地球化学勘查的研究现状、发展趋势及其

地球化学勘查的研究现状、主要进展、发展趋势及其在隐伏矿找矿中的应用吉林大学地球探测科学与技术学院内容提要地球化学勘查的基本原理、研究内容及其方法类型国内外地球化学勘查的研究现状、主要进展和发展趋势地球化学勘查新技术、新方法在覆盖区隐伏矿找矿中的应用地球化学勘查方法在矿山外围和深部隐伏矿预测中的应用特殊景观下地球化学勘查的条件试验简介结束语一、地球化学勘查的基本原理、研究内容及其方法类型地球化学勘查的基本概念地球化学勘查：又称为地球化学找矿，简称化探。顾名思义，就是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介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。地球化学勘查的理论基础成矿物质在成岩、成矿过程中,在围岩中留下元素迁移的痕迹，或在成矿以后由于矿床的风化淋滤作用，使其中的成矿元素、成矿指示元素在矿体周围的岩石、土壤、水系沉积物、水、植物中再分配，或矿床中的挥发性和放射性气体通过断裂带上升并被土壤所吸附，并形成各种类型的元素或化合物的分散富集模式（异常），根据这些元素或化合物的分散模式（异常）来追踪和发现新的矿床。各种类型的分散模式图地球化学勘查的主要研究内容地质体中元素及化合物的分布、分配模式地质体中元素或化合物分布分配规律的研究，是化探工作的基础。主要包括不同地质体中元素含量及其分布形式、空间上元素含量的变化规律、元素分布与地质体的相互关系研究等。地球化学找矿指标的筛选不同类型的岩石、矿床中元素间共生组合关系是不同的。利用已知矿床中元素的共生组合规律、或利用地质体中元素间的统计关系，确定找矿指标是化探的重要研究任务。研究地质问题，间接指导找矿通过地质体中元素分布和元素共生组合规律的研究，解决诸如区域构造分区、构造岩浆活动与成矿作用的关系等基础地质问题。查明元素在区域上的分布规律查明元素在区域上的分布规律为农业、环保、牧业等行业提供有价值的资料。地球化学勘查的主要特点与其它找矿方法相比，地球化学勘查具有如下特点：地球化学勘查是以研究与成矿有关的物质成分作为找矿基础，它所观测的不单是一些地质现象，而是是化学元素和其它地化参数，有些指示元素本身就是成矿元素或者为伴生元素，因此，可以说化探是一种直观的找矿方法。大量事实证明，地球化学勘查在稀有、有色、特别是贵金属矿产勘查方面是一种颇有成效、不可替代的技术和方法。地球化学勘查可以通过揭露原(同)生、次生地球化学异常，来寻找岩石中埋藏不太深的盲矿和寻找第四纪覆盖层下面的隐伏矿体。目前正在发展的地气、地电化学等化探新技术在森林地带、草原覆盖地区的普查找矿中具有十分广泛的前景。地球化学勘查工作的野外设备较为简单轻便，采样速度快，随着样品分析方法的改进(如全谱直读光谱、中子活化、原子吸收光谱和现场分析的x射线荧光分析仪等）和计算机数据处理的采用，地球化学勘查已成为一种多、快、好、省的找矿方法。地球化学勘查的应用范围也在逐步扩大，现在它不仅可用于找矿，同时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。地球化学勘查借助现代分析技术，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（10-6）至十亿分之几（10-9）。由于地球化学方法辨认微弱矿化直接信息能力的大大提高，因此在发现难识别矿种或难识别类型以及盲矿上成为了矿产勘查的主导方法。地球化学勘查的主要方法类型二、国内外地球化学勘查的研究现状、主要进展及发展趋势在近代地质科学诞生之前，人类就萌发了找矿的思想。例如：在我国，古代文献中已有了矿物共生、元素分带和地植物找矿的概念。如在《管子》的《地数篇》中记载着：“山上有铅者，下有银”；“上有丹砂者，下有黄金”；“上有磺石者，下有铜金”；“山上有赭者，其下有铁”。唐代颜真卿的著作中记载有：“山上有葱，下必有银；山上有韭，下必有金，山上有金，下必有锡”。在古希腊与古罗马的文献中记载了GeoriusAgricoda用分析泉水和观察植物遭受高含量金属组分毒害后所出现的反常生长特征来找金属矿床(R．W．Boyle，1977)；同时还记载了15世纪中叶一位热那亚绅士用冬青属植物作为明矾石的指示植物在意大利获得成功的案例。近代地球化学找矿的思想和方法技术在20世纪30年代产生于俄罗斯和斯堪的纳维亚各国，而迅速得到发展并取得实质性的进展则是近50年的事，特别是近20年来，地球化学勘查的高速发展，首先归功于世界经济的持续增长对矿产需求的增长，其次是高灵敏度分析技术的长足进展为勘查地球化学找矿创造了条件。地球化学找矿通过研究并利用与深部矿形成有关的标志、提取与深部矿有关的信息的方法，其特点是借助于分析技术，可以有效地识别肉眼无法识别的矿床类型或矿种，在发现和识别矿种或矿床类型上取得较大成功。（一）地球化学勘查的研究现状1798年，B.M.谢维尔金提出了“矿物邻近性”的概念。1849年德国J.F.A.布莱绍普特揭示了矿物共生组合的规律性，对推断铁帽和矿化露头下部可能的矿化情况提供了依据。1、国外地球化学勘查的研究现状1936，艾盂斯发现了内生金属矿床周围矿物组分的分带现象，并作了完整叙述。1939，费尔斯曼等人研制出土壤测量方法。在此基础上，萨弗朗罗夫、博伊尔等人为该方法的理论和方法技术做出了卓越的贡献，为勘查地球化学找寻残坡积层覆盖下的隐伏矿床提供了一种有效的方法技术。1970,J.H.奥弗钦尼柯夫和C.B.格里戈良对原生晕的形成及其实用意义进行了研究。1976,C.B.格里戈良等发表了一篇有关原生晕方法的总结性文章，报道了原苏联对热液矿床原生晕方法的研究成果。其中，最重要的是提出了热液矿床原生晕具有分带性及元素组分分带的统一分带序列和计算元素分带指数的方法，以及评价矿化侵蚀截面的累加晕和累乘晕比值等指标。以上研究为半出露盲矿床的地球化学勘查提供了理论基础。据报道，原苏联，自20世纪60年代以来，一直在进行岩石测量方法的试验研究和寻找隐伏矿的工作，运用岩石测量方法已经成功地发现了数以百计的金属矿床。G.J.S.Govett(1978)评述西方国家的岩石测量工作，指出：“在过去10年里，也取得了一些进展。它已从一种基本上不能实际应用的方法技术，而发展成为矿业界从事找矿不可缺少的一种方法技术。从矿业界重新在北美和欧洲一些工作程度较高的地区采用岩石测量方法找矿实际表明，岩石测量方法已被公认为是一种理想的方法技术。”T．Vogt在挪威进行的水化学测量可能是现代水化学勘查的早期研究(A．A．Levinsson，1974)。20世纪40年代俄罗斯开始将水化学勘查方法大规模用于找矿实践。20世纪60年代后，加拿大、美国和澳大利亚等国相继开展了大规模的水化学测量。1922年A.Π．基里柯夫最早试验用Rn气测量找寻放射性矿。G．劳伯梅尔(1929)试验用烃类气体找石油。A.A.萨乌科夫(1946)和E.A.谢尔盖耶夫(1957)首先提出，并试验用汞蒸气测量找汞矿和其他金属矿。1909年A.E.费尔斯曼最早发现厄尔巴岛上的蛇纹岩和花岗岩类岩体上植物种群的差异，中世纪捷克和德国有经验的找矿人利用植物群落找寻铅锌矿化，在阿尔泰探矿员发现在硫化物富矿上方生长着一种特别的石竹“铜草”来指示找矿及地质学家根据石英脉和方解石脉、破碎带、热液蚀变带上植物组合的特征变化识别矿床等。20世纪70年代R.R.Brook和Ａ.Ｌ.科瓦列夫斯基等在加拿大和前苏联等地在森林覆盖、受风沙干扰的戈壁荒漠及沙漠、冰川沉积、湖泊沉积和厚土等厚覆盖区开展用现代生物地球化学方法找隐伏矿的研究与实验。20世纪70年代加拿大巴林杰公司的Weiss和Barringer等人(A.R．Borriger，1966)提出用大气尘埃找金属矿。加拿大巴林杰公司将大气中金属组分的测定应用于矿产勘查，该公司Weiss和Barringer等人曾秘密从事气溶胶测量方法研究达十年之久，先后研制出空中微迹测量系统(Airtrace)和地面微迹测量系统(Surtrace)，他们采用ICP分析大气微尘中的二十多种金属组分，后因影响因素较多、难以追索到异常源而中止。澳大利亚在20世纪80年代初期，推出大样堆浸金（BLEG）商用技术，广泛应用于各种不同的地质背景条件下的金矿勘查，最初主要应用于土壤，现在主要应用于水系沉积物中。这种相对便宜而灵敏度高的区域采样技术，在澳大利亚、南太平洋（印度尼西亚、巴布亚新几内亚等）等地金矿床勘查中取得了重大突破。美国地调所J.R.Clarke等人在20世纪80年代中期研制出酶浸析法寻找金属矿，这种方法在美国和南美许多国家发现了新的隐伏矿。据称该方法在冰碛物覆盖区尤为有效。随后Clarke等人和中子活化分析公司与ACTLABS联合，在加拿大、美国及南美许多国家的实验室将酶提取方法大规模引入市场。活动金属离子法（MMI）由澳大利亚A.Mann和R.Birrell发展起来的，用于厚层运积物的技术，WamtechPty公司将这一方法大规模引入市场，声称他们迄今已有74个找矿案例，找矿成功率达85%。他们的提取液是保密的，在少数实验室制备后分发给其它实验室应用；提取液共两种：一种是为测定Cu、Pb、Zn、Cd活动离子的，一种是Au、Ag、Ni、Pd、Co活动离子的。L.Malmqvist和Kristiansson(1984)研制出地气法（Geogas）找隐伏金属矿床。20世纪80年代初，瑞典Lund大学物理系和布立登(BolidenMineral)公司合作，提出金属元素从地下深处以微气泡附着气体形式上升到地表并在矿体上形成成矿元素异常的思想，据此开始研究并使用一种新的“金属气体”测量技术，即地气测量。他们在本国及其它国家的30多个地区进行试验，发现地气异常与矿化存在明显的对应关系，并对地气迁移机制也作了许多工作。与此同时，捷克的布尔诺(GeofyzikaByno)地球物理公司也进行了该种方法技术研究，所不同的是采用主动吸附法在近地表采集地气气溶胶。他们设在布拉格的实验室于1976年证实土壤气体中存在一些元素(Cu、Fe、Zn、As、F、Cl)、而且证实这些元素来源于某些地质构造，他们将之称为金属射气法。20世纪80年代初，捷克和德国学者合作介绍了一种元素分子态的气体找矿方法(GEO-MFE)，进而提出元素在深部可能以分子形式迁移，到达近地表时，成为气溶胶(Aerosolform)。他们除用于找金属矿外还找非金属矿(如萤石脉)，更多的用在深部断裂构造填图及大型建筑物的选址等。俄罗斯也有类似研究，戈里格良博士于1997年3月份访华期间，就介绍了其研制的离子晕找矿法，但在俄罗斯一般将此类方法统称为气体地球化学方法。20世纪70年代后期，国外集中力量研究各种能寻找隐伏矿的新思路、新方法、新技术，相继诞生一系列寻找隐伏矿的方法技术，如地气法、地电化学方法、酶淋滤、程序热释、偏提取等方法。这些方法在一些特殊的景观区找残坡积层覆盖下的隐伏矿、半出露盲矿和埋藏较浅的掩埋矿，均能获得较好的找矿效果。始于20世纪50年代初的区域地球化学勘查(区域化探)作为政府推出的计划与项目，在矿产勘查中发挥重要的作用。依据J.A.Plant(1986)资料，自20世纪60年代以来全世界仅以水系沉积物采样为主的大规模区域化探项目就有38项之多。20世纪70年代中期以来，许多国家还实施了国家地球化学填图计划。比较著名的有：美国在20世纪70年代开展的“全国铀资源计划”，加拿大开展的“全国地球化学填图计划(NGR)”，前苏联在20世纪50年代哈萨克斯坦进行的1：1万土壤金属量测量，20世纪70年代在贝阿线等开展大规模的1：20万～1：50万水系沉积物测量(分散流)，英国在60年代末、70年代初完成了北爱尔兰、英格兰和威尔士的地球化学填图，原联邦德国和北欧也相继在70年代末至80年代完成全国化探扫面工作。据美国原于能机构(1973)对美国100000个化探异常的检查，其中4