特殊地质地貌区填图物化探技术应用

喻劲松，荆 磊，王乔林，韩 伟，刘华忠，郜晓亮

(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

特殊地质地貌区填图物化探技术应用

喻劲松，荆 磊，王乔林，韩 伟，刘华忠，郜晓亮

(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

基于物化探技术方法在特殊地质地貌区填图中的应用实验，介绍从区域物化探数据提取地质填图信息的方法，指出重磁与氡-汞气测联合应用是覆盖区探测隐伏岩体、断裂的高效低成本物化探技术组合。运用基于地球化学理论方法的元素地球化学判别技术，在强烈风化区定量划分风化等级为：基岩—弱风化—中度风化—强风化—全风化—残积土等；指出风化壳元素地球化学行为对原生矿物分解、次生矿物形成具有示踪效应；不同风化层稀土元素富集分异显著，强烈富集于全风化层(岩土界面或风化岩石顶界)中的稀土元素分布模式，可作为界定风化壳分层的重要地球化学判别指标。

地质填图；物化探技术；元素地球化学；判别；应用

“特殊地质地貌区”是指由于地表基岩被第四系松散沉积或其他风化堆积物大范围覆盖、或地形环境险恶、或岩性单一等原因，采用传统填图方法难于开展填图或者填图目标任务需要拓展的区域，如：戈壁荒漠、森林沼泽、平原等基岩被第四系松散沉积或其他风化堆积物大面积覆盖区、高山峡谷地形环境险恶的艰险区、岩性单一的岩溶区等。鉴于此，在该类地区填图客观上需要借助非传统地质调查的其他有效技术方法揭示未明地质信息，物化探技术便是其中之一。本文从地球物理地球化学视角出发，应用成熟的勘查地球物理地球化学技术方法，基于特殊地质地貌区填图工程试点图幅的应用实验，提出在该类地区填图可资借鉴的物化探技术。

1 区域物化探数据提取地质信息

国外利用计算机处理如航磁和遥感等大面积数据的物探资料、提取多元信息的研究程度较高[1～8]，区域化探用于地质填图鲜有报导[9]。区域物化探揭示的区域地球物理地球化学分布规律，是对复杂地质作用的客观反映，利用计算机处理海量区域物化探数据，从中提取蕴含丰富的地质信息，无疑对区域地质调查工作具有重要的参考意义[10～19]。

1.1 应用实例

本文以特殊地质地貌区填图工程之“广东1∶50000筋竹圩(F49E007014)、连滩镇(F49E007015)、泗纶圩(F49E008014)、罗定县(F49E008015)幅强烈风化区填图试点”区为例，该填图区地处华南温暖湿润景观，岩石物理风化较弱，化学风化强，元素淋失明显，风化产物中难觅原生矿物碎屑及岩屑，区内广泛分布花岗岩类岩体，经强烈风化作用形成巨厚红色风化壳。

采用区域物化探正负异常场特征分析、元素标准化数理统计分析及重力异常增强反演推断等方法，对本填图区及其外围1∶250000区域物化探数据进行处理，提取试点填图区相应地质信息，编制构造岩体解译推断分布图(见图1)。

a—区域重力剩余重力异常图；b—重力一阶垂向导数异常图；c—重力水平模量图图1 区域物化探数据推断构造岩体分布图Fig.1 Structure and rock mass distributions inferred from regional geophysical and geochemical data

重力异常线性过渡带增强反演推断出本区大的构造格架，剩余重力低异常清晰指示了中三叠世二长花岗岩的分布范围，西段的剩余重力正值区域有新元古界云开岩群二组地层少量出露，说明中三叠世二长花岗岩的覆盖厚度西段较薄，东段较厚；从剩余重力异常的正负异常分界线、等值线同向扭曲及水平模量极大值、垂向导数的等值线同向扭曲，能够比较清晰地推断出本区的断裂构造格架(见图1)。元素区域地球化学分布可细分出二长花岗岩与花岗斑岩的不同元素组合指标，提取出以SiO2、Al2O3、La、Zr、Th(及未示出的Y、Be、U)等元素组合指示二长花岗岩分布的地球化学标志，以La、Zr、Th(及未示出的Fe2O3、P)等元素组合指示花岗斑岩。从区域物化探数据分析提取的相关地质信息，可为本区填图工作布置提供参考。

1.2 技术应用分析

区域物化探反演地质体技术虽可用于特殊地质地貌区填图，但受限于填图区物化探数据资料的不完整性(1∶250000区域物化探数据普遍不完整，缺少填图区1∶50000物化探数据)，对物化探数据提取的地质信息精度与准确度造成影响。同时区域物化探数据提取地质信息受方法本身的限制存在局限性：①区域物探(重力)的优势在于推断隐伏断裂及岩体范围，但对于岩石密度相同而化学成分不同的地质体则难以区分；区域化探优势在于反映浅表层地质信息，但对于形成时代不同而具有相同岩石类型和物质组分的地质体则难以区分。②区域物化探数据采集方式及密度与地质填图精度要求之间存在技术方法的差异，可能导致区域物化探推断的地质构造单元位置出现偏差。③区域物化探数据转化的地质填图信息也需要地质工程验证。

2 隐伏地质体的物化探探测技术

覆盖区在特殊地质地貌区占比最大，地质信息多被隐伏。探测深部隐伏地质体的方法较多，对其中隐伏断裂岩体的探测常采用快速经济的重磁(重力+磁法)和壤中气氡-汞(Rn-Hg)联测的物化探方法[20～37]。

2.1 应用实例

本文以特殊地质地貌区填图工程之“内蒙古1∶50000呼勒斯太苏木(K48E017024)、塔尔湖镇(K48E018024)、复兴城(K48E019024)、吉尔嘎朗图乡幅(K48E020024)填图试点”区为例，该填图区北部为近东西走向的色尔腾山，中部为河套泛滥冲积平原，南部为库布齐沙漠，主体为新构造活动非常活跃的河套冲积平原。第四纪以来，河套断陷带各边界断裂的活动仍强烈，河套盆地是一条重要的地震构造带，地震活动震级大、频度高。查明填图区隐伏断裂是平原区填图的一项重要内容，在本区开展了重磁和壤中气Rn-Hg联测探查隐伏地质体的物化探实验。

从12 km长的W1-P5物化探联合剖面测量结果(见图2)可以看出：测线W1-P5方向为北偏西25.5°，横跨狼山—色尔腾山山前大断裂。重磁W1线布格异常幅值变化范围约为75×10-5m/s2，异常曲线总体呈现北高南低。测线北段为高值异常段，位于色尔腾山中；南段为低值异常段，位于河套平原中。磁法曲线整体呈现由南向北线性增高的趋势，主要是对深部磁性基底的反映。

图2 内蒙试点填图区重磁和氡-汞气测联合剖面测量结果Fig.2 Combination of gravity-magnetic and Rn-Hg gas survey results in the pilot mapping area, Inner Mongolia

相对布格重力异常曲线视密度显示0～8 km为负视密度、8～12 km为正视密度区段，分别对应第四系覆盖和色尔腾山山区，在8 km附近出现强烈的正负视密度梯级变化带，是对南倾的狼山—色尔腾山山前大断裂的清晰指示；9.5～11.0 km区段出现浅部负视密度区域，且对应磁法数据为局部高值(推测为花岗岩体产生的弱磁异常)区段，综合判断在9.5～11.0 km区段存在东侧已出露花岗岩体向西南延伸部位，且埋藏较浅。

相对布格重力异常曲线视密度图在0～8 km负视密度区段的浅部异常信息不明显；剩余重力异常视密度图中，测线6 km处出现低视密度段与高视密度段梯级带，推测该处存在南倾隐伏断裂；测线2 km处的高低视密度段分界线与遥感解译位置大体吻合，推断为出露地表的局部小断裂。4 km左右的剩余重力高异常可能是由基底隆起引起的。

与重磁同剖面的Rn-Hg联测显示，从041/P5—101/P5测点范围(对应重磁测线7～10 km)出现较为连续的Hg气异常，而Rn气异常则在051/P5—101/P5测点范围(对应重磁测线7.0～9.5 km)显示连续宽缓的变化趋势，说明第四系覆盖层下部存在花岗岩体西延的岩脉和(或)较大的次级断裂构造。近1000 m的宽缓Rn异常支持了东侧已出露的华力西晚期花岗岩体(γ)在此处第四系覆盖之下有向西延的可能。

在色尔腾山山前深大断裂左近位置即从076/P5—086/P5测点(对应重磁测线7.5～8.5 km)出现了宽近1000 m、连续宽缓变化的高强度Rn-Hg气体异常，验证了狼山—色尔腾山山前大断裂的存在。该区段出现的连续强Rn-Hg异常与重磁异常高度吻合，表明互证式的物化探联合探测隐伏断裂岩体具有较高的可信度。与重磁在2 km处出现的异常相对应，Rn-Hg在1～2 km处出现连续异常，表明该处存在隐伏断裂的可能极大。在2～6 km范围Rn-Hg异常为跳跃不连续分布，Rn异常较连续且强度高于Hg，与重力在该范围显示的宽缓弱异常吻合，推测与隐伏未明地质体有关，因Rn与活动断层岩体密切相关，故不排除存在隐伏岩体或断层的可能。

2.2 技术应用分析

特殊地质地貌区大部为覆盖区，查明不同的隐伏地质信息是不同填图目标的具体要求，目前看在隐伏地质体的探测方面，采用重磁+氡-汞联测的物化探联合探测技术，可以有效避免重磁多解性和氡-汞气测易受环境干扰的缺陷，是提高探测精度、增强准确性的成熟经济快速的技术方法。此外，在活动断层的探测方面，氡-汞联测已是地震部门用来监测活动构造的重要技术方法[30～37]，可作为覆盖区活动构造调查的参考借鉴手段。

3 岩石风化过程的地球化学判别方法

地球化学的理论方法早已被广泛应用于解决各类基础地质问题，分类地球化学的研究已很丰富深刻。在特殊地质地貌区填图工作中，恰当选用地球化学的方法判别未明地质信息，也是行之有效的填图技术方法之一[38～41]。

3.1 应用实例

以特殊地质地貌区填图工程之“广东1∶50000筋竹圩(F49E007014)、连滩镇(F49E007015)、泗纶圩(F49E008014)、罗定县(F49E008015)幅强烈风化区填图试点”区所采不同地层、岩体风化剖面为研究对象，运用地球化学方法揭示风化程度、强度、厚度、元素与岩石矿物的变化分布等地质信息，有助于对强风化覆盖层的组成、结构、厚度和强风化层断面图等本区填图目标的实现。本文以采集的那蓬中细粒黑云母二长花岗岩不同部位不同深度4条垂直风化剖面66件样品分析结果，阐明刻画岩石风化过程的地球化学方法。

岩石风化过程可用地球化学风化蚀变指数定量描述。风化指数分归一化指数和非归一化指数2类，归一化指数的计算需要原岩元素含量数据，一般风化剖面难以采到新鲜基岩，故广泛应用的是10多种非归一化指数。针对不同风化地质单元，选择适宜的地球化学风化蚀变指数是研判前提。经计算检验认为CIA、WIP、WIC是适合表征那蓬岩体化学风化蚀变过程的非归一化指数(见图3)。

图3 那蓬岩体14D029、D2200剖面风化指数CIA-WIP-WIC灵敏性对比Fig.3 Sensitivity comparison of weathering index CIA-WIP-WIC from 14D029 and D2200 sections in Nampong rock mass

CIA(Chemical Index of Alteration)作为一个能够反映源区风化程度的指数被Nesbitt等[42]在研究加拿大古元古代碎屑岩时提出，CIA=100×Al2O3/(Al2O3+Na2O+K2O+CaO*)，其中CaO*仅为硅酸盐中的CaO。若样品中含有碳酸盐矿物或磷灰石，可用CaO*=CaO-CO2-(10/3)P2O5来计算硅酸盐中CaO含量。CIA指数表示不活动元素与活动元素的摩尔分子比，它假定Al2O3、Na2O、K2O和CaO只存在于长石中，而在风化过程中Al2O3为不活动元素。

WIP(Weathering Index of Parker)指数1970年由Parker[43]提出，主要用于判断硅酸岩的风化程度，认为硅酸岩的风化作用主要是水解作用，以风化过程中的活动性元素Na2O、K2O、MgO和CaO的摩尔分子比定义：WIP=100×(2Na2O/0.35+2K2O/0.25+MgO/0.9+ CaO*/0.7)。

WIC指数1982年由Colman[44]提出，也是以摩尔分数定义：WIC=100×(Na2O+K2O+CaO+MgO)/(Al2O3+Fe2O3+TiO2)。WIC指数也是用不活动元素和活动元素的摩尔分子比来计算风化程度。CIA指数与WIP指数涉及4种氧化物，而WIC指数则涉及7种氧化物，相对于WIC指数，CIA与WIP指数显示出更小的变化区间，表明WIC指数比CIA、WIP指数更加灵敏(见图3)。

从14D029和D2200风化剖面CIA、WIP和WIC值变化分布(见图3)可看出，CIA、WIP和WIC数值变化范围均为0～100，CIA值越大、WIP和WIC数值越小，表示岩石风化程度越高越完全。WIC指标相比CIA、WIP显示出对风化过程的指示更加灵敏。将那蓬岩体不同采样点4个剖面66件样品的CIA值投点(见图4)，全部样品CIA值大于70，大部分样品位于80～90之间，表明那蓬岩体整体化学风化蚀变程度很高。

图4 那蓬岩体风化剖面样品CIA指数变化分布Fig.4 Distribution of CIA index from weathering section of Nampong rock mass

Nesbitt等[42]在研究岩石化学风化过程中元素和矿物成分变化时指出，岩石风化早期阶段是斜长石最先风化分解，Ca、Na迅速流失，而钾长石相对稳定，伊利石、高岭石和蒙脱石是该风化阶段的主要次生矿物；风化到中等程度(CIA值大于70)时，斜长石几乎风化殆尽，矿物成分以高岭石、伊利石、钾长石和石英为主；风化作用持续增强将导致含K矿物(黑云母、伊利石和钾长石)分解，次生黏土矿物以高岭石、埃洛石及三水铝石为主。

与矿物分解相应元素地球化学行为的变化(见图5)也反映出岩石风化过程中原生矿物蚀变分解、次生矿物或新生矿物形成演化的矿相学意义。构成岩石的主量元素(Si、Al、K、Na、Ca、Mg、Fe)向地表随着风化强度加深(WIC值变小)，表现出脱Si富Al、Fe和快速淋失K、Na、Ca、Mg的变化特点，主量元素的变化反映岩石主成分长石类矿物的分解。微量元素的地球化学行为也指示了矿物分解演变的行迹，如亲石元素Be在花岗岩中主要分布于黑云母(Be含量1～37 μg/g)、白云母(Be含量10～56 μg/g)、角闪石(Be含量5～10 μg/g)中[45]，D2200剖面中Be最高含量为3.56 μg/g，平均值2.95μg/g，与上列矿物中的含量相比已大为降低。剖面上Be表现为向地表淋失的分布特点，表明抗风化力较强的云母类、闪石类矿物已经分解，绢云母、帘石类矿物开始形成。具有紧密类质同象的Zn与Cd发生分离(Zn向表层富集，Cd则向地表贫化)，表明副矿物中的重矿物已经分解，Zn、Cd被解离释放。亲硫元素Ag、Hg、Sb、Bi剖面上表现出向表层强烈的富集趋势，判断岩石组成副矿物中存在辉锑矿、闪锌矿、方铅矿(辉铋矿)等。微量元素Be、Ba、Cd、Ag、Zn、Hg、Sb、Bi(及未列出的W、Sn、Co、Si等)在剖面上贫化或富集的变化分布的示踪作用推断地质信息如下：那蓬岩体形成于中高温环境，后期存在构造作用改造或自变质作用，岩体构造裂隙发育，整体处于中浅剥蚀阶段。依此判断，那蓬岩体出露地表部分处于中—强风化状态。

含量：Ag,Hg,Cd为ng/g，Zn,Bi,Sb,Ba,Be为μg/g，主量元素为%；WIC—风化指数图5 那蓬岩体D2200风化剖面元素迁移分布Fig.5 Distribution of elemental transportation in the weathered section D2200 of Nampong rock mass

采用Parker[43]提出的表征硅酸盐岩石风化强度的归一化指数(WI)：

利用严成文[46]的那蓬岩体基岩数据(Na2O为2.65%，MgO为1.13%，K2O为3.99%，CaO为1.98%)计算WI基岩并以此作为参比标准，分别计算每件风化剖面样品的WI风化值以及每件样品WI风化与WI基岩的比值。以该比值(风化强度)和剖面深度(风化层厚度)变化，制作风化强度与距基岩面距离的趋势判别图(见图6)。经归一化标准化处理，WI风化与WI基岩比值可作为风化强度划分的标准，参照岩土工程勘察对花岗岩风化强度的分级(未风化、微风化、中风化、强风化、全风化和残积土)标准[47～50]，结合本区风化特点(化学风化为主导)采用岩石化学风化指数计算，提出本区岩石风化分级方案：新鲜基岩(未风化)—弱风化—中度风化—高度风化—全风化—残积土等6级，对应的WI风化与WI基岩比值变化范围：0.8～1.0(基岩未风化)，0.7～0.8(弱风化)，0.5～0.7(中度风化)，0.3～0.5(强风化)，0.15～0.30(全风化土壤形成演化阶段)，≤0.15(土壤发育残积土形成阶段)。

图6 那蓬岩体风化强度与厚度变化关系图Fig.6 The relationship between the weathering intensity and the thickness of Nampong rock mass

岩石风化过程分为岩石风化成土和土壤发育演化2个阶段。岩石风化成土阶段对应风化等级为弱风化—中度风化—强风化，原生矿物向蚀变矿物演化，主量元素如Si、K淋失，但岩石结构构造保留；土壤发育演化阶段对应风化等级为全风化—残积土，原岩结构消失，黏土矿物次生矿物形成，主量元素Fe、Al富集而K、Na、Ca淋失，可偶见残留原生矿物。图6和野外剖面采样观察记录表明，那蓬岩体风化壳厚度不均，由地表向基岩面可划分为：0～4 m为全面风化+残积土层，4～10 m为强风化区，10～18 m为强风化向中度风化过渡区，18 m以下进入中—弱风化区。

稀土元素的分异行为也是风化强度分级、界定风化层的判别标志。稀土元素富集分异的地球化学形变示踪(见图7a)显示，曲线形态为具弱负铕异常右倾的分布模式，表明那蓬岩体是壳源为主变质交代型混合源类花岗岩，由强风化层至表土层的风化壳稀土元素相对基岩总体富集、分布型式整体上显示出对源岩的继承性，但由于风化作用致稀土元素发生分馏，出现轻稀土富集和负铈异常加强，在表土层和残积层中相对贫化，而全风化层高度富集。进一步研究稀土元素在风化壳中的迁移分布规律(见图7b)表明，中稀土(Sm-Ho)富集，轻稀土(La、Ce、Pr)和重稀土(Yb)存在富集或贫化的活化分异现象，说明稀土在风化壳的活化度很高，呈现出向表土层和残积层淋失贫化而向全风化层聚集的迁移分布规律。

基岩数据引自严成文等[46]，球粒陨石数据引自Masuda等[51]，上陆壳数据引自Taylor等[52]图7 D2200剖面不同风化层稀土元素球粒陨石与上陆壳标准化分布模式Fig.7 REE distribution pattern after chondrites and upper continental crust normalized of different weathered layers in section D2200

稀土元素在由基岩至残积土层风化体系中的变化分布规律可作为界定风化层的定量判别标志，如稀土元素强烈富集区对应指示着全风化层部位，即岩土界面分界点的标志，而相对强烈贫化区则是对残积层所在部位的指示。

3.2 技术应用分析

岩石地球化学判别方法是通过主量、微量、稀土元素以及同位素等的变化分布示踪，从微观逆向推断宏观地质信息的方法，可用于解决诸如岩石成因、时代、物源、岩石类型、矿物种属及微相等更为精细的地质填图问题。方法上多基于数理统计的数值计算，是一种存在不确定性或多解性的估算方法。因方法种类并不唯一而是众多，给技术选用上造成一定难度或困惑。这种判别方法可用于强烈风化区、岩溶区、森林浅覆盖区和艰险区等特殊地质地貌区填图，应根据具体需要选择相应技术方法，有针对性地采集地球化学样品。

4 讨论与展望

特殊地质地貌区存在有别于传统填图区的“特殊”之处，客观上需要采用恰当的技术方法或多技术组合实现填图目标，引入物化探技术解决填图问题，对长于资源勘查的物化探本身也是一项新领域。目前比较成熟的物化探技术方法甚多，如物探在传统的“重磁电震”方法体系内派生出很多分支技术，化探从区域化探发展到非常规化探及至地球化学领域也是技术众多。本文仅只介绍了部分物化探技术方法，相信针对不同特殊地质地貌区出现的具体填图问题，完全能够从充足的物化探技术储备中选取到有效适用的技术方法。

应当看到，对于新近兴起的特殊地质地貌区填图工作，不同方法技术的选配也需技术应用的检验与完善，从特殊地质地貌区之半干旱山前盆地覆盖区(内蒙古呼勒斯太试点区)到强烈风化区(广东筋竹圩试点区)的物化探技术应用效果看，在探测深部隐伏地质信息、恢复原岩建造等方面，物化探技术均能发挥作用。但对地质填图而言物化探技术也是一种间接方法，本身存在一定的约束性、局限性或多解性，其推断结果也需经历证伪与证实的检验。

区域地质调查正从传统走向现代，面临着调查领域、方式和方法的转型，客观上需要创新技术体系，从而形成一套适合特殊地质地貌区填图的技术方法；更新填图理念、跟进服务社会需求，为特殊地质地貌区拓展填图目标、纳入社会需求要素于基础地质图中预留出潜在空间，这也是现代地质调查的自变要求。在地质调查方式转型过程中，物化探技术无疑将是不可或缺的重要创新驱动力之一。

[1] Rucker D F, Noonan G E, Greenwood W J. Electrical resistivity in support of geological mapping along the Panama Canal[J]. Engineering Geology, 2011, 117: 121～133.

[2] Ballagh L M, Raup B H, Duerr R E, et al. Representing scientific data sets in KML: Methods and challenges[J]. Computers & Geosciences, 2011, 37: 57～64.

[3] DePaor D G, Whitmeyer S J. Geological and geophysical modeling on virtual globes using KML, COLLADA, and Javascript [J]. Computers & Geosciences, 2011, 37: 100～110.

[4] Blenkinsop T G. Visualizing structural geology: From Excel to Google Earth[J]. Computers & Geosciences, 2012, 45: 52～56.

[5] Mikoshiba M U, Imai N, Tachibana Y. Geochemical mapping in Shikoku, southwest Japan[J]. Applied Geochemistry, 2011, 26: 1549～1568.

[6] Steenfelt A. Geochemical patterns related to major tectono-stratigraphic units in procambrian of northern Scandinavia and Greenland[J]. Journal of Geochemical Exploration,1990, 39: 35～48.

[7] Jaques A L, Wellman P, Whitaker A, et al. High-resolution geophysics in modern geological mapping[J]. AGSO Journal of Australian Geology and Geophysics, 1997, 17: 159～174.

[8] Singhroy V H, Pilkington M. Geological mapping using earth′s magnetic field[J]. Encyclopedia of Remote Sensing, 2014: 232～237.

[9] Davy R, Pirajno F, Sanders J A, et al. Regolith geochemical mapping as an adjunct to geological mapping and exploration: Examples from three contiguous Proterozoic basins in Western Australia[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1999, 66: 37～53.

[10] 刘菁华,王祝文. 地面综合物探方法在浅覆盖区地质填图单元的划分研究[J]. 中国地质, 2005, 32(1): 162～167.

LIU Jing-hua, WANG Zhu-wen. Division scheme of the geological mapping units in shallow cover areas based on ground integrated geophysical methods[J]. Geology in China, 2005, 32(1): 162～167.

[11] 赖月荣，韩磊，杨树生．高精度磁测在阿勒泰冰碛物覆盖区地质填图中的应用[J]．物探与化探，2014，38(6): 1181～1185.

The effects of applying high precision in Altay glacial magnetic survey to geological mapping in Altay glacial till covering area [J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2014, 38(6): 1181～1185.

[12] 张壹，张双喜，梁青，等. 重磁边界识别方法在西准噶尔地区三维地质填图中的应用[J].地球科学：中国地质大学学报，2015, (40)3: 431～440.

ZHANG Yi, ZHANG Shuang-xi, LIANG Qing, et al. Application of boundary identifying technologies using gravity and magnetic maps in three-dimensional geological mapping of western Junggar area [J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences, 2015, 40(3): 431～440.

[13] 郝立波，陆继龙，李龙，等. 区域化探数据在浅覆盖区地质填图中的应用方法研究[J]. 中国地质, 2007, 34(4): 710～715.

HAO Li-bo, LU Ji-long, LI Long, et al. Method of using regional geochemical data in geological mapping in shallow overburden areas [J]. Geology in China, 2007, 34(4): 710～715.

[14] 王会锋, 叶柱才. 1∶20万区域地球化学资料在基础地质研究中的应用 [J]. 物探与化探,2007, 31(5): 473～476.

WANG Hui-feng，YE Zhu-cai. The application of 1∶200000 regional geochemical data to basic geological researches[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2007, 31(5): 473～476.

[15] 刘德鹏, 丁峰, 汤正江. 区域化探在森林沼泽区地质填图应用初探[J].物探与化探, 2004, 28(3):209～217.

LIU De-peng, DING Feng, TANG Zheng-jiang. A tentative application of geochemical exploration to the basic geology study of Xiaoergou area [J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2004, 28(3): 209～217.

[16] 史长义，任院生. 区域化探资料研究基础地质问题[J]. 地质与勘探, 2005, 41(3): 53～58.

SHI Chang-yi, REN Yuan-sheng. Fundamental geological problems in regional geochemical exploration data[J]. Geology and Prospecting, 2005, 41(3): 53～58.

[17] 翁仕明, 汤正江, 张雷. 用多元素背景值法进行地质单元划分[J]. 物探与化探, 2006, 30(1): 38～40.

WENG Shi-ming, TANG Zheng-jiang, ZHANG Lei. The application of multi-element background value method to the division of geological units [J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2006, 30(1): 38～40.

[18] 时艳香, 郝立波, 陆继龙, 等. 因子分类法在黑龙江塔河地区地质填图中的应用 [J]. 吉林大学学报:地球科学版,2008, 38(5): 888～903.

SHI Yan-xiang, HAO Li-bo, LU Ji-long, et al. Application of factor classification in geological mapping in Tahe area, Heilongjiang Province [J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2008, 38(5): 888～903.

[19] 郝立波. 一种新的计算岩石中实际矿物的方法——线性规划法[J].矿物岩石, 1990, 10(2): 97～101.

HAO Li-bo. A new method of calculating mineral content: Linear programming[J]. Journal of Mineralogy and Petrology, 1990, 10(2): 97～101.

[20] 伍宗华，金仰芬，古平,等. 汞的勘查地球化学[M]. 北京：地质出版社, 1994: 1～191.

WU Zong-hua, JIN Yang-fen, GU Ping, et al. Geochemical exploration of mercury[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1994: 1～191.

[21] Baykara O. Measurements of radon emanation from soil samples in triple-junction of north and east Anatolian active faults systems in Turkey [J]. Radiation Measurements, 2005, 39: 209～212.

[22] Savoy L， Surbeck H，Hunkeler D. Radon and CO2as natural tracers to investigate the recharge dynamics of karstaquifers [J]. Journal of Hydrology，2011，406 (3/4): 148～157.

[23] Walia V, Yang T F, Hong W L, et al. Geochemical variation of soil-gas composition for trace and earthquake precursory studies along the Hsincheng fault in NW Taiwan[J]. Applied Radiation and Isotopes, 2009, 67(10): 1855～1863.

[24] Voltattorni N, Lombardi S. Soil gas geochemistry: Significance and application in geological prospectings[J]. Natural Gas, 2010, 9: 183～205.

[25] Ioannides K, Papachristodoulou C, Stamoulis K, et al. Soil gas radon: A tool for exploring active fault zones[J]. Applied Radiation and Isotopes, 2003,59(2/3): 205～213.

[26] Iskandar D, Iida T, Yamazawa H, et al. The transport mechanisms of222Rn in soil at Tateishias as an anomaly spot in Japan[J]. Applied Radiation and Isotopes, 2005, 63(2): 401～408.

[27] 尹冰川.综合气体地球化学测量[J]. 物探与化探, 1997, 21(4):241～246.

YIN Bing-chuan. Integrated geochemical gas survey [J]. Geophysical and Geochemical Exploration,1997, 21(4): 241～246.

[28] 刘华忠，杨帆，张学君，等. 汞气测量在陕西韩城春秋古墓中的应用[J]. 物探与化探，2013，37(4): 670～674.

LIU Hua-zhong, YANG Fan, ZHANG Xue-jun, et al. The application of mercury vapor survey to archaeological detection of the spring-autumn tomb in Hancheng City[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2013, 37(4): 670～674.

[29] 王南萍，肖磊. 土壤氡测量国际比对及几个重要问题[J]. 现代地质，2012，26(6): 1294～1299.

WANG Nan-ping, XIAO Lei. Soil radon intercomparison measurements and some important issues[J]. Geoscience, 2012, 26(6): 1294～1299.

[30] 贾国相, 赵友方, 姚锦其, 等. 氡气勘查地球化学技术的研究与应用[J]. 矿产与地质，2005，19(107): 60～64.

JIA Guo-xiang, ZHAO You-fang, YAO Jing-qi, et al. Research and application of geochemical exploration technology with gas Rn[J]. Mineral Resources and Geology, 2005，19(107): 60～64.

[31] 方方，贾文懿，周蓉生. 氡气测量研究[J]. 核技术，1999，22(4): 218～222.

FANG Fnag, JIA Wen-yi, ZHOU Rong-sheng. Research on radon measurement [J]. Nuclear Techniques, 1999，22(4): 218～222.

[32] 伍剑波, 张慧, 苏鹤军.断层气氡在不同类型覆盖层中迁移规律的数值模拟[J]. 地震学报, 2014, 36(1): 118～128.

WU Jian-bo, ZHANG Hui, SU He-jun. Numerical simulation for migration rule of fault gas radon in different overburden[J]. Acta Seismologica Sinica, 2014, 36(1): 118～128.

[33] 吴华平，郭良田，常郁，等．氡断层气测量在佛山西淋岗活断层探测中的应用研究[J].华南地震，2009，29(4): 108～113.

WU Hua-ping, GUO Liang-tian, CHANG Yu, et al. An experimental study on active fault radon gases measurement in Foshan Xilingang fault[J]. South China Journal of Seismology, 2009，29(4): 108～113.

[34] 张慧，张新基，苏鹤军，等. 金城关活动断裂带土壤气氡、汞地球化学特征[J]. 西北地震学报，2005，27(2): 150～153.

ZHANG Hui, ZHANG Xin-ji, SU He-jun, et al. The geochemical features of radon and mercury on Lanzhou Jinchengguan active fault [J]. Northwestern Seismological Journal, 2005，27(2): 150～153.

[35] 张慧，张新基，苏鹤军，等. 兰州市活动断层土壤气汞、氡地球化学特征场地试验[J]. 西北地震学报，2010，32(3): 273～278.

ZHANG Hui, ZHANG Xin-ji, SU He-jun, et al. Field test on the geochemical features of radon and mercury from soil gas on the active faults in lanzhou[J]. Northwestern Seismological Journal, 2010，32(3): 273～278.

[36] 赵振燊，张慧，苏鹤军. 玛曲断裂带土壤气汞、氡地球化学特征[J]. 西北地震学报，2011，38(4): 376～379.

ZHAO Zhen-shen, ZHANG Hui, SU He-jun. The geochemical features of mercury and radon on Maqu active fault [J]. Northwestern Seismological Journal, 2011，38(4): 376～379.

[37] 杨少平. 壤中气氡汞联测在监测汶川余震中的作用[J]. 物探与化探，2010，34(6): 778～786.

YANG Shao-ping. The application of the soil and gas Rn-Hg combined measurement method to the aftershocks surveillance of Wenchuan[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2010, 34(6): 778～786.

[38] 张德会. 成矿作用地球化学[M]. 北京：地质出版社，2015: 1～481.

ZHANG De-hui. Geochemistry of ore-forming processes[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2015: 1～481.

[39] 山县登. 微量元素与人体健康[M]. 乔志清,译. 北京：地质出版社，1987: 1～270.

SHAN Xian-deng. Trace elements and human health[M]. QIAO Zhi-qing, Translated. Beijing: Geological Publishing House, 1987: 1～270.

[40] Frost C D. A geochemical classification for granitic rocks[J]. Petrol, 2001, 42: 2033～2048.

[41] Frost C D, Frost B R. On ferroan (A-type) granitoids: Their compositional variability and modes of origin [J]. Petrol, 2011, 52: 39～55.

[42] Nesbitt H W, Young G M. Early Proterozoic climates and plate motion inferred from major element chemistry of lutites [J]. Nature, 1982, 299: 715～717.

[43] Parker A. An index of wearhering for silicate rocks[J]. Geological Magazine, 1970, 107: 501～504.

[44] Colman S M. Chemical weathering of basalts and andesites: Evidence from weathering rinds [J]. US Geological Survey Professional Paper, 1982, 1246: 51.

[45] 刘英俊，曹励明，李兆麟，等. 元素地球化学[M]. 北京：科学出版社，1984: 1～548.

LIU Ying-jun, CAO Li-ming, LI Zhao-lin, et al. Element geochemistry[M]. Beijing: Science Press, 1984: 1～548.

[46] 严成文，张献河，李宏卫，等. 粤西罗定内瀚岩体LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄及其地质意义[J]. 矿物学报，2014，34(4): 481～486.

YAN Cheng-wen, ZHANG Xian-he, LI Hong-wei, et al. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and the geological significance of the Neihan granite in Luoding County, Guangdong Province, China[J]. Acta Mieralogica Sinica, 2014, 34(4): 481～486.

[47] 李日运，吴林峰. 岩石风化程度特征指标的分析研究[J].岩石力学与工程学报，2004，23(22): 3830～3833.

LI Ri-yun，WU Lin-feng. Research on characteristic indexes of weathering intensity of rocks[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004, 23(22): 3830～3833.

[48] 刘成禹，何满潮. 对岩石风化程度敏感的化学风化指数研究[J]. 地球与环境，2011，39(3): 349～354.

LIU Cheng-yu, HE Man-chao. Research on the sensitive chemical weathering indices to rock weathering[J]. Earth and Environment, 2011，39(3): 349～354.

[49] 吴宏伟, 尚彦军, 曲永新.香港花岗岩风化分级化学指标体系与风化壳分带[J]. 工程地质学报, 1999，7(2):125～134.

WU Hong-wei, SHANG Yan-jun, QU Yong-xin. Chemical weathering indices, classification, and zoning of weathered granitic rock in Hongkong[J]. Journal of Engineering Geology, 1999, 7(2):125～134.

[50] 尚彦军，王思敬，岳中琦，等. 全风化花岗岩孔径分布-颗粒组成-矿物成分变化特征及指标相关性分析[J]. 岩土力学，2004，25(10): 1545～1551.

SHANG Yan-jun, WANG Si-jing, YUE Zhong-qi, et al.Variation features of pore radius and particle diameter distributions and mineral content of completely decomposed granite and correlation of parameters[J]. Rock and Soil Mechanics，2004，25(10): 1545～1551.

[51] Masuda A, Nakamura N, Tanaka T. Fine structures of mutually normalized rare-earth patterns of chondrites[J]. Geochimca Cosmochim Acta, 1973, 37(2): 239～248.

[52] Taylor S R, Mclennan S M. The geochemical evolution of the continental crust[J]. Reviews of Geophysics, 1995, 33(2): 241～265.

APPLICATION OF GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL PROSPECTING TECHNIQUES IN SPECIAL GEOLOGICAL AND GEOMORPHIC AREAS

YU Jin-song， JING Lei， WANG Qiao-lin， HAN Wei， LIU Hua-zhong， GAO Xiao-liang

(InstituteofGeophysicalandGeochemicalExploration,CAGS,Langfang065000,Hebei,China)

Based on the application experiment of geophysical and geochemical prospecting technique in special geological and geomorphic areas mapping, this paper introduces the methods of extracting geologic information from regional geophysical and geochemical data. It is pointed out that the combination of gravity and Rn-Hg survey is efficient and low-cost for detecting concealed rock and fault in coverage areas. The weathering grades of intensely weathered areas can be clarified into bedrock, weak weathering, moderate weathering, strong weathering, total weathering, residual soil, and so on. Besides that, the geochemical behavior of weathered crust has a trace effect on the decomposition of primary minerals and the formation of secondary minerals. Due to the significant differentiation of REE in different weathered layers, the distribution pattern of REE which are strongly enriched in the whole weathering layer (rock-soil interface or weathering rock top) can be used as an important geochemical identification index for delimiting weathering crust.

geological mapping; geophysical and geochemical exploration technique; element geochemistry; discrimination; application

1006-6616(2016)04-0893-14

2016-09-16

中国地质调查局地质调查项目“特殊地质地貌区填图试点”(DD20160060)

喻劲松(1968-)，男，教授级高级工程师，博士，从事物化探综合研究。E-mail：yujinsong@igge.cn

P623

A