勘查地球化學現狀與展望

史長義, 馮 斌, 彭 敏, 張富貴, 張必敏,孔 牧, 白金峰, 周國華, 孫 躍

(中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000)

0 引言

地球化學勘查(化探)起源于西方，世界上第一本地球化學圖集誕生于英國。中國自1951年在安徽月山首開化探工作之先河，1978年謝學錦院士提出，并由物化探所提供技術支撐和負責技術監督的中國地球化學填圖計劃——“區域化探全國掃面計劃”的實施，標志著中國的化探工作迎來了一個新高潮，為我國區域化探進入世界先進行列奠定了基礎。從此，中國的化探工作掀開了歷史的新篇章。在以謝學錦院士為首的老一輩化探專家的帶領下，經過幾代化探工作者的不懈努力，中國的化探走過了從無到有，從弱到強的奮斗之路。發展到今天，無論是在勘查地球化學理論，還是在化探方法技術方面，尤其是地球化學填圖(和分析測試與質量監控)技術，都取得了舉世矚目的成就，已處于國際領先地位，形成了一套獨特的、卓有成效的研究思路、理論和方法技術體系[1]。

物化探研究所是1957年2月正式成立的，而化探實驗工作由謝學錦院士從1951年就開始了。物化探所的化探是伴隨著中國化探的發展而同步成長的。物化探所一直引領著中國化探方法技術的開發和研究工作，在中國化探的發展史上留下了濃墨重彩的一筆。在中國化探發展的歷程中，物化探所起到了開拓、組織、實施、技術指導和質量監督的作用。

物化探所幾代化探工作者經過71年堅持不懈、孜孜不倦的努力，勘查地球化學理論和方法技術不斷豐富和完善，引領了中國的勘查地球化學工作，取得了輝煌成績。物化探所主持研究的以區域化探理論與方法技術、礦區化探理論與方法技術等為代表的創新性研究成果，為我國勘查地球化學學科發展和地質找礦做出了開創性的貢獻。地球化學塊體理論和方法技術的提出形成了一整套新的礦產勘查戰略及礦產資源追索與潛力評價方法技術體系，礦床原生暈元素分帶序列模型在巖石(原生暈)異常評價和找礦中發揮了重要作用，地球化學異常的識別方法與評價體系的創新研發得到廣泛應用，地球化學異常結構模式的提出提升了地球化學異常模式研究的深度和廣度，深部礦產資源立體地球化學勘查方法技術體系不斷完善，區域地球化學填圖、多目標多尺度地球化學填圖、土地質量地球化學調查的實施，油氣和天然氣水合物地球化學勘查方法技術的不斷深入研究，系列地球化學元素豐度與背景值不斷提出，地球化學圖集的研制與出版，勘查地球化學樣品多元素分析測試方法技術的日臻完善，研制的地球化學標準物質應用領域不斷拓展，使得物化探所的化探在勘查地球化學理論研究、異常解釋推斷與評價、基礎地球化學研究、資源勘查、環境評價、生態建設中的地位和作用不斷提升，也促進了中國化探事業的發展和勘查地球化學理論與方法技術的不斷進步。

獨一無二的“四位一體”地球化學科研創新平臺：聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際研究中心-國家現代地質勘查工程技術研究中心-自然資源部地球化學探測技術重點實驗室和國土資源部地球化學勘查監督檢測中心-中國地質調查局地球表層碳-汞地球化學循環重點實驗室，顯示出物化探所勘查地球化學在國際國內的突出地位。中國地質學會勘查地球化學專業委員會自成立之日起一直掛靠物化探所彰顯出其化探在國內行業的領軍地位，而依托物化探所建立了聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際研究中心，則確立了中國化探的國際領先地位。

筆者在簡單回顧了中國勘查地球化學發展的基礎上，重點介紹了71年來物化探研究所在勘查地球化學理論研究和化探方法技術研究開發方面所取得的主要成果。

1 勘查地球化學理論研究

1.1 地球化學塊體理論

謝學錦等[2]通過綜合研究提出了地球化學塊體理論，并指出地球化學塊體為大型至巨型礦床的形成提供了必須的物質條件。以地球化學塊體理論為指導，通過極低密度、超低密度到低密度采集泛濫平原沉積物，獲取不同層次地球化學模式，利用地球化學譜系樹追索大規模成礦作用，逐步濃集聚焦至大型巨型礦床所在地，是“迅速掌握全局，逐步縮小靶區”的礦產勘查新戰略。形成了一整套新的礦產勘查戰略及礦產資源追索與潛力評價方法技術體系。

1.2 原生暈分帶理論

邵躍[3]通過大量礦床原生暈研究，提出了中國的熱液礦床原生暈分帶理論和礦床原生暈元素垂直分帶模型與分帶序列，以及運用元素分帶模型對地球化學異常評價的一般方法。分帶序列模型可用于地球化學異常的含礦性評價、地表礦化剝蝕水平估價。在此基礎上發展出了一系列巖石地球化學測量找礦方法技術，總結了不同礦床評價指標[4]。礦床原生暈元素分帶序列模型在巖石(原生暈)異常評價和找礦中發揮了重要作用。

1.3 勘查地球化學找礦模式模型和預測評價

1.3.1 地球化學勘查模型和預測評價

開展了我國主要類型Cu、Au礦床(田)區域地球化學勘查模型研究和大型金、銅、多金屬礦床地球化學勘查模型研究。首次建立了有關Cu、Au礦床類型礦床的礦帶(1：200 000尺度)→礦田(1：50 000尺度)→礦床(1：10 000尺度)三個不同尺度的系列地球化學找礦模型及找礦評價指標，建立了20幾個銅鉛鋅礦的區域地球化學異常模式和20幾個銅礦的礦床異常模式；建立了我國西部地區斑巖型銅礦、層控型銅多金屬礦、巖漿熱液型銅礦、火山巖型銅多金屬礦、夕卡巖型銅多金屬礦、破碎蝕變巖型金礦、微細浸染型金礦的區域地球化學異常模式和找礦評價指標[5-11]。吳承烈等[12]還建立了26個斑巖型銅(鉬)礦、夕卡巖型銅礦、巖漿型銅鎳礦、海相火山巖型銅礦、沉積變質一熱液改造型銅礦、熱液脈型銅礦床的地質一地球化學勘查模型。

1.3.2 異常結構、異常結構模式與找礦預測

史長義等[13-14]從系統論觀點出發，提出了多元素異常組合劃分的方法、異常結構和區域地球化學異常結構模式(RAGSS model)的概念。異常結構是指在一定范圍內，有成因聯系的多個異常要素(包括地物化遙)在空間上的有序分布模式[15]。異常結構模式[13-14]是指與成礦作用有關的各個多元素異常組合的空間有序分布之總體結構特征，用于表征各個異常組合所構成的總體“成礦異常面貌”。并據此建立了3個礦帶和14個礦田的區域地質地球化學異常結構模式[13-21]。異常結構模式突出了常量元素作為成礦環境指示元素和區域地球化學負異常[22]的地質地球化學意義，突破了元素分帶模型傳統思維，提升了地球化學異常模式研究的深度和廣度。異常結構模式的提出和方法實踐，給找礦遠景評價、找礦預測提供了全新思路，建立了礦床級的地球化學異常結構模式[23-27]。

史長義等[13-14, 20]提出的區域地質地球化學異常結構(GGRAS)模式找礦預測法，采用建立由礦帶→礦田→礦床的區域地質地球化學異常結構模式，以異常結構和地質特征結構來反映成礦的地球化學環境和地質環境，形成了以地質特征和異常結構模式為基礎，建立礦田(床)或成礦區帶區域預測評價指標，進行區域異常篩選與評價和找礦預測的思路和方法。在對中國銅多金屬礦區域地球化學異常特征研究的基礎上，提出了大中型銅多金屬礦的區域地球化學異常成礦預測準則，以及主成礦元素、成礦規模、成礦類型和剝蝕程度的定量預測評價指標[16-17, 20-21]。

1.4 地球化學異常識別與異常篩選評價

1.4.1 快速評價與篩選多元素地球化學異常的計算機系統-RESMA系統

在謝學錦院士[28]主導下研制出了借助于計算機的適合我國區域化探數據處理與解釋的多元素解釋推斷系統，即快速評價與篩選多元素異常系統(RESMA系統)。其目的是將地球化學多元素數據中所蘊藏的大量地質找礦信息以直觀的、易于與地質地理環境相聯系的方式展現出來，這一系統盡量避免主觀因素的介入，所得結果可以重現，也可以在圖幅之間進行對比研究，并為使用者進一步的主觀解釋推斷提供便利。以后又引入了史長義[29-30]提出的異常疊合度和多元素綜合異常元素組合表達式兩項內容，對RESMA 系統進行了改進，形成RESMA-II系統[31]，使其系統功能更強。利用改進后的RESMA-II系統的處理結果開展了新疆西準噶爾成礦區和青海東昆侖成礦帶區域化探異常的篩選和成礦區帶圈定與優選，取得明顯實效[32-33]。

1.4.2 勘查地球化學專家系統(ESIGE)

1988年～1990年，王偉榮等[34]開展了一次實現化探專家系統的探索，研制了基于微機的“勘查地球化學專家系統(ESIGE)” ，建立了破碎帶蝕變巖型金礦勘查地球化學專家知識庫，開發了一個專家知識庫進行金礦咨詢工作的軟件系統。作為首次研制的化探專家系統，ESIGE的目標是用于全國區域化探掃面中的異常評價工作。系統由5個子系統組成：(1)原始資料、數據信息獲取和專家咨詢子系統；(2)知識庫、數據庫及其管理子系統等；(3)推理機子系統；(4)結果報告和解釋子系統；(5)圖形顯示子系統。

1.4.3子區中位數襯值濾波(SAMCF)法

史長義等[35]提出的子區中位數襯值濾波(SAMCF)法是一種建立在非常規統計學基礎上的區域地球化學數據計算機處理方法。引入穩健統計學技術，采用分子區的思路，以子區模擬背景場的空間變異，以EDA技術[36-37]計算異常臨界值，用襯值為基準度量場值的起伏變化。SAMCF法采用動態背景即不同子區采用不同的異常下限來圈定襯值異常，不僅可以突出強異常及壓抑背景噪音的影響，而且還可以強化高背景區弱小異常，特別是更有利于發現低背景區的弱小異常。以中心窗口為局部異常或噪聲，以遠離中心窗口的環帶數據作背景，不將中心窗口及其近鄰的數據參與背景運算，可以排除局部變化對背景趨勢的影響，使得背景更加“干凈”。經SAMCF 法處理，可以同時識別出正異常和負異常。SAMCF 法強化了對弱小異常信息的顯示與識別，克服了因地球化學背景高低差異給異常識別帶來的影響，為弱小異常的識別提供一種有效解決方案。

1.4.4 區域地球化學異常解釋與評價

開展了區域地球化學異常的解釋推斷研究[29, 38-40]，用異常疊合度[30]來研究區域性多元素異常組合及推斷其主成礦元素，并強調了區域地球化學負異常在異常解釋評價中的重要意義[41-42]；提出了用區域濃集系數[43]研究微量元素區域分散與富集規律，利用區域化探資料研究基礎地質問題[29, 44-45]。開發出的區域地球化學異常快速篩選與評價系統[40, 46]，在實際應用中取得了實效[47-48]。

2 地球化學勘查方法技術研究與應用

方法技術研究是物化探所的立所之本。自1951年開始，幾代化探專家都在孜孜不倦地進行著方法技術的研究、開發和推廣工作，取得了一大批創新性研究成果。從區域到局部，從調查到勘查/找礦，從出露區到覆蓋區，從淺部到深部，從資源到能源，從野外采樣到室內樣品分析，從數據處理解釋到地球化學編圖，開展了各種化探方法技術的開發和研究，包括國際地球化學調查方法技術、區域地球化學調查方法技術、多目標地球化學調查方法技術、土地質量地球化學調查方法技術、油氣和天然氣水合物地球化學勘查方法技術、39-54-78元素配套分析測試方法技術與分析質量監控方案、RESMA系統、SAMCF系統等，特別是尋找深部隱伏礦盲礦的各種化探方法技術，從傳統的到非傳統的，從地表的到地下的，從固體介質到氣體介質，從原生介質到次生介質，從巖石、土壤到植物的各種找礦的化探方法技術逐步形成了方法技術體系。找礦實踐證明，這些化探方法技術在礦產勘查乃至深部找礦中發揮了重要的、不可或缺的作用。

2.1 深部礦產資源立體地球化學勘查方法技術體系

71年來，物化探所一直致力于找尋深部隱伏礦盲礦的傳統和非傳統化探方法技術研究開發和推廣[4, 49-130]。隨著理論認識的提高和科學技術的進步，以及找礦難度不斷加大的需要，在巖石地球化學測量[4,49-54]、土壤(全量)地球化學測量[51,55-61]和鉆孔(坑道)原生暈測量[4,49-51,62-65]等傳統方法技術的基礎上，又研發出了許多新的方法技術，在方法的有效性方面和實際應用中也取得了很好的實效，包括(1)土壤汞量地球化學測量[66-69]、(2)納米物質地球化學測量[70-76]、(3)熱磁地球化學測量[77-82]、(4)地電地球化學測量[83-88]、(5)酶提取技術[89]、(6)金屬元素活動態提取法(MOMEO)[90-95]、(7)相態地球化學測量[80,96-98]、(8)無機氣體地球化學測量[66-67,69,99-103]、(9)地氣測量[104-113]、(10)放射性氣體地球化學測量[114-116]、(11)植物地球化學測量[117-122]、(12)水地球化學測量[54,123-126]、(13)地球化學淺鉆測量[127-130]，尋找深部隱伏礦盲礦的化探方法技術得到了不斷的發展和完善。如圖1所示,物化探所研發的這些方法技術即包括那些以地表介質取樣為基礎的地面地球化學測量方法技術(地面化探方法技術)，也包括那些以地下介質取樣為基礎的地下地球化學測量方法技術(地下化探方法技術)，總體上構成了深部礦產資源立體地球化學勘查方法技術體系[131]。這些立體地球化學勘查方法技術，無論是傳統的方法技術還是新的方法技術，在出露區找礦、覆蓋區找礦以及深部資源勘查中都發揮了重要作用，取得了很好的地質效果。這些方法技術的推廣應用為中國化探事業的發展和礦產勘查起到了重要作用。

圖1 物化探所深部礦產資源立體地球化學勘查方法技術體系組織結構圖(據文獻131修改)Fig.1 Structure chart of the 3D geochemical exploration method and technique system for finding deep mineral resources researched by IGGE

2.2 地球化學填圖技術

2.2.1 國際地球化學填圖

國際地球化學填圖工作開始于1990年代末至2000年初。2006年開始，地質調查專項設置了境外合作項目，與蒙古、老撾合作開展了國家尺度地球化學填圖。2016年，聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際研究中心成立，由中國發起的“化學地球”國際大科學計劃啟動實施。在中國地質調查局的統一部署下，物化探所聯合局六個大區中心與“一帶一路”沿線一些重要國家開展了廣泛的地球化學填圖合作，取得了豐碩的成果：

1)制定了系列國際地球化學填圖技術指南[132]，確保了獲得數據的準確性和一致性。制訂國際地球化學填圖技術指南6份，制定的全球地球化學基準填圖技術指南于2019年被全球地球化學基準委員會采納作為國際標準，制定的干旱荒漠區地球化學填圖指南被12個國家采用。為占全球陸地1/3的中亞、西亞、北部非洲和南美部分國家的地球化學填圖做出了實質性貢獻。

2)建立了全球1/3陸地地球化學基準網，為全球自然資源與環境可持續發展提供了權威數據，獲得聯合國教科文組織和合作國高度贊揚。聯合了40余個國家共同開展全球地球化學基準網建設，累計完成面積3.600×107km2，約占全球陸地面積近1/3，提供了81個指標地球化學基準值。

3)完成“一帶一路”11個國家地球化學填圖3.5×106km2，圈定一批鋰、稀土、鈾、金、銅等戰略資源遠景區。完成1:1 000 000國家尺度地球化學填圖面積共計3.5×106km2，編制了蒙古、老撾、柬埔寨等11個國家69種元素地球化學圖，使這些國家有了第一張覆蓋全境的地球化學圖，實現了從0到1的飛躍，成果獲得合作國政府的高度肯定和評價。

4)在境內外共舉辦國際培訓31次，有來自6大洲52個國家856名專業人員參加了培訓。通過培訓，向發展中國家推廣了中國地球化學填圖技術和標準，促進了這些國家勘查地球化學能力建設，實現了技術轉移，同時也促進了大科學計劃在發展中國家的實施。

2.2.2 中國1：200 000和1：250 000地球化學填圖

1978年謝學錦院士提出，由物化探所提供技術支撐和負責技術監督的中國地球化學填圖計劃——“區域化探全國掃面計劃”開始實施，經過44年的努力，已完成1：200 000和1：250 000區域地球化學調查約8.6×106km2，涉及圖幅數1 373個，取得了海量的、多元素的、高質量的地球化學數據。這些資料和數據不僅在我國的礦產勘查尤其是金礦勘查中發揮了巨大作用，還為基礎地質研究、環境、生態及農業地質的研究提供了新的資料和依據，取得了巨大的經濟社會效益和舉世矚目的成就[15]。

在“區域化探全國掃面計劃”實施過程中，以物化探所謝學錦院士為首的區域地球化學調查技術團隊發揮了巨大作用。首先協助上級管理部門組織全國二十多個基層單位在全國范圍內開展區域地球化學調查工作；其次，1978年制定了內地沿海中低山區區域地球化學調查方法技術，在隨后三十年里相繼研發了巖溶區、熱帶雨林、高寒半濕潤山區、高寒湖沼丘陵、高原干旱荒漠、干旱草原、半干旱草原山地、干旱荒漠戈壁、干旱荒漠山地、半干旱荒漠戈壁丘陵、森林沼澤等全國十一個特殊景觀區的區域地球化學調查方法技術，形成了一套完整的區域地球化學調查方法技術系列，并于1995年制定行業標準《區域地球化學調查規范》(1︰200 000)[133]，分別于2006年和2012年完成了兩次修訂，為“區域地球化學調查全國掃面計劃”的順利實施提供了有力的技術支撐和保障。另外，方法技術系列的形成以及“地球化學省”、“粒金效應”等基礎理論科研成果的取得，使我國區域地球化學調查學科始終處于國際領先地位。

2.2.3 中國1：50 000地球化學填圖

1︰50 000地球化學調查做為重要的手段之一，是礦產勘查中不可或缺的環節。物化探所區域地球化學調查技術團隊[57-58,134]先后完成了干旱荒漠戈壁、干旱荒漠殘山和森林沼澤等景觀區的1︰50 000地球化學調查方法技術的研發，并在相應景觀區推廣應用，特別是在甘肅北山地區，為白頭山等大型銣礦的發現提供了直接線索[61]。

2.2.4 海洋地球化學調查方法技術研究

2007年，史長義[1]從海洋開發和我國勘查地球化學發展的戰略角度出發，提出了開展我國近海地球化學調查的設想與建議，認為這是勘查地球化學亟待開拓的新領域。在史長義的多次呼吁和努力下，2011年～2012年中國地質調查局立項，支持物化探所選擇在珠江口海域、青島海域和渤海灣海域等地開展了近海地球化學調查和方法技術實驗，依據海底沉積物等樣品測量結果，初步制定出了適用于我國近海區域地球化學調查方法技術的基本方案[135-136]。兩年的工作，初步顯示出近海區域地球化學調查的有效性和可行性，為中國區域地球化學調查，繼出露區水系沉積物測量和覆蓋區多目標地球化學調查后，提供了一個新的增長點。該成果的取得為填補我國近海區域地球化學調查的空白邁出了第一步，也為全面開展海洋地球化學調查及方法技術研究打下了堅實基礎。

2.3 多目標區域地球化學調查技術/土地質量地球化學調查技術

多目標區域地球化學調查(土地質量地球化學調查)自1999年實施以來，通過不斷探索和完善，逐步建立了成熟的調查-評價-認定方法技術和標準體系，先后發布《多目標區域地球化學調查規范(1:250 000)》(DZ/T0258-2014)[137]、《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T0295-2016)[138]、《天然富硒土地劃定與標識》(DZ/T0380-2021)[139]等行業技術標準，持續引領全國多目標區域地球化學調查和土地質量地球化學調查評價工作。

通過1999年～2001年在湖北江漢平原、廣東珠江三角洲平原和四川成都盆地開展的方法技術試驗，建立了以土壤測量為主，湖泊和近岸海域以沉積物測量為輔的1:250 000土地質量地球化學調查方法技術。調查采用雙層網格化分別布設表層和深層土壤樣品。表層土壤調查方法技術體現了對區域地球化學調查技術的繼承，而新增的深層土壤調查用于代表工業化前或自然地質背景，為我國部分地區土壤重金屬超標主要受控于自然地質背景的認識提供了科學依據，體現了對原有調查技術的革新[140]。經歷10余年的調查試點和推廣應用，于2014年正式發布《多目標區域地球化學調查規范(1:250 000)》(DZ/T 0258-2014)[137]，為全國土地質量地球化學調查工作持續開展和高質量完成奠定了重要的技術基礎。

為推進調查成果轉化應用，支撐國家和地方自然資源、農業農村和生態環境管理部門履行土地資源管理、農業結構調整、土壤環境保護等職能，通過開展不同地區調查試點和方法技術研究[141]，建立了以表層土壤調查為主，灌溉水、大氣干濕沉降物、農作物等調查為輔的1:50 000土地質量地球化學調查方法技術。采用網格加土地利用現狀圖斑布設土壤點位，在保持樣品空間相對均勻的基礎上確保樣品點主要分布在農用地，土壤、大氣干濕沉降物、農作物分布采用不同采樣密度。于2016年正式發布《土地質量地球化學評價規范》(DZ / T 0295-2016)[138]。

為滿足土地精細化管理需求，通過全國不同地區的試點研究[142]，提出地塊尺度的土地質量地球化學調查方法，以土地二調圖斑為基礎，根據耕地、園地、林地、草地、建設用地等不同的土地利用類型，建立了差異化布點方法[140]。該調查方法技術應用于雄安新區重點調查區地塊尺度地球化學調查工作中，已獲得較好的調查成果。

基于全國10 222組大宗農作物根系土-作物籽實協同調查數據，構建了土壤和作物籽實富硒率協同分析模型，提出了適用全國的富硒土地劃定閾值[143]，于2021年正式發布《天然富硒土地劃定與標識》(DZ / T 0380-2021)，結束了長期以來全國缺乏統一的天然富硒土地劃定標準和官方標識的局面，為全國首批30處天然富硒土地認定和發布提供了根本的技術遵循。該標準自發布實施以來，在全國行業內持續發揮示范引領作用，已經帶動河北、河南、廣東等7省(區)出臺相關地方標準7項。

2.4 能源地球化學調查技術

1980年代初期開始至1990年代，相繼開展了地熱田勘查的化探方法技術研究工作，提出了地熱田勘查的化探方法技術體系和評價指標[144-151]。

油氣地球化學調查技術是一種“迅速掌握全局，快速縮小靶區”的戰略性油氣資源調查技術，具有直接、快速、有效及成本低的特點[152]。自上世紀30年代創立油氣化探以來，各國科學家都致力于尋求更直接的油氣勘查方法，30年代前蘇聯提出了游離氣體測量法[153]，美國創造了蝕變碳酸鹽法(△C)[154]，40年代美國提出了酸解烴法[155]，油氣化探進入新的階段，60年代德國發明了微生物勘查技術[156]，80年代美國發現了放射性技術[157]，90年代中國研制了汞氣測量技術[158]。進入21世紀，中國油氣化探走在了世界前列，提出了“氣相壓驅裂隙滲透”理論[159]，制定了油氣地球化學調查技術規范[160]，這些方法技術在實際應用中走向成熟，油氣勘查成功率不斷提高[161]。在此背景下，謝學錦院士[152, 162]提出開展全國油氣化探掃面計劃，主要目的是部署戰略性油氣化探普查工作，在短時間內獲取區域性含油氣盆地信息。在該計劃的支持下，先后在松遼盆地、四川盆地、塔里木盆地等重點盆地開展了全國油氣化探掃面方法示范，研究發現，大型油氣田上方發育套合的地球化學模式，這些油氣田有巨量的物質供給，動力學環境很穩定，應用1點/100 km2的戰略性低密度地球化學填圖方法可以圈定這些大規模的油氣異常[163]，同時涌現出了一批原創性技術成果，如：甲烷碳同位素識別技術[164]、微生物專屬氧化菌技術[165]、非烴氣體監測技術及分形-GIS綜合解釋技術[166]，油氣化探技術由戰術性向戰略性轉變[167]。

隨著能源緊缺和天然氣水合物勘查工作的展開，油氣化探應用領域進一步拓展，在我國主要凍土區開展了天然氣水合物地球化學調查工作，初步建立了凍土區天然氣水合物的地球化學識別標志[168]，形成了有效的凍土區天然氣水合物地球化學勘查技術體系[169]，研制出的凍土區天然氣水合物開發環境效應監測系統及方法已經成為研究水合物與碳循環關系的重要方法之一[170]。

3 地球化學標準物質研制技術

1979年5月，原國家地質總局批準在物探所成立“國家地質總局化探分析質量監控站”(簡稱“監控站”)，自此物化探所開始了地球化學標準物質(標樣)的研制工作。經過40多年的持續研發，物化探所建立了由候選物選采與制備、均勻性檢驗、穩定性檢驗、特性量的定值測試、數據統計處理及認定值的確定、不確定度評定等關鍵技術構成的標準物質研制方法技術體系，積累了豐富的天然地質物料加工制備技術經驗及其質量控制措施，構建了全國數十家實驗室協作定值網絡，形成包括元素全量、有效態等在內的多元素配套定值分析方法體系，定值元素可達70余種。

四十多年來，物化探所聯合有關實驗室，研制了包括水系沉積物、土壤、巖石、礦石、生物等[171-178]在內的19個系列、320多種國家一級標準物質。編寫了“地質礦產類標準物質研制及保存技術規范”[179]。標準物質數量占地質行業的40%以上。作為唯一的標準物質地質行業實物分庫，保存有本行業領域最高級別的標準物質，有效支撐了“國家標準物質資源共享平臺”建設。

研制的標準物質在我國和世界地球化學標準物質體系中占有重要地位，廣泛應用于地質、生態環境、農業、林業、冶金、食品、商檢等行業部門的2 000多家實驗室，并在美國、法國、英國等40余個國家的實驗室得到應用。地球化學標準物質有力支撐了“區域化探全國掃面計劃”、“多目標區域地球化學調查”、“土地質量地球化學調查”、“全國土壤污染狀況詳查”等國家重大專項的實施，促進了地球化學樣品測試量值統一、數據科學對比和全國土壤元素地球化學圖“無縫”拼接，為我國區域地球化學調查成果處于國際領先地位起到了重要作用。

4 地球化學樣品分析與測試技術

近15年來，物化探所實驗測試中心在76元素地球化學填圖配套分析方案的基礎上，研究制定了地殼巖石和土壤樣品中76種元素包括FeO、pH值、Org.C、H2O+、CO2共81項指標的配套分析方案[180]，并對其中的部分分析方法進行了創新研究和改進，建立了新的區域地球化學調查39元素、多目標區域地球化學54指標及地球化學填圖76元素81指標的配套分析方案。主要技術創新與進展如下：

1)創新研制了抑制植物樣消解過程中硒揮發的方法并成功獲批發明專利[181]，提高了植物樣品中硒的分析準確度和精密度，降低了樣品消解過程的操作難度；首次研究建立了土壤和水系沉積物中硒的價態分析方法[182]，實現了土壤和水系沉積物樣品中全量硒的價態測定。

2)研發了X射線熒光光譜(XRF)用高壓制樣技術[183]，改善了XRF分析精密度，降低了分析方法檢出限，提升了分析質量，拓展了XRF法的應用范圍；開發了高壓覆膜制樣X射線熒光光譜分析技術[184]，有效解決了同一樣片不能用于氯等元素重復測定的問題。

3)引進了激光誘導擊穿光譜儀，開展了高壓制樣-激光誘導擊穿光譜法(LIBS)在土壤樣品元素含量分析中的應用試驗，初步建立了LIBS測定土壤中稀土等元素的分析方法[185-186]；開展了交直流電弧原子發射光譜法在地球化學樣品分析中的應用研究[187-188]。為建立固體進樣的綠色配套分析方法奠定了基礎。

5 基礎地球化學數據和地球化學圖集研制出版

5.1 地球化學元素豐度與背景值

5.1.1 中國花崗巖類化學元素豐度

根據采自中國大陸約750個有代表性的大、中型花崗巖類巖體的768件組合樣品的近70種化學成分和元素實測分析數據，史長義等[189-196]首次計算提出并研究了①中國花崗巖類總體及堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖、花崗閃長巖、石英二長巖、石英二長閃長巖等近70種化學元素的豐度及其地球化學特征；②天山-興安造山系、中朝準地臺、昆侖-祁連-秦嶺造山系、滇藏造山系、揚子準地臺、華南-右江造山帶、喜馬拉雅造山帶等七大構造單元花崗巖類及不同巖石類型花崗巖的近70種化學元素的豐度與區域分布特征；③太古代、元古代、早古生代、晚古生代、中生代、新生代等花崗巖類及不同時代堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖的近70種化學元素的豐度及其演化特征。

5.1.2 中國水系沉積物系列背景值

任天祥等[197-198]依據全國區域化探掃面資料，分別以1:200 000圖幅和1:2.50 000圖幅為計算單元，計算提出了中國水系沉積物中39 種元素的背景平均值。史長義等[20]提出了中國主要大中型銅多金屬礦田的水系沉積物中39 種元素異常平均值。程志中等[199]從中國南方12個省自治區2.3×106km2面積上所采集的水系沉積物樣品中按每1∶50 000圖幅一個組合樣的密度組合成5 244件組合樣，分析測試了其中的76種元素，統計計算了中國南方地區水系沉積物76種元素的平均值。

史長義等[200]以全國1:200 000和1：250 000水系沉積物測量數據為依據，采用全部原始數據(而不是一個圖幅一個均值)，以X±3S為臨界值一次性剔除異點后的數據集的中位數做為背景值的估計值，使用統一方法計算出了全國范圍、9個大地構造單元、12個地球化學景觀區、19個成礦帶的39種元素水系沉積物背景值，探討了全國范圍、不同構造單元、不同景觀區、不同成礦帶各元素背景值的區域分布特征和規律。

5.1.3 中國東部地殼與巖石豐度

鄢明才[201]等在東經105°以東的中國東部約3.3×106km2的區域，系統地采集了五個一級大地構造單元基巖出露區的500余條標準地層剖面、800余個有代表性的火成巖和變質雜巖體樣品共計28 253個，組合成2 718件分析樣，選用15種分析測試方法，建立了中國東部不同大地構造單元的實測地殼模型，首次系統計算提出了中國東部地殼和巖石的78種元素和成分的豐度。

5.1.4 中國東部平原土壤生態地球化學基準值

朱立新等[202]在我國東部8.5×105km2平原區，采集517件樣品，采樣深度為-150 cm～-175 cm。將中國東部平原以流域為基礎劃分出8個統計單元，即三江平原、松遼平原、黃淮海平原、長江三角洲平原、江漢平原、鄱陽湖平原、南陽盆地和珠江三角洲。在每個統計單元內, 將樣品各項分析測試指標的分析數據進行算術平均, 獲得了各統計單元內76種化學元素(化合物)和pH、EC(電導率)、Org.C(有機碳)和H2O+等4項土壤理化性質指標的土壤生態地球化學基準值。

5.1.5 中國城市土壤化學元素的背景值與基準值

成杭新等[203]通過對中國31個省會城市3799件表層土壤樣品(0 cm～20 cm)和1 011件深層土壤樣品(150 cm～180 cm)中52種化學元素及pH和有機碳(Corg)數據分布結構的研究，采用中位數絕對中位差法、正態和對數正態法計算出中國及31個省會城市土壤52種化學元素的地球化學背景值、基準值及它們的變化區間。

5.1.6 中國淡水湖泊沉積物地球化學背景值

李敏等[204]利用中國150余個淡水湖泊表層沉積物和深層沉積物的地球化學數據，采用中位數絕對中位差的方法統計獲得了中國主要淡水湖泊沉積物的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、TN、TP、TOC及pH的地球化學背景值。

5.1.7 中國土壤地球化學背景值和基準值

鄢明才等[205]結合文獻資料提出了我國沉積物70 種化學元素和成分的綜合平均值。謝學錦等[206]以全國529件樣品分析數據為基礎計算了泛濫平原沉積物54項指標的背景值。1997年，鄢明才等[207]以154 件土壤組合樣為基礎，又提出了我國土壤79 種元素和成分的豐度。王學求等[208]按照1∶200 000圖幅為網格單元, 在全國1 600 個網格單元中, 共部署3382 個匯水域采樣基準點, 每個基準點同時采集了表層和深層土壤樣品, 共計采集6 617 件樣品, 分析了81項指標(含76種元素)，提出了全國土壤76 個元素及5 個指標的地球化學基準值。

5.2 勘查地球化學數據庫研究與建設

地球化學數據庫屬于專題數據庫，在整個地學數據庫中，地球化學數據庫占據著重要的地位。我國的地球化學數據庫的研究和建設工作起步于20世紀80年代，90年代各種數據庫不斷涌現[209]，現在數據庫已經在地球化學研究中廣泛應用并起到了重要作用。我國第一個專業的區域化探數據庫(GC-81)建立于1980 年，由(原)地礦部北京計算中心和物探所聯合開發[210]。

5.2.1 中國主要類型金、銅、多金屬礦區域地球化學數據庫

史長義等[211]建立的《全國大中型金銅多金屬礦區域地球化學數據庫(CRGD1.0)系統》，是利用Visual dBase5.5 和Visual Basic語言開發的，具有可視化數據庫管理和可視化數據檢索功能。CRGD1.0由6個應用程序子系統和3個主數據庫組成。收錄有全國范圍內30個大中型金、銅、多金屬礦田(床)的基礎地質資料和區域地球化學資料，包括礦床基本信息、礦床的主要區域地質特征、礦床地質特征、區域地質圖、礦田/床的39個元素區域地球化學數據及地球化學圖等，約500 000條區域地球化學數據記錄。

《中國西部主要類型金銅多金屬礦田/床區域地球化學數據庫(WCRGD1.0)系統》[8]是在CRGD1.0基礎上開發的，包括管理子系統和數據庫子系統。收錄了13個來自我國西部地區不同景觀區、不同成因類型的大中型金、銅、多金屬礦田/床的地質特征和區域地球化學數據，其中包括：礦田/床的基本信息、礦田/床的區域地質特征及區域地質圖、礦田/床的39元素區域地球化學數據及坐標、39元素彩色區域地球化學圖等，共122 538條地球化學數據記錄。

5.2.2 中國花崗巖類豐度數據庫

在全國范圍內750個有代表性的大中花崗巖類巖體上采集了6 080件樣品，組合成768件分析組合樣。所有樣品完全采用無污染加工方案進行加工和制備。選用了以電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)、儀器中子活化和X射線熒光光譜為主的多種先進的分析方法對這些花崗巖類樣品進行了分析測試，并使用國家一級地球化學標準物質和重復測試樣品進行質量監控，確保了分析數據的準確性和可靠性[189-190]。依據這些實測分析數據，建立了768件組合樣品54種化學成分和元素的中國花崗巖類豐度數據庫，收錄有中國花崗巖類豐度數據41 472個。為開展花崗巖類地質、地球化學研究以及開展與花崗巖有關區域成礦規律研究、生態環境評價等提供了詳實準確的基礎資料。

5.2.3 全國區域地球化學數據庫

全國區域地球化學數據庫匯集了全國28個省(自治區、直轄市)的1∶200 000和1∶500 000區域地球化學調查39 種元素和氧化物的測試數據，共計數據點 1.47×106個，超過6×107個數據，涉及1∶200 000圖幅 1 299 個，1∶500 000圖幅 18個。數據庫按照地球化學數據模型建立，采用MapGIS、GeoExpl 等軟件平臺實現。該數據庫在礦產資源預測評價、基礎地質研究、環境與土地質量評價以及其他相關領域的應用中發揮了巨大的作用[212]。

5.2.4 土地質量地球化學調查數據庫

全國土地質量地球化學數據庫集成了全國31個省(市、區)土地質量地球化學調查基礎數據，包含 1:250 000土地質量地球化學調查表層土壤點位數據6.4×105余條，深層土壤點位數據1.6×105余條。每條數據包括地球化學景觀分區、土地利用類型、土壤類型、行政區劃、流域、氣溫、降水、海拔、構造類型、構造分區、農業區劃、54種元素分析值等70余個字段。該數據庫還集成了養分評價、環境綜合評價、質量綜合評價、酸堿度評價、綠色富硒評價、土壤質量綜合等級評價等評價成果數據，有力地支撐了土地利用規劃、特色土地資源開發、優質土地資源保護和污染土地整治修復等工作。

5.2.5 國際地球化學填圖數據庫

全球地球化學數據庫包含了中國、美國、澳大利亞、歐盟、俄羅斯、蒙古、哥倫比亞、秘魯、老撾、柬埔寨、土耳其、埃塞俄比亞、墨西哥、馬達加斯加、巴基斯坦、塔吉克斯坦、吉爾吉斯坦、坦桑尼亞等18個國家和地區全球尺度或國家尺度最多達81個指標的地球化學數據和圖件，數據庫采用ArcGIS等軟件平臺實現，數據量大小達30 TB。該數據庫的建立為全球資源可持續利用和全球環境變化研究提供了基礎數據。

5.3 地球化學圖集研制與出版

地球化學圖能夠清楚地揭示出元素含量的區域分布模式、空間變化規律與分布特征。《Provisional Geochemical Atlas of Northern Ireland》是Webb等(1973)出版的世界上第一部地球化學圖集。目前國內外已出版的球化學圖集涉及資源、能源、環境等多個方面，在礦產勘查、基礎地質調查與研究、生態環境調查與評價、農業地質和土地質量評價等領域發揮了重要作用[194]。”早在1985年，物化探所等[213]利用江西省半定量的化探數據編制出版了中國第一份地球化學圖集——《贛西北地球化學實驗圖集》，開創了中國地球化學圖編制的先河。1990年，作為原地礦部第二代區域化探典型圖幅數據處理研究課題研究報告中附圖的一部分，物化探所楊竹溪和林存山等[214]以吉林渾江市幅1:200 000區域化探網格化數據為基礎研制出《渾江市幅地球化學圖集》，是國內第一份用微機編制的彩色地球化學圖集。謝學錦等[32]依據新疆西準噶爾成礦區1:500 000區域化探掃面39元素分析數據的RESMA-II系統處理結果，編制了《西準噶爾成礦區低密度化探方法應用研究及成礦區帶圈定與優選解釋推斷圖冊》。

5.3.1 中國花崗巖類地球化學圖集

史長義等[215]根據全國范圍內750個有代表性的大中花崗巖類巖體768件組合樣實測分析數據，采用EDA技術研制出版了SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TFe2O3、Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Cd、Cl、Co、Cr、Cs、Cu、F、Ga、Ge、Hf、Hg、Li、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Ta、Ti、Tl、V、W、Zn、Zr、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Lu、Y等57種化學成分和元素的中國花崗巖類地球化學點源圖，這是中國也是世界上第一份花崗巖類地球化學圖集。這些地球化學圖充分展示出了花崗巖體多元素的區域分布特征、空間分布規律和分布模式，顯示出花崗巖類各元素的空間分布模式與中國花崗巖類的分布和特征密切相關，能清晰地反映出花崗巖類化學成分的空間變化規律和特征。

5.3.2 中國地球化學圖集

中國的“區域化探全國掃面計劃”自1978年開始，至2012年覆蓋了全國約7.7×106km2的面積，取得了數以千萬計的高質量39種元素含量數據，使中國擁有了全世界最引人矚目的全國規模的地球化學數據庫，并在礦產查中發揮了巨大的作用：圈出了近6×104個綜合異常，對其中萬余異常的工程驗證中有3 000余處見礦，其中有經濟價值的礦床1 947個，其潛在經濟價值在2×1011元以上，還有大量的異常有待檢查和進一步工作。《中國地球化學圖集》是全國區域化探掃面成果，數據來源于全國區域化探數據庫[216]。編圖數據截至2002年已完成掃面工作的區域化探數據。每一個元素的原始數據分別按每個1:25 000圖幅、1:50 000圖幅和1:100 000圖幅面積內統計一個平均值分別編成該元素的3幅地球化學圖，編圖元素39個，共編制了117張地球化學等值線圖。該圖集是對我國區域化探掃面成果的匯總及展示。

5.3.3 中國西南地區76種元素地球化學圖集

《中國西南地區76種元素地球化學圖集》[217]是據“我國西南五省市區76種元素區域化探圖編制試點研究”項目成果編寫而成。利用西南5省市區(四川省、云南省、貴州省、重慶市和廣西壯族自治區)1∶200 000區域化探掃面樣品庫中保留的副樣，按照一個1∶50 000國際分幅圖幅一個組合樣的密度組合樣品，組合成2 961件樣品，送9家實驗室分析76種元素。利用這些數據首次編制了西南地區76種元素地球化學等值線圖，獲得了元素周期表中除氣體元素和人工放射性元素之外的所有元素在中國西南地區的分布規律，同時還首次編制出西南地區15種稀土元素地球化學圖，這也是世界上第一份76種元素地球化學圖集[218]。

5.3.4 中國南方地區地球化學圖集

從1978年區域化探全國掃面計劃開始，中國南方地區(四川、云南、貴州、重慶、廣西、廣東、湖南、湖北、福建、江西、安徽、浙江、江蘇省)于20 世紀90 年代完成了全部約2.3×106km2面積的采樣與39種元素分析工作。利用南方地區1∶200 000區域化探掃面的副樣，按照一個1∶50 000國際分幅圖幅(約400×104km2)一個組合樣的密度組合樣品，組合成5 244件樣品，送多家實驗室分析76種元素。依據這些分析數據編制了中國南方地區76種元素地球化學等值線圖，展示出了中國南方地區水系沉積物中76中元素的地球化學空間分布模式。圖集的編制完成使得我國的地球化學填圖水平又上一個新的臺階[219]。

6 地球化學勘查標準與規范

經過60多年幾代勘查地球化學工作者的潛心研究，我國已經建立起不同層次、不同方法基本配套齊全的勘查地球化學方法技術體系，共形成了23項地球化學勘查方法技術標準，包含國家標準6項、地質礦產行業標準14項、中國地質調查局標準3項[220]，其中由物化探所牽頭或參與完成的標準和規范有19項。這些標準規范包括通用標準規范和方法技術標準規范，從國家尺度→區域調查→礦產勘查→覆蓋區找礦方法技術；從多目標調查→土地質量評價→到局部生態評價和天然富硒土地劃定，涵蓋了巖石、土壤、水系沉積物等常規的地球化學方法技術，汞蒸氣測量和地球化學淺鉆測量等新方法技術以及生態環境、土地質量調查評估的地球化學方法技術；形成了礦產資源地球化學普查與勘查、多目標地球化學調查與評價、土地質量與生態環境地球化學調查評價方法技術的技術標準體系，這些標準規范對于方法技術的推廣應用發揮了不可或缺的作用，對地球化學勘查工作起著重要的支撐作用。

7 發展趨勢與展望

經過70多年的努力，物化探所在勘查地球化學理論和方法技術研究與開發方面取得了輝煌成績，為促進和推動中國勘查地球化學事業的發展起到了重要作用，但依然還有許多方面需要繼續深入研究下去。

1)加強地球化學勘查模式/模型的研究，充分利用已有各種資料，特別是區域化探掃面資料，采用新思路新方法，注重常量元素作為成礦環境指示元素和區域地球化學負異常的地質地球化學意義，建立由礦帶→礦田→礦床→礦體的地質地球化學異常結構模式和找礦預測評價指標，用于指導異常篩選評價和找礦預測。

2)原生暈理論與技術是勘查地球化學的理論基礎，但是原生暈的成暈機理還缺乏深入系統的研究，還沒有理論模型，也缺乏定量化預測評價方法和指標。需要特別加強原生暈形成機理和成暈模型的研究，以原生暈地球化學大數據為基礎，利用計算機技術構建原生暈成暈理論模型，建立定量化預測評價方法和指標體系。

3)要充分利用大數據、建模、計算機模擬、神經網絡、機器學習、深度學習、EDA等新理論新技術，創新異常解釋和綜合研究思路，以地球化學理論為基礎，密切結合地質背景，充分利用地物化遙等多源多種信息，開展智能化綜合信息勘查地球化學異常篩選和評價系統以及資源潛力評價系統研究。在區域地球化學異常的篩選評價中，要特別注意復雜地質地球化學背景下地球化學異常的識別，特別是弱小異常的識別問題。

4)進一步完善已有化探方法技術和開發新的方法技術，是深部礦產資源勘查的迫切需要。因此，在深部礦產資源立體地球化學勘查方法技術方面：①要加強各種方法技術的基礎理論研究和異常形成機理研究；②需要進一步提高新的非傳統方法技術規范化、標準化、實用化以及適用性、可操作性，也需要完善相應的分析質量監控系統，同時還需要研究開發新的方法技術；③需要特別加強礦床元素原生分帶模式的研究，充分發揮現代樣品分析測試技術的優勢，以原生暈大數據為基礎重新建立礦床的原生分帶模型，用于指導深部找礦預測；④開展淺覆蓋區區域性地球化學淺鉆測量調查，以填補淺覆蓋區地球化學調查的空白；⑤在酶提取技術、植物測量、水化學測量方法技術研究方面，物化探所都有很好地研究基礎，應該加大研究開發的力度，特別是酶提取技術目前國內研究工作不多；⑥熱磁地球化學測量是我所基本科研業務費支持下研究開發的方法技術成果的典型代表，還需要繼續完善不同景觀不同礦床類型方法技術應用示范研究，完善方法技術的標準化和操作規程，加大推廣應用力度；⑦開展微生物地球化學測量技術在礦產資源勘查工作中的應用研究。

5)繼續補充和完善區域地球化學調查方法技術體系，完成全國范圍內出露區區域地球化學調查的全覆蓋；利用大數據挖掘技術，深入開發、挖掘、提取已取得的海量區域地球化學調查數據中所蘊含的各種信息，服務于地質找礦和基礎地質研究；利用現有區域化探掃面的副樣增加分析以“三稀”為主的37個指標(元素)，在尋找戰略性緊缺礦產方面可以發揮重要作用；在完善已有的近海地球化學調查方法技術基礎上，通過試點圖幅的工作總結經驗，開展海洋地球化學綜合調查工作，服務于國家的海洋強國戰略；系統地開展局部亞景觀1︰50 000地球化學調查方法技術研究，建立1︰50 000地球化學調查方法技術系列，以期在礦產勘查中發揮更大作用。

6)為保障國家能源資源安全，服務“一帶一路”倡議，服務中國企業走出去，要進一步加強國際地球化學填圖工作，推進全球地球化學基準網建設，為全球資源環境可持續發展做出中國貢獻。

7)圍繞土地資源自然演化規律及水、土、氣、生等自然資源要素中物質遷移轉化規律，建立土地資源數量、質量、生態“三位一體”綜合調查評價方法技術，全面提升服務生態文明建設和自然資源管理中心工作的能力。

8)開展區域油氣地球化學掃面工作，為油氣遠景評價提供戰略靶區；繼續開展烴類氣體元素遷移機理研究，探索和發展不同景觀區油氣地球化學勘查技術；研制油氣地球化學標準物質和分析配套方案，為油氣戰略選區提供高精度地球化學數據；建立全國油氣化探數據庫，采用諸如神經網絡等機器學習的方法識別地球化學異常，為油氣資源定量預測評價提供地球化學信息。

9)進一步研發更高靈敏度的分析方法技術，以提高地球化學樣品中部分元素的分析方法檢出限，完善地球化學樣品配套分析方法。為減少溶樣可能造成的環境問題，有待開發綠色環保的配套分析方法。引進自動化、流程化樣品前處理設備，實現智能化分析測試，是地球化學樣品分析測試的重要發展方向之一。

10)地球化學勘查技術標準制修訂工作圍繞三個方面展開：① 資源勘查方面已有標準適應性修訂和新方法新技術標準制定；②生態地球化學調查方面技術標準的修訂升級和新標準制定；③地球化學信息化建設和異常評價方面技術標準的制定。

11)以地球系統科學為指導，開展地球關鍵帶元素地球化學循環和分布模式研究，更好地服務于國家資源能源安全戰略、自然資源開發與管理、環境污染調查與治理、生態文明建設、綠色發展、碳中和碳達峰。