地電提取測(cè)量法與電吸附法比較研究

柯龍躍，賈福聚，王 峰，李 星，張 權(quán)

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

地電提取測(cè)量法與電吸附法比較研究

柯龍躍，賈福聚，王 峰，李 星，張 權(quán)

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

典型的深穿透地球化學(xué)方法包括地電提取測(cè)量法、電吸附法、納米級(jí)金屬氣法、活化金屬離子方法、地氣法及酶提取方法等。其中，地電化學(xué)提取法和電吸附法的原理基本相同，但技術(shù)方法上存在差異，兩種方法在尋找隱伏礦體方面均得到了廣泛應(yīng)用，且均在不同覆蓋區(qū)、不同成因類(lèi)型的隱伏礦床勘查中顯示出了良好的效果。

深穿透地球化學(xué)；地電化學(xué)提取法；電吸附法；隱伏礦；弱異常

0 前 言

隨著地質(zhì)找礦工作的不斷深入，地表露頭與淺部未勘查資源越來(lái)越少，找礦方向已逐漸轉(zhuǎn)入到深埋藏隱伏礦上。常規(guī)的化探方法技術(shù)在深部資源的探測(cè)方面受到諸多不利因素限制，如在厚地表蓋層地區(qū)、水系不發(fā)育地區(qū)常規(guī)化探信息易受到屏蔽。“深穿透地球化學(xué)”由謝學(xué)錦院士等在1997年的第16屆國(guó)際化探大會(huì)上提出，作為當(dāng)時(shí)已出現(xiàn)的多種尋找深部隱伏礦產(chǎn)的地球化學(xué)方法的總稱(chēng)。深穿透地球化學(xué)的特點(diǎn)是: a 探測(cè)深度大，可達(dá)數(shù)百米；b 所測(cè)得的信息主要來(lái)自深部礦體；c 這種信息極其微弱，但這種微弱信息反而更加可靠，因?yàn)槌Ｒ?guī)化探中起干擾作用的物質(zhì)顯示不出這種信息。經(jīng)過(guò)多年大量的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究，深穿透地球化學(xué)已經(jīng)逐漸走向成熟。

典型的深穿透地球化學(xué)方法包括地電提取測(cè)量法、電吸附法、納米級(jí)金屬氣法、活化金屬離子方法、地氣法及酶提取方法等。其中，地電化學(xué)提取法和電吸附法的原理基本相同，但技術(shù)方法上存在差異，兩種方法在尋找隱伏礦體方面均得到了廣泛應(yīng)用，且均在不同覆蓋區(qū)、不同成因類(lèi)型的隱伏礦床勘查中顯示出了良好的效果[1]。

1 理論體系

深穿透化探法的前提基礎(chǔ)是被測(cè)元素能夠遷移到運(yùn)積層表部。元素的遷移過(guò)程包括元素活化、搬運(yùn)和沉淀。影響元素遷移的因素有元素自身狀態(tài)和元素所處環(huán)境，遷移的動(dòng)力來(lái)自于元素在物化條件下的保持平衡性。具體元素垂向運(yùn)移的營(yíng)力包括：蒸發(fā)作用、氣體搬運(yùn)、植物根系吸收、毛細(xì)管作用、離子擴(kuò)散作用、自然電位場(chǎng)、地下水循環(huán)等。元素由深部向地表的遷移模式有氣流遷移模式、還原囪遷移模式、地震泵遷移模式、雷暴電池模式和陸上潮汐模式等。王學(xué)求認(rèn)為礦床周?chē)傻V元素及其伴生元素以離子、絡(luò)合物、原子團(tuán)、膠體、超細(xì)金屬顆粒、鐵族氧化物吸附包裹、碳酸鹽包裹等形式存在，被地下水循環(huán)、離子擴(kuò)散、氧化還原電位梯度、蒸發(fā)作用、植物作用、地氣流等多種營(yíng)力接力遷移至地表，最終形成深穿透地球化學(xué)異常[2]。

地電提取測(cè)量法理論在20世紀(jì)70年代由前蘇聯(lián)的Yu S.Ryss 及 I.S.Goldberg 等提出，認(rèn)為地球上存在規(guī)模不同的套合的電地球化學(xué)場(chǎng)，這種場(chǎng)是引起元素活化運(yùn)移的原因，即電化學(xué)遷移導(dǎo)致元素活化遷移(如圖1)。

前蘇聯(lián)學(xué)者認(rèn)為人工電場(chǎng)可以驅(qū)使深部的金屬離子從深部遷移至地表，為了加大地電提取探測(cè)深度，他們使用大功率電源。而中國(guó)和美國(guó)學(xué)者都認(rèn)為人工電場(chǎng)的作用深度是有限的，人工電場(chǎng)不可能直接作用于地下數(shù)百米深的隱伏礦體，但人工電場(chǎng)可以驅(qū)使被其它營(yíng)力遷移至地表土壤中的金屬離子沉積在電極上。

中國(guó)學(xué)者羅先熔等[1]認(rèn)為深部基巖礦體與上覆蓋層存在氧化還原場(chǎng)的動(dòng)態(tài)平衡。人工電極引發(fā)的離子遷移和電荷轉(zhuǎn)移，可打破原有的平衡體系，為了維持原有的氧化還原平衡體系，地層中的金屬離子受到深部礦體類(lèi)似電場(chǎng)作用的驅(qū)動(dòng)，向上遷移，形成動(dòng)態(tài)的離子暈。即地電提取測(cè)量法的人工電極可以提取地下深部離子通過(guò)遞推運(yùn)移形成的離子暈，由于該方法的理論依據(jù)是動(dòng)態(tài)平衡理論，因此電提取測(cè)量異常需在野外實(shí)地取得。

圖1 金屬陽(yáng)離子在自然電位場(chǎng)下的移動(dòng)模式

電吸附法理論認(rèn)為遷移至地表的成礦元素及伴生元素，容易被有機(jī)質(zhì)、鐵錳氧化物及氫氧化物等地球化學(xué)障的阻擋形成富集，或者被高嶺石和其它粘土礦物吸附而富集，形成后生地球化學(xué)異常[3]。由于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試方法靈敏度和準(zhǔn)確性均達(dá)到了較高的水平[4]，因此電吸附法在室內(nèi)對(duì)采集的土壤樣品通電，能達(dá)到強(qiáng)化異常的作用，能夠測(cè)得微量的與成礦有直接關(guān)系的元素異常。

2 工作方法

地電提取測(cè)量法工作步驟一般包括：選取勘探線并布設(shè)測(cè)點(diǎn)、安裝離子接收器和電極并通電、收集載體物質(zhì)(泡塑)并分析測(cè)試、數(shù)據(jù)處理成圖等(如圖2)?？碧骄€布置一般垂直于主控礦構(gòu)造或地層；離子接收裝置正負(fù)極之間往往倒入酸性提取液或水，以增加土壤的導(dǎo)電性；離子接收裝置中的載體物質(zhì)(泡塑)，通電后富集目標(biāo)元素，經(jīng)過(guò)一定的提取時(shí)間后取出，裝入袋中送化驗(yàn)室測(cè)試；運(yùn)用測(cè)試結(jié)果繪制元素異常圖[5]。

圖2 地點(diǎn)提取法原理示意圖

電吸附法的工作一般包括野外采樣加工、室內(nèi)電吸附、分析測(cè)試、數(shù)據(jù)處理成圖等工作程序[6]。野外采樣方法與次生暈地球化學(xué)采樣一致，樣品風(fēng)干后粉碎待用；室內(nèi)電吸附是將樣品裝入特殊反應(yīng)裝置內(nèi)，加入助溶劑(電解液)后通電，用吸附介質(zhì)收集電運(yùn)移元素的離子(以元素的絡(luò)陰離子形式存在)；測(cè)試吸附介質(zhì)中的元素成分，運(yùn)用測(cè)試結(jié)果繪制電吸附元素異常圖。

地電提取測(cè)量法與電吸附法以捕捉礦體形成的微弱的地球化學(xué)異常信息為目的。相對(duì)電吸附法的野外采樣、室內(nèi)吸附的工作方式，地電提取測(cè)量法類(lèi)似于地球物理探測(cè)的野外實(shí)地提取異常，明顯增加了工作強(qiáng)度，但已有工作證明某些地電提取測(cè)量異常，土壤離開(kāi)原地后室內(nèi)測(cè)試顯示異常較差或沒(méi)有異常[7]。盡管上述兩種深穿透地球化學(xué)方法在理論系方面存在分歧，工作方式也有較大差別，但經(jīng)過(guò)多年的探索與實(shí)踐檢驗(yàn)，兩種方法均取得了豐碩的找礦成果。

3 應(yīng)用與討論

地電提取測(cè)量法在不同地質(zhì)環(huán)境下針對(duì)不同礦種，均有成功的運(yùn)用。如在碳酸鹽巖地區(qū)、第四紀(jì)沉積物覆蓋區(qū)、高原凍土覆蓋區(qū)、干旱荒漠地區(qū)、草原風(fēng)成砂覆蓋地區(qū)等，均克服了地質(zhì)、自然條件對(duì)常規(guī)化探方法的種種限制，通過(guò)地電提取測(cè)量法圈定了地球化學(xué)異常靶區(qū)，且取得了很好的隱伏銅、金、鉛鋅等有色金屬找礦效果[8]。而電吸附法在尋找金屬硫化礦床、油氣藏等方面，在常規(guī)化探方法無(wú)效或有人為干擾的情況下，顯現(xiàn)出了突出的找礦效果[9]。

地電提取測(cè)量法與電吸附法理論依據(jù)均是隱伏礦體中的元素在多種營(yíng)力的驅(qū)動(dòng)下，垂向運(yùn)移至地表的成暈機(jī)制。前者注重離子的動(dòng)態(tài)平衡特征，采用原地提取測(cè)試，后者注重強(qiáng)化電運(yùn)移離子異常，在室內(nèi)吸附活動(dòng)態(tài)金屬離子，實(shí)踐證明兩種方法均能有效反映與隱伏礦有成因聯(lián)系的后生異常。地電提取測(cè)量法與電吸附法作為深穿透地球化學(xué)的重要組成部分，二者互為補(bǔ)充，將在尋找隱伏礦床方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的找礦能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)討論發(fā)現(xiàn)，地電提取測(cè)量法在各種景觀條件下均有應(yīng)用，并且取得了良好的找礦效果，其優(yōu)越性非常突出；電吸附法其原理與前者相同，由于成本、和異常強(qiáng)度太弱等限制，應(yīng)用范圍不及前者，但是這種方法有其獨(dú)到之處，可以作為地電提取測(cè)量法的補(bǔ)充方法，發(fā)揮多手段綜合找礦的優(yōu)勢(shì)。

[1] 羅先熔, 康明, 歐陽(yáng)菲, 等. 地電化學(xué)成暈機(jī)制方法技術(shù)及找礦研究[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 2007.

[2] 謝學(xué)錦, 邵躍, 王學(xué)求. 走向21世紀(jì)礦產(chǎn)勘查地球化學(xué)[C]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1999.

[3] 周奇明, 趙友方, 黃華鸞, 等. 電吸附法尋找隱伏礦床的試驗(yàn)研究[J]. 地質(zhì)與勘探, 2001(2): 69-71.

[4] 陳壽根. 含金地質(zhì)樣品的分解和痕量金的提取[J]. 巖礦測(cè)試, 1989(1): 56-60.

[5] 羅先熔. 地電化學(xué)集成技術(shù)尋找隱伏金礦的研究及找礦預(yù)測(cè)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2010.

[6] 羅先熔. 地球電化學(xué)勘查及深部找礦[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1996.

[7] 王佳音, 祁昌煒, 劉磊. 地電化學(xué)提取法在碳酸鹽巖地區(qū)隱伏鉛鋅礦尋找中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2016(10): 96-99.

[8] 劉金源, 劉靖波, 張鷗. 工頻入地電流對(duì)碳鋼接地材料的腐蝕行為研究[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2016，34(5): 87-89.

[9] 王光洪, 羅先熔, 單江濤, 等. 第四紀(jì)沉積物覆蓋區(qū)地電化學(xué)法尋找隱伏金礦——以安徽鳳陽(yáng)地區(qū)為例[J]. 桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2010(1): 52-55.

A Comparative Study on Earth Electricity Extraction and Electro-adsorption Method

KE Longyue, JIA Fuju, WANG Feng, LI Xing, ZHANG Quan

(Facultyoflandresourceengineering,Kunminguniverstyofscienceandtechnology,Kunming,Yunnan650093,China)

The typical deep penetrating geochemical methods is partial extraction, including electric adsorption method, nano metal, metal ion gas activation method, geogas method and enzyme extraction method etc. Among them, electro-adsorption extraction principle and electric adsorption method are basically the same, but there is a difference method. Two methods have been widely used in search of concealed ore bodies. In the exploration of concealed deposits of different genetic types of different coverage areas, it shows its good results.

Deep-penetrating geochemistry; Geoelectrochemical extraction method; Electro-adsorption; Concealed Ore; Weak anomaly

2017-03-12

柯龍躍(1989-)，男，貴州盤(pán)縣人，碩士研究生，研究方向：地球化學(xué)，手機(jī)：15329589800， E-mail：247856060@qq.com.

P632

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.053