吳能杰

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四一四隊(duì)，湖南 益陽(yáng) 413000）

礦產(chǎn)資源是支撐社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，化探技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用較為普遍，尤其是在隱伏礦床勘查優(yōu)勢(shì)相對(duì)突出。深穿透化探方法，主要是通過(guò)研究成礦或是伴生元素由深部隱伏礦向地表的遷移機(jī)理與分散模式、含礦信息在地表存在形式與富集規(guī)律，通信息提取、分析與成果解釋，獲得準(zhǔn)確的勘查結(jié)果。本文主要圍繞深穿透化探方法及在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用展開(kāi)分析。

1 深穿透化探技術(shù)的提出

礦產(chǎn)地球化學(xué)勘查（化探）是基于系統(tǒng)地測(cè)定天然物質(zhì)的一種或數(shù)種化學(xué)性質(zhì)的礦產(chǎn)勘查方法。以次生介質(zhì)為采樣對(duì)象的常規(guī)化探能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵是識(shí)別這些介質(zhì)并選擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞣椒?，而深穿透地球化學(xué)則是如何準(zhǔn)確提取土壤中來(lái)自深部的弱礦化信息。20世紀(jì)90年代初，隨著澳大利亞MMI測(cè)量技術(shù)和美國(guó)土壤酶提取在產(chǎn)業(yè)界推出并不斷應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查，科學(xué)界才引起重視。1998年，由E.M.Cam-eron 牽頭，聯(lián)合各國(guó)勘查地球化學(xué)界啟動(dòng)了一項(xiàng)“深穿透地球化學(xué)”計(jì)劃（CAMIRO deep-penetrating geochemistry）。該計(jì)劃由加拿大礦業(yè)研究會(huì)（CAMIRO）發(fā)起，26個(gè)礦業(yè)和分析公司聯(lián)合資助，目的是評(píng)價(jià)不同覆蓋物中這種上置后生異?？尚哦群透鞣N方法的可靠性。該計(jì)劃共進(jìn)行了兩個(gè)階段，成果已陸續(xù)發(fā)表。結(jié)論是在各種覆蓋條件下，隱伏礦上方存在上置后生地球化學(xué)異常。

2 深穿透化探技術(shù)原理及在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

2.1 深穿透化探技術(shù)原理

土被覆蓋給礦產(chǎn)勘查帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，但土壤能夠儲(chǔ)存來(lái)自深部的礦化信息，為深穿透技術(shù)開(kāi)發(fā)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，也給運(yùn)積物覆蓋區(qū)隱伏礦勘查帶來(lái)了希望。深穿透化探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，其前提的應(yīng)用條件是待測(cè)元素，目前已遷移至沉積層表面，土層內(nèi)含有這些元素離子。礦產(chǎn)元素遷移過(guò)程中，主要包括元素活化、沉淀、搬運(yùn)三個(gè)過(guò)程。在此過(guò)程中，位于礦脈中的金屬物質(zhì)會(huì)對(duì)外逐漸釋放出金屬離子，并在礦導(dǎo)體作用下向上遷移，此時(shí)土壤中酸堿度逐漸降低，借助儀器對(duì)具體參數(shù)信息展開(kāi)分析，由此獲得可靠的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

2.2 深穿透化探方法在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

目前，深穿透地球化學(xué)技術(shù)分為兩種，即提取“游離態(tài)”金屬組分的氣體測(cè)量（地氣法）和提取被吸土壤礦物顆粒吸持組分的組分的活動(dòng)態(tài)金屬測(cè)量。

2.2.1 地氣法

地氣法是指通過(guò)各種技術(shù)手段捕集、分析測(cè)試覆蓋層中由地氣流帶來(lái)的納米金屬微粒，并用來(lái)尋找隱伏礦的一種化探方法，地氣流遷移模型如下圖1所示。由于土壤中同生“氣態(tài)”金屬含量很少，與其他深穿透技術(shù)相比，地氣法優(yōu)點(diǎn)是本底低，背景干擾少，襯值高。

圖1 地氣流遷移模型

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著液態(tài)捕集介質(zhì)和ICP-MS的使用，我國(guó)主動(dòng)法地氣觀測(cè)技術(shù)獲得真正的突破。液體捕集劑由于空白可控，無(wú)需處理即可直接采用ICP－MS測(cè)定，大大提高了觀測(cè)精度和準(zhǔn)確度，使得壤中地氣現(xiàn)象的存在得到確認(rèn)。通過(guò)在金礦、多金屬礦、鉬礦、鎳礦、鉻鐵礦等隱伏礦床方面的找礦實(shí)踐，地氣方法積累了大量數(shù)據(jù)，取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)多年研究和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)各種運(yùn)積物覆蓋條件下，不同類型礦床地氣異常元素組合基本類似，主要為Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Sb、Bi、Ag、Au等指示元素，其中成礦元素Cu、Pb、Zn、Ni等親銅元素含量最高，其他伴生元素等含量較低。

2.2.2 活動(dòng)態(tài)金屬提取法

（1）活動(dòng)金屬離子提?。∕MI）：土壤活動(dòng)金屬離子（MMI，mobile metal ions） 測(cè)量技術(shù)由A.W.Mann等通過(guò)13個(gè)研究案例提出，并進(jìn)行了理論探索和方法完善。他們對(duì)“活動(dòng)態(tài)金屬離子”定義是指在風(fēng)化帶中向上遷移、剛被土壤顆粒表面吸持的活動(dòng)金屬離子。MMI提取思路明顯不同于通常意義上的偏提取技術(shù)（如離子態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽、有機(jī)質(zhì)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)等地球化學(xué)相態(tài)），它借鑒農(nóng)業(yè)上土壤有效態(tài)分析的思路，采用特殊的混合提取劑配方（商業(yè)秘密），針對(duì)不同元素、礦種、景觀，采用不同配方，主要提取被土壤顆粒表面吸持的來(lái)自深部的微弱礦化信息，而少破壞土壤礦物本身的同生組分。如下圖2所示為MMI 活動(dòng)態(tài)金屬離子測(cè)量與常規(guī)土壤化探樣品襯度對(duì)比平面圖。

圖2 MMI方法與常規(guī)土壤化探樣襯度對(duì)比平面圖

但近年來(lái)，隨著MMI技術(shù)大量應(yīng)用，也發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，特別是澳大利亞MMI初創(chuàng)公司W(wǎng)amtechPty．Ltd．被SGS公司收購(gòu)后，MMI技術(shù)發(fā)明人A．W．Mann不再應(yīng)用MMI技術(shù)找礦，而是用來(lái)解決農(nóng)業(yè)和考古問(wèn)題，C.Reimann，AMann等則應(yīng)用MMI分析結(jié)果研究歐洲土壤和農(nóng)業(yè)問(wèn)題，說(shuō)明MMI提取的不是MMI公司早先聲稱的來(lái)自深部礦化信息，而是多來(lái)源（土壤風(fēng)化和水、大氣等輸入），因此技術(shù)失去特效性，結(jié)果解釋復(fù)雜化，MMI技術(shù)需要重新認(rèn)識(shí)。

（2）酶提?。好柑崛〖夹g(shù)由J．R．Clark稍早于MMI提出，主要采用生物酶提取來(lái)自深部、被錳氧化物結(jié)合的后生金屬元素。目前，酶提取方法由國(guó)際著名商業(yè)實(shí)驗(yàn)室ACTLABS掌控并被應(yīng)用于商業(yè)勘查和科學(xué)研究。該技術(shù)商業(yè)化運(yùn)作也比較成功，他們聲稱該方法不僅成功用于冰磧物覆蓋區(qū)、干旱景觀區(qū)、喀斯特景觀區(qū)、強(qiáng)風(fēng)化紅壤景觀區(qū)勘查金、塊狀硫化物、密西西比鉛鋅等金屬礦床的礦產(chǎn)勘查，而且還用于石油勘查，但由于只提取錳氧化物，限制了其應(yīng)用范圍，因此，其影響遠(yuǎn)不及MMI技術(shù)。

（3）地電化學(xué)提?。旱仉娀瘜W(xué)方法是用電來(lái)提取土壤中活動(dòng)組分。早在20世紀(jì)60年代就由前蘇聯(lián)列寧格勒大學(xué)Ю．雷斯等推出，稱之為“部分提取金屬法”（CHIM），并在勘查找礦中進(jìn)行了應(yīng)用。我國(guó)最早開(kāi)展地電化學(xué)找礦方法是南京地質(zhì)學(xué)校的費(fèi)錫銓。與此同時(shí)，桂林地質(zhì)學(xué)院羅先熔等和地質(zhì)礦產(chǎn)部物探所劉吉敏、劉占元等在全國(guó)各地不同的厚層覆蓋區(qū)，不同類型礦床上開(kāi)展了地電化學(xué)找礦的系列研究，取得了較好找礦效果。近年來(lái)，一些研究者在裝置和方法上進(jìn)行了一些改進(jìn)，將無(wú)窮遠(yuǎn)極供電方式改為作用區(qū)域供電方式，并采用直流低壓（9V干電池）作為提取電場(chǎng)，大大提高了方法的實(shí)用性和效率，觀測(cè)精度也得到極大提高。

（4）其他提取方法：我國(guó)于20世紀(jì)90年代末開(kāi)展土壤活動(dòng)態(tài)提取方法實(shí)驗(yàn)。提取方案一般采用趙俊田20世紀(jì)80年代總結(jié)的方法，即水溶態(tài)（去離子水）、黏土吸附態(tài)或交換態(tài)（弱酸、弱堿鹽，如5%檸檬酸銨溶液）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（酸性條件醋酸鹽）、有機(jī)質(zhì)絡(luò)合態(tài)（0．1molNaOH+0．1molNa4P2O7·H2O溶液，pH=13）、鐵錳氧化物等結(jié)合態(tài)（0．3mol檸檬酸銨+0．1mol鹽酸羥氨，pH=7）。一些學(xué)者對(duì)提取和分析方法進(jìn)行研究，主要是提取及分離條件、試劑本底控制和測(cè)試儀器條件等方面進(jìn)行優(yōu)化。

在應(yīng)用活動(dòng)態(tài)測(cè)量勘查礦產(chǎn)方面，一般根據(jù)礦種和景觀特征選擇提取步驟，開(kāi)展方法有效性試驗(yàn)，目前應(yīng)用主要集中在金礦和鈾礦上。與其他礦種相比，活動(dòng)態(tài)測(cè)量在鈾礦勘查方面應(yīng)用實(shí)例更多，但多集中在盆地砂巖鈾礦上，如下圖3所示為砂巖型鈾礦鈾遷移模型。提取方法主要針對(duì)水溶態(tài)、黏土交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)，分析元素除成礦元素U外，還包括其他伴生元素Mo、V、Se等。近年來(lái)，核工業(yè)系統(tǒng)學(xué)者將活動(dòng)態(tài)測(cè)量稱之為分量化探，提取劑配方申請(qǐng)了專利，初步應(yīng)用效果良好。

圖3 砂巖型鈾礦鈾遷移模型

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在礦產(chǎn)勘查中深穿透化探方法的應(yīng)用較為廣泛，且效果良好。金屬活動(dòng)態(tài)測(cè)量、分量化探法、地氣法、地電法等深穿透化探方法，各有特點(diǎn)，適用于不同環(huán)境，礦產(chǎn)勘查實(shí)際工作較為復(fù)雜，單純采用一種方法可能無(wú)法準(zhǔn)確確定礦體位置，一般需采用多種方法勘測(cè)，合理選擇穿透化探方法，方可有效圈定異常，提高勘查效率與準(zhǔn)確性。