深穿透化探方法及在礦產勘查中的應用

吳能杰

（湖南省地質礦產勘查開發局四一四隊，湖南 益陽 413000）

礦產資源是支撐社會發展的重要物質基礎，化探技術在礦產勘查中應用較為普遍，尤其是在隱伏礦床勘查優勢相對突出。深穿透化探方法，主要是通過研究成礦或是伴生元素由深部隱伏礦向地表的遷移機理與分散模式、含礦信息在地表存在形式與富集規律，通信息提取、分析與成果解釋，獲得準確的勘查結果。本文主要圍繞深穿透化探方法及在礦產勘查中的應用展開分析。

1 深穿透化探技術的提出

礦產地球化學勘查（化探）是基于系統地測定天然物質的一種或數種化學性質的礦產勘查方法。以次生介質為采樣對象的常規化探能否成功應用的關鍵是識別這些介質并選擇恰當的工作方法，而深穿透地球化學則是如何準確提取土壤中來自深部的弱礦化信息。20世紀90年代初，隨著澳大利亞MMI測量技術和美國土壤酶提取在產業界推出并不斷應用于礦產勘查，科學界才引起重視。1998年，由E.M.Cam-eron 牽頭，聯合各國勘查地球化學界啟動了一項“深穿透地球化學”計劃（CAMIRO deep-penetrating geochemistry）。該計劃由加拿大礦業研究會（CAMIRO）發起，26個礦業和分析公司聯合資助，目的是評價不同覆蓋物中這種上置后生異常可信度和各種方法的可靠性。該計劃共進行了兩個階段，成果已陸續發表。結論是在各種覆蓋條件下，隱伏礦上方存在上置后生地球化學異常。

2 深穿透化探技術原理及在礦產勘查中的應用

2.1 深穿透化探技術原理

土被覆蓋給礦產勘查帶來極大的挑戰，但土壤能夠儲存來自深部的礦化信息，為深穿透技術開發提供了物質基礎，也給運積物覆蓋區隱伏礦勘查帶來了希望。深穿透化探技術在實際應用中，其前提的應用條件是待測元素，目前已遷移至沉積層表面，土層內含有這些元素離子。礦產元素遷移過程中，主要包括元素活化、沉淀、搬運三個過程。在此過程中，位于礦脈中的金屬物質會對外逐漸釋放出金屬離子，并在礦導體作用下向上遷移，此時土壤中酸堿度逐漸降低，借助儀器對具體參數信息展開分析，由此獲得可靠的數據分析結果。

2.2 深穿透化探方法在礦產勘查中的應用

目前，深穿透地球化學技術分為兩種，即提取“游離態”金屬組分的氣體測量（地氣法）和提取被吸土壤礦物顆粒吸持組分的組分的活動態金屬測量。

2.2.1 地氣法

地氣法是指通過各種技術手段捕集、分析測試覆蓋層中由地氣流帶來的納米金屬微粒，并用來尋找隱伏礦的一種化探方法，地氣流遷移模型如下圖1所示。由于土壤中同生“氣態”金屬含量很少，與其他深穿透技術相比，地氣法優點是本底低，背景干擾少，襯值高。

圖1 地氣流遷移模型

進入21世紀，隨著液態捕集介質和ICP-MS的使用，我國主動法地氣觀測技術獲得真正的突破。液體捕集劑由于空白可控，無需處理即可直接采用ICP－MS測定，大大提高了觀測精度和準確度，使得壤中地氣現象的存在得到確認。通過在金礦、多金屬礦、鉬礦、鎳礦、鉻鐵礦等隱伏礦床方面的找礦實踐，地氣方法積累了大量數據，取得了一些成功經驗。通過多年研究和應用，發現各種運積物覆蓋條件下，不同類型礦床地氣異常元素組合基本類似，主要為Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Sb、Bi、Ag、Au等指示元素，其中成礦元素Cu、Pb、Zn、Ni等親銅元素含量最高，其他伴生元素等含量較低。

2.2.2 活動態金屬提取法

（1）活動金屬離子提取（MMI）：土壤活動金屬離子（MMI，mobile metal ions） 測量技術由A.W.Mann等通過13個研究案例提出，并進行了理論探索和方法完善。他們對“活動態金屬離子”定義是指在風化帶中向上遷移、剛被土壤顆粒表面吸持的活動金屬離子。MMI提取思路明顯不同于通常意義上的偏提取技術（如離子態、交換態、碳酸鹽、有機質和鐵錳氧化物結合態等地球化學相態），它借鑒農業上土壤有效態分析的思路，采用特殊的混合提取劑配方（商業秘密），針對不同元素、礦種、景觀，采用不同配方，主要提取被土壤顆粒表面吸持的來自深部的微弱礦化信息，而少破壞土壤礦物本身的同生組分。如下圖2所示為MMI 活動態金屬離子測量與常規土壤化探樣品襯度對比平面圖。

圖2 MMI方法與常規土壤化探樣襯度對比平面圖

但近年來，隨著MMI技術大量應用，也發現了不少問題，特別是澳大利亞MMI初創公司WamtechPty．Ltd．被SGS公司收購后，MMI技術發明人A．W．Mann不再應用MMI技術找礦，而是用來解決農業和考古問題，C.Reimann，AMann等則應用MMI分析結果研究歐洲土壤和農業問題，說明MMI提取的不是MMI公司早先聲稱的來自深部礦化信息，而是多來源（土壤風化和水、大氣等輸入），因此技術失去特效性，結果解釋復雜化，MMI技術需要重新認識。

（2）酶提取：酶提取技術由J．R．Clark稍早于MMI提出，主要采用生物酶提取來自深部、被錳氧化物結合的后生金屬元素。目前，酶提取方法由國際著名商業實驗室ACTLABS掌控并被應用于商業勘查和科學研究。該技術商業化運作也比較成功，他們聲稱該方法不僅成功用于冰磧物覆蓋區、干旱景觀區、喀斯特景觀區、強風化紅壤景觀區勘查金、塊狀硫化物、密西西比鉛鋅等金屬礦床的礦產勘查，而且還用于石油勘查，但由于只提取錳氧化物，限制了其應用范圍，因此，其影響遠不及MMI技術。

（3）地電化學提取：地電化學方法是用電來提取土壤中活動組分。早在20世紀60年代就由前蘇聯列寧格勒大學Ю．雷斯等推出，稱之為“部分提取金屬法”（CHIM），并在勘查找礦中進行了應用。我國最早開展地電化學找礦方法是南京地質學校的費錫銓。與此同時，桂林地質學院羅先熔等和地質礦產部物探所劉吉敏、劉占元等在全國各地不同的厚層覆蓋區，不同類型礦床上開展了地電化學找礦的系列研究，取得了較好找礦效果。近年來，一些研究者在裝置和方法上進行了一些改進，將無窮遠極供電方式改為作用區域供電方式，并采用直流低壓（9V干電池）作為提取電場，大大提高了方法的實用性和效率，觀測精度也得到極大提高。

（4）其他提取方法：我國于20世紀90年代末開展土壤活動態提取方法實驗。提取方案一般采用趙俊田20世紀80年代總結的方法，即水溶態（去離子水）、黏土吸附態或交換態（弱酸、弱堿鹽，如5%檸檬酸銨溶液）、碳酸鹽結合態（酸性條件醋酸鹽）、有機質絡合態（0．1molNaOH+0．1molNa4P2O7·H2O溶液，pH=13）、鐵錳氧化物等結合態（0．3mol檸檬酸銨+0．1mol鹽酸羥氨，pH=7）。一些學者對提取和分析方法進行研究，主要是提取及分離條件、試劑本底控制和測試儀器條件等方面進行優化。

在應用活動態測量勘查礦產方面，一般根據礦種和景觀特征選擇提取步驟，開展方法有效性試驗，目前應用主要集中在金礦和鈾礦上。與其他礦種相比，活動態測量在鈾礦勘查方面應用實例更多，但多集中在盆地砂巖鈾礦上，如下圖3所示為砂巖型鈾礦鈾遷移模型。提取方法主要針對水溶態、黏土交換態和有機結合態，分析元素除成礦元素U外，還包括其他伴生元素Mo、V、Se等。近年來，核工業系統學者將活動態測量稱之為分量化探，提取劑配方申請了專利，初步應用效果良好。

圖3 砂巖型鈾礦鈾遷移模型

3 結語

綜上所述，在礦產勘查中深穿透化探方法的應用較為廣泛，且效果良好。金屬活動態測量、分量化探法、地氣法、地電法等深穿透化探方法，各有特點，適用于不同環境，礦產勘查實際工作較為復雜，單純采用一種方法可能無法準確確定礦體位置，一般需采用多種方法勘測，合理選擇穿透化探方法，方可有效圈定異常，提高勘查效率與準確性。