深穿透地球化学迁移机理与方法技术新进展
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E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心
1979年：Smee的模型 年 的模型
Diffusion through 5 m of clay would take ~250 y for H+ and ~5000 y for ½Zn 2+ Provides access to O2-rich GW to promote dissolution of sulphide
E-mail:jinrongt@
中国地质调查局发展研究中心
80年代早中期：Smee和Govett的模型 年代早中期： 年代早中期 和 的模型
实质:与矿化有关的物 质（元素或离子）先 通过矿体自身产生的 自然电场上向迁移， 在矿体上向形成离子 富集带，再由富集带 与地表之间产生的离 子浓度差，通过化学扩散模式向上迁移， 在地表形成异常。所 以，该模式只能用来 解释浅覆盖区形成的 异常，并不适用于厚 覆盖区。
覆盖物形 成年代
中新世 中新世 中新世 中新世 中新世
Cu:400Mt,0.1% 400Mt,0.54%Cu 325Mt,1.0%Cu 150Mt,0.25%Cu, 0.71g/tAu － － － － 1.38Mt，1.6%Cu ，
Mansa 斑岩铜矿 Mina Tamarugal 假异常 美国Nevada 美国 Mike 加拿大Abitibi 加拿大 Cross lake line 6 Cross lake line 40 Marsh Zone Tillex VMS VMS VMS 金矿 铜矿 Cu-Au
E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心
“深穿透地球化学 国际合作项目 深穿透地球化学”国际合作项目 深穿透地球化学
大部分研究报告已在国际勘查 地球化学协会的网站上公布： http://www.appliedgeochemis / Cameron et al. GEEA, 2004, Part 1 “Finding deeply buried deposits using geochemistry”
√ √ √ √
Marsh Zone Tillex
E-mail:jinrongt@
中国地质调查局发展研究中心
景观环境与矿产勘查合作研究中心 （CRC LEME） ）
A.J. Fabris等对南澳洲库纳摩纳 省近10年来，覆盖区化探找矿方法的 成功与失败进行了总结，实验区的基 本特征： Kalkaroo矿区 矿区：Cu-Au主矿化位 矿区 于110m深的变泥质岩和砂栖泥质岩 中。矿区被40-60m的运积物覆盖； Polygonum矿区 矿区：4种不同类型 矿区 的矿化产于不同的层位，均被150m 厚的运积所覆盖； Portia矿区：Cu-Au-Mo矿化产于 矿区： 矿区 薄层含碳质的变质沉积岩中。上伏残 积层厚度在90m以上，往上依次被第 三纪、第四纪沉积物。
E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心
一、深穿透地球化学的研究现状
“深穿透地球化学”（Deep Penetrating Geochemistry） 深穿透地球化学 （ 国际合作项目，1997～2001年，由加拿大矿业研究组织 （CAMIRO）出资，E. M. Cameron主持，参加单位有： 加拿大地质调查局、中国地质科学院物化探研究所及全球 26家矿业公司和分析公司。主要目的是：了解深部矿体或 矿化在地表形成地球化学异常的过程或作用，并对不同技 术方法进行比较； 安大略矿产勘查技术计划（ ），2001-2004 安大略矿产勘查技术计划（OMET project）， ）， 年，项目组成员同上，劳伦森大学矿产勘查中心。 澳大利亚景观环境与矿产勘查合作研究中心 景观环境与矿产勘查合作研究中心（CRC 澳大利亚景观环境与矿产勘查合作研究中心 LEME），矿床预测发现合作研究中心（pmd CRC）长期 致力于覆盖区矿产勘查技术的开发和研究，进行大量的实 验和试点研究，研制出多种技术方法。 矿业公司、商业性实验室和部分大学均在开展相关研究。 矿业公司、商业性实验室和部分大学 。
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E-mail:jinrongt@163
中国地质调查局发展研究中心
研究区 智利 Spence Gaby Sur Mansa Mina Tamarugal 美国Nevada Mike 加拿大Abitibi Cross line 6 Cross line 40
壤中气： 土壤： 地 壤中气： 土壤： 下 CO2,O 稳定同 位素 水 2
E-mail:jinrongt@
中国地质调查局发展研究中心
70年代初期：Govett 等的模型 年代初期： 年代初期
G.J.S. Govett等（1973，1976）认为，当隐伏的硫化物金属矿体与地下水接触 时，由于各部位所处的环境条件有差异，特别是氧化还原条件不同，会发生氧 化-还原作用。
二、元素垂向迁移理论研究新进展
现已提出的元素垂向迁移的可能机理有： 1. 离子扩散作用； 2. 毛细管作用； 3. 蒸发作用； 4. 地下水对流或循环； 5. 植物根系吸收； 6. 微生物活动 7. 气体搬运(包括以地球气为主的多营力接力模 型)； 8. 自然电位场(电化学模型、还原囱模型、雷暴 电化学模型、 电化学模型 还原囱模型、 电池)； 电池 9. 膨胀性泵压作用(气压泵、地震泵 气压泵、 气压泵 地震泵) 10. 水位的起伏(包括陆上“潮汐泵”) 陆上“ 陆上 潮汐泵”
E-mail:jinrongt@
中国地质调查局发展研究中心
研究区
智利 Spence Gaby Sur
矿床类 型
斑岩铜矿 斑岩铜矿
成矿时 代
古新世 渐新世 渐新世 早第三纪
储量、 储量、品位
覆盖物类 型
山麓砾石 山麓砾石 山麓砾石 山麓砾石 卡林型
覆盖层厚 度（m） ）
3－180 － 20－40 － 50->300 300 150-250
深穿透地球化学迁移机理与方法技 术新进展
汇报人：唐金荣 中国地质调查局发展研究中心
汇报提纲
1 2 3 4
深穿透地球化学的研究现状 元素垂向迁移理论研究新进展 选择性提取技术中关键问题探讨 几点认识
E-mail:jinrongt@
中国地质调查局发展研究中心
掩伏区地球化学勘查技术演化
Gwendy E.M. Hall，Geological Survey of Canada, Ottawa，22 IGES ， ，
E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心
可能成功的技术方法
方 法 4酸提取 酸提取 Kalkaroo矿区 矿区 ×(Placer公司) ？Ag,As,Mo,W(MIM公司) × Polygouum矿区 矿区 √rch; Broken Hill type （BHT）型矿化上 方的Cu,Zn,As,Co,Ni,Mn √rch; BHT矿化上方的Ag,Cd（BHP） √rch; BHT矿化上方的 Cu,Zn,As,Co,Mn,Ni（BHP） √nc; McArthur River型矿化上方 Ag,Cd（Platsearch） √rch; BHT矿化上方的Ag,Cd,Zn √rch; McArthur River型矿化上方的Ag-CdZn Portia矿区 矿区
去离子水 √ √ √
酶提 MMIA 取 √ √ √ √ √
醋酸 铵 √ √
羟胺 √ √ √
王水 √ √ √
WEM AEM OBM FMM √ √ √ √ √ห้องสมุดไป่ตู้√ √ √ √ √ √ √
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E-mail:jinrongt@
中国地质调查局发展研究中心
1998年：Hamilton的“还原囱”模型 年 的 还原囱”
氧化还原活性离子穿过覆盖层的运移，是沿着氧 化还原梯度发生的，而不是靠硫化物－偶极－感 应电场发生的。 在掩伏区，基岩处于还原状态，地下水面以上则 处于氧化状态。在被地下水浸透的覆盖层中，从 基岩顶部到地下水面之间，通过氧化剂的消耗会 产生还原环境。而在基岩中硫化物矿体的顶部与 接近地表的地下水面（这里是O2的进口）之间， 氧化还原条件是有差异的，从而产生了垂向的电 化学梯度。 沿此梯度，还原的和氧化的活性物质会相对运移， 彼此发生氧化还原反应。在此过程中，地下水带 内有限的氧化剂会先被耗尽，同时，还原性物质 （如HS－、Fe2＋等）也有消耗，导致它们从矿 体顶部继续向外和向上弥散（图1）。 O2从地下水面补进，反应继续进行，还原性物 质继续弥散，还原锋面向上推进，直到潜水面处 才会中止，形成一个还原柱。
太古代 太古代 太古代 太古代 太古代
粘土 粘土和砂 粘土
30 52 12-15
第四纪 第四纪 第四纪 第四纪 第四纪
粘土和泥炭 10-27 粘土和泥炭 30
研究区 智利 Spence Gaby Sur Mansa Mina Tamarugal Nevada 美国Nevada Mike 加 拿 大 Abitibi Cross lake line 6 Cross Lake line 40 Half-Moon Lake Marsh Zone Tillex
E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心
“雷暴电池”模型 雷暴电池”
D. Garnett（2004）提出了 Electrically （ ） charged storm cells-----“雷暴电池”模型。雷暴电 “雷暴电池”模型。 是雷电爆发前出现的一种自然现象。大量事实证明， 池是雷电爆发前出现的一种自然现象。大量事实证明，在 雷雨云形成的时候，其下部会蕴集起大量负电荷， 雷雨云形成的时候，其下部会蕴集起大量负电荷，它们与 地表相互作用，使两者之间的电场变得非常强大。 地表相互作用，使两者之间的电场变得非常强大。强电场 能使风化层内的电子脱离地表，使电子下降或侧移， 能使风化层内的电子脱离地表，使电子下降或侧移，从而 使云体下面的风化层表面立即获得大量的正电荷，形成正 使云体下面的风化层表面立即获得大量的正电荷， 极。 在大陆上， 雷暴电池”是一种常见的现象。 在大陆上，“雷暴电池”是一种常见的现象。就全球 而言，每秒钟会发生50-100次电击，任何一个瞬间，全 次电击， 而言，每秒钟会发生 次电击 任何一个瞬间， 球就有1800－2000个“雷暴电池”形成 。澳大利亚的 球就有 － 个 雷暴电池” 大部分地区，每年每方公里会发生0.5-2次雷击 。印度、 大部分地区，每年每方公里会发生 次雷击 印度、 非洲、 非洲、南美洲和北美洲的大部分地区的密度比这个值还高 (NASA，2001)。 ， 。
土壤： 腐殖质： 土壤： 生物 腐殖质： 腐殖 土壤pH、 土壤 土壤 、 壤中气 土壤 质： 铅同位 地球 焦磷酸 金属 电导率 CO3 SO4 王水 化学 素 钠
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×
王水
× 大样堆浸 EDTA MMI 酶提取 Deepleach 11 Deepleach 35 1%HNO3 弱NaCN 弱HNO3＋KI ＋ Terra Leach 1 ? Cu(4%EDTA) × ×（？Ti） ？ ×(Newerest) √Mo,?As,?W(MIM) √Mo,?As,?W
×(2%EDTA) ?Zn,Cd,Pb,Ag
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元素迁移速率的计算
Hamilton以冰碛物覆盖层为例 ，按照“还原囱”模型，假设： 下伏矿化与地表的电位差为 300mV，计算结果表明，自冰碛 物覆盖以来，H＋和其他离子借助 氧化还原梯度，都有足够的时间 穿过30m厚的覆盖层。对H＋而言 即便电压差低至10mv，对X－而言 低至60mv，都足以使这些物质在 8000年中穿过30m厚的电解质体。 其元素迁移速率远远超过了，1979年Smee等按元素扩散 模型计算的，8000年里最快的H＋只迁移了28米，其他金属 离子均小于10米的速率。
× √Au,Cu,Zn √rch;Ag √Au,Cu,Zn
Rhc(Rhizomorphic carbonate):结核构造碳酸盐；nc(Nodular carbonate): 结核碳酸盐；×不满意；？可能有效；√有效 结核构造碳酸盐； 结核碳酸盐； 不满意；？可能有效； 有效 ；？可能有效 结核构造碳酸盐 E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心
1979年：Smee的模型 年 的模型
Diffusion through 5 m of clay would take ~250 y for H+ and ~5000 y for ½Zn 2+ Provides access to O2-rich GW to promote dissolution of sulphide
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80年代早中期：Smee和Govett的模型 年代早中期： 年代早中期 和 的模型
实质:与矿化有关的物 质（元素或离子）先 通过矿体自身产生的 自然电场上向迁移， 在矿体上向形成离子 富集带，再由富集带 与地表之间产生的离 子浓度差，通过化学扩散模式向上迁移， 在地表形成异常。所 以，该模式只能用来 解释浅覆盖区形成的 异常，并不适用于厚 覆盖区。
覆盖物形 成年代
中新世 中新世 中新世 中新世 中新世
Cu:400Mt,0.1% 400Mt,0.54%Cu 325Mt,1.0%Cu 150Mt,0.25%Cu, 0.71g/tAu － － － － 1.38Mt，1.6%Cu ，
Mansa 斑岩铜矿 Mina Tamarugal 假异常 美国Nevada 美国 Mike 加拿大Abitibi 加拿大 Cross lake line 6 Cross lake line 40 Marsh Zone Tillex VMS VMS VMS 金矿 铜矿 Cu-Au
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“深穿透地球化学 国际合作项目 深穿透地球化学”国际合作项目 深穿透地球化学
大部分研究报告已在国际勘查 地球化学协会的网站上公布： http://www.appliedgeochemis / Cameron et al. GEEA, 2004, Part 1 “Finding deeply buried deposits using geochemistry”
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Marsh Zone Tillex
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景观环境与矿产勘查合作研究中心 （CRC LEME） ）
A.J. Fabris等对南澳洲库纳摩纳 省近10年来，覆盖区化探找矿方法的 成功与失败进行了总结，实验区的基 本特征： Kalkaroo矿区 矿区：Cu-Au主矿化位 矿区 于110m深的变泥质岩和砂栖泥质岩 中。矿区被40-60m的运积物覆盖； Polygonum矿区 矿区：4种不同类型 矿区 的矿化产于不同的层位，均被150m 厚的运积所覆盖； Portia矿区：Cu-Au-Mo矿化产于 矿区： 矿区 薄层含碳质的变质沉积岩中。上伏残 积层厚度在90m以上，往上依次被第 三纪、第四纪沉积物。
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一、深穿透地球化学的研究现状
“深穿透地球化学”（Deep Penetrating Geochemistry） 深穿透地球化学 （ 国际合作项目，1997～2001年，由加拿大矿业研究组织 （CAMIRO）出资，E. M. Cameron主持，参加单位有： 加拿大地质调查局、中国地质科学院物化探研究所及全球 26家矿业公司和分析公司。主要目的是：了解深部矿体或 矿化在地表形成地球化学异常的过程或作用，并对不同技 术方法进行比较； 安大略矿产勘查技术计划（ ），2001-2004 安大略矿产勘查技术计划（OMET project）， ）， 年，项目组成员同上，劳伦森大学矿产勘查中心。 澳大利亚景观环境与矿产勘查合作研究中心 景观环境与矿产勘查合作研究中心（CRC 澳大利亚景观环境与矿产勘查合作研究中心 LEME），矿床预测发现合作研究中心（pmd CRC）长期 致力于覆盖区矿产勘查技术的开发和研究，进行大量的实 验和试点研究，研制出多种技术方法。 矿业公司、商业性实验室和部分大学均在开展相关研究。 矿业公司、商业性实验室和部分大学 。
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研究区 智利 Spence Gaby Sur Mansa Mina Tamarugal 美国Nevada Mike 加拿大Abitibi Cross line 6 Cross line 40
壤中气： 土壤： 地 壤中气： 土壤： 下 CO2,O 稳定同 位素 水 2
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70年代初期：Govett 等的模型 年代初期： 年代初期
G.J.S. Govett等（1973，1976）认为，当隐伏的硫化物金属矿体与地下水接触 时，由于各部位所处的环境条件有差异，特别是氧化还原条件不同，会发生氧 化-还原作用。
二、元素垂向迁移理论研究新进展
现已提出的元素垂向迁移的可能机理有： 1. 离子扩散作用； 2. 毛细管作用； 3. 蒸发作用； 4. 地下水对流或循环； 5. 植物根系吸收； 6. 微生物活动 7. 气体搬运(包括以地球气为主的多营力接力模 型)； 8. 自然电位场(电化学模型、还原囱模型、雷暴 电化学模型、 电化学模型 还原囱模型、 电池)； 电池 9. 膨胀性泵压作用(气压泵、地震泵 气压泵、 气压泵 地震泵) 10. 水位的起伏(包括陆上“潮汐泵”) 陆上“ 陆上 潮汐泵”
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研究区
智利 Spence Gaby Sur
矿床类 型
斑岩铜矿 斑岩铜矿
成矿时 代
古新世 渐新世 渐新世 早第三纪
储量、 储量、品位
覆盖物类 型
山麓砾石 山麓砾石 山麓砾石 山麓砾石 卡林型
覆盖层厚 度（m） ）
3－180 － 20－40 － 50->300 300 150-250
深穿透地球化学迁移机理与方法技 术新进展
汇报人：唐金荣 中国地质调查局发展研究中心
汇报提纲
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深穿透地球化学的研究现状 元素垂向迁移理论研究新进展 选择性提取技术中关键问题探讨 几点认识
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掩伏区地球化学勘查技术演化
Gwendy E.M. Hall，Geological Survey of Canada, Ottawa，22 IGES ， ，
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可能成功的技术方法
方 法 4酸提取 酸提取 Kalkaroo矿区 矿区 ×(Placer公司) ？Ag,As,Mo,W(MIM公司) × Polygouum矿区 矿区 √rch; Broken Hill type （BHT）型矿化上 方的Cu,Zn,As,Co,Ni,Mn √rch; BHT矿化上方的Ag,Cd（BHP） √rch; BHT矿化上方的 Cu,Zn,As,Co,Mn,Ni（BHP） √nc; McArthur River型矿化上方 Ag,Cd（Platsearch） √rch; BHT矿化上方的Ag,Cd,Zn √rch; McArthur River型矿化上方的Ag-CdZn Portia矿区 矿区
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酶提 MMIA 取 √ √ √ √ √
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1998年：Hamilton的“还原囱”模型 年 的 还原囱”
氧化还原活性离子穿过覆盖层的运移，是沿着氧 化还原梯度发生的，而不是靠硫化物－偶极－感 应电场发生的。 在掩伏区，基岩处于还原状态，地下水面以上则 处于氧化状态。在被地下水浸透的覆盖层中，从 基岩顶部到地下水面之间，通过氧化剂的消耗会 产生还原环境。而在基岩中硫化物矿体的顶部与 接近地表的地下水面（这里是O2的进口）之间， 氧化还原条件是有差异的，从而产生了垂向的电 化学梯度。 沿此梯度，还原的和氧化的活性物质会相对运移， 彼此发生氧化还原反应。在此过程中，地下水带 内有限的氧化剂会先被耗尽，同时，还原性物质 （如HS－、Fe2＋等）也有消耗，导致它们从矿 体顶部继续向外和向上弥散（图1）。 O2从地下水面补进，反应继续进行，还原性物 质继续弥散，还原锋面向上推进，直到潜水面处 才会中止，形成一个还原柱。
太古代 太古代 太古代 太古代 太古代
粘土 粘土和砂 粘土
30 52 12-15
第四纪 第四纪 第四纪 第四纪 第四纪
粘土和泥炭 10-27 粘土和泥炭 30
研究区 智利 Spence Gaby Sur Mansa Mina Tamarugal Nevada 美国Nevada Mike 加 拿 大 Abitibi Cross lake line 6 Cross Lake line 40 Half-Moon Lake Marsh Zone Tillex
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“雷暴电池”模型 雷暴电池”
D. Garnett（2004）提出了 Electrically （ ） charged storm cells-----“雷暴电池”模型。雷暴电 “雷暴电池”模型。 是雷电爆发前出现的一种自然现象。大量事实证明， 池是雷电爆发前出现的一种自然现象。大量事实证明，在 雷雨云形成的时候，其下部会蕴集起大量负电荷， 雷雨云形成的时候，其下部会蕴集起大量负电荷，它们与 地表相互作用，使两者之间的电场变得非常强大。 地表相互作用，使两者之间的电场变得非常强大。强电场 能使风化层内的电子脱离地表，使电子下降或侧移， 能使风化层内的电子脱离地表，使电子下降或侧移，从而 使云体下面的风化层表面立即获得大量的正电荷，形成正 使云体下面的风化层表面立即获得大量的正电荷， 极。 在大陆上， 雷暴电池”是一种常见的现象。 在大陆上，“雷暴电池”是一种常见的现象。就全球 而言，每秒钟会发生50-100次电击，任何一个瞬间，全 次电击， 而言，每秒钟会发生 次电击 任何一个瞬间， 球就有1800－2000个“雷暴电池”形成 。澳大利亚的 球就有 － 个 雷暴电池” 大部分地区，每年每方公里会发生0.5-2次雷击 。印度、 大部分地区，每年每方公里会发生 次雷击 印度、 非洲、 非洲、南美洲和北美洲的大部分地区的密度比这个值还高 (NASA，2001)。 ， 。
土壤： 腐殖质： 土壤： 生物 腐殖质： 腐殖 土壤pH、 土壤 土壤 、 壤中气 土壤 质： 铅同位 地球 焦磷酸 金属 电导率 CO3 SO4 王水 化学 素 钠
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王水
× 大样堆浸 EDTA MMI 酶提取 Deepleach 11 Deepleach 35 1%HNO3 弱NaCN 弱HNO3＋KI ＋ Terra Leach 1 ? Cu(4%EDTA) × ×（？Ti） ？ ×(Newerest) √Mo,?As,?W(MIM) √Mo,?As,?W
×(2%EDTA) ?Zn,Cd,Pb,Ag
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元素迁移速率的计算
Hamilton以冰碛物覆盖层为例 ，按照“还原囱”模型，假设： 下伏矿化与地表的电位差为 300mV，计算结果表明，自冰碛 物覆盖以来，H＋和其他离子借助 氧化还原梯度，都有足够的时间 穿过30m厚的覆盖层。对H＋而言 即便电压差低至10mv，对X－而言 低至60mv，都足以使这些物质在 8000年中穿过30m厚的电解质体。 其元素迁移速率远远超过了，1979年Smee等按元素扩散 模型计算的，8000年里最快的H＋只迁移了28米，其他金属 离子均小于10米的速率。
× √Au,Cu,Zn √rch;Ag √Au,Cu,Zn
Rhc(Rhizomorphic carbonate):结核构造碳酸盐；nc(Nodular carbonate): 结核碳酸盐；×不满意；？可能有效；√有效 结核构造碳酸盐； 结核碳酸盐； 不满意；？可能有效； 有效 ；？可能有效 结核构造碳酸盐 E-mail:jinrongt@ 中国地质调查局发展研究中心