鎖定紅河州背后

起初，人們不太相信在云南能找到中重稀土礦。

自1969年我國在江西龍南足洞首次發現離子吸附型稀土礦以來，對于中重稀土礦的勘查再沒有大的突破性發現。相比輕稀土，中重稀土礦床的稀土元素大多以離子形式吸附在風化殼的黏土礦物上，無法通過肉眼識別巖體或蝕變現象，找礦難度較大。

地質學界普遍認為，某一礦種的富集與其所處地質單元的演化密切相關。足洞處于我國華南地質構造域上，與其相距1400多公里的云南則處于特提斯構造域上，這種構造單元通常是尋找銅礦的重點目標，很難將其與稀土礦聯系起來。

中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所首席科學家王學求及其團隊是如何鎖定紅河州、“透視”隱伏地下的稀土礦藏的呢？

繪制“尋寶圖”

很多地質人，終其一生可能都無法找到大礦。一個大礦的發現，往往是實力與運氣碰撞的結果。云南中重稀土礦的發現，用王學求的話來說，亦是如此。

王學求找到“紅河州”，并不是某次盲探的偶然成功。在960多萬平方公里的大地上尋找中重稀土礦，猶如在大海里撈針。之所以能夠鎖定紅河州不到100平方公里的地域，這首先得益于一張“尋寶圖”。

這張圖是包含76個元素的地球化學基準圖，可以拆分為76張，每一種元素都有對應的一張圖。有了這張圖，該元素在中國大地上的分布情況一目了然。除具有放射性的钷，稀土的16個元素也囊括其中。紅色越深的地方，代表某種元素的富集程度越高；藍色越深的地方，則代表某種元素的富集程度越低。

“這是人類歷史上第一張具有16個稀土元素的、全國性的地球化學基準圖。”王學求告訴《中國報道》記者。

把元素周期表繪制在地球上的靈感可以追溯至20世紀。1973年，兩位英國學者出版了世界第一幅地球化學圖——北愛爾蘭地球化學圖集，但真正將其發揚光大，并使地球化學填圖技術成為找礦“顯學”的則是中國。

20世紀70年代中期，我國勘查地球化學事業的奠基人謝學錦意識到，中國絕大部分地區，尤其是東部地區，根據地表可見的礦化跡象找礦的時代已經結束，一個地球化學方法大發展的時代即將到來，這一方法對尋找隱伏地下的各類礦床有“奇效”。他果斷終止了之前堅持多年的研究方向，著手區域地球化學找礦和填圖理論與方法的研究。

1978年，謝學錦提出“區域化探全國掃面計劃”（簡稱“掃面計劃”）。該計劃覆蓋全國近600萬平方公里，分析39種化學元素的全國分布圖譜。全國地礦系統不計其數的工作者參與其中，集中投入的時間長達20年。此后中國許多新礦床的發現，大都是該計劃提供的線索。

但當時掃面計劃的調查區域主要是基巖出露區，缺乏對植被土壤覆蓋區的調查，同時受檢測技術限制，稀土等化學元素并不包含在內。于是，王學求心中便種下了一顆新種子——繪制一張覆蓋更多化學元素、向地殼更深部探索、使用更高精度檢測方法的地球化學圖。

隨著高精度檢測儀器的廣泛應用、稀土檢測的技術趨于成熟以及聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際中心落戶中國，開始新一輪地球化學填圖的時機逐漸成熟。2008年，王學求團隊通過“深部探測技術與實驗研究”專項所屬項目“全國地球化學基準值建立與綜合研究”，著手繪制81項指標（含76個化學元素）的地球化學基準圖。

“從采樣到數據分析都要做到精準，投入這么多人力、物力、財力，每一步都要經過科學驗證。”王學求說。

填圖的第一步是在中國大地上打網格。地球化學基準圖中的顏色之所以能呈現均勻過渡，是12000多件巖石和3800個水系沉積物樣品數據的細密堆疊。王學求將中國廣袤的土地分成數千個80公里×80公里的網格，采樣面積較掃面計劃大大拓展，從此前的600多萬平方公里擴大至900多萬平方公里，從出露區擴展到覆蓋區。

每個網格內需有兩個匯水域（山勢的低洼處或河流下游）采樣點。之所以選擇匯水域作為采樣點，是因為這里的沉積物最具有代表性，上游巖石所含的化學元素通過地表水的搬運沉積于此，既能代表整個流域的元素平均值，又能有效反映整個流域人為輸入導致的環境變化。此外，每個點位都要同時采集表層樣品（0—25厘米深）和深層樣品（100厘米以下），表層樣品用于反映人類活動的影響，深層樣品用于代表自然地質背景。此前掃面計劃多采集表層沉積物，反映三維世界化學元素的變化。為了解密水系沉積物元素來源，同時每個網格采集了13件巖石樣品，全國共采集12999件巖石樣品。此次的全國地球化學基準圖則向更深處挖掘，將時間維度加入其中，勾勒該點位的地質歷史，形成化學元素的四維宇宙。

檢出樣本中的億萬分之一

冰川水流過的青藏高原、黃河奔騰而過的幾字彎、長江泥沙淤積形成的沖積平原……當一袋袋水系沉積物從天南海北運回實驗室后，繪制“尋寶圖”的新一輪接力開始。

實驗室是這場接力賽承上啟下的一棒，他們的數據是否精確、穩定，關乎“尋寶圖”的線索是否明晰。76種化學元素，性質不同，分析方法也不同。

“1克土壤中可能只含有百萬分之一的某種重稀土元素，甚至會低至十億分之一，分析難度就像讓你在億萬人中尋找特定的一個人。”中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所實驗測試中心主任白金峰告訴《中國報道》記者，繪制地球化學基準圖對化學分析方法檢出限的要求極其高——要求（分析）方法檢出限全部低于地殼克拉克值。也就是說，原本某種元素在地殼的平均含量可能是幾千萬分之一，而實驗室需要將檢測方法的精度提升至幾億分之一。

為此，白金峰和實驗室成員探究出10余種檢測方法，來檢驗不同種類和性質的化學元素。一袋近2千克的沉積物樣品被送入實驗室后，1千克作為副本保存，另1千克需先打磨至負200目的（74微末），再縮分為數份15克—90克不等的樣品，送入不同的檢驗方法流水線。

稀土元素的檢測，需要實驗人員先稱量出0.2500克的樣品，一點兒不能多，一點兒不能少，隨后經過樣品溶解后，用電感耦合等離子體質譜儀測定樣品中16個稀土元素的含量。對于稀土含量過低無法檢出的樣本，實驗人員還需要將樣本進行手動分離和富集后重新測量。這一過程可能比前線采樣需要更多的耐心和專注力。

“目前，世界上很多國家都掌握了分析稀土含量的方法，但只有中國能夠做出這張圖，強大的實驗室及研究人員隊伍是我們的核心競爭力之一。”王學求告訴記者。

在做實驗的過程中，儀器狀態、人為操作誤差，都有可能影響數據的準確性。為了盡量減少數據誤差，他們在每50份樣品中還會插入6—8份標準樣，這些標準樣就像一桿“秤”，用來衡量檢測是否準確。其中，4份標準樣的標準值公開，用來內部控制。實驗人員拿到的只有標著諸如“12342343”一串數字的50份樣品，這堆“盲盒”樣本中，哪些是標準樣，只有前端負責分發樣本及后端錄入數據的工作人員知曉。如果實驗人員對標準樣的檢測結果與標準樣規定數值差距過大，就說明該批樣品的檢測存在問題。

此外，為控制檢測的合格率，還會插入2—4份標準值不公開的密碼樣，檢測結果送外部專家組解密分析，評價檢測質量。與此同時，還會抽取5%的樣品進行重復檢測，以檢驗不同人、不同時間檢測結果是否一致。

這些嚴謹甚至說是嚴苛的控制手段，均服務于數據的精準性和靈敏度。王學求在曾發表的論文中這樣寫道：這些測試指標體現了目前世界上最先進水平和最嚴格的要求。

最終，海量的數據匯入中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所為地球化學填圖專門研發的軟件，進而生成一張全國地球化學基準圖。有了這張圖，勘探人員便可以“按圖索驥”，圈定某種元素的異常區域作為找礦的線索。

鎖定紅河州

2014年，當稀土元素的地球化學基準圖繪制出來后，果然有意外之喜，在我國滇南等地區，發現了此前從未報告過的9處稀土超常富集區。

而王學求的目標，是尋找勘探難度更大、儲量更稀少的中重稀土礦。“哪些超常富集區是有可能存在中重稀土的？”2016年起，這個問題便始終盤旋在他的腦海中。

“分別驗證9處超常富集區不具備可執行性，如果要找，就需要思考好，要有充分的證據。如果找錯了地方，人力和財力都會白白浪費。”王學求說。

那時，王學求沒事兒便盯著《中國稀土元素地球化學基準圖》《中國輕稀土元素地球化學基準圖》《中國重稀土元素地球化學基準圖》琢磨，他相信總有一天會想明白。終于，在2018年底的一天，他通過大量的數據驗證逐漸確認——中重稀土礦的識別，可以通過輕、重稀土的比值確定。

根據王學求的計算，輕稀土礦周圍水系沉積物或風化物土壤中輕、重稀土地球化學基線比值大于5， 如內蒙古白云鄂博和四川牦牛坪碳酸巖—堿性巖超大型輕稀土礦異常中，輕稀土與重稀土的比值分別為5.8和6.7， 而華南富含重稀土的離子吸附型稀土礦的比值為3.5。新發現的云南紅河州異常區域的比值為3.2，與華南異常輕、重稀土比值相近。

這個想法的出現并非靈光乍現，王學求此前曾為了研究巖石的地質背景，通過測定其中鑭和鐿的比值，確定巖石究竟來自地殼重熔還是地幔。“你做任何事情都有知識背景在里面。某些理論的突破，可能就是在試驗各種方法時發生的。”王學求說。

篤定這一想法后，2019年，在中國地質科學院地質調查計劃支持下，王學求及團隊選定了云南紅河州約1萬平方千米作為靶區，展開1∶25萬地球化學調查，將這片土地劃分為600多個邊長4千米的方格進行采樣，圈定6處稀土異常中心，隨后對3處重要異常開展1∶5萬地球化學調查，將異常核心區聚焦于100平方千米范圍內，按照500米×500米網格布置采樣點位，局部交通困難地區適當放稀。

3年時間，找礦靶區的“包圍圈”一步步在縮小。直至2021年6月的一個下午，王學求帶領團隊成員在進行風化殼剖面查證時，發現了第一個中重稀土礦床點位。這個點位是在一條不到3米寬的路邊斜坡，斜坡背后的山形類似饅頭，與江西發現稀土礦的地貌類似。王學求直覺性地認為，這個點位值得一試，于是在該剖面采集了數件風化殼樣品。當天晚上，王學求和團隊成員將樣品進行滴定時，牛奶狀沉淀出現，在場所有人都激動不已。

“云南的海拔高，地形切割較深，地表出露的變質巖較多，不像江西花崗巖出露較多，地形以低山丘陵為主，有利于稀土礦體的保存。所以一開始，大家都對在云南找稀土礦半信半疑，這個點位的發現，無疑增加了大家找礦的信心。”中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所正高級工程師、云南紅河稀土礦現場負責人周建回憶道，幾個月后，實驗室傳來捷報，該點位樣品的中重稀土含量達到工業開采品位。

雖然找到了礦，但王學求決定繼續扎根在紅河州，探明這里真正的中重稀土礦藏儲量，搞清在云南發現中重稀土礦的成礦原理，彌補此前找礦的遺憾，將一個完整、清楚的大礦交給國家。