勘測地球化學思想探索趨向范文

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作者：王學求張必敏姚文生孫彬彬單位：中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所

近年最顯著的進展是發現土壤中納米金屬（銅、金等）微粒的存在（王學求和葉榮，2011；王學求等，2012；葉榮等，2012）．如在河南南陽盆地邊緣400m蓋層的隱伏銅鎳礦，同時采集地氣和土壤樣品，使用透射電子顯微鏡（TEM），都發現了納米金屬微粒，納米微粒在粒徑、形貌、成分、結構具有下列共同特點：（1）透射電鏡（TEM）下單個金屬微粒粒徑主體為幾十納米，也有個別小到幾個納米，大到上百個納米；（2）單個金屬微粒呈球形或橢球形或葡萄形，部分帶有直邊的多面體小球，多個微粒大多聚集在一起構成團聚體；（3）透射電鏡（TEM）帶有X－射線能譜儀（EDS）進行微粒原位成分分析，微粒成分可分為以下3種：①單一成分納米自然銅微粒；②金屬復合成分納米微粒；③含有Si、Al、Ca、O、P復雜成分的納米Cu微粒；（4）微粒具有晶體外形，內部經過放大，可以觀測到清晰序晶體結構（圖1）．從礦體上方地氣和土壤中同時觀測到納米顆粒，并被室內遷移柱觀測到納米顆粒所證實，而且顆粒大小、形貌特點、成分基本相似，表明它們之間具有成因聯系，同時納米金屬微粒具有有序晶體結構，表明它們是內生條件下的產物．以上事實說明它們來自于礦體．這一發現不僅具有重要理論意義，為深穿透地球化學提供了直接微觀證據，而且對尋找隱伏礦具有重大應用價值，即可以利用土壤作為采樣介質，分離微粒成分用于直接尋找深部隱伏礦．

植物細胞內微觀觀測提供了植物遷移化學元素的分子水平證據

澳大利亞最新研究證明在干旱－半干旱地區植物在元素向地表遷移過程中起到了重要作用．Anandetal．（2007）在Yilgarn克拉通北部半干旱地區選擇了5個礦床（Jaguar塊狀硫化物型Cu－Zn－Ag礦、MoolartWell金礦、Rumour金礦、GossanHill塊狀硫化物型Cu－Zn－Au礦、McGrathNorth金礦）開展實驗研究．野外采樣介質為圍籬樹（澳大利亞荒漠地區特色樹種）的樹葉、樹根、樹皮、枝條和葉柄．此外還采集了地表以下10～20cm的土壤樣品，開展了全量、偏量和選擇性提取分析，以盡可能查明地表中能反映深部礦體的潛在地球化學信息．

實驗表明，圍籬樹中枝條顯示的異常信息最弱，葉柄和樹皮顯示了弱－中異常，而樹葉所顯示的異常信息最強．通過使用質子激發分析植物葉子，發現Zn元素主要富集在植物葉子細胞內部，表明植物根系吸收地下水將Zn輸送到葉片細胞中．而Fe元素主要吸附在葉子表面，表明Fe是通過大氣粉塵吸附，而不是來自于根系的直接輸送（RaviAnand內部報告，未發表）．以上實驗結果證明植物可以將與深部礦體或礦化體有關的金屬元素帶至地表，并在其上方植物、近地表土壤等介質中形成異常．因此，植物地球化學調查可作為植被發育地區未來隱伏礦勘查的一種有效手段．

研究案例

本文選擇了北方干旱沙漠覆蓋區金礦、中部濕潤農田覆蓋區銅鎳礦、南方植被紅土覆蓋區的銅金銀礦、盆地砂巖型鈾礦等典型覆蓋區景觀和典型礦床的研究案例進行介紹．

1戈壁荒漠區金窩子隱伏金礦

在戈壁覆蓋區金窩子隱伏金礦床，采用空氣動力反循環粉末取樣鉆探技術，系統采集了礦體上方不同深度的覆蓋層樣品，獲得成礦元素的三維分布模式（圖2）．成礦元素在礦體上方不同深度覆蓋層中的異常具有明顯的繼承關系．在礦體上方覆蓋層，成礦元素呈現頂底層高、中間低的特點．納米微粒金可通過地氣流攜帶以及干旱氣候強蒸發下的上升毛細管作用等多營力共同參與遷移至地表（圖3）．地氣流的來源包括與大氣交換的氣體如二氧化碳、地幔排氣（如氦氣、氡氣、甲烷等）和礦床風化產生的氣體．氣泡表面強大的比表面能可以使納米金通過范德華力吸附在氣泡表面，隨氣體一直垂直向上遷移．在遷移過程中，覆蓋層中間以沙土為主，幾乎無任何地球化學障阻礙，可以無阻礙的向上遷移，直到在地表遇到地球化學障（粘土、氧化物膜、鹽類物質等）而被卸載下來，從而在地表細粒級樣品中形成礦化異常．這種遷移方式是導致成礦元素在三維空間分布圖中出現垂直繼承關系以及在覆蓋層頂部和底部含量高、中間層含量低的原因．在跨越金窩子和210金礦帶，使用100m的采樣點距，進行剖面測量，圖4是不同粒級測量結果．從圖中可以得出如下結論：（1）微粒（－160目）的細粒級測量在礦體上方的異常強度最大，中間粒級異常強度最弱，兩者異常含量值相差一個數量級（上百ng／g，十幾ng／g）；（2）細粒級測量在礦體上方出現連續多點異常，而粗粒級測量只有單點的跳躍異常．

2濕潤農田覆蓋區河南周庵隱伏銅鎳礦

周庵銅鎳礦位于河南省南陽市唐河縣南部．含礦超基性雜巖侵位于中新元古代變質地層，蝕變強烈．鉑族－銅鎳礦體呈似層狀產于超基性巖體之內接觸帶的強蝕變殼內，并主要位于巖體頂部和底部，屬巖漿期后熱液作用形成．巖體埋藏較深，被第四系農田土壤所覆蓋，巖體頂界距地表400m以下．使用微粒分離和活動態提取，在含礦隱伏巖體與圍巖接觸帶獲得清晰的環狀異常，與礦體分布相對應（圖5）．這種環狀異常可以解釋為：（1）礦體環繞巖體與地層的接觸帶分布；（2）地氣流在巖體與圍巖接觸帶部位具有最大的氣體通量，氣體攜帶礦石中納米銅微粒垂直向地表遷移，遷移至地表后一部分納米顆粒仍然滯留在氣體里，另一部分被土壤地球化學障所捕獲形成環狀異常．

3植被紅土覆蓋區紫金山外圍隱伏礦探測試驗效果

福建紫金山是我國著名的大型銅金礦田，包括了紫金山高硫型銅金礦床、羅卜嶺斑巖型銅鉬礦床、悅洋低硫型銀多金屬礦床等，是目前國內唯一的多種類型并存的斑巖－淺成熱液成礦系統（圖6）．針對紫金山西側悅洋盆地開展的針對元素穿透火山巖蓋層的能力開展了研究工作．結果顯示微粒提取和鐵錳氧化物態提取異常分布一致，都指示了隱伏礦體所在的位置，異常忖度高（圖7）．從元素異常分布特征可以看出，各元素異常呈現由西南往東北“（As、Sb、Hg、Ag、Au、U）→（Ag、Au、Pb、Zn、Bi、Cu）→（Mo、Cu、Zn、U、W）”的水平分帶特征．As、Sb、Hg、Ag、Au、U異常分布于悅洋盆地碧田金銀鈾礦床，Cu、Au、Ag、Pb、Zn、Bi分布于紫金山銅金礦床和五子騎龍銅礦床，Mo、Cu、Bi、Zn、W異常分布于羅卜嶺銅鉬礦床，在成礦溫度上由低溫→中低溫→高溫變化．

可以看出成礦元素的地球化學分布特征與不同成礦類型、不同成礦溫度的礦床具有很好的對應關系，由此可總結出該區域幾種類型礦床的勘查地球化學找礦標志．可以初步得出如下認識：（1）成礦及指示元素可以穿透火山巖覆蓋層，用土壤采樣，深穿透地球化學的微粒提取和鐵錳氧化物提取可以指示隱伏礦體；（2）礦田不同元素異常在成礦溫度上由低溫→中低溫→高溫呈現有規律的分布：淺層低溫火山－次火山熱液型金銀鈾礦床：As、Sb、Hg、Ag、Au、U異常組合；淺層中低溫火山－次火山熱液型金銅礦床：Ag、Au、Pb、Zn、Bi、Cu異常組合；斑巖型銅鉬鎢礦床：Mo、Cu、Bi、Zn、U、W異常組合．2．4盆地砂巖型鈾礦現在世界各國都將找礦方向轉至盆地中砂巖型鈾礦．而盆地中砂巖型鈾礦都為隱伏礦，產于地表以下幾十米至幾百米深處．過去對鈾礦的勘查主要是利用放射性方法．放射性方法在鈾礦找礦歷史中發揮了巨大作用，但放射性方法只適用于尋找出露礦或近地表礦，即使只有幾英尺土壤蓋層或巖石蓋層，該方法就無能為力．近年的主要進展在于發現鈾在氧化條件下可以長距離遷移到地表被粘土所吸附，為盆地砂巖型鈾礦地球化學勘查提供了理論依據和有效采樣介質．

表生條件下鈾容易氧化為鈾酰絡陽離子（UO22＋），因此它在表生作用中異常活躍．而鈾酰離子呈碩大半徑的啞鈴狀，不能與任何陽離子類質同象替代，但它易于嵌入鏈狀或層狀礦物面網中，因此易被粘土礦物、鐵的氫氧化物、膠體和有機物等所吸附．在新疆吐哈盆地十紅灘鈾礦上方土壤中發現活動態鈾的比例可達30％～60％，其中位于吸附相中的鈾酰絡陽離子（UO22＋）占全部的鈾比例最高（17％～40％）（Wang，2011）．利用分離粘土的微細粒測量在吐哈盆地發現大規模、高強度鈾異常（圖8）．

結論與討論

（1）覆蓋區地球化學遷移機理研究正從描述性模型向實證性模型轉變，這一轉變將是勘查地球化學理論研究質的飛躍．

（2）從納米水平直接觀測到Cu、Au納米微粒．這2個元素的共同點是在礦床中都易呈自然金屬存在，所以易被廣泛觀測到．納米微粒的特點是具有巨大的比表面積和類氣體性質．巨大的比表面積決定了它可以與氣體分子相結合，被氣體攜帶遷移到地表．類氣體特性也可以自身像氣體一樣不受重力影響垂直向上遷移。

（3）從分子水平直接觀測到元素在細胞中富集．直接證明了植物根系吸收成礦元素并輸送到葉片組織中，為植物找礦提供了直接理論證據．

（4）根據不同地理景觀特點和礦床類型可以選擇性使用不同的深穿透地球化學技術，以達到有效尋找隱伏礦的目的．通過對北方干旱沙漠覆蓋區金礦、中部濕潤農田覆蓋區銅鎳礦、南方植被紅土覆蓋區的銅金銀礦研究表明，Cu、Au元素主要以納米微粒形式穿透火山巖、變質巖和土壤覆蓋層，用深穿透地球化學的微粒分離和鐵錳氧化物提取技術可以有效指示隱伏礦體．通過干旱盆地砂巖型鈾礦的研究表明，鈾在氧化條件下以鈾酰絡陽離子（UO22＋）形式遷移到地表，并被土壤中粘土所吸附，吸附相中的鈾占全部的鈾比例最高（17％～40％），使用物理分離粘土或化學提取粘土吸附相鈾可以有效指示深部鈾礦體．