勘查地球化学80年来重大事件回顾

勘查地球化学诞生于20世纪30年代初期,经历了80年的发展,已经成为一门重要的地球化学分支科学,为矿产勘查做出了巨大贡献。本文对勘查地球化学过去80年发展历程的标志性事件进行了回顾;对勘查地球化学基础理论研究进展和对矿产发现做出的贡献进行了概括总结;对近年勘查地球化学最为活跃的研究领域进行了简要介绍。在20世纪70年代以前勘查地球化学作为一门独立学科已经形成,它的标志性事件是经典教科书的出版、勘查地球化学专业设立、勘查地球化学杂志的创刊、国际勘查地球化学家协会成立和勘查地球化学学术会议定期召开。在基础理论研究方面体现在局部地球化学分散模型和区域分布模式的建立。一些国家大规模区域或国家地球化学调查或填图计划的实施,为全球3次批量矿床发现作出了巨大贡献。近些年勘查地球化学最为活跃的研究领域集中在:(1)在微观尺度上,从纳米水平和分子水平研究化学元素的分散和迁移机理,发展覆盖区找矿的地球化学技术;(2)在区域尺度上,继续开展区域地球化学调查或填图理论与技术研究,为成矿带地球化学评价和靶区圈定提供高质量数据和图件;(3)在全球尺度上,致力于全球地球化学基准建立,为了解全球化学元素分布背景、过去地球化学演化和预测未来全球化学变化提供定量评价标尺。     

覆盖区勘查地球化学理论研究进展与案例

覆盖区勘查地球化学近年在迁移机理研究上最显著的进展是在矿体上方覆盖层土壤中直接观测到Cu、Au等纳米金属微粒和植物细胞中的成矿元素,从纳米尺度和分子水平直接观测到的微观迁移证据使得覆盖区勘查地球化学迁移机理研究从描述性模型向实证性模型实现了质的飞跃.通过对北方干旱沙漠覆盖区金矿、中部湿润农田覆盖区铜镍矿、南方植被红土覆盖区的铜金银矿研究表明,Cu、Au元素主要以纳米微粒形式穿透火山岩、变质岩和土壤覆盖层,用深穿透地球化学的微粒分离和铁锰氧化物提取技术可以有效指示隐伏矿体.干旱盆地砂岩型铀矿的研究表明,铀在氧化条件下以铀酰络阳离子(UO₂2+) 形式迁移到地表,并被土壤中粘土所吸附,吸附相中的铀占全部的铀比例最高(17%~40%),使用物理分离粘土或化学提取粘土吸附相铀可以有效地指示深部铀矿体.      

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

戈壁覆盖区金窝子矿带深穿透地球化学方法研究

文章以金窝子金矿带为例,讨论戈壁覆盖层的分带结构,以及金等成矿元素在干旱景观区的表生迁移和矿化信息的传递机制;试验研究了本区土壤和活动态测量等深穿透方法效果,提出了戈壁覆盖区化探勘查和找隐伏矿的技术方法.通过重点剖面和1200 km2面积1:20万比例尺的多指标地球化学测量证明,戈壁覆盖层主要由坡-冲积层和冲-洪积层互层构成,其中坡-冲积层属当地风化产物,包含矿化信息;而冲-洪积层为运积物.土壤(-160目)测量对于圈定区域金成矿构造带和显示出露矿化效果良好,应用水提取态和铁锰氧化物态等深穿透指标,可以揭示覆盖金矿化.     

戈壁覆盖区准平原化过程中成矿元素的分散与迁移——以金窝子金矿为例

我国的干旱戈壁大部分地区都经历了准平原化过程,在这一过程中伴随着元素的迁移和再分配,使得地球化学勘查变得十分困难.本文以新疆金窝子矿区为例,针对戈壁覆盖区化探采样工作中出现的地球化学异常,从自然景观和地质演化人手,利用空气动力反循环钻连续实时取样,研究元素在戈壁覆盖层中的地球化学空间分布特征,分析得出戈壁覆盖区准平原化过程中元素的分散及迁移情况,进而让我们更深入地去研究荒漠戈壁区地球化学异常的形成机理问题.     

穿透性地球化学迁移模型的实验证据

深穿透地球化学是通过研究成矿元素或伴生元素从隐伏矿向地表的迁移机理和分散模式,含矿信息在地表的存在形式和富集规律,发展含矿信息采集、提取与分析以及成果解释技术以寻找隐伏矿.     

黔西南灰家堡金矿田成矿构造模式及构造地球化学研究

通过解析灰家堡金矿田地质和地球物理等资料,建立该矿田成矿构造模式,并应用构造地球化学研究方法了解Au和其他微量元素在不同构造部位分布情况,最后将研究结果应用于找矿勘探实践。灰家堡背斜是龙潭组及其之上地层由弯滑褶皱作用形成的。背斜中Au元素在垂向上主要沿着构造蚀变体和背斜轴分布,在横向上背斜核部越紧闭金矿化越强,显示了明显的背斜控矿特征。微量元素因子分析显示成矿元素组合为Au、As、Sb、Hg和Tl。对应分析表明构造蚀变体中的角砾岩主要富集Sb和Tl,龙潭组和长兴组的生物碎屑灰岩主要富集Au,龙潭组的黏土岩、粉砂质黏土岩等主要富集Hg和As。原生晕垂向分带序列自下而上为Tl-Sb-Hg-Au-As。在综合成矿构造模式和构造地球化学研究的基础上,认为黔西南二叠系-三叠系浅海碳酸盐台地相区的背斜/穹窿及相关的逆断层构造组合区是重要的找矿区域,Au、As、Sb、Hg和Tl元素异常套合最好的地段为找Au有利靶区,高As/Tl比值地段深部找矿潜力大,且碳酸盐岩和黏土岩组合部位是有利的富Au部位。     

荒漠戈壁区超低密度地球化学调查与评价——以东天山为例

中国的干旱荒漠戈壁区,约占国土面积的1/4.自然特点是极其干旱,沙漠和戈壁广布,土壤呈碱性.大部分面积尚未进行区域化探扫面工作,即使进行工作的地区,由于风成沙和土壤碱性的影响,结果并不理想,难以了解整个地区资源潜力.超低密度地球化学方法经过近10年发展,已经显示它不受地表覆盖物影响,能够快速有效地圈定战略靶区.因此,超低密度地球化学方法被用于东天山1.5×105km2的调查试点研究,发现弱胶结层是干旱荒漠区超低密度调查的有效采样介质,并且深部含矿信息主要赋存在细粒级部分和氧化地球化学障中,使用细粒级部分与提取氧化物膜中的金属元素相互补充可以有效地识别含矿信息.使用超低密度地球化学方法可以达到迅速、有效圈定有利于大型矿床或矿集区战略靶区的目的.通过1.5×105km2地球化学调查,制作了30余种元素地球化学图,填补了东天山部分地区地球化学空白.新发现远景Cu、Au、U和W异常10余处,并发现东天山存在3条Cu异常带东天山北带、中带和南带,其中土屋铜矿和黄山铜镍矿都位于中带,新发现的维权铜矿位于南带,北带还有待于进一步证实.相信这些异常的发现,对今后整个东天山矿产勘查的战略部署具有重要意义.     

吐哈盆地砂岩型铀矿战略性地球化学调查与评价

超低密度战略性深穿透地球化学方法可以有效地圈定大规模地浸砂岩型铀矿.地表弱胶结层细粒物质的强烈吸附和离子交换性能使得深部迁移上来的活动态铀元素得以保存富集,可做为获取盆地中隐伏砂岩型铀矿信息的有效采样介质.铀钼组合异常是砂岩型铀矿的最显著标志.利用超低密度地球化学方法在整个吐哈盆地共圈出3个铀地球化学省,其中两处位于吐鲁番盆地周边,一处位于哈密盆地东南缘.新发现的哈密-骆驼圈子和鄯善县东南部地球化学异常极具寻找新的大型砂岩型铀矿找矿前景.     

运用深穿透地球化学研究地壳的不均一性

地球存在着化学不均一性,在宏观上表现为矿床分布的不均一性,大型矿集区的出现也是地球化学不均一性的表现.运用深穿透地球化学测量方法,发现华北地台与扬子地台及秦岭-大别造山带之间,主要成矿元素Au、Cu存在很大差异,华北地台主要以金的地球化学块体大规模出现为特征,而扬子地台北缘Cu、Pb、Zn的平均含量高出华北地台1倍,并且出现一个较大的Cu地球化学块体.从这些研究,我们可以发现,不同大地构造单元中元素分布是不均匀的.华北地台和扬子地台物质供应的巨大差别,导致两个地台成矿特征的差别.