勘查地球化学现状与展望

史长义, 冯 斌, 彭 敏, 张富贵, 张必敏,孔 牧, 白金峰, 周国华, 孙 跃

(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，廊坊 065000)

0 引言

地球化学勘查(化探)起源于西方，世界上第一本地球化学图集诞生于英国。中国自1951年在安徽月山首开化探工作之先河，1978年谢学锦院士提出，并由物化探所提供技术支撑和负责技术监督的中国地球化学填图计划——“区域化探全国扫面计划”的实施，标志着中国的化探工作迎来了一个新高潮，为我国区域化探进入世界先进行列奠定了基础。从此，中国的化探工作掀开了历史的新篇章。在以谢学锦院士为首的老一辈化探专家的带领下，经过几代化探工作者的不懈努力，中国的化探走过了从无到有，从弱到强的奋斗之路。发展到今天，无论是在勘查地球化学理论，还是在化探方法技术方面，尤其是地球化学填图(和分析测试与质量监控)技术，都取得了举世瞩目的成就，已处于国际领先地位，形成了一套独特的、卓有成效的研究思路、理论和方法技术体系[1]。

物化探研究所是1957年2月正式成立的，而化探实验工作由谢学锦院士从1951年就开始了。物化探所的化探是伴随着中国化探的发展而同步成长的。物化探所一直引领着中国化探方法技术的开发和研究工作，在中国化探的发展史上留下了浓墨重彩的一笔。在中国化探发展的历程中，物化探所起到了开拓、组织、实施、技术指导和质量监督的作用。

物化探所几代化探工作者经过71年坚持不懈、孜孜不倦的努力，勘查地球化学理论和方法技术不断丰富和完善，引领了中国的勘查地球化学工作，取得了辉煌成绩。物化探所主持研究的以区域化探理论与方法技术、矿区化探理论与方法技术等为代表的创新性研究成果，为我国勘查地球化学学科发展和地质找矿做出了开创性的贡献。地球化学块体理论和方法技术的提出形成了一整套新的矿产勘查战略及矿产资源追索与潜力评价方法技术体系，矿床原生晕元素分带序列模型在岩石(原生晕)异常评价和找矿中发挥了重要作用，地球化学异常的识别方法与评价体系的创新研发得到广泛应用，地球化学异常结构模式的提出提升了地球化学异常模式研究的深度和广度，深部矿产资源立体地球化学勘查方法技术体系不断完善，区域地球化学填图、多目标多尺度地球化学填图、土地质量地球化学调查的实施，油气和天然气水合物地球化学勘查方法技术的不断深入研究，系列地球化学元素丰度与背景值不断提出，地球化学图集的研制与出版，勘查地球化学样品多元素分析测试方法技术的日臻完善，研制的地球化学标准物质应用领域不断拓展，使得物化探所的化探在勘查地球化学理论研究、异常解释推断与评价、基础地球化学研究、资源勘查、环境评价、生态建设中的地位和作用不断提升，也促进了中国化探事业的发展和勘查地球化学理论与方法技术的不断进步。

独一无二的“四位一体”地球化学科研创新平台：联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心-国家现代地质勘查工程技术研究中心-自然资源部地球化学探测技术重点实验室和国土资源部地球化学勘查监督检测中心-中国地质调查局地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室，显示出物化探所勘查地球化学在国际国内的突出地位。中国地质学会勘查地球化学专业委员会自成立之日起一直挂靠物化探所彰显出其化探在国内行业的领军地位，而依托物化探所建立了联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心，则确立了中国化探的国际领先地位。

笔者在简单回顾了中国勘查地球化学发展的基础上，重点介绍了71年来物化探研究所在勘查地球化学理论研究和化探方法技术研究开发方面所取得的主要成果。

1 勘查地球化学理论研究

1.1 地球化学块体理论

谢学锦等[2]通过综合研究提出了地球化学块体理论，并指出地球化学块体为大型至巨型矿床的形成提供了必须的物质条件。以地球化学块体理论为指导，通过极低密度、超低密度到低密度采集泛滥平原沉积物，获取不同层次地球化学模式，利用地球化学谱系树追索大规模成矿作用，逐步浓集聚焦至大型巨型矿床所在地，是“迅速掌握全局，逐步缩小靶区”的矿产勘查新战略。形成了一整套新的矿产勘查战略及矿产资源追索与潜力评价方法技术体系。

1.2 原生晕分带理论

邵跃[3]通过大量矿床原生晕研究，提出了中国的热液矿床原生晕分带理论和矿床原生晕元素垂直分带模型与分带序列，以及运用元素分带模型对地球化学异常评价的一般方法。分带序列模型可用于地球化学异常的含矿性评价、地表矿化剥蚀水平估价。在此基础上发展出了一系列岩石地球化学测量找矿方法技术，总结了不同矿床评价指标[4]。矿床原生晕元素分带序列模型在岩石(原生晕)异常评价和找矿中发挥了重要作用。

1.3 勘查地球化学找矿模式模型和预测评价

1.3.1 地球化学勘查模型和预测评价

开展了我国主要类型Cu、Au矿床(田)区域地球化学勘查模型研究和大型金、铜、多金属矿床地球化学勘查模型研究。首次建立了有关Cu、Au矿床类型矿床的矿带(1：200 000尺度)→矿田(1：50 000尺度)→矿床(1：10 000尺度)三个不同尺度的系列地球化学找矿模型及找矿评价指标，建立了20几个铜铅锌矿的区域地球化学异常模式和20几个铜矿的矿床异常模式；建立了我国西部地区斑岩型铜矿、层控型铜多金属矿、岩浆热液型铜矿、火山岩型铜多金属矿、夕卡岩型铜多金属矿、破碎蚀变岩型金矿、微细浸染型金矿的区域地球化学异常模式和找矿评价指标[5-11]。吴承烈等[12]还建立了26个斑岩型铜(钼)矿、夕卡岩型铜矿、岩浆型铜镍矿、海相火山岩型铜矿、沉积变质一热液改造型铜矿、热液脉型铜矿床的地质一地球化学勘查模型。

1.3.2 异常结构、异常结构模式与找矿预测

史长义等[13-14]从系统论观点出发，提出了多元素异常组合划分的方法、异常结构和区域地球化学异常结构模式(RAGSS model)的概念。异常结构是指在一定范围内，有成因联系的多个异常要素(包括地物化遥)在空间上的有序分布模式[15]。异常结构模式[13-14]是指与成矿作用有关的各个多元素异常组合的空间有序分布之总体结构特征，用于表征各个异常组合所构成的总体“成矿异常面貌”。并据此建立了3个矿带和14个矿田的区域地质地球化学异常结构模式[13-21]。异常结构模式突出了常量元素作为成矿环境指示元素和区域地球化学负异常[22]的地质地球化学意义，突破了元素分带模型传统思维，提升了地球化学异常模式研究的深度和广度。异常结构模式的提出和方法实践，给找矿远景评价、找矿预测提供了全新思路，建立了矿床级的地球化学异常结构模式[23-27]。

史长义等[13-14, 20]提出的区域地质地球化学异常结构(GGRAS)模式找矿预测法，采用建立由矿带→矿田→矿床的区域地质地球化学异常结构模式，以异常结构和地质特征结构来反映成矿的地球化学环境和地质环境，形成了以地质特征和异常结构模式为基础，建立矿田(床)或成矿区带区域预测评价指标，进行区域异常筛选与评价和找矿预测的思路和方法。在对中国铜多金属矿区域地球化学异常特征研究的基础上，提出了大中型铜多金属矿的区域地球化学异常成矿预测准则，以及主成矿元素、成矿规模、成矿类型和剥蚀程度的定量预测评价指标[16-17, 20-21]。

1.4 地球化学异常识别与异常筛选评价

1.4.1 快速评价与筛选多元素地球化学异常的计算机系统-RESMA系统

在谢学锦院士[28]主导下研制出了借助于计算机的适合我国区域化探数据处理与解释的多元素解释推断系统，即快速评价与筛选多元素异常系统(RESMA系统)。其目的是将地球化学多元素数据中所蕴藏的大量地质找矿信息以直观的、易于与地质地理环境相联系的方式展现出来，这一系统尽量避免主观因素的介入，所得结果可以重现，也可以在图幅之间进行对比研究，并为使用者进一步的主观解释推断提供便利。以后又引入了史长义[29-30]提出的异常叠合度和多元素综合异常元素组合表达式两项内容，对RESMA 系统进行了改进，形成RESMA-II系统[31]，使其系统功能更强。利用改进后的RESMA-II系统的处理结果开展了新疆西准噶尔成矿区和青海东昆仑成矿带区域化探异常的筛选和成矿区带圈定与优选，取得明显实效[32-33]。

1.4.2 勘查地球化学专家系统(ESIGE)

1988年～1990年，王伟荣等[34]开展了一次实现化探专家系统的探索，研制了基于微机的“勘查地球化学专家系统(ESIGE)” ，建立了破碎带蚀变岩型金矿勘查地球化学专家知识库，开发了一个专家知识库进行金矿咨询工作的软件系统。作为首次研制的化探专家系统，ESIGE的目标是用于全国区域化探扫面中的异常评价工作。系统由5个子系统组成：(1)原始资料、数据信息获取和专家咨询子系统；(2)知识库、数据库及其管理子系统等；(3)推理机子系统；(4)结果报告和解释子系统；(5)图形显示子系统。

1.4.3子区中位数衬值滤波(SAMCF)法

史长义等[35]提出的子区中位数衬值滤波(SAMCF)法是一种建立在非常规统计学基础上的区域地球化学数据计算机处理方法。引入稳健统计学技术，采用分子区的思路，以子区模拟背景场的空间变异，以EDA技术[36-37]计算异常临界值，用衬值为基准度量场值的起伏变化。SAMCF法采用动态背景即不同子区采用不同的异常下限来圈定衬值异常，不仅可以突出强异常及压抑背景噪音的影响，而且还可以强化高背景区弱小异常，特别是更有利于发现低背景区的弱小异常。以中心窗口为局部异常或噪声，以远离中心窗口的环带数据作背景，不将中心窗口及其近邻的数据参与背景运算，可以排除局部变化对背景趋势的影响，使得背景更加“干净”。经SAMCF 法处理，可以同时识别出正异常和负异常。SAMCF 法强化了对弱小异常信息的显示与识别，克服了因地球化学背景高低差异给异常识别带来的影响，为弱小异常的识别提供一种有效解决方案。

1.4.4 区域地球化学异常解释与评价

开展了区域地球化学异常的解释推断研究[29, 38-40]，用异常叠合度[30]来研究区域性多元素异常组合及推断其主成矿元素，并强调了区域地球化学负异常在异常解释评价中的重要意义[41-42]；提出了用区域浓集系数[43]研究微量元素区域分散与富集规律，利用区域化探资料研究基础地质问题[29, 44-45]。开发出的区域地球化学异常快速筛选与评价系统[40, 46]，在实际应用中取得了实效[47-48]。

2 地球化学勘查方法技术研究与应用

方法技术研究是物化探所的立所之本。自1951年开始，几代化探专家都在孜孜不倦地进行着方法技术的研究、开发和推广工作，取得了一大批创新性研究成果。从区域到局部，从调查到勘查/找矿，从出露区到覆盖区，从浅部到深部，从资源到能源，从野外采样到室内样品分析，从数据处理解释到地球化学编图，开展了各种化探方法技术的开发和研究，包括国际地球化学调查方法技术、区域地球化学调查方法技术、多目标地球化学调查方法技术、土地质量地球化学调查方法技术、油气和天然气水合物地球化学勘查方法技术、39-54-78元素配套分析测试方法技术与分析质量监控方案、RESMA系统、SAMCF系统等，特别是寻找深部隐伏矿盲矿的各种化探方法技术，从传统的到非传统的，从地表的到地下的，从固体介质到气体介质，从原生介质到次生介质，从岩石、土壤到植物的各种找矿的化探方法技术逐步形成了方法技术体系。找矿实践证明，这些化探方法技术在矿产勘查乃至深部找矿中发挥了重要的、不可或缺的作用。

2.1 深部矿产资源立体地球化学勘查方法技术体系

71年来，物化探所一直致力于找寻深部隐伏矿盲矿的传统和非传统化探方法技术研究开发和推广[4, 49-130]。随着理论认识的提高和科学技术的进步，以及找矿难度不断加大的需要，在岩石地球化学测量[4,49-54]、土壤(全量)地球化学测量[51,55-61]和钻孔(坑道)原生晕测量[4,49-51,62-65]等传统方法技术的基础上，又研发出了许多新的方法技术，在方法的有效性方面和实际应用中也取得了很好的实效，包括(1)土壤汞量地球化学测量[66-69]、(2)纳米物质地球化学测量[70-76]、(3)热磁地球化学测量[77-82]、(4)地电地球化学测量[83-88]、(5)酶提取技术[89]、(6)金属元素活动态提取法(MOMEO)[90-95]、(7)相态地球化学测量[80,96-98]、(8)无机气体地球化学测量[66-67,69,99-103]、(9)地气测量[104-113]、(10)放射性气体地球化学测量[114-116]、(11)植物地球化学测量[117-122]、(12)水地球化学测量[54,123-126]、(13)地球化学浅钻测量[127-130]，寻找深部隐伏矿盲矿的化探方法技术得到了不断的发展和完善。如图1所示,物化探所研发的这些方法技术即包括那些以地表介质取样为基础的地面地球化学测量方法技术(地面化探方法技术)，也包括那些以地下介质取样为基础的地下地球化学测量方法技术(地下化探方法技术)，总体上构成了深部矿产资源立体地球化学勘查方法技术体系[131]。这些立体地球化学勘查方法技术，无论是传统的方法技术还是新的方法技术，在出露区找矿、覆盖区找矿以及深部资源勘查中都发挥了重要作用，取得了很好的地质效果。这些方法技术的推广应用为中国化探事业的发展和矿产勘查起到了重要作用。

图1 物化探所深部矿产资源立体地球化学勘查方法技术体系组织结构图(据文献131修改)Fig.1 Structure chart of the 3D geochemical exploration method and technique system for finding deep mineral resources researched by IGGE

2.2 地球化学填图技术

2.2.1 国际地球化学填图

国际地球化学填图工作开始于1990年代末至2000年初。2006年开始，地质调查专项设置了境外合作项目，与蒙古、老挝合作开展了国家尺度地球化学填图。2016年，联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心成立，由中国发起的“化学地球”国际大科学计划启动实施。在中国地质调查局的统一部署下，物化探所联合局六个大区中心与“一带一路”沿线一些重要国家开展了广泛的地球化学填图合作，取得了丰硕的成果：

1)制定了系列国际地球化学填图技术指南[132]，确保了获得数据的准确性和一致性。制订国际地球化学填图技术指南6份，制定的全球地球化学基准填图技术指南于2019年被全球地球化学基准委员会采纳作为国际标准，制定的干旱荒漠区地球化学填图指南被12个国家采用。为占全球陆地1/3的中亚、西亚、北部非洲和南美部分国家的地球化学填图做出了实质性贡献。

2)建立了全球1/3陆地地球化学基准网，为全球自然资源与环境可持续发展提供了权威数据，获得联合国教科文组织和合作国高度赞扬。联合了40余个国家共同开展全球地球化学基准网建设，累计完成面积3.600×107km2，约占全球陆地面积近1/3，提供了81个指标地球化学基准值。

3)完成“一带一路”11个国家地球化学填图3.5×106km2，圈定一批锂、稀土、铀、金、铜等战略资源远景区。完成1:1 000 000国家尺度地球化学填图面积共计3.5×106km2，编制了蒙古、老挝、柬埔寨等11个国家69种元素地球化学图，使这些国家有了第一张覆盖全境的地球化学图，实现了从0到1的飞跃，成果获得合作国政府的高度肯定和评价。

4)在境内外共举办国际培训31次，有来自6大洲52个国家856名专业人员参加了培训。通过培训，向发展中国家推广了中国地球化学填图技术和标准，促进了这些国家勘查地球化学能力建设，实现了技术转移，同时也促进了大科学计划在发展中国家的实施。

2.2.2 中国1：200 000和1：250 000地球化学填图

1978年谢学锦院士提出，由物化探所提供技术支撑和负责技术监督的中国地球化学填图计划——“区域化探全国扫面计划”开始实施，经过44年的努力，已完成1：200 000和1：250 000区域地球化学调查约8.6×106km2，涉及图幅数1 373个，取得了海量的、多元素的、高质量的地球化学数据。这些资料和数据不仅在我国的矿产勘查尤其是金矿勘查中发挥了巨大作用，还为基础地质研究、环境、生态及农业地质的研究提供了新的资料和依据，取得了巨大的经济社会效益和举世瞩目的成就[15]。

在“区域化探全国扫面计划”实施过程中，以物化探所谢学锦院士为首的区域地球化学调查技术团队发挥了巨大作用。首先协助上级管理部门组织全国二十多个基层单位在全国范围内开展区域地球化学调查工作；其次，1978年制定了内地沿海中低山区区域地球化学调查方法技术，在随后三十年里相继研发了岩溶区、热带雨林、高寒半湿润山区、高寒湖沼丘陵、高原干旱荒漠、干旱草原、半干旱草原山地、干旱荒漠戈壁、干旱荒漠山地、半干旱荒漠戈壁丘陵、森林沼泽等全国十一个特殊景观区的区域地球化学调查方法技术，形成了一套完整的区域地球化学调查方法技术系列，并于1995年制定行业标准《区域地球化学调查规范》(1︰200 000)[133]，分别于2006年和2012年完成了两次修订，为“区域地球化学调查全国扫面计划”的顺利实施提供了有力的技术支撑和保障。另外，方法技术系列的形成以及“地球化学省”、“粒金效应”等基础理论科研成果的取得，使我国区域地球化学调查学科始终处于国际领先地位。

2.2.3 中国1：50 000地球化学填图

1︰50 000地球化学调查做为重要的手段之一，是矿产勘查中不可或缺的环节。物化探所区域地球化学调查技术团队[57-58,134]先后完成了干旱荒漠戈壁、干旱荒漠残山和森林沼泽等景观区的1︰50 000地球化学调查方法技术的研发，并在相应景观区推广应用，特别是在甘肃北山地区，为白头山等大型铷矿的发现提供了直接线索[61]。

2.2.4 海洋地球化学调查方法技术研究

2007年，史长义[1]从海洋开发和我国勘查地球化学发展的战略角度出发，提出了开展我国近海地球化学调查的设想与建议，认为这是勘查地球化学亟待开拓的新领域。在史长义的多次呼吁和努力下，2011年～2012年中国地质调查局立项，支持物化探所选择在珠江口海域、青岛海域和渤海湾海域等地开展了近海地球化学调查和方法技术实验，依据海底沉积物等样品测量结果，初步制定出了适用于我国近海区域地球化学调查方法技术的基本方案[135-136]。两年的工作，初步显示出近海区域地球化学调查的有效性和可行性，为中国区域地球化学调查，继出露区水系沉积物测量和覆盖区多目标地球化学调查后，提供了一个新的增长点。该成果的取得为填补我国近海区域地球化学调查的空白迈出了第一步，也为全面开展海洋地球化学调查及方法技术研究打下了坚实基础。

2.3 多目标区域地球化学调查技术/土地质量地球化学调查技术

多目标区域地球化学调查(土地质量地球化学调查)自1999年实施以来，通过不断探索和完善，逐步建立了成熟的调查-评价-认定方法技术和标准体系，先后发布《多目标区域地球化学调查规范(1:250 000)》(DZ/T0258-2014)[137]、《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T0295-2016)[138]、《天然富硒土地划定与标识》(DZ/T0380-2021)[139]等行业技术标准，持续引领全国多目标区域地球化学调查和土地质量地球化学调查评价工作。

通过1999年～2001年在湖北江汉平原、广东珠江三角洲平原和四川成都盆地开展的方法技术试验，建立了以土壤测量为主，湖泊和近岸海域以沉积物测量为辅的1:250 000土地质量地球化学调查方法技术。调查采用双层网格化分别布设表层和深层土壤样品。表层土壤调查方法技术体现了对区域地球化学调查技术的继承，而新增的深层土壤调查用于代表工业化前或自然地质背景，为我国部分地区土壤重金属超标主要受控于自然地质背景的认识提供了科学依据，体现了对原有调查技术的革新[140]。经历10余年的调查试点和推广应用，于2014年正式发布《多目标区域地球化学调查规范(1:250 000)》(DZ/T 0258-2014)[137]，为全国土地质量地球化学调查工作持续开展和高质量完成奠定了重要的技术基础。

为推进调查成果转化应用，支撑国家和地方自然资源、农业农村和生态环境管理部门履行土地资源管理、农业结构调整、土壤环境保护等职能，通过开展不同地区调查试点和方法技术研究[141]，建立了以表层土壤调查为主，灌溉水、大气干湿沉降物、农作物等调查为辅的1:50 000土地质量地球化学调查方法技术。采用网格加土地利用现状图斑布设土壤点位，在保持样品空间相对均匀的基础上确保样品点主要分布在农用地，土壤、大气干湿沉降物、农作物分布采用不同采样密度。于2016年正式发布《土地质量地球化学评价规范》(DZ / T 0295-2016)[138]。

为满足土地精细化管理需求，通过全国不同地区的试点研究[142]，提出地块尺度的土地质量地球化学调查方法，以土地二调图斑为基础，根据耕地、园地、林地、草地、建设用地等不同的土地利用类型，建立了差异化布点方法[140]。该调查方法技术应用于雄安新区重点调查区地块尺度地球化学调查工作中，已获得较好的调查成果。

基于全国10 222组大宗农作物根系土-作物籽实协同调查数据，构建了土壤和作物籽实富硒率协同分析模型，提出了适用全国的富硒土地划定阈值[143]，于2021年正式发布《天然富硒土地划定与标识》(DZ / T 0380-2021)，结束了长期以来全国缺乏统一的天然富硒土地划定标准和官方标识的局面，为全国首批30处天然富硒土地认定和发布提供了根本的技术遵循。该标准自发布实施以来，在全国行业内持续发挥示范引领作用，已经带动河北、河南、广东等7省(区)出台相关地方标准7项。

2.4 能源地球化学调查技术

1980年代初期开始至1990年代，相继开展了地热田勘查的化探方法技术研究工作，提出了地热田勘查的化探方法技术体系和评价指标[144-151]。

油气地球化学调查技术是一种“迅速掌握全局，快速缩小靶区”的战略性油气资源调查技术，具有直接、快速、有效及成本低的特点[152]。自上世纪30年代创立油气化探以来，各国科学家都致力于寻求更直接的油气勘查方法，30年代前苏联提出了游离气体测量法[153]，美国创造了蚀变碳酸盐法(△C)[154]，40年代美国提出了酸解烃法[155]，油气化探进入新的阶段，60年代德国发明了微生物勘查技术[156]，80年代美国发现了放射性技术[157]，90年代中国研制了汞气测量技术[158]。进入21世纪，中国油气化探走在了世界前列，提出了“气相压驱裂隙渗透”理论[159]，制定了油气地球化学调查技术规范[160]，这些方法技术在实际应用中走向成熟，油气勘查成功率不断提高[161]。在此背景下，谢学锦院士[152, 162]提出开展全国油气化探扫面计划，主要目的是部署战略性油气化探普查工作，在短时间内获取区域性含油气盆地信息。在该计划的支持下，先后在松辽盆地、四川盆地、塔里木盆地等重点盆地开展了全国油气化探扫面方法示范，研究发现，大型油气田上方发育套合的地球化学模式，这些油气田有巨量的物质供给，动力学环境很稳定，应用1点/100 km2的战略性低密度地球化学填图方法可以圈定这些大规模的油气异常[163]，同时涌现出了一批原创性技术成果，如：甲烷碳同位素识别技术[164]、微生物专属氧化菌技术[165]、非烃气体监测技术及分形-GIS综合解释技术[166]，油气化探技术由战术性向战略性转变[167]。

随着能源紧缺和天然气水合物勘查工作的展开，油气化探应用领域进一步拓展，在我国主要冻土区开展了天然气水合物地球化学调查工作，初步建立了冻土区天然气水合物的地球化学识别标志[168]，形成了有效的冻土区天然气水合物地球化学勘查技术体系[169]，研制出的冻土区天然气水合物开发环境效应监测系统及方法已经成为研究水合物与碳循环关系的重要方法之一[170]。

3 地球化学标准物质研制技术

1979年5月，原国家地质总局批准在物探所成立“国家地质总局化探分析质量监控站”(简称“监控站”)，自此物化探所开始了地球化学标准物质(标样)的研制工作。经过40多年的持续研发，物化探所建立了由候选物选采与制备、均匀性检验、稳定性检验、特性量的定值测试、数据统计处理及认定值的确定、不确定度评定等关键技术构成的标准物质研制方法技术体系，积累了丰富的天然地质物料加工制备技术经验及其质量控制措施，构建了全国数十家实验室协作定值网络，形成包括元素全量、有效态等在内的多元素配套定值分析方法体系，定值元素可达70余种。

四十多年来，物化探所联合有关实验室，研制了包括水系沉积物、土壤、岩石、矿石、生物等[171-178]在内的19个系列、320多种国家一级标准物质。编写了“地质矿产类标准物质研制及保存技术规范”[179]。标准物质数量占地质行业的40%以上。作为唯一的标准物质地质行业实物分库，保存有本行业领域最高级别的标准物质，有效支撑了“国家标准物质资源共享平台”建设。

研制的标准物质在我国和世界地球化学标准物质体系中占有重要地位，广泛应用于地质、生态环境、农业、林业、冶金、食品、商检等行业部门的2 000多家实验室，并在美国、法国、英国等40余个国家的实验室得到应用。地球化学标准物质有力支撑了“区域化探全国扫面计划”、“多目标区域地球化学调查”、“土地质量地球化学调查”、“全国土壤污染状况详查”等国家重大专项的实施，促进了地球化学样品测试量值统一、数据科学对比和全国土壤元素地球化学图“无缝”拼接，为我国区域地球化学调查成果处于国际领先地位起到了重要作用。

4 地球化学样品分析与测试技术

近15年来，物化探所实验测试中心在76元素地球化学填图配套分析方案的基础上，研究制定了地壳岩石和土壤样品中76种元素包括FeO、pH值、Org.C、H2O+、CO2共81项指标的配套分析方案[180]，并对其中的部分分析方法进行了创新研究和改进，建立了新的区域地球化学调查39元素、多目标区域地球化学54指标及地球化学填图76元素81指标的配套分析方案。主要技术创新与进展如下：

1)创新研制了抑制植物样消解过程中硒挥发的方法并成功获批发明专利[181]，提高了植物样品中硒的分析准确度和精密度，降低了样品消解过程的操作难度；首次研究建立了土壤和水系沉积物中硒的价态分析方法[182]，实现了土壤和水系沉积物样品中全量硒的价态测定。

2)研发了X射线荧光光谱(XRF)用高压制样技术[183]，改善了XRF分析精密度，降低了分析方法检出限，提升了分析质量，拓展了XRF法的应用范围；开发了高压覆膜制样X射线荧光光谱分析技术[184]，有效解决了同一样片不能用于氯等元素重复测定的问题。

3)引进了激光诱导击穿光谱仪，开展了高压制样-激光诱导击穿光谱法(LIBS)在土壤样品元素含量分析中的应用试验，初步建立了LIBS测定土壤中稀土等元素的分析方法[185-186]；开展了交直流电弧原子发射光谱法在地球化学样品分析中的应用研究[187-188]。为建立固体进样的绿色配套分析方法奠定了基础。

5 基础地球化学数据和地球化学图集研制出版

5.1 地球化学元素丰度与背景值

5.1.1 中国花岗岩类化学元素丰度

根据采自中国大陆约750个有代表性的大、中型花岗岩类岩体的768件组合样品的近70种化学成分和元素实测分析数据，史长义等[189-196]首次计算提出并研究了①中国花岗岩类总体及碱长花岗岩、正长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长岩、石英二长闪长岩等近70种化学元素的丰度及其地球化学特征；②天山-兴安造山系、中朝准地台、昆仑-祁连-秦岭造山系、滇藏造山系、扬子准地台、华南-右江造山带、喜马拉雅造山带等七大构造单元花岗岩类及不同岩石类型花岗岩的近70种化学元素的丰度与区域分布特征；③太古代、元古代、早古生代、晚古生代、中生代、新生代等花岗岩类及不同时代碱长花岗岩、正长花岗岩、二长花岗岩的近70种化学元素的丰度及其演化特征。

5.1.2 中国水系沉积物系列背景值

任天祥等[197-198]依据全国区域化探扫面资料，分别以1:200 000图幅和1:2.50 000图幅为计算单元，计算提出了中国水系沉积物中39 种元素的背景平均值。史长义等[20]提出了中国主要大中型铜多金属矿田的水系沉积物中39 种元素异常平均值。程志中等[199]从中国南方12个省自治区2.3×106km2面积上所采集的水系沉积物样品中按每1∶50 000图幅一个组合样的密度组合成5 244件组合样，分析测试了其中的76种元素，统计计算了中国南方地区水系沉积物76种元素的平均值。

史长义等[200]以全国1:200 000和1：250 000水系沉积物测量数据为依据，采用全部原始数据(而不是一个图幅一个均值)，以X±3S为临界值一次性剔除异点后的数据集的中位数做为背景值的估计值，使用统一方法计算出了全国范围、9个大地构造单元、12个地球化学景观区、19个成矿带的39种元素水系沉积物背景值，探讨了全国范围、不同构造单元、不同景观区、不同成矿带各元素背景值的区域分布特征和规律。

5.1.3 中国东部地壳与岩石丰度

鄢明才[201]等在东经105°以东的中国东部约3.3×106km2的区域，系统地采集了五个一级大地构造单元基岩出露区的500余条标准地层剖面、800余个有代表性的火成岩和变质杂岩体样品共计28 253个，组合成2 718件分析样，选用15种分析测试方法，建立了中国东部不同大地构造单元的实测地壳模型，首次系统计算提出了中国东部地壳和岩石的78种元素和成分的丰度。

5.1.4 中国东部平原土壤生态地球化学基准值

朱立新等[202]在我国东部8.5×105km2平原区，采集517件样品，采样深度为-150 cm～-175 cm。将中国东部平原以流域为基础划分出8个统计单元，即三江平原、松辽平原、黄淮海平原、长江三角洲平原、江汉平原、鄱阳湖平原、南阳盆地和珠江三角洲。在每个统计单元内, 将样品各项分析测试指标的分析数据进行算术平均, 获得了各统计单元内76种化学元素(化合物)和pH、EC(电导率)、Org.C(有机碳)和H2O+等4项土壤理化性质指标的土壤生态地球化学基准值。

5.1.5 中国城市土壤化学元素的背景值与基准值

成杭新等[203]通过对中国31个省会城市3799件表层土壤样品(0 cm～20 cm)和1 011件深层土壤样品(150 cm～180 cm)中52种化学元素及pH和有机碳(Corg)数据分布结构的研究，采用中位数绝对中位差法、正态和对数正态法计算出中国及31个省会城市土壤52种化学元素的地球化学背景值、基准值及它们的变化区间。

5.1.6 中国淡水湖泊沉积物地球化学背景值

李敏等[204]利用中国150余个淡水湖泊表层沉积物和深层沉积物的地球化学数据，采用中位数绝对中位差的方法统计获得了中国主要淡水湖泊沉积物的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、TN、TP、TOC及pH的地球化学背景值。

5.1.7 中国土壤地球化学背景值和基准值

鄢明才等[205]结合文献资料提出了我国沉积物70 种化学元素和成分的综合平均值。谢学锦等[206]以全国529件样品分析数据为基础计算了泛滥平原沉积物54项指标的背景值。1997年，鄢明才等[207]以154 件土壤组合样为基础，又提出了我国土壤79 种元素和成分的丰度。王学求等[208]按照1∶200 000图幅为网格单元, 在全国1 600 个网格单元中, 共部署3382 个汇水域采样基准点, 每个基准点同时采集了表层和深层土壤样品, 共计采集6 617 件样品, 分析了81项指标(含76种元素)，提出了全国土壤76 个元素及5 个指标的地球化学基准值。

5.2 勘查地球化学数据库研究与建设

地球化学数据库属于专题数据库，在整个地学数据库中，地球化学数据库占据着重要的地位。我国的地球化学数据库的研究和建设工作起步于20世纪80年代，90年代各种数据库不断涌现[209]，现在数据库已经在地球化学研究中广泛应用并起到了重要作用。我国第一个专业的区域化探数据库(GC-81)建立于1980 年，由(原)地矿部北京计算中心和物探所联合开发[210]。

5.2.1 中国主要类型金、铜、多金属矿区域地球化学数据库

史长义等[211]建立的《全国大中型金铜多金属矿区域地球化学数据库(CRGD1.0)系统》，是利用Visual dBase5.5 和Visual Basic语言开发的，具有可视化数据库管理和可视化数据检索功能。CRGD1.0由6个应用程序子系统和3个主数据库组成。收录有全国范围内30个大中型金、铜、多金属矿田(床)的基础地质资料和区域地球化学资料，包括矿床基本信息、矿床的主要区域地质特征、矿床地质特征、区域地质图、矿田/床的39个元素区域地球化学数据及地球化学图等，约500 000条区域地球化学数据记录。

《中国西部主要类型金铜多金属矿田/床区域地球化学数据库(WCRGD1.0)系统》[8]是在CRGD1.0基础上开发的，包括管理子系统和数据库子系统。收录了13个来自我国西部地区不同景观区、不同成因类型的大中型金、铜、多金属矿田/床的地质特征和区域地球化学数据，其中包括：矿田/床的基本信息、矿田/床的区域地质特征及区域地质图、矿田/床的39元素区域地球化学数据及坐标、39元素彩色区域地球化学图等，共122 538条地球化学数据记录。

5.2.2 中国花岗岩类丰度数据库

在全国范围内750个有代表性的大中花岗岩类岩体上采集了6 080件样品，组合成768件分析组合样。所有样品完全采用无污染加工方案进行加工和制备。选用了以电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、仪器中子活化和X射线荧光光谱为主的多种先进的分析方法对这些花岗岩类样品进行了分析测试，并使用国家一级地球化学标准物质和重复测试样品进行质量监控，确保了分析数据的准确性和可靠性[189-190]。依据这些实测分析数据，建立了768件组合样品54种化学成分和元素的中国花岗岩类丰度数据库，收录有中国花岗岩类丰度数据41 472个。为开展花岗岩类地质、地球化学研究以及开展与花岗岩有关区域成矿规律研究、生态环境评价等提供了详实准确的基础资料。

5.2.3 全国区域地球化学数据库

全国区域地球化学数据库汇集了全国28个省(自治区、直辖市)的1∶200 000和1∶500 000区域地球化学调查39 种元素和氧化物的测试数据，共计数据点 1.47×106个，超过6×107个数据，涉及1∶200 000图幅 1 299 个，1∶500 000图幅 18个。数据库按照地球化学数据模型建立，采用MapGIS、GeoExpl 等软件平台实现。该数据库在矿产资源预测评价、基础地质研究、环境与土地质量评价以及其他相关领域的应用中发挥了巨大的作用[212]。

5.2.4 土地质量地球化学调查数据库

全国土地质量地球化学数据库集成了全国31个省(市、区)土地质量地球化学调查基础数据，包含 1:250 000土地质量地球化学调查表层土壤点位数据6.4×105余条，深层土壤点位数据1.6×105余条。每条数据包括地球化学景观分区、土地利用类型、土壤类型、行政区划、流域、气温、降水、海拔、构造类型、构造分区、农业区划、54种元素分析值等70余个字段。该数据库还集成了养分评价、环境综合评价、质量综合评价、酸碱度评价、绿色富硒评价、土壤质量综合等级评价等评价成果数据，有力地支撑了土地利用规划、特色土地资源开发、优质土地资源保护和污染土地整治修复等工作。

5.2.5 国际地球化学填图数据库

全球地球化学数据库包含了中国、美国、澳大利亚、欧盟、俄罗斯、蒙古、哥伦比亚、秘鲁、老挝、柬埔寨、土耳其、埃塞俄比亚、墨西哥、马达加斯加、巴基斯坦、塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、坦桑尼亚等18个国家和地区全球尺度或国家尺度最多达81个指标的地球化学数据和图件，数据库采用ArcGIS等软件平台实现，数据量大小达30 TB。该数据库的建立为全球资源可持续利用和全球环境变化研究提供了基础数据。

5.3 地球化学图集研制与出版

地球化学图能够清楚地揭示出元素含量的区域分布模式、空间变化规律与分布特征。《Provisional Geochemical Atlas of Northern Ireland》是Webb等(1973)出版的世界上第一部地球化学图集。目前国内外已出版的球化学图集涉及资源、能源、环境等多个方面，在矿产勘查、基础地质调查与研究、生态环境调查与评价、农业地质和土地质量评价等领域发挥了重要作用[194]。”早在1985年，物化探所等[213]利用江西省半定量的化探数据编制出版了中国第一份地球化学图集——《赣西北地球化学实验图集》，开创了中国地球化学图编制的先河。1990年，作为原地矿部第二代区域化探典型图幅数据处理研究课题研究报告中附图的一部分，物化探所杨竹溪和林存山等[214]以吉林浑江市幅1:200 000区域化探网格化数据为基础研制出《浑江市幅地球化学图集》，是国内第一份用微机编制的彩色地球化学图集。谢学锦等[32]依据新疆西准噶尔成矿区1:500 000区域化探扫面39元素分析数据的RESMA-II系统处理结果，编制了《西准噶尔成矿区低密度化探方法应用研究及成矿区带圈定与优选解释推断图册》。

5.3.1 中国花岗岩类地球化学图集

史长义等[215]根据全国范围内750个有代表性的大中花岗岩类岩体768件组合样实测分析数据，采用EDA技术研制出版了SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TFe2O3、Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Cd、Cl、Co、Cr、Cs、Cu、F、Ga、Ge、Hf、Hg、Li、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Ta、Ti、Tl、V、W、Zn、Zr、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Lu、Y等57种化学成分和元素的中国花岗岩类地球化学点源图，这是中国也是世界上第一份花岗岩类地球化学图集。这些地球化学图充分展示出了花岗岩体多元素的区域分布特征、空间分布规律和分布模式，显示出花岗岩类各元素的空间分布模式与中国花岗岩类的分布和特征密切相关，能清晰地反映出花岗岩类化学成分的空间变化规律和特征。

5.3.2 中国地球化学图集

中国的“区域化探全国扫面计划”自1978年开始，至2012年覆盖了全国约7.7×106km2的面积，取得了数以千万计的高质量39种元素含量数据，使中国拥有了全世界最引人瞩目的全国规模的地球化学数据库，并在矿产查中发挥了巨大的作用：圈出了近6×104个综合异常，对其中万余异常的工程验证中有3 000余处见矿，其中有经济价值的矿床1 947个，其潜在经济价值在2×1011元以上，还有大量的异常有待检查和进一步工作。《中国地球化学图集》是全国区域化探扫面成果，数据来源于全国区域化探数据库[216]。编图数据截至2002年已完成扫面工作的区域化探数据。每一个元素的原始数据分别按每个1:25 000图幅、1:50 000图幅和1:100 000图幅面积内统计一个平均值分别编成该元素的3幅地球化学图，编图元素39个，共编制了117张地球化学等值线图。该图集是对我国区域化探扫面成果的汇总及展示。

5.3.3 中国西南地区76种元素地球化学图集

《中国西南地区76种元素地球化学图集》[217]是据“我国西南五省市区76种元素区域化探图编制试点研究”项目成果编写而成。利用西南5省市区(四川省、云南省、贵州省、重庆市和广西壮族自治区)1∶200 000区域化探扫面样品库中保留的副样，按照一个1∶50 000国际分幅图幅一个组合样的密度组合样品，组合成2 961件样品，送9家实验室分析76种元素。利用这些数据首次编制了西南地区76种元素地球化学等值线图，获得了元素周期表中除气体元素和人工放射性元素之外的所有元素在中国西南地区的分布规律，同时还首次编制出西南地区15种稀土元素地球化学图，这也是世界上第一份76种元素地球化学图集[218]。

5.3.4 中国南方地区地球化学图集

从1978年区域化探全国扫面计划开始，中国南方地区(四川、云南、贵州、重庆、广西、广东、湖南、湖北、福建、江西、安徽、浙江、江苏省)于20 世纪90 年代完成了全部约2.3×106km2面积的采样与39种元素分析工作。利用南方地区1∶200 000区域化探扫面的副样，按照一个1∶50 000国际分幅图幅(约400×104km2)一个组合样的密度组合样品，组合成5 244件样品，送多家实验室分析76种元素。依据这些分析数据编制了中国南方地区76种元素地球化学等值线图，展示出了中国南方地区水系沉积物中76中元素的地球化学空间分布模式。图集的编制完成使得我国的地球化学填图水平又上一个新的台阶[219]。

6 地球化学勘查标准与规范

经过60多年几代勘查地球化学工作者的潜心研究，我国已经建立起不同层次、不同方法基本配套齐全的勘查地球化学方法技术体系，共形成了23项地球化学勘查方法技术标准，包含国家标准6项、地质矿产行业标准14项、中国地质调查局标准3项[220]，其中由物化探所牵头或参与完成的标准和规范有19项。这些标准规范包括通用标准规范和方法技术标准规范，从国家尺度→区域调查→矿产勘查→覆盖区找矿方法技术；从多目标调查→土地质量评价→到局部生态评价和天然富硒土地划定，涵盖了岩石、土壤、水系沉积物等常规的地球化学方法技术，汞蒸气测量和地球化学浅钻测量等新方法技术以及生态环境、土地质量调查评估的地球化学方法技术；形成了矿产资源地球化学普查与勘查、多目标地球化学调查与评价、土地质量与生态环境地球化学调查评价方法技术的技术标准体系，这些标准规范对于方法技术的推广应用发挥了不可或缺的作用，对地球化学勘查工作起着重要的支撑作用。

7 发展趋势与展望

经过70多年的努力，物化探所在勘查地球化学理论和方法技术研究与开发方面取得了辉煌成绩，为促进和推动中国勘查地球化学事业的发展起到了重要作用，但依然还有许多方面需要继续深入研究下去。

1)加强地球化学勘查模式/模型的研究，充分利用已有各种资料，特别是区域化探扫面资料，采用新思路新方法，注重常量元素作为成矿环境指示元素和区域地球化学负异常的地质地球化学意义，建立由矿带→矿田→矿床→矿体的地质地球化学异常结构模式和找矿预测评价指标，用于指导异常筛选评价和找矿预测。

2)原生晕理论与技术是勘查地球化学的理论基础，但是原生晕的成晕机理还缺乏深入系统的研究，还没有理论模型，也缺乏定量化预测评价方法和指标。需要特别加强原生晕形成机理和成晕模型的研究，以原生晕地球化学大数据为基础，利用计算机技术构建原生晕成晕理论模型，建立定量化预测评价方法和指标体系。

3)要充分利用大数据、建模、计算机模拟、神经网络、机器学习、深度学习、EDA等新理论新技术，创新异常解释和综合研究思路，以地球化学理论为基础，密切结合地质背景，充分利用地物化遥等多源多种信息，开展智能化综合信息勘查地球化学异常筛选和评价系统以及资源潜力评价系统研究。在区域地球化学异常的筛选评价中，要特别注意复杂地质地球化学背景下地球化学异常的识别，特别是弱小异常的识别问题。

4)进一步完善已有化探方法技术和开发新的方法技术，是深部矿产资源勘查的迫切需要。因此，在深部矿产资源立体地球化学勘查方法技术方面：①要加强各种方法技术的基础理论研究和异常形成机理研究；②需要进一步提高新的非传统方法技术规范化、标准化、实用化以及适用性、可操作性，也需要完善相应的分析质量监控系统，同时还需要研究开发新的方法技术；③需要特别加强矿床元素原生分带模式的研究，充分发挥现代样品分析测试技术的优势，以原生晕大数据为基础重新建立矿床的原生分带模型，用于指导深部找矿预测；④开展浅覆盖区区域性地球化学浅钻测量调查，以填补浅覆盖区地球化学调查的空白；⑤在酶提取技术、植物测量、水化学测量方法技术研究方面，物化探所都有很好地研究基础，应该加大研究开发的力度，特别是酶提取技术目前国内研究工作不多；⑥热磁地球化学测量是我所基本科研业务费支持下研究开发的方法技术成果的典型代表，还需要继续完善不同景观不同矿床类型方法技术应用示范研究，完善方法技术的标准化和操作规程，加大推广应用力度；⑦开展微生物地球化学测量技术在矿产资源勘查工作中的应用研究。

5)继续补充和完善区域地球化学调查方法技术体系，完成全国范围内出露区区域地球化学调查的全覆盖；利用大数据挖掘技术，深入开发、挖掘、提取已取得的海量区域地球化学调查数据中所蕴含的各种信息，服务于地质找矿和基础地质研究；利用现有区域化探扫面的副样增加分析以“三稀”为主的37个指标(元素)，在寻找战略性紧缺矿产方面可以发挥重要作用；在完善已有的近海地球化学调查方法技术基础上，通过试点图幅的工作总结经验，开展海洋地球化学综合调查工作，服务于国家的海洋强国战略；系统地开展局部亚景观1︰50 000地球化学调查方法技术研究，建立1︰50 000地球化学调查方法技术系列，以期在矿产勘查中发挥更大作用。

6)为保障国家能源资源安全，服务“一带一路”倡议，服务中国企业走出去，要进一步加强国际地球化学填图工作，推进全球地球化学基准网建设，为全球资源环境可持续发展做出中国贡献。

7)围绕土地资源自然演化规律及水、土、气、生等自然资源要素中物质迁移转化规律，建立土地资源数量、质量、生态“三位一体”综合调查评价方法技术，全面提升服务生态文明建设和自然资源管理中心工作的能力。

8)开展区域油气地球化学扫面工作，为油气远景评价提供战略靶区；继续开展烃类气体元素迁移机理研究，探索和发展不同景观区油气地球化学勘查技术；研制油气地球化学标准物质和分析配套方案，为油气战略选区提供高精度地球化学数据；建立全国油气化探数据库，采用诸如神经网络等机器学习的方法识别地球化学异常，为油气资源定量预测评价提供地球化学信息。

9)进一步研发更高灵敏度的分析方法技术，以提高地球化学样品中部分元素的分析方法检出限，完善地球化学样品配套分析方法。为减少溶样可能造成的环境问题，有待开发绿色环保的配套分析方法。引进自动化、流程化样品前处理设备，实现智能化分析测试，是地球化学样品分析测试的重要发展方向之一。

10)地球化学勘查技术标准制修订工作围绕三个方面展开：① 资源勘查方面已有标准适应性修订和新方法新技术标准制定；②生态地球化学调查方面技术标准的修订升级和新标准制定；③地球化学信息化建设和异常评价方面技术标准的制定。

11)以地球系统科学为指导，开展地球关键带元素地球化学循环和分布模式研究，更好地服务于国家资源能源安全战略、自然资源开发与管理、环境污染调查与治理、生态文明建设、绿色发展、碳中和碳达峰。