深部礦體找礦工作中土壤地球化學(xué)法的運(yùn)用

楚海濤

（新疆地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，新疆 阿勒泰 836500）

新疆阿勒泰地區(qū)蘊(yùn)藏著貴金屬、有色金屬、黑色金屬、稀有金屬等，礦產(chǎn)資源十分豐富。該地區(qū)目前已經(jīng)成為我國(guó)最具潛力的礦產(chǎn)資源集中區(qū)之一[1]。近些年來(lái)，新疆阿勒泰地區(qū)的采礦進(jìn)度一直在加快，礦產(chǎn)量也不斷增加，較大規(guī)模的開(kāi)采也使得該地區(qū)地表礦產(chǎn)日益減少，深部找礦成為未來(lái)工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前，我國(guó)的土壤地球化學(xué)法主要是測(cè)量土壤B層成礦元素的含量，根據(jù)相關(guān)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)圈定化探異常。下面結(jié)合實(shí)際，就土壤地球化學(xué)法在深部礦體找礦中的運(yùn)用問(wèn)題做具體分析。

1 深部礦體中礦石元素運(yùn)動(dòng)與分布特征

1.1 元素的垂向運(yùn)移

相關(guān)研究表明，在固體地球時(shí)刻內(nèi)，礦石元素一直在高速運(yùn)動(dòng)，勻速速度極快。如Cu、Pb這兩項(xiàng)元素在自然土壤的遷移速度能達(dá)到200m/a[2]。這說(shuō)明，含有礦產(chǎn)的地層較之于不含礦產(chǎn)的地層有些許異常，且這種異常在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都處于一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。研究表明，在地層中，許多成礦元素都會(huì)進(jìn)行垂向運(yùn)移，Cd等惰性元素在地層中也有運(yùn)動(dòng)性。在成礦環(huán)境空間結(jié)構(gòu)中，空間結(jié)構(gòu)直接影響礦石元素的遷移方向以及遷移速度等。在成礦環(huán)境空間結(jié)構(gòu)中，閃鋅礦等金屬硫化物在進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)都會(huì)放熱，且這類(lèi)物質(zhì)放出的熱量又會(huì)對(duì)化學(xué)反映產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，從而加快金屬離子的生成速度[3]。

1.2 金屬離子垂向運(yùn)移

當(dāng)?shù)V體周?chē)粩嘤薪饘匐x子產(chǎn)生后，地下水溶液中金屬離子的濃度就會(huì)較大變化，在金屬離子濃度不均衡的情況下，部分金屬離子會(huì)進(jìn)行垂向運(yùn)移，向潛水面以下遷移。成礦金屬元素遷移至潛水面以下后，受到地下水溶液蒸發(fā)作用、毛細(xì)作用等遷移至地表，在地表形成礦體金屬元素濃集區(qū)。地表空間結(jié)構(gòu)比較特殊，有適合成礦金元素富集以及積淀的空隙、裂隙等，最終會(huì)促進(jìn)礦產(chǎn)的形成。

2 土壤地球化學(xué)異常形成原因與過(guò)程

在探討土壤地球化法在深部找礦作業(yè)中的應(yīng)用之前，我們先需要對(duì)土壤地球化學(xué)異常暈的形成機(jī)制加以了解。金屬元素濃集于地表，受到風(fēng)化剝蝕與水流沖刷，金屬元素會(huì)不斷分散進(jìn)而促成土壤次生暈異常。結(jié)合這一分析可知，在金屬元素成礦過(guò)程中，金屬元素的遷移性質(zhì)與地表結(jié)構(gòu)都是影響土壤次生暈的關(guān)鍵因素。根據(jù)這兩大影響因素的影響形式、范圍以及程度等，可將匯水盆地劃分為三大部分，即異常削減區(qū)、異常元素供應(yīng)區(qū)與背景區(qū)。這三大區(qū)域具體的位置關(guān)系是：異常元素供應(yīng)區(qū)上游位置為背景區(qū)，金屬元素濃集區(qū)兩端是異常元素供應(yīng)區(qū)。

在成礦區(qū)域發(fā)展過(guò)程中，異常削減區(qū)內(nèi)金屬元素含量會(huì)在背景物質(zhì)的持續(xù)沖淡下而逐漸削減，在金屬元素含量不斷削減過(guò)程中，這一區(qū)域內(nèi)土壤地球化學(xué)異常元素?cái)?shù)量也將達(dá)到最大。通過(guò)做相關(guān)研究與計(jì)算可知，在礦體埋深、礦體大小以及土壤次生暈規(guī)模之間存在著密切聯(lián)系。一般來(lái)說(shuō)，土壤次生暈規(guī)模直接由礦體埋深與礦體大小來(lái)確定。結(jié)合上述分析可知，在礦體成礦過(guò)程中，礦石元素會(huì)進(jìn)行垂向運(yùn)移，并在一系列物質(zhì)、關(guān)系的作用下使富含礦產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的地表出現(xiàn)土壤次生暈異常，在找礦時(shí)，通過(guò)尋找與分析土壤次生暈異常就可大致確定出礦產(chǎn)位置[4]。

3 土壤地球化學(xué)法在深部找礦作業(yè)中的具體應(yīng)用

在應(yīng)用土壤地球化學(xué)法進(jìn)行深部礦體找礦的具體步驟是：進(jìn)行地質(zhì)勘探獲得測(cè)區(qū)地質(zhì)特征，掌握測(cè)區(qū)異常結(jié)構(gòu)特征與其他的信息數(shù)據(jù)；基于各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息構(gòu)建起數(shù)字刻畫(huà)模型，然后通過(guò)采樣、異常提取、異常評(píng)價(jià)等確定出測(cè)區(qū)礦產(chǎn)所在位置。

3.1 建立異常模式

在構(gòu)建土壤地球化學(xué)異常模式時(shí)，需先對(duì)測(cè)區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行勘察分析，通過(guò)勘測(cè)掌握該區(qū)域的控礦因素以及成礦條件等，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)成礦作用與控礦因素與測(cè)區(qū)土壤形態(tài)、元素組合、梯度變化以及強(qiáng)度等之間的關(guān)系進(jìn)行分析，獲得測(cè)區(qū)的地球物理特征。阿勒泰地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，勘測(cè)難度較大，在制定勘測(cè)方案時(shí)要從安全性、經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性等多層面考慮，在此基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用相關(guān)勘測(cè)設(shè)備，組織專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)入測(cè)區(qū)規(guī)范開(kāi)展勘測(cè)工作，以保證勘測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、與全面性。在勘測(cè)過(guò)程中，對(duì)部分過(guò)于復(fù)雜的區(qū)域要進(jìn)行反復(fù)勘測(cè)，確?？睖y(cè)結(jié)果真實(shí)精準(zhǔn)不存有誤差。

3.2 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣

在運(yùn)用土壤地球化學(xué)法進(jìn)行深部找礦時(shí)，需進(jìn)入測(cè)區(qū)進(jìn)行采樣。采樣時(shí)工作人員要結(jié)合具體情況準(zhǔn)確確定采樣深度與采樣類(lèi)型，從而保證模式構(gòu)建的科學(xué)性與有效性。按照一般理論，在采樣時(shí)若采取腐殖層樣本，那么所測(cè)得的異常強(qiáng)度會(huì)相對(duì)較弱，若采集B層的土壤樣本，最終獲得的異常強(qiáng)度相對(duì)較大。但若只采集B層樣本也很難保證結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，因此在采樣時(shí)建議直接采取土壤介質(zhì)。為保證整體的找礦效率，在樣本采集階段還需要對(duì)采樣深度進(jìn)行計(jì)算與確定。結(jié)合相關(guān)研究可知，粘土以及石英是土壤的主要構(gòu)成物質(zhì)，在地表以下0.6~1.8m的范圍內(nèi)也含有一些鈣質(zhì)成分，地表2.4m以下大體上全是基巖[5]。在進(jìn)行采樣時(shí)，若不能合理把握采樣深度，那么也就無(wú)法獲得真實(shí)的異常信息。因此在采樣之前一定要通過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)以及計(jì)算確定出最為合理的采樣深度，以保證最終找礦結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 異常提取操作

前文已經(jīng)提及，礦體埋深與礦體大小影響土壤地球化學(xué)異常程度，并且在諸多內(nèi)外部因素的作用與影響下，各區(qū)域、各層次的化學(xué)異常程度也均有不同，從而導(dǎo)致土壤地球化學(xué)背景具有明顯的不均勻性特征。在此背景下，要想準(zhǔn)確確定出礦產(chǎn)位置，就需要綜合考慮以上因素合理進(jìn)行異常提取操作。除此之外，在進(jìn)行異常提取時(shí)還要能選用科學(xué)合理的方法。相關(guān)研究與實(shí)踐證明，相較于單變量、概率圖等傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法，空間因素分子法、空間統(tǒng)計(jì)法等要更為科學(xué)合理?？臻g統(tǒng)計(jì)法綜合考慮了地球化學(xué)元素的相關(guān)性與概率分布問(wèn)題，同時(shí)也分析了樣本的變異性與空間相關(guān)性。合理運(yùn)用這一方法可相對(duì)全面與準(zhǔn)確地的獲得 礦區(qū)各項(xiàng)地質(zhì)信息。

除了可運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行異樣提取與分析外，還可將奇異值分解法、奇異性繪制法等靈活運(yùn)用于深部找礦工作。利用這些方法可獲得成礦元素在深部的空間分布形態(tài)與含量分布頻率，能得到地球化學(xué)場(chǎng)的廣義自相似性與各向異性，從而為找礦方案的設(shè)計(jì)提供出更有效的參考。

近些年來(lái)，多種分形法在深部找礦作業(yè)中也得到了比較廣泛的應(yīng)用。這一技術(shù)方法可直觀反映出土壤局部變異情況，因此讓深部找礦更有針對(duì)性。合理運(yùn)用這一方法可大大縮短深部找礦時(shí)間，提高找礦的準(zhǔn)確性。上述提到的奇異性繪制法在深部找礦作業(yè)中更有妙用。阿勒泰地區(qū)地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，使用傳統(tǒng)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且找礦的準(zhǔn)確性也難保證。但在將奇異性繪制法應(yīng)用于深部找礦作業(yè)后，水文地質(zhì)條件帶給找礦工作的影響將被大大弱化，利用這一技術(shù)，找礦人員可準(zhǔn)確獲得測(cè)區(qū)各部位礦產(chǎn)元素的虧損情況與富集特征，獲得相對(duì)準(zhǔn)確且全面的礦產(chǎn)信息，從而讓后續(xù)的找礦工作更加精準(zhǔn)高效。

3.4 開(kāi)展異常評(píng)價(jià)

在應(yīng)用土壤地球化學(xué)法開(kāi)展深部找礦工作時(shí)，異常評(píng)價(jià)是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，異常評(píng)價(jià)結(jié)果將直接影響到找礦的準(zhǔn)確性，因此在具體的找礦作業(yè)中也需對(duì)該項(xiàng)工作引起重視。然而眾所周知，土壤地球化學(xué)異常評(píng)價(jià)也是一項(xiàng)難度十分高的工作，多年來(lái)我國(guó)一直沒(méi)能跳出這一技術(shù)瓶頸，從而也給深部找礦的發(fā)展帶來(lái)了很大影響。但隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的增加與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)土壤地球化學(xué)異常評(píng)價(jià)技術(shù)水平也有所提升，近年來(lái)適用于異常評(píng)價(jià)的技術(shù)方法不斷增加，異常評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性也得到顯著提升。在當(dāng)前應(yīng)用的幾項(xiàng)技術(shù)方法中，主要是以異常本身的特點(diǎn)為基礎(chǔ)來(lái)分析與評(píng)價(jià)異常，獲得有關(guān)異常的各項(xiàng)結(jié)論，為后續(xù)的找礦工作提供參考。具體如在分析評(píng)價(jià)過(guò)程中工作人員需要掌握并利用土壤異常的連續(xù)性、強(qiáng)度以及規(guī)模、形態(tài)、元素組合與梯度等進(jìn)行。在評(píng)價(jià)已知礦床的異常特征時(shí)，主要是采用聚類(lèi)分析、判別分析以及回歸分析等幾種方法進(jìn)行，最后有關(guān)礦床異常情況的各項(xiàng)結(jié)論。

在找礦過(guò)程中需要明確，任何礦床的形成都是多種因素耦合作用的結(jié)果，因此在一種異常特征下也含有許多細(xì)微的差異。在運(yùn)用土壤地球化學(xué)法進(jìn)行深部找礦時(shí)，一定要樹(shù)立起正確的觀念與思路，基于科學(xué)合理的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)各項(xiàng)因素做綜合考慮與分析，從而保證找礦結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。同時(shí)在具體的找礦作業(yè)中，各工作人員還需增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)與安全意識(shí)，要結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際情況科學(xué)設(shè)計(jì)找礦方案，不斷優(yōu)化每一項(xiàng)找礦工藝，最大程度降低深度找礦對(duì)測(cè)區(qū)以及周邊環(huán)境的影響，確保環(huán)境與人員安全。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，土壤地球化學(xué)法在深部礦體找礦作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，科學(xué)運(yùn)用這一技術(shù)方法可大大提升深部找礦效率，提高深部找礦的準(zhǔn)確性。為此在當(dāng)前背景下應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)土壤地球化學(xué)法的研究?jī)?yōu)化與推廣運(yùn)用，從而提升我國(guó)深部找礦工作的技術(shù)水平。