論地球化學(xué)在地質(zhì)找礦中的重要性

王永明

中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院，北京 100013

中國(guó)人口基數(shù)大，資源消耗總量高，導(dǎo)致自然資源日漸縮減，部分礦產(chǎn)資源因?yàn)椴徊扇『侠淼拈_采方式，可利用和可開采資源逐漸減少。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的礦產(chǎn)資源開采后，進(jìn)一步增加了找礦難度。為此，需要相關(guān)地質(zhì)從業(yè)人員能夠合理利用各種先進(jìn)方法，提升找礦效果。地球化學(xué)作為一種地質(zhì)找礦技術(shù)手段，在礦產(chǎn)勘探中發(fā)揮著重要作用。

1 地球化學(xué)在當(dāng)下地質(zhì)勘查中的重要作用

1.1 提升找礦效果

礦產(chǎn)資源勘探和開發(fā)過程中，隨著工作難度持續(xù)提升，地球化學(xué)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值也越加突出，該種找礦方法逐漸變成先導(dǎo)類找礦手段，提升了整體找礦效果。結(jié)合當(dāng)下礦產(chǎn)資源的實(shí)際分布與儲(chǔ)藏狀況分析，整體礦產(chǎn)資源消耗呈現(xiàn)出一種持續(xù)上升的趨勢(shì)，而那些已探明以及處于地表淺層的礦產(chǎn)資源逐漸被開采殆盡，進(jìn)而增加了礦產(chǎn)開發(fā)難度。應(yīng)用地球化學(xué)，能夠進(jìn)一步提升地質(zhì)礦產(chǎn)資源整體開發(fā)效率。通過合理應(yīng)用地球化學(xué)技術(shù)還能夠提高各地礦產(chǎn)開采效率，符合當(dāng)下社會(huì)發(fā)展需求，能夠促進(jìn)地質(zhì)找礦的持續(xù)發(fā)展[1]。

1.2 強(qiáng)化找礦有效性

中國(guó)結(jié)合地球化學(xué)進(jìn)行礦產(chǎn)勘探開始于區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查，實(shí)現(xiàn)全國(guó)掃面，進(jìn)一步擴(kuò)展了找礦途徑。大型礦產(chǎn)應(yīng)用地球化學(xué)識(shí)別中，針對(duì)大面積覆蓋范圍內(nèi)深部礦信息于地表的賦存狀態(tài)和富集粒度狀態(tài)進(jìn)行了深入研究，同時(shí)也十分重視對(duì)地球化學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)原理進(jìn)行研究，從分析和研究?jī)煞N層面入手，提升了方法的實(shí)用性和穩(wěn)定性，將地球化學(xué)轉(zhuǎn)化為一種礦產(chǎn)搜尋的有效途徑。當(dāng)下在中國(guó)核心地質(zhì)礦產(chǎn)資源內(nèi)，已經(jīng)有超出一半種類的資源消耗速度開始超出儲(chǔ)備速度，為了進(jìn)一步改善國(guó)內(nèi)地質(zhì)礦產(chǎn)資源供給問題，強(qiáng)化國(guó)內(nèi)資源儲(chǔ)備力量，需要合理應(yīng)用地球化學(xué)方法實(shí)施科學(xué)處理，從而提升礦產(chǎn)資源整體勘查準(zhǔn)確性。結(jié)合近幾年國(guó)內(nèi)地質(zhì)找礦經(jīng)驗(yàn)分析，地球化學(xué)可以幫助提升地質(zhì)找礦準(zhǔn)確性，優(yōu)化地質(zhì)找礦速度，地球化學(xué)有助于提升地質(zhì)找礦效果、準(zhǔn)確尋找隱伏礦產(chǎn)，是一種全新的指導(dǎo)方法[2]。

2 地質(zhì)找礦中地球化學(xué)所獲得的成就

2.1 地質(zhì)找礦中地球化學(xué)的作用地位

中國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)信息專門研究機(jī)構(gòu)針對(duì)國(guó)外從70年代到現(xiàn)在的一百個(gè)超大型與大型金屬礦產(chǎn)勘探中所應(yīng)用不同方法作用發(fā)揮實(shí)施了全面統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。通過分析該表能夠發(fā)現(xiàn)地球化學(xué)法于地質(zhì)找礦中發(fā)揮著重要作用。

表1 礦產(chǎn)勘探中不同方法作用Table 1 Different methods of mineral resource exploration

通過對(duì)中國(guó)全部發(fā)現(xiàn)礦床中所用方法的分析，地球化學(xué)在80年代后，在地質(zhì)找礦工作中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，同時(shí)其自身功能作用也呈現(xiàn)出持續(xù)擴(kuò)大的狀態(tài)。比如六五計(jì)劃中，地球化學(xué)在全部礦床應(yīng)用中占58.5%，七五計(jì)劃中占66%，八五計(jì)劃中占83.4%。結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，地球化學(xué)在地質(zhì)找礦中具有不可替代的作用[3]。

2.2 地球化學(xué)形成的三次大規(guī)模礦產(chǎn)開發(fā)

從30年代誕生后，地球化學(xué)為全球范圍內(nèi)的地質(zhì)找礦提供了重要幫助，其中具有代表性的為三次大規(guī)模勘探高潮，第一次是在30年代到70年代北美和前蘇聯(lián)眾多斑巖銅礦的勘探。第二次是70年代，加拿大和美國(guó)發(fā)現(xiàn)鈾礦。第三次是80年代至今中國(guó)發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個(gè)金礦。

從30年代到70年代，北美和前蘇聯(lián)便通過地球化學(xué)找礦方法，勘探到了大量的斑巖銅礦。比如在1932～1933年，結(jié)合巖屑采樣于中亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)的BALIKTI、KALMAKYR斑巖銅礦，這也是前蘇聯(lián)首個(gè)地球化學(xué)勘查案例，同時(shí)也是地球化學(xué)法成功勘探找礦案例。加拿大于環(huán)太平洋育空區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)斑巖銅礦CASINO，這也是北美首次成功應(yīng)用地球化學(xué)找礦方法發(fā)現(xiàn)斑巖銅礦的案例，主要是結(jié)合水系沉積物以及土壤相關(guān)測(cè)量方法進(jìn)行勘查。

加拿大和美國(guó)在70年代結(jié)合全世界范圍內(nèi)鈾礦資源的緊缺狀況，面向全國(guó)范圍內(nèi)制定了鈾礦資源普查規(guī)劃，其核心內(nèi)容是地球化學(xué)法水系沉積物測(cè)量、湖積物和水化學(xué)測(cè)量。美國(guó)制定的鈾資源評(píng)價(jià)規(guī)劃，選擇每10km2一個(gè)采樣密度，對(duì)水系沉積物和水進(jìn)行采集。加拿大制定的鈾勘查規(guī)劃從1975年開始，相關(guān)采樣密度為13km2，一個(gè)水系沉積物或湖沉積物樣品，通過兩種計(jì)劃有效地發(fā)現(xiàn)了全新鈾礦產(chǎn)地。

中國(guó)從1978年開始執(zhí)行區(qū)域化探掃面工作，發(fā)展到2016年，相繼覆蓋了中國(guó)國(guó)土的9×106km2，基本實(shí)現(xiàn)了1∶20萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查全覆蓋。目前正在開展1∶5萬(wàn)大比例尺地球化學(xué)普查和全國(guó)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查。結(jié)合相關(guān)計(jì)劃圈定地球化學(xué)異常，在80年代、90年代先后發(fā)現(xiàn)金礦數(shù)百個(gè)。同時(shí)結(jié)合水系沉積物相關(guān)測(cè)量方法還于河南發(fā)現(xiàn)了大型金礦，該發(fā)現(xiàn)也是中國(guó)借助水系沉積物相關(guān)測(cè)量方法所發(fā)現(xiàn)的首個(gè)大型金礦案例。該發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步打破了原本幾十年停滯不前的勘探局面，同時(shí)也引發(fā)了后續(xù)在小秦嶺、熊耳山等地一系列大型金礦的成功勘探，促進(jìn)整個(gè)區(qū)域內(nèi)金礦勘探的有效突破。中國(guó)曾經(jīng)在區(qū)域化探掃面過程中，于貴州勘探到爛泥溝金礦，同時(shí)還在該區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)眾多大型卡林金礦，包塊戈塘等，使得該區(qū)域成為全世界范圍內(nèi)僅低于美國(guó)內(nèi)華達(dá)的卡林型集中金礦，兩個(gè)金礦內(nèi)的總產(chǎn)量超出500t，已經(jīng)成為世界級(jí)金礦區(qū)。

2.3 地球化學(xué)在地質(zhì)找礦理論方面的成就

隨著地球化學(xué)勘查方法在地質(zhì)找礦領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，一系列理論研究不斷深入，進(jìn)而衍生了與地質(zhì)學(xué)等相關(guān)學(xué)科之間的交叉學(xué)科。《地球化學(xué)探礦》是全世界范圍內(nèi)首個(gè)系統(tǒng)介紹地球化學(xué)勘查方法與基礎(chǔ)理論的著作，對(duì)原生暈元素分帶理論、原生暈找礦方法和其在盲礦中的有效應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)介紹[4]。構(gòu)造地球化學(xué)屬于地球化學(xué)以及地質(zhì)學(xué)之間新興邊緣學(xué)科，主要是應(yīng)用地球化學(xué)基礎(chǔ)原理以及構(gòu)造地質(zhì)學(xué)相關(guān)方法原理于不同構(gòu)造中的分散富集特征、遷移分配特征以及規(guī)律移動(dòng)過程進(jìn)行研究；韓潤(rùn)生提出地球化學(xué)和構(gòu)造體系相關(guān)的時(shí)空分布規(guī)律共同構(gòu)成構(gòu)造地球化學(xué)場(chǎng)[5]；李文革提出應(yīng)力作用下固溶體分離主要是成礦中，因?yàn)橥獠織l件變化，導(dǎo)致單結(jié)晶固溶體通常被分解成兩種以上結(jié)晶現(xiàn)[6]。其他如地球化學(xué)雜志、地球化學(xué)等專業(yè)期刊的發(fā)行，也促進(jìn)了地球化學(xué)相關(guān)勘查研究的深入發(fā)展，全面展示出最新科研成果，并對(duì)地球化學(xué)法相關(guān)知識(shí)進(jìn)行廣泛傳播。

3 地質(zhì)找礦中地球化學(xué)成功應(yīng)用的原因

3.1 創(chuàng)建理論基礎(chǔ)

地球化學(xué)勘查相關(guān)理論基礎(chǔ)為成礦物質(zhì)于成礦發(fā)展中，會(huì)在圍巖轉(zhuǎn)移中留下相應(yīng)的元素軌跡，或成礦后，利用土壤、巖石、水系沉積物四周分布的植物、水以及氣體內(nèi)不同類型地球化學(xué)法分散形式，結(jié)合相關(guān)元素變化規(guī)律和分散模式，對(duì)全新礦床進(jìn)行追蹤和挖掘。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，該種方法逐漸從一種技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)發(fā)展為一種高效的理論體系以及一種地學(xué)分支科學(xué)。

中國(guó)金礦地球化學(xué)法成功應(yīng)用和區(qū)域異常下限理論創(chuàng)建以及超微細(xì)金發(fā)現(xiàn)具有密切聯(lián)系。中國(guó)于1979年開始結(jié)合水系沉積物手段實(shí)施區(qū)域化探掃面工作，同時(shí)在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量異常下限處于2～4ng/g，而異常面積甚至能夠達(dá)到數(shù)十或數(shù)百平方千米異常區(qū)域。80年代初，在金表生行為方面的認(rèn)識(shí)依然處于顆粒形式上，密度較小，不會(huì)于水系內(nèi)實(shí)施長(zhǎng)距離遷移，而水系沉積物內(nèi)為何會(huì)產(chǎn)生這種大規(guī)模、低含量金地球化學(xué)異常。通過對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行解答，能夠?yàn)閰^(qū)域化探應(yīng)用低異常下限以及低檢出限方法提供有效參考依據(jù)，同時(shí)還可以為后期異常評(píng)價(jià)奠定良好理論基礎(chǔ)。而地球化學(xué)樣品內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超微細(xì)金使得相關(guān)問題迎刃而解。表2是超微細(xì)金在總體金含量的比例。

表2 超微細(xì)金所占比例Table 2 Percentage of ultrafine gold

通過分析上表能夠發(fā)現(xiàn)，不論是水系沉積物、土壤還是巖石，都存在大量的超微細(xì)彌散金。圖1分別是高含量、中等含量以及低含量樣品內(nèi)金顆粒分布圖。

于低含量樣品內(nèi)，沒有大顆粒金，高含量以及中等含量樣品內(nèi)同樣存在超微細(xì)金。其中超微細(xì)金還擁有較強(qiáng)的物理活動(dòng)性，能夠被不同應(yīng)力進(jìn)行長(zhǎng)距離搬運(yùn)。大規(guī)模區(qū)域低異常相關(guān)下限異常主要是超微細(xì)金構(gòu)成的。該發(fā)現(xiàn)能夠合理解釋產(chǎn)生大規(guī)模金異常的原因，以及形成機(jī)理，從而為區(qū)域化探應(yīng)用低異常下限奠定基礎(chǔ)理論參考，同時(shí)為研究納米成礦學(xué)以及納米顆粒遷移提供有效證據(jù)。

結(jié)合中國(guó)大量測(cè)試成果，按照平均1ng/g的金背景值進(jìn)行準(zhǔn)確界定，使我們能夠利用更加低的異常下限對(duì)異常進(jìn)行圈定，同時(shí)還為判斷金礦礦源層，實(shí)施異常評(píng)價(jià)提供了可靠理論參考。

圖1 低、中、高含量樣品內(nèi)超微細(xì)金Fig 1 Ultrafine gold in low, medium and high content samples

3.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制和分析技術(shù)發(fā)展

不論選擇地球化學(xué)中的哪種方法進(jìn)行勘查，都需要利用有效的分析技術(shù)，對(duì)采集到的不同樣品實(shí)施分析鑒定，由此能夠看出地球化學(xué)和分析技術(shù)之間的密切聯(lián)系。40年代初期，相關(guān)發(fā)射光譜法的誕生催生出了地球化學(xué)法。而快速比色法也促進(jìn)了美、英、法、德等國(guó)家的發(fā)展。70年代產(chǎn)生的X射線熒光方法以及原子吸收法的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)地球化學(xué)法相關(guān)勘查工作從原本的局部輔助性找礦方法朝著區(qū)域戰(zhàn)略方法轉(zhuǎn)變。而火焰光譜法促進(jìn)了地球化學(xué)填圖的全面落實(shí)。離子質(zhì)譜法幫助優(yōu)化了地球化學(xué)法的分析靈敏度，同時(shí)也改善了地球化學(xué)法對(duì)弱信息的識(shí)別能力以及隱伏礦產(chǎn)的找礦能力。當(dāng)下，地球化學(xué)法逐漸發(fā)展變成了戰(zhàn)略性方法，其覆蓋面積也進(jìn)一步擴(kuò)大，為此需要地球化學(xué)勘查相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施大面積對(duì)比。

3.3 地球化學(xué)海量數(shù)據(jù)支持

地球化學(xué)從30年代誕生后，相關(guān)開創(chuàng)者大部分都選擇較密采樣點(diǎn)距，通常也是以幾米或幾十米為間隔實(shí)施采樣工作。因其擔(dān)心如果選擇較稀密度，容易將其中關(guān)鍵信息漏掉。為此該階段內(nèi)勘查面積通常只有幾平方千米，最大范圍僅有幾十平方千米。而地球化學(xué)勘查方法只能充當(dāng)?shù)V產(chǎn)勘探中的輔助性手段，可以針對(duì)局部礦點(diǎn)實(shí)施科學(xué)評(píng)價(jià)，無(wú)法提供全新找礦線索。但在50年代后，隨著科技的發(fā)展，地球化學(xué)相關(guān)勘查面積進(jìn)一步擴(kuò)大，開始發(fā)展到幾百平方千米甚至是幾千平方千米，由此能夠看出地質(zhì)找礦中地球化學(xué)的重要性越加突出，其除了能夠?qū)邆涞V點(diǎn)實(shí)施準(zhǔn)確評(píng)價(jià)之外，同時(shí)還可以進(jìn)行地區(qū)選擇。70年代后，大部分國(guó)家和地區(qū)開始了地球化學(xué)填圖操作，相關(guān)采樣密度從原本的每平方千米一個(gè)采樣點(diǎn)發(fā)展到幾百平方千米一個(gè)采樣點(diǎn)，相關(guān)覆蓋面積也從原本的幾千平方千米擴(kuò)大到上百萬(wàn)平方千米。而在巨大面積下所提供的海量信息也是高密度采樣無(wú)法想象的，在巨大面積下，誕生的海量信息，為發(fā)現(xiàn)全新礦床提供了有效支持。80年代推出的國(guó)際地球化學(xué)填圖規(guī)劃以及后續(xù)實(shí)施的全球地球化學(xué)填圖，計(jì)劃利用160km×160km型號(hào)的網(wǎng)格，大概5000多個(gè)樣本覆蓋全球范圍，而其所采集的數(shù)據(jù)信息，能夠幫助了解全球范圍內(nèi)地球表層的宏觀分布狀態(tài)，能夠清晰認(rèn)識(shí)全球資源分布。

3.4 地球化學(xué)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

地球化學(xué)大數(shù)據(jù)可以有效支持不同條件下參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立或組合查詢，從而得到用戶所需數(shù)據(jù)或樣品。相關(guān)查詢條件涵蓋樣品特征、構(gòu)造環(huán)境、地理名稱、經(jīng)緯度、樣品編號(hào)、數(shù)據(jù)可用性以及數(shù)據(jù)庫(kù)版本等。此外，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)提供者以及文獻(xiàn)來源進(jìn)行查詢，根據(jù)樣品編號(hào)查詢或數(shù)據(jù)庫(kù)版本查詢，尋找特定更新的新增數(shù)據(jù)，方便在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上不斷更新。

地球化學(xué)大數(shù)據(jù)在中國(guó)近年開展的區(qū)域化探全國(guó)掃面調(diào)查中得到了充分應(yīng)用，15年間從全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常達(dá)42880個(gè)，而相關(guān)異常線索對(duì)于中國(guó)新礦挖掘具有重要作用，其中檢查出來的異常數(shù)量是12289個(gè)，在全部異常發(fā)現(xiàn)總數(shù)中大概占29%，其中異常驗(yàn)證數(shù)量是2314個(gè)，在全部異常總量中占6.5%。而礦產(chǎn)探查數(shù)量為1662個(gè)，在發(fā)現(xiàn)異常總數(shù)中占71.8%，在異常檢查總數(shù)中占13.5%，在異常驗(yàn)證總數(shù)中占71.8%，結(jié)合所查證相關(guān)異常數(shù)量能夠發(fā)現(xiàn)，異常中的70%都是沒有查證的，隨著相關(guān)查證工作的持續(xù)推進(jìn)，相關(guān)比例會(huì)進(jìn)一步提升。

4 結(jié)語(yǔ)

礦產(chǎn)資源不但是工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的重要支撐，同時(shí)還會(huì)影響其他領(lǐng)域發(fā)展，基于現(xiàn)代化科技背景下，人們?cè)诘V產(chǎn)資源方面的需求持續(xù)擴(kuò)大，為此需要尋找礦產(chǎn)資源供給。但因?yàn)榈V產(chǎn)資源屬于不可再生資源，在經(jīng)過連續(xù)開采后，礦產(chǎn)資源總量相繼減少，易開采資源相繼減少，進(jìn)一步擴(kuò)大了地質(zhì)礦產(chǎn)找礦難度。為此需要合理應(yīng)用地球化學(xué)，順利實(shí)施地質(zhì)勘探。