地球化学填图与地球化学勘查

2016-08-10郭亮唐大朋

大科技 2016年2期

关键词：粒级勘查金属

郭亮唐大朋

（重庆市地质矿产勘查开发局607地质队重庆巴南 400056）

地球化学填图与地球化学勘查

郭亮唐大朋

（重庆市地质矿产勘查开发局607地质队重庆巴南 400056）

地球化学填图以及地球化学勘查技术是产业发展的重要手段，在多个方面有着广泛的应用，如探明矿产资源、油气资源的分布以及农业牧业、地方病、基础地质等。本文首先对基本概念予以阐述，其次分析当前地球化学填图以及地球化学勘查的应用，供相关人士参考。

地球化学填图；地球化学勘查；应用

1 引言

地球化学勘查是一种科学的找矿技术方法，在找矿实践中取得了许多重大成果。正因为如此，它在众多找矿方法中占据着举足轻重的地位，越来越受到人们的重视，并得到迅速的发展。地球化学填图也是地质工作者有效的工作手段，为地质找矿等提供了大量的信息。本文对地球化学填图和地球化学勘查进行深入分析。

2 概述

2.1 地球化学填图

所谓地球化学填图，就是指在统一的规范条件下，收集某种天然物质，并参照元素周期表上多种元素的含量，运用一定的标准化的方法来制作元素的空间变化的各种比例尺地球化学图。通过地球化学填图，能够为基础地质、矿产的勘查、环境资源、农业生产以及人类健康等提供基础性的资料。尤其是矿产资源主要是由不同的化学元素共同组成的，周边的环境也受制于化学元素以及其他化合物的分布以及变化的影响。

2.2 地球化学勘查

地球化学勘查是地球化学研究的主要组成部分，其指的是系统的测量天然介质中化学元素以及化合物的含量及其组成的一种矿产勘查科学。地球化学勘查也可以简称之为化探，原本是属于一种找矿技术。随着科学技术的不断发展和进步，地球化学勘查已经发展为一门系统的理论科学，不仅用以指导矿产资源的分布以及油气的储藏，还可以用于指导基础地质、环境地质、污染调查、地方病以及农畜牧业的探查。地球化学勘查的研究对象为大批量的样品分析测试，甚至上万件样品测试等，这是该技术区别于理论地球化学研究的最大不同点。因此地球化学勘查的产生和发展离不开分析技术的出现和发展。

3 地球化学填图发展应用现状

3.1 化学填图技术的转变

近几年的化学填图技术主要是在勾绘一个化学元素地表空间分布图。各种各样的地球化学图是地球化学理论领域最为基础的图件，对于解决资源与环境中的一些问题有着很重要的作用。因此可以看出，勘查地球化学家的贡献早已超出了他本身的学科范畴，将其称之为应用地球化学更确切，也更符合其发展潮流。到目前为止，应用地球化学学科正在逐渐成熟，来自数学、物理、化学、生物、地学等多个领域的人物将越来越多的参与其中。

3.2 应用——以地球化学图推断构造为例

在相同的大地构造单元或区域地质条件下，成矿地球化学元素无论在成矿能量或在富集程度上都是不均衡的。空间上就造成某些地段某些元素富集，某些元素相对含量较低，即地球化学元素在时空上的叠加性.其体现的是亲和势相同或相近的地球化学元素整体间的关联性，每一种分带呈现相近的元素地球化学分布特征的相似性。断裂构造对元素背景的变化控制主要表现在以下几个方面：①沿断裂带大多数元素含量发生突变，形成地球化学梯度陡变带；②沿断裂带常出现具热液特征的元素异常，且呈带状、线状、串珠状分布；③沿大多数断裂带，部分元素发生局部、带状贫化，形成带状、线状、串珠状分布的低含量区域。相关学者认为反映大断裂或区域性断裂构造的特征线，多数是地球化学异常组的界线，反映控制异常分布规律的特征线，多是地球化学富集区或异常轴线。依据上述特征，在利用地球化学图推断构造时遵循以下准则：①不同地球化学场的分界线；②地球化学等量线宽窄突变；③地球化学等量线发生同步扭曲；④地球化学等量线沿一定方向有规律地出现密集带；⑤串珠状排列的局部正、负地球化学场；⑥正、负异常轴、带发生有规律的错断。根据上述原理在研究区推断出断裂构造19条。对某地区铜和砷不同地球化学场分布可以看出，这两个元素的正、负地球化学场分界线明显为地层与侵入岩岩性界线。再对同一地球化学场内的微观地球化学场分布进行研究划分，对本区进行地质体或地球化学分区，如图1所示。

图1 研究区成矿元素地球化学图法推断地质单元及构造图

4 地球化学勘查应用分析

4.1 应用在特殊景观区的方法技术

4.1.1 沼泽森林区

在森林沼泽区，影响区域地球化学勘查的主要因素是广泛存在的大量有机质。有机质对元素的吸附作用造成了元素在地表富集，而且不同地区、不同位置的有机质分布极不均匀，导致水系沉积物中地球化学规律发生变形，从而误导了地质找矿工作。通过以腐殖质和残坡积土为主要来源的水系沉积物的研究，显示水系沉积物中有机质的干扰一般从-40目就开始发生，主要出现在-60目的各个粒级段。因此选择-10～+60目粒级段的水系沉积物作为采样介质就可以基本消除有机质的影响。新技术不仅能够给景观区的找矿工作提供可靠的地球化学资料，而且操作简单。

4.1.2 干旱、半干旱高寒山区

在干旱、半干旱高寒山区中，风积物分布十分普遍。由于山体的阻滞，该景观区以风成砂沉降为主，粒级偏细，主要集中在-60目以下。影响区域地球化学勘查的主要因素是沉积物中混入了大量的风积物（风成砂和风积黄土）。风成砂和黄土中大部分元素含量很低，造成矿化信息严重稀释，甚至完全消失，对地质找矿工作造成严重误导。通过截取水系沉积物和土壤的有效粒级，可以消除普遍存在的风成砂和风积黄土对水系沉积物和土壤测量的严重影响。实践证明（以维宝大型铅锌矿床为例），这项新技术是一套符合景观特点的行之有效的方法。

4.1.3 高寒湖沼丘陵区

在高寒湖沼丘陵区，风成砂分布十分普遍，部分地段已上侵至半山腰。本区的另一大特点是发育着大片沼泽和冰积平原，由于高寒缺氧，有机质分解缓慢，造成明显的堆积。所以影响区域地球化学勘查的主要因素有两点，即风成砂和有机质。在高寒湖沼丘陵景观条件下，通过对风成砂和有机质粒级组成的研究，发现其对水系沉积物的扰动具有突变性，主要发生在40目以下粒级段。研究表明，采样粒级在-10～+40目的样品可有效消除风成砂和有机质对水系沉积物的影响。该技术操作简单，适合大面积推广。

4.2 深穿透地球化学勘查技术

4.2.1 电地球化学勘查技术

人员对电地球化学勘查技术找矿机理尚未形成统一认识，主要存在两种观点：①认为电极表面的提取物直接来源于深部隐伏矿体，人工电场是驱使深部矿体金属离子上升的主要动力；②认为人工电场并不能作用于地下几百米深的隐伏矿体，使其发生电化学溶解并使各种成矿金属离子运移至地表，认为其主要机理是地壳中的上升气流作垂向运移时，将成矿元素、伴生元素携带至地表，电极表面提取的只是隐伏矿体及其周围形成的活动态的原始金属离子晕运移至地表所形成的地表金属离子晕，如图2所示。目前，第二种观点已初步得到大多数人的认同，因为电迁移理论的计算结果表明，隐伏矿体的成矿金属离子不可能迁移至几百米远的地表。电地球化学提取异常的机制是离子通过矿体的电化学溶解或其他作用形成，在电场作用、地气搬运、地下水运动或其他作用下运移至地表，并吸附在土壤中。伴随着化学及电化学解离，离子转换为金属阳离子和金属络阴离子，然后利用人工电场将土壤中呈活动态的金属离子提取并沉积在电极上。电地球化学勘查技术的野外工作方法是通过外加人工电场来促使成矿金属离子运移至已埋入地下的离子收集器中，由于收集离子的整个过程要不断积累，所以该方法需要将离子收集装置放置一段时间（一般为1～2d）。

图2 水文地质和隐伏矿床的水分散晕类型

4.2.2 地气溶胶地球化学勘查技术

气溶胶（aerosol）是由固态或液态的小质点分散并悬浮在气体介质中所形成的胶体分散体系，其中固体或液体小质点的大小一般为0.001～100μm。在地质工作中，通常将土壤中气体携带固体粒子或团块形成的气溶胶称之为地气溶胶。地气溶胶地球化学勘查技术是地气地球化学勘查技术的一种，它是基于气体对金属元素的搬运原理测量地气中金属含量的一种深穿透地球化学方法。深部来源的地气溶胶颗粒物主要被土壤中的细颗粒物吸附，含量很低，很容易被风成砂、地表出露岩石和风化物质干扰。排出干扰的方法就是提取0.1～2.5μm的气溶胶积聚态物质，因为成矿细颗粒物质随气体迁移的条件就是颗粒可以稳定悬浮在气体中，而直径处于0.1～2.5μm的质粒能够稳定地悬浮在气体中。地气溶胶地球化学勘查技术的野外工作方法分为主动吸附法和被动吸附法两种。在我国，被动吸附法的操作过程是将内置有泡沫塑料的塑料杯倒置埋于地下50cm处，并盖住塑料杯的漏水孔，经过1～2个月将塑料杯取出，利用中子活化法、原子吸收法对其中吸附的金属元素进行分析测量。主动吸附法是迅速地在地下约50cm处抽取气体并导入预先准备的补集装置中，并且该装置内部装有泡沫塑料，最后将样品送至实验室进行测量。

4.2.3 金属元素活动态地球化学勘查技术

金属元素在地表的活动态形式主要有以下几种：离子状态；各种可溶性化合物和络合物形式；可溶性盐类；胶体形式吸附在土壤颗粒表面；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；不溶有机质结合形式；呈离子或超微细颗粒吸附在矿物颗粒的氧化膜上。金属元素活动态地球化学提取异常的机制是在隐伏金属矿床及其围岩中，与矿有关的超微细金属、金属离子或化合物会相应增多，并会在某种地质营力作用下，如地下水、电场、地气流、蒸发作用、浓度梯度、毛细管作用下向地表迁移，到达地表后被上覆土壤或其他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。选用适当的提取剂将这些元素的叠加含量提取出来，通过分析其浓度来发现异常，从而达到发现隐伏矿的目的。金属元素活动态的提取方法分为两个阶段：①使用顺序提取液将载体由弱到强依次溶解，并使金属释放出来；②对提取液的处理，将第一阶段释放出来的金属溶解于溶液中。设计的金属活动态形式主要包括水提取态金属、吸附和可交换金属、有机制结合金属、氧化物膜吸附或包裹金属。