唐金榮, 金 璽, 周 平, 朱麗麗, 楊宗喜, 施俊法*

1)中國地質大學(北京)海洋學院, 北京 100083;

2)中國地質調查局發(fā)展研究中心, 北京 100037

新世紀俄羅斯找礦地球化學

唐金榮1,2), 金 璽2), 周 平2), 朱麗麗2), 楊宗喜2), 施俊法2)*

1)中國地質大學(北京)海洋學院, 北京 100083;

2)中國地質調查局發(fā)展研究中心, 北京 100037

在系統(tǒng)跟蹤研究國內外地質期刊文獻的基礎上, 梳理了新世紀找礦地球化學面臨形勢和存在的重大問題, 全面總結了近十年來, 俄羅斯有關找礦地球化學基礎理論和方法論、區(qū)域地球化學調查方法與應用,以及地質-地球化學找礦模型的研制與應用等眾多方面的思路和做法。研究認為, 俄羅斯首創(chuàng)的多目標地球化學填圖技術可有效地提高國家地質圖的質量, 為礦產資源量的綜合評價和生態(tài)環(huán)境的評估及一系列基礎問題的解決, 提供詳細的信息。同時, 還指出俄羅斯地球化學家為解決新世紀的找礦問題, 加大了技術創(chuàng)新,重點聚焦于提高地球化學找礦信號的襯度和強度, 提高運用地質－地球化學找礦模型的效用, 完善處理地球化學數據的計算技術, 以實現地球化學場與地質、地球物理場的綜合等, 諸創(chuàng)新點和思路值得參考借鑒。

找礦地球化學; 俄羅斯; 新世紀; 礦產勘查

20世紀初由克拉克(美)、戈爾德施密特(挪威) 和維爾納茨基(俄)正式創(chuàng)立的地球化學學科, 已誕生了 100余年。費爾斯曼(俄)從理論地球化學的實際應用出發(fā), 首次在大學設立“應用地球化學”課程, 至今已近 100年。應用地球化學的主要發(fā)展方向“地球化學探礦”(化探), 于20世紀30年代在蘇聯(lián)和北歐產生, 迅速在全世界推廣和應用, 發(fā)展成一門成熟學科, 迄今也近 80年。中國化探走過 60年發(fā)展歷程, 從“學生”變成在許多方面領先的開拓者, 備受世界關注。面對新世紀的找礦任務, 許多國家都在總結經驗, 探索未來, 思考進一步發(fā)展之路。本文重點介紹俄羅斯學者在新世紀頭十年間對找礦地球化學發(fā)展的思考, 以饗讀者。

1 新世紀的找礦形勢與找礦地球化學的地位

費爾斯曼在提出“應用地球化學”時就曾指出:“礦床學是現代地球化學的一個部分, 沒有地球化學和礦物學分析方法, 礦床學就不能發(fā)展……, 找礦問題, 實際上是個純地球化學問題”(Кременецкий, 2006)。到20世紀末, 不同國家通過地球化學找礦都發(fā)現了數以百計的工業(yè)礦床, 可謂成績輝煌。俄羅斯的地球化學家對中國化探的找礦成就尤為羨慕和贊賞(Кременецкий, 2006, 2008; Головин et al., 2004)。

進入21世紀, 地質找礦的形勢如何, 找礦地球化學的地位如何, 是思考找礦地球化學發(fā)展策略的前提。

1.1 找礦難度空前加大, 化探作用尤顯突出

進入新世紀, 找礦難度空前加大。Кременецкий (2006)從理論上作了生動的描述: 若地殼的平均厚度為 25 km, 以體積計, 世界上所有礦產的總儲量加預測資源量, 未必能占地殼最上部幾千米的百萬分之幾, 資源總量是有限的。在世界礦產的總儲量中, 全部金屬礦床儲量的相對份額僅占11.5%。而人類歷史發(fā)展至今, 地殼中 80%的金屬礦和烴類礦產儲量已被發(fā)現并部分開采, 換言之, “干草垛”里的“繡花針”現已幾乎全部被找到。新世紀的找礦必將更加艱難。

另一方面, 科技進步已改變了“礦石”的概念。例如, 20～30年前, 金礦開采對象是金粒粗大、平均品位不到 4～5 g/t的砂礦和原生礦, 現在用生物淋濾和堆浸法, 已可利用平均品位不大于1 g/t的細粒分散狀金礦。因此, 瑙莫夫稱, “礦石就是相對背景而言含有某些組分(單個礦物、礦物結合體和不形成獨立礦物相的微量元素)的異常含量和(或)異常分布量的巖石”(Кременецкий, 2006)。對礦石概念的這種表述方式, 凸顯出了地球化學方法在當代地質找礦中的重要地位。

1.2 化探納入地質調查基本程序, 作為區(qū)域找礦的開路先鋒

進入新世紀, 俄羅斯更加突出了“從區(qū)域到局部, 依次縮小靶區(qū)”的找礦思路, 著力加強化探在區(qū)域找礦中的作用。這突出表現在俄羅斯國家地質圖編圖計劃上。這項計劃要求, 在編制第三代 1: 100萬國家地質圖和第二代 1: 20萬國家地質圖的各幅圖件時, 都要有相應的地球化學底圖, 即把地球化學調查納入地質調查的基本程序, 從而帶動和促進了區(qū)域地球化學調查和研究。該計劃的目的是, 通過編制這兩種基礎地質圖, 落實和推動領土的多功能地質研究, 提高礦產資源增量, 提高陸地和大陸架地質研究程度及災害性地質作用研究水平。尤其在區(qū)域礦產資源量的預測和進一步工作靶區(qū)的選擇上, 要充分發(fā)揮地球化學方法的效用, 作為區(qū)域找礦的開路先鋒。

目前, 編制地球化學底圖的信息主要有三類來源: ①回溯(存檔)地球化學信息和一些區(qū)段的補充地球化學調查信息; ②同步地球化學調查信息;③超前地球化學調查(當前即指多目標地球化學填圖)信息, 需要指出的是這里所指的“同步”和“超前”都相對地質填圖的先后而言。要求所編制的地球化學底圖能解決關系到礦產勘查和生態(tài)調查的14項重要問題(Головин et al., 2010)。據2010年文獻,俄羅斯已編制出119幅第三代1: 100萬國家地質圖的地球化學底圖, 占國土面積的 58%, 其中, 根據多目標地球化學填圖信息編制的31幅(250萬 km2),通過總結、分析和重新解釋原有地球化學資料而編制 的88幅 (990萬km2)(Морозов, 2010);

在2000—2009年間, 編制出第二代1: 20萬國家地質圖約 614幅(編者推算), 基本上均有地球化學底圖。目前, 這項工作還在繼續(xù)推進, 但地球化學底圖的質量尚不盡人意, 正在探討解決辦法。

1.3 找礦地球化學(化探)由輔助手段變成主導的勘查方法

俄羅斯學者認為, 20世紀的地球化學找礦成績突出, 但主要是在遠景明顯的地區(qū)(已知成礦區(qū)或帶)進行的; 就方法論說, 可歸結為在已知礦結和礦田內經驗式地圈定地球化學異常, 與同類已知客體(標準客體)類比, 從而查明新礦床。所以, 過去的地球化學方法, 在很大程度上被當作地質填圖或普查-勘探的輔助手段(Кременецкий, 2008)。

進入新世紀, 露頭礦和易發(fā)現礦床幾乎被發(fā)現殆盡, 需要在半掩蔽區(qū)和掩蔽區(qū)查明金屬礦和油氣田。在這種條件下, 直接的地質路線觀察已力不能及, 地球化學找礦成了查明新區(qū)的主導方法。這就要求: 一方面, 必須加大地球化學探測的深度, 改進和解決地球化學方法本身存在的問題; 另一方面,應該把地球化學工作與地質、地球物理和遙感工作結合起來, 構成改進的地下資源地質調查工作程序。在這些程序中, 地球化學工作被公認為起主導勘查作用(Кременецкий, 2008; Морозов, 2010)。

1.4 大力提倡多學科綜合研究, 揭示地球化學場的地質內涵

在新世紀的找礦形勢下, 地球化學調查要起主導作用, 并不等于化探“唯我獨尊”、“單打獨斗”。俄羅斯地球化學家一貫認為, 地球化學場是成巖作用、構造作用、成礦作用和表生作用的歷史產物, 不同級次和不同介質中的地球化學異常, 具有不同的地質內涵。要提高地球化學找礦效果, 不能就異常論異常, 應該甚至必須把地球化學資料與地質、地球物理和遙感資料結合起來, 進行深入的綜合研究,才能揭示異常的地質意義, 判定地球化學異常的性質。近十年來在俄刊上發(fā)表的化探文獻, 突出地反映著這種指導思想。盡管這種綜合研究思路和方法在俄羅斯的實行尚不盡人意, 但被俄羅斯地球化學家們認定為提高找礦效果的必由之路。

2 多目標地球化學填圖技術被視為俄羅斯的創(chuàng)新工藝

對于提高區(qū)域地球化學填圖的質量, 俄羅斯已形成了明顯的思路: 要提高地球化學工作的效果,不能只著眼于改進具體探測方法, 而要創(chuàng)新整套技術工藝。近20年來, 俄羅斯稀有金屬礦物學、地球化學和結晶化學研究所(ИМГРЭ)創(chuàng)建并改進了一套全新的技術——多目標地球化學填圖技術。通過在不同景觀區(qū)的6個試驗場(46萬km2)和8個地區(qū)開展生產性試驗, 證明了這套工藝的實用性和有效性,被俄羅斯地球化學工作者譽為“一套原理全新、舉世無雙的技術”。

多目標地球化學填圖的創(chuàng)新之處在于: 將按網格的隨機取樣, 改為在依據多因素劃分的準同類地區(qū)內進行確定性取樣, 樣品密度可以放稀, 如, 1∶100萬比例尺填圖1個樣/100 km2, 使采樣點減少到原來的1/10; 在一個取樣點上對3～5種介質采樣, 如, 基巖、A-B-BC諸層土壤、底積物、地表水、苔蘚、針葉等; 用精密分析手段(感應耦合等離子光譜、質譜、X射線熒光、原子吸收等)分析樣品, 元素數可達 50種; 以地理信息系統(tǒng)為基礎整理數據,用“多元場法”、“地質掃描”、“地質場”等方法處理數據和篩選異常(Головин et al., 2004; Морозов et al., 2008)。

圖1 地質-地球化學預測普查組合結構圖(Кременецкий, 2006)Fig.1 Composite structure diagram of geological-geochemical prediction and reconnaissance (Kremenetskiy, 2006)

這套技術與傳統(tǒng)技術相比的優(yōu)越性, 突出表現在以下兩個方面:

(1)有效提高國家地質圖地球化學底圖的質量:目前依三類信息源編制的地球化學底圖, 滿足度不同, 質量參差不齊。例如, 到 2009年底, 就第三代1∶100萬國家地質圖而言, 已編成的 62幅(占國土和大陸架面積的 38.5%)中只有 49幅具地球化學底圖(占 79%), 其中合格和基本合格的 36幅(合格率58.1%); 正編制的 56幅中只有 38幅具地球化學底圖(占67.9%), 其中合格和基本合格的18幅(合格率32.1%)。而就第二代 1∶20萬國家地質圖而言, 情況更差, 經審查合格的地球化學底圖僅有 51幅(占已編地質圖的8.3%)(Головин et al., 2010)。必須說明的是, 凡依據多目標地球化學填圖信息編制的底圖,質量全部合格, 而不合格的底圖主要是依據其他資料信息編制的。

(2)充分保證多方面地質調查對地球化學信息的需要: 多目標地球化學填圖按標準的格局同步采集巖、土、底積物和水等樣品, 獲取的信息量大, 可全面查明和圈定各層級地球化學場的不均一結構,一致性地反映出非均一性的自然分量和人為分量,并在地球化學底圖上對它們進行區(qū)分、解釋和評價。因此, 依靠多目標地球化學填圖信息, 能圈定新的潛在成礦區(qū)和礦結, 對礦產資源量作客觀的綜合評價, 能評價環(huán)境的生態(tài)地球化學狀況, 解決一系列基礎地質問題。

因此, 俄羅斯的許多學者極力主張, 在區(qū)域地球化學調查中增加超前多目標地球化學填圖技術的投資比例, 以提高地球化學底圖的滿足度和質量,為各級次異常地球化學場的解釋和應用提供信息保障。俄羅斯不少文章也反映了多目標地球化學填圖技術對解決不同問題的獨特作用和效果, 包括在俄羅斯國家重大工程中的應用等(如: Головинet al., 2004, 2010; Липилин et al., 2006; Кременецкий, 2008; Морозовet al., 2008)。

需要指出的是, 俄羅斯多目標地球化學填圖工作與我國已開展的多目標地球化學調查在內涵、做法上都不相同, 各有特點和特長。

3 新世紀俄羅斯找礦地球化學面臨的問題和解決途徑

新世紀的找礦需要開辟原先未知的新區(qū), 特別是要在掩伏和半掩伏區(qū)找礦, 地球化學方法必須創(chuàng)新。多目標地球化學填圖技術在很大程度上就是應這種需求產生的, 為獲取優(yōu)質、全面的區(qū)域地球化學資料創(chuàng)造了前提, 而在從區(qū)域到礦床(體)的具體找礦過程中, 找礦地球化學仍面臨著許多問題。俄羅斯地球化學家根據他們國家的具體情況, 提出了下述主要問題和解決途徑(Кременецкий, 2006, 2008)。

3.1 改善取樣方法和分析技術, 提高地球化學找礦信號的襯度和強度

俄羅斯學者常把找礦歸結為查明和判定地質-地球物理-地球化學不均一性問題, 地球化學異常是多種不均一性的集中體現, 因此, 提高地球化學信號(異常)的強度和襯度, 對查明和圈定與成礦有關的不均一性具關鍵意義。在前蘇聯(lián)的化探工作中,一直用近似定量光譜分析作為樣品分析方法的主體。俄羅斯地球化學工作者吸收國外經驗、特別是中國經驗后, 才明確了樣品分析精度的重要性。他們的解決辦法是: 在選擇取樣網時要考慮擬尋客體的擬預測參數; 從地球化學全樣中分離出超細(50～1 μm)輕粒級(富集活動態(tài)礦質)和重粒級(富集寄宿在礦物相中的成礦元素), 用精密的分析方法(電感耦合等離子光譜、原子吸收、X射線熒光等)測定成礦和指示元素(包括Au、Ag、Pt、Pd等), 使測試精度接近或低于其克拉克值的水平。

應該指出的是, 因為資金問題, 俄羅斯目前這種樣品分析方法主要用于多目標地球化學填圖, 效果甚佳, 而在其他類型的區(qū)域和找礦地球化學工作中, 近似定量分析方法仍在廣泛使用。但值得注意的是, 俄羅斯學者在解決提高地球化學信號襯度和強度問題時, 不僅考慮樣品分析方法, 還考慮地質、地球物理信息, 構成綜合性解決方案。

3.2 依據成礦新理念部署超前地球化學工作

到哪兒找礦？一直是部署找礦工作的關鍵問題。過去, 成礦遠景區(qū)(成礦省、成礦帶、成礦區(qū)等)是依據地質-構造成礦區(qū)劃得出的。進入新世紀, 面對遠景不明區(qū), 特別是大片覆蓋區(qū), 要回答這個問題就需要有新的理念。首先, 要更新和擴展諸如“層控型”、“非巖漿成因型”等非傳統(tǒng)成礦理念, 識別和劃分相關成礦單元。其次, 要重視作為成礦基本特征的“不均一性”理念, 這個理念是: 在地殼不同深度于不同時期(成礦前、成礦中、成礦后)發(fā)生的地質過程, 形成了巖石成分與狀態(tài)異常的多層級不均一性體系; 這些不均一性(特征值在空間內的矢向變化)在地球化學場和地球物理場中的反映, 體現為場的結構特征(一套準均一單元在場內的分布狀況);按自然體系的自組織法則, 每個準均一單元又由更小級次的準均一單元構成。第三, 要特別重視這種不均一性的地球化學方面, 即不同級次地球化學分帶性的研究和應用。第四, 要不斷改進不同級次地質-地球化學找礦模型的建立和運用。這些理念凸顯了地球化學方法在新世紀找礦工作中的重要作用,既是部署超前地球化學工作的依據, 也是不同階段地球化學工作的研究方法和研究內容。

3.3 強化地球化學數據處理和解釋

在俄羅斯學者看來, 地球化學數據處理技術與其說是計算機處理問題, 倒不如說是數據處理的地質理念問題。根據上述理念, 處理區(qū)域性調查數據的計算機方法的任務, 便成了查明地球化學場和地球物理場的不均一性及其相互影響, 并將它們分級次歸并成一系列類別的任務。這一任務可借助“地質掃描”、“結構分析”、“地質場”等計算機程序自動實現(圖1)。例如, 用“地質掃描”程序研究地球化學場的空間結構問題, 通過分類函數在坐標空間內劃分出相關元素及其含量分布近似的特征區(qū); 用“結構分析”程序研究地球物理(重、磁)數據和地貌結構數據, 按不同性質的層(自下而上), 即地球物理層(重、磁不均一性)→地質層(地層、巖漿、構造不均一性)→地球化學層(元素組合不均一性)→地貌結構層(地貌形態(tài)不均一性), 以給定概率劃分各自的類別區(qū), 確定其空間分布, 最終建立起多層次的不均一性立體全貌; 用“地質場”程序分析在每個層中查明和圈定的不均一性, 建立地-物-化綜合找礦模型, 預測遠景區(qū)(Кременецкий, 2008)。這套程序已被納入俄羅斯聯(lián)邦地球化學數據庫的應用程序模塊(Головин et al., 2004)。

4 新世紀俄羅斯找礦實踐中的一些做法和經驗

以上所述基本上屬于戰(zhàn)略性的思考和部署, 在俄羅斯的新世紀找礦工作中, 已出現了許多實施這些思考和部署的具體經驗。下面, 對這些做法和經驗作簡要的歸納和介紹。

4.1 完善選擇地球化學預測-普查工作部署區(qū)的方法

以前的工作都部署在傳統(tǒng)的成礦省、成礦帶、成礦區(qū)內, 如今的部署要以“新區(qū)”作為工作對象。這就要涉及研究和建立地殼深部地質-地球化學模型和礦床(包括油氣田)礦上分帶模式的問題, 包括各種類型礦床的成礦作用理論, 成礦溫壓條件與地球化學異常的關聯(lián)對比, 上置暈形成機制及探測方法研究, 地球化學和地球物理不均一性形成機制的模擬, 以及相關信息的分類、評價準則等課題。然而在實際操作中, 目前可行的辦法, 仍以成礦作用理論推定部署找礦的新區(qū)。不過, 與以往不同, 新世紀俄羅斯特別重視綜合成礦分析, 將地幔柱-板塊構造、構造運動和地球動力學環(huán)境、礦床形成和富集模型綜合起來研究新成礦客體, 該方法在俄羅斯被稱為“綜合性成礦區(qū)劃法”(Головин et al., 2004)。

這種方法與根據構造巖漿演化階段和成礦分類單元(主要依據礦床和礦點的發(fā)育面積劃分)進行的成礦區(qū)劃有本質上的區(qū)別。綜合性成礦區(qū)劃法要使用: 直接標志, 即成礦標志和地球化學標志; 直接(和間接)前提, 即地質前提(建造、礦石建造、構造)和地球物理前提(重、磁場); 間接前提, 即普通地質知識和理論模型。地球化學標志是預測不同級次區(qū)域資源量的基本依據, 多目標地球化學填圖為此提供了更好的資料, 利用“地質掃描”、“地質場”程序把地球化學數據與其他學科資料結合起來分析,可得出不同級次地球化學場的綜合評價等級, 為成礦區(qū)劃和相應資源量預測提供依據。據稱, 利用1∶100萬和1∶20萬多目標地球化學填圖資料和這種方法, 查明了一系列遠景成礦區(qū)和潛在礦區(qū)、礦田及其成礦潛力。

4.2 深入研究不同級次地球化學場的地質內涵

在現今找礦形勢下, 俄羅斯強調要采用地質-地球化學-地球物理信息綜合運用的方法, 分階段地組織找礦工作。20世紀80年代就已形成的“預測-普查組合”工作體系, 以逐次查明成礦區(qū)和成礦帶、礦田和礦結、礦床和礦體為目標, 按三個階段確定彼此有別的方法組合、指標體系和判定準則, 較好地體現了這一指導思想(圖1)。其中, 查明和研究地球化學異常及其分帶性, 貫穿著這套工作的全過程,對提高找礦效果有舉足輕重的意義。

4.2.1 地球化學分帶規(guī)律的理論依據充分

地球化學異常是一系列物理-化學作用的產物。它們不僅僅是成礦作用過程的直接結果, 而且還可以直接或間接地反映巖漿作用、沉積作用、變質分異作用、礦液交代-沉淀作用、風化侵蝕作用。這些作用的發(fā)生過程中會經歷一系列的平衡狀態(tài), 每個平衡狀態(tài)均會按通用的物理-化學規(guī)律發(fā)生元素沉淀, 故而產生分帶性。不過, 從區(qū)域范圍內考察, 產生分帶性的地質作用和因素較多, 不一定全與成礦作用相關; 而從近礦的局部范圍內考察, 地球化學異常及其分帶性則主要取決于成礦作用, 且規(guī)律性較強。針對后一種情況, 奧夫欽尼科夫提出了成礦作用標準性規(guī)則: “盡管金屬和熱液的來源五花八門, 聚礦地質條件多種多樣, 作為化學過程的成礦作用, 卻是在標準的物理和化學環(huán)境條件下, 在標準的溫度和壓力變程內, 從標準的成礦溶液中發(fā)育并生成標準的礦物共生組合”(Кременецкий, 2008)。所以, 地球化學異常和分帶性不同程度地反映著成礦作用和成礦客體的空間位置, 是一種普適的找礦標志。

總的看來, 任何一個地球化學場都會出現不同數量的異常, 就大范圍說, 異常的性質取決于巖石產物的形成過程, 就小范圍說, 異常性質取決于成礦過程。國內外的經驗都表明, 礦體和礦區(qū)原生暈規(guī)律最為清楚, 找礦效果最佳。而區(qū)域性地球化學異常反映的找礦信息, 需在綜合考慮成巖作用、變質作用、構造作用和表生作用的情況下, 才能真正辨析出來。用某種或某些方法圈定出了數百甚至上千平方千米的地球化學異常, 只能說劃分出了某種遠景區(qū), 離找到礦床還相距甚遠, 必須結合地質和地球物理資料作綜合研究, 才能辨明異常性質, 逐步接近礦床。進一步研究不同級次地球化學場, 揭示和查明它們與成礦作用和成礦環(huán)境的內在聯(lián)系,總結和完善以分帶性為基礎的找礦準則, 已成為必行之事。

4.2.2 不同級次分帶性有不同的地質－找礦意義

長期以來, 一些化探工作者的觀念中存在著兩種傾向: 其一, 在某種程度上只把異常分帶視為一種地球化學現象或規(guī)律, 且往往孤立地進行研究,忽視它們與地質和地球物理特征的聯(lián)系; 其二, 忽視不同級次地球化學場及其分帶性的地質內涵差異,似乎只要查明了成礦元素的異常, 就一定是成礦客體本身的反映, 甚至用礦床(體)異常的評價準則去評價區(qū)域異常。

然而實踐證明, 不同級次異常地球化學場的形成機理不同, 且每個級次地球化學場的異常結構都對應著特征有異的地球化學分帶。Григоров(2009)明確提出, 地球化學工作效果欠佳的原因, 在于沒有研究清楚不同級次的成礦系統(tǒng)與地球化學場的特征和形成機制間的關系。通過研究, 他提出地球化學場的異常結構(АСГП)應分為兩級: 第一級(АСГП-1)與成礦區(qū)、大型礦田和礦結關聯(lián), 成礦系統(tǒng)是開放式的物理-化學系統(tǒng), 元素主要作徑向遷移,在前緣出現韻律式分帶, 地球化學場的結構表現為二節(jié)(環(huán)節(jié))離心型、離心-向心型和帶狀韻律型。第二級(АСГП-2)主要與礦床和礦體對應, 成礦系統(tǒng)是封閉的成礦熱液系統(tǒng)(成礦室), 成礦物質的搬運和分異與對流循環(huán)機制有關, 地球化學場的異常結構為三節(jié)(環(huán)節(jié))的離心-向心結構, 從成礦作用的本質上闡明了不同級次地球化學場的區(qū)別。

Абисалов(2009)針對含金巖漿系統(tǒng)的“成礦室”提出了一種“層-極模型”, 認為礦致地球化學異常場的形成與地質構造緊密相關, 由構造決定的成礦體系沿上升方向會出現有規(guī)律的間隔性分叉, 分叉數量隨接近地表而增大, 從而構成一個多層級的體系。整體的大范圍分叉體系, 大體相當于礦結和礦田級次, 形成分散礦化帶、重砂暈和較低的金異常;而高層級(①和②)的體系則相當于礦床和礦體范圍,是所謂“成礦室”的發(fā)育部位(圖2)。在“成礦室”內, 下部2/3的礦質向上部1/3聚集, 形成多層級的金屬含量垂直分帶模式, 其內發(fā)生規(guī)律性變化: 金的濃集克拉克值增大, 礦物共生組合減少, 金粒變大, 成色增高, 自下而上主要分布親石元素→親鐵元素→親銅元素(地球化學譜)等(圖3)。這個研究案例也說明了不同級次地球化學異常與成礦系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

圖2 成礦巖漿系統(tǒng)的結構分帶示意圖(圈內的數字為層號; Абисалов, 2009)Fig.2 Structure zoning diagram of metallogenic magma system (figures in the circle are level numbers; Abisalov, 2009)

圖3 N層“成礦室”內成礦物質重新分布示意圖(金的濃度克拉克值KK3〈〈KK2〉/〉〉KK1; Абисалов, 2009)Fig.3 Diagram of metallogenic material re-distribution in the “mineralization chamber” of Level N (Clarke value of gold concentration KK3〈〈KK2〉/〉〉KK1; Abisalov, 2009)

4.3 研究改進區(qū)域和成礦客體預測資源量評價方法

20世紀 70年代索洛沃夫提出的依據分散流測量資料評價預測資源量的方法(Соловов, 1985), 一直被作為資源評價的基本地球化學方法, 并寫入了工作規(guī)范。進入新世紀, 這種方法在不斷改進與完善。首先, 深入研究預測公式中的關鍵系數。例如,分散流與次生暈的對應系數(k′), 次生暈與原生暈的對應系數(k), 因測區(qū)景觀條件的變化會有較大變異, 使預測資源量往往偏高。為解決這一問題, 莫斯科大學就次生暈與分散流的定量關系進行了模型研究, 提出改進方案(Воробьев, 2009)。全俄地質勘探研究所針對出露區(qū)、半覆蓋區(qū)和覆蓋區(qū)的景觀特點,提出要研究不同級次異常中礦石比例(α)與暈面積(S)和元素克拉克值的關系, 關系系數值與景觀條件的關系, 擬預測礦化的延深(H)和侵蝕截面深度(g)的確定等問題, 改進資源量預測公式(Соколов, 2010)。其次, 盡管資源量預測工作已納入了地球化學工作規(guī)范, 但具體規(guī)定比較原則, 執(zhí)行者往往只注意“資源量計算”, 而忽視了異常場的多層級結構、數據不均一性、參數選擇依據等問題, 致使預測值與實際偏差較大。例如, Скрябин等(2009)的文章就涉及到依據中、大比例尺化探資料預測鉻鐵礦資源量時出現的問題。Абисалов(2010)的文章對此問題進行了深入研究, 提出了修改與完善規(guī)范的建議。鑒于索洛沃夫的方法也被我國的地球化學家們廣泛采用,這些文章很值得閱讀和參考。

4.4 大力推進地球化學找礦模型研究與應用

地球化學找礦模型的構建與應用, 是俄羅斯近數十年來地質找礦工作的一大亮點, 其最大的特點是通過找礦模型的建立與應用實現了地質、地球物理與地球化學的綜合。俄羅斯學者認為地球化學資料解釋水平低的原因, 在于現在找礦模型粗淺而墨守成規(guī), 只適合簡單的地質、地球物理和景觀地球化學環(huán)境。皮圖里克 20年前就指出:“要提高地球化學工作的效果, 必須從數字處理和異常解釋轉向概念模型的建造和檢驗, 以保障把地球化學場(而不是單個異常)和成礦系統(tǒng)形成的基本成礦作用問題與地球化學問題統(tǒng)一起來” (Кременецкий, 2009)。

以礦石建造理論為基礎, 以不同級次標準客體為研究對象, 建立了不同級次不同礦床類型的地質-地球化學找礦模型, 一直是俄羅斯地球化學找礦工作的重點(Скрябин et al., 2009; Галюк et al., 2009; Ворошилов et al., 2009)。Кременецкий(2009)對有關地質-地球化學找礦模型的總體性問題和解決辦法作了論述, 指出完善找礦模型需要: 深入研究礦床地球化學場的理論, 查明場區(qū)的層級; 將礦質濃集作用的時-空層級與地球化學場的層級關聯(lián)起來; 評價成礦系統(tǒng)的含礦性與其構造-聚礦因素的依從關系。依此思路, 他探討了不同級次(從成礦區(qū)到礦體)地球化學場的特征, 認為不同規(guī)模的同成因類型礦床之間具有地質、幾何形態(tài)和地球化學相似性(圖4),并指出建模時應做好調查和研究, 明確找礦模型的要素。

總的來看, 進入新世紀, 俄羅斯地球化學找礦模型研究出現了許多新進展, 可歸納為以下兩點:一是研究向精細化方向發(fā)展, 即針對不同地區(qū)、不同景觀條件, 根據已知的標準客體, 建立一整套適合不同級次的找礦模型, 包括成礦帶和成礦區(qū)以及礦田中出現不同類型礦床的地質地球化學找礦模型,所選參數及考慮的因素較多; 二是重視模型參數的定量描述和綜合性定量指標的研究, 這不僅體現在不同級次地球化學場的描述和劃分上, 尤其體現在礦床和客體原生暈異常模型的表述上, 力圖與成礦過程中礦質運移沉淀機制結合起來, 表征綜合指標隨深度的變化, 以提高預測準確性和可靠性。

4.5 開展覆蓋區(qū)找礦的方法組合和新技術研究

圖4 不同級次成礦客體幾何特征及其關系(Кременецкий, 2009)Fig.4 Geometric features and their relationship of metallogenic objects at different levels (Kremenetskiy, 2009)

開展技術組合和新技術方法的研究, 是提高找礦信息的強度和襯度重要方式, 也是解決覆蓋區(qū)找礦問題的關鍵。從文獻分析來看, 俄羅斯當前的覆蓋區(qū)找礦方法研制存在兩種發(fā)展途徑。一種是將地球化學研究與地質構造-景觀地貌研究相結合, 制定大比例尺地球化學找礦技術。Цыганов等(2002)在北烏拉爾某金成礦區(qū)的大比例尺預測普查中, 以航空照片判讀為主確定與成礦有關的地質構造格局,以基元景觀的劃分和研究為基礎搞清控制元素分布的因素, 以累乘暈方法強化與礦有關的地球化學異常, 三者結合起來判讀異常性質和下伏礦化的侵蝕截面水平。其成果表明這種技術方案是可行途徑。另一種技術路徑類似我國及西方國家重點的研發(fā),提取可反映深部礦化信息的物質組成的發(fā)展思路。近十年, 俄羅斯重點發(fā)展的此類方法有: 土壤金屬有機酸鹽法、熱磁地球化學法、土壤吸附元素法和金屬部分提取法等(Алексеев et al., 2008)。雖然這些方法在 20世紀70年代就已成型, 但近年成功應用的案例較多, 特別是地電化學法(部分技術提取法)與重、磁勘探的結合, 頗富新意。此外, 有些文章中也提到, 俄羅斯工作者和中國地球化學工作者合作,在研制“用過濾器抽取和分析土壤氣體”的方法(即地氣法)(Кременецкий, 2006, 2008); 在許多成礦區(qū)進行土壤(風化產物)活動態(tài)離子提取法的試驗研究,認為此類方法有助于查明新礦區(qū)和工業(yè)礦體(Чекваидзе et al., 2009)。

致謝: 國土資源部信息中心吳傳璧研究員為本文的撰寫給予了的悉心指導, 提出了寶貴的修改意見,在此表示衷心感謝！

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Geochemical Mineral Exploration in the New Century: Russian Experience

TANG Jin-rong1,2), JIN Xi2), ZHOU Ping2), ZHU Li-li2), YANG Zong-xi2), SHI Jun-fa2)
1) School of Marine Sciences, China University of Geosciences, Beijing 100083;
2) Development Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037

Based on studies of geological literature both in China and abroad, this paper analyzes the situation and important problems facing the exploration geochemistry in the new century, and summarizes last decade’s basic theories and methodologies related to the exploration geochemistry, regional geochemical survey methods and applications as well as the ideas and practices in the establishment and application of geological-geochemical exploration models and quite a few other aspects developed in Russia.The authors’ researches show that the technology of multi-target geochemical mapping initiated by Russian experts can effectively improve the quality of the geological map of China and provide detailed information for the comprehensive evaluation of the mineral resources, the assessment of the ecological environment, and the solution of a number of basic problems.Meanwhile, this paper also points out that, for solving the mineral prospecting problems in the new century, Russian geochemists have strengthened the technical innovation work with emphasis placed on enhancing the contrast and intensity of the geochemical exploration signal and the effectiveness of the geological-geochemical exploration model and perfecting the calculative techniques for geochemical data processing so as to realize the integration of the geochemical field with the geological and geophysical fields.It is held that Russian geoscientists’ innovative ideas and experience mentioned above are worthy of being used as reference.

geochemical mineral exploration; Russian; new century; mineral exploration

P622.3; P632

A

10.3975/cagsb.2012.02.03

本文由地質礦產調查評價專項“國外地質調查戰(zhàn)略情報編譯與專題研究”項目(編號: 1212011120175)資助。

2012-01-09; 改回日期: 2012-01-11。責任編輯: 魏樂軍。

唐金榮, 男, 1978年生。博士研究生。主要從事地質科技情報與戰(zhàn)略研究。E-mail: jinrongt@163.com。

*通訊作者: 施俊法, 男, 1964年生。博士, 研究員。主要從事地質調查與發(fā)展戰(zhàn)略研究。E-mail: shijunfa@163.com。