論地球化學(xué)的70年發(fā)展

論地球化學(xué)的70年發(fā)展

地球研究始于20世紀(jì)30年代初。它是通過研究地球化學(xué)分散模式,并根據(jù)這些分散模式所形成的地球化學(xué)異常去追蹤和發(fā)現(xiàn)礦床。實(shí)際上,根據(jù)地球化學(xué)方法圈出的異常是一種微礦化露頭(micro-outcrops),因此勘查地球化學(xué)是繼承了人類憑著經(jīng)驗(yàn)用肉眼去觀察礦化露頭或礦化引起的蝕變標(biāo)志進(jìn)行直接找礦的傳統(tǒng),但借助于分析技術(shù),將辨認(rèn)礦化直接信息的能力從人類肉眼的萬分之幾提高到百萬分之幾至十億分之幾。由于地球化學(xué)方法辨認(rèn)微弱礦化直接信息能力的大大提高,因此在發(fā)現(xiàn)難識(shí)別礦種或難識(shí)別類型以及盲礦上成為了礦產(chǎn)勘查的主導(dǎo)方法。歷經(jīng)70年的發(fā)展,勘查地球化學(xué)已經(jīng)從一門經(jīng)驗(yàn)或技術(shù),發(fā)展成為一門地學(xué)分支科學(xué),并且在礦產(chǎn)勘查中取得了巨大成就。在這一歷史巨變中,在國(guó)外所表現(xiàn)最為突出的是70年代在斑巖銅礦和鈾礦勘查所取得的成就,而在中國(guó)這一表現(xiàn)主要是在金礦勘查中所取得的巨大成就。今天勘查地球化學(xué)一方面在出露區(qū)已經(jīng)系統(tǒng)地建立了地球化學(xué)分散模式理論基礎(chǔ)和方法技術(shù)程序,但在隱伏區(qū)勘查理論、方法技術(shù)和大型礦定量評(píng)價(jià)以及某些難識(shí)別礦種勘查方面都正在面臨劃時(shí)代的革新。我們正處于一個(gè)過去取得的成就與未來面對(duì)的挑戰(zhàn)的間歇期。本文試圖對(duì)過去成功的做法進(jìn)行一下總結(jié),并對(duì)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行闡述。1在礦產(chǎn)化開采中的成就1.1利用地球化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)的礦床發(fā)現(xiàn)表1是中國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)信息研究院對(duì)國(guó)外20世紀(jì)70年代以來,100個(gè)大型、超大型金屬礦床發(fā)現(xiàn)的各種方法所起的作用進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)。從表中可以看到根據(jù)地表礦化露頭和蝕變標(biāo)志的觀察和利用地球化學(xué)方法在礦床發(fā)現(xiàn)中起著顯著的作用。表2是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)原地質(zhì)礦產(chǎn)部從“六五”至“八五”計(jì)劃(1981—1995年)這15a所發(fā)現(xiàn)的礦床各種方法所占的比例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。從這一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出,從20世紀(jì)80年代開始勘查地球化學(xué)方法在礦產(chǎn)勘查中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位,并且它的作用在一直增大,如“六五”期間占所有發(fā)現(xiàn)礦床總數(shù)的58.5%,“七五”期間上升到66%,而到了“八五”期間上升到83.4%。從國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)都可以看出:勘查地球化學(xué)在礦產(chǎn)勘查中起著至關(guān)重要的作用。1.2利用水系沉積物和土壤測(cè)量方法發(fā)現(xiàn)大型斑巖型礦床勘查地球化學(xué)自20世紀(jì)30年代誕生以來,為全球礦產(chǎn)發(fā)現(xiàn)作出了決定性的貢獻(xiàn),其中最具有代表性的是3次大規(guī)模發(fā)現(xiàn)高潮:一是從20世紀(jì)30年代一直延續(xù)到70年代的前蘇聯(lián)和北美許多斑巖銅礦的發(fā)現(xiàn);二是20世紀(jì)70年代美國(guó)和加拿大許多鈾礦產(chǎn)地的發(fā)現(xiàn);三是自20世紀(jì)80年代一直延續(xù)至今中國(guó)數(shù)百個(gè)金礦的發(fā)現(xiàn)。從20世紀(jì)30年代一直延續(xù)到70年代在前蘇聯(lián)和北美使用地球化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)了許多斑巖銅礦。如前蘇聯(lián)1932—1933年利用巖屑采樣在中亞Almalyk地區(qū)發(fā)現(xiàn)巨型Kalmakyr和Balikti斑巖銅礦。這是前蘇聯(lián)第一個(gè)地球化學(xué)勘查成功實(shí)例,也是世界上首個(gè)報(bào)道地球化學(xué)找礦成功實(shí)例。前蘇聯(lián)另一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)是利用水系沉積物和土壤測(cè)量方法在遠(yuǎn)東Baimsky地區(qū)發(fā)現(xiàn)的巨型Peschanka斑巖型銅金礦。這一發(fā)現(xiàn)結(jié)束了位于前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東地區(qū)環(huán)太平洋帶沒有大型斑巖型銅礦的歷史。加拿大于1968年在環(huán)太平洋帶的育空地區(qū)發(fā)現(xiàn)了Casino斑巖銅礦,這是在北美首個(gè)利用地球化學(xué)方法斑巖銅礦的實(shí)例,使用的是水系沉積物測(cè)量和土壤測(cè)量方法。20世紀(jì)70年代美國(guó)和加拿大根據(jù)世界鈾礦資源緊缺的情況分別制定了全國(guó)性的鈾礦資源普查計(jì)劃,其核心部分是水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量與水化學(xué)測(cè)量(美國(guó))或湖積物測(cè)量(加拿大)。美國(guó)的國(guó)家鈾資源評(píng)價(jià)計(jì)劃(NationalUraniumResourceEvaluationProgram,NURE),使用每10km2一個(gè)樣的采樣密度系統(tǒng)采集水和水系沉積物。加拿大聯(lián)邦-省鈾區(qū)域勘查計(jì)劃(Federal-ProvincialUraniumReconnancenceProgram)于1975年開始進(jìn)行,采樣密度13km2一個(gè)湖積物或水系沉積物樣品。這兩個(gè)計(jì)劃發(fā)現(xiàn)了一批新的鈾礦產(chǎn)地。在中國(guó)自1978年開始實(shí)施的利用水系沉積物的“區(qū)域化探掃面計(jì)劃”(RegionalGeochemistry—NationalReconnaissanceProject,RGNR),截止到2000年已覆蓋了全國(guó)近600萬km2的國(guó)土。根據(jù)這一計(jì)劃所圈定的地球化學(xué)異常于20世紀(jì)80—90年代發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)金礦。1982年利用水系沉積物測(cè)量在河南發(fā)現(xiàn)的大型上宮金礦,這一發(fā)現(xiàn)是我國(guó)利用區(qū)域水系沉積物測(cè)量方法找到大型金礦的首例。這一發(fā)現(xiàn)突破了在這一地區(qū)幾十年找礦“只見星星,不見月亮”的徘徊局面,導(dǎo)致了其后在熊耳山—小秦嶺地區(qū)一系列中—大型金礦的發(fā)現(xiàn),帶動(dòng)了整個(gè)地區(qū)金礦的找礦突破。1984年區(qū)域化探掃面在貴州發(fā)現(xiàn)了爛泥溝金礦,這一地區(qū)還發(fā)現(xiàn)了一系列大型卡林型金礦,如紫木凼、戈塘等,使該區(qū)成為世界上僅次于美國(guó)內(nèi)華達(dá)的第二大卡林型金礦集中區(qū)。這兩個(gè)金礦區(qū)的金總儲(chǔ)量都已達(dá)500t以上,都已跨入世界級(jí)金礦區(qū)之一。2在礦產(chǎn)化開采中成功的原因2.1重新發(fā)現(xiàn)區(qū)域低異常下限,形成了超微細(xì)金的發(fā)現(xiàn)勘查地球化學(xué)的理論基礎(chǔ)是成礦物質(zhì)在成礦過程中在圍巖中留下元素運(yùn)移軌跡或在成礦以后通過分散在四周巖石、土壤、水系沉積物、水、植物及氣體中形成各種類型的地球化學(xué)分散模式,根據(jù)這些元素變化軌跡或分散模式去追蹤和發(fā)現(xiàn)新的礦床。她歷經(jīng)70年的發(fā)展,已經(jīng)從一門經(jīng)驗(yàn)或技術(shù)發(fā)展成為具有行之有效理論體系的一門地學(xué)分支科學(xué)。這一理論基礎(chǔ)的體系可以從下列經(jīng)典著作或出版物中得到體現(xiàn)。1941年前蘇聯(lián)的YeASergeev出版了《地球化學(xué)探礦法》一書。這是世界上第一本系統(tǒng)闡述地球化學(xué)勘查理論與方法的著作。1962年美國(guó)H.E.Hawkes與J.S.Webb出版了《礦產(chǎn)勘查的地球化學(xué)》一書,系統(tǒng)地闡述了勘查地球化學(xué)的理論體系與方法學(xué)。1977年前蘇聯(lián)A.Beus和S.V.Grigorian的《礦床地球化學(xué)勘查方法》一書系統(tǒng)闡述了原生暈找礦方法和原生暈元素分帶理論以及利用原生暈找盲礦所取得的輝煌成就。1979年謝學(xué)錦的《區(qū)域化探》一書對(duì)區(qū)域地球化學(xué)勘查的理論進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。2000年王學(xué)求和謝學(xué)錦所著《金的勘查地球化學(xué)——理論與方法·戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)》對(duì)金礦地球化學(xué)勘查的理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。同時(shí),1970年國(guó)際《地球化學(xué)勘查雜志》的創(chuàng)刊,使得勘查地球化學(xué)家可以更深入、更迅速地發(fā)表最新研究成果,廣泛地傳播勘查地球化學(xué)知識(shí)。這里特別強(qiáng)調(diào)的是,中國(guó)金礦地球化學(xué)勘查的成功與超微細(xì)金的發(fā)現(xiàn)以及區(qū)域低異常下限理論的建立是分不開的。中國(guó)1979年開始的利用水系沉積物的區(qū)域化探掃面計(jì)劃,在全國(guó)發(fā)現(xiàn)了一大批異常下限一般在2～4ng/g,異常面積可達(dá)幾十km2至幾百km2金的區(qū)域異常。當(dāng)時(shí),20世紀(jì)80年代初,對(duì)金表生行為的認(rèn)識(shí)還都限于金是呈顆粒形式存在,密度又大,不會(huì)在水系中長(zhǎng)距離遷移,而在水系沉積物中為什么會(huì)有這樣的低含量、大規(guī)模金地球化學(xué)異常?這些異常是如何形成的?對(duì)這些問題的回答不僅可以為區(qū)域化探使用低檢出限和低異常下限的方法提供依據(jù),而且可以為異常評(píng)價(jià)奠定理論基礎(chǔ)。1989年,地球化學(xué)樣品中大量超微細(xì)金的發(fā)現(xiàn)使得這一問題迎刃而解。表3是超微細(xì)金(<5μm)占總金含量的比例。由表3可以看出無論是巖石、土壤、還是水系沉積物都大量存在<5μm的超微細(xì)彌散金(包括微粒金、膠體金和亞微米至納米級(jí)的各種金顆粒)。圖1是高、中、低含量樣品中金的顆粒分布示意圖。在低含量(<10ng/g)樣品中,不存在大顆粒金;中等含量和高含量樣品中也大量存在超微細(xì)金。超微細(xì)金具有極強(qiáng)的物理活動(dòng)性,幾乎能被各種營(yíng)力做長(zhǎng)距離搬運(yùn)。大規(guī)模區(qū)域低異常下限異常是由超微細(xì)金所形成的。這一發(fā)現(xiàn)圓滿地解釋了大規(guī)模區(qū)域金異常的形成機(jī)理,為區(qū)域化探使用低異常下限奠定了理論基礎(chǔ),也為金呈納米顆粒遷移和納米成礦學(xué)研究提供了直接證據(jù)。同時(shí)根據(jù)中國(guó)大量測(cè)試結(jié)果,1ng/g左右金背景值的精確測(cè)定,使得我們不僅可以用更低異常下限去圈定有意義的異常,而且還為我們不再用4ng/g的傳統(tǒng)地殼豐度標(biāo)準(zhǔn)去解釋金是富集還是貧化,去推斷金礦礦源層的異常評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)。2.2與區(qū)域性的重新定位研究地球化學(xué)的發(fā)展方向所有的地球化學(xué)勘查方法都需要有相應(yīng)的分析技術(shù)來分析所采集的各種樣品,因而勘查地球化學(xué)方法的發(fā)展與分析技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。20世紀(jì)30年代末40年代初發(fā)射光譜方法的出現(xiàn)導(dǎo)致了勘查地球化學(xué)在蘇聯(lián)的誕生;快速比色方法的出現(xiàn)推動(dòng)了地球化學(xué)勘查方法在美、英、加、德、法等國(guó)的發(fā)展;而70年代原子吸收方法和X射線熒光方法的大規(guī)模應(yīng)用則使地球化學(xué)勘查從一種局部的輔助性的找礦方法開始向區(qū)域性的戰(zhàn)略性方法轉(zhuǎn)變;80年代等離子火焰光譜方法在勘查地球化學(xué)中的應(yīng)用,促成了各國(guó)地球化學(xué)填圖的實(shí)施;90年代等離子質(zhì)譜法又大大地提高了分析靈敏度,增強(qiáng)了地球化學(xué)方法識(shí)別弱信息的能力和找隱伏礦的能力。隨著地球化學(xué)勘查發(fā)展成為一種戰(zhàn)略性方法,所覆蓋的面積越來越大,這就要求大面積地球化學(xué)勘查所獲得的數(shù)據(jù)能夠相互對(duì)比。中國(guó)自1979年開始“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”就開始研制地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)樣用于監(jiān)控分析批次和分析實(shí)驗(yàn)室之間的誤差,先后研制了12個(gè)具有72個(gè)元素含量值的水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣(GSS1-12)和6個(gè)巖石標(biāo)準(zhǔn)樣(GSR1-6)。這些標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)不同分析批次間偏倚的控制,對(duì)圖幅間、省際間分析偏倚的控制起到了至關(guān)重要的作用。使得中國(guó)獲得了全國(guó)可對(duì)比的數(shù)據(jù)。2.3泛濫成巖的地區(qū)選擇地球化學(xué)勘查從20世紀(jì)30年代誕生之日起,那些開創(chuàng)者使用很密的采樣點(diǎn)距,幾m或幾十m進(jìn)行采樣。他們擔(dān)心使用更稀的密度將會(huì)漏掉一些重要的信息。因此在這一階段勘查面積限定在幾km2,最多幾十km2里。因此勘查地球化學(xué)只能作為礦產(chǎn)勘查的附屬手段,用于局部礦點(diǎn)的評(píng)價(jià)工作,無法提供新的找礦線索。進(jìn)入50年代后期,地球化學(xué)勘查的面積在逐漸擴(kuò)大到幾百至幾千km2,勘查地球化學(xué)在礦產(chǎn)勘查中開始發(fā)揮越來越重要的作用。它不僅可以用于局部礦點(diǎn)評(píng)價(jià),而且還可以應(yīng)用于地區(qū)的選擇。從60年代末期開始,特別是進(jìn)入70年代許多區(qū)域和國(guó)家的地球化學(xué)填圖計(jì)劃開始進(jìn)行,采樣密度從1個(gè)樣/km2至1個(gè)樣/幾百km2,覆蓋面積從幾千至上百萬km2。這些巨大的面積及所提供的巨量信息是用高密度采樣所不可想象的。這些巨大的面積以及所提供的巨量信息為新的礦床發(fā)現(xiàn)作出了巨大貢獻(xiàn)。從1981年至1995年這15a期間,原地礦部門根據(jù)“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”在全國(guó)共發(fā)現(xiàn)42880個(gè)異常(表4)。這些異常為中國(guó)新礦的發(fā)現(xiàn)起到了巨大的作用。其中檢查的異常數(shù)12289個(gè),約占發(fā)現(xiàn)異?？倲?shù)的29%;驗(yàn)證異常數(shù)2314個(gè),約占發(fā)現(xiàn)異常總數(shù)的5.4%;見礦數(shù)1662,分別占發(fā)現(xiàn)異?？倲?shù)的3.9%,占檢查異常數(shù)的13.5%,占驗(yàn)證異常數(shù)的71.8%。從查證的異常數(shù)可以看出還有70%的異常沒有進(jìn)行查證,以后隨著異常查證工作的進(jìn)行,這一比例還會(huì)不斷提高。20世紀(jì)80年代開始醞釀的國(guó)際地球化學(xué)填圖計(jì)劃(InternationalGeochemicalMapping)及后續(xù)的全球地球化學(xué)填圖計(jì)劃(GlobalGeochemicalMapping)提出用160km×160km的網(wǎng)格,約5000個(gè)樣覆蓋全球。當(dāng)然這一計(jì)劃的主要目的并不是針對(duì)礦產(chǎn)勘查,但它所提供的信息卻可以為了解元素在地球表層的宏觀分布,有助于獲得對(duì)全球資源分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)。中國(guó)利用500個(gè)的泛濫平原沉積物覆蓋全國(guó)的采樣已可以發(fā)現(xiàn)一些這方面重要的信息。因此,隨著地球化學(xué)填圖從局部,到區(qū)域,到全國(guó),乃至到全球,將會(huì)為多層次礦產(chǎn)勘查與評(píng)價(jià)提供海量信息。3礦產(chǎn)礦研究與地球化學(xué)的挑戰(zhàn)3.1地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的獲取迄今為止人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了元素周期表上104種元素中的88種元素在地殼中的存在(其它為人工合成的)。但人類至今對(duì)這88種元素在地球表層各種介質(zhì)的基準(zhǔn)值還缺少了解,對(duì)它們?cè)谌虻姆植几侵跎?只知道少量元素在地球某一區(qū)域的分布),像比較系統(tǒng)的中國(guó)區(qū)域化探掃面計(jì)劃,也只分析了39種元素,覆蓋的面積也只有600萬km2。地球化學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)寐以求的理想是能夠做出這88種元素在全球分布的地球化學(xué)圖。這樣我們就會(huì)對(duì)人類所居住的行星表面元素地球化學(xué)分布有一個(gè)整體的了解,不僅可以對(duì)全球礦產(chǎn)資源的總量評(píng)價(jià)和分布規(guī)律提供直接信息,而且還會(huì)對(duì)我們?nèi)祟愃囈陨娴牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境、工業(yè)化進(jìn)程所造成的影響提供最直接的評(píng)價(jià)依據(jù)。地球化學(xué)填圖是多層次的,可以是全球性,全國(guó)性,區(qū)域性。中國(guó)的國(guó)家地球化學(xué)填圖計(jì)劃,也就是我們通常所說的“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”在1979年提出。由于該計(jì)劃采樣密度較大,1個(gè)樣/km2。因此該計(jì)劃主要用于區(qū)域地球化學(xué)編圖,要制作全國(guó)地球化學(xué)圖,必須將數(shù)據(jù)按一定網(wǎng)格取平均值作圖。到目前為止,該計(jì)劃已覆蓋了中國(guó)600多萬km2的國(guó)土面積,編制了39種元素約900幅1∶200000地球化學(xué)圖,并初步編制了1∶5000000和1∶10000000中國(guó)地球化學(xué)圖。這僅僅是2/3國(guó)土的地球化學(xué)圖,要完成全國(guó)地球化學(xué)圖還有很長(zhǎng)的路要走。國(guó)際地質(zhì)對(duì)比計(jì)劃IGCP259(InternationalGeochemicalMapping,國(guó)際地球化學(xué)填圖)和IGCP360(GlobalGeochemicalBaseline,全球地球化學(xué)基準(zhǔn))先后于1988和1993年開始啟動(dòng)。前一個(gè)計(jì)劃的目的是制訂國(guó)際地球化學(xué)填圖標(biāo)準(zhǔn)化的方法,以便獲得全球可對(duì)比的數(shù)據(jù);后一個(gè)計(jì)劃的目的是制訂用于全球地球化學(xué)填圖的超低密度采樣方法,制作元素周期表上除了惰性氣體元素和人工元素以外的所有天然元素在全球分布的地球化學(xué)圖。要獲得如此多元素全球可對(duì)比的數(shù)據(jù),有兩個(gè)技術(shù)性難題:一是采集什么樣品能夠具有代表性;二是對(duì)難分析元素分析方法的突破和標(biāo)準(zhǔn)樣的研制和分析質(zhì)量監(jiān)控。要獲得全球地球化學(xué)圖,首先就是要將地球打成格子,在每一格子系統(tǒng)采集有代表性樣品。采樣格子的大小取決于所要編制的地球化學(xué)圖詳細(xì)程度與時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的平衡考慮。如IGCP360計(jì)劃提出的目標(biāo)是用大約5000個(gè)采樣格(每個(gè)格子大約160km×160km=25600km2)覆蓋全球的陸地面積,每個(gè)采樣格中組合一個(gè)樣品分析71種元素。采集什么樣的樣品能代表這樣大一個(gè)采樣格子的面積,一直使該計(jì)劃曾引起較大的爭(zhēng)議。中國(guó)的“環(huán)境地球化學(xué)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)態(tài)地球化學(xué)填圖計(jì)劃”作為IGCP-360的試驗(yàn)性研究項(xiàng)目,發(fā)現(xiàn)泛濫平原沉積物樣品最能反映如此巨大面積元素的平均分布規(guī)律,并具有普遍的適用性。因此泛濫平原沉積物可以作為全球地球化學(xué)填圖的首選采樣介質(zhì)。如果有經(jīng)費(fèi)支持,可以在較短的時(shí)間內(nèi)覆蓋全球所有陸地。制作出全球地球化學(xué)圖,這樣的地球化學(xué)圖可以滿足我們對(duì)地球表面元素地球化學(xué)分布輪廓的粗略了解。另一難題是必須努力建立多儀器多方法分析系統(tǒng),所有元素分析檢出限必須降至其地殼豐度以下,用標(biāo)準(zhǔn)樣嚴(yán)格監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室間的偏倚,使數(shù)據(jù)可以全球?qū)Ρ?。由謝學(xué)錦院士所領(lǐng)導(dǎo)的正在進(jìn)行的地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目“我國(guó)西南76種元素編圖試點(diǎn)研究”已經(jīng)在這些難分析元素上取得突破,并且提出了一整套監(jiān)控方案。3.2深穿透地球化學(xué)出露區(qū)經(jīng)歷了人類肉眼上千年的找礦歷史和一個(gè)多世紀(jì)的系統(tǒng)地質(zhì)勘查,找到新的礦產(chǎn)地的可能性越來越小,尋找新的大型礦床的最大機(jī)遇是在隱伏區(qū)。國(guó)際勘查界,正在聚焦于占陸地面積一半的隱伏區(qū)礦產(chǎn)勘查。這是結(jié)束肉眼找礦時(shí)代,進(jìn)入獲取深部信息找礦時(shí)代所面臨的真正挑戰(zhàn)。中國(guó)的“區(qū)域化探全國(guó)掃面計(jì)劃”進(jìn)行了20a,已覆蓋了全國(guó)近600萬km2,但余下的近400萬km2大部分位于覆蓋區(qū),包括西北的干旱荒漠戈壁區(qū)和黃土覆蓋區(qū)、東北的森林沼澤區(qū)、東部的沖洪積物平原區(qū)、青藏高原的高寒草原區(qū)、南方熱帶的磚紅土地區(qū)。尤其是西部的覆蓋區(qū)中蘊(yùn)涵著重要的戰(zhàn)略性資源,如盆地中的地浸型砂巖鈾礦、石油等,盆地邊緣及青藏高原的大型金屬礦。但由于荒漠戈壁、黃土和高寒草原的廣泛分布以及工作條件的極為困難,大部分隱伏區(qū)過去被認(rèn)為區(qū)域化探掃面禁區(qū),即使少部分地區(qū)進(jìn)行了區(qū)域化探掃面工作,但由于覆蓋物的影響、技術(shù)條件不具備和獲取指標(biāo)的單一,難以滿足對(duì)整個(gè)中國(guó)西部資源潛力的全面了解。要解決在覆蓋區(qū)的地球化學(xué)調(diào)查與礦產(chǎn)評(píng)價(jià)問題,首先就必須發(fā)展能夠探測(cè)覆蓋層以下信息的地球化學(xué)調(diào)查新理論,發(fā)展一整套完善的從樣品采集、樣品處理、分析測(cè)試、質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、圖件制作的新方法,然后才能根據(jù)所圈定的地球化學(xué)塊體和巨量金屬聚集的理論對(duì)資源潛力作出直接的評(píng)價(jià)。針對(duì)這一世界性挑戰(zhàn),中國(guó)科學(xué)家提出了深穿透地球化學(xué)的概念,研制了深穿透地球化學(xué)方法[21,22,23,24,25,26,27,28,29]。所發(fā)展的深穿透地球化學(xué)理論與方法具有下列特點(diǎn):(1)可以用于大面積隱伏區(qū)的戰(zhàn)略性勘查;(2)方法具有廣譜性,可以適應(yīng)于不同景觀條件的隱伏區(qū);(3)可以提取活動(dòng)態(tài)金屬,這部分金屬都是可以被成礦流體所利用的,這就使得我們有可能從微觀精細(xì)的尺度認(rèn)識(shí)成礦過程和控制礦床形成規(guī)模的“基因”,架起成礦學(xué)與找礦學(xué)的橋梁。國(guó)際勘查地球化學(xué)家協(xié)會(huì)正在組織的由國(guó)際著名的26家礦業(yè)公司參加的“深穿透地球化學(xué)方法對(duì)比計(jì)劃”,目的就是為了完善各家的方法,為尋找隱伏大礦、巨礦服務(wù)。在以往的各類國(guó)際合作研究計(jì)劃中,還沒有見到如此多的礦業(yè)公司參加,這表明該方法的應(yīng)用性極強(qiáng),獲得礦業(yè)界的廣泛關(guān)注。通過在國(guó)家“攀登計(jì)劃”,國(guó)家“973”計(jì)劃和地質(zhì)大調(diào)查計(jì)劃的持續(xù)支持下,已經(jīng)取得了一系列重要進(jìn)展。發(fā)現(xiàn)戈壁沙漠覆蓋區(qū)深部含礦信息賦存于細(xì)粒級(jí)粘土,堿性蒸發(fā)障的可溶性鹽類和氧化障的鐵錳氧化物膜中;沖積平原區(qū)深部含礦信息主要賦存于可溶性鹽類、可溶性膠體、可溶性有機(jī)物中;高寒草原區(qū)深部含礦信息主要賦存于有機(jī)質(zhì)中。這些發(fā)現(xiàn)為深穿透地球化學(xué)信息的捕獲和提取以及我國(guó)大面積覆蓋區(qū)地球化學(xué)調(diào)查與填圖具有重要意義。在信息的捕集、提取和分析上取得一些重要進(jìn)展,發(fā)展了基于ICP-MS的活動(dòng)態(tài)多元素分析方法。超低密度深穿透地球化學(xué)方法可以有效地應(yīng)用于大面積覆蓋區(qū)地球化學(xué)調(diào)查與大型礦集區(qū)評(píng)價(jià),結(jié)束了覆蓋區(qū),特別是盆地不能進(jìn)行地球化學(xué)調(diào)查的歷史。通過在東天山進(jìn)行的15萬km2超低密度深穿透地球化學(xué)調(diào)查制作了30余種元素地球化學(xué)圖,填補(bǔ)了東天山大部分地區(qū)地球化學(xué)空白。新發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)景U,Cu,Au,W,Pt和Pd異常10幾處,其中首次在哈密盆地發(fā)現(xiàn)大規(guī)模、高強(qiáng)度鈾異常。盡管取得了很大的進(jìn)展,但還有一些理論問題和技術(shù)問題有待于解決,如元素在地表覆蓋物中三維地球化學(xué)分散模式,建立景觀演化、覆蓋物與含礦基巖之間的關(guān)系等。3.3成礦可利用金屬amof從20世紀(jì)80年代以來,尋找和區(qū)分巨型礦床,一直是礦產(chǎn)勘查的焦點(diǎn)。中國(guó)的最新研究表明,巨型礦床與一般礦床的主要,并可以量化的差別在于巨型礦床有著巨量的成礦物質(zhì)供應(yīng)。這種巨量的物質(zhì)供應(yīng)表現(xiàn)為地球上存在某種成礦元素含量特別富集的地球化學(xué)塊體。但這大量的成礦物質(zhì)中只有一部分呈活動(dòng)態(tài)易被各種流體攜帶的金屬才能逐步濃集成礦。一個(gè)礦床的形成取決于地質(zhì)體中成礦元素是否能被各種流體所淋取隨流體遷移于一定有利位置成礦。如果巖石中的全量再高但金在其中是呈穩(wěn)定態(tài)存在的,就不宜被流體帶出帶入而成礦;相反巖石中即使全量相對(duì)較低,但可被成礦利用的活動(dòng)態(tài)部分卻相對(duì)較高,也容易成礦。Seager和Meyer(1982)在對(duì)南非金礦的研究后指出:“只有硫化物和粒間金易被變質(zhì)熱液搬運(yùn)到附近的擴(kuò)容帶中成礦,禁錮在造巖礦物中的金對(duì)成礦幾乎無意義”。并非所有在地球化學(xué)塊體內(nèi)的金屬量都能在成礦過程中被利用,只有那些呈活躍形式,易被各種流體攜帶、搬運(yùn)的那部分金屬才能在成礦過程中起作用,從而我們提出了“成礦可利用金屬”(availablemetalsfororeformation,AMOF)的概念。易被成礦利用的金屬包括各種離子、絡(luò)合物、原子團(tuán)、膠體和超微細(xì)的亞微米至納米金屬顆粒。一個(gè)巨型礦床或一個(gè)大礦田的形成需要巨大的成礦物質(zhì)供應(yīng)作為基礎(chǔ),這種巨大的供應(yīng)在濃集成礦過程中勢(shì)必要留下巨大的軌跡,也就是在礦床或礦田周圍形成的高含量地球化學(xué)塊體?？辈榈厍蚧瘜W(xué)正是通過各種手段去發(fā)現(xiàn)成礦物質(zhì)這個(gè)基礎(chǔ)。測(cè)定這種呈活動(dòng)態(tài)的AMOF金屬在地球化學(xué)塊體中的含量,并追蹤其逐步富集的軌跡比測(cè)定金屬全量能更可靠的估計(jì)成礦金屬的供應(yīng)量從而能更可靠的預(yù)測(cè)大型,甚至巨型礦床。我們利用金屬活動(dòng)態(tài)提取技術(shù),包括水和各種弱的溶劑(模擬自然流體)去提取各種活動(dòng)態(tài)的金屬部分,就可以獲得可被成礦利用金屬所占其總含量的比例。例如我們對(duì)山東膠東金的地球化學(xué)塊體中巖石樣品的提取表明活動(dòng)態(tài)金一般占有30%～50%的比例,平均在40%左右(表5)。膠東地區(qū)與全國(guó)其它地區(qū)相比,金的異常規(guī)模并不算很大,但成礦可利用金屬量占的比例卻較高,所以形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值礦床儲(chǔ)量很大。需要指出的是不同元素,及同一元素在各個(gè)地區(qū)可被成礦利用金的含量是不一樣的。吐哈盆地砂巖型鈾礦活動(dòng)態(tài)鈾的比例在40%～60%左右。這正是我們利用這一特性評(píng)價(jià)異常成礦的可能性,及評(píng)價(jià)形成礦床規(guī)模的基礎(chǔ)。一個(gè)地區(qū)或一個(gè)礦種可被成礦過程所利用的成礦元素比例越大,其形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值礦床的規(guī)模就會(huì)越大。表6給出了根據(jù)成礦可利用金屬量(活動(dòng)態(tài)金屬)計(jì)算出能形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值礦床的潛在資源量的實(shí)例。這種定量評(píng)價(jià)方法還只是一個(gè)開端,還需要對(duì)不同礦種,不同類型,不同地區(qū)進(jìn)行成礦可利用金屬量的廣泛研究,才能建立評(píng)價(jià)礦床規(guī)模的定量地球化學(xué)方法。3.4難識(shí)別礦種、難識(shí)別礦種勘查地球化學(xué)的特點(diǎn)就是它借助于分析技術(shù),可以有效識(shí)別肉眼無法識(shí)別的礦床類型或礦種,過去在發(fā)現(xiàn)難識(shí)別礦種或難識(shí)別類型上取得了巨大成功。但現(xiàn)在依然有些新的難識(shí)別礦種或難識(shí)別類型礦床,有待于深入研究和找礦技術(shù)的突破,如砂巖型鈾礦、黑色巖系中鉑族元素礦床、稀有分散元素礦床和油田中伴生的金屬礦床等。(1)盆地中砂巖鈾礦的性質(zhì)過去對(duì)鈾礦的勘查主要是利用放射性方法。放射性方法在鈾礦找礦歷史中發(fā)揮了巨大作用,但放射性方法只適用于尋找出露礦或近地表礦,即使只有幾英尺土壤蓋層或巖石蓋層,該方法就無能為力?，F(xiàn)在世界各國(guó)都將找礦方向轉(zhuǎn)向盆地中砂巖型鈾礦。而盆地中砂巖型鈾礦都為隱伏礦,產(chǎn)于地表以下幾十m至幾百m深處。因此,發(fā)展能用于盆地砂巖鈾礦評(píng)價(jià)的地球化學(xué)方法是勘查地球化學(xué)面臨的重要挑戰(zhàn)。中國(guó)正在這方面取得重要進(jìn)展,利用深穿透地球化學(xué)方法的元素活動(dòng)態(tài)提取測(cè)量可以有效發(fā)現(xiàn)300m蓋層以下的鈾礦體,鈾鉬組合異常是砂巖型鈾礦的最顯著標(biāo)志(圖2)。(2)黑色巖系特征俄羅斯干谷PGE-Au礦床,德國(guó)—波蘭交界地帶Cu-Au-PGE礦床,加拿大