论地球化学在地质找矿中的重要性

王永明

中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013

中国人口基数大，资源消耗总量高，导致自然资源日渐缩减，部分矿产资源因为不采取合理的开采方式，可利用和可开采资源逐渐减少。经过长时间、大范围的矿产资源开采后，进一步增加了找矿难度。为此，需要相关地质从业人员能够合理利用各种先进方法，提升找矿效果。地球化学作为一种地质找矿技术手段，在矿产勘探中发挥着重要作用。

1 地球化学在当下地质勘查中的重要作用

1.1 提升找矿效果

矿产资源勘探和开发过程中，随着工作难度持续提升，地球化学的应用优势和应用价值也越加突出，该种找矿方法逐渐变成先导类找矿手段，提升了整体找矿效果。结合当下矿产资源的实际分布与储藏状况分析，整体矿产资源消耗呈现出一种持续上升的趋势，而那些已探明以及处于地表浅层的矿产资源逐渐被开采殆尽，进而增加了矿产开发难度。应用地球化学，能够进一步提升地质矿产资源整体开发效率。通过合理应用地球化学技术还能够提高各地矿产开采效率，符合当下社会发展需求，能够促进地质找矿的持续发展[1]。

1.2 强化找矿有效性

中国结合地球化学进行矿产勘探开始于区域地球化学调查，实现全国扫面，进一步扩展了找矿途径。大型矿产应用地球化学识别中，针对大面积覆盖范围内深部矿信息于地表的赋存状态和富集粒度状态进行了深入研究，同时也十分重视对地球化学相关基础原理进行研究，从分析和研究两种层面入手，提升了方法的实用性和稳定性，将地球化学转化为一种矿产搜寻的有效途径。当下在中国核心地质矿产资源内，已经有超出一半种类的资源消耗速度开始超出储备速度，为了进一步改善国内地质矿产资源供给问题，强化国内资源储备力量，需要合理应用地球化学方法实施科学处理，从而提升矿产资源整体勘查准确性。结合近几年国内地质找矿经验分析，地球化学可以帮助提升地质找矿准确性，优化地质找矿速度，地球化学有助于提升地质找矿效果、准确寻找隐伏矿产，是一种全新的指导方法[2]。

2 地质找矿中地球化学所获得的成就

2.1 地质找矿中地球化学的作用地位

中国地质矿产信息专门研究机构针对国外从70年代到现在的一百个超大型与大型金属矿产勘探中所应用不同方法作用发挥实施了全面统计分析，相关统计结果如表1所示。通过分析该表能够发现地球化学法于地质找矿中发挥着重要作用。

表1 矿产勘探中不同方法作用Table 1 Different methods of mineral resource exploration

通过对中国全部发现矿床中所用方法的分析，地球化学在80年代后，在地质找矿工作中逐步占据主导地位，同时其自身功能作用也呈现出持续扩大的状态。比如六五计划中，地球化学在全部矿床应用中占58.5%，七五计划中占66%，八五计划中占83.4%。结合国内外相关统计结果分析，地球化学在地质找矿中具有不可替代的作用[3]。

2.2 地球化学形成的三次大规模矿产开发

从30年代诞生后，地球化学为全球范围内的地质找矿提供了重要帮助，其中具有代表性的为三次大规模勘探高潮，第一次是在30年代到70年代北美和前苏联众多斑岩铜矿的勘探。第二次是70年代，加拿大和美国发现铀矿。第三次是80年代至今中国发现的数百个金矿。

从30年代到70年代，北美和前苏联便通过地球化学找矿方法，勘探到了大量的斑岩铜矿。比如在1932～1933年，结合岩屑采样于中亚地区发现的BALIKTI、KALMAKYR斑岩铜矿，这也是前苏联首个地球化学勘查案例，同时也是地球化学法成功勘探找矿案例。加拿大于环太平洋育空区域内发现斑岩铜矿CASINO，这也是北美首次成功应用地球化学找矿方法发现斑岩铜矿的案例，主要是结合水系沉积物以及土壤相关测量方法进行勘查。

加拿大和美国在70年代结合全世界范围内铀矿资源的紧缺状况，面向全国范围内制定了铀矿资源普查规划，其核心内容是地球化学法水系沉积物测量、湖积物和水化学测量。美国制定的铀资源评价规划，选择每10km2一个采样密度，对水系沉积物和水进行采集。加拿大制定的铀勘查规划从1975年开始，相关采样密度为13km2，一个水系沉积物或湖沉积物样品，通过两种计划有效地发现了全新铀矿产地。

中国从1978年开始执行区域化探扫面工作，发展到2016年，相继覆盖了中国国土的9×106km2，基本实现了1∶20万地球化学调查全覆盖。目前正在开展1∶5万大比例尺地球化学普查和全国多目标区域地球化学调查。结合相关计划圈定地球化学异常，在80年代、90年代先后发现金矿数百个。同时结合水系沉积物相关测量方法还于河南发现了大型金矿，该发现也是中国借助水系沉积物相关测量方法所发现的首个大型金矿案例。该发现进一步打破了原本几十年停滞不前的勘探局面，同时也引发了后续在小秦岭、熊耳山等地一系列大型金矿的成功勘探，促进整个区域内金矿勘探的有效突破。中国曾经在区域化探扫面过程中，于贵州勘探到烂泥沟金矿，同时还在该区域内发现众多大型卡林金矿，包块戈塘等，使得该区域成为全世界范围内仅低于美国内华达的卡林型集中金矿，两个金矿内的总产量超出500t，已经成为世界级金矿区。

2.3 地球化学在地质找矿理论方面的成就

随着地球化学勘查方法在地质找矿领域的广泛应用，一系列理论研究不断深入，进而衍生了与地质学等相关学科之间的交叉学科。《地球化学探矿》是全世界范围内首个系统介绍地球化学勘查方法与基础理论的著作，对原生晕元素分带理论、原生晕找矿方法和其在盲矿中的有效应用进行了系统介绍[4]。构造地球化学属于地球化学以及地质学之间新兴边缘学科，主要是应用地球化学基础原理以及构造地质学相关方法原理于不同构造中的分散富集特征、迁移分配特征以及规律移动过程进行研究；韩润生提出地球化学和构造体系相关的时空分布规律共同构成构造地球化学场[5]；李文革提出应力作用下固溶体分离主要是成矿中，因为外部条件变化，导致单结晶固溶体通常被分解成两种以上结晶现[6]。其他如地球化学杂志、地球化学等专业期刊的发行，也促进了地球化学相关勘查研究的深入发展，全面展示出最新科研成果，并对地球化学法相关知识进行广泛传播。

3 地质找矿中地球化学成功应用的原因

3.1 创建理论基础

地球化学勘查相关理论基础为成矿物质于成矿发展中，会在围岩转移中留下相应的元素轨迹，或成矿后，利用土壤、岩石、水系沉积物四周分布的植物、水以及气体内不同类型地球化学法分散形式，结合相关元素变化规律和分散模式，对全新矿床进行追踪和挖掘。经过数十年的发展，该种方法逐渐从一种技术、经验发展为一种高效的理论体系以及一种地学分支科学。

中国金矿地球化学法成功应用和区域异常下限理论创建以及超微细金发现具有密切联系。中国于1979年开始结合水系沉积物手段实施区域化探扫面工作，同时在全国范围内发现了大量异常下限处于2～4ng/g，而异常面积甚至能够达到数十或数百平方千米异常区域。80年代初，在金表生行为方面的认识依然处于颗粒形式上，密度较小，不会于水系内实施长距离迁移，而水系沉积物内为何会产生这种大规模、低含量金地球化学异常。通过对相关问题进行解答，能够为区域化探应用低异常下限以及低检出限方法提供有效参考依据，同时还可以为后期异常评价奠定良好理论基础。而地球化学样品内发现大量超微细金使得相关问题迎刃而解。表2是超微细金在总体金含量的比例。

表2 超微细金所占比例Table 2 Percentage of ultrafine gold

通过分析上表能够发现，不论是水系沉积物、土壤还是岩石，都存在大量的超微细弥散金。图1分别是高含量、中等含量以及低含量样品内金颗粒分布图。

于低含量样品内，没有大颗粒金，高含量以及中等含量样品内同样存在超微细金。其中超微细金还拥有较强的物理活动性，能够被不同应力进行长距离搬运。大规模区域低异常相关下限异常主要是超微细金构成的。该发现能够合理解释产生大规模金异常的原因，以及形成机理，从而为区域化探应用低异常下限奠定基础理论参考，同时为研究纳米成矿学以及纳米颗粒迁移提供有效证据。

结合中国大量测试成果，按照平均1ng/g的金背景值进行准确界定，使我们能够利用更加低的异常下限对异常进行圈定，同时还为判断金矿矿源层，实施异常评价提供了可靠理论参考。

图1 低、中、高含量样品内超微细金Fig 1 Ultrafine gold in low, medium and high content samples

3.2 标准物质研制和分析技术发展

不论选择地球化学中的哪种方法进行勘查，都需要利用有效的分析技术，对采集到的不同样品实施分析鉴定，由此能够看出地球化学和分析技术之间的密切联系。40年代初期，相关发射光谱法的诞生催生出了地球化学法。而快速比色法也促进了美、英、法、德等国家的发展。70年代产生的X射线荧光方法以及原子吸收法的广泛应用，促进地球化学法相关勘查工作从原本的局部辅助性找矿方法朝着区域战略方法转变。而火焰光谱法促进了地球化学填图的全面落实。离子质谱法帮助优化了地球化学法的分析灵敏度，同时也改善了地球化学法对弱信息的识别能力以及隐伏矿产的找矿能力。当下，地球化学法逐渐发展变成了战略性方法，其覆盖面积也进一步扩大，为此需要地球化学勘查相关数据实施大面积对比。

3.3 地球化学海量数据支持

地球化学从30年代诞生后，相关开创者大部分都选择较密采样点距，通常也是以几米或几十米为间隔实施采样工作。因其担心如果选择较稀密度，容易将其中关键信息漏掉。为此该阶段内勘查面积通常只有几平方千米，最大范围仅有几十平方千米。而地球化学勘查方法只能充当矿产勘探中的辅助性手段，可以针对局部矿点实施科学评价，无法提供全新找矿线索。但在50年代后，随着科技的发展，地球化学相关勘查面积进一步扩大，开始发展到几百平方千米甚至是几千平方千米，由此能够看出地质找矿中地球化学的重要性越加突出，其除了能够对具备矿点实施准确评价之外，同时还可以进行地区选择。70年代后，大部分国家和地区开始了地球化学填图操作，相关采样密度从原本的每平方千米一个采样点发展到几百平方千米一个采样点，相关覆盖面积也从原本的几千平方千米扩大到上百万平方千米。而在巨大面积下所提供的海量信息也是高密度采样无法想象的，在巨大面积下，诞生的海量信息，为发现全新矿床提供了有效支持。80年代推出的国际地球化学填图规划以及后续实施的全球地球化学填图，计划利用160km×160km型号的网格，大概5000多个样本覆盖全球范围，而其所采集的数据信息，能够帮助了解全球范围内地球表层的宏观分布状态，能够清晰认识全球资源分布。

3.4 地球化学大数据的应用

地球化学大数据可以有效支持不同条件下参数进行独立或组合查询，从而得到用户所需数据或样品。相关查询条件涵盖样品特征、构造环境、地理名称、经纬度、样品编号、数据可用性以及数据库版本等。此外，还可以根据数据提供者以及文献来源进行查询，根据样品编号查询或数据库版本查询，寻找特定更新的新增数据，方便在原有数据基础上不断更新。

地球化学大数据在中国近年开展的区域化探全国扫面调查中得到了充分应用，15年间从全国范围内发现异常达42880个，而相关异常线索对于中国新矿挖掘具有重要作用，其中检查出来的异常数量是12289个，在全部异常发现总数中大概占29%，其中异常验证数量是2314个，在全部异常总量中占6.5%。而矿产探查数量为1662个，在发现异常总数中占71.8%，在异常检查总数中占13.5%，在异常验证总数中占71.8%，结合所查证相关异常数量能够发现，异常中的70%都是没有查证的，随着相关查证工作的持续推进，相关比例会进一步提升。

4 结语

矿产资源不但是工业领域发展的重要支撑，同时还会影响其他领域发展，基于现代化科技背景下，人们在矿产资源方面的需求持续扩大，为此需要寻找矿产资源供给。但因为矿产资源属于不可再生资源，在经过连续开采后，矿产资源总量相继减少，易开采资源相继减少，进一步扩大了地质矿产找矿难度。为此需要合理应用地球化学，顺利实施地质勘探。