深穿透化探方法及在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

趙洪濤,張慶華

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)勘查院,河南南陽(yáng)473056)

深穿透化探方法及在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

趙洪濤,張慶華

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)勘查院,河南南陽(yáng)473056)

文章簡(jiǎn)述了深穿透化探方法的基本理論,介紹了地氣測(cè)量方法、活動(dòng)態(tài)金屬離子法、金屬元素活動(dòng)態(tài)提取法和電地球化學(xué)法4種深穿透化探方法,并對(duì)深穿透化探方法的應(yīng)用現(xiàn)狀及其地質(zhì)效能進(jìn)行了評(píng)析,指出在應(yīng)用綜合勘查技術(shù)和化探異常信息時(shí)需要注意與工作區(qū)的成礦地質(zhì)條件相結(jié)合。

礦產(chǎn)勘查;深穿透化探方法;隱伏礦體;深部找礦

0 引言

礦產(chǎn)資源是人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)來(lái)源,隨著地質(zhì)找礦工作的深入,許多露頭礦和近地表礦已基本被查明。尤其是我國(guó)東部地區(qū),地質(zhì)研究程度較高,地表淺部的露頭礦、易識(shí)別礦幾乎勘查殆盡,逐漸轉(zhuǎn)向已知礦區(qū)的周邊及深部進(jìn)行勘查工作。

生產(chǎn)礦山的深部盲礦(隱伏礦)及外圍找礦預(yù)測(cè)的工作難度大,必須采用新理論,研究新方法、新技術(shù)才會(huì)有所突破[1]。目前,一大批傳統(tǒng)的和新型的化探方法被應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查工作中,包括原生暈找礦模型、構(gòu)造疊加暈法、汞蒸氣測(cè)量、地電化學(xué)、深穿透-地氣法、包裹體氣暈和離子暈法、熱暈法、鹵素測(cè)量等,在礦山深部及周邊找礦工作中取得可喜成效。

1 深穿透勘查地球化學(xué)基礎(chǔ)理論

深穿透勘查地球化學(xué)(Deep penetration exploration geochemistry)可以定義為能探測(cè)深部隱伏礦體發(fā)出的直接信息的勘查地球化學(xué)理論與技術(shù)方法。這一定義主要有兩層含義:一是探測(cè)深度大,至少應(yīng)在百米以上;二是測(cè)量直接找礦信息[2]。按照這樣的定義,①與測(cè)量地氣中金屬含量有關(guān)的方法——地氣法、地球氣納微金屬測(cè)量、氣溶膠測(cè)量、納米物質(zhì)測(cè)量等;②有機(jī)質(zhì)結(jié)合形式法(MPF)、熱磁地球化學(xué)法(TMGM)、酶提取法(Enzyme leach)、金屬活動(dòng)態(tài)測(cè)量法(MOMEO)和活動(dòng)態(tài)金屬離子法(MMI)等測(cè)定與礦體上方土壤中活動(dòng)態(tài)的金屬有關(guān)的方法;③電地球化學(xué)方法均可以列入深穿透勘查地球化學(xué)的研究領(lǐng)域,甚至植物測(cè)量法也可納入深穿透勘查地球化學(xué)研究范疇[2]。

深穿透地球化學(xué)通過(guò)研究成礦元素或伴生元素從隱伏礦向地表的遷移機(jī)理和分散模式、含礦信息在地表的存在形式和富集規(guī)律,發(fā)展含礦信息采集、提取與分析、成果解釋技術(shù),以達(dá)到尋找隱伏礦的目的。深穿透地球化學(xué)的理論基礎(chǔ)由連續(xù)的幾個(gè)要素構(gòu)成[3]:元素向地表的遷移機(jī)理→遷移到地表以后的賦存介質(zhì)和賦存形式→形成異常模式的特征。后兩個(gè)要素是第一個(gè)要素導(dǎo)致的結(jié)果,是可以觀測(cè)到的。而元素從深部向地表的遷移機(jī)理是無(wú)法觀測(cè)到的,也一直是勘查地球化學(xué)研究的焦點(diǎn)和爭(zhēng)論最大的問(wèn)題。傳統(tǒng)的元素運(yùn)移途徑(如風(fēng)化過(guò)程中元素的物理和化學(xué)釋放、地下水循環(huán)、離子擴(kuò)散作用、氧化還原電位、氣體擴(kuò)散等機(jī)制)最多只能遷移幾十米的距離,是不可能將深部幾百米的礦體元素遷移至地表的。深穿透勘查地球化學(xué)中元素的遷移模型主要有離子擴(kuò)散遷移模型、地下水溶解遷移模型、電化學(xué)遷移模型、地氣流遷移模型[3]和多營(yíng)力遷移模型[4]等5種。

2 深穿透化探方法

目前比較常見(jiàn)的深穿透勘查地球化學(xué)方法包括地氣測(cè)量方法、活動(dòng)態(tài)金屬離子法、金屬元素活動(dòng)態(tài)測(cè)量法、電地球化學(xué)法等。

2.1 地氣測(cè)量方法

這里的地氣測(cè)量方法不同于傳統(tǒng)的Rn,CO2, Ar及Hg的氣體地球化學(xué)方法,而是Malmqvist和Kristiansson[5-7]提出的以Geogas著稱的地氣法。在尋找鈾礦的過(guò)程中,通過(guò)對(duì)地表氡(222Rn)的測(cè)量,認(rèn)為地下深部的氣體呈微氣泡形式上升,通過(guò)礦體時(shí)將成礦元素附著于氣泡表面帶到地表。研究者成功地在瑞典和新西蘭進(jìn)行了地氣采集試驗(yàn)[8,9]。隨后,俄羅斯戈里格良于80年代發(fā)現(xiàn)了元素自深部向地表的發(fā)射遷移現(xiàn)象,發(fā)展了離子測(cè)量找礦法,并研制了射氣捕集裝置。德國(guó)和捷克聯(lián)合研制出與瑞典地氣法相似的“元素分子形式法”MFE(Molecular Forms of Elements)。20世紀(jì)90年代初地氣法引入我國(guó)后,王學(xué)求等[10]在山東大尹格莊金礦進(jìn)行了首次氣體動(dòng)態(tài)采樣試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)礦體上方氣體中異常金的存在,其后將該技術(shù)命名為地球氣中納微金屬測(cè)量NAMEG(Nanoscale Metals in Earth-Gas),簡(jiǎn)稱地球氣測(cè)量,伍宗華等[11]稱之為氣溶膠體測(cè)量。

雖然隱伏礦產(chǎn)向上遷移并攜帶納微金屬溶膠等微粒的原理尚不清楚,但這并不妨礙人們捕集這些元素微粒并進(jìn)行檢測(cè)而應(yīng)用于地質(zhì)找礦。地氣異常檢測(cè)是揭示深部隱伏斷裂的有效手段之一,常出現(xiàn)在隱伏斷裂的正上方,異常的寬度基本反映隱伏斷裂破碎帶的寬度。地氣土壤測(cè)量取樣時(shí),其異常所反映的往往是深部礦化,另外,由于地氣的客觀存在,其異常具有很好的再現(xiàn)性,地氣測(cè)量法已經(jīng)成為隱伏金屬礦勘查的一種重要手段。

2.2 活動(dòng)金屬離子法

活動(dòng)金屬離子法(Mobile Metal Ions,簡(jiǎn)稱MMI)是澳大利亞的Mann等[12]發(fā)展起來(lái)的。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的野外和實(shí)驗(yàn)室研究、試驗(yàn)和開(kāi)發(fā)、勘查實(shí)踐,MMI法已經(jīng)成為一種尋找隱伏礦的實(shí)用方法。MMI法的依據(jù)是深部礦體的金屬活動(dòng)離子可以穿過(guò)上覆的沉積巖石及外來(lái)的運(yùn)積物到達(dá)地表,使用某種特殊試劑可以把這種金屬活動(dòng)離子提取出來(lái),這種金屬活動(dòng)態(tài)離子異常經(jīng)常較準(zhǔn)確地位于礦體垂直上方,偶爾也在傾斜上方。MMI法能夠準(zhǔn)確地圈定金的盲礦體以及隱伏的鎳和賤金屬礦化,并已在澳大利亞、非洲、智利和美國(guó)等許多覆蓋厚度幾米至700 m的礦床上圈定出多個(gè)含金、賤金屬和鎳礦化的礦體。但關(guān)于活動(dòng)態(tài)金屬離子如何從深部達(dá)于地表,至今也沒(méi)有明確說(shuō)明。這說(shuō)明,迄今為止人們對(duì)于深部礦體的元素向上遷移的機(jī)理還不能完全了解[13-15]。

2.3 金屬活動(dòng)態(tài)提取法

金屬活動(dòng)態(tài)提取法(Leaching of Mobile Forms of Metals in Overburden,簡(jiǎn)稱MOMEO)的思想是:金屬礦床本身及其圍巖中與礦有關(guān)的超微細(xì)金屬、金屬離子或化合物會(huì)在某種營(yíng)力的作用下向地表遷移,到達(dá)地表后被上覆土壤或其他疏松物的地球化學(xué)障所捕獲,并在原介質(zhì)元素含量的基礎(chǔ)上形成活動(dòng)態(tài)疊加含量,使用適當(dāng)?shù)奶崛⑦@些元素疊加含量提取出來(lái),從而達(dá)到尋找和評(píng)價(jià)隱伏礦的目的。金屬活動(dòng)態(tài)提取法與傳統(tǒng)的偏提取在理論與方法上存在諸多差異,如偏提取技術(shù)提取的是地化樣品中離子態(tài)性狀的金屬元素,故對(duì)那些易呈離子形式的金屬元素(賤金屬和多金屬)的勘查工作較有效;而金屬活動(dòng)態(tài)測(cè)量提取的是地化樣品中呈離子態(tài)形式的金屬,也包括超微細(xì)金屬,它是針對(duì)金屬活動(dòng)態(tài)本身的提取。由此可見(jiàn),MOMEO對(duì)不易形成離子而多以超微細(xì)活動(dòng)態(tài)形式存在的金找礦效果較突出。這與中國(guó)學(xué)者最初提出金屬活動(dòng)態(tài)提取法MOMEO[16]主要用來(lái)尋找貴金屬中的金不謀而合。

2.4 電地球化學(xué)法

電地球化學(xué)方法是前蘇聯(lián)Ryss和Goldberg[17]等提出的。該方法用于尋找隱伏礦體的基本原理是深部盲礦或隱伏礦經(jīng)過(guò)電化學(xué)溶解,在礦體周?chē)纬呻x子暈,與成礦有關(guān)的成礦元素及伴生元素在電化學(xué)電場(chǎng)、地氣、地下水運(yùn)動(dòng)等各種自然營(yíng)力作用下遷移到近地表,并以多種形式賦存下來(lái)。在人工電場(chǎng)作用下,礦化相關(guān)的金屬離子平衡發(fā)生改變,金屬陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下向陰極移動(dòng),并形成電解物,收集并分析電極上吸附的電解物,即可發(fā)現(xiàn)相關(guān)的金屬離子異常,從而達(dá)到找礦和評(píng)價(jià)的目的[18-20]。

該方法的離子來(lái)源問(wèn)題一直存在著不同的觀點(diǎn),前蘇聯(lián)學(xué)者認(rèn)為金屬離子是由于人工電場(chǎng)的驅(qū)使直接來(lái)源于深部礦體;而中國(guó)和美國(guó)學(xué)者則認(rèn)為人工電場(chǎng)的作用只不過(guò)是驅(qū)使早已被其他營(yíng)力遷移至地表土壤中的金屬離子沉積在電極上而已,不可能直接作用到幾百米深的隱伏礦體[13]?？得鞯萚19]通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)研究,提出了“外電場(chǎng)作用下,提取電極周?chē)碾x子運(yùn)移牽動(dòng)著遠(yuǎn)處及深部離子遷移的遞推理論”,認(rèn)為地電提取的離子并非直接來(lái)自深部礦體,也不完全只是來(lái)源于電極周?chē)耐寥乐?而是存在著一種動(dòng)態(tài)的離子平衡狀態(tài),當(dāng)?shù)叵律畈坑须[伏礦體存在時(shí),隨著淺部離子被提取,礦體電化學(xué)溶解產(chǎn)生的金屬離子就會(huì)源源不斷地從深部向上遷移,從而形成了動(dòng)態(tài)平衡的離子暈。

電地球化學(xué)法是將地球物理、地球化學(xué)和電化學(xué)綜合交叉為一體組成的一種找礦方法,主要應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查的詳查及異常查證階段。據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究表明,該方法可用于尋找埋藏厚度超過(guò)150 m的未固結(jié)覆蓋層下和厚度超過(guò)500 m基巖下的深部礦體[13],在尋找隱伏礦床方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 應(yīng)用實(shí)例

自“深穿透勘查地球化學(xué)”這一概念[21]被提出至今,越來(lái)越多的地質(zhì)研究者逐漸對(duì)該方法重視,并從事于該方法的野外和實(shí)驗(yàn)室研究、試驗(yàn)和開(kāi)發(fā)、勘查實(shí)踐。經(jīng)過(guò)20多年的試驗(yàn)與實(shí)踐,深穿透化探方法在國(guó)內(nèi)外被較廣泛地應(yīng)用于隱伏礦體的勘查工作中,并取得了較好的效果[22]。王學(xué)求[23]應(yīng)用活動(dòng)態(tài)的鐵錳氧化物膜提取法和電地球化學(xué)提取法對(duì)新疆干旱荒漠區(qū)的金窩子金礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn),于210金礦和金窩子金礦上方都發(fā)現(xiàn)了非常好的異常;聶蘭仕等[24]對(duì)大尹格莊金礦開(kāi)展金屬活動(dòng)態(tài)測(cè)量、地球氣測(cè)量、地電化學(xué)測(cè)量、土壤全量測(cè)量的方法,試驗(yàn)結(jié)果顯示在埋深達(dá)300 m的隱伏金礦體上方發(fā)現(xiàn)了較明顯的地球氣、水提取與地電化學(xué)Au異常,異常與已知金礦體位置吻合程度較高,而土壤全量測(cè)量只在蝕變帶頭部有所反映,顯示了深穿透地球化學(xué)方法在隱伏礦勘查中的良好應(yīng)用前景;此外,在烏茲別克斯坦的穆龍?zhí)捉鸬V和澳大利亞的奧林匹克壩礦區(qū)等進(jìn)行的一系列試驗(yàn)中均取得了較好的成果[22]。

聶蘭仕等[25]采用深穿透化探方法對(duì)內(nèi)蒙古花敖包特鉛鋅礦床進(jìn)行找礦方法對(duì)比研究。

花敖包特鉛鋅礦位于大興安嶺中南段的錫林浩特—霍林郭勒成礦亞帶上。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中新生界和零星分布的古生界,侵入巖主要為華力西晚期的超基性巖和燕山期的脈巖。構(gòu)造主要以華力西期形成的NE向壓性斷裂為主。礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、輝銻礦、輝鐵銻礦、硫銅銻礦等,脈石礦物組合主要為石英、長(zhǎng)石、綠泥石、方解石、角閃石、螢石等?；ò桨貫橐粋€(gè)大型銀鉛鋅多金屬礦,礦體埋深70的m,地表有3～15 m的風(fēng)成沙覆蓋,由3個(gè)礦體組成,分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)礦體。其中1號(hào)礦體埋藏較淺,為30 m左右;2號(hào)礦體和3號(hào)礦體埋深較大,3號(hào)礦體埋深有70 m,2號(hào)礦體在1號(hào)與3號(hào)礦體之間,埋深達(dá)250 m。

聶蘭仕等[25]在礦區(qū)內(nèi)布置了5條剖面,其中1線—3線通過(guò)1號(hào)礦體,4線通過(guò)2號(hào)礦體,5線位于3號(hào)礦體的上方。線距100 m,線長(zhǎng)600～800 m,點(diǎn)距40 m,在已知礦體上方加密至20 m,每個(gè)點(diǎn)上采集地球氣樣品、土壤樣品和地電化學(xué)樣品,土壤樣品過(guò)100目篩,篩下細(xì)粒級(jí)樣品分析全量中Ag,Pb,Zn等元素的含量,細(xì)粒級(jí)樣品還用于金屬活動(dòng)態(tài)的提取。試驗(yàn)結(jié)果表明,4種方法均在礦體上方發(fā)現(xiàn)了很好的Pb,Zn,Ag,Cd異常,異常與礦體的位置吻合程度很好(圖1),顯示了深穿透化探方法在隱伏礦勘查中的良好應(yīng)用前景。

4 存在的問(wèn)題及建議

隨著高精度、高靈敏度分析儀器的使用以及與基礎(chǔ)理論學(xué)科的廣泛融合,深穿透化探方法在礦產(chǎn)勘查的應(yīng)用中取得了較好的找礦效果。但是這些方法還存在著許多明顯的問(wèn)題,其中急需重視的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面:

(1)方法本身的理論問(wèn)題的研究。由于元素從深部向地表遷移的機(jī)理難以直接觀測(cè),而且可能還有其他一些新的地質(zhì)現(xiàn)象或作用營(yíng)力未被發(fā)現(xiàn)和注意,一些基本理論問(wèn)題,如活動(dòng)性元素的存在形式、遷移機(jī)制等一直備受爭(zhēng)議,這些問(wèn)題的解決不僅對(duì)金屬礦產(chǎn)的勘查,而且對(duì)于方法自身的發(fā)展以及對(duì)礦床成因等問(wèn)題的研究都具有十分重要的意義。

(2)多種方法的優(yōu)化選擇。各種方法都存在自身的局限性,隨著找礦難度的增加和眾多復(fù)雜因素的干擾,不同方法的找礦效果可能不盡相同。在經(jīng)費(fèi)最小化程度下,如何從上述深穿透化探方法中選擇合理的方法,從化探異常中快速篩選出最有找礦前景的靶區(qū),并對(duì)礦體進(jìn)行定位預(yù)測(cè),成為目前化探勘查中的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

圖1 西烏旗花敖包特鉛鋅礦1線Ag,Pb,Cd,Zn異常剖面Fig.1 Section of Ag,Pb,Cd and Zn anomalies along line 1 of the Hua’bote lead-zinc deposit,Xi Ujimqin banner

(3)適用于難識(shí)別類(lèi)型或難識(shí)別礦種的方法研究與開(kāi)發(fā)。過(guò)去一段時(shí)間,深穿透化探方法借助于高精度、高靈敏度的分析技術(shù),在發(fā)現(xiàn)難識(shí)別礦種或難識(shí)別類(lèi)型礦床上取得了一定的成功,尤其是貴金屬礦。但目前依然存在一些新的難識(shí)別礦種或難識(shí)別礦床類(lèi)型,如砂巖型鈾礦、黑色巖系中鉑族元素礦床等還有待于深入研究和找礦技術(shù)的突破。

通過(guò)對(duì)上述各種深穿透化探方法應(yīng)用現(xiàn)狀及其地質(zhì)效能的評(píng)析,可以發(fā)現(xiàn)深穿透化探方法對(duì)尋找深部盲礦或隱伏礦具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),而且與物探方法相比更具有直接性,已成為深部找礦最為有效的手段之一。但也應(yīng)注意到,任何一種化探方法都有其自身的適用性,對(duì)于不同的礦種、不同的景觀條件、不同的勘查階段都有其一定的適用范圍,如MMI提取的是離子態(tài)的形式,故對(duì)于那些易呈離子形式的金屬元素(賤金屬和多金屬礦)比較有效; MOMEO提取的不僅是離子態(tài)的形式,還包括超微細(xì)的金屬,故對(duì)于不宜形成離子形式的金礦效果突出[2]。因此在實(shí)際應(yīng)用這些方法時(shí),還應(yīng)注意應(yīng)用綜合勘查技術(shù)進(jìn)行找礦預(yù)測(cè),采用單一化探手段去進(jìn)行隱伏礦的找礦預(yù)測(cè)是不現(xiàn)實(shí)的;同時(shí),化探方法的運(yùn)用必須以具體的成礦地質(zhì)背景為基礎(chǔ),化探信息必須結(jié)合實(shí)際成礦地質(zhì)條件來(lái)解釋,堅(jiān)持地質(zhì)-化探-地質(zhì)的思路,這樣才能解決地質(zhì)與找礦的實(shí)際問(wèn)題。

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THE PRESENT APPLICATION STATUS OF DEEP GEOCHEMICAL PENETRATION METHOD FOR MINERAL PROSPECTING

ZHAO Hong-tao,ZHANG Qing-hua
(No.1Institute of Geological Ex ploration,Henan Provincial B ureau of Geo-Ex ploration and Mineral Development,N anyang473056,Henan,China)

As one of the most efficient methods for deep blind ores or concealed ores,the deep penetration geochemical method has made significant progresses in mineral prospecting.This paper outlines the basic theories of deep penetration geochemistry,and emphasizes the four deep penetration geochemical methods,i.e.nanoscale metals measurement of earth-Gas,mobile metal Ions measurement,leaching of mobile forms of metals in overburden and electrferous geochemistry.We also review the application status and efficiency of deep penetration geochemistry and point out that application of the integrated geochemical prospecting methods and geochemical anomaly information to mineral prospecting must be combined with the geological and metallogenical conditions of the working area.

mineral prospecting;deep penetration prospecting geochemistry;concealed ore;deep ore prospecting

P632

: A

: 1001-1412(2010)03-0196-05

2009-06-09

2009-07-06

趙洪濤(1972-),男,河南唐河人,工程師,從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。通信地址:河南省南陽(yáng)市文化路218號(hào),河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一勘查院;郵政編碼:473056;E-mail:zht720606@126.com