节异常形成勘查地球化学第四章 水化学测量水化学异常的形成，与各种疏松物中的水成异常和生物地球化学异常的存在有着密切的关系。它们在组分特征方面有着共同性，而在空间分布和含量特征方面，往往互相制约和互相联系的。如在地表水流中，某些元素含量较高，而在水系沉积物中其含量反而较低。所以，对于水化学异常特征的深人了解，有利于疏松物中水成异常和生物地球化学异常的发现和评价等。水化学方法也是区城地质调查的主要手段之一。第一节异常形成图解勘查地球化学第四章 水化学测量第一节异常形成水化学异常与水系沉积物异常空间分离据霍克斯，一九六二年勘查地球化学第四章 水化学测量第一节异常形成水化学异常与水系沉积物异常空间分离黑龙江大兴安岭白卡鲁山地区勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型一、天然水的一般成分天然水溶液的化学成分相当散杂。根现代分析技术，在天然水中巳发现有近8O种元亲。它们多以离子、原子、分子、化合物和络合物等溶解于水的无机化合物形式存在。同时，也可以溶解于水中的有机物质、气体以及存在于微生物体中。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型1、无机物成分大量组分主要是指Cl、S、C、Na、Mg、Ca、K以及H、N、Si、P、Fe、Al等。微量组分一般是指平均含量低于10mg/L的Br、I、B、F、Pb、Zn、Rb、Sr、Ba、Mo、Cu、Co、V、W、Sb等。它们不决定地下水的化化学类型，但对于水化学找矿有重要意义。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型2、有机成分地下水中广泛分布不同类型的有机物质，如氨基酸、蛋白质、糖、有机酸、烃类、苯酚衍生物等。精确测定各种有机物极为困难，一般通过测量有机碳的含量来估算。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型3、气体成分地下水中溶解的气体有：O2、CO2、H2S等。它们主要来源于大气，其次来源于岩层中生物化学作用、岩石的变质作用和放射性衰变作用。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型4、微生物地下水中细菌，可分为喜氧细菌和厌氧细菌。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型5、河水河水是大气降水经地面径流汇集而成，沿途广泛接触岩石和天然，并与地下水相互交流，组成与地下水相似，但与岩石矿物成分及气候条件有关。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型二、天然水的水化学类型天然水的按矿化度进行划分：矿化度－水中所含各种离子、分子及化合物的总量，以g/L表示。

1、淡水型：总矿化度<1g/L,水呈中性或弱碱性。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型二、天然水的水化学类型2、重碳酸盐型：总矿化度0.3～4g/L,水呈中性或弱碱性，其中HCO3-含量占优势。3、磷酸盐型水：总矿化度1～10g/L,水呈酸性或弱酸性，含有一定量的SO42-。勘查地球化学第四章 水化学测量第二节天然水的化学成分及水化学类型二、天然水的水化学类型4、氯化物型：总矿化度高,一般大于5g/L,水呈中性或弱碱性，含有大量NaCl。勘查地球化学第四章 水化学测量第三节几种主要类型矿床的水文地球化学异常特点一、金属硫化物矿床的水化学异常2FeS+7O2＋2H2O2FeSO4+H2SO4+CuSO4

ZnS(闪锌矿)+202ZnSO4。

PbS(方铅矿)+2O2PbSO4。勘查地球化学第四章 水化学测量第三节几种主要类型矿床的水文地球化学异常特点一、金属硫化物矿床的水化学异常金属硫化物矿床水化学异常特征：1、水的pH值较的低；2、水中SO42-的浓度相对较高；3、水中成矿金属元素及其伴生元素的含量增高。勘查地球化学第四章 水化学测量第三节几种主要类型矿床的水文地球化学异常特点二、盐类矿床的水化学异常金属硫化物矿床水化学异常特征：1、矿区地下水或泉水的水化学类型，主要是高矿化度（>5g/L)的碳酸盐、硫酸盐、氯化物型水；2、出现以碱金属和卤素元素为主的水化学异常。勘查地球化学第四章 水化学测量第三节几种主要类型矿床的水文地球化学异常特点三、放射性铀矿床的水化学异常由于铀、镭、氡水化学异常的形成，受多种因素的影响，它们单一异常及组合异常的找矿意义，需要根据地质及水文地质条件进行具体、认真地分析。同时，地下水中铀、镭、氡异常含量的指标，明显受自然地理条件的影响，不可能有统一的指标，需要通过不同角度的对比去发现异常。勘查地球化学第四章 水化学测量第四节水文地球化学测量方法一、方法的优缺点1、优点(1)水易于取样(2)在覆盖区或深风化区(特别是在区城范围内)很有用;(3)很容易获取阴离子(F-、SO42-

等）的资料。阴离子是有用的探途元素;勘查地球化学第四章 水化学测量1、优点(4)解释物种形成、饱和度指数和物质移动的计算机模型业已存在;(5)由于水和矿化相接触，所以具有直接发现隐伏矿床的潜力;(6)在为其他目的如环境和水文研究所建立的数据库中已经存储了大量有关的数据。第四节水文地球化学测量方法勘查地球化学第四章 水化学测量2、缺点1)作为时间函数，水的成分变化相当大;2)如需要保存和过滤，则取样闲难;3)浓度低就相应要求特殊的分析方法。不过新的分析技术已经解决了一些分析上的难题，但成本相对较高第四节水文地球化学测量方法勘查地球化学第四章 水化学测量2、缺点4)由于水本来就不稳定，所以样品不能“存档”;5)测量结果的正确解释要求在野外对水系和水流轨迹单独进行研究。6)水的化学性质会受诸如水流轨迹、吸附作用和与含水层或沉积矿物再平衡作用等“外部”因索的影响。第四节水文地球化学测量方法勘查地球化学第四章 水化学测量二、采样点布置

水化学找矿需来水样的数量和采样点的分布，主要取决干水文地球化学调查的比例尺和任务。也决定干调查区的研究程度，地质构造复杂程度及区内的地球化学环境。在野外应利用一切地下水的天然露头及人工露头进行调查，以查明与矿体有关的异常水。所谓地下水的天然露头主要是泉；地下水的人工露头是指水井、钻孔、开采坑道中的渗出水和污水。第四节水文地球化学测量方法勘查地球化学第四章 水化学测量二、采样点布置必要时，可采自地表水、河、溪、湖、沼译以及流往地表的矿山工程中的水。利用地表水溪作为谓查对象时，最好在旱季进行。因为在此期间，地表河溪的水流主要是由地下水补给的，水的化学成分基本上能代表地下水的特征，能起到泉水同样的效果。第四节水文地球化学测量方法勘查地球化学第四章 水化学测量二、采样点布置第四节水文地球化学测量方法高山景观勘查地球化学第四章 水化学测量二、采样点布置第四节水文地球化学测量方法中山和低山景观勘查地球化学第四章 水化学测量三、采集水样的方法和技术

1、水样瓶需用10%的盐酸溶液或热洗液被处理，然后用蒸馏水洗涤数次，并用玻璃塞或用处理过硬软木塞塞紧。

2、