論地球化學方法找礦方法及應用

王富

摘 要：礦物質在成巖和成礦過程中會在圍巖中留下元素遷移的痕跡，或者會在成礦以后，礦床受風化淋濾的作用，礦物質中的成礦元素、成礦指示元素會在礦體周圍的巖石、土壤、水、水系沉積物、植物等有機物中進行再分配，或通過揮發性和放射性氣體通過斷裂帶上升等方式被土壤所吸附，從而在礦床周圍形成各種類型的元素或化合物的分散富集模式，礦業勘察者可以根據這些元素或化合物的分散模式，運用化學分析手段，達到追蹤和發現新的礦床的目的。

關鍵詞：地球化學；礦體勘察；找礦方法

據可靠數據顯示，我國大約每1000個礦產地中都可以通過初步勘查（普查）發現一個具有工業意義的礦化帶，但發現的礦化帶由于勘查和采礦方法的限制，往往只有1%～2%的機會變為具有經濟價值的礦床。因此，一般為了降低礦產勘查風險和追求巨大利潤，礦業勘查從業人員一直在持續不斷地推進礦產勘查技術方法的改進與更新。目前地球化學勘查已在稀有、有色、特別是貴金屬礦產勘查方面的成效、不可替代的作用已被認可和推崇。特別是隨著我國從30～50年代找露頭礦技術的應用，到70～80 年代時找淺埋礦（埋深小于100m）乃至90年代之后找深埋礦（埋深大于100m）、大型和超大型礦的技術應用，為直接找礦信息的地球化學勘查技術方法獲得迅速的改進、發展與更新提供了基礎。目前，隨著我國的發展，對礦產資源的需求量的增加，面臨著地表找礦的難度愈來愈大，這一嚴峻問題不僅在我國存在。在國外這個問題也特別的突出，亦是如此。從20世紀70年代以來，隨著我國新發現的礦床數量明顯減少，為了更進一步獲得礦產資源，嚴峻的形勢要求要求我們必須要在找礦方法或原理上有所新突破，尤其要加深對隱伏礦產資源勘查方法和找礦方法的研究，探索更為科學、經濟、高效的找礦方法，尋找隱伏礦床，這也是全球性地質找礦工作所面臨的趨勢。

1 地球化學測量勘查法的特點

1.1 地球化學測量勘查主要是研究所探測成礦元素和伴生元素在地殼中的分布、遷移及富集規律。在礦體形成的同時，成礦元素和伴生元素的暈已在圍巖中形成，在適當的溫度、壓力環境下，這些成礦元素及伴生元素的暈以氣體或液體形式沿裂隙或構造帶向上運移而形成礦體次生暈。成礦元素及伴生元素所形成的無論是原生暈或是次生暈，一般所分布的范圍會遠大于礦體，所以利用成礦元素及伴生元素形成的暈，可達到尋找礦體的目的。一般由于成礦元素及伴生元素所處的介質條件不同，其成礦元素及伴生元素所形成的暈遷移距離有時很遠，有的甚至可達到數千米，利用這種方法可以用來發現尋找埋藏很深的隱伏礦體。

1.2 地球化學測量勘查主要是通過系統的樣品采集來捕捉找礦信息，但要注意的是由于采樣的礦樣介質不同，所形成的元素暈也不同，所以在測量勘查過程中一般以巖石為采樣對象，可形成原生暈；而以土壤為采樣對象，則可形成次生暈；如果以河流底部沉積物為測量勘查的采樣對象，會形成分散流；如果以氣體為測量采樣對象，一般會形成氣暈；以植物為采樣對象，會形成生物化學暈等。需要注意的是采樣對象的確定，一般取決于礦產勘查的目的任務、工作區的地質條件、工作區的地形地貌氣候等自然景觀條件。

1.3 地球化學測量勘查所研究的成礦元素及伴生元素，都基本上屬微量元素，在礦樣中含量一般較低，甚至只達到克拉克值，因此，在測試過程中要求分析測試方法應應具有較高的靈敏度及精確度。在測量過程中為達到地球化學測量的有效性，必須要保證樣品的采集及加工，必須嚴格按著規范進行，確保樣品的代表性及可靠性。

1.4 地球化學測量勘查是通過發現成礦元素及伴生元素的分散暈，然后通過元素的異常分布特點進行找礦的。需要注意的是發現地球化學元素異常并不等于找到礦了，也可能引起異常的原因和因素可以是礦體，也可以是某種地質體。因此建立正確合理的找礦異常模式，從而對異常能夠進行正確的解釋評價，這才是最終達到找礦目的的關鍵。

2 地球化學找礦方法實施的理論基礎

地球化學找礦方法的基本原理，就是通過地殼中地質體元素成分的種類、元素含量變化來進行找礦的。地球的形成至今已有40多億年的時間，在這漫長的地質演化過程中，地殼中元素的分布極不均勻，每個元素的含量具明顯的差異，如何掌握元素含量變化規律，運用地球化學找礦方法，就必須了解地球化學背景。

2.1 地殼中地質體的構造原理

地質體主要指地殼中經地質作用下形成的物質堆體。它包括有巖漿巖、沉積巖、變質巖以及礦體和構造運動下的堆積物等，地質體的物質成分，最基本的單位就是元素，而地質中的元素種類、元素的含量又在成礦過程中起到非常重要的作用。地質體中元素的種類、元素的含量、元素的組合主要取決于兩個方面：一是元素自身特性，二是環境條件。地球化學找礦方法就是對照這些參數，發現偏離參數現象，尋找異常現象和異常地段，達到找礦目的。

2.2 地球化學原理

成礦元素及伴生元素在形成構造活動和地球化學作用過程中，都會伴有物質成分重新分配和組合。在變形過程中，控制和影響成礦元素及伴生元素礦物成分變化的機制主要是應力作用下的固溶體分離、應力作用下礦物分解和轉化、以及壓溶作用等因素。一般應力作用下的固溶體分離，主要是指在成礦過程中在某些外界條件的作用下，使原來呈單一結晶的均勻固溶體分離成兩種或兩種以上不同成分的結晶相的現象。在成礦過程中在應力作用下礦物晶體發生溶解、剝蝕，并把溶解、剝蝕的元素向應力分布不到的礦物體的側方擠移，它涉及到物質擴散和流動、礦物反應、溶解與沉淀等一系列作用。所以說地質動力學、化學反應動力學和有序演化是控制地球物質運動的基本因素。

2.3 元素遷移過程的動力學

地球化學找礦方法主要依據元素遷移的動力學，元素的地球化學遷移主要包括元素物理化學狀態的轉變和空間運動以及元素能量的傳遞。物質和能量的遷移會造成體系的不平衡狀態，從而導致一系列地球化學反應的出現。但研究元素的遷移必須要與地質構造的動力學環境聯系起來。在構造應力作用下的熱液活動和循環過程中，元素遷移主要通過滲濾作用和擴散作用兩種方式進行。滲濾作用主要指溶液沿巖石孔隙均勻流動而發生的物質和能量的傳輸作用。它的基本特點是溶劑和溶質同時運動，它所具備的流動驅動力是由壓力梯度引起的。滲濾作用可以造成元素的空間分帶和滲濾交代分帶。

2.4 構造控礦的若干規律

不同的結構構造、物理性質和化學組分的巖塊和巖石直接接觸，可以形成物理化學上的突變界面。構造變形具有分帶性，尤其是斷裂控礦常具有明顯的分帶性。一般情況下相應斷層中的物質由糜棱巖系列—碎裂巖系列—未膠結的斷層泥和角礫組成，通過不同的結構構造形成韌剪切帶不同的變形層次、不同階段的控礦模式。通常情況下水平分帶常表現為構造變形強度、動力變質程度、構造巖類型、化學元素組合及含量呈對稱分布。礦床（點）在地殼中往往是成區成帶相對集中分布的，形成巨大的聚礦構造帶和礦集區。多旋回性的構造運動，會產生多期次強烈的構造變形，從而形成高滲透性的貫通性構造，在這一過程中由于驅動深部物質和流體向前不運移，提供了成巖成礦作用能源，從而帶來巨量的金屬元素堆積，造成構造變形場、能量場和滲流場的多場耦合作用，形成不同成因類型的礦化疊加和多因復成礦床。

3 當前較為常用的主要化探方法

3.1 水系沉積物地球化學測量

目前在日常使用的化探方法中一般常用的都是水系沉積物地球化學測量。這種方法與地表水系的水化學測量并稱為水系地球化學測量。當前這一方法除了已經使用的網格化、隨機化、組合樣、低密度和超低密度等采樣方式外，在運用這一方法過程中，為減少采樣誤差、分析樣品數量以及克服水系金測量“金塊”效應，有地質從業者曾經試驗了一種大樣法（Bleg）采樣技術，在實驗中他將一個水系沉積物或土壤大樣（樣重2～5kg）全部浸在冷稀氰化鈉溶液中，幾天后再去送樣分析。它所設計的凍結采樣器是由一個堅硬的、涂有環氧樹脂的銅質直管構成，由軟鋼內管和細小噴管向銅質直管注入液態CO2后，并使其驟然氣化，從而導致柱狀樣品的快速凍結，得以采集到對整個活動河床沉積層有代表性的樣品。

3.2 土壤地球化學測量

這種方法主要是依據系統地測量土壤中的微跡元素含量或其它地球化學特征，通過測量發現與礦化有關的各類次生異常以尋找礦床的方法。這種積層土壤測量方法是化探方法中最成熟、最有效的方法之一。在運用中要注意的是積層土壤測量的有效性要視測區條件而定。特別要注意的是在運用該方法時，要對有關的地貌、景觀、氣候、土壤成因及元素遷移機理等方面都進行有效的探討與研究。

3.3 巖石地球化學測量

這種方法是科學、系統地測量巖石中微跡元素含量或其它地球化學特征，從而發現與礦化有關的各類原生異常尋找礦床的方法。該方法已經在幾十年的地質找礦實踐中被廣泛推廣與應用。

3.4 地球化學樣品分析

80年代初所實施的區域化探全國掃面計劃不僅建立了以X 熒光光譜儀為主體的多元素分析系統，而且開啟了我國地球化學標準物質的研制工作。目前一般來講較實用的化探找礦方法的改進和發展都與化探樣品測試技術的進步息息相關。近年來在許多技術人員的不懈努力下，許多高靈敏度、高精密度和高準確度的測試技術方法被改進，并進入勘查地球化學分析測試領域。

3.5 地球化學標準物質的研制

關于化學標準物質的研究對測試方法的評定、儀器的校正以及質量的監控具有非常大的幫助，它不僅可以直接地有益于金屬礦產與區域地球化學勘查應用，也可以廣泛地為地質、環境、醫學、農業和林業等部門所使用。為適應化探異常查證的需求，野外快速分析方法在溶礦、富集與顯色方面都取得較大進展。

3.6 地球化學數據分析

目前在地球化學異常評價和綜合解釋方面，找礦方法以概率論和統計學為基礎的數學模型，以信息學、數據庫、三維模型、數學計算模擬和地理信息系統（GIS）為代表的新興學科領域或技術已經在多元素異常篩選和評價方面進行著卓有成效的多源信息處理與研究。與地球化學找礦相關的理論研究和地球化學找礦模式研究取得重要進展。

3.7 深穿透法

根據找尋深埋礦的需求，在80年代前蘇聯就誕生了地電化學方法和有機質結合形式法（MPF），到90 年代又出現了酶提取法（ENZYME LEACH），近代中國的金屬活動態測量（MOMEO）也隨著而生，再到澳大利亞的活動態金屬離子法，這些找礦方法都反映出了中外勘查地球化學家對大深度探測方法的不懈追求。

3.8 氣體地球化學法

氣體地球化學法產生于30～50年代，該方法主要研究和測定以氣體形式存在和遷移的Hg，Rn，CO2，O2，SO2，CH2，H2S，COS和重烴等指標。由于其用的氣體具有較強的穿透能力，目前已被人們看成是最有競爭力的方法之一。然而在使用過程中由于氣候、景觀、土壤特征及微生物等因素的影響，會致使觀測結果很難對比，所以說目前氣體地球化學方法，至今尚未步入常規化探方法之列，還有許多的問題需要地質專家進行更多的研究或改進工作。

3.9 生物地球化學法

該方法產生于70年代以前，該方法主要具有反映深部礦化信息，可應用于特殊地區的區域戰略偵察和局部異常查證等特征，所以雖然該方法還不夠成熟，但勘查地球化學家從未放棄對其研究與改進。我國的專業人士唐士榮等人認為，該方法借助于在數量上達到或超過某一臨界值的超累積植物，去尋找盲礦體較傳統的植物具有更為明顯優勢。然而在運用中，但由于植物種屬器官的采樣試驗龐雜、指示植物的有效性以及采樣、分析和異常解釋方面的困難，所以生物地球化學法的應用至今尚未作為常規方法予以應用。當前在森林覆蓋區和其它運積物覆蓋區等特殊條件下，該方法仍是地質勘查中一種尋找隱伏礦的主要輔助方法。

3.10 地電地球化學方法

該方法是指采取部分提取金屬法作為地電地球化學方法。但由于該方法對元素成暈機理性研究還比較薄，而且在分析靈敏度上還存在一些局限性，提取技術仍有待進一步改進。該方法與其它化探方法相比，還有著許多不足之處，例如設備相對笨重，采樣費時費力。目前該方法一般用于詳查階段對礦體進行定位。

4 當前勘查地球化學迫切需要解決的問題

4.1 區域化探信息資料的二次開發利用

我國區域采用化探掃面已覆蓋全國的600多萬平方公里，目前已經取得了數以萬計的地球化學數據信息。這些大量的數據中蘊含著豐富的信息，但在實際運用中只有一少部分信息被利用。大部分信息還未被重視和利用，目前如何開發利用這些信息數據，并從中挖掘出有價值的找礦信息和解決地質問題資料，對的找礦工作具有非常重要的意義，而且這將是今后一段時間化探工作的重要任務。

4.2 全國元素地球化學圖集的編制問題

科學的編制全國元素地球化學圖集，可以為地質礦探工作提供精確的數據信息，為數字化地球、礦產資源評估、新類型資源與材料、環境監控、土地利用及生命演化提供有價值的資料。

4.3 中大比例尺區域化探應用工作

隨著找礦方法的進步，經過大量的數據表明在1：20萬區域化探基礎上，開展1：5萬或更大比例尺的化探工作，特別對于1：5萬化探工作來講，將會獲得較好的找礦效果。

4.4 關于隱伏區和礦床深部及外圍化探找礦方法技術的研究及應用

隨著我國礦產資源的緊缺，加強對隱伏區的勘查將是未來找礦方向。要想強化對隱伏區和礦床深部礦產資源的勘查，當前當務之急是要重視方法的基本原理研究，并堅持從取樣和分析兩個方面，提高方法穩定性和實用性。特別是要加強礦床原生地球化學異常模式及形成機理研究，確保建立典型礦床的地球化學找礦標志，并積極開展巖石地球化學測量試驗研究。

4.5 礦產資源快速化探評價方法在本部礦產勘查中的應用

由于我國西部地區環境惡劣，造成地質工作條件困難，所以說地球化學勘查方法的應用，可以在西部勘查中起到決定性的戰略作用。目前我們要加大方法的應用研究，促進地球化學勘查方法在西部勘查中起到先導作用，而且在應用中還要改變傳統的1：20萬和1：50萬地球化學填圖的做法，科學使用超低密度，甚至極低密度的采樣方法，確保該方法的應用快速覆蓋整個西部地區。

4.6 科學開展好境外礦產勘查方法的對比

由于我國與周邊國家許多礦區的情況基本類似，在找礦方法上也大多數具有相同的化探工作方法，加強與周邊國家合作，不僅可以提高我國復雜景觀區化探方法技術，也可通過承擔周邊國外化探項目，可以獲得周邊國家礦產資源分布的基礎信息。

4.7 化探數據處理技術應用的研究

在勘查過程中，化探數據處理是化探異常解釋的重要環節和保障，在這一階段可以利用計算機手段，結合引入非線性的理論，從而達到充分挖掘化探數據信息，這在未來的地質勘查工作將是一個重要的發展方向。

4.8 上地殼巖石化學元素豐度的應用研究

在找礦方法中上地殼的巖石化學元素豐度是開展地球化學研究的基礎性數據。科學的利用已有東部地殼化學組成資料和全國花崗巖豐度資料，可以有效的補充西部和東部個別省地球化學工作，科學的完成上地殼和巖石化學元素豐度研究。

5 找礦方法應用中需要注意的關鍵點

5.1 注意試驗測量方法的應用

不同的地球化學測量方法在應用中，由于實驗測量的內容也不相同。所以在實驗測量時要根據覆蓋物的性質、巖石性質、地質構造特點，科學合理的選擇取樣介質，從而確定取樣密度、樣品粒級、取樣層位。在進行試驗測量方法時要確定樣品處理方案，正確的選擇指示元素，測定未受礦化影響或影響很小的巖層中的金屬含量，從而有效的確定地球化學區域背景值、局部背景值和異常值，提出找礦標志。

5.2 熟知化探及應用程序基礎

科學研究各種地球化學異常的形成機理和影響因素，是保障化探工作開展的最基本基礎工作，它也是制定相應地球化學普查方法的最根本的依據，通過熟知化探應用程度，可以積累和總結實際資料，也可強化成礦、成暈的地質和地球化學模擬實驗及數學模擬實驗。更為主要的是進行溫壓用這一找礦方法，必須結合其他學科的內容，尤其是礦床學的理地球化學研究，這些基礎工作能為制定地球化學普查方法、正確確定取樣介質、選擇合理的分析方法提供科學的理論依據。

5.3 熟知地球化學找礦與礦床學之間的關系

地球化學找礦方法是一門新興學科，但不是一門獨立學科，要靈活、有效的運論，才能有效的發揮地球化學方法找礦的作用。在野外地質工作中，采用地球化學找礦方法時，如何運用礦床學理論？才能達到有效的找礦目的，因為礦床學理論和地球化學找礦方法有著本質上的聯系。把它們聯系在一起就不難看出。不同的礦床類型，成礦物質聚集的程度、聚集的地段是不一樣的，采用地球化學找礦時，野外采樣地段就需根據這一特點進行采樣，在異常圈定和異常解釋評價時就應考慮這一因素。礦床學講究的是成礦物質的來源和成礦物質聚集的部位，而地球化學找礦方法注重的是選擇異常地段，尋找隱伏礦體，因此不難看出，礦床學主要表現在理論的研究，而地球化學找礦法是根據這一理論而達到理論上的驗證。例如，地球化學找礦法和水系沉積物地球化學找礦法，就是依據地殼表面物質當中元素含量的變化，來尋找原生礦體。當《化探》采樣工作中，樣品分析數據表明元素含量的變化，就可從礦床學理論中了解元素含量變化的特點，了解成礦物質的來源，成礦物質聚集部位，去尋找原生礦。此外，還可以根據成礦物質來源在《化探》異常解釋評價時幫助選擇濃度中心和異常中心，更有效的達到找礦目的。

5.4 水文地球化學找礦方法的應用

由于礦體產出條件不同，隨季節性變化呈現出不同的特征就會出現水異常，一般情況下水異常只在降雨融雪期、包氣帶等有下滲水通過時才會形成，并且在降雨后期或降雨后一定時期才會出露，在干旱期和包氣帶下滲水不存在時，水異常則會較小；一般當礦體露出潛水面時，那么水異常可常年被發現，但強度隨季節明顯波動；當礦體位于潛水面以下的飽水帶中，當礦體接近潛水面見地下水就會發生水異常，水異常的水中元素一年內比較穩定，變化微弱。但當礦體埋藏在很深的飽水帶中，水異常則很難以泉水出露。目前水文地球化學找礦方法主要適用于地形切割較強或中等的地區，對于地形平坦、水系不發育或者水系完全由地表水補給的地區則效果不好。

5.5 土壤化學測量法的應用

為了確保應用的準確性，特別要注意取樣間距的確定和取樣點線的布置，土壤測量取樣網間距，應考慮選用的比例尺大小、礦床類型、礦帶和礦床規模的大小，以及礦體礦帶所產生次生暈規模大小等因素的影響，土壤化學測量法在應用中總的原則是能夠圈出次生暈異常，不漏掉有工業意義的最小礦帶和礦體。土壤化學測量法應用的一般原則是不論任何比例尺，在圖上取樣線距控制在1cm左右，點距約等于線距五分之一到二分之一。近年來，隨著技術應用的成熟，土壤取樣點位的確定不必再用精確地儀器測量進行確認，一般只要用羅盤和地形圖目測定位即可。而取樣層位一般是要通過試驗而確定，即通過在新工作區采集一定數量的分層樣品，然后經實驗，進一步了解各層土壤中金屬元素的含量變化，最后確定取樣層位。需要特別注意的是如果不進行試驗，那么取樣一定要穿過A層（腐殖層），在B層（淋積層）中進行采集，必須確保取樣深度在一定歷史條件達到20～30米左右。而且每個樣品的采集都要用一點多坑法取得，一般要用3～5個坑樣品組合，所選樣品的坑距要視具體情況和工作比例尺而定，如果選用的比例尺的范圍是1∶5000，那么多坑距離就應該為20～50m。樣品野外加工的粒度，一般也要采用60目或小于60目的數量，而且要用尼龍篩進行過樣。需要注意的是野外加工后的樣品重量不得少于30g（野外取樣重約50～100g）。取樣編錄在野外記錄木上主要記錄樣品的編號、取樣深度、層位、采集的物質竿。一般次生暈樣品采集均有統一的記錄格式要求。

5.6 室內資料整理

地球化學找礦方法室內資料整理是一項非常重要的工作，不僅《化探》資料內容繁多，還必須進行數據處理，各種樣品分析誤差的校正，異常解釋評價的依據，地球化學因條件限制的編制等等。但室內整理的最終目的，還是圈定異常，找出異常地段，選擇找礦方向達到找礦目地的。因此，在資料整理過程應該做到以《化探》資料為基礎，實地地質特征為依據，綜合評述，才能有效的達到找礦目的，即不遺漏可靠地段，也不會盲目圈定異常范圍。

6 結語

需要注意的是地球化學勘查在今后較長一段時間內，對于尋找金屬礦產，特別是尋找金、銀、鉑等貴金屬礦產，仍然是必不可少的工作方法之一；目前雖然以尋找淺埋礦和深埋礦為目標的地球化學勘查技術方法，在應用中取得突破性進展。這類方法的產生和發展，標志著礦產勘查地球化學從應用元素全量向著有效運用元素活動態分量方向上的實現了重大轉變，并且在特殊地區有望取得重大的成果，將會促進以低密度、多介質和高效率為特征的地球化學采樣、加工、測試以及數據處理、異常解釋方法與技術的快速發展。

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