深穿透地球化学新进展

叙述了深穿透地球化学近年来在方法技术与理论上的新进展。列举了在国际合作项目“Deep penetratingGeochemistry”中使用中国发展的新分析技术与国外一些方法在两个隐伏矿区比较的结果。在内华达Mike隐伏金矿上方使用中国的有机结合态提取方法 (OBM )效果最好 ;Mike隐伏铜矿上方使用中国的铁锰氧化物包裹及吸附态提取方法 (FMM )效果最好。在智利GabySur隐伏斑岩铜矿上方 ,应用国外Actlabs的水提取及酶提取方法仅在隐伏矿两侧断层上方地表圈出Cu和Ag异常峰值 ,而应用中国的水提取 (WEM )及吸附态提取 (AEM)方法则在整个隐伏矿床上方地表都圈出明显的Cu及Ag异常。两者明显差异的原因正在进一步研究中。在中国“973”及地质大调查项目中例举了在新疆东天山采集弱胶结层细粒物质进行战略性深穿透填图取得的成果 ,发现多处可找到Au ,U ,Cu ,W ,Pt,Pd隐伏矿床的远景区 ,特别是两个可能发现大型隐伏铀矿的靶区 ,为在该地区找寻可地浸砂岩型铀矿提供了重要线索。在理论研究方面报道了国际项目中提出的地震泵、大气压泵、冬季呼气、CO2 发生器等驱动活动态金属向上迁移的理论将之与中国近年提出的地球气搬运活动态金属的理论相结合 ,提出了一个新的以地球气为主的活动态元素向上迁移的多营力接力搬运模型。     

鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿深穿透地球化学勘查方法实验

鄂尔多斯盆地尚未开展区域化探扫面工作。文中以东胜砂岩型铀矿区为例,开展深穿透地球化学勘查方法实验。东胜铀矿床产于侏罗系直罗组下段,为隐伏矿床。研究发现,富含细粒级地表结层是半干旱盆地砂岩型铀矿区域地球化学勘查的有效采样介质。在东胜砂岩型铀矿区及周边2 000 km2的方法实验中,每4 km2采集一个样品,过筛后取-200目进行全量分析,在矿化出露区及隐伏矿区圈出了铀及相关元素的地球化学异常。对元素比值R=lnU/(lnCe+lnY+lnZr+lnNb)在不同区域分布特征的研究表明,样品中活动态铀是形成铀异常的主要原因,提取细粒级土壤组分进行全量分析,可作为区域深穿透地球化学的砂岩型铀矿找矿指标。在矿床尺度深化穿透地球化学勘查方法中,因实验区地形特点使得富含细粒级地表结层样品不易普遍取得,地表土壤的全量分析不能满足勘查要求,需要采用铀专属性强的提取试剂进行元素活动态分析。文中采用作者研制的MML-U活动态提取剂,在东胜铀矿区孙家梁矿段剖面实验中,成功探测到矿体上方土壤中的U、Mo、V等元素的活动态异常。     

深穿透地球化学对比研究两例

为了寻找隐伏矿床,近些年提出了深穿透地球化学的概念和发展了深穿透地球化学方法。国际勘查地球化学家协会于1997年开始组织实施了“深穿透地球化学对比计划”。这里给出了四种深穿透地球化学方法,包括金属活动态提取方法、酶提取方法、活动金属离子法和电地球化学方法,在中国和美国的两个隐伏矿进行了对比试验,结果表明,深穿透地球化学方法可以在隐伏矿上方有效地发现异常。在干旱荒漠区,由于氧化作用和蒸发作用强烈,地表形成氧化地球化学障和大量盐类的蒸发地球化学障,这些地球化学障可以将深部迁移至地表的含矿信息捕获。因此,用深穿透地球化学的铁锰氧化物膜提取和盐类蒸发障良好导电性能的电提取,可以有效地指示矿体。中国的深穿透地球化学方法在美国内华达Mike金铜矿的效果要优于加拿大的酶提取(EnzymeLeach)和澳大利亚的活动金属离子法(MMI)。     

深穿透勘查地球化学

笔者根据近些年发展起来的寻找隐伏矿的勘查地球化学新方法,提出了深穿透勘查地球化学的概念、理论、研究内容、研究意义与必要性。将深穿透勘查地球化学定义为研究能探测深部隐伏矿体发出的直接信息的勘查地球化学理论与方法技术。它的目的是将各种寻找深部隐伏矿的新方法的理论基础有机地联系起来,将其发展成一门科学,而不仅仅是停留在经验或技术上,以便为更科学有效地寻找深部隐伏矿提供有利手段。     

深穿透地球化学勘查技术对胶东冲积土覆盖区隐伏金矿的勘查指示

胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一,随着地质勘查程度的不断提高,其找矿方向逐渐由浅表矿转向覆盖区深部隐伏矿。土壤微细粒分离技术是一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学勘查技术,已在多种景观区取得成功试验案例。本文选择胶东冲积土覆盖区曲家隐伏金矿及其外围开展土壤微细粒分离技术的勘查试验。结果表明：相比于中国土壤、山东省土壤、烟台市土壤背景值,研究区内Au元素高度富集,区域浓集系数高达288,金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系,能够互相印证,且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系。异常形成机理是：深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等〖JP3〗宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接续作用下迁移至地表,并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常。土壤微细粒分离技术对隐伏金矿的勘查指示取得理想效果,可以应用于胶东冲积土覆盖区地球化学找矿勘查。     

深穿透地球化学勘查技术在黔西北大坪子铅锌矿找矿中的应用

黔西北矿集区是川滇黔铅锌多金属成矿区的重要组成部分,也是贵州省主要的铅锌资源产地。目前,地表和浅埋藏的铅锌矿体已几乎开采殆尽,找矿目标已转入被厚层基岩所覆盖的深部隐伏矿,常规的地球化学勘查方法难以获取深部隐伏矿信息,找矿效果不理想。本文利用在黔西北大坪子铅锌矿区开展土壤有机烃结合金属活动态的深穿透地球化学勘查技术方法试验,对烃类组分和金属元素活动态产生的异常进行研究,评价该技术方法的应用前景。结果显示,大坪子铅锌矿区土壤中烃类组份发育对偶双峰式和多峰式异常,金属活动态在矿体上方和断裂构造地表出露位置有清晰的异常显示,土壤有机烃和金属活动态可以有效地指示断裂构造,并很好地反映深部隐伏铅锌矿体信息。通过综合分析,在大坪子铅锌矿区12号剖面和16号剖面上共预测2个异常靶区,经钻探工程验证,发现1个铅锌矿体,矿体厚1.33m,Zn品位为2.24%,Pb品位为0.44%,推测为Ⅱ-11矿体往深部的延伸。应用实例表明,土壤有机烃结合金属活动态的深穿透地球化学勘查技术可用于黔西北地区铅锌矿的深部找矿预测,对隐伏铅锌矿的找矿勘查工作具有较好的指导意义和应用前景。     

纳米地球化学:穿透覆盖层的地球化学勘查

盖层下方隐伏矿成矿及伴生元素如何穿透覆盖层到达地表,是深穿透地球化学迁移机理研究的热点。笔者以隐伏铜镍矿和金矿为例,同时采集地气、土壤、矿石样品,使用透射电子显微镜(TEM),对样品中微粒物质的粒径、形貌、成分、结构进行了观测,发现微粒具有下列特点:(1)广泛观测到的微粒成分是铜及铜合金,金只在金矿上方土壤孔隙气体中能被观测到;(2)单个金属微粒粒径主体为几十nm,也有个别小到几个nm,大到上百个nm,微粒大多呈团聚体;(3)微粒晶形完整,内部原子呈有序晶体排列;(4)迁移柱实验表明纳米微粒具有快速迁移能力。在地气、土壤和矿石中同时观测到纳米级金属微粒,粒径大小、微粒形态、元素组合都非常相同或相近,表明两者具有来源一致性并具有序晶体结构,表明形成于内生作用。这是首次同时观测到矿石、土壤、气体介质中具有继承性关系的纳米金属微粒。矿石中纳米级金属微粒通过与微气泡表面相结合,以地气流为载体,或纳米微粒本身具有类气体性质,可以克服重力影响,穿透厚覆盖层迁移至地表,到达地表后一部分纳米颗粒仍然滞留在气体里,另一部分被土壤地球化学障(粘土、胶体、氧化物等)所捕获。这为深穿透地球化学从描述性或推测性模型走向实证性科学迈出了重要一步,为利用土壤作为采样介质、精确分离含矿信息用于寻找外来盖层下的隐伏矿提供了纳米地球化学技术。     

战术性与战略性的深穿透地球化学方法

金属活动态测量法是寻找隐伏矿的深穿透地球化学方法之一,目前有关金属活动态测量的应用研究较多,但对于活动态的提取和相态（包括水提取相）分析测定方法研究较少。传统的原子吸收光谱法只能测定单元素,而电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）最多同时测定水提取相中5个元素（Cr、Cu、Zn、Cd、Pb）,已不能满足当前化探任务中金属活动态测量的需要。本文建立了高分辨率电感耦合等离子体质谱（HR-ICP-MS）测定水提取相元素中59个元素的方法。通过试验,确定了59个元素的最佳提取条件为：提取时间24 h,提取温度35℃,液固比15:1,固液分离方法为离心分离。方法精密度（RSD,n=12）为3.11%~38.1%,其中RSD大于20%的数据只占全部试验结果的28.4%,表明该方法较为准确可靠,方法检出限满足元素活动态的分析要求。运用HR-ICP-MS测定水提取相元素的方法,不仅增加了测定元素的数量,也降低了检出限,提高了精密度,可以为勘查地球化学研究提供更为全面的信息。

     

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.     

战术性与战略性的深穿透地球化学方法

多年来地球化学方法主要用于圈定出露及亚出露矿化四周的地表次生分散晕和分散流找矿或圈定盲矿上方地表的原生晕找矿,取得极大效果,但对被厚层运积物或厚层成矿后沉积岩或火山岩埋藏的矿体,由于地表次生异常与原生晕皆被掩蔽而显得无能为力。８０年代以来发展了一些新的能有效探索被厚达数百米运积层及成矿后沉积岩或火山岩埋藏的矿体的“深穿透”地球化学方法,包括澳大利亚的ＭＭＩ方法,加拿大与美国的酶提取方法,前苏联的ＣＨＩＭ方法,瑞典的ＧＥＯＧＡＳ方法及中国的ＮＡＭＥＧ与ＭＯＭＥＯ方法。这些方法大多数是用于详查中,用在地质预测认为深部有远景或地球物理方法发现深部有某种异常,但又无法取得可靠的矿化直接证据的地区,而中国的ＮＡＭＥＧ与ＭＯＭＥＯ方法则既是战术性的,又可在找寻隐伏的大型、特大型甚至巨型矿床上发挥巨大的战略作用。文中列举了在乌兹别克斯坦穆龙套巨型金矿及澳大利亚奥林匹克坝巨型铜铀金银矿周围进行的战略性深穿透ＮＡＭＥＧ与ＭＯＭＥＯ测量的结果,笔者认为这种战略性与战术性深穿透地球化学方法的发展将会加速在隐伏区找到大型至巨型矿的进程,并为勘查地球化学在２１世纪开拓广阔的新的研究领域。     

深穿透地球化学迁移模型

深穿透地球化学是针对寻找隐伏矿的需求而发展起来的一门新的地球化学分支学科,其理论基础由连续的几个要素构成:元素向地表的迁移机理→迁移到地表以后的赋存介质和赋存形式→形成异常模式的特征.本文针对元素从深部隐伏矿体向地表的迁移机理,总结了传统的具有代表性的3种迁移模型,包括离子扩散迁移模型、地下水溶解迁移模型和电化学迁移模型,并根据最新的研究成果,提出了地气流迁移模型和多营力迁移模型.这些模型的系统总结和提出对深穿透地球化学理论基础的建立和研究隐伏矿体元素的三维分散模式具有重要理论意义.     

深穿透地球化学迁移模型

深穿透地球化学是针对寻找隐伏矿的需求而发展起来的一门新的地球化学分支学科,其理论基础由连续的几个要素构成元素向地表的迁移机理→迁移到地表以后的赋存介质和赋存形式→形成异常模式的特征.本文针对元素从深部隐伏矿体向地表的迁移机理,总结了传统的具有代表性的3种迁移模型,包括离子扩散迁移模型、地下水溶解迁移模型和电化学迁移模型,并根据最新的研究成果,提出了地气流迁移模型和多营力迁移模型.这些模型的系统总结和提出对深穿透地球化学理论基础的建立和研究隐伏矿体元素的三维分散模式具有重要理论意义.     

深穿透地球化学迁移模型

深穿透地球化学是针对寻找隐伏矿的需求而发展起来的一门新的地球化学分支学科,其理论基础由连续的几个要素构成:元素向地表的迁移机理→迁移到地表以后的赋存介质和赋存形式→形成异常模式的特征。本文针对元素从深部隐伏矿体向地表的迁移机理,总结了传统的具有代表性的3种迁移模型,包括离子扩散迁移模型、地下水溶解迁移模型和电化学迁移模型,并根据最新的研究成果,提出了地气流迁移模型和多营力迁移模型。这些模型的系统总结和提出对深穿透地球化学理论基础的建立和研究隐伏矿体元素的三维分散模式具有重要理论意义。     

新疆金窝子矿区深穿透地球化学对比研究

在新疆金窝子金矿区,利用2种深穿透地球化学方法--金属活动态提取方法和电地球化学方法进行对比试验,结果表明这些方法可以在隐伏矿上方有效地发现异常.在干旱荒漠区由于氧化作用和蒸发作用强烈,地表形成氧化地球化学障和大量盐类的蒸发地球化学障,这些地球化学障可以捕获由深部迁移至地表的含矿信息,因此,用深穿透地球化学的铁锰氧化物膜提取和盐类蒸发障良好导电性能的电提取可以有效地指示矿体.     

地球化学填图与地球化学勘查

在中国与西方国家，地球化学填图的目的与做法并不相同，西方的地球化学填图是由研究机构开展的，使用等离子焰光量计、X射线荧光光谱仪等大型仪器进行多元素分析，目的是取得多种元素在地球表层分布的基础性资料。地球化学勘查则由矿业公司主要分析少量成矿元素，目的是为了找矿。而中国的地球化学填图计划却做出了巨大努力，使地球化学填图取得的资料既有学术价值又对矿产勘查具有重大的实用意义。本文详细讨论了西方国家与中国地球化学填图与地球化学勘查的思路、方法与技术的演变，并瞻望了地球化学填图在21世纪的巨大发展前景。     

纳米金属微粒发现——深穿透地球化学的微观证据

在400m深度隐伏铜镍矿上方气体和固体介质中同时发现纳米级铜等金属微粒。透射电镜下显像直观、质感,图像清晰。单个金属微粒呈球形或椭球形,多个微粒大多构成团聚体。单个金属微粒粒径主体在几十纳米,最小到10nm,大到上百个nm。微粒具有有序晶体结构。原位测量微粒成分为:①单一成分纳米自然铜微粒;②金属复合成分纳米微粒Cu-Fe,Cu-Ag,Cu-Cr,Cu-Ni,Cu-Fe-Mn;③含有Si、Al、Ca、O、P复杂成分的纳米Cu微粒。在地气和土壤中微粒大小、形貌特点和成分基本相似,同时微粒具有有序晶体结构。以上事实说明二者之间具有成因联系,即都来自于矿体。在实验室建立的模拟迁移柱,证实纳米金属微粒具有极强的穿透能力和快速迁移能力。这不仅为深穿透地球化学提供了直接的微观证据,而且为利用土壤作为采样介质的微粒分离深穿透地球化学技术寻找隐伏矿具有重要的应用价值。     

深穿透地球化学在黔西北隐伏铅锌矿找矿中的应用

黔西北是川、滇、黔铅锌多金属成矿区的重要组成部分,区内矿床沿区域性断裂呈带状分布,矿体主要受断裂构造和岩性的双重控制,且多为高品位的隐伏矿。由于常规化探方法在寻找深部隐伏矿方面存在短板,本文在黔西北杉树林、洗线沟和青山铅锌矿床开展了深穿透地球化学勘查法(土壤吸附烃和地电提取法)的探索并取得了良好的找矿效果。研究发现,有机烃(甲烷、乙烷、丙烷、乙烯等)异常和地电提取离子(Pb、Zn、As、Sb和Hg)异常与深部隐伏铅锌矿体具有明显的对应关系,在青山矿床外围利用地电提取法成矿预测了深部隐伏矿体,有机烃异常也为杉树林矿床下一步找矿指明了方向。     

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.