深部矿体找矿工作中土壤地球化学法的运用

2021-12-01楚海涛

中国金属通报 2021年2期

楚海涛

（新疆地矿局第四地质大队，新疆阿勒泰 836500）

新疆阿勒泰地区蕴藏着贵金属、有色金属、黑色金属、稀有金属等，矿产资源十分丰富。该地区目前已经成为我国最具潜力的矿产资源集中区之一[1]。近些年来，新疆阿勒泰地区的采矿进度一直在加快，矿产量也不断增加，较大规模的开采也使得该地区地表矿产日益减少，深部找矿成为未来工作中的一项重要内容。目前，我国的土壤地球化学法主要是测量土壤B层成矿元素的含量，根据相关现象与数据圈定化探异常。下面结合实际，就土壤地球化学法在深部矿体找矿中的运用问题做具体分析。

1 深部矿体中矿石元素运动与分布特征

1.1 元素的垂向运移

相关研究表明，在固体地球时刻内，矿石元素一直在高速运动，匀速速度极快。如Cu、Pb这两项元素在自然土壤的迁移速度能达到200m/a[2]。这说明，含有矿产的地层较之于不含矿产的地层有些许异常，且这种异常在很长时间内都处于一种动态平衡的状态。研究表明，在地层中，许多成矿元素都会进行垂向运移，Cd等惰性元素在地层中也有运动性。在成矿环境空间结构中，空间结构直接影响矿石元素的迁移方向以及迁移速度等。在成矿环境空间结构中，闪锌矿等金属硫化物在进行氧化反应时都会放热，且这类物质放出的热量又会对化学反映产生一定的促进作用，从而加快金属离子的生成速度[3]。

1.2 金属离子垂向运移

当矿体周围不断有金属离子产生后，地下水溶液中金属离子的浓度就会较大变化，在金属离子浓度不均衡的情况下，部分金属离子会进行垂向运移，向潜水面以下迁移。成矿金属元素迁移至潜水面以下后，受到地下水溶液蒸发作用、毛细作用等迁移至地表，在地表形成矿体金属元素浓集区。地表空间结构比较特殊，有适合成矿金元素富集以及积淀的空隙、裂隙等，最终会促进矿产的形成。

2 土壤地球化学异常形成原因与过程

在探讨土壤地球化法在深部找矿作业中的应用之前，我们先需要对土壤地球化学异常晕的形成机制加以了解。金属元素浓集于地表，受到风化剥蚀与水流冲刷，金属元素会不断分散进而促成土壤次生晕异常。结合这一分析可知，在金属元素成矿过程中，金属元素的迁移性质与地表结构都是影响土壤次生晕的关键因素。根据这两大影响因素的影响形式、范围以及程度等，可将汇水盆地划分为三大部分，即异常削减区、异常元素供应区与背景区。这三大区域具体的位置关系是：异常元素供应区上游位置为背景区，金属元素浓集区两端是异常元素供应区。

在成矿区域发展过程中，异常削减区内金属元素含量会在背景物质的持续冲淡下而逐渐削减，在金属元素含量不断削减过程中，这一区域内土壤地球化学异常元素数量也将达到最大。通过做相关研究与计算可知，在矿体埋深、矿体大小以及土壤次生晕规模之间存在着密切联系。一般来说，土壤次生晕规模直接由矿体埋深与矿体大小来确定。结合上述分析可知，在矿体成矿过程中，矿石元素会进行垂向运移，并在一系列物质、关系的作用下使富含矿产区域内的地表出现土壤次生晕异常，在找矿时，通过寻找与分析土壤次生晕异常就可大致确定出矿产位置[4]。

3 土壤地球化学法在深部找矿作业中的具体应用

在应用土壤地球化学法进行深部矿体找矿的具体步骤是：进行地质勘探获得测区地质特征，掌握测区异常结构特征与其他的信息数据；基于各项数据信息构建起数字刻画模型，然后通过采样、异常提取、异常评价等确定出测区矿产所在位置。

3.1 建立异常模式

在构建土壤地球化学异常模式时，需先对测区的地质条件进行勘察分析，通过勘测掌握该区域的控矿因素以及成矿条件等，对测区内成矿作用与控矿因素与测区土壤形态、元素组合、梯度变化以及强度等之间的关系进行分析，获得测区的地球物理特征。阿勒泰地区的地质环境相对复杂，勘测难度较大，在制定勘测方案时要从安全性、经济性、时效性等多层面考虑，在此基础上灵活运用相关勘测设备，组织专业人员进入测区规范开展勘测工作，以保证勘测结果的准确性、与全面性。在勘测过程中，对部分过于复杂的区域要进行反复勘测，确保勘测结果真实精准不存有误差。

3.2 进行现场采样

在运用土壤地球化学法进行深部找矿时，需进入测区进行采样。采样时工作人员要结合具体情况准确确定采样深度与采样类型，从而保证模式构建的科学性与有效性。按照一般理论，在采样时若采取腐殖层样本，那么所测得的异常强度会相对较弱，若采集B层的土壤样本，最终获得的异常强度相对较大。但若只采集B层样本也很难保证结果实验结果的精准性，因此在采样时建议直接采取土壤介质。为保证整体的找矿效率，在样本采集阶段还需要对采样深度进行计算与确定。结合相关研究可知，粘土以及石英是土壤的主要构成物质，在地表以下0.6~1.8m的范围内也含有一些钙质成分，地表2.4m以下大体上全是基岩[5]。在进行采样时，若不能合理把握采样深度，那么也就无法获得真实的异常信息。因此在采样之前一定要通过相关的试验以及计算确定出最为合理的采样深度，以保证最终找矿结果的准确性。

3.3 异常提取操作

前文已经提及，矿体埋深与矿体大小影响土壤地球化学异常程度，并且在诸多内外部因素的作用与影响下，各区域、各层次的化学异常程度也均有不同，从而导致土壤地球化学背景具有明显的不均匀性特征。在此背景下，要想准确确定出矿产位置，就需要综合考虑以上因素合理进行异常提取操作。除此之外，在进行异常提取时还要能选用科学合理的方法。相关研究与实践证明，相较于单变量、概率图等传统统计方法，空间因素分子法、空间统计法等要更为科学合理。空间统计法综合考虑了地球化学元素的相关性与概率分布问题，同时也分析了样本的变异性与空间相关性。合理运用这一方法可相对全面与准确地的获得矿区各项地质信息。

除了可运用空间统计法进行异样提取与分析外，还可将奇异值分解法、奇异性绘制法等灵活运用于深部找矿工作。利用这些方法可获得成矿元素在深部的空间分布形态与含量分布频率，能得到地球化学场的广义自相似性与各向异性，从而为找矿方案的设计提供出更有效的参考。

近些年来，多种分形法在深部找矿作业中也得到了比较广泛的应用。这一技术方法可直观反映出土壤局部变异情况，因此让深部找矿更有针对性。合理运用这一方法可大大缩短深部找矿时间，提高找矿的准确性。上述提到的奇异性绘制法在深部找矿作业中更有妙用。阿勒泰地区地质环境相对复杂，使用传统方法不仅费时费力，而且找矿的准确性也难保证。但在将奇异性绘制法应用于深部找矿作业后，水文地质条件带给找矿工作的影响将被大大弱化，利用这一技术，找矿人员可准确获得测区各部位矿产元素的亏损情况与富集特征，获得相对准确且全面的矿产信息，从而让后续的找矿工作更加精准高效。

3.4 开展异常评价

在应用土壤地球化学法开展深部找矿工作时，异常评价是一个十分关键的环节，异常评价结果将直接影响到找矿的准确性，因此在具体的找矿作业中也需对该项工作引起重视。然而众所周知，土壤地球化学异常评价也是一项难度十分高的工作，多年来我国一直没能跳出这一技术瓶颈，从而也给深部找矿的发展带来了很大影响。但随着实践经验的增加与科学技术的发展，我国土壤地球化学异常评价技术水平也有所提升，近年来适用于异常评价的技术方法不断增加，异常评价结果的准确性、可靠性也得到显著提升。在当前应用的几项技术方法中，主要是以异常本身的特点为基础来分析与评价异常，获得有关异常的各项结论，为后续的找矿工作提供参考。具体如在分析评价过程中工作人员需要掌握并利用土壤异常的连续性、强度以及规模、形态、元素组合与梯度等进行。在评价已知矿床的异常特征时，主要是采用聚类分析、判别分析以及回归分析等几种方法进行，最后有关矿床异常情况的各项结论。

在找矿过程中需要明确，任何矿床的形成都是多种因素耦合作用的结果，因此在一种异常特征下也含有许多细微的差异。在运用土壤地球化学法进行深部找矿时，一定要树立起正确的观念与思路，基于科学合理的理论知识与实践经验对各项因素做综合考虑与分析，从而保证找矿结果的科学性、准确性。同时在具体的找矿作业中，各工作人员还需增强环保意识与安全意识，要结合测区实际情况科学设计找矿方案，不断优化每一项找矿工艺，最大程度降低深度找矿对测区以及周边环境的影响，确保环境与人员安全。