勘查地球化学方法研究进展

地球化学勘探以地球化学理论为基础，通过系统地研究地球岩石圈、水圈、气圈、生物圈中各种化学元素的分布、分配及其含量变化，来了解地质情况，指导找矿。具体方法中，地球化学勘查需要系统地测量天然物质中的地球化学性质，发现与矿化或矿床有关的地球化学异常。化探方法可分为岩石地球化学测量、土壤地球化学测量、水系地球化学测量、水地球化学测量、气体地球化学测量以及植物地球化学测量。近20年来又发展研究了同位素地球化学探矿、航空地球化学探矿以及海洋地球化学探矿等方法。在区域性地质调查工作中，常用的方法为水系沉积物测量、土壤地球化学测量等方法，而在大比例尺的找矿靶区解剖中，则常常需要对原生晕进行研究，岩石裂隙地球化学测量(渗滤晕测量)即是有效的方法。20世纪80～90年代诞生一系列寻找隐伏矿地球化学新方法，如电地球化学法(CHIM)、元素有机质结合形式法(MPF)、地气法(GEOGAS)、金属活动态测量法(MOMEO)、酶提取法(ENZYMELEACH)、活动金属离子法(MMI)、地球气纳微金属法(NAMEG)、离子测量系统(IONEX)等(王学求，2008)，一些深探测的地球化学与分析技术如表3-2(据施俊法等，2008修改)。

表3-2 深探测地球化学与分析技术

(一)岩石裂隙地球化学测量

1. 方法原理与特点

热液矿床的形成是含矿热液沿岩石裂隙通道运移、沉淀的结果。含矿热液在有利的构造、岩性环境中沉淀成矿的同时，残余热液继续沿裂隙流渗、扩散，在围岩中形成了矿体(床)四周的原生晕。这种矿体(床)四周的原生晕称之为渗滤晕。渗滤晕受裂隙控制，晕中元素向上流渗扩散的距离可达数百米乃至千米以上。因而，热液矿床岩石测量工作的采样，应注意采集裂隙充填物的样品。根据岩石测量所探测到的原生晕特征，可指导隐伏矿的追溯。

Boyle(1982)提出，在普查和圈定隐伏矿化时，渗滤晕是特别重要的，并强调指出，分析研究形成渗滤晕的物质并不过分。应注意在所有剪切带、裂隙扭曲带和蚀变带上采样，分析拟找盲矿的成矿元素及其伴生(指示)元素。Boyle认为，只有这样做，才能观察到岩石中的原生模式。

Govett(1983)在评述岩石测量方法时曾指出:在岩石测量工作中，所采的样品应是岩脉物质、裂隙充填物和似碧玉岩，而不是采取围岩岩块，因为这类物质是代表着矿化事件的通道系统。这种采样方法显然是符合逻辑和有效的。

2. 工作方法

按工作比例尺和裂隙发育程度确定采样网格(面积测量)或采样点距，在网格正交点或剖面采样点周围一定范围内搜索、多点刻取裂隙充填物，搜索半径可考虑为网格距、测点间距的1/3。

3. 应用实例

Crone等(1984)在美国内华达州平桑矿区和普富布尔金矿区做了裂隙和岩石碎片样品的对比研究。获得的结果表明，金矿床上方围岩“裂隙敷膜”样品中Au、Ag、Hg、Sb的平均含量要比围岩碎片高出几倍至几十倍。

20世纪70年代初，谢学锦和邵跃等(1972)在安徽铜陵地区的宝山陶矿区进行了裂隙采样的试验工作。宝山陶地区发育的是矽卡岩型铜矿，地表出露三叠系大理岩与灰岩，大理岩中各种成矿元素和指示元素的含量很低，采集岩块样品基本未发现任何异常。但该区裂隙发育，说明有热液活动的迹象。系统采集裂隙样品，发现裂隙中铜等元素的含量非常高，圈定的异常分带清楚，经钻探验证，在深部发现矽卡岩型铜矿。该项技术还在福建紫金山斑岩铜矿、浙江诸暨铜岩山、安徽滁州等地开展了试验，均取得非常好的效果。

(二)深穿透地球化学方法

1. 综述

深穿透地球化学的概念产生于1997年第十七届国际化探会议，深部含矿信息向地表迁移、赋存有电化学迁移模型，以地下水、电化学和地震泵为主的综合模型，综合气体迁移模型，还原囱模型，以地气流为主的多营力接力迁移模型等，以多种形式在不同介质中赋存的深部隐伏矿或地质体发出的直接信息，具有来源深、穿透力强、信息微弱和异常衬值大的特点(王学求，2008)。以下综述部分深穿透地球化学方法(尤宏亮，2005;张祥年等，2007)。

1)金属元素活动态测量方法

20世纪90年代澳大利亚研制了活动态金属离子法(MMI)。在地下水、电场、地气流、蒸发作用、浓度梯度、毛细管作用等营力的作用下，与矿有关的超微细金属或金属离子或化合物迁移地表被上覆土壤或其他疏松物的地球化学障所捕获，在原介质含量的基础上形成活动态叠加含量，用适当的提取剂将这些元素叠加含量提取出来，从而达到寻找隐伏矿的目的。活动态形式主要有:①离子状态;②各种可溶性化合物和络合物形式;③可溶性盐类;④胶体形式吸附在土壤颗粒表面;⑤呈离子或超微细颗粒吸附在黏土矿物表面，或呈可交换的离子态存在于黏土矿物之中;⑥不溶有机质结合形式;⑦呈离子或超微细颗粒吸附在矿物颗粒的氧化膜上。

金属活动态提取方法技术有水提取态金属(WEM)、吸附和可交换金属(AEM)、有机质结合金属(OBM)、氧化物包裹金属(FFM)。一般分析一种或几种主要元素:金矿分析Au、Ag、As、Sb、Hg等，多金属矿分析Cu、Pb、Zn、Ag、Au等，铜镍硫化物矿床分析Cu、Cr、Ni、Co、Pb、Zn、Fe、Mn等，铂族矿床分析Pt、Pd、Ir、Cu、Ni、Au等。

2)电地球化学方法

电地球化学方法(CHIM)是苏联学者在20世纪70年代提出的。他们认为地球上存在规模不同的套合的电地球化学场。这种场是导致元素的一部分(百分之几至百分之零点几)活动化的原因，因此将元素的活动化迁移归结于电化学迁移。CHIM法是利用人工电场来将土壤中呈活动态的金属离子提取并沉积在电极上。苏联一些学者认为人工电场是驱使金属离子从深部上升的动力，为加大探测深度，他们使用需要大卡车装载的大功率发电设备。而中国和美国的一些学者认为人工电场的作用是有限的，人工电场是不可能将几百米深部矿物质提取到地表来，人工电场只不过是驱使早已被其他营力迁移至地表土壤中的金属离子沉积在电极上而已。

中国地质科学院物化探所研制了一套轻便实用型分离式电地球化学采样系统。该技术系统将供电极与元素提取器在有限的距离上固定下来，保障了电场能量集中作用在有效提取域内，使系统的轻便化成为可能。每个测点上以元素电提取器为核心，用干电池为能源。电池的正、负极通过导线分别与供电极(置于地表)和元素提取器(埋于土壤中)相连，使得元素提取器和供电极之间的土壤介质受到持续电场作用。由于每个测点自成独立的工作回路，测点之间具有技术分离性。这种测点分离的技术形式使电提取技术摆脱了仅局限于大比例尺勘查的限制。

3)地气地球化学方法

20世纪80年代，地气流对地下物质组分垂向搬运的假说，瑞典学者Kristiansson等开发了地气法，通过捕集并测定地下上升气体中成矿与伴生元素来预测隐伏矿。80年代末童纯菡开展了相同方法的研究，1997年的地气纳米存在形态的实验观测结果有力地支持了地气异常物质通过地气流垂向迁移的设想。谢学锦和王学求等(2003)提出的深穿透地球化学理论及其迁移模型，认为异常物质向地表的迁移可能存在一种多应力接力迁移模型。随着隐伏矿勘查形势发展，谢学锦(1988)基于地气法提出了用于区域隐伏矿普查的地球气填图理论。

有静态和动态两种采样方法，Kristiansson和童纯菡(1988)的静态法使用聚苯乙烯薄膜塑料吸附地气物质，有利于气候多变环境下进行地气勘查实验，但采样时间长、采样器回收率低。伍宗华、刘应汉与汪明启(1993)等分别研究了地气物质固体捕集介质的特点和液体捕集剂，极大提高了捕集效率。王学求等(1995)设计了地气动态采样装置及方法，实现了高速采样、液态介质高效捕集。

地气样品测试方法主要有质子激发荧光光谱分析(PIXE)、中子活化分析(INAA)、无火焰原子吸收光谱(AAS)和等离子质谱(ICP-MS)。PIXE、INAA和AAS等方法由于各具缺点而受限制，ICP-MS法由于高灵敏度，同时测定元素多及适用于液体介质测定等特点而成为地气实验效果提高的关键分析方法。然而，高效捕集介质的液体形式限制了其在埋置采样方法中的应用，动态采样中引入误差上升为技术问题。

4)热释汞量法

热释汞量法的基本原理是利用汞及其化合物特有的地球化学性质。一方面，汞是典型的亲硫元素，在内生成矿作用中大都以类质同象或呈机械混入物的形式进入其他的硫化物中，或呈硫汞络阴离子形式与其他亲硫的元素一起存在于成矿溶液中，使汞呈高度分散状态;另一方面，汞及其化合物均有很高的蒸气压，为最易挥发的金属元素。因而，汞易于从各种化合物还原成自然汞。自然汞在相当宽的氧化还原电位和酸碱介质内是稳定的，具有较强的穿透力，汞蒸气一般由地下深部沿着构造断裂、破碎带上升，从几百米下甚至几千米一直到达地表。即使疏松覆盖物较厚，地表土壤中仍有汞的异常显示。

汞分析技术主要有原子吸收法、中子活化法和原子荧光法等。以原子吸收性测汞仪的应用在国内最为广泛，该类仪器具有适用性强、稳定性好、适用于各类介质中汞的测定等优点。热释汞量法一般用于测试固体样品，直接加热释放汞，然后用原子吸收测汞仪进行测定。国内应用较广的RG-1型热释汞仪，属于单光束单波长冷原子吸收型仪器，其突出特点是直接热解土壤样品和抗干扰气体。样品重40～100μg，操作只需将样品置于热解炉，计算机将自动完成控制与分析过程。每分析20～30个样品后插入标准样品以监控仪器的灵敏度变化。

2. 应用

应用深穿透地球化学方法在国内外已知著名大型或巨型矿床进行的试验取得了良好效果，国外有Cameron等在智利的Spense隐伏斑岩铜矿，Hall在Cross湖太古宙VMS锌铜铅银矿床的化探方法研究。

1994年，谢学锦等在穆龙套金矿进行了战略性(MOMEO)方法试验，效果显著。1995年，王学求等在奥林匹克坝的试验，不仅在已知的奥林匹克坝巨型矿床上方发现清晰的异常显示，还圈出了一处新的异常靶区，并被西部矿业公司(WMC)的钻探所证实(图3-9)。王学求等(2005)在东天山进行的15km2低密度深穿透地球化学调查，发现深部含矿信息主要赋存在碱性地球化学障和氧化地球化学障中，使用提取碱性蒸发盐类中的金属元素和提取氧化物膜中的金属元素可以有效地识别含矿信息。制作了20余种元素地球化学图(图3-10)，填补了东天山大部分地区地球化学空白。新发现远景Cu、Au、W、U异常十几处，其中发现东天山北带和土屋南带大规模Cu异常，对今后整个东天山矿产勘查的战略部署具有重要意义。

图3-9 奥林匹克坝常规土壤地球化学测量与深穿透活动态、地气地球化学测量对比图

(据王学求，2008)

王学求等(2005)在新疆金窝子金矿区，进行金属活动态提取和电地球化学两种深穿透地球化学方法对比试验，表明这些方法可以在隐伏矿上方有效地发现异常(图3-11)。

图3-10 新疆东天山-北山金地球化学图

(据王学求，2008)

聂兰仕等(2007)选择山东大尹格庄金矿，开展金属活动态测量、地球气测量、地电化学测量和土壤全量测量方法的有效性试验，结果显示在埋深达300m的隐伏金矿体上方有较明显的地球气、水提取与地电化学Au异常，土壤全量测量只在蚀变带头部有所反映(图3-12)。金属活动态Au、As等呈明显的双峰模式，分别对应蚀变带和矿体垂直投影的位置，而中间的低值带正好是矿体头部投影的位置，符合元素地电化学迁移模式。地球气测量Au异常也出现在蚀变带头部和隐伏矿体的垂直投影位置，前缘元素Ag分布于Au矿床地球气异常的头部。钻孔原生晕测量发现在矿体正上方具有串珠状的Hg异常，证明在矿体上方存在一些微裂隙，断裂和微裂隙是气体运移的重要通道。地电化学Au异常在矿体正上方，同时伴随有Ag、Pb、Zn等元素异常。在山东招远这些覆盖区，金属活动态测量的效果和稳定性要好于地电化学测量，地球气中的Ag对断裂的指示作用很强。从4种方法的对比结果来看，3种深穿透地球化学的效果都非常好，全量测量的效果较差，显示深穿透地球化学方法在隐伏矿勘查中的良好应用前景。

图3-11 金窝子金矿4种方法圈定的地球化学异常对比图

(采样网格500m×500m)

图3-12 山东大尹格庄金矿不同方法地球化学测量效果对比剖面图

Q. 第四系;Grh. 混合质黑云斜长变粒岩;γδ. 花岗闪长岩;γμ. 闪长玢岩;Grj. 斜长角闪岩;rj HL. 黄铁绢英岩化花岗闪长质碎裂岩;rj H. 黄铁绢英岩化花岗闪长岩;j H. 黄铁绢英岩