湖南鴨公塘銅鉛鋅硫多金屬礦床地下水納米微粒特征研究

陸美曲 曹建勁 米一波 劉 翔 胡 乖

（1.中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510275；2.廣東省地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510275；3.廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510275；4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海），廣東珠海519000）

目前，淺部和地表礦體勘探技術(shù)手段接近成熟，為了滿足快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求，勘探重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向深部礦體。常用的勘探方法有地球物理方法（如磁法、電法、重力異常等）和地球化學(xué)方法（如土壤地球化學(xué)、水文地球化學(xué)、生物地球化學(xué)等）。其中，水文地球化學(xué)方法應(yīng)用廣泛，前人用該方法探測(cè)了金伯利巖［1］、鈾礦［2］、鎳礦［3］等。然而，傳統(tǒng)的水文地球化學(xué)方法關(guān)注元素含量的異常情況，對(duì)儀器有較大的依賴性，元素含量異常來(lái)源多樣且結(jié)果受多種因素影響，因此較難滿足方便、快捷、精準(zhǔn)探測(cè)需求。中山大學(xué)曹建勁課題組基于納米微粒特征對(duì)隱伏礦床探測(cè)進(jìn)行了研究［4］，研究介質(zhì)包括上升氣流［5-7］、地下水［8-10］、斷層泥［11］、動(dòng)植物組織［12-13］等，取得了較好的效果。納米微粒特征探礦法通過(guò)研究介質(zhì)中納米微粒的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、成分、含量等特征，可以更直接地獲取隱伏礦床的相關(guān)信息。該找礦方法與以往以元素含量為主的找礦方法的本質(zhì)不同。本研究利用透射電鏡（TEM）原位液體芯片觀察地下水納米微粒的原始形態(tài)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析地下水中納米微粒元素組合及含量比值等，豐富納米微粒探測(cè)隱伏礦床的理論研究，論證地下水微粒特征用于探測(cè)隱伏礦體的可行性。

1 地質(zhì)特征

坐落于湖南省常寧市境內(nèi)的鴨公塘礦床是一隱伏礦床，位于大型鉛鋅金銀水口山礦田中部、耒陽(yáng)—臨武南北向褶皺帶北緣（圖1）［14-16］。礦體厚度5～38 m，主要為似層狀、透鏡狀［17］。水口山礦田出露的地層從石炭紀(jì)到白堊系皆有分布，包括晚三疊系之前的海相碳酸鹽巖、濱海相砂-巖頁(yè)巖以及晚三疊系—白堊系的陸源碎屑巖，其中二疊系下統(tǒng)棲霞組、當(dāng)沖組是主要的容礦地層［18］。由于受到印支期和燕山期構(gòu)造活動(dòng)影響，構(gòu)造特征以南北褶皺和逆沖斷層為主［14，19］，同時(shí)斷層和裂隙非常發(fā)育。鴨公塘礦床的金屬礦物主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、自然金、自然銀、黃銅礦、斑銅礦、赤鐵礦等，非金屬礦物主要為石英、玉髓、方解石、綠泥石、透閃石等［18，20］，成礦元素有Pb、Zn、Au、Cu、Fe和S。

2 采樣、制樣和分析方法

本研究選擇湖南省水口山礦田鴨公塘銅鉛鋅硫多金屬礦床作為研究區(qū)，選取廣東省肇慶市白土盆地作為背景區(qū)。水口山礦田為大型隱伏礦田，斷裂發(fā)育較多［14-15］、水循環(huán)較好，易于地下水樣品采集，因此選擇鴨公塘礦床進(jìn)行地下水納米微粒研究是可行的。目前，廣東省白土盆地遠(yuǎn)離礦山且沒(méi)有工廠污染，出露的地層以古生界為主，為白堊紀(jì)紅色盆地，與研究區(qū)類(lèi)似，且地形、氣候和構(gòu)造與研究區(qū)也較為接近［16］。分別采集礦床地下水樣品30 件，背景區(qū)地下水樣品5件。

在鴨公塘礦床圈定采樣區(qū)域，選取封閉式手壓井中的井水作為礦床地下水樣品的采集對(duì)象。在采集前先將容器——300 mL聚乙烯樣品瓶清洗3遍，采集地下水樣品后立即對(duì)其進(jìn)行pH 測(cè)試。除了鎳網(wǎng)之外所有材料在使用之前都要用超純水清洗2 遍以上。

本研究測(cè)試分析包括地下水樣品pH 值和地下水微粒透射電鏡分析。TEM 原位液體芯片試驗(yàn)在真空環(huán)境下對(duì)液體成分進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。原位液體芯片由密封膠粘合的上下兩個(gè)芯片組成，其中下芯片左右兩側(cè)各有一個(gè)液體滴加口。試驗(yàn)時(shí)，首先將待測(cè)液體滴入其中的一個(gè)液體滴加口中，使得待測(cè)液體因毛細(xì)作用而從另外一個(gè)滴加口滲出，再用環(huán)氧樹(shù)脂封住兩個(gè)滴加口，待環(huán)氧樹(shù)脂固化后可直接用透射電鏡觀測(cè)液體中的納米微粒。在制作可用于透射電鏡測(cè)試納米微粒元素特征的樣品時(shí)，用超純水清洗過(guò)的鑷子輕輕夾住鎳網(wǎng)邊部放入樣品瓶中并沿同一方向均勻晃動(dòng)30 min，使水樣中的納米微粒均勻地吸附在鎳網(wǎng)中。制樣過(guò)程中鎳網(wǎng)不能碰到容器而破壞或變形，吸附作業(yè)完成的鎳網(wǎng)自然干燥后放入專用容器內(nèi)待分析。電鏡測(cè)試分析工作在中山大學(xué)測(cè)試中心型號(hào)為JEM-2010HR的200 kV電鏡完成。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 納米微粒TEM原位液體芯片分析結(jié)果

為了觀察地下水中納米微粒的原始形態(tài)，在所采的35件地下水樣品中隨機(jī)選取部分樣品進(jìn)行TEM原位液體芯片觀測(cè)。發(fā)現(xiàn)地下水納米微粒有單顆粒（圖2（a）～圖2（d））和聚合體（圖2（e）～圖2（i））兩種存在方式，且以聚合體為主，單顆粒粒徑為50～500 nm；納米微粒的襯度有高（圖2（a）、圖2（c）和圖2（g）），有低（圖2（b）、圖2（i）），其邊緣有的光滑（圖2（a）～圖2（c）、圖2（g）和圖2（h）），有的棱角分明（圖2（d）、圖2（i））。

3.2 礦床地下水納米微粒透射電鏡分析結(jié)果

鴨公塘礦床地下水pH 值平均為6.24，其中每一件樣品的pH 值都低于背景區(qū)地下水pH 平均值6.808。透射電鏡結(jié)果顯示，鴨公塘礦床地下水含有大量含金屬納米微粒?？傮w上，這些納米微粒體積較小、形態(tài)豐富，以聚合體形式為主，單顆粒粒徑為50～500 nm，形貌如圖3 所示。含Ag、Cu、Pb、Zn 納米微粒是礦床地下水的常見(jiàn)類(lèi)型，元素含量和原子數(shù)百分比如表1 所示，納米微粒中物質(zhì)組成多以氧化物、硫酸鹽和自然金屬為主。

本研究選擇5個(gè)代表性納米微粒進(jìn)行描述。

（1）含Ag微粒。含Ag微粒以圖3（b）為例進(jìn)行分析，該圖是微粒編號(hào)為HYGS-15-4的地下水納米微粒形貌圖，其外形為較規(guī)則的長(zhǎng)方形，長(zhǎng)約450 nm，寬約100 nm，襯度較高且邊緣棱角分明。根據(jù)EDS結(jié)果（表1），該納米微粒主要含有Ti（55.97%）、Ag（22.09%）、Cu（4.55%）、Fe（1.05%）、O（11.78%），該類(lèi)元素的原子數(shù)百 分 數(shù) 分 別 為53.11%、10.03%、2.78%、0.73%、28.55%。該納米微粒同時(shí)還含有少量Mg、Al、V、Zn等元素。根據(jù)EDS數(shù)據(jù)推測(cè)，該納米微粒為含Ti的氧化物并含有少量的自然Ag、Cu。

（2）含Cu 微粒。含Cu 微粒以圖3（d）、圖3（f）微粒為例進(jìn)行分析。圖3（d）是微粒編號(hào)為HYGS-6-2的地下水納米微粒形貌圖，其外形近似圓形，直徑約300 nm，襯度較高，右側(cè)邊緣模糊。該納米微粒含有O（42.76%）、Cu（57.24%），O 和Cu 的原子數(shù)百分比分別為74.79%、25.21%（表1），推測(cè)該納米微粒為Cu 的氧化物，且Cu 在納米微粒中的賦存價(jià)態(tài)比較高。圖3（f）是微粒編號(hào)為HYGS-12-4 的地下水納米微粒形貌圖，其外形呈不規(guī)則橢圓形，長(zhǎng)軸約400 nm，短軸約250 nm，納米微粒整體襯度較高。該納米微粒只有一種元素（表1），推測(cè)該納米微粒為自然Cu。

（3）含Pb 微粒。含Pb 微粒以圖3（i）微粒為例進(jìn)行分析，該圖是微粒編號(hào)為HYGS-15-2 的地下水納米微粒形貌圖，其外形為不規(guī)則四邊形，長(zhǎng)邊250 nm，短邊100 nm，納米微粒整體襯度中等且均勻分布，在其周?chē)性S多細(xì)小的其他納米微粒存在。該微粒主要含有Pb（50.88%）、Cu（13.28%）、S（9.98%）、O（9.54%）、Ba（8.94%），該類(lèi)元素的原子數(shù)百分比為20.11%、12.94%、19.26%、36.91%、5.14%（表1）。根據(jù)EDS數(shù)據(jù)推測(cè)，該納米微粒為含Pb-Cu-Ba的硫酸鹽。

（4）含Zn 微粒。含Zn 微粒以圖3（k）為例進(jìn)行分析，該圖是微粒編號(hào)為HYGS-6-1 的地下水納米微粒形貌圖，其外形主體為長(zhǎng)方形，右邊附帶一小方形，主體長(zhǎng)約200 nm，寬約100 nm。微粒形態(tài)棱角分明，襯度較高且分布均勻。該微粒主要含Zn（35.66%）、Cu（30.72%）、Ba（14.99%）、O（13.5%）元素，對(duì)應(yīng)的原子數(shù)百分比為26.42%、23.12%、5.27%、40.65%，同時(shí)該納米微粒還含有少量的Fe、Cr（表1）。由EDS 數(shù)據(jù)可推測(cè)出該納米微粒為Zn-Cu-Ba氧化物。

3.3 背景區(qū)地下水納米微粒透射電鏡分析結(jié)果

背景區(qū)地下水納米微粒大小、形態(tài)、存在狀態(tài)與礦區(qū)地下水納米微粒類(lèi)似，但是納米微粒襯度整體低于礦床地下水微粒襯度。背景區(qū)地下水納米微粒多以地殼常見(jiàn)金屬元素的氧化物為主（圖4、表2），本研究選擇1個(gè)代表性的納米微粒進(jìn)行描述。

背景區(qū)地下水微粒以圖4（b）為例進(jìn)行分析，該圖微粒編號(hào)為GZBS-8-2 背景區(qū)地下水納米微粒形貌圖，其主體為一橢圓形，長(zhǎng)軸約150 nm，短軸約100 nm，邊緣光滑，在主體橢圓形下部有一顆直徑約25 nm 的圓形納米微粒，納米微粒整體襯度較低。根據(jù)EDS 數(shù)據(jù)（表2）顯示，該納米微粒含有O（54.22%）、Si（45.78%），相應(yīng)的原子數(shù)百分比為65.44%、34.56%，Si 和O 原子數(shù)比接近1∶2，由EDS 數(shù)據(jù)可推測(cè)該納米微粒為SiO2。

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4 討 論

4.1 礦床地下水與背景區(qū)地下水納米微粒特征對(duì)比

在TEM 原位液體芯片觀察中，本研究發(fā)現(xiàn)納米微粒普遍存在于地下水中，有單顆粒和聚合體兩種形態(tài)，單顆粒粒徑為50～500 nm。納米微?？梢?jiàn)近橢圓形、紡錘形和圓形，聚合體呈片狀、放射點(diǎn)狀、三邊形、紡錘狀和不規(guī)則狀等。本研究首次通過(guò)TEM 原位液體芯片試驗(yàn)進(jìn)一步觀察了地下水中存在的納米微粒。在地下水納米微粒透射電鏡觀察中，礦床、背景區(qū)地下水納米微粒形態(tài)與TEM 原位液體芯片試驗(yàn)中的納米微粒形態(tài)總體類(lèi)似，僅發(fā)現(xiàn)襯度隨金屬含量表現(xiàn)出差異。兩種觀察方法均表明微粒具有鋸齒狀、棱角分明或邊緣光滑特征。

礦床和背景區(qū)地下水納米微粒在化學(xué)成分上表現(xiàn)出明顯差異。礦床地下水納米微粒中發(fā)現(xiàn)較多的Ag、Cu、Fe、Pb、Zn等成礦元素且含量較高。如礦床地下水微粒編號(hào)為HYGS-7-3的地下水微粒中Ag含量為24.65%（表1），微粒編號(hào)為HYGS-12-4 的地下水納米微粒中Cu 含量達(dá)到100%（表1），微粒編號(hào)為HYGS-5-1 的地下水納米微粒中Fe 含量為67.89%（表1），微粒編號(hào)為HYGS-15-2 的地下水納米微粒中Pb 含量為50.88%（表1），微粒編號(hào)為HYGS-7-1的地下水納米微粒中Zn 含量為41.08%（表1）等。然而，在背景區(qū)地下水納米微粒中均未發(fā)現(xiàn)含有Zn、Au和Ag 等成礦元素的納米微粒（表2）。雖然在背景區(qū)地下水納米微粒中，Cu 元素偶有出現(xiàn)但其含量相當(dāng)?shù)?，如微粒編?hào)GZBS-8-3 中Cu 含量?jī)H為3.7%（表2），不具備作為元素異常判定的條件。實(shí)際上，F(xiàn)e、Ca、Mg、Na、K 等地殼常見(jiàn)元素是背景區(qū)地下水納米微粒的主要組成元素，如微粒編號(hào)為GZBS-10-1 的地下水納米微粒中Fe 含量為53.04%，微粒編號(hào)為GZBS-8-1 的地下水納米微粒中Ca、Mg 含量分別為33.37%、14.09%，微粒編號(hào)為GZBS-10-2的地下水納米微粒中K、Na含量分別為54.35%、16.19%（表2），出現(xiàn)該現(xiàn)象可能是由于這些元素廣泛分布于地表。除了成礦元素外，Cr、Sr、Zr等重要的伴生元素在礦床地下水納米微粒中均被發(fā)現(xiàn)（表1），在背景區(qū)地下水納米微粒中這些伴生元素同樣未被檢測(cè)到。礦床地下水含Cu 的微粒有Zn-Cu-Fe（HYGS-6-1）、Cu-Fe-Ti（HYGS-12-3）、Cu-Pb-Zn（HYGS-11-2）等元素組合；含Pb、Zn 的納米微粒中有Pb-Fe-Cu（HYGS-16-1）、Pb-Cu-Zn（HYGS-12-1）等元素組合。背景區(qū)地下水納米微粒元素組合有O-Si（GZBS-8-2）、Ti-Cu-Si（GZBS-8-3）、Fe-Si-Al（GZBS-10-1）。礦床地下水和背景區(qū)地下水的微粒外形表現(xiàn)出差異，礦床地下水納米微粒有的邊緣棱角分明（圖3（b）、圖3（k）），而背景區(qū)地下水微粒都表現(xiàn)為邊緣光滑。物質(zhì)組成方面，由兩地地下水納米微粒的EDS 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，礦床地下水微粒物質(zhì)組成較豐富，有金屬單質(zhì)、硫酸鹽和氧化物，背景區(qū)地下水只有常見(jiàn)元素的氧化物。根據(jù)兩個(gè)采樣區(qū)域地下水納米微粒在形貌特征、化學(xué)成分、元素含量、元素組合、元素含量比值、物質(zhì)組成等方面的差異，可以推測(cè)兩個(gè)采樣區(qū)域的地質(zhì)背景有一定的差異。

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4.2 礦床地下水中納米微粒與隱伏礦體的關(guān)系

對(duì)比鴨公塘礦床和背景區(qū)地下水納米微粒的差異，可以發(fā)現(xiàn)礦床地下水含有金屬納米微粒，這與背景區(qū)的情況不同，其原因可以進(jìn)行如下分析。首先，由礦床地下水和背景區(qū)地下水微粒特征對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，礦床地下水微粒中含有Cu、Pb、Zn 等成礦元素，而背景區(qū)地下水微粒中不含或少含地殼常見(jiàn)的與成礦相關(guān)的元素（表1、表2）。同樣的，Ag 等貴金屬元素及Cr、Sn、Co等重要的伴生元素在礦床地下水微粒中出現(xiàn)，而在背景區(qū)地下水微粒中并未出現(xiàn)（表1、表2）。通過(guò)對(duì)比，本研究推測(cè)礦床地下水納米微粒有可能來(lái)源于深部礦體。其次，礦床地下水納米微粒的元素組合與礦床成礦元素組合呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性，如礦床地下水納米微粒出現(xiàn)典型的Cu-Pb-Zn（如HYGS-11-2、HYGS-12-1）元素組合。由此可以推斷，礦床地下水納米微粒中的元素組合與深部隱伏礦體的元素組合具有一定的聯(lián)系。EDS 分析結(jié)果揭示了礦體中金屬元素出現(xiàn)的概率及質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其對(duì)應(yīng)的成礦元素品位呈正相關(guān)關(guān)系［21］，如Pb、Sr、Zr 等元素高頻出現(xiàn)且含量較高。而且本研究發(fā)現(xiàn)Cu出現(xiàn)的概率與質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這與前人有關(guān)“該礦田具有大量隱伏銅礦床”的研究結(jié)論［22］相符。再者，礦床地下水納米微粒所含的非金屬元素中大部分含有O 和S，這在一定程度上暗示了與已知的礦體硫化物、氧化物礦物組成有潛在聯(lián)系，且通過(guò)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)半定量分析，礦床地下水納米微粒多以氧化物、硫酸鹽和自然金屬單質(zhì)等形式賦存，賦存狀態(tài)與該礦床的主要礦物有關(guān)聯(lián)或一致。O 元素在礦床地下水納米微粒中具有出現(xiàn)頻率高、含量高的特征，該特征可能是由于氧化作用引起的，即隱伏礦床經(jīng)氧化作用形成納米微粒。這些信息說(shuō)明礦床地下水中含成礦金屬納米微粒出現(xiàn)的真正原因是礦體存在。此外，礦床附近不存在工業(yè)污染，排除了外界環(huán)境對(duì)地下水的影響，從而進(jìn)一步證明了礦床地下水納米微粒與隱伏礦體之間的相關(guān)性。綜上分析，本研究認(rèn)為鴨公塘礦床地下水納米微粒和該區(qū)域深部礦體有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，礦床地下水納米微粒來(lái)源于隱伏銅鉛鋅硫化礦體。也就是說(shuō)，隱伏礦床的存在是地下水中含金屬納米微粒的原因。

4.3 微粒的形成與遷移

根據(jù)野外考察和試驗(yàn)結(jié)果，本研究認(rèn)為鴨公塘礦床地下水中含金屬納米微粒可能是成礦后期的斷層作用和氧化作用形成的。

首先是斷層作用，水口山礦田經(jīng)歷了多期斷層作用［19］，發(fā)育著較多的斷層和裂隙（圖1），野外工作中不僅發(fā)現(xiàn)有較多的小斷層，還發(fā)現(xiàn)有較多的斷層角礫巖，角礫巖的存在反映了斷層的存在［23］，這為斷層作用形成納米微粒提供了先決條件。如相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在礦體深部斷層兩側(cè)的斷層泥、巖石碎塊粉末以及深部上升的氣流中均發(fā)現(xiàn)含成礦元素納米微粒，如含Pb、As、Ti、Mo、Si、S、Au、Ag、Cu 等元素微粒［24-25］。此外，斷層的研磨作用是其中的一個(gè)重要因素，該礦田處于構(gòu)造活動(dòng)頻繁地塊，斷層活動(dòng)發(fā)生時(shí)，斷層或者裂隙的研磨將礦物或圍巖機(jī)械地研磨成納米微粒。同時(shí)，斷層活動(dòng)發(fā)生時(shí)引起如溫度、壓力的環(huán)境變化，使得礦物之間發(fā)生物理或化學(xué)變化，進(jìn)而促進(jìn)納米微粒形成［8］。本研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，礦床地下水納米微粒邊緣具有棱角分明或鋸齒狀的特征，這些微?？赡芘c不久前斷層活動(dòng)引起的機(jī)械破碎作用有關(guān)，微粒依然保持著機(jī)械破碎變形的模樣，如HYGS-15-4 微粒（圖3（b））、HYGS-12-1 微粒（圖3（h））、HYGS-6-1 微粒（圖3（k）），其余大部分為邊緣光滑的微粒，可能是由于斷層或氧化形成之后，在地下水流長(zhǎng)距離遷移搬運(yùn)過(guò)程中因水流作用相互摩擦造成的。

其次是氧化作用，該礦床環(huán)境富氧，這也為氧化作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。巖石氧逸度增加使得巖石易于被氧化，巖石由堅(jiān)硬變松散，空氣更容易進(jìn)入巖石內(nèi)部促進(jìn)氧化形成納米微粒［26］。斷層的存在也為外來(lái)氧氣和含氧地下水流進(jìn)入地下深部礦體提供了通道。此外，暴露于空氣的地下水的溶解氧含量易于增加，隨著季節(jié)的變化，局部地下水位對(duì)整體水系統(tǒng)平衡產(chǎn)生動(dòng)態(tài)補(bǔ)給［27］，地下水流動(dòng)補(bǔ)給過(guò)程中不斷有地下水與空氣接觸，使得更多的氧分隨地下水進(jìn)入深部，增加了深部礦體氧化形成納米微粒的概率。已經(jīng)因氧化而松散的巖石可在含氧地下水流動(dòng)中再次被氧化。由于氣候原因，夏季的高溫也促進(jìn)了氧化作用形成納米微粒。礦床地下水納米微粒有的以硫酸鹽的形式存在，本研究認(rèn)為產(chǎn)生該現(xiàn)象是由于硫化物被氧化后形成的硫酸鹽所致，如微粒編號(hào)為HYGS-15-2的地下水微粒。由于礦床處于氧化環(huán)境中，所以有的成礦金屬元素以高價(jià)氧化物的形式賦存于地下水納米微粒中，如編號(hào)為HYGS-6-2的地下水微粒。金屬高價(jià)態(tài)氧化物賦存的現(xiàn)象，進(jìn)一步證明了地下水納米微粒可能是由氧化作用形成的。

由上述分析得出，礦床地下水中含金屬納米微粒來(lái)源于深部隱伏礦體的斷層和氧化作用，那么它是如何從深部被地下水?dāng)y帶至淺地表呢？結(jié)合本研究數(shù)據(jù)和前人對(duì)地下水的研究成果，可以發(fā)現(xiàn)地下水納米微粒的存在是一種普遍現(xiàn)象，地下水作為一種載體介質(zhì)運(yùn)輸納米微粒［10］。地下水流在水平和垂直方向遷移過(guò)程中可以攜帶納米微粒進(jìn)行遷移［28］。水在斷層活動(dòng)中不可避免地發(fā)生勢(shì)能變化，地下水流因勢(shì)能變化而流動(dòng)［29］，促進(jìn)納米微粒遷移。因水位隨季節(jié)性雨水和地下水儲(chǔ)量相互補(bǔ)給，這種地下水位保持動(dòng)態(tài)平衡的特點(diǎn)，使得在地表易于采集與隱伏礦體有關(guān)的地下水，如本研究試驗(yàn)樣品——井水。斷層的存在為地下水?dāng)y帶納米微粒進(jìn)行遷移提供了條件。同時(shí)，由于納米微粒的尺寸效應(yīng)影響［30］，與深部礦體有關(guān)的納米微粒易于被地下水?dāng)y帶至地表。因此，含成礦金屬納米微粒會(huì)隨地下水流動(dòng)發(fā)生遷移。

本研究將地下水納米微粒的形成遷移機(jī)理闡述如下：斷層作用發(fā)生時(shí)的研磨、高溫、高壓、勢(shì)差直接或間接地使得礦石礦物形成納米微粒，地下水流經(jīng)斷層時(shí)，斷層產(chǎn)生的納米微粒直接被地下水?dāng)y帶、遷移至淺層地表；氧氣或地下水的溶解氧源源不斷地將隱伏礦體中的成礦物質(zhì)氧化成納米微粒，納米微粒再隨地下水遷移至淺層地表；地下水納米微粒的這兩種形成遷移方式可能同時(shí)發(fā)生，也可能獨(dú)立存在。

4.4 納米微粒的找礦意義

本研究通過(guò)綜合比較鴨公塘礦床和背景區(qū)地下水納米微粒形貌特征、元素組合及含量比值等，推測(cè)鴨公塘礦床地下水納米微粒來(lái)自于深部隱伏礦體。這些微粒包含有關(guān)礦床性質(zhì)和隱伏礦體成分、礦物賦存種類(lèi)的信息。由EDS數(shù)據(jù)（表2）分析可知：SiO2、和Ti、Fe、Ca、Mg、K、Na 氧化物是背景區(qū)地下水納米微粒的主要組分，這幾種物質(zhì)成分的納米微粒對(duì)隱伏礦體找礦沒(méi)有直接的指導(dǎo)意義。相較于背景區(qū)地下水納米微粒，礦床地下水納米微粒能夠很好地反映隱伏礦體信息。因此，利用地下水納米微粒特征（形貌特征、成分、元素組合、元素含量及比值等）探測(cè)隱伏礦體是可行的。地下水?dāng)y帶的與隱伏礦體相關(guān)的含金屬納米微粒從隱伏礦體遷移流動(dòng)到地表，可通過(guò)分析地下水中納米微粒特征，對(duì)地下水的異常區(qū)域進(jìn)行圈定，進(jìn)而判斷隱伏礦體位置。此外，在斷層發(fā)育較多的地區(qū)，可以根據(jù)地下水采樣點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造特征（如采樣點(diǎn)的斷層類(lèi)型、走向），推斷出隱伏礦體的大體位置。如本研究區(qū)中，水口山礦田發(fā)育著良好的斷層，當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)斷層時(shí)，地下水流動(dòng)不僅直接或間接使得巖體形成納米微粒，還會(huì)攜帶與隱伏礦體相關(guān)的納米微粒遷移。地下水納米微粒特征探測(cè)隱伏礦體法不同于傳統(tǒng)基于元素含量分析的地球化學(xué)方法，該方法簡(jiǎn)單、便捷且周期短。同時(shí)，地下水納米微粒特征找礦法可以避免傳統(tǒng)地球化學(xué)元素含量異常來(lái)源不明的問(wèn)題。該方法不僅可以為盲礦勘探提供依據(jù)，還可以與其他地球物理或地球化學(xué)勘探方法相結(jié)合，驗(yàn)證元素異常，提高探礦的有效性和準(zhǔn)確率。

5 結(jié) 論

（1）地下水中納米微粒的存在是一種普遍現(xiàn)象。透射電鏡原位液體芯片試驗(yàn)可觀察到地下水中的納米微粒原始形態(tài)。通過(guò)對(duì)比鴨公塘礦床、背景區(qū)（廣東省肇慶市白土盆地）的地下水納米微粒特征，可以發(fā)現(xiàn)納米微粒多數(shù)以聚合體的形式存在，聚合體形態(tài)多樣，單顆粒粒徑為50～500 nm。礦床地下水納米微粒中含有較多的成礦金屬元素，其元素組合與該礦床的礦石礦物組合特征一致；背景區(qū)地下水納米微粒不含有貴金屬元素、成礦金屬元素以及伴生元素，主要為地殼常見(jiàn)元素。

（2）鴨公塘礦床發(fā)育有良好的大、小斷層，且礦床地下水微粒中常見(jiàn)有棱角分明的特征。研究數(shù)據(jù)表明：O 元素出現(xiàn)頻率較高且含量較高，有的成礦金屬元素以高價(jià)氧化物的形式賦存于納米微粒中。因此，本研究認(rèn)為斷層和氧化作用是鴨公塘礦床地下水中含金屬納米微粒的主要原因。

（3）根據(jù)鴨公塘礦床地下水納米微粒特征，可推斷該礦床地下水中含有的金屬納米微粒來(lái)源于深部隱伏礦體，由于納米微粒能夠通過(guò)地下水發(fā)生遷移，并能有效反映隱伏礦體信息。因此，根據(jù)地下水納米微粒特征（形貌特征、成分、元素組合、元素含量及比值等）探測(cè)隱伏礦體具有可行性。該方法可以為深部探礦提供更多信息，能夠?yàn)槊さV勘探提供可靠依據(jù)，與其他地球物理或地球化學(xué)勘探方法相結(jié)合驗(yàn)證異常，可以提高探礦的準(zhǔn)確率。