深穿透地球化学方法全解

深穿透地球化学方法在矿产勘查中的应用摘要常规的化探方法（如原生晕法、次生晕法、水化学法、分散流法等）在寻找近地表埋藏深度浅的矿体具有良好的效果，但是对于深部探矿存在一定的局限性。为了突破厚层覆盖物，获得深部隐伏矿的信息，各国学者逐步建立发展了深穿透地球化学方法。深穿透地球化学方法探测深度大，可达数百米；所测量的主要内容是直接来自深部矿体的直接信息；这种信息极为微弱，但这种微弱信息反而更可靠，因为常规化探中起干扰作用的物质发不出这种信息。本文主要介绍深穿透地球化学方法的研究状况、原理、在矿产勘查中应用及其存在的问题。1前言

地球化学勘查简称化探，是一种找矿技术方法。它是系统地在不同尺度和规模上研究大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈中的化学元素、同位素及其化学特征的空间分布变化规律，并探讨它们在宏观、微观尺度内的分配与迁移机制。常规的化探技术方法如原生晕法、次生晕法、水化学法、分散流法等，在矿产勘探中取得了良好的效果[1]。

随着勘查程度的提高，在出露区找到新矿床的可能性越来越小，因此寻找大型矿床的最大机遇出现在隐伏区[2]。为适应在隐伏区寻找新的大型矿床的需要，突破覆盖层、获得深部矿化信息就成为当务之急，深穿透地球化学方法应运而生。

深穿透地球化学是探测深部隐伏矿或地质体发出的直接信息的勘查地球化学理论与方法，通过研究隐伏矿成矿元素或伴生元素向地表的迁移机理和分散模式，含矿信息在地表的存在形式和富集规律，发展含矿信息采集、提取、分析和成果解释技术，以达到在覆盖区寻找隐伏矿的目的[3]。

2国内外研究状况

多年来地球化学方法主要用于圈定出露及亚出露矿化四周的地表次生分散晕和分散流找矿或圈定盲矿上方地表的原生晕找矿，取得极大效果，但对被厚层沉积物或厚层成矿后沉积岩或火山岩埋藏的矿体，由于地表次生异常与原生晕皆被掩蔽而显得无能为力[4]。

为适应在隐伏区寻找新的大型矿床的需要，突破覆盖层，获得深部矿化信息，国际上自50年代开始就致力于能探测更大深度的地球化学新方法研究。瑞典人

Kristiansson与Malmqvist首先提出的地气（geogas）方法；美国Clarke等人提出酶提取方法；在90年代初苏联提出引起广泛国际关注的电地球化学方法（CHIM）、元素有机态法（MPF）；澳大利亚Mann等人提出活动金属离子法（MMI）[4]。在形成机理的研究方面提出了地气流迁移理论模型、还原烟筒柱模型等。

我国地质工作者于上世纪六、七十年代开始，经多年研究于1990年代进一步发展了适合隐伏区矿产勘查的深穿透地球化学理论与方法[5]。如谢学锦、王学求等人提出的金属活动态法（MOMEO）。

深穿透地球化学勘查技术包括以下几个系列。（1）物理分离提取技术：细粒级测量、磁性分离氧化物测量；（2）电化学测量技术：大电流供电提取技术，小电流独立供电提取技术；（3）选择性化学提取技术：偏提取法、元素有机质形式结合法，活动金属离子法，酶提取法，金属活动态提取法；（4）气体和地气测量技术：地气测量，纳米物质测量，气溶胶测量，地球气纳微金属测量，气体测量（包括常规气体和烃类气体）；（5）水化学测量技术：元素测量、离子（硫酸根、氯离子、钙离子等）测量；（6）生物测量技术：植物、细菌测量。

3原理

各类矿床本身及其围岩中的成矿元素或伴生元素，以活动态的形式，在某种或几种营力作用下被迁移至地表[5]。常见的活动态包括各种离子、络合物、原子团、胶体、超微细的亚微米金属颗粒、铁族元素氧化物吸附和包裹金属、碳酸盐包裹金属、矿物颗粒间的成矿元素独立金属矿物（自然金属、金属互化物、硫化物等）。

一般认为元素被运移至地表的几种途径是：（1）风化过程中元素的物理和化学释放；（2）地下水循环将元素溶解带到地表；（3）离子扩散作用；（4）氧化还原作用（5）蒸发作用；（6）植物根系吸收；（7）气体扩散或被气体搬运。用适当的方法捕获或提取这些元素叠加在地表介质中的含量，可以达到寻找隐伏矿的目的[3]。不同的学者提出了不同的迁移模型，如离子扩散迁移模型（图1）、地下水溶解迁移模型（图2）、电化学迁移模型（图3）、地气流迁移模型（图4）、多营力迁移模型等[6]。

图1 离子扩散模型图2 水成异常模型

图3 电化学迁移模型图4 地气流迁移模型深穿透地球化学理论与方法具有下列特点：（1）可以用于大面积隐伏区的战略性勘查；（2）方法具有广谱性，可以适应于不同景观条件的隐伏区；（3）可以提取活动态金属，这部分金属都是可以被成矿流体所利用的，这就使得我们有可能从微观精细的尺度认识成矿过程和控制矿床形成规模的“基因”，架起成矿学与找矿学的桥梁[7]。

4金属活动态法

上面提到了多种深穿透地球化学方法，鉴于篇幅限制，现在主要介绍金属活动态法（MOMEO）。

4.1理论基础

金属元素活动态测量方法提出的基本思想是在金属矿床及其围岩中，与矿有关的超微细金属或金属离子或化合物会相应增多，并会在某种营力作用下，如地下水、电场、地气流、蒸发作用、浓度梯度、毛细管作用等，向地表迁移，到达地表后被上覆土壤或其它疏松物的地球化学障所捕获，在原介质含量的基础上形

成活动态叠加含量，用适当的提取剂将这些元素叠加含量提取出来，从而达到寻找隐伏矿的目的。

金属元素在地表的活动态形式主要有以下几种：（1）离子状态；（2）各种可溶性化合物和络合物形式；（3）可溶性盐类；（4）胶体形式吸附在土壤颗粒表面；（5）呈离子或超微细颗粒吸附在粘土矿物表面，或呈可交换的离子态存在于粘土矿物之中；（6）不溶有机质结合形式；（7）呈离子或超微细颗粒吸附在矿物颗粒的氧化膜上。

4.2方法技术

对金属活动态的提取，不仅要破坏载体使金属释放出来，而且还要将释放出来的金属能够溶解于溶液中。金属活动态提取是针对金属活动态本身的，而不只是对载体的提取，故称之为金属活动态提取(MOMEO)。针对金属活动态的提取，提出了金属活动态2阶段提取方案：第一阶段是使用顺序提取的方法将载体由弱到强依次溶解，并使金属释放出来；第二阶段是对提取液的处理过程，将第一阶段释放出来的金属溶解于溶液中。

设计的金属活动态提取形式主要包括：（1）水提取态金属（包括金属离子、可溶性化合物、可溶性胶体和可溶性盐类中的金属元素）；（2）吸附和可交换金属；（3）有机质结合金属；（4）氧化物膜吸附或包裹金属。

分析方法以等离子质谱为主，并配合石墨炉原子吸收、预富集化学光谱和原子荧光光谱的分析测试系统，可分析30余种元素。可根据需要选择分析其中的一种或几种元素。一般来说，对金矿而言主要分析Au、Ag、As、Sb、Hg等元素，对于多金属矿主要分析Cu、Pb、Zn、Ag、Au等，对于铜镍硫化物矿床主要分析Cu、Cr、Ni、Co、Pb、Zn、Fe、Mn，对于铂族矿床主要分析Pt、Pd、Ir、Cu、Ni、Au等。

4.3实际应用

勘查地球化学的特点就是它借助于分析技术，可以有效识别肉眼无法识别的矿床类型或矿种，过去在发现难识别矿种或难识别类型上取得了巨大成功。但现在依然有些新的难识别矿种或难识别类型矿床，有待于深入研究和找矿技术的突破，如砂岩型铀矿、黑色岩系中铂族元素矿床、稀有分散元素矿床和油田中伴生的金属矿床等。