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地球化学勘查技术现状
地球化学勘查技术现状
王学求
(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所)
摘要
勘查地球化学通过70年的进展,已从矿产勘查从属地位的一种战术手腕上升到能左右整个矿产勘查全局的战略地位,而且从一门体会或技术,进展成为一门从理论到技术比较完整的体系。
过去进展要紧体此刻以下几个方面:
(1)系统地成立了各类类型的地球化学分散模式,并依照这些分散模式所形成的地球化学异样去追踪和发觉矿床的理论;
(2)进展了各类尺度和各类不同介质的地球化学采样方式,多元素高灵敏分析方式和数据处置与图件表达方式;(3)进展了不同尺度(局部、区域、国家和全世界)地球化学填图理论,一些国家开始陆续完成和出版了区域性或国家性地球化学图;(4)在全世界发觉了一大量新的矿产地,包括在从20世纪30年代一直延续到70年代在前苏联、北美和南美发觉了许多斑岩铜矿,70年代在北美发觉许多铀矿产地,80年代开始在中国发觉数百个金矿。
目前的现状和以后的进展方向要紧有以下几点:
(1)各类尺度的地球化学填图技术,进展多层次多尺度从区域、国家到全世界尺度地球化学填图在不同景观地域的有效采样介质和多元素分析技术,为矿产勘查、环境评判和农业增产提供基础数据与图件。
(2)进展针对隐伏矿勘查的深穿透地球化学理论与技术,成立隐伏区三维地球化学分散模型,进展针对不同景观和不同矿种的深穿透地球化学技术系列,包括国外所进展的地气测量技术、酶提取技术、活动金属离子技术、电化学测量技术和中国进展的金属活动态测量技术、微细粒级分离技术、地气测量技术、独立供电的电化学测量技术、水化学测量技术等。
(3)大型-巨型矿床的地球化学识别技术,要紧依照巨量元素的聚集才能形成大型矿床的理论,进展地球化学块体,异样分带和套合结构方式定量预测大型矿床。
(4)难识别矿种或难识别类型矿床的地球化学勘查技术,包括盆地中砂岩型铀矿、黑色岩系中贵金属矿床(金、银和铂族元素)、稀有分散元素矿床和油田中伴生的金属矿床等。
(5)浅覆盖区浅钻快速粉末取样和现场分析技术,澳大利亚和北美都在普遍利用覆盖层浅钻化探采样技术(overburdenRABdrilling)用于浅覆盖区(覆盖厚度小于50m)快速粉末采样,并利用手持式XRF进行现场快速分析,对异样进行快速查证。
序言
勘查地球化学诞生于20世纪30年代初。
她是通过研究地球化学分散模式,并依照这些分散模式所形成的地球化学异样去追踪和发觉矿床。
事实上,依照地球化学方式圈出的异样是一种微矿化露头(micro-outcrops),因此勘查地球化学是继承了人类凭着体会用肉眼去观看矿化露头或矿化引发的蚀变标志进行直接找矿的传统,但借助于分析技术,将识别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至十亿分之几。
由于地球化学方式识别微弱矿化直接信息能力的大大提高,因此在发觉难识别矿种或难识别类型和盲矿上成了矿产勘查的主导方式。
她历经70年的进展,已经从一门体会或技术,进展成为一门地学分支科学,而且在矿产勘查中取得了庞大成绩。
在这一历史剧变中,在国外所表现最为突出的是70年代在斑岩铜矿和铀矿勘查所取得的成绩;而在中国这一表现主若是在金矿勘查中所取得的庞大成绩。
今天勘查地球化学一方面在出露区已经系统地成立了地球化学分散模式理论基础和方式技术程序,但在隐伏区勘查理论、方式技术和大型矿定量评判和某些难识别矿种勘查方面都正在面临划时期的革新。
咱们正处于一个过去取得的成绩与以后面对的挑战的间歇期。
本文试图对过去成功的做法进行一下总结,并对所面临的挑战进行论述。
1地球化学勘查过去成绩回忆
勘查地球化学在矿产勘查的地位和作用
表1是中国地质矿产信息研究院对国外70年代以来,100个大型超大型金属矿床的发觉各类方式所起的作用进行的统计[1]。
从表中能够看到依照地表矿化露头和蚀变标志的观看和利用地球化学方式在矿床发觉中起着显著的作用。
表2是中国地质调查局依照原地矿部[2]从“六五”至“八五”打算(1981~1995年)这15年所发觉的矿床各类方式所占的比例的统计数据。
从这一统计数据中能够看出,从80年开始勘查地球化学方式在矿产勘查中一直占据着主导地位,而且它的作用在一直增大,如“六五”期间占所有发觉矿床总数的%,“七五”期间上升到66%,而到了“八五”期间上升到%。
从国内外的统计都能够看出:
勘查地球化学在矿产勘查中起着相当重要的作用。
表1自70年代以来全世界100个大型矿床的发觉各类方式所起的作用占的比例统计
Table1Theroleofdifferentmethodsinthediscoveryof100largeoredepositsintheworldsince1970s
方法
所占的比例
地表矿化和蚀变的识别
77%(占所有矿床)
%(占金矿床)
%(占贱金属矿床)
地球化学方法
74%(占所有矿床)
%(占金矿床)
60%(占贱金属矿床)
地球物理方法
34%(占所有矿床)
%(占金矿床)
100%(块状硫化物矿床)
理论找矿(矿床概念模型)
23%(占所有矿床)
9%(占金矿床)
18%(占贱金属矿床)
注:
由于有的矿床的发觉是几种方式一起作用的结果,故总比例加起来超过100%。
据吴传璧,施俊法(1999)修改。
表2从1981~1995年在中国各类方式发觉矿床数量比较
Table2Numberofnewgolddepositsdiscoveredbydifferentmethodsfrom1981-1995
五年计划
方法
大型
中型
小型
扩大
合计
占总数比例(%)
“六五”
81-85年
物探
化探
综合
总计
14
21
35
28
44
4
76
26
49
1
76
8
8
76
114
5
195
100
“七五”
86-90年
物探
化探
综合
总计
5
9
1
15
12
60
23
95
9
124
26
159
21
11
8
40
47
204
58
309
66
100
“八五”
91-95年
物探
化探
综合
总计
1
23
24
8
52
7
67
11
145
14
170
10
41
1
52
30
261
22
313
7
100
据奚小环和张连(1997)
地球化学勘查所致使的最重要三次大规模矿产发觉
勘查地球化学自30年代诞生以来,为全世界矿产发觉作出了决定性的奉献,其中最具有代表性的是三次大规模发觉高潮:
一是从20世纪30年代一直延续到70年代的前苏联和北美许多斑岩铜矿的发觉;二是20世纪70年代美国和加拿大许多铀矿产地的发觉;三是自20世纪80年代一直延续至今中国数百个金矿的发觉。
(1)20世纪30-70年代前苏联和北美地域斑岩型铜矿的发觉
从20世纪30年代一直延续到70年代在前苏联和北美利用地球化学方式发觉了许多斑岩铜矿。
如前苏联1932-1933年利用岩屑采样在中亚Almalyk地域发觉巨型Kalmakyr和Balikti斑岩铜矿[3]。
这是前苏联第一个地球化学勘查成功实例,也是世界上首个报导地球化学找矿成功实例。
前苏联另一个重大发觉是利用水系沉积物和土壤测量方式在远东Baimsky地域发觉的巨型Peschanka斑岩型铜金矿[4]。
这一发觉终止了位于前苏联远东地域环太平洋带没有大型斑岩型铜矿的历史。
加拿大于1968年在环太平洋带的育空地域发觉了Casino斑岩铜矿[5],这是在北美首个利用地球化学方式斑岩铜矿的实例,利用的是水系沉积物测量和土壤测量方式。
(2)20世纪70年代美国和加拿大铀矿的发觉
20世纪70年代美国和加拿大依照世界铀矿资源紧缺的情形别离制定了全国性的铀矿资源普查打算,其核心部份是水系沉积物地球化学测量与水化学测量(美国)或湖积物测量(加拿大)。
美国的国家铀资源评判打算(NationalUraniumResourceEvaluationProgram,NURE)[6],利用每10km2一个样的采样密度系统搜集水和水系沉积物。
加拿大联邦-省铀区域勘查打算(Federal-ProvincialUraniumReconnancenceProgram)[7]于1975年开始进行,采样密度13km2一个湖积物或水系沉积物样品。
这两个打算发觉了一批新的铀矿产地。
(3)20世纪80年代至今中国金矿的发觉
在中国自1978年开始实施的利用水系沉积物的“区域化探扫面打算”(RegionalGeochemistry-NationalReconnaissanceProject,RGNR)[8],截止到2000年已覆盖了全国近600万km2的国土。
依照这一打算所圈定的地球化学异样于20世纪80-90年代发觉了数百个金矿。
1982年利用水系沉积物测量在河南发觉的大型上宫金矿,这一发觉是我国利用区域水系沉积物测量方式找到大型金矿的首例。
这一发觉冲破了在这一地域几十年找矿“只见星星,不见月亮”的彷徨局面,致使了其后在熊耳山-小秦岭地域一系列中-大型金矿的发觉,带动了整个地域金矿的找矿冲破。
1984年区域化探扫面在贵州发觉了烂泥沟金矿,这一地域还发觉了一系列大型卡林型金矿,如紫木凼、戈塘等,使该区成为世界上仅次于美国内华达的第二大卡林型金矿集中区。
这两个金矿区的金总储量都已达500t以上,都已跨入世界级金矿区之一。
2勘查地球化学在矿产勘查中取得的成功的缘故
理论基础的成立
勘查地球化学的理论基础是成矿物质在成矿进程中在围岩中留下元素运移轨迹或在成矿以后通过度散在周围岩石、土壤、水系沉积物、水、植物及气体中形成各类类型的地球化学分散模式,依照这些元素转变轨迹或分散模式去追踪和发觉新的矿床。
她历经70年的进展,已经从一门体会或技术进展成为具有行之有效理论体系的一门地学分支科学。
这一理论基础的体系能够从以下经典高作或出版物中取得表现。
1941年前苏联的YeASergeev出版了《地球化学探矿法》一书[9]。
这是世界上第一本系统论述地球化学勘查理论与方式的高作。
1962年美国H.E.Hawkes与J.S.Webb出版了《矿产勘查的地球化学》一书[10],系统地论述了勘查地球化学的理论体系与方式学。
1977年前苏联A.Beus和S.V.Grigorian《矿床地球化学勘查方式》[11]一书系统论述了原生晕找矿方式和原生晕元素分带理论和利用原生晕找盲矿所取得的辉煌成绩。
1979年谢学锦的《区域化探》一书[12]对区域地球化学勘查的理论进行了系统论述。
2000年王学求和谢学锦所著《金的勘查地球化学-理论与方式·战略与战术》[13]对金矿地球化学勘查的理论与方式进行了系统论述。
同时,1970年国际《地球化学勘查杂志》的创刊,使得勘查地球化学家能够更深切、更迅速地发表最新研究功效,普遍地传播勘查地球化学知识。
那个地址专门强调的是,中国金矿地球化学勘查的成功与超微细金的发觉和区域低异样下限理论的成立是分不开的。
中国1979年开始的利用水系沉积物的区域化探扫面打算,在全国发觉了一大量异样下限一样在2~4ng/g,异样面积可达几十平方千米至几百千米金的区域异样。
那时,20世纪80年代初,对金表生行为的熟悉还都限于金是呈颗粒形式存在,比重又大,可不能在水系中长距离迁移,而在水系沉积物中什么缘故会有如此的低含量、大规模金地球化学异样?
这些异样是如何形成的?
对这些问题的回答不仅能够为区域化探利用低检出限和低异样下限的方式提供依据,而且能够为异样评判奠定理论基础。
1989年,地球化学样品中大量超微细金的发觉使得这一问题迎刃而解[14-17]。
表3是超微细金与颗粒金各自所占的比例。
由表3能够看出不管是岩石、土壤、仍是水系沉积物都大量存在<5μm的超微细弥散金(包括微粒金、胶体金和亚微米至纳米级的各类金颗粒)。
图1是高、中、低含量样品中金的颗粒散布示用意。
在低含量(<10ng/g)样品中,不存在大颗粒金;中等含量和高含量样品中也大量存在超微细金。
超微细金具有极强的物理活动性,几乎能被各类营力做长距离搬运。
大规模区域低异样下限异样是由超微细金所形成的。
这一发觉圆满地说明了大规模区域金异样的形成机理,为区域化探利用低异样下限奠定了理论基础,也为金呈纳米颗粒迁移和纳米成矿学研究提供了直接证据。
表3颗粒金与超微细金各自所占的比例
Table3ProportionofparticulateAuandultrafineAu
样品号
颗粒金(>5μm)
比例(%)
超微细金(<5μm)
比例(%)
岩石
26-93
土壤
53-99
水系沉积物
36-90
图1三种数量级样品中金的散布与取子样代表性示用意
Fig.1Diagramforrelationofgoldparticledistributioninsampleswithlow,middleandhighconcentrationofgold
(A)-低含量样品(<10ng/g)、(B)-中等金含量样品(10~1000ng/g)、(C)-高含量样品(>1000ng/g)●粗粒金和细粒金·超微细粒金
同时依照中国大量测试结果,1ng/g左右金背景值的精准测定,使得咱们不仅能够用更低异样下限去圈定成心义的异样,而且还为咱们再也不用4ng/g的传统地壳丰度标准去说明金是富集仍是贫化,去推断金矿矿源层的异样评判提供了理论依据。
分析技术的冲破与标准物质的研制
所有的地球化学勘查方式都需要有相应的分析技术来分析所搜集的各类样品,因此勘查地球化学方式的进展与分析技术的进展是密不可分的。
30年代末40年代初发射光谱方式的显现致使了勘查地球化学在苏联的诞生;快速比色方式的显现推动了地球化学勘查方式在美、英、加、德、法等国的进展;而70年代原子吸收方式和X射线荧光方式的大规模应用那么使地球化学勘查从一种局部的辅助性的找矿方式开始向区域性的战略性方式转变;80年代等离子火焰光谱方式在勘查地球化学中的应用,促成了各国地球化学填图的实施;90年代等离子质谱法又大大地提高了分析灵敏度,增强了地球化学方式识别弱信息的能力和找隐伏矿的能力。
随着地球化学勘查进展成为一种战略性方式,所覆盖的面积愈来愈大,这就要求大面积地球化学勘查所取得的数据能够彼此对照。
中国自1979年开始“区域化探全国扫面打算”就开始研制地球化学标准样用于监控分析批次和分析实验室之间的误差,前后研制了12个具有72个元素含量值的水系沉积物标准样(GSS1—12)和6个岩石标准样(GSR1—6)[]。
这些标准样对不同分析批次间偏倚的操纵,对图幅间、省际间分析偏倚的操纵起到了相当重要的作用。
使得中国取得了全国可对照的数据。
地球化学填图的海量数据为矿产勘查提供了成千上万找矿线索
地球化学勘查从30年代诞生之日起,那些开辟者利用很密的采样点距,几米或几十米进行采样。
他们担忧利用更稀的密度将会漏掉一些重要的信息。
因此在这一时期勘查面积限定在几平方千米,最多几十平方千米。
因此勘查地球化学只能作为矿产勘查的附属手腕,用于局部矿点的评判工作,无法提供新的找矿线索。
进入50年代后期,地球化学勘查的面积在慢慢扩大到几百至几千平方千米,勘查地球化学在矿产勘查中开始发挥愈来愈重要的作用。
它不仅能够用于局部矿点评判,而且还能够应用于地域的选择。
从60年代末期开始,专门是进入70年代许多区域和国家的地球化学填图打算开始进行,采样密度从1个样/km2至1个样/几百km2,覆盖面积从几千至上百万平方千米。
这些庞大的面积及所提供的巨量信息是用高密度采样所不可想象的。
这些庞大的面积和及所提供的巨量信息为新的矿床发觉作出了庞大奉献。
从1981年至2000年这20年期间,原地矿部门和现国土资源部门依照“区域化探全国扫面打算”在全国共发觉47140异样[2,18](表4)。
这些异样为中国新矿的发觉起到了庞大的作用。
其中检查的异样数13859个,约占发觉异样总数的29%;验证异样数2975个,约占发觉异样总数的%;见矿数2351,别离占发觉异样总数的%,占检查异样数的%,占验证异样数的%。
从查证的异样数能够看出还有70%的异样没有进行查证,以后随着异样查证工作的进行,这一比例还会不断提高。
80年代开始酝酿的国际地球化学填图打算(InternationalGeochemicalMapping)及后续的全世界地球化学填图打算(GlobalGeochemicalMapping)[19]提出用160kmx160km的网格,约5000个样覆盖全世界。
固然这一打算的要紧目的并非是针对矿产勘查,但它所提供的信息却能够为了解元素在地球表层的宏观散布,有助于取得对全世界资源散布规律的熟悉。
中国利用500个的泛滥平原沉积物覆盖全国的采样已能够发觉一些这方面重要的信息[20]。
因此,随着地球化学填图从局部,到区域,到全国,乃至到全世界,将会为多层次矿产勘查与评判提供海量信息。
表4化探发觉异样数及见矿率
Table4Numberofanomaliesdelineatedbygeochemicalmethods1981-2000
五年计划
发现异常数
检查异常数
验证异常数
见矿数
见矿率(%)
1
2
3
“六五”
1981~1985
11282
4671
614
443
“七五”
1986~1990年
11728
3726
626
463
“八五”
1991~1995年
19870
3892
1074
756
“九五”
1996~2000
426
1570
661
689
104
总数
47140
13859
2975
2351
1:
见矿数/发觉异样总数,2:
见矿数/检查异样数,3:
见矿数/验证异样数。
依照奚小环和张连(1997)和奚小环(2003)改编
3地球化学勘查技术现状与进展方向
地球化学基准与全世界地球化学填图
迄今为止人类已经发觉了元素周期表上104种元素中的88种元素在地壳中的存在(其它为人工合成的)。
但人类至今对这88种元素在地球表层各类介质的基准值还缺少了解,对它们在全世界的散布更是知之甚少(只明白少量元素在地球某一区域的散布),像比较系统的中国区域化探扫面打算,也只分析了39种元素,覆盖的面积也只有600万km2。
地球化学家的一个梦寐以求的理想是能够做出这88种元素在全世界散布的地球化学图。
如此咱们就会对人类所居住的行星表面元素地球化学散布有一个整体的了解,不仅能够对全世界矿产资源的总量评判和散布规律提供直接信息,而且还会对咱们人类所赖以生存的地球化学环境、工业化进程所造成的阻碍提供最直接的评判依据。
地球化学填图是多层次的,能够是全世界性,全国性,区域性。
中国的国家地球化学填图打算,也确实是咱们通常所说的“区域化探全国扫面打算”在1979年提出。
由于该打算采样密度较大,1个样/km2。
因此该打算要紧用于区域地球化学编图,要制作全国地球化学图,必需将数据按必然网格取平均值作图。
到目前为止,该打算已覆盖了中国六百多万km2的国土面积,编制了39种元素约900幅1:
200000地球化学图,并初步编制了1:
5000000和1:
10000000中国地球化学图。
这仅仅是2/3国土的地球化学图,要完成全国地球化学图还有很长的路要走。
国际地质对照打算IGCP259(InternationalGeochemicalMapping,国际地球化学填图)和IGCP360(GlobalGeochemicalBaseline,全世界地球化学基准)前后于1988和1993年开始启动[19]。
前一个打算的目的是为了制订国际地球化学填图标准化的方式,以便取得全世界可对照的数据;后一个打算的目的是制订用于全世界地球化学填图的超低密度采样方式,制作元素周期表上除惰性气体元素和人工元素之外的所有天然元素在全世界散布的地球化学图。
要取得如此多元素全世界可对照的数据,有两个技术性难题:
一是搜集什么样品能够具有代表性;二是对难分析元素分析方式的冲破和标准样的研制和分析质量监控。
要取得全世界地球化学图,第一确实是要将地球打成格子,在每一格子系统搜集有代表性样品。
采样格子的大小取决于所要编制的地球化学图详细程度与时刻和经费的平稳考虑。
如IGCP360打算提出的目标是用大约5000个采样格(每一个格子大约160km×160km=25000km2)覆盖全世界的陆地面积,每一个采样格中组合一个样品分析71种元素[19]。
搜集什么样的样品能代表如此大一个采样格子的面积,一直该该打算曾引发较大的争议。
中国的“环境界球化学监控网络与动态地球化学填图打算”作为IGCP-360的实验性研究项目,发觉泛滥平原沉积物样品最能反映如此庞大面积元素的平均散布规律,并具有普遍的适用性[20]。
因此泛滥平原沉积物能够作为全世界地球化学填图的首选采样介质。
若是有经费支持,能够在较短的时刻内覆盖全世界所有陆地。
制作出全世界地球化学图,如此的地球化学图能够知足咱们对地球表面元素地球化学散布轮廓的粗略了解。
另一难题是必需尽力成立多仪器多方式分析系统,所有元素分析检出限必需降至其地壳丰度以下,用标准样严格监控实验室间的偏倚,使数据能够全世界对照[21]。
由谢学锦院士所领导的正在进行的地质大调查项目“我国西南76种元素编图试点研究”已经在这些难分析元素上取得冲破,而且提出了一整套监控方案。
深穿透地球化学技术与隐伏区矿产勘查
出露区经历了人类肉眼上千年的找矿历史和一个多世纪的系统地质勘查,找到新的矿产地的可能性愈来愈小,寻觅新的大型矿床的最大机缘是在隐伏区。
国际勘查界,正在聚焦于占陆地面积一半的隐伏区矿产勘查。
这是终止肉眼找矿时期,进入获取深部信息找矿时期所面临的真正挑战。
中国的“区域化探全国扫面打算”进行了20年,已覆盖了全国近600万km2,但余下的近400万km2大部份位于覆盖区,包括西北的干旱荒漠沙漠区和黄土覆盖区、东北的丛林沼泽区、东部的冲洪积物平原区、青藏高原的高寒草原区、南方热带的砖红土地域。
尤其是西部的覆盖区中蕴涵着重要的战略性资源,如盆地中的地浸型砂岩铀矿、石油等,盆地边缘及青藏高原的大型金属矿。
但由于荒漠沙漠、黄土和高寒草原的普遍散布和工作条件的极为困难,大部份隐伏区过去被以为区域化探扫面禁区,即便少部份地域进行了区域化探扫面工作,但由于覆盖物的阻碍、技术条件不具有和获取指标的单一,难以知足对整个中国西部资源潜力的全面了解。
要解决在覆盖区的地球化学调查与矿产评判问题,第一就必需进展能够探测覆盖层以下信息的地球化学调查新理论,进展一整套完善的从样品搜集、样品处置、分析测试、质量监控、数据处置、图件制作的新技术。
针对这一世界性挑战,提出了深穿透地球化学的概念,国内外研制了深穿透地球化学系列技术[22-30]。
能够分为以下个系列:
(1)物理分离提取:
细粒级测量,磁性分离氧化物
(2)选择性化学提取:
偏提取,元素有机质形式结合法,活动金属离子法,酶提取法,金属活动态提取法
(3)电化学测量:
大功率电提取技术,独立供电小电流提取技术
(4)气体和地气测量:
地气测量,纳米物质测量,气溶胶测量,地球气纳微金属测量,气体测量(包括常规气体和烃类气体)
(5)水化学测量:
水中金属元素测量,硫酸根测量
(6)生物测量:
植物,细菌
通过20余年的进展,专门
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- 地球化学 勘查 技术 现状