趙洪濤,張慶華

(河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質勘查院,河南南陽473056)

深穿透化探方法及在礦產勘查中的應用

趙洪濤,張慶華

(河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質勘查院,河南南陽473056)

文章簡述了深穿透化探方法的基本理論,介紹了地氣測量方法、活動態(tài)金屬離子法、金屬元素活動態(tài)提取法和電地球化學法4種深穿透化探方法,并對深穿透化探方法的應用現(xiàn)狀及其地質效能進行了評析,指出在應用綜合勘查技術和化探異常信息時需要注意與工作區(qū)的成礦地質條件相結合。

礦產勘查;深穿透化探方法;隱伏礦體;深部找礦

0 引言

礦產資源是人類社會經濟發(fā)展的重要物質來源,隨著地質找礦工作的深入,許多露頭礦和近地表礦已基本被查明。尤其是我國東部地區(qū),地質研究程度較高,地表淺部的露頭礦、易識別礦幾乎勘查殆盡,逐漸轉向已知礦區(qū)的周邊及深部進行勘查工作。

生產礦山的深部盲礦(隱伏礦)及外圍找礦預測的工作難度大,必須采用新理論,研究新方法、新技術才會有所突破[1]。目前,一大批傳統(tǒng)的和新型的化探方法被應用于礦產勘查工作中,包括原生暈找礦模型、構造疊加暈法、汞蒸氣測量、地電化學、深穿透-地氣法、包裹體氣暈和離子暈法、熱暈法、鹵素測量等,在礦山深部及周邊找礦工作中取得可喜成效。

1 深穿透勘查地球化學基礎理論

深穿透勘查地球化學(Deep penetration exploration geochemistry)可以定義為能探測深部隱伏礦體發(fā)出的直接信息的勘查地球化學理論與技術方法。這一定義主要有兩層含義:一是探測深度大,至少應在百米以上;二是測量直接找礦信息[2]。按照這樣的定義,①與測量地氣中金屬含量有關的方法——地氣法、地球氣納微金屬測量、氣溶膠測量、納米物質測量等;②有機質結合形式法(MPF)、熱磁地球化學法(TMGM)、酶提取法(Enzyme leach)、金屬活動態(tài)測量法(MOMEO)和活動態(tài)金屬離子法(MMI)等測定與礦體上方土壤中活動態(tài)的金屬有關的方法;③電地球化學方法均可以列入深穿透勘查地球化學的研究領域,甚至植物測量法也可納入深穿透勘查地球化學研究范疇[2]。

深穿透地球化學通過研究成礦元素或伴生元素從隱伏礦向地表的遷移機理和分散模式、含礦信息在地表的存在形式和富集規(guī)律,發(fā)展含礦信息采集、提取與分析、成果解釋技術,以達到尋找隱伏礦的目的。深穿透地球化學的理論基礎由連續(xù)的幾個要素構成[3]:元素向地表的遷移機理→遷移到地表以后的賦存介質和賦存形式→形成異常模式的特征。后兩個要素是第一個要素導致的結果,是可以觀測到的。而元素從深部向地表的遷移機理是無法觀測到的,也一直是勘查地球化學研究的焦點和爭論最大的問題。傳統(tǒng)的元素運移途徑(如風化過程中元素的物理和化學釋放、地下水循環(huán)、離子擴散作用、氧化還原電位、氣體擴散等機制)最多只能遷移幾十米的距離,是不可能將深部幾百米的礦體元素遷移至地表的。深穿透勘查地球化學中元素的遷移模型主要有離子擴散遷移模型、地下水溶解遷移模型、電化學遷移模型、地氣流遷移模型[3]和多營力遷移模型[4]等5種。

2 深穿透化探方法

目前比較常見的深穿透勘查地球化學方法包括地氣測量方法、活動態(tài)金屬離子法、金屬元素活動態(tài)測量法、電地球化學法等。

2.1 地氣測量方法

這里的地氣測量方法不同于傳統(tǒng)的Rn,CO2, Ar及Hg的氣體地球化學方法,而是Malmqvist和Kristiansson[5-7]提出的以Geogas著稱的地氣法。在尋找鈾礦的過程中,通過對地表氡(222Rn)的測量,認為地下深部的氣體呈微氣泡形式上升,通過礦體時將成礦元素附著于氣泡表面帶到地表。研究者成功地在瑞典和新西蘭進行了地氣采集試驗[8,9]。隨后,俄羅斯戈里格良于80年代發(fā)現(xiàn)了元素自深部向地表的發(fā)射遷移現(xiàn)象,發(fā)展了離子測量找礦法,并研制了射氣捕集裝置。德國和捷克聯(lián)合研制出與瑞典地氣法相似的“元素分子形式法”MFE(Molecular Forms of Elements)。20世紀90年代初地氣法引入我國后,王學求等[10]在山東大尹格莊金礦進行了首次氣體動態(tài)采樣試驗,發(fā)現(xiàn)礦體上方氣體中異常金的存在,其后將該技術命名為地球氣中納微金屬測量NAMEG(Nanoscale Metals in Earth-Gas),簡稱地球氣測量,伍宗華等[11]稱之為氣溶膠體測量。

雖然隱伏礦產向上遷移并攜帶納微金屬溶膠等微粒的原理尚不清楚,但這并不妨礙人們捕集這些元素微粒并進行檢測而應用于地質找礦。地氣異常檢測是揭示深部隱伏斷裂的有效手段之一,常出現(xiàn)在隱伏斷裂的正上方,異常的寬度基本反映隱伏斷裂破碎帶的寬度。地氣土壤測量取樣時,其異常所反映的往往是深部礦化,另外,由于地氣的客觀存在,其異常具有很好的再現(xiàn)性,地氣測量法已經成為隱伏金屬礦勘查的一種重要手段。

2.2 活動金屬離子法

活動金屬離子法(Mobile Metal Ions,簡稱MMI)是澳大利亞的Mann等[12]發(fā)展起來的。經過長時間的野外和實驗室研究、試驗和開發(fā)、勘查實踐,MMI法已經成為一種尋找隱伏礦的實用方法。MMI法的依據(jù)是深部礦體的金屬活動離子可以穿過上覆的沉積巖石及外來的運積物到達地表,使用某種特殊試劑可以把這種金屬活動離子提取出來,這種金屬活動態(tài)離子異常經常較準確地位于礦體垂直上方,偶爾也在傾斜上方。MMI法能夠準確地圈定金的盲礦體以及隱伏的鎳和賤金屬礦化,并已在澳大利亞、非洲、智利和美國等許多覆蓋厚度幾米至700 m的礦床上圈定出多個含金、賤金屬和鎳礦化的礦體。但關于活動態(tài)金屬離子如何從深部達于地表,至今也沒有明確說明。這說明,迄今為止人們對于深部礦體的元素向上遷移的機理還不能完全了解[13-15]。

2.3 金屬活動態(tài)提取法

金屬活動態(tài)提取法(Leaching of Mobile Forms of Metals in Overburden,簡稱MOMEO)的思想是:金屬礦床本身及其圍巖中與礦有關的超微細金屬、金屬離子或化合物會在某種營力的作用下向地表遷移,到達地表后被上覆土壤或其他疏松物的地球化學障所捕獲,并在原介質元素含量的基礎上形成活動態(tài)疊加含量,使用適當?shù)奶崛⑦@些元素疊加含量提取出來,從而達到尋找和評價隱伏礦的目的。金屬活動態(tài)提取法與傳統(tǒng)的偏提取在理論與方法上存在諸多差異,如偏提取技術提取的是地化樣品中離子態(tài)性狀的金屬元素,故對那些易呈離子形式的金屬元素(賤金屬和多金屬)的勘查工作較有效;而金屬活動態(tài)測量提取的是地化樣品中呈離子態(tài)形式的金屬,也包括超微細金屬,它是針對金屬活動態(tài)本身的提取。由此可見,MOMEO對不易形成離子而多以超微細活動態(tài)形式存在的金找礦效果較突出。這與中國學者最初提出金屬活動態(tài)提取法MOMEO[16]主要用來尋找貴金屬中的金不謀而合。

2.4 電地球化學法

電地球化學方法是前蘇聯(lián)Ryss和Goldberg[17]等提出的。該方法用于尋找隱伏礦體的基本原理是深部盲礦或隱伏礦經過電化學溶解,在礦體周圍形成離子暈,與成礦有關的成礦元素及伴生元素在電化學電場、地氣、地下水運動等各種自然營力作用下遷移到近地表,并以多種形式賦存下來。在人工電場作用下,礦化相關的金屬離子平衡發(fā)生改變,金屬陽離子在電場作用下向陰極移動,并形成電解物,收集并分析電極上吸附的電解物,即可發(fā)現(xiàn)相關的金屬離子異常,從而達到找礦和評價的目的[18-20]。

該方法的離子來源問題一直存在著不同的觀點,前蘇聯(lián)學者認為金屬離子是由于人工電場的驅使直接來源于深部礦體;而中國和美國學者則認為人工電場的作用只不過是驅使早已被其他營力遷移至地表土壤中的金屬離子沉積在電極上而已,不可能直接作用到幾百米深的隱伏礦體[13]?？得鞯萚19]通過一系列的實驗研究,提出了“外電場作用下,提取電極周圍的離子運移牽動著遠處及深部離子遷移的遞推理論”,認為地電提取的離子并非直接來自深部礦體,也不完全只是來源于電極周圍的土壤中,而是存在著一種動態(tài)的離子平衡狀態(tài),當?shù)叵律畈坑须[伏礦體存在時,隨著淺部離子被提取,礦體電化學溶解產生的金屬離子就會源源不斷地從深部向上遷移,從而形成了動態(tài)平衡的離子暈。

電地球化學法是將地球物理、地球化學和電化學綜合交叉為一體組成的一種找礦方法,主要應用于礦產勘查的詳查及異常查證階段。據(jù)國內外的研究表明,該方法可用于尋找埋藏厚度超過150 m的未固結覆蓋層下和厚度超過500 m基巖下的深部礦體[13],在尋找隱伏礦床方面具有廣闊的應用前景。

3 應用實例

自“深穿透勘查地球化學”這一概念[21]被提出至今,越來越多的地質研究者逐漸對該方法重視,并從事于該方法的野外和實驗室研究、試驗和開發(fā)、勘查實踐。經過20多年的試驗與實踐,深穿透化探方法在國內外被較廣泛地應用于隱伏礦體的勘查工作中,并取得了較好的效果[22]。王學求[23]應用活動態(tài)的鐵錳氧化物膜提取法和電地球化學提取法對新疆干旱荒漠區(qū)的金窩子金礦區(qū)進行了試驗,于210金礦和金窩子金礦上方都發(fā)現(xiàn)了非常好的異常;聶蘭仕等[24]對大尹格莊金礦開展金屬活動態(tài)測量、地球氣測量、地電化學測量、土壤全量測量的方法,試驗結果顯示在埋深達300 m的隱伏金礦體上方發(fā)現(xiàn)了較明顯的地球氣、水提取與地電化學Au異常,異常與已知金礦體位置吻合程度較高,而土壤全量測量只在蝕變帶頭部有所反映,顯示了深穿透地球化學方法在隱伏礦勘查中的良好應用前景;此外,在烏茲別克斯坦的穆龍?zhí)捉鸬V和澳大利亞的奧林匹克壩礦區(qū)等進行的一系列試驗中均取得了較好的成果[22]。

聶蘭仕等[25]采用深穿透化探方法對內蒙古花敖包特鉛鋅礦床進行找礦方法對比研究。

花敖包特鉛鋅礦位于大興安嶺中南段的錫林浩特—霍林郭勒成礦亞帶上。區(qū)內出露的地層主要為中新生界和零星分布的古生界,侵入巖主要為華力西晚期的超基性巖和燕山期的脈巖。構造主要以華力西期形成的NE向壓性斷裂為主。礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、輝銻礦、輝鐵銻礦、硫銅銻礦等,脈石礦物組合主要為石英、長石、綠泥石、方解石、角閃石、螢石等?；ò桨貫橐粋€大型銀鉛鋅多金屬礦,礦體埋深70的m,地表有3～15 m的風成沙覆蓋,由3個礦體組成,分別為1號、2號、3號礦體。其中1號礦體埋藏較淺,為30 m左右;2號礦體和3號礦體埋深較大,3號礦體埋深有70 m,2號礦體在1號與3號礦體之間,埋深達250 m。

聶蘭仕等[25]在礦區(qū)內布置了5條剖面,其中1線—3線通過1號礦體,4線通過2號礦體,5線位于3號礦體的上方。線距100 m,線長600～800 m,點距40 m,在已知礦體上方加密至20 m,每個點上采集地球氣樣品、土壤樣品和地電化學樣品,土壤樣品過100目篩,篩下細粒級樣品分析全量中Ag,Pb,Zn等元素的含量,細粒級樣品還用于金屬活動態(tài)的提取。試驗結果表明,4種方法均在礦體上方發(fā)現(xiàn)了很好的Pb,Zn,Ag,Cd異常,異常與礦體的位置吻合程度很好(圖1),顯示了深穿透化探方法在隱伏礦勘查中的良好應用前景。

4 存在的問題及建議

隨著高精度、高靈敏度分析儀器的使用以及與基礎理論學科的廣泛融合,深穿透化探方法在礦產勘查的應用中取得了較好的找礦效果。但是這些方法還存在著許多明顯的問題,其中急需重視的問題主要有以下幾個方面:

(1)方法本身的理論問題的研究。由于元素從深部向地表遷移的機理難以直接觀測,而且可能還有其他一些新的地質現(xiàn)象或作用營力未被發(fā)現(xiàn)和注意,一些基本理論問題,如活動性元素的存在形式、遷移機制等一直備受爭議,這些問題的解決不僅對金屬礦產的勘查,而且對于方法自身的發(fā)展以及對礦床成因等問題的研究都具有十分重要的意義。

(2)多種方法的優(yōu)化選擇。各種方法都存在自身的局限性,隨著找礦難度的增加和眾多復雜因素的干擾,不同方法的找礦效果可能不盡相同。在經費最小化程度下,如何從上述深穿透化探方法中選擇合理的方法,從化探異常中快速篩選出最有找礦前景的靶區(qū),并對礦體進行定位預測,成為目前化探勘查中的關鍵技術難題之一。

圖1 西烏旗花敖包特鉛鋅礦1線Ag,Pb,Cd,Zn異常剖面Fig.1 Section of Ag,Pb,Cd and Zn anomalies along line 1 of the Hua’bote lead-zinc deposit,Xi Ujimqin banner

(3)適用于難識別類型或難識別礦種的方法研究與開發(fā)。過去一段時間,深穿透化探方法借助于高精度、高靈敏度的分析技術,在發(fā)現(xiàn)難識別礦種或難識別類型礦床上取得了一定的成功,尤其是貴金屬礦。但目前依然存在一些新的難識別礦種或難識別礦床類型,如砂巖型鈾礦、黑色巖系中鉑族元素礦床等還有待于深入研究和找礦技術的突破。

通過對上述各種深穿透化探方法應用現(xiàn)狀及其地質效能的評析,可以發(fā)現(xiàn)深穿透化探方法對尋找深部盲礦或隱伏礦具有其獨特的優(yōu)勢,而且與物探方法相比更具有直接性,已成為深部找礦最為有效的手段之一。但也應注意到,任何一種化探方法都有其自身的適用性,對于不同的礦種、不同的景觀條件、不同的勘查階段都有其一定的適用范圍,如MMI提取的是離子態(tài)的形式,故對于那些易呈離子形式的金屬元素(賤金屬和多金屬礦)比較有效; MOMEO提取的不僅是離子態(tài)的形式,還包括超微細的金屬,故對于不宜形成離子形式的金礦效果突出[2]。因此在實際應用這些方法時,還應注意應用綜合勘查技術進行找礦預測,采用單一化探手段去進行隱伏礦的找礦預測是不現(xiàn)實的;同時,化探方法的運用必須以具體的成礦地質背景為基礎,化探信息必須結合實際成礦地質條件來解釋,堅持地質-化探-地質的思路,這樣才能解決地質與找礦的實際問題。

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THE PRESENT APPLICATION STATUS OF DEEP GEOCHEMICAL PENETRATION METHOD FOR MINERAL PROSPECTING

ZHAO Hong-tao,ZHANG Qing-hua
(No.1Institute of Geological Ex ploration,Henan Provincial B ureau of Geo-Ex ploration and Mineral Development,N anyang473056,Henan,China)

As one of the most efficient methods for deep blind ores or concealed ores,the deep penetration geochemical method has made significant progresses in mineral prospecting.This paper outlines the basic theories of deep penetration geochemistry,and emphasizes the four deep penetration geochemical methods,i.e.nanoscale metals measurement of earth-Gas,mobile metal Ions measurement,leaching of mobile forms of metals in overburden and electrferous geochemistry.We also review the application status and efficiency of deep penetration geochemistry and point out that application of the integrated geochemical prospecting methods and geochemical anomaly information to mineral prospecting must be combined with the geological and metallogenical conditions of the working area.

mineral prospecting;deep penetration prospecting geochemistry;concealed ore;deep ore prospecting

P632

: A

: 1001-1412(2010)03-0196-05

2009-06-09

2009-07-06

趙洪濤(1972-),男,河南唐河人,工程師,從事地質礦產勘查工作。通信地址:河南省南陽市文化路218號,河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一勘查院;郵政編碼:473056;E-mail:zht720606@126.com