论地球化学方法找矿方法及应用

王富

摘 要：矿物质在成岩和成矿过程中会在围岩中留下元素迁移的痕迹，或者会在成矿以后，矿床受风化淋滤的作用，矿物质中的成矿元素、成矿指示元素会在矿体周围的岩石、土壤、水、水系沉积物、植物等有机物中进行再分配，或通过挥发性和放射性气体通过断裂带上升等方式被土壤所吸附，从而在矿床周围形成各种类型的元素或化合物的分散富集模式，矿业勘察者可以根据这些元素或化合物的分散模式，运用化学分析手段，达到追踪和发现新的矿床的目的。

关键词：地球化学；矿体勘察；找矿方法

据可靠数据显示，我国大约每1000个矿产地中都可以通过初步勘查（普查）发现一个具有工业意义的矿化带，但发现的矿化带由于勘查和采矿方法的限制，往往只有1%～2%的机会变为具有经济价值的矿床。因此，一般为了降低矿产勘查风险和追求巨大利润，矿业勘查从业人员一直在持续不断地推进矿产勘查技术方法的改进与更新。目前地球化学勘查已在稀有、有色、特别是贵金属矿产勘查方面的成效、不可替代的作用已被认可和推崇。特别是随着我国从30～50年代找露头矿技术的应用，到70～80 年代时找浅埋矿（埋深小于100m）乃至90年代之后找深埋矿（埋深大于100m）、大型和超大型矿的技术应用，为直接找矿信息的地球化学勘查技术方法获得迅速的改进、发展与更新提供了基础。目前，随着我国的发展，对矿产资源的需求量的增加，面临着地表找矿的难度愈来愈大，这一严峻问题不仅在我国存在。在国外这个问题也特别的突出，亦是如此。从20世纪70年代以来，随着我国新发现的矿床数量明显减少，为了更进一步获得矿产资源，严峻的形势要求要求我们必须要在找矿方法或原理上有所新突破，尤其要加深对隐伏矿产资源勘查方法和找矿方法的研究，探索更为科学、经济、高效的找矿方法，寻找隐伏矿床，这也是全球性地质找矿工作所面临的趋势。

1 地球化学测量勘查法的特点

1.1 地球化学测量勘查主要是研究所探测成矿元素和伴生元素在地壳中的分布、迁移及富集规律。在矿体形成的同时，成矿元素和伴生元素的晕已在围岩中形成，在适当的温度、压力环境下，这些成矿元素及伴生元素的晕以气体或液体形式沿裂隙或构造带向上运移而形成矿体次生晕。成矿元素及伴生元素所形成的无论是原生晕或是次生晕，一般所分布的范围会远大于矿体，所以利用成矿元素及伴生元素形成的晕，可达到寻找矿体的目的。一般由于成矿元素及伴生元素所处的介质条件不同，其成矿元素及伴生元素所形成的晕迁移距离有时很远，有的甚至可达到数千米，利用这种方法可以用来发现寻找埋藏很深的隐伏矿体。

1.2 地球化学测量勘查主要是通过系统的样品采集来捕捉找矿信息，但要注意的是由于采样的矿样介质不同，所形成的元素晕也不同，所以在测量勘查过程中一般以岩石为采样对象，可形成原生晕；而以土壤为采样对象，则可形成次生晕；如果以河流底部沉积物为测量勘查的采样对象，会形成分散流；如果以气体为测量采样对象，一般会形成气晕；以植物为采样对象，会形成生物化学晕等。需要注意的是采样对象的确定，一般取决于矿产勘查的目的任务、工作区的地质条件、工作区的地形地貌气候等自然景观条件。

1.3 地球化学测量勘查所研究的成矿元素及伴生元素，都基本上属微量元素，在矿样中含量一般较低，甚至只达到克拉克值，因此，在测试过程中要求分析测试方法应应具有较高的灵敏度及精确度。在测量过程中为达到地球化学测量的有效性，必须要保证样品的采集及加工，必须严格按着规范进行，确保样品的代表性及可靠性。

1.4 地球化学测量勘查是通过发现成矿元素及伴生元素的分散晕，然后通过元素的异常分布特点进行找矿的。需要注意的是发现地球化学元素异常并不等于找到矿了，也可能引起异常的原因和因素可以是矿体，也可以是某种地质体。因此建立正确合理的找矿异常模式，从而对异常能够进行正确的解释评价，这才是最终达到找矿目的的关键。

2 地球化学找矿方法实施的理论基础

地球化学找矿方法的基本原理，就是通过地壳中地质体元素成分的种类、元素含量变化来进行找矿的。地球的形成至今已有40多亿年的时间，在这漫长的地质演化过程中，地壳中元素的分布极不均匀，每个元素的含量具明显的差异，如何掌握元素含量变化规律，运用地球化学找矿方法，就必须了解地球化学背景。

2.1 地壳中地质体的构造原理

地质体主要指地壳中经地质作用下形成的物质堆体。它包括有岩浆岩、沉积岩、变质岩以及矿体和构造运动下的堆积物等，地质体的物质成分，最基本的单位就是元素，而地质中的元素种类、元素的含量又在成矿过程中起到非常重要的作用。地质体中元素的种类、元素的含量、元素的组合主要取决于两个方面：一是元素自身特性，二是环境条件。地球化学找矿方法就是对照这些参数，发现偏离参数现象，寻找异常现象和异常地段，达到找矿目的。

2.2 地球化学原理

成矿元素及伴生元素在形成构造活动和地球化学作用过程中，都会伴有物质成分重新分配和组合。在变形过程中，控制和影响成矿元素及伴生元素矿物成分变化的机制主要是应力作用下的固溶体分离、应力作用下矿物分解和转化、以及压溶作用等因素。一般应力作用下的固溶体分离，主要是指在成矿过程中在某些外界条件的作用下，使原来呈单一结晶的均匀固溶体分离成两种或两种以上不同成分的结晶相的现象。在成矿过程中在应力作用下矿物晶体发生溶解、剥蚀，并把溶解、剥蚀的元素向应力分布不到的矿物体的侧方挤移，它涉及到物质扩散和流动、矿物反应、溶解与沉淀等一系列作用。所以说地质动力学、化学反应动力学和有序演化是控制地球物质运动的基本因素。

2.3 元素迁移过程的动力学

地球化学找矿方法主要依据元素迁移的动力学，元素的地球化学迁移主要包括元素物理化学状态的转变和空间运动以及元素能量的传递。物质和能量的迁移会造成体系的不平衡状态，从而导致一系列地球化学反应的出现。但研究元素的迁移必须要与地质构造的动力学环境联系起来。在构造应力作用下的热液活动和循环过程中，元素迁移主要通过渗滤作用和扩散作用两种方式进行。渗滤作用主要指溶液沿岩石孔隙均匀流动而发生的物质和能量的传输作用。它的基本特点是溶剂和溶质同时运动，它所具备的流动驱动力是由压力梯度引起的。渗滤作用可以造成元素的空间分带和渗滤交代分带。

2.4 构造控矿的若干规律

不同的结构构造、物理性质和化学组分的岩块和岩石直接接触，可以形成物理化学上的突变界面。构造变形具有分带性，尤其是断裂控矿常具有明显的分带性。一般情况下相应断层中的物质由糜棱岩系列—碎裂岩系列—未胶结的断层泥和角砾组成，通过不同的结构构造形成韧剪切带不同的变形层次、不同阶段的控矿模式。通常情况下水平分带常表现为构造变形强度、动力变质程度、构造岩类型、化学元素组合及含量呈对称分布。矿床（点）在地壳中往往是成区成带相对集中分布的，形成巨大的聚矿构造带和矿集区。多旋回性的构造运动，会产生多期次强烈的构造变形，从而形成高渗透性的贯通性构造，在这一过程中由于驱动深部物质和流体向前不运移，提供了成岩成矿作用能源，从而带来巨量的金属元素堆积，造成构造变形场、能量场和渗流场的多场耦合作用，形成不同成因类型的矿化叠加和多因复成矿床。

3 当前较为常用的主要化探方法

3.1 水系沉积物地球化学测量

目前在日常使用的化探方法中一般常用的都是水系沉积物地球化学测量。这种方法与地表水系的水化学测量并称为水系地球化学测量。当前这一方法除了已经使用的网格化、随机化、组合样、低密度和超低密度等采样方式外，在运用这一方法过程中，为减少采样误差、分析样品数量以及克服水系金测量“金块”效应，有地质从业者曾经试验了一种大样法（Bleg）采样技术，在实验中他将一个水系沉积物或土壤大样（样重2～5kg）全部浸在冷稀氰化钠溶液中，几天后再去送样分析。它所设计的冻结采样器是由一个坚硬的、涂有环氧树脂的铜质直管构成，由软钢内管和细小喷管向铜质直管注入液态CO2后，并使其骤然气化，从而导致柱状样品的快速冻结，得以采集到对整个活动河床沉积层有代表性的样品。

3.2 土壤地球化学测量

这种方法主要是依据系统地测量土壤中的微迹元素含量或其它地球化学特征，通过测量发现与矿化有关的各类次生异常以寻找矿床的方法。这种积层土壤测量方法是化探方法中最成熟、最有效的方法之一。在运用中要注意的是积层土壤测量的有效性要视测区条件而定。特别要注意的是在运用该方法时，要对有关的地貌、景观、气候、土壤成因及元素迁移机理等方面都进行有效的探讨与研究。

3.3 岩石地球化学测量

这种方法是科学、系统地测量岩石中微迹元素含量或其它地球化学特征，从而发现与矿化有关的各类原生异常寻找矿床的方法。该方法已经在几十年的地质找矿实践中被广泛推广与应用。

3.4 地球化学样品分析

80年代初所实施的区域化探全国扫面计划不仅建立了以X 荧光光谱仪为主体的多元素分析系统，而且开启了我国地球化学标准物质的研制工作。目前一般来讲较实用的化探找矿方法的改进和发展都与化探样品测试技术的进步息息相关。近年来在许多技术人员的不懈努力下，许多高灵敏度、高精密度和高准确度的测试技术方法被改进，并进入勘查地球化学分析测试领域。

3.5 地球化学标准物质的研制

关于化学标准物质的研究对测试方法的评定、仪器的校正以及质量的监控具有非常大的帮助，它不仅可以直接地有益于金属矿产与区域地球化学勘查应用，也可以广泛地为地质、环境、医学、农业和林业等部门所使用。为适应化探异常查证的需求，野外快速分析方法在溶矿、富集与显色方面都取得较大进展。

3.6 地球化学数据分析

目前在地球化学异常评价和综合解释方面，找矿方法以概率论和统计学为基础的数学模型，以信息学、数据库、三维模型、数学计算模拟和地理信息系统（GIS）为代表的新兴学科领域或技术已经在多元素异常筛选和评价方面进行着卓有成效的多源信息处理与研究。与地球化学找矿相关的理论研究和地球化学找矿模式研究取得重要进展。

3.7 深穿透法

根据找寻深埋矿的需求，在80年代前苏联就诞生了地电化学方法和有机质结合形式法（MPF），到90 年代又出现了酶提取法（ENZYME LEACH），近代中国的金属活动态测量（MOMEO）也随着而生，再到澳大利亚的活动态金属离子法，这些找矿方法都反映出了中外勘查地球化学家对大深度探测方法的不懈追求。

3.8 气体地球化学法

气体地球化学法产生于30～50年代，该方法主要研究和测定以气体形式存在和迁移的Hg，Rn，CO2，O2，SO2，CH2，H2S，COS和重烃等指标。由于其用的气体具有较强的穿透能力，目前已被人们看成是最有竞争力的方法之一。然而在使用过程中由于气候、景观、土壤特征及微生物等因素的影响，会致使观测结果很难对比，所以说目前气体地球化学方法，至今尚未步入常规化探方法之列，还有许多的问题需要地质专家进行更多的研究或改进工作。

3.9 生物地球化学法

该方法产生于70年代以前，该方法主要具有反映深部矿化信息，可应用于特殊地区的区域战略侦察和局部异常查证等特征，所以虽然该方法还不够成熟，但勘查地球化学家从未放弃对其研究与改进。我国的专业人士唐士荣等人认为，该方法借助于在数量上达到或超过某一临界值的超累积植物，去寻找盲矿体较传统的植物具有更为明显优势。然而在运用中，但由于植物种属器官的采样试验庞杂、指示植物的有效性以及采样、分析和异常解释方面的困难，所以生物地球化学法的应用至今尚未作为常规方法予以应用。当前在森林覆盖区和其它运积物覆盖区等特殊条件下，该方法仍是地质勘查中一种寻找隐伏矿的主要辅助方法。

3.10 地电地球化学方法

该方法是指采取部分提取金属法作为地电地球化学方法。但由于该方法对元素成晕机理性研究还比较薄，而且在分析灵敏度上还存在一些局限性，提取技术仍有待进一步改进。该方法与其它化探方法相比，还有着许多不足之处，例如设备相对笨重，采样费时费力。目前该方法一般用于详查阶段对矿体进行定位。

4 当前勘查地球化学迫切需要解决的问题

4.1 区域化探信息资料的二次开发利用

我国区域采用化探扫面已覆盖全国的600多万平方公里，目前已经取得了数以万计的地球化学数据信息。这些大量的数据中蕴含着丰富的信息，但在实际运用中只有一少部分信息被利用。大部分信息还未被重视和利用，目前如何开发利用这些信息数据，并从中挖掘出有价值的找矿信息和解决地质问题资料，对的找矿工作具有非常重要的意义，而且这将是今后一段时间化探工作的重要任务。

4.2 全国元素地球化学图集的编制问题

科学的编制全国元素地球化学图集，可以为地质矿探工作提供精确的数据信息，为数字化地球、矿产资源评估、新类型资源与材料、环境监控、土地利用及生命演化提供有价值的资料。

4.3 中大比例尺区域化探应用工作

随着找矿方法的进步，经过大量的数据表明在1：20万区域化探基础上，开展1：5万或更大比例尺的化探工作，特别对于1：5万化探工作来讲，将会获得较好的找矿效果。

4.4 关于隐伏区和矿床深部及外围化探找矿方法技术的研究及应用

随着我国矿产资源的紧缺，加强对隐伏区的勘查将是未来找矿方向。要想强化对隐伏区和矿床深部矿产资源的勘查，当前当务之急是要重视方法的基本原理研究，并坚持从取样和分析两个方面，提高方法稳定性和实用性。特别是要加强矿床原生地球化学异常模式及形成机理研究，确保建立典型矿床的地球化学找矿标志，并积极开展岩石地球化学测量试验研究。

4.5 矿产资源快速化探评价方法在本部矿产勘查中的应用

由于我国西部地区环境恶劣，造成地质工作条件困难，所以说地球化学勘查方法的应用，可以在西部勘查中起到决定性的战略作用。目前我们要加大方法的应用研究，促进地球化学勘查方法在西部勘查中起到先导作用，而且在应用中还要改变传统的1：20万和1：50万地球化学填图的做法，科学使用超低密度，甚至极低密度的采样方法，确保该方法的应用快速覆盖整个西部地区。

4.6 科学开展好境外矿产勘查方法的对比

由于我国与周边国家许多矿区的情况基本类似，在找矿方法上也大多数具有相同的化探工作方法，加强与周边国家合作，不仅可以提高我国复杂景观区化探方法技术，也可通过承担周边国外化探项目，可以获得周边国家矿产资源分布的基础信息。

4.7 化探数据处理技术应用的研究

在勘查过程中，化探数据处理是化探异常解释的重要环节和保障，在这一阶段可以利用计算机手段，结合引入非线性的理论，从而达到充分挖掘化探数据信息，这在未来的地质勘查工作将是一个重要的发展方向。

4.8 上地壳岩石化学元素丰度的应用研究

在找矿方法中上地壳的岩石化学元素丰度是开展地球化学研究的基础性数据。科学的利用已有东部地壳化学组成资料和全国花岗岩丰度资料，可以有效的补充西部和东部个别省地球化学工作，科学的完成上地壳和岩石化学元素丰度研究。

5 找矿方法应用中需要注意的关键点

5.1 注意试验测量方法的应用

不同的地球化学测量方法在应用中，由于实验测量的内容也不相同。所以在实验测量时要根据覆盖物的性质、岩石性质、地质构造特点，科学合理的选择取样介质，从而确定取样密度、样品粒级、取样层位。在进行试验测量方法时要确定样品处理方案，正确的选择指示元素，测定未受矿化影响或影响很小的岩层中的金属含量，从而有效的确定地球化学区域背景值、局部背景值和异常值，提出找矿标志。

5.2 熟知化探及应用程序基础

科学研究各种地球化学异常的形成机理和影响因素，是保障化探工作开展的最基本基础工作，它也是制定相应地球化学普查方法的最根本的依据，通过熟知化探应用程度，可以积累和总结实际资料，也可强化成矿、成晕的地质和地球化学模拟实验及数学模拟实验。更为主要的是进行温压用这一找矿方法，必须结合其他学科的内容，尤其是矿床学的理地球化学研究，这些基础工作能为制定地球化学普查方法、正确确定取样介质、选择合理的分析方法提供科学的理论依据。

5.3 熟知地球化学找矿与矿床学之间的关系

地球化学找矿方法是一门新兴学科，但不是一门独立学科，要灵活、有效的运论，才能有效的发挥地球化学方法找矿的作用。在野外地质工作中，采用地球化学找矿方法时，如何运用矿床学理论？才能达到有效的找矿目的，因为矿床学理论和地球化学找矿方法有着本质上的联系。把它们联系在一起就不难看出。不同的矿床类型，成矿物质聚集的程度、聚集的地段是不一样的，采用地球化学找矿时，野外采样地段就需根据这一特点进行采样，在异常圈定和异常解释评价时就应考虑这一因素。矿床学讲究的是成矿物质的来源和成矿物质聚集的部位，而地球化学找矿方法注重的是选择异常地段，寻找隐伏矿体，因此不难看出，矿床学主要表现在理论的研究，而地球化学找矿法是根据这一理论而达到理论上的验证。例如，地球化学找矿法和水系沉积物地球化学找矿法，就是依据地壳表面物质当中元素含量的变化，来寻找原生矿体。当《化探》采样工作中，样品分析数据表明元素含量的变化，就可从矿床学理论中了解元素含量变化的特点，了解成矿物质的来源，成矿物质聚集部位，去寻找原生矿。此外，还可以根据成矿物质来源在《化探》异常解释评价时帮助选择浓度中心和异常中心，更有效的达到找矿目的。

5.4 水文地球化学找矿方法的应用

由于矿体产出条件不同，随季节性变化呈现出不同的特征就会出现水异常，一般情况下水异常只在降雨融雪期、包气带等有下渗水通过时才会形成，并且在降雨后期或降雨后一定时期才会出露，在干旱期和包气带下渗水不存在时，水异常则会较小；一般当矿体露出潜水面时，那么水异常可常年被发现，但强度随季节明显波动；当矿体位于潜水面以下的饱水带中，当矿体接近潜水面见地下水就会发生水异常，水异常的水中元素一年内比较稳定，变化微弱。但当矿体埋藏在很深的饱水带中，水异常则很难以泉水出露。目前水文地球化学找矿方法主要适用于地形切割较强或中等的地区，对于地形平坦、水系不发育或者水系完全由地表水补给的地区则效果不好。

5.5 土壤化学测量法的应用

为了确保应用的准确性，特别要注意取样间距的确定和取样点线的布置，土壤测量取样网间距，应考虑选用的比例尺大小、矿床类型、矿带和矿床规模的大小，以及矿体矿带所产生次生晕规模大小等因素的影响，土壤化学测量法在应用中总的原则是能够圈出次生晕异常，不漏掉有工业意义的最小矿带和矿体。土壤化学测量法应用的一般原则是不论任何比例尺，在图上取样线距控制在1cm左右，点距约等于线距五分之一到二分之一。近年来，随着技术应用的成熟，土壤取样点位的确定不必再用精确地仪器测量进行确认，一般只要用罗盘和地形图目测定位即可。而取样层位一般是要通过试验而确定，即通过在新工作区采集一定数量的分层样品，然后经实验，进一步了解各层土壤中金属元素的含量变化，最后确定取样层位。需要特别注意的是如果不进行试验，那么取样一定要穿过A层（腐殖层），在B层（淋积层）中进行采集，必须确保取样深度在一定历史条件达到20～30米左右。而且每个样品的采集都要用一点多坑法取得，一般要用3～5个坑样品组合，所选样品的坑距要视具体情况和工作比例尺而定，如果选用的比例尺的范围是1∶5000，那么多坑距离就应该为20～50m。样品野外加工的粒度，一般也要采用60目或小于60目的数量，而且要用尼龙筛进行过样。需要注意的是野外加工后的样品重量不得少于30g（野外取样重约50～100g）。取样编录在野外记录木上主要记录样品的编号、取样深度、层位、采集的物质竿。一般次生晕样品采集均有统一的记录格式要求。

5.6 室内资料整理

地球化学找矿方法室内资料整理是一项非常重要的工作，不仅《化探》资料内容繁多，还必须进行数据处理，各种样品分析误差的校正，异常解释评价的依据，地球化学因条件限制的编制等等。但室内整理的最终目的，还是圈定异常，找出异常地段，选择找矿方向达到找矿目地的。因此，在资料整理过程应该做到以《化探》资料为基础，实地地质特征为依据，综合评述，才能有效的达到找矿目的，即不遗漏可靠地段，也不会盲目圈定异常范围。

6 结语

需要注意的是地球化学勘查在今后较长一段时间内，对于寻找金属矿产，特别是寻找金、银、铂等贵金属矿产，仍然是必不可少的工作方法之一；目前虽然以寻找浅埋矿和深埋矿为目标的地球化学勘查技术方法，在应用中取得突破性进展。这类方法的产生和发展，标志着矿产勘查地球化学从应用元素全量向着有效运用元素活动态分量方向上的实现了重大转变，并且在特殊地区有望取得重大的成果，将会促进以低密度、多介质和高效率为特征的地球化学采样、加工、测试以及数据处理、异常解释方法与技术的快速发展。

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