勘查地球化學-生物勘查地球化學

-----第七章勘查地球化學第七節(jié)生物勘查地球化學一、生物地球化學異常概念二、生物地球化學異常的基本特征三、生物勘查地球化學工作方法四、地植物學異常五、遙感地植物學異常一、生物地球化學異常概念生物與其生存環(huán)境是一個統(tǒng)一體。當土壤、巖石、水體及大氣中存在地球化學異常時，必然會對生長在其中的生物發(fā)生影響：出現特殊的種屬以至植物區(qū)系。相應地在勘查地球化學中把前者叫做生物地球化學異常，后者叫做地植物學異常。二、生物地球化學異常的基本特征1．灰分在植物體內的含量新鮮的植物，一般含水75—90%，干燥物質占25—10%，干燥物質中，氧占42%，碳占45%，氫占6.5%，這三者通過灰化除去，留下約6.5%的灰份。實際含量隨植物的品種、器官、年齡而變。植物灰份的基本化學成分是磷酸鹽及硝酸鹽，再加上少量硅酸鹽、碳酸鹽、氧化物及氯化物。這些化合物形式可能并不是植物體內的原始存在形式，而只是在灰化時形成的。2．植物灰分的化學成分土壤中的含量與植物灰份中的含量之間的一般關系如下圖所示。在圖上可分出三個區(qū)域，當土壤中的含量不高時，兩者呈現某種正相關關系（Ⅰ區(qū)）；當土壤中的含量達到一定濃度時，灰份中的含量呈現某種飽和趨勢（Ⅱ區(qū)），這說明植物對該元素的生理要求已經滿足，從而抗拒過多地吸收；當土壤中的含量過高時（Ⅲ區(qū)），灰份中的含量急劇上升或反而下降，此時植物發(fā)生中毒癥狀，甚至枯黃。然而有些植物，卻能逐步適應這種條件而形成新的品種，成為指示植物。Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)土壤植物蘇聯(lián)學者А.л.Кoвалевский（1984）的研究表明，不同生物種屬具有生理—生物化學屏障的自我保護功能，并將生物體分為四類：

a.非屏障生物，其含量與土壤介質中元素含量（可溶解吸收部分）成線性比例，是一種無障礙吸收的生物。對于礦產勘查來說是最優(yōu)選擇的種屬。b.半屏障生物，富集限度為30—300倍，具有良好的礦產勘查意義。c.屏障生物，富集限度為3—30倍，礦是勘查能取得滿意的效果。d.背景障生物，與生物生長土壤背景接近的富集能力。3．植物對金屬元素的吸收據植物生理學研究，植物可以通過根系及葉子兩條渠道獲得養(yǎng)料，當然以前者為主。植物根系吸收土壤中的化學元素，主要是在根尖進行的，植物只能吸收溶解狀態(tài)的成分，然而，像Si、Ti、Au這一類化學性質十分穩(wěn)定的元素能在植物灰份中存在，使人們猜想，可能植物根尖能分泌某些有機或生物觸媒使局部范圍的離子交換與化學溶解大大地加速。進入植物體內的元素有不同的情況。一類是所謂營養(yǎng)元素，早在上世紀末，就已知C、H、N、O、P、S、K、Ca、Mg、Fe、B、Cl、Cu、Mn、Zn及Mo對所有植物是必不可少的，各元素都有一定的植物生理功能，如Ca用于穩(wěn)定細胞膜；Cu、Mn、Zn、Mo是活化植物酶所必需的；S組成蛋白質；Mg含在葉綠素中等等。顯然，這部分含量沒有找礦意義。通過木質部向上運移至葉子，但根中不是盲目的輸送，而是有區(qū)別地把多余部份阻留在根部。當葉子快落時，一些元素倒流回木質部。這就造成灰份中元素含量的季節(jié)性變化。4．影響植物吸收的因素（1）植物的種屬（2）植物的器官（3）植物器官的年齡（4）器官的健康狀況（5）土壤的pH值（6）植物的根系（7）樣品的取向（8）植物器官內元素的分布（9）地下水狀況（10）互促互斥元素的存在

三、生物勘查地球化學工作方法1．礦種和工區(qū)的選擇根據現有的文獻資料，能產生生物地球化學異常的元素有：Ni、Co、Zn、Cu、Sn、Ag、Hg、Cr、Mn、Fe、Au、W、Mo、V和U等，特別是多金屬硫化物礦床，氧化形成易溶金屬離子，有利于植物吸收產生生物地球化學異常，而分析過的元素還不止這些，如As、Se、Te、I等伴生元素也應列入。對于典型重砂礦物中的元素，雖然難溶于水，但仍能形成生物地球化學異常，很可能是某種未知的生物化學過程所致，如Au的生物地球化學異常，曾經引起相當多的研究。2．試驗工作通過試驗工作，要確定工作地區(qū)主要植物種屬的分布情況及它們的生物積聚系數，以便選定取樣種屬。3．取樣方法取樣季節(jié)以春、秋為好，因為春季各種植物生長旺盛，微量元素的需要量或挾帶量大，而秋季則種子趨于成熟，葉子行將凋落，植物灰份的含量較高。4．樣品加工與分析一般的步驟包括：干燥—研細—稱重（W1）—灰化（400℃—500℃）—稱重（W2）—分析?；一^程一方面要保證徹底，不留碳質，另一方面要防止微量元素的損失。注意不要讓樣品著火，但又要保證有足夠的氧氣供應使有機物徹底分解。通常在450℃溫度下灰化損失最小。如要分析揮發(fā)性元素，如As、Hg等，則最好用濕法硝化，即用強烈的無機酸如過氯酸—硝酸，硫酸—硝酸來破壞有機物。5．異常的解釋四、地植物學異常1．指標植物某些植物與一定的地質條件相聯(lián)系。這種植物叫指示植物。海州香薷（rú）（銅草）為一年生草本植物，銅草喜弱酸性砂質含Cu400ppm以上的土壤，而且隨著土壤中Cu含量升高及pH降低，由稀疏高大多分枝的植侏變?yōu)槊芗环种Φ氖菪≈仓?，并且紅色調加重，甚至幼年植株的莖已呈暗紫色。鈾礦指示植物箭葉堇菜。瞿（qú）麥的線條圖，它是長江中下游地區(qū)鉛—鋅礦化的指示植物。瞿麥花雙子葉植物；五椏果亞綱；科名：堇菜科Violaceae

一年生無毛草本；莖高約30厘米，多分枝?；~有長柄，葉片近圓心形；莖生葉卵狀長圓形或寬披針形，邊緣有圓鈍鋸齒；托葉大，基部羽狀深裂。花大，直徑3—6厘米，通常每朵花有蘭紫、白、黃三色；花瓣近圓形，假面狀，覆瓦狀排列，距短而鈍?；ㄆ诖杭局燎锛尽?/p>

原產歐洲。各庭園都有栽培，我國各大城市也都有栽培，為現貨植物。

莖、葉含三色堇黃甙；花含蕓香甙、揮發(fā)油、皂甙、維生素A．C。雙子葉植物；五椏果亞綱；紫花堇菜

雙子葉植物；五椏果亞綱；心葉堇菜

2．指示植物群體特征觀察證明，單一指示植物的指示意義往往不很確切。因為指示植物可以在礦床上生長，但也見于一般地區(qū)，只是出現的頻率不同。如果根據若干種植物的共生關系，則指示作用將更為可靠。同種植物的許多單株集中生長，叫做群落，許多群落組成一個群叢。為了研究植物的群叢特征，通常是采用“觀察方”的辦法，即在礦床上或礦化區(qū)內與背景地區(qū)（對照地區(qū)）各選擇若干地形與土壤大體相同的地點，劃出一個小面積，例如2×2m見方。面積的大小由試驗決定，其方法是逐步擴大面積，直到很少再有新的種屬進來為止?！坝^察方”劃定后，詳細鑒定及統(tǒng)計落在方內的植物種屬與數目。3．植物毒理及生態(tài)變異宋慈安等，2010宋慈安等，2010五、遙感地植物學異常在航空照片及衛(wèi)星照片上，特別是多光譜掃描及彩色攝影所得的圖象上，植物種屬的分布，季相（包括植株大小、高低、稀密）都可以反映出來，低空航照甚至可以分辨單棵樹木，所以地植物學知識對于遙感資料的地質解釋是非常有用的。在地植物調查中最有用的波段是可見光與近紅外光。為不同植物在這一波段上的反射率譜，從圖上看出各種植物是不一樣的。同種植物的反射率在正常區(qū)與異常區(qū)不同，因而可在遙感圖上區(qū)分。實例：鉛鋅礦區(qū)馬尾松波譜特征與微量元素相關性分析李高飛，胡光道，鉛鋅礦區(qū)馬尾松波譜特征與微量元素相關性分析，2010圖為經過處理的美國喬治亞州首府亞特蘭大城衛(wèi)星遙感圖像，城市中的樹木和其它植物用紅色表示，樓群、街道和其它城市地面建筑用其它顏色表示。南方網訊人們一直以來都認為城市和大自然之間向來是無法融合的兩個對立體系，但是最近一項由美國國家航天局（NASA）資助的研究項目發(fā)現，由于城市中象鋼筋水泥叢林一樣的大量建筑物向外界釋放出更多熱量的原因，種植在城市里的各種植物同野外地區(qū)生長的植物比起來，每年呈現綠色狀態(tài)的時間顯得更長本章小結重點掌握：水化學異常的形成：礦物的氧化與溶解作用，電化學溶解和微生物、生物，有機酸溶解。水化學異常組分