鎖定紅河州背后

起初，人們不太相信在云南能找到中重稀土礦。

自1969年我國(guó)在江西龍南足洞首次發(fā)現(xiàn)離子吸附型稀土礦以來(lái)，對(duì)于中重稀土礦的勘查再?zèng)]有大的突破性發(fā)現(xiàn)。相比輕稀土，中重稀土礦床的稀土元素大多以離子形式吸附在風(fēng)化殼的黏土礦物上，無(wú)法通過(guò)肉眼識(shí)別巖體或蝕變現(xiàn)象，找礦難度較大。

地質(zhì)學(xué)界普遍認(rèn)為，某一礦種的富集與其所處地質(zhì)單元的演化密切相關(guān)。足洞處于我國(guó)華南地質(zhì)構(gòu)造域上，與其相距1400多公里的云南則處于特提斯構(gòu)造域上，這種構(gòu)造單元通常是尋找銅礦的重點(diǎn)目標(biāo)，很難將其與稀土礦聯(lián)系起來(lái)。

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所首席科學(xué)家王學(xué)求及其團(tuán)隊(duì)是如何鎖定紅河州、“透視”隱伏地下的稀土礦藏的呢？

繪制“尋寶圖”

很多地質(zhì)人，終其一生可能都無(wú)法找到大礦。一個(gè)大礦的發(fā)現(xiàn)，往往是實(shí)力與運(yùn)氣碰撞的結(jié)果。云南中重稀土礦的發(fā)現(xiàn)，用王學(xué)求的話來(lái)說(shuō)，亦是如此。

王學(xué)求找到“紅河州”，并不是某次盲探的偶然成功。在960多萬(wàn)平方公里的大地上尋找中重稀土礦，猶如在大海里撈針。之所以能夠鎖定紅河州不到100平方公里的地域，這首先得益于一張“尋寶圖”。

這張圖是包含76個(gè)元素的地球化學(xué)基準(zhǔn)圖，可以拆分為76張，每一種元素都有對(duì)應(yīng)的一張圖。有了這張圖，該元素在中國(guó)大地上的分布情況一目了然。除具有放射性的钷，稀土的16個(gè)元素也囊括其中。紅色越深的地方，代表某種元素的富集程度越高；藍(lán)色越深的地方，則代表某種元素的富集程度越低。

“這是人類歷史上第一張具有16個(gè)稀土元素的、全國(guó)性的地球化學(xué)基準(zhǔn)圖?！蓖鯇W(xué)求告訴《中國(guó)報(bào)道》記者。

把元素周期表繪制在地球上的靈感可以追溯至20世紀(jì)。1973年，兩位英國(guó)學(xué)者出版了世界第一幅地球化學(xué)圖——北愛(ài)爾蘭地球化學(xué)圖集，但真正將其發(fā)揚(yáng)光大，并使地球化學(xué)填圖技術(shù)成為找礦“顯學(xué)”的則是中國(guó)。

20世紀(jì)70年代中期，我國(guó)勘查地球化學(xué)事業(yè)的奠基人謝學(xué)錦意識(shí)到，中國(guó)絕大部分地區(qū)，尤其是東部地區(qū)，根據(jù)地表可見(jiàn)的礦化跡象找礦的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束，一個(gè)地球化學(xué)方法大發(fā)展的時(shí)代即將到來(lái)，這一方法對(duì)尋找隱伏地下的各類礦床有“奇效”。他果斷終止了之前堅(jiān)持多年的研究方向，著手區(qū)域地球化學(xué)找礦和填圖理論與方法的研究。

1978年，謝學(xué)錦提出“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“掃面計(jì)劃”）。該計(jì)劃覆蓋全國(guó)近600萬(wàn)平方公里，分析39種化學(xué)元素的全國(guó)分布圖譜。全國(guó)地礦系統(tǒng)不計(jì)其數(shù)的工作者參與其中，集中投入的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年。此后中國(guó)許多新礦床的發(fā)現(xiàn)，大都是該計(jì)劃提供的線索。

但當(dāng)時(shí)掃面計(jì)劃的調(diào)查區(qū)域主要是基巖出露區(qū)，缺乏對(duì)植被土壤覆蓋區(qū)的調(diào)查，同時(shí)受檢測(cè)技術(shù)限制，稀土等化學(xué)元素并不包含在內(nèi)。于是，王學(xué)求心中便種下了一顆新種子——繪制一張覆蓋更多化學(xué)元素、向地殼更深部探索、使用更高精度檢測(cè)方法的地球化學(xué)圖。

隨著高精度檢測(cè)儀器的廣泛應(yīng)用、稀土檢測(cè)的技術(shù)趨于成熟以及聯(lián)合國(guó)教科文組織全球尺度地球化學(xué)國(guó)際中心落戶中國(guó)，開始新一輪地球化學(xué)填圖的時(shí)機(jī)逐漸成熟。2008年，王學(xué)求團(tuán)隊(duì)通過(guò)“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”專項(xiàng)所屬項(xiàng)目“全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)值建立與綜合研究”，著手繪制81項(xiàng)指標(biāo)（含76個(gè)化學(xué)元素）的地球化學(xué)基準(zhǔn)圖。

“從采樣到數(shù)據(jù)分析都要做到精準(zhǔn)，投入這么多人力、物力、財(cái)力，每一步都要經(jīng)過(guò)科學(xué)驗(yàn)證?！蓖鯇W(xué)求說(shuō)。

填圖的第一步是在中國(guó)大地上打網(wǎng)格。地球化學(xué)基準(zhǔn)圖中的顏色之所以能呈現(xiàn)均勻過(guò)渡，是12000多件巖石和3800個(gè)水系沉積物樣品數(shù)據(jù)的細(xì)密堆疊。王學(xué)求將中國(guó)廣袤的土地分成數(shù)千個(gè)80公里×80公里的網(wǎng)格，采樣面積較掃面計(jì)劃大大拓展，從此前的600多萬(wàn)平方公里擴(kuò)大至900多萬(wàn)平方公里，從出露區(qū)擴(kuò)展到覆蓋區(qū)。

每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)需有兩個(gè)匯水域（山勢(shì)的低洼處或河流下游）采樣點(diǎn)。之所以選擇匯水域作為采樣點(diǎn)，是因?yàn)檫@里的沉積物最具有代表性，上游巖石所含的化學(xué)元素通過(guò)地表水的搬運(yùn)沉積于此，既能代表整個(gè)流域的元素平均值，又能有效反映整個(gè)流域人為輸入導(dǎo)致的環(huán)境變化。此外，每個(gè)點(diǎn)位都要同時(shí)采集表層樣品（0—25厘米深）和深層樣品（100厘米以下），表層樣品用于反映人類活動(dòng)的影響，深層樣品用于代表自然地質(zhì)背景。此前掃面計(jì)劃多采集表層沉積物，反映三維世界化學(xué)元素的變化。為了解密水系沉積物元素來(lái)源，同時(shí)每個(gè)網(wǎng)格采集了13件巖石樣品，全國(guó)共采集12999件巖石樣品。此次的全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)圖則向更深處挖掘，將時(shí)間維度加入其中，勾勒該點(diǎn)位的地質(zhì)歷史，形成化學(xué)元素的四維宇宙。

檢出樣本中的億萬(wàn)分之一

冰川水流過(guò)的青藏高原、黃河奔騰而過(guò)的幾字彎、長(zhǎng)江泥沙淤積形成的沖積平原……當(dāng)一袋袋水系沉積物從天南海北運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，繪制“尋寶圖”的新一輪接力開始。

實(shí)驗(yàn)室是這場(chǎng)接力賽承上啟下的一棒，他們的數(shù)據(jù)是否精確、穩(wěn)定，關(guān)乎“尋寶圖”的線索是否明晰。76種化學(xué)元素，性質(zhì)不同，分析方法也不同。

“1克土壤中可能只含有百萬(wàn)分之一的某種重稀土元素，甚至?xí)椭潦畠|分之一，分析難度就像讓你在億萬(wàn)人中尋找特定的一個(gè)人?！敝袊?guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心主任白金峰告訴《中國(guó)報(bào)道》記者，繪制地球化學(xué)基準(zhǔn)圖對(duì)化學(xué)分析方法檢出限的要求極其高——要求（分析）方法檢出限全部低于地殼克拉克值。也就是說(shuō)，原本某種元素在地殼的平均含量可能是幾千萬(wàn)分之一，而實(shí)驗(yàn)室需要將檢測(cè)方法的精度提升至幾億分之一。

為此，白金峰和實(shí)驗(yàn)室成員探究出10余種檢測(cè)方法，來(lái)檢驗(yàn)不同種類和性質(zhì)的化學(xué)元素。一袋近2千克的沉積物樣品被送入實(shí)驗(yàn)室后，1千克作為副本保存，另1千克需先打磨至負(fù)200目的（74微末），再縮分為數(shù)份15克—90克不等的樣品，送入不同的檢驗(yàn)方法流水線。

稀土元素的檢測(cè)，需要實(shí)驗(yàn)人員先稱量出0.2500克的樣品，一點(diǎn)兒不能多，一點(diǎn)兒不能少，隨后經(jīng)過(guò)樣品溶解后，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定樣品中16個(gè)稀土元素的含量。對(duì)于稀土含量過(guò)低無(wú)法檢出的樣本，實(shí)驗(yàn)人員還需要將樣本進(jìn)行手動(dòng)分離和富集后重新測(cè)量。這一過(guò)程可能比前線采樣需要更多的耐心和專注力。

“目前，世界上很多國(guó)家都掌握了分析稀土含量的方法，但只有中國(guó)能夠做出這張圖，強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)室及研究人員隊(duì)伍是我們的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一?！蓖鯇W(xué)求告訴記者。

在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，儀器狀態(tài)、人為操作誤差，都有可能影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了盡量減少數(shù)據(jù)誤差，他們?cè)诿?0份樣品中還會(huì)插入6—8份標(biāo)準(zhǔn)樣，這些標(biāo)準(zhǔn)樣就像一桿“秤”，用來(lái)衡量檢測(cè)是否準(zhǔn)確。其中，4份標(biāo)準(zhǔn)樣的標(biāo)準(zhǔn)值公開，用來(lái)內(nèi)部控制。實(shí)驗(yàn)人員拿到的只有標(biāo)著諸如“12342343”一串?dāng)?shù)字的50份樣品，這堆“盲盒”樣本中，哪些是標(biāo)準(zhǔn)樣，只有前端負(fù)責(zé)分發(fā)樣本及后端錄入數(shù)據(jù)的工作人員知曉。如果實(shí)驗(yàn)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣的檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣規(guī)定數(shù)值差距過(guò)大，就說(shuō)明該批樣品的檢測(cè)存在問(wèn)題。

此外，為控制檢測(cè)的合格率，還會(huì)插入2—4份標(biāo)準(zhǔn)值不公開的密碼樣，檢測(cè)結(jié)果送外部專家組解密分析，評(píng)價(jià)檢測(cè)質(zhì)量。與此同時(shí)，還會(huì)抽取5%的樣品進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，以檢驗(yàn)不同人、不同時(shí)間檢測(cè)結(jié)果是否一致。

這些嚴(yán)謹(jǐn)甚至說(shuō)是嚴(yán)苛的控制手段，均服務(wù)于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和靈敏度。王學(xué)求在曾發(fā)表的論文中這樣寫道：這些測(cè)試指標(biāo)體現(xiàn)了目前世界上最先進(jìn)水平和最嚴(yán)格的要求。

最終，海量的數(shù)據(jù)匯入中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所為地球化學(xué)填圖專門研發(fā)的軟件，進(jìn)而生成一張全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)圖。有了這張圖，勘探人員便可以“按圖索驥”，圈定某種元素的異常區(qū)域作為找礦的線索。

鎖定紅河州

2014年，當(dāng)稀土元素的地球化學(xué)基準(zhǔn)圖繪制出來(lái)后，果然有意外之喜，在我國(guó)滇南等地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了此前從未報(bào)告過(guò)的9處稀土超常富集區(qū)。

而王學(xué)求的目標(biāo)，是尋找勘探難度更大、儲(chǔ)量更稀少的中重稀土礦?！澳男┏８患瘏^(qū)是有可能存在中重稀土的？”2016年起，這個(gè)問(wèn)題便始終盤旋在他的腦海中。

“分別驗(yàn)證9處超常富集區(qū)不具備可執(zhí)行性，如果要找，就需要思考好，要有充分的證據(jù)。如果找錯(cuò)了地方，人力和財(cái)力都會(huì)白白浪費(fèi)?！蓖鯇W(xué)求說(shuō)。

那時(shí)，王學(xué)求沒(méi)事兒便盯著《中國(guó)稀土元素地球化學(xué)基準(zhǔn)圖》《中國(guó)輕稀土元素地球化學(xué)基準(zhǔn)圖》《中國(guó)重稀土元素地球化學(xué)基準(zhǔn)圖》琢磨，他相信總有一天會(huì)想明白。終于，在2018年底的一天，他通過(guò)大量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證逐漸確認(rèn)——中重稀土礦的識(shí)別，可以通過(guò)輕、重稀土的比值確定。

根據(jù)王學(xué)求的計(jì)算，輕稀土礦周圍水系沉積物或風(fēng)化物土壤中輕、重稀土地球化學(xué)基線比值大于5， 如內(nèi)蒙古白云鄂博和四川牦牛坪碳酸巖—堿性巖超大型輕稀土礦異常中，輕稀土與重稀土的比值分別為5.8和6.7， 而華南富含重稀土的離子吸附型稀土礦的比值為3.5。新發(fā)現(xiàn)的云南紅河州異常區(qū)域的比值為3.2，與華南異常輕、重稀土比值相近。

這個(gè)想法的出現(xiàn)并非靈光乍現(xiàn)，王學(xué)求此前曾為了研究巖石的地質(zhì)背景，通過(guò)測(cè)定其中鑭和鐿的比值，確定巖石究竟來(lái)自地殼重熔還是地幔。“你做任何事情都有知識(shí)背景在里面。某些理論的突破，可能就是在試驗(yàn)各種方法時(shí)發(fā)生的?！蓖鯇W(xué)求說(shuō)。

篤定這一想法后，2019年，在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃支持下，王學(xué)求及團(tuán)隊(duì)選定了云南紅河州約1萬(wàn)平方千米作為靶區(qū)，展開1∶25萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查，將這片土地劃分為600多個(gè)邊長(zhǎng)4千米的方格進(jìn)行采樣，圈定6處稀土異常中心，隨后對(duì)3處重要異常開展1∶5萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查，將異常核心區(qū)聚焦于100平方千米范圍內(nèi)，按照500米×500米網(wǎng)格布置采樣點(diǎn)位，局部交通困難地區(qū)適當(dāng)放稀。

3年時(shí)間，找礦靶區(qū)的“包圍圈”一步步在縮小。直至2021年6月的一個(gè)下午，王學(xué)求帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員在進(jìn)行風(fēng)化殼剖面查證時(shí)，發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)中重稀土礦床點(diǎn)位。這個(gè)點(diǎn)位是在一條不到3米寬的路邊斜坡，斜坡背后的山形類似饅頭，與江西發(fā)現(xiàn)稀土礦的地貌類似。王學(xué)求直覺(jué)性地認(rèn)為，這個(gè)點(diǎn)位值得一試，于是在該剖面采集了數(shù)件風(fēng)化殼樣品。當(dāng)天晚上，王學(xué)求和團(tuán)隊(duì)成員將樣品進(jìn)行滴定時(shí)，牛奶狀沉淀出現(xiàn)，在場(chǎng)所有人都激動(dòng)不已。

“云南的海拔高，地形切割較深，地表出露的變質(zhì)巖較多，不像江西花崗巖出露較多，地形以低山丘陵為主，有利于稀土礦體的保存。所以一開始，大家都對(duì)在云南找稀土礦半信半疑，這個(gè)點(diǎn)位的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑增加了大家找礦的信心?！敝袊?guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所正高級(jí)工程師、云南紅河稀土礦現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人周建回憶道，幾個(gè)月后，實(shí)驗(yàn)室傳來(lái)捷報(bào)，該點(diǎn)位樣品的中重稀土含量達(dá)到工業(yè)開采品位。

雖然找到了礦，但王學(xué)求決定繼續(xù)扎根在紅河州，探明這里真正的中重稀土礦藏儲(chǔ)量，搞清在云南發(fā)現(xiàn)中重稀土礦的成礦原理，彌補(bǔ)此前找礦的遺憾，將一個(gè)完整、清楚的大礦交給國(guó)家。