地質(zhì)找礦工作中地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法的重要性探討

＊武永梅

（遼寧省第四地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司 遼寧 123000）

引言

現(xiàn)代社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，使得資源開發(fā)和利用層面面臨著新的挑戰(zhàn)，在資源約束趨緊和環(huán)保壓力不斷增加的背景下，不僅要確保能源和礦產(chǎn)的安全加強(qiáng)深度找礦，同時(shí)要結(jié)合技術(shù)手段提升找礦預(yù)測(cè)水平。正如2016年科技部聯(lián)合國(guó)土部門等主要部門制定的資源開發(fā)重點(diǎn)專項(xiàng)要求中提到的深地礦產(chǎn)資源與能源勘查開采要求，不斷地分析成礦和地質(zhì)體的空間關(guān)系，理解和篩選控礦因素。

1.地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法的基本要求

地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試本質(zhì)上是通過各種技術(shù)手段將存在的樣品進(jìn)行物理性的測(cè)量和化學(xué)性的測(cè)量，并且依托實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開綜合測(cè)試，在地質(zhì)工作的初期階段，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以給結(jié)果提供重要的判斷依據(jù)，對(duì)于地質(zhì)科學(xué)事業(yè)的支撐功能非常明顯。當(dāng)前的社會(huì)地質(zhì)研究工作當(dāng)中創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用同樣作出了重要貢獻(xiàn)，能夠確定未來(lái)工作的走向和要求。

地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試建立在現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)之上，并且在多年的發(fā)展歷程當(dāng)中，出現(xiàn)了很多行之有效的處理方案。例如，很多專家學(xué)者利用與礦產(chǎn)信息有關(guān)的特征地物亮度比值和色度學(xué)原則確定了含礦巖石的強(qiáng)烈部位和找礦靶區(qū)。另外有研究通過系統(tǒng)分析得到了不同區(qū)域圖像的二維三點(diǎn)圖幾何特征，以實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案來(lái)獲取地質(zhì)分析模型并展開增強(qiáng)圖像處理后，取得了良好的效果。

(1)測(cè)試方法確定

區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)實(shí)驗(yàn)需要以區(qū)域地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，這是開展找礦工作的必要條件和基本前提，目的是為了通過對(duì)區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查來(lái)確定區(qū)域的整體情況，包括地質(zhì)形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造等一切和環(huán)境相關(guān)的因素。一般情況下通過地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試之后可以獲得更加精確的信息，但仍然需要根據(jù)所測(cè)試的內(nèi)容來(lái)確定相應(yīng)的測(cè)試方法。

(2)實(shí)驗(yàn)操作要求

實(shí)驗(yàn)操作以硅酸鹽巖石為例，對(duì)其中的不同物質(zhì)含量進(jìn)行分析時(shí)要考慮到組成成分，因?yàn)楣杷猁}巖石是多種礦物復(fù)合形成，包括高嶺土、石棉等，其中的很多元素組成和化學(xué)成分具有差異性，因而要采取更加科學(xué)和規(guī)范的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)，從而保障結(jié)果的精確性。

在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇上，首先是對(duì)于溶液制備的控制，通常而言用于制備溶液的水要求較高，且溶液要達(dá)到穩(wěn)定的純度。基準(zhǔn)實(shí)際的選擇以平均測(cè)試環(huán)節(jié)當(dāng)中的平均值與極差數(shù)據(jù)決定，從而讓標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)避免雜質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

試樣分解階段，酸溶、熔融等方式都是硅酸鹽材料的常見分解方法，但熔融相比于酸溶在應(yīng)用范圍上更加廣泛，可以對(duì)不同類型的很多試樣進(jìn)行分解，以酸性和堿性溶液的復(fù)分解過程來(lái)實(shí)現(xiàn)，所使用的溶劑也為堿性溶劑（如氫氧化鈉等），從而達(dá)到良好的溶解效果。如果試樣為同一種類型那么還需要注意進(jìn)行兩次測(cè)定工作以獲得更加精準(zhǔn)和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

對(duì)于金屬含量的測(cè)定時(shí)應(yīng)該將測(cè)定所需要的溶液先進(jìn)行加熱至沸騰狀態(tài)，然后通過還原處理將其溫度降低到室溫溫度范圍，按照要求添加指示劑之后進(jìn)行測(cè)定，并且根據(jù)試樣本身可能存在的差異性對(duì)實(shí)驗(yàn)的有關(guān)步驟、操作規(guī)范進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。

空白值分析則根據(jù)不同溶液的加入量來(lái)確定測(cè)試結(jié)果，必須要進(jìn)行兩次測(cè)試確定測(cè)試的精準(zhǔn)程度。

2.地質(zhì)找礦工作當(dāng)中地質(zhì)實(shí)驗(yàn)的重要性

礦產(chǎn)進(jìn)行普查和勘探的目的在于確定礦床的產(chǎn)狀、邊界等開采條件有關(guān)的信息，然后確定經(jīng)濟(jì)加工工藝數(shù)據(jù)和礦床本身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其中勘探的樣品包括礦石、巖石和礦物等，分析的內(nèi)容也包括樣品的物質(zhì)成分與化學(xué)成分[1]。尤其是在復(fù)雜的演化過程當(dāng)中形成的沉積建造、構(gòu)造變動(dòng)、變質(zhì)成礦作用等相關(guān)信息都可以提供成礦物質(zhì)來(lái)源，這些礦床地質(zhì)有關(guān)的信息可以通過實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)獲取相應(yīng)的結(jié)果。此外，實(shí)驗(yàn)室對(duì)于質(zhì)量樣品的控制工作對(duì)于結(jié)果的精確性影響程度相對(duì)明顯。

從地球物理特征和地球化學(xué)特征角度來(lái)看，這些都是地質(zhì)實(shí)驗(yàn)和地質(zhì)狀況工作的主要條件，后續(xù)的工作當(dāng)中，我們需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)背景、巖石特征、構(gòu)造特性等開展分析對(duì)典型礦床的成礦規(guī)律和找礦靶區(qū)做好定位，才能對(duì)成礦的有利因素和成礦區(qū)做好預(yù)測(cè)。

從重要性的角度來(lái)看，地質(zhì)找礦和地質(zhì)實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)聯(lián)非常緊密，一方面地質(zhì)實(shí)驗(yàn)可以給地質(zhì)找礦提供精確而穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息，確保各項(xiàng)基礎(chǔ)性工作能夠穩(wěn)定開展，另一方面地質(zhì)實(shí)驗(yàn)可以確定地質(zhì)找礦時(shí)涉及到的各類數(shù)據(jù)是否符合要求并詳細(xì)地進(jìn)行展示。地質(zhì)找礦工作本身比較復(fù)雜，工作內(nèi)容眾多，涉及到多種精密儀器和設(shè)備的使用，相關(guān)的人員除了要加強(qiáng)技術(shù)措施之外還需要加強(qiáng)對(duì)于設(shè)備的保護(hù)，讓其使用效率始終處于穩(wěn)定。進(jìn)行地質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)試使用的樣品量一般不大，相應(yīng)的采集工作也不會(huì)過于復(fù)雜，即便出現(xiàn)失誤也可以采用其它方式進(jìn)行合理代替。而地質(zhì)實(shí)驗(yàn)的目的就是最大程度地確保測(cè)試結(jié)果的精確性，并且給地質(zhì)找礦提供多方面支持。例如，地質(zhì)找礦可能會(huì)在一定程度上造成環(huán)境污染，基于這一原因，在地質(zhì)找礦工作當(dāng)中采用測(cè)試工作能夠快速地分析樣品本身的化學(xué)成分組成與物理元素特征，從而給找礦提供必要的支持，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)于我國(guó)可持續(xù)發(fā)展而言意義突出，將環(huán)保理念始終貫穿于地質(zhì)找礦工作的始終。地質(zhì)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)要求在某些情況下比較高，且工作當(dāng)中會(huì)存在著一些不確定性因素，開展找礦工作時(shí)借助技術(shù)手段開展實(shí)驗(yàn)測(cè)試的意義非常突出。

3.地質(zhì)找礦工作的技術(shù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

(1)三維地質(zhì)建模

隨著當(dāng)前地質(zhì)礦產(chǎn)研究工作的不斷深入和淺表找礦難度的提升，傳統(tǒng)的找礦方法與成果的展示形式在某些情況下已經(jīng)無(wú)法滿足深部找礦需求，因此通過現(xiàn)代技術(shù)可以獲取更加深層次的地質(zhì)信息，再經(jīng)過地質(zhì)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取相關(guān)的成果。三維可視化與分析技術(shù)就是一種可參考的模式，以地表地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)綜合其它技術(shù)手段，且目前針對(duì)礦床的三維空間定位、定量預(yù)測(cè)也已經(jīng)成為了相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究重點(diǎn)。三維地質(zhì)建模指的是將有效的三維空間數(shù)據(jù)模型利用可視化技術(shù)在空間中進(jìn)行表達(dá)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、空間分析等過程，涉及到多個(gè)學(xué)科和技術(shù)層面的實(shí)驗(yàn)研究，相比于傳統(tǒng)的表達(dá)方式，這種方式對(duì)于空間地質(zhì)體的表達(dá)會(huì)更加直觀而精確，所傳遞出的信息量也會(huì)豐富和真實(shí)。

從方法來(lái)看，通過鉆孔是主要的信息來(lái)源，以鉆孔獲取樣品之后就可以進(jìn)行樣品的化驗(yàn)分析，展示出樣品的空間集合位置、軌跡形態(tài)，同時(shí)還可以存儲(chǔ)與地質(zhì)體相關(guān)的屬性信息，例如樣品揭露的地層巖性信息等，但工程投入成本比較高[2]。

基于剖面進(jìn)行建?？梢栽谏畈康刭|(zhì)信息表達(dá)上發(fā)揮穩(wěn)定作用，而基于離散點(diǎn)的建模方法可以從數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中提取信息等。未來(lái)的技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)可以考慮人機(jī)交互支持下的混合建模以做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

(2)信息與圖像處理

從信息和圖像處理的基礎(chǔ)要求來(lái)看，這一方面的內(nèi)容是對(duì)遙感信息特征進(jìn)行分析，從而獲取陸地衛(wèi)星圖像，將各類地物物質(zhì)成分和表面結(jié)構(gòu)等進(jìn)行呈現(xiàn)?；A(chǔ)圖像處理方面，要獲取一幅好的彩色合成圖像關(guān)鍵在于展開波段組合，其中彩色合成方案應(yīng)該是最為關(guān)鍵的合成處理工作，參加波段組合的波段方差要盡可能更大，相關(guān)系數(shù)越小越好。這樣一來(lái)才能保障彩色合成圖像作為基礎(chǔ)遙感圖像具有影像清晰和層次分明的立體感特性。

從圖像增強(qiáng)的角度分析圖像，增強(qiáng)處理的目的是為了突出其中的有價(jià)值信息，擴(kuò)大不同影響特征之間的差異性，例如對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和地貌形態(tài)特征進(jìn)行分析時(shí)，還要做好邊緣增強(qiáng)和結(jié)構(gòu)特征處的信息規(guī)劃，為綜合分析成礦地質(zhì)條件和成礦預(yù)測(cè)信息，提供找礦層面的參考依據(jù)。例如主成分分析就是最為關(guān)鍵的部分之一，能夠?qū)⒉煌煞值男畔⒑蛢?nèi)容在空間當(dāng)中展開分布和排列，并做好后續(xù)的比值處理來(lái)消除由地形引起的地質(zhì)體相對(duì)值差異，最后通過組合處理體現(xiàn)界面影像特征的不同。

在蝕變信息處理方面，蝕變是礦化作用所產(chǎn)生的成礦標(biāo)志，礦化石變遙感信息提取以光譜特征為基礎(chǔ)，利用光譜差異性和波段組合變換來(lái)選擇特征因子提取蝕變信息。對(duì)于找礦工作來(lái)說(shuō)，蝕變巖石和正常巖石在礦物成分和巖石組構(gòu)等多個(gè)方面存在色調(diào)和紋理的差異，提取有用的礦化信息則是此次工作的重點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)于獲得的結(jié)果可以對(duì)濾波之后的圖像展開非監(jiān)督分類處理，給地質(zhì)找礦工作提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

(3)礦致異常信息提取

礦致異常信息提取能夠反映出礦體的富存狀態(tài)，以原生暈為例，在礦體形成的過程當(dāng)中含礦溶液不斷地進(jìn)行擴(kuò)散和滲透，發(fā)育在熱液礦床當(dāng)中的元素高含量帶的分布范圍非常大，分帶規(guī)律能夠體現(xiàn)出深部礦體的富存狀態(tài)。例如在已知的礦體尾部有著礦元素異常問題，且尾部前緣暈、尾暈都有強(qiáng)異常狀態(tài)，則說(shuō)明已知的礦體深度還有盲礦體存在，并且提示礦體可能還有較大程度的延伸。

根據(jù)這些成礦、成暈的機(jī)理，可以將前緣暈作為發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)隱藏礦的地球化學(xué)標(biāo)志，并利用地球化學(xué)參數(shù)反映出前緣暈元素組合和尾暈組合的參數(shù)信息，反映出成礦的地球化學(xué)特征。根據(jù)實(shí)際成礦的復(fù)雜性特點(diǎn)，鉆孔原生暈僅僅只是礦體所反映出的一種礦致異常信息，而要想進(jìn)行綜合的信息預(yù)測(cè)，則需要做好地質(zhì)實(shí)驗(yàn)工作，將主成礦元素異常、主成礦因子異常圈定的礦體異常和深部異常等參數(shù)進(jìn)行結(jié)合合并組成綜合異常。成礦作為一個(gè)復(fù)雜的多期次非線性過程，在礦域當(dāng)中主要的成礦元素也會(huì)呈現(xiàn)出不均勻的特征，提取成礦因子的礦致異常信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)估可以獲得相應(yīng)的結(jié)果[3]。

(4)綜合信息找礦預(yù)測(cè)

在地質(zhì)找礦工作當(dāng)中成礦預(yù)測(cè)是一項(xiàng)重要的任務(wù)，應(yīng)用的是基礎(chǔ)地質(zhì)理論和礦床地質(zhì)理論與技術(shù)方法挖掘區(qū)域內(nèi)的成礦條件和成礦信息，確定找礦的靶區(qū)。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法是進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)，但通過地質(zhì)實(shí)驗(yàn)可以借助信息手段進(jìn)行系統(tǒng)化規(guī)劃。不同的礦產(chǎn)資源在一定的地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中，會(huì)經(jīng)過礦床的形成、變化和保存過程以形成不同類型的巖石礦物組合，通過不同的巖石建造形成各類特性并呈現(xiàn)出來(lái)。以地質(zhì)實(shí)驗(yàn)、化探等方式都可以獲取這些信息，借助現(xiàn)代勘查手段來(lái)確定地質(zhì)體的物化參數(shù)、巖石礦物信息開展成礦地質(zhì)條件的綜合分析，強(qiáng)調(diào)以信息融合與內(nèi)在聯(lián)系的綜合評(píng)估來(lái)完成找礦預(yù)測(cè)工作，如通過GIS強(qiáng)大的信息預(yù)測(cè)功能來(lái)完成信息融合與信息分析等[4]。

例如礦區(qū)的大比例尺三維預(yù)測(cè)就可以基于三維地質(zhì)建模來(lái)分析礦床的成礦地質(zhì)條件和空間分布規(guī)律，充分利用目前已經(jīng)存在的二維地質(zhì)調(diào)查開展可視化的地質(zhì)建模，然后建立綜合找礦模型挑選出具體的要素從而實(shí)現(xiàn)外圍礦產(chǎn)資源的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。針對(duì)典型礦床，可以研究已知的礦體與成礦地質(zhì)要素的空間分布特性，然后探究成因?qū)用娴穆?lián)系、賦存規(guī)律，在地質(zhì)異常與綜合信息評(píng)價(jià)等理論的指導(dǎo)之下綜合化、遙感等找礦信息最終提煉出綜合的找礦模型[5]。

另外在信息預(yù)測(cè)方面還會(huì)涉及到對(duì)成礦規(guī)律的綜合探討，目前多個(gè)學(xué)科在研究方面已經(jīng)明確了地質(zhì)轉(zhuǎn)換方向，并利用遙感技術(shù)輔助找礦，以直接方法或間接方法作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中直接找礦方法就是直接利用遙感圖像來(lái)識(shí)別礦化標(biāo)志，間接方法則是根據(jù)成礦地質(zhì)條件的解譯分析結(jié)果，總結(jié)出有利區(qū)域的地質(zhì)特征。但考慮到某些區(qū)域的地質(zhì)特性比較特殊，例如植被覆蓋嚴(yán)重或土地荒漠化地區(qū)的地表礦化標(biāo)志并不明顯，直接利用遙感圖像找礦難度較大。對(duì)此可考慮根據(jù)已知的礦點(diǎn)對(duì)地球化學(xué)工作成果進(jìn)行探討，基于線性構(gòu)造，韌性剪切帶和環(huán)形構(gòu)造特性做出找礦預(yù)測(cè)。線性構(gòu)造方面，不同構(gòu)造的形成時(shí)間存在差異，已經(jīng)形成的構(gòu)造，會(huì)受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響產(chǎn)生活化和互相切割，區(qū)域線性構(gòu)造反映的是區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和主干線性構(gòu)造特點(diǎn)，根據(jù)地段特征來(lái)對(duì)礦質(zhì)沉淀內(nèi)容進(jìn)行預(yù)估可發(fā)揮良好作用?；陧g性剪切帶的內(nèi)容來(lái)看，一些老變質(zhì)巖區(qū)的韌性變形帶和剪切帶與成礦之間密切關(guān)聯(lián)，韌性變形期間，由于并不會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模流體活動(dòng)，所以某些元素會(huì)比較富集[6]。但流體出現(xiàn)突變反應(yīng)之后，會(huì)形成蛻化變質(zhì)帶，活性越大，后期退變?cè)綖閺?qiáng)烈，韌性變形帶當(dāng)中的某些區(qū)域元素富集會(huì)形成礦體。從環(huán)形構(gòu)造的角度而言，找礦區(qū)域內(nèi)的環(huán)形構(gòu)造發(fā)育形態(tài)存在差異，成因不同，但都與巖漿作用或構(gòu)造作用有關(guān)，在空間分布上具有一定的規(guī)律性。某些環(huán)形構(gòu)造地表下可能有隱伏的巖石存在，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的薄弱地殼可以為成礦找礦提供相對(duì)有利的條件，甚至與巖漿侵入存在關(guān)聯(lián)[7]。需要注意的是，如果后續(xù)的工作區(qū)域?qū)儆跓o(wú)人區(qū)、工作條件較差的地區(qū)，那么開展野外驗(yàn)證時(shí)的困難條件較大，所以要以重點(diǎn)地區(qū)的地質(zhì)現(xiàn)象和遙感圖像特征等信息異常作為對(duì)比研究的重點(diǎn)，再結(jié)合現(xiàn)有的成果資料，以點(diǎn)帶面，完成找礦工作給后續(xù)研究提供信息層面的支持。

4.結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)工作的不斷發(fā)展使得工作成果與地質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的聯(lián)系更加緊密，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)措施無(wú)論是在方法還是在技術(shù)上都有著變化和調(diào)整，這標(biāo)志著我國(guó)的地質(zhì)勘查和科學(xué)研究方面能夠獲取更加深入的理論支持，也說(shuō)明了國(guó)內(nèi)地質(zhì)工作將進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，地質(zhì)找礦工作也可以借助實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取精確的數(shù)據(jù)支持，以保障工作效率和工作質(zhì)量。