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地球化学技术在勘查中的应用与前景展望地球化学技术是一种综合利用地球化学、地质学、环境科学等相关学科知识和方法，通过对地球表层物质的成分、结构、性质及其变化规律的研究，来揭示地球内部构造、矿产资源分布、环境污染等信息的一门技术。
地球化学技术在勘查中的应用已经取得了显著的成果，并且具有广阔的前景。
首先，地球化学技术在矿产资源勘查中发挥着重要作用。
通过分析矿石、岩石和土壤样品中的元素含量和组成，可以确定矿床的类型、规模和储量等关键信息。
例如，通过对矿石中金属元素的分析，可以判断出金矿床的存在与否，并进一步评估其开采潜力。
此外，地球化学技术还可以帮助确定矿床的成因和演化过程，为矿床的勘探和开发提供科学依据。
其次，地球化学技术在环境监测和污染治理中具有重要意义。
随着工业化进程的加快和人类活动的增加，环境污染问题日益突出。
地球化学技术可以通过分析土壤、水体和大气中的有害物质含量，评估环境污染的程度和影响范围。
同时，地球化学技术还可以追踪污染物的来源和迁移路径，为环境治理提供科学依据。
例如，通过对土壤中重金属元素的分析，可以确定污染源，并制定相应的治理措施。
此外，地球化学技术在水资源勘查和管理中也发挥着重要作用。
水是人类生活和经济发展的基础资源，而地球化学技术可以通过分析水体中的溶解物质、微量元素和同位素组成，判断水源的类型、水质的优劣以及水资源的可持续利用性。
例如，通过对地下水中同位素的分析，可以判断水源的补给方式和水体的循环过程，为合理开发和管理水资源提供科学依据。
未来，随着地球化学技术的不断发展和创新，其在勘查中的应用前景将更加广阔。
一方面，随着分析技术的提高和仪器设备的更新，地球化学技术可以更加精确地分析样品中的元素含量和组成，提供更可靠的勘查数据。
另一方面，随着数据处理和模型建立技术的进步，地球化学技术可以更好地揭示地球内部构造、矿产资源分布和环境演变规律，为勘查工作提供更全面的信息。
总之，地球化学技术在勘查中的应用已经取得了显著的成果，并且具有广阔的前景。
浅谈地球化学勘查新技术应用【摘要】地球化学勘查是通过系统测量天然物质的地球化学性质，发现各种类型的地球化学异常的一种调查方法。
地球化学勘查的核心是方法技术，准确地认识自然规律和把握自然规律，将决定方法技术和选择方法技术的正确性，而正确的方法技术又反过来服务于自然界规律的新发现与新认识。
本文将介绍地球化学勘查技术的的原理和发展现状及在不同地貌景观下的应用来探讨地球化学勘查新技术的应用情况和发展趋势。
【关键词】地球化学；勘查新技术；应用地球化学勘查诞生于二十世纪三十年代初，通过研究地球化学分散模式，根据分散模式所形成的地球化学异常去追踪和发现矿床。
勘查地球化学继承了人类凭着经验用肉眼去观察矿化露头或矿化引起的蚀变标志进行直接找矿的传统，又凭借着分析技术，将辨认矿化直接信息的能力从人类肉眼的万分之几提高到百万分之几或亿分之几，使得对矿化信息的分辨能力大大提高。
地球化学勘查采用科学的方法技术和地球化学异常的线索来找寻矿床，不断扩大其应用范围，它不仅可用于找矿，还可为解决环境污染、农业、畜牧业、地方病以及各种地质问题提供有价值的资料。
以下本文将介绍地球化学勘查技术的的原理和发展现状及在不同地貌景观下的应用来探讨地球化学勘查新技术的应用情况和发展趋势。
1 地球化学勘查技术基本原理及发展现状地球化学勘查称为地球化学找矿，简称为化探，顾名思义，就是利用化学方法进行找矿。
具体地讲，地球化学勘查是研究元素在集中分散过程中于矿体周围各类物质中形成的地球化学异常与矿床的时间、空间的成因联系，研究各类介质中地球化学异常形成机制、影响因素、发现异常和解释评价异常的方法技术。
以找矿为目的地球化学勘探必须查明与矿床有关元素在矿体及其形成原因。
在查明与矿床有关的元素在矿体及其原生晕破坏之后，在各种景观条件下的活动规律，制定相应的工作方法，包括取样介质、加工方案、分析提取剂的选择等，以便发现矿床次生分散晕，追索矿体。
地球化学勘查现与地质勘查、地球物理勘查等并行，成为地质大学科中的一个重要分支。
地球化学分析技术的进展与应用展望地球化学分析技术作为研究地球物质组成和化学变化的重要手段，在地质、环境、资源等领域发挥着关键作用。
随着科学技术的不断发展，地球化学分析技术也取得了显著的进展，并展现出广阔的应用前景。
在过去的几十年里，地球化学分析技术经历了从传统方法到现代先进技术的转变。
传统的地球化学分析方法，如重量法、容量法和比色法等，虽然在一定程度上能够满足分析需求，但存在着分析速度慢、灵敏度低、精度差等局限性。
随着科技的进步，现代地球化学分析技术逐渐崭露头角，如原子吸收光谱（AAS）、原子荧光光谱（AFS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICPOES）和电感耦合等离子体质谱（ICPMS）等。
原子吸收光谱技术具有灵敏度高、选择性好等优点，能够准确测定多种金属元素的含量。
原子荧光光谱技术则对一些易形成氢化物的元素，如砷、汞等，具有出色的检测能力。
电感耦合等离子体发射光谱技术可以同时测定多个元素，分析速度快，适用于大规模样品的快速检测。
而电感耦合等离子体质谱技术则具有更高的灵敏度和更低的检测限，能够对痕量和超痕量元素进行精确分析。
除了上述光谱和质谱技术，色谱技术在地球化学分析中也得到了广泛应用。
气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）能够分离和测定有机化合物，对于研究地球化学中的有机物质组成和分布具有重要意义。
此外，联用技术的发展，如气相色谱质谱联用（GCMS）和液相色谱质谱联用（LCMS），进一步提高了分析的准确性和可靠性。
在样品制备方面，也取得了重要的进展。
传统的样品消解方法，如湿法消解和干法灰化，往往存在操作繁琐、易引入污染等问题。
而现代的微波消解技术和激光剥蚀技术则大大提高了样品处理的效率和准确性，减少了样品损失和污染。
地球化学分析技术的进展为各个领域带来了广泛的应用。
在地质领域，通过对岩石、矿物和土壤等样品的分析，可以了解地球的演化历史、地质构造和矿产资源分布。
例如，利用高精度的同位素分析技术，可以确定岩石的形成年代和来源，为地质构造研究提供重要依据。
地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展摘要：重金属进入自然环境中之后会在土壤、沉积物和地表水体中经历吸附-解吸、沉淀-溶解和氧化-还原等各种迁移转化过程，导致其赋存形态多样，进而影响其化学活性、迁移性和生物有效性等，因此重金属的形态研究对其风险评估和环境质量标准的制定有着重要意义。
关键词：地球化学形态模型；土壤；重金属形态；研究；应用进展一、地球化学形态模型的发展地球化学形态模型即基于所研究体系中各组分全部化学反应的热力学平衡常数，考虑反应过程中的物料平衡、质量平衡和电荷平衡，通过计算获得各物质形态浓度的方法。
虽然人们很早就认识到可用此方法计算物质的形态浓度，但由于环境体系中涉及反应众多，直到计算机出现，大规模的形态计算才成为可能。
20世纪60—70年代，以MICROQL为代表的地球化学平衡计算程序被开发使用，形态计算开始应用于水环境领域。
到了80—90年代，描述离子在矿物表面吸附行为的表面络合模型快速发展；90年代以后，一些代表性SCM模型，如双电层模型、广义双电层模型、电荷分配-多点位表面配合模型等逐渐完善；同时也出现了WHAM、SHM等一批优秀的描述离子在天然有机质表面吸附行为的热力学模型。
这些表面络合模型极大地充实了地球化学形态模型。
同时，一些热力学数据库也逐渐形成和完善，如国际纯粹及应用化学协会的关键数据库、美国国家标准技术局的标准数据库、联合专家形态系统的热力学数据库等，这些数据库包含化学形态变化涉及的化学计量关系、平衡常数、反应焓变等相关参数，可以编入形态计算软件。
在此基础上，一批涵盖了水相络合、吸附-解吸、沉淀-溶解、溶解-挥发、氧化-还原等众多过程的计算程序被相继开发应用，如MINETEQ、ECOSAT、CHEAQS等。
进入21世纪之后，一方面，借助现代表征技术手段，如EXAFS等，表面络合模型的参数和结构更趋细化；另一方面，结合了多介质多界面的综合模型数据库逐渐充实，使用地球化学模型预测复杂环境体系中离子的形态成为可能。
地球化学在资源勘探与开发中的应用前景地球化学是一门研究地球物质组成、性质及其变化规律的学科，具有广泛的应用领域。
在资源勘探与开发中，地球化学的应用可以提供宝贵的信息和指导，具有重要的前景。
本文将探讨地球化学在资源勘探与开发中的应用前景，分析其作为一种重要的勘探工具，并展望其未来的发展。
一、地球化学在矿产资源勘探与开发中的应用前景在矿产资源勘探与开发中，地球化学可以提供丰富的信息，帮助确定矿床位置、含量和品位，为矿产资源的勘探和开发提供科学依据。
地球化学主要通过采集样品，对其中的元素、同位素、矿物和岩石组分进行定量和定性分析，从而了解矿床的成因和规模。
地球化学在矿产资源勘探中的应用包括地球化学勘查方法、矿床成因和演化研究、矿床评价和预测等。
其中，地球化学勘查方法主要包括大地化学勘查、物探化学勘查和探矿化学勘查。
通过这些方法，可以迅速、准确地获取地下矿产资源的信息，节省勘探成本，提高勘探效率。
此外，地球化学在矿床成因和演化研究中的应用也非常重要。
通过分析矿床中的元素、同位素组成，可以揭示矿床的成因和演化历史，为矿床预测和勘探提供线索。
地球化学还可以通过研究矿床中的稀土元素、微量元素、同位素等特征，判断矿床储量、品位和开发潜力，为矿床评价和合理开发提供科学支持。
总之，地球化学在矿产资源勘探与开发中具有重要的应用前景。
它可以提供准确、全面的矿产资源信息，为勘探和开发过程提供科学指导，降低勘探风险，提高资源开发效率。
二、地球化学在石油与天然气勘探开发中的应用前景地球化学在石油与天然气勘探开发中的应用也具有广阔的前景。
石油与天然气是重要的能源资源，但其地下储藏规模和分布状况是不确定的，勘探风险较高。
地球化学在石油与天然气勘探开发中的应用，可以提供丰富的地质信息，为储量评估和勘探决策提供依据。
地球化学在石油与天然气勘探中的应用主要包括油气源岩研究、油气地球化学勘查和油气储层评价。
通过对油气源岩中的有机质进行分析，可以确定其类型、成熟度和产油/产气潜力，为油气勘探提供目标区域。
地球化学方法的应用及前景分析作者：罗士欣来源：《农家科技下旬刊》2015年第03期摘要：勘查地球化学方法作为一种重要的矿产勘查方法和找矿信息的获取手段，已经在矿产勘查工作中取得了显著成效.主要对地球化学方法的产生、应用及其效果做比较全面的阐述，强调化探方法在实际应用时应注意的问题，与地质、物探、遥感等方法的配合使用，同时还必须结合具体的地质背景，以使勘查地球化学方法在矿产勘查工作中发挥更好的效果。
关键词：地球化学；矿产勘查；应用效果一、勘查地球化学介绍球化学方法作为一种战略性的找矿方法，在矿产勘查中越来越明显地起到先导的作用。
新中国成立60年，随着技术的进步和社会发展需求的增加，勘查地球化学无论在基础理论上还是在方法技术上都发生了重大变化，为我国地质找矿工作立下了汗马功劳。
二、勘查地球化学的应用迄今为止人类已经发现了元素周期表上104种元素中的88种元素在地壳中的存在。
但人类至今对这88种元素在地球表层各种介质的基准值还缺少了解，对它们在全球的分布更是知之甚少，像比较系统的中国区域化探扫面计划，也只分析了39种元素，覆盖的面积也只有600万km2。
地球化学家的一个梦寐以求的理想是能够做出这88种元素在全球分布的地球化学图。
这样我们就会对人类所居住的行星表面元素地球化学分布有一个整体的了解，不仅可以对全球矿产资源的总量评价和分布规律提供直接信息，而且还会对我们人类所赖以生存的地球化学环境、工业化进程所造成的影响提供最直接的评价依据。
另一难题是必须努力建立多仪器多方法分析系统，所有元素分析检出限必须降至其地壳丰度以下，用标准样严格监控实验室间的偏倚，使数据可以全球对比。
由谢学锦院士所领导进行的地质大调查项目“我国西南76种元素编图试点研究”已经在这些难分析元素上取得突破，并且提出了一整套监控方案。
区域化探全国扫面计划现已覆盖全国600多万平方公里，区域化探方法技术及找矿效果取得了举世瞩目的成就，区域化探研究达到国际领先水平，具体表现在：其一，研制了各种不同景观区的区域化探方法。
化学与地球科学——地球化学的应用地球化学的应用是一门涉及化学和地球科学的技术学科，它可以提供关于地球上物质组成的信息，帮助解决许多重要问题，例如自然资源和环境污染等。
本文探讨了关于地球化学的应用，以及在新材料开发、地质勘探和环境保护等领域的重要性。
一、地球化学在新材料开发中的应用新材料开发是一个旨在为人类带来更高效、更具环保性、更安全的材料的过程。
在化学和地球科学中，地球化学的技术可以为新材料研究提供帮助。
地球化学家可以通过研究原材料中化学元素的组成、化学反应和空穴、金属离子的吸附活性等，为新材料的设计和制造提供信息。
例如，地球化学技术可以用于研究催化剂的结构和反应机理，或构造氧化和还原等反应的化学反应方法，还可以为电池、纳米材料和玻璃等领域的相关研究提供信息。
二、地球化学在地质勘探中的应用地球化学在地质勘探中也具有重要作用。
地球化学家可以通过研究岩石、矿物和土壤等地质成分的化学元素，来确定矿藏、岩矿成因和岩矿类型。
例如，地球化学家可以研究各种化学元素的分布和特征，以对资源勘探的矿床类型和产生条件进行识别和解释。
这样，人类可以更准确地定位矿藏，并开发和利用它们。
这种使用地球化学技术的勘探企图，为包括各种金属、非金属和能源在内的许多领域的资源勘探和开发提供了一定的帮助。
三、地球化学在环境保护中的应用地球化学也被广泛应用于环境保护领域。
地球化学家可以使用不同的技术来分析环境中的化学物质，并判断其对环境的影响。
例如，地球化学技术可以监测水或土壤中有害物质的含量，帮助预测短期和长期的环境影响。
例如，农业生产中使用的农药和化肥可能会对土壤和水质造成污染，因此，通过分析土壤和水中化学元素的含量和分布，我们可以有效地监测和控制环境污染的范围。
此外，地球化学技术还可用于工业污染和能源开发等领域的环境问题。
在工业生产中，废料的处理问题日益引起人们的关注，在能源开发方面，地球化学技术可以监测油井，帮助减少环境影响。
勘查地球化学现状与展望地球化学是探究地球内部、地表、大气等多领域化学元素的分布、循环与演化规律的学科。
地球化学的探究能够为我们理解地球的演化历程、资源分布和环境变化等方面提供重要的科学依据。
本文将从勘查地球化学的现状和将来展望两个方面进行探讨。
一、勘查地球化学的现状1. 地球化学勘查的方法地球化学勘查接受多种手段和技术，包括地球化学探测、空间探测和实地取样等。
地球化学探测是通过分析地球矿物、岩石等样品中的化学元素含量和同位素组成，来了解地球内部和地表的化学特征。
空间探测则是通过卫星遥感技术，得到大范围区域的地球化学信息。
实地取样则是对详尽地质单元进行采样和测试，获得详尽的地球化学信息。
2. 地球化学勘查的应用地球化学勘查应用广泛，涵盖了矿产资源勘查、环境地球化学、地质灾难猜测等领域。
在矿产资源勘查中，地球化学勘查可以用于寻找矿藏、确定矿产的类型和提炼方法等。
在环境地球化学中，地球化学勘查可以用于监测和评估环境污染状况，探究污染源和传输途径，为环境保卫提供依据。
在地质灾难猜测中，地球化学勘查可以用于了解地下水和地下气体的分布，猜测地震、火山喷发等灾难事件。
3. 地球化学勘查的进步趋势随着科学技术的不息进步，地球化学勘查将朝着高效、精准和多元化方向进步。
一方面，新型的仪器设备和技术的应用，可提高地球化学勘查的效率和准确性。
例如，质谱仪、激光剥蚀等新技术的进步，为地球化学勘查提供了更高精度的分析手段。
另一方面，地球化学勘查将加强与其他学科的交叉融合。
例如，与地质学、物理学、生物学等学科的合作，可综合利用多种信息数据，加深对地球化学规律的理解。
二、勘查地球化学的展望1. 深度探究地球内部结构地球化学勘查的将来将更加关注地球内部的化学组成，目标是深度揭示地球的形成和演化过程。
通过探究地球的物理化学性质和元素分布，可猜测地球的内部结构和演化历史。
这对于提高地球资源勘查的效果，解决地球环境问题以及理解地球动力学等方面都具有重要意义。
J OU RNAL O F CH I NA COAL SOC I E T Y 1997 年 4 月 Ap r . 1997地球化学模型的应用现状及发展趋势王广才 卢晓霞 陶 澍 ( 北京大学) 王伟黎 ( 中国国际经济技术交流中心) 李竞生( 煤炭科学研究总院西安分院)摘要 地球化学模型是定量研究地球化学系统中水 - 岩 - 气相互作用的新方法. 根据其研究内容 、理论依据和结构方法的不同 , 现有的地球化学模型可分为 3 类 : 即组分分布模型 、物质平衡模型和物质迁移或反应路径模型. 它们被广泛地应用于地质学 、材料学和环境学等领域中 . 地球化学模型新的发展方法表现为 : 模型中输入变量 ( 参数) 的不确定性及灵敏度分析 、 模型的有效性分析及地下水流与化学反应的耦合等.关键词 地球化学模型 分类 应用现状 发展趋势中图分类号 P 59地球化学模型是国外近年来发展起来的地球化学定量研究方法 , 它把地球化学从传统的定性解释引 入到定量描述 , 从宏观的现象描述引入到微观机理探索 , 充实和发展了研究问题的深度与广度 , 是近年 来地球化学研究的重大进展之一 . 它的产生和发展 , 已经并将继续对地球化学及相关学科的理论研究 , 尤其是实际应用带来深刻的影响 .地球化学模型的实质是化学热力学在地球化学系统中的应用 , 换句话说 , 是把热力学模型应用到对 地球化学过程的调查中 . 它的基础是与地质环境无关的化学和热力学原理 , 而这些原理可以等同地应用 于各种水 - 岩反应系统中 .天然水 中 地 球 化 学 模 型 ( 化 学 模 型 ) 的 概 念 最 早 见 之 于 G arrels 和 Tho m p s o n 的 一 篇 论 文 中 (1962) . 这篇论文讨论了海水中化学组分的分布 , 提出了一个海水中水相组分分布的热力学模型 , 该模 型考虑了 17 个组分 , 温度为 25 ℃. 这个模型首次定量地计算了水溶液中主要的离子和离子对的分布 , 以及预测矿物的饱和状态 . 这个工作为今天的地球化学模型建立了最初的轮廓1 .几十年来 , 地球化学模型沿着两个方向同时进展 , 一是对大量矿物和水相溶液的热力学数据的不断 测试 、评价和总结 ; 二是将这些数据适时地应用于复杂的水 - 岩系统中的计算化数学描述中 . 不断发展 的热力学理论及实验数据充实或改进了地球化学模型的模拟范围或准确性 , 促进了许多地球化学模型的 版本改进和升级 ; 而地球化学模型的发展对热力学数据的需求又促进了基础实验工作的进展. 就地球化 学模型本身的发展而言 , 在 60 年代初期到 80 年代初期 , 是模型开发的活跃时期 , 这期间模型的数量取 得了迅速的增加 , 这些模型集中于平衡模拟及模型中组分的扩大 , 同时很少文件化 . 而近 10 a 来 , 更地球化学模型的研究内容和划分1111 几个基本概念组分存在形式: 在自由离子和离子对或络合物之间水相组分的平衡分布.物质迁移: 在两个或更多相之间的简单物质转移, 例如, 可溶矿物的溶解或沉淀.物质传输: 随水流运动的物质运移.地球化学模型( G eochemical Mo d el )、水化学模型( Hydrochemical Mo d el) 和水文地球化学模型( Hydrogeochemical Mo d el) : 地球化学模型是指基于化学热力学原理而建立的、用于模拟不同类型地球化学过程的模型; 水化学模型是指耦合了地球化学反应和物质传输的模型, 在地球化学模型中也将这类模型称为“反应- 传输模型”; 水文地球化学模型一词在国外文献中也偶见使用, 其含义似应包括前两者.112 地球化学模型的分类在开发地下水的地球化学模型时, 地球化学家们感兴趣于了解沿着已知的或假设的流线地下水的化学成分演化的定量细节. 他们想要(1) 识别沿着这些流线哪些矿物正在溶解或沉淀; ( 2) 确定每一个进入或离开地下水的矿物的摩尔数的空间变化; ( 3) 预测在还未研究的系统中水的成分和质量转移. Plummer (1983 , 1984) 详细地讨论了已有的各种地球化学模型的研究内容、理论依据和结构方法, 认为地球化学模型被以下几个方面所推动: (a) 地下水组分存在形式的计算; ( b) 物质平衡计算; (c) 物质迁移和反应途径计算. 它们基本上对应于上述的(1) ～(3) . 这也是目前已见诸于报道的60 多个地球化学模型分别研究的主要目标.换句话说, 地球化学模型可以被划分为以上3 类.地下水组分分布模型用来计算地下水中各种组分存在形式的浓度和热力学活度; 确定水相对于各种组分和矿物的饱和状态; 同时为物质平衡、物质迁移及反应途径计算提供基础数据.组分分布模型一般包括离子缔合模型和专门反应模型.物质平衡模型用来确定在地下水系统中, 沿着每个流线不同两点(已知有关水的成分数据) 之间矿物沉淀或溶解的数量, 即应用水和岩石的成分识别和定量地球化学反应, 从而解释地下水的形成和演化.物质平衡与组分分布计算结合的方法称为“反向模拟”.物质迁移或反应路径模型是在假设的不可逆反应和热力学约束条件的情况下, 预测水的化学成分和在液、气、固相之间矿物的转移量, 即利用假设的地球化学反应来预测水和岩石的成分. 这种方法也称为“正向模拟”. 正向模型的其它应用是: ( 1) 测试物质平衡计算所获得的反应模型的热力学可行性;(2) 估计沿着同一流线, 在已知化学成分的井之间的点水的成分和质量转移.地球化学模型的应用实例2自从最初的地球化学模型的建立, 至今40 多年的时间中, 尤其是最近10 多年来, 随着化学、化学热力学理论和实验以及计算机软、硬件技术的进展, 各种地球化学模型的开发和改进取得了相当大的进展. 到目前为止, 已建立的60 多个地球化学模型可用来模拟在较大温度、压力变化范围中的水- 岩- 气系统的多种物理化学作用, 它们被广泛地应用于生物学、环境学和材料学的有关领域中, 例如进行有机、无机污染物的迁移, 核、石油废料贮存场址评价, 以及对水文地质条件的了解等.211 组分的分布模拟Plummer 等人(1990) 应用组分的分布模型对马德逊含水层进行了研究2 . 该含水层主要为灰岩含水层, 方解石、白云石和硬石膏为主要矿物. 研究者们应用WA T EQ F 对所取水样的饱和指数进行了计算.方解石的饱和指数略大于0 . 0 , Plummer 等人认为这受控于如下因素: 去白云石化作用; 压力对组第2 期王广才等: 地球化学模型的应用现状及发展趋势119分活度的影响; 硫酸盐进入矿物结构造成的碳酸盐稳定性变化; 以及由于p H 值测量期间CO2气体逸出. 除过硫酸盐含量很小的水样, 其余大多数水点白云石似乎是接近平衡. 对于硬石膏, 他们认为在硫酸盐浓度大于14 mmol/ kg 的水中水与硬石膏处于平衡. 这样, 饱和指数表明, 在马德逊含水层中硬石膏在溶解, 白云石发生着可逆反应, 而方解石似乎正在沉淀.这与去白云石化的过程是一致的.212 反向地球化学模拟(物质平衡模拟)Denver (1989) 应用物质平衡模型研究了接受大量农业化学物输入的含水层的情况2 . 该研究调查了由一个枢扭系统灌溉的地区地下水的成分. 研究单元位于Delmana 半岛滨海平原一个非承压含水层. 地层主要为石英砂层及散布的薄层淤泥和粘土.该含水层中的原始地下水是非常淡的.解释天然地下水成分的主要反应是少量长石和云母的溶解( Denver , 1989) . 在该区收集到的地下水样表明了农业化学物的影响. 与天然水相比, 除电导性增高外, 硝酸盐、钾及其它主要离子的浓度都较大. 在该区使用的主要农业化学物是氮肥、氯化钾、石灰及硫代硫酸铵.研究中采集了雨水和灌溉水的水样; 地下水的水样从压力计中采出. 对这些水样的化学成分进行了测试, 并应用混合(获得两种模型: 雨水、灌溉水混合补给) 和非混合(仅雨水补给) 两种方法进行了物质平衡模拟.混合方法模拟结果表明: 地下水的化学成分的演化可能是通过雨水、灌溉水混合并经历了石灰、钾碱、硫代硫酸铵及氨肥溶解. 在这个过程中, 需要氧气把氨气氧化成硝酸盐, 反应向非饱和带释放出CO2 , 并且发生了一些阳离子交换反应( N H + —Ca2 + ( N a , K) ) .非混合方法的结果获得了几个模型, 其中一个与混合方法类似, 所不同的是缺少灌溉水的部分及K —Ca 交换量的些许增大.Denver (1989) 和Plummer (1993) 考虑了灌溉水成分的不确定性( 空间分布) 、季节变化、作物类型及不同化肥的应用及植物蒸肥作用等, 详细讨论了几个模拟结果的有效性.213 正向地球化学模拟(反应途径模拟)Par k hurst (1987) , Davis 等( 1980) 对Picher 矿区利用有限的数据进行了水化学演化的预测2 .该区是一个大型铅- 锌矿区, 矿的开采从本世纪初一直持续到近1960 年.闪锌矿( ZnS) 和方铅矿( PbS) 床是在密西西比系灰岩中, 次要( 副) 矿物包括黄铁矿( FeS) 和白铁矿( Fe2 S) 、方解石、白云石, 还有其它一些矿物. 矿体位于地面以下30～150 m , 属井工开采( 竖井) . 通过抽水使水位保持在矿体之下, 当停止采矿时, 也相应停止了抽水,全被水充满了.水位在地面以下大约10 m.用反应途径模型模拟了3 个不同的环境: (1)这样矿体就充水了.到1980 年左右, 矿体和竖井完有氧环境, 相应于矿体部分充水但是仍与大气接触的阶段; (2) 缺氧环境, 相应于水开始充溢竖井, 矿体与大气的交换基本消除; (3) 当缺氧的矿水进入该建造非矿化部分时的环境.分析数据表明, 矿水的主要成分是钙、镁、铁、锌、硫酸根、重碳酸根, 据此, Par k hurst 等人在计算中考虑了与上述离子相应的6 种元素, 以及氢和氧.第1 步, 在模拟中, 对有氧环境作了如下假设: 来自大气的氧氧化黄铁矿和闪锌矿; 向大气释放出CO2 ; 方解石和白云石溶解(以相等的量) ; 非晶质铁的氢氧化物沉淀; 并且设定黄铁矿和闪锌矿以5∶1的比率不可逆地加入p H 为4 . 5 的硫酸溶液中(代表雨水) , 黄铁矿总的溶解量为15 mmol/ kg 水, 等等.饱和了. 第3～6 步总括了沿反应路径到碳酸盐平衡的几个重要的点.结果表明了碳酸盐的溶解相继导致了闪锌矿平衡(第3 步) , 方铅矿平衡(第4 步) , 菱铁矿平衡(第5 步) , 白云石平衡(第6 步) . 在第3 步之后, 黄铁矿变的不饱和了, 并且在后继的反应中没有沉淀. 当它们达到平衡之后, 在后继的反应中, 石膏、闪锌矿、方铅矿、菱铁矿沉淀.Par k hurst 、Davis 等人详细讨论并且总结了模拟结果.他们指出, 由于设定了许多平衡假设和反应的相对速率, 对计算的结果不能过高估计. 计算的同时也必须与饱和指数计算和物质平衡模拟结合起来, 以便更能反映真实情况.地球化学模型的发展趋势3地球化学模型现在已由最初的开发活跃时期转向对已有模型的总结、改进和提高, 新的发展方向是: 模型的灵敏度分析; 热力学和动力学数据的检查、选取和“标准化”; 有机组分的添加以及地下水流与化学反应的耦合等.模型的灵敏度分析在以前的地球化学模拟过程中几乎是不考虑的, 现在的发展表现为研究采样及测试分析、计算方法及过程、氧化还原电位及矿物的亚稳定状态对模拟结果的影响; 许多学者认识到热力学数据的不准确性是模拟结果出错的一大原因, 因此致力于对数据库的研究及“格式化”, 以便于不同的程序均可应用; 研究者们也越来越认识到有机质和大分子物质在地下水化学成分分布及运移中的重要作用, 因此正在加强对组成性质的研究, 以便将它们包括在相应的模型中, 然而由于许多理论(如德拜- 许克尔方程及其扩展形式) 对这类组成可能是不适用的, 因此这将是一项十分困难的工作.除上述内容外, 地球化学反应与水流模型( 物质传输) 耦合问题的研究也许将是最重要的发展方向.因为含水层物理性质的改变能够影响流体的滞留时间, 相应地影响了水- 岩反应及矿物、水的成分.因此, 从“纯的静态地球化学反应”模拟到耦合了水流运移方程的“动态模拟”能够更真实地反应地下水- 岩作用的实际情况.国外, 在过去的几十年中, 地球化学模型的发展非常迅速, 而中国国内相对来说, 该方面是一个薄弱环节. 近几年, 沈照理(1990) 、李文鹏(1992) 、曾溅辉(1992) , 沈照理、朱宛华、钟佐桑(1993)等人呼吁重视地球化学模型的研究与应用, 并做了不少富有意义的工作. 可以预见, 在该方面的研究不久将会得到更多学者的重视, 从而提高国内的开发与应用水平.参考文献1 Mangold D C. A summary of subsurface hydrological and hydrochemical models. Reviews of G eop hysics , 1991 , 29 (1) : 51～792 Alley William M . Regio n al ground2water qualit y. New Y or k : Van Nost r and Reinhold , 1994 .199～225作者简介王广才, 男, 34 岁, 高级工程师.1988 年毕业于中国地质科学院研究生部, 获硕士学位, 1996 年毕业于中国地质大学(北京) 环境科学系, 获博士学位, 现在北京大学从事博士后研究工作.发表“水- 岩系统平衡计算: 方法和实例”等论文.北京市海淀区北京大学城市与环境学系, 邮政编码: 100871 .第2 期王广才等: 地球化学模型的应用现状及发展趋势121CURRENT STATUS A N D F U TURE AD VA N CEM E NTSOF GEOC H EM I CAL MOD ELSWang Guangcai L u Xiao x ia Tao Shu( P eki n g U ni versi t y)Wang Weili( T he Chi na I nter n at i onal Cent re f or Econom ic a n d Tech n ical Excha n g es)Li J i ngsheng( X i a n B ra n ch , Cent ral Coal M i ni ng Resea r ch I nst i t ute)Abstract G eochemical mo d els are new met ho d s used to deter m ine quantitatively t he water2rock2gas in2 teractio n in t he geo2chemist ry systems. G eochemical mo d els , w h ich can be classified into t hree types , i . e . Speciatio n calculatio ns , mass balance calculatio ns and mass t ransfer o r reactio n2pat h calculatio ns in ter ms of t he p urpo se , basic t heo ry and st ruct ure of different mo dels , have been widely used in geology , enviro nment and material sciences. The f ut ure advancement s of t he geochemical mo dels will focus o n t he uncertainty st udy and sensitivit y analysis of mo del , mo del validatio n analysis and t he co upling of gro undwater flow mo dels wit h geochemical mo d els.K ey w ords geochemical mo d els , classificatio n , current stat us , f ut ure t r end《煤炭学报》荣获第二届全国优秀科技期刊评比一等奖本刊讯由国家科委、中共中央宣传部、新闻出版署联合组织的第二届全国优秀科技期刊评比工作已经结束.共评出一等奖期刊60 种, 获二等奖期刊119 种, 获三等奖期刊238 种.《煤炭学报》荣获第二届全国优秀科技期刊评比一等奖. 在此,《煤炭学报》编辑部对广大读者、作。
