深穿透技术方法简介以周庵为例1

深穿透技术方法简介

鉴于寻找隐伏矿床的迫切需要，深穿透地球化学勘查方法应运而生。深穿透地球化学被定义为探测深部隐伏矿所发出的直接找矿信息的勘查地球化学方法技术（王学求，1998）。

深穿透地球化学是E.M.Cameron与谢学锦院士于1997年在第16届国际化探大会期间谈话时提出的，两人当时正在讨论一些能够有效的探索数百米以下隐伏矿的新方法。自上世纪80年代开始，勘查地球化学家们开始关注能够有效探索数百米以下隐伏矿床的方法研究。特别是1990年以后，大量等离子体质谱仪进入地质样品分析领域，实现了地质样品多种痕量元素同时测定，一些痕量或超痕量元素无须通过繁琐的预富集过程即可测定，同时分析测试的检出限大大降低，分析领域的这些进展为选择性提取技术的发展提供了重要的技术支撑。一些新的勘查地球化学方法开始出现，并且在覆盖区矿产勘查方面逐渐取得了突破性的进展，这些方法主要有：瑞典的Kristiansson与Malmqvist（1984）提出的地气(geogas)方法，美国的Clarke 等人(1990)提出的酶提取方法，前苏联的地电地球化学方法(CHIM)(Shmakin, 1985; Ryss et al., 1990)和元素有机态方法(MPF)(Antropova et al., 1992)，澳大利亚的Mann (1995)等人提出的活动金属离子方法（MMI），以及中国地球化学专家提出的金属活动态方法（MEMEO）(王学求，1998)。

地气法（geogas）

地气的概念是于1982年由瑞典Kristiansson 和Malmqvist (1982)提出。王学求（1999）初次提出地气流迁移假说，他认为，地下深部存在上升的地气流，当气体流通过矿体时，成矿元素及其伴生元素的活动态部分（离子、纳米级颗粒、超微细亚微米颗粒、胶体等）会被带到地表，在地表遇到地球化学障（各种次生可溶性盐类、氧化物、粘土、胶体物质或有机物等）时，地气流携带的金属元素将被卸载（图1）。王学求提出地气流的来源可能有4种：地幔排气、矿体风化产生的气体、与大气有关的气体和当地土壤产生的气体。地气采样选用的滤膜孔径为0.4μm，但考虑到孔径的不均匀性，最大可达1μm，所以只有直径小于1μm的颗粒才能通过滤膜。采样介质选用液体吸附剂或聚氨酯泡沫塑料并加上特殊的负载。

图1 地气流迁移异常模型（引自王学求，2005）

金属活动态法（MEMOG）

地表疏松介质中存在着能够反应深部矿化信息的活动态元素叠加含量，基于这样的事实，王学求等人（1996）研制了元素活动态的特殊提取方法。不同于以往的偏提取是针对载体的提取，元素活动态提取方法提取的是载体中呈活动态形式存在的元素。该方法的基本思想是：金属矿床及其围岩中，与成矿相关的超微细金属、金属离子或化合物相应增多，并在某种营力（地下水、地气流、电场、浓度梯度、蒸发作用等）的作用下迁移至地表，到达地表后的金属、金属离子或化合物会被地球化学障（可溶性盐类、粘土、胶体、有机质、氧化物等）所捕获，在原介质元素含量基础上形成活动态元素叠加含量，用合适的提取剂提取活动态叠加元素，从而达到寻找隐伏矿床的目的。王学求、姚文生等人（2011）针对不同矿种发明了贵金属（MML-Au）、铀（MML-U）、贱金属（MML-Cu）专用提取剂，并分别在新疆金窝子Au矿床、内蒙古鄂尔多斯砂岩型U矿及河南周庵

Cu-Ni矿床开展了一系列应用试验，取得了较为理想的异常效果。

周庵矿区实验效果（姚文生，2011）：

通过在该矿区的应用实验研究工作，获得以下认识：

（1）在周庵实验区土壤中，元素活动态有明显在地表（0-20cm 深）富集的趋势，这与地表有机质较高从而形成元素活动态的地球化学障有关。

（2）不同粒级的全量与活动态测量结果表明，元素活动态具有在细粒级中富集的趋势，但全量分析结果，不同粒级间的差别较小。该区的活动态测量需将样品的物理分离技术与活动态化学提取技术相结合，以提高元素活动态的提取率及应用效果。

（3）应用实验在已知矿床与围岩接触带上方土壤中探测到了较明显与深部矿体有关元素的元素活动态组合异常，还在未知区发现了具有相似元素组合的

元素活动态异常。活动态分析方法在该区深部矿勘查中具有良好发展前景。

周庵隐伏铜镍矿异常形成机理（王学求，2012）

河南南阳周庵400～700ｍ深隐伏铜镍矿开展深穿透地球化学试验中，使用微粒分离和活动态提取，在含矿隐伏岩体与围岩接触带获得清晰的环状异常，与矿体分布相对应（图2）。这种环状异常可以用图3所示迁移模型进行解释。（１）矿体环绕岩体与地层的接触带分布；（２）地气流在岩体与围岩接触带部位具有最大的气体通量，气体携带矿石中纳米铜微粒垂直向地表迁移，到达地表后一部分纳米颗粒仍然滞留在气体里，另一部分被土壤地球化学障所捕获形成环状异常。

图2　河南南阳周庵隐伏铜镍矿环状异常

图3　河南南阳周庵隐伏铜镍矿深穿透地球化学迁移模型

周庵隐伏铜镍矿床纳米铜存在形式与成因（叶荣，2012）

在铜镍矿床覆盖层土壤颗粒中和其下伏原生矿石中同时采集到金属纳米颗粒，颗粒在其粒径大小、形貌、连接和簇聚形式、微粒元素组合等性质上相似，表明两者为同成因物质，是内生成矿作用元素存在形式，土壤颗粒中金属纳米颗粒来自深部矿体。此研究结果在实用意义上，可为以土壤作为采样介质的深穿透地球化学勘查探测覆盖区隐伏矿方法提供理论依据。纳米微粒是内生成矿作用成矿元素稳定存在形式，具有穿越地质时空性质，可作为地球化学的示踪微粒。微粒从深部到达地表并被土壤地球化学障吸附滞留。因此以土壤作为采样介质的地球化学勘查方法可用于识别覆盖区隐伏矿。