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作者：王學(xué)求張必敏姚文生孫彬彬單位：中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所

近年最顯著的進(jìn)展是發(fā)現(xiàn)土壤中納米金屬（銅、金等）微粒的存在（王學(xué)求和葉榮，2011；王學(xué)求等，2012；葉榮等，2012）．如在河南南陽盆地邊緣400m蓋層的隱伏銅鎳礦，同時(shí)采集地氣和土壤樣品，使用透射電子顯微鏡（TEM），都發(fā)現(xiàn)了納米金屬微粒，納米微粒在粒徑、形貌、成分、結(jié)構(gòu)具有下列共同特點(diǎn)：（1）透射電鏡（TEM）下單個(gè)金屬微粒粒徑主體為幾十納米，也有個(gè)別小到幾個(gè)納米，大到上百個(gè)納米；（2）單個(gè)金屬微粒呈球形或橢球形或葡萄形，部分帶有直邊的多面體小球，多個(gè)微粒大多聚集在一起構(gòu)成團(tuán)聚體；（3）透射電鏡（TEM）帶有X－射線能譜儀（EDS）進(jìn)行微粒原位成分分析，微粒成分可分為以下3種：①單一成分納米自然銅微粒；②金屬復(fù)合成分納米微粒；③含有Si、Al、Ca、O、P復(fù)雜成分的納米Cu微粒；（4）微粒具有晶體外形，內(nèi)部經(jīng)過放大，可以觀測到清晰序晶體結(jié)構(gòu)（圖1）．從礦體上方地氣和土壤中同時(shí)觀測到納米顆粒，并被室內(nèi)遷移柱觀測到納米顆粒所證實(shí)，而且顆粒大小、形貌特點(diǎn)、成分基本相似，表明它們之間具有成因聯(lián)系，同時(shí)納米金屬微粒具有有序晶體結(jié)構(gòu)，表明它們是內(nèi)生條件下的產(chǎn)物．以上事實(shí)說明它們來自于礦體．這一發(fā)現(xiàn)不僅具有重要理論意義，為深穿透地球化學(xué)提供了直接微觀證據(jù)，而且對尋找隱伏礦具有重大應(yīng)用價(jià)值，即可以利用土壤作為采樣介質(zhì)，分離微粒成分用于直接尋找深部隱伏礦．

植物細(xì)胞內(nèi)微觀觀測提供了植物遷移化學(xué)元素的分子水平證據(jù)

澳大利亞最新研究證明在干旱－半干旱地區(qū)植物在元素向地表遷移過程中起到了重要作用．Anandetal．（2007）在Yilgarn克拉通北部半干旱地區(qū)選擇了5個(gè)礦床（Jaguar塊狀硫化物型Cu－Zn－Ag礦、MoolartWell金礦、Rumour金礦、GossanHill塊狀硫化物型Cu－Zn－Au礦、McGrathNorth金礦）開展實(shí)驗(yàn)研究．野外采樣介質(zhì)為圍籬樹（澳大利亞荒漠地區(qū)特色樹種）的樹葉、樹根、樹皮、枝條和葉柄．此外還采集了地表以下10～20cm的土壤樣品，開展了全量、偏量和選擇性提取分析，以盡可能查明地表中能反映深部礦體的潛在地球化學(xué)信息．

實(shí)驗(yàn)表明，圍籬樹中枝條顯示的異常信息最弱，葉柄和樹皮顯示了弱－中異常，而樹葉所顯示的異常信息最強(qiáng)．通過使用質(zhì)子激發(fā)分析植物葉子，發(fā)現(xiàn)Zn元素主要富集在植物葉子細(xì)胞內(nèi)部，表明植物根系吸收地下水將Zn輸送到葉片細(xì)胞中．而Fe元素主要吸附在葉子表面，表明Fe是通過大氣粉塵吸附，而不是來自于根系的直接輸送（RaviAnand內(nèi)部報(bào)告，未發(fā)表）．以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明植物可以將與深部礦體或礦化體有關(guān)的金屬元素帶至地表，并在其上方植物、近地表土壤等介質(zhì)中形成異常．因此，植物地球化學(xué)調(diào)查可作為植被發(fā)育地區(qū)未來隱伏礦勘查的一種有效手段．

研究案例

本文選擇了北方干旱沙漠覆蓋區(qū)金礦、中部濕潤農(nóng)田覆蓋區(qū)銅鎳礦、南方植被紅土覆蓋區(qū)的銅金銀礦、盆地砂巖型鈾礦等典型覆蓋區(qū)景觀和典型礦床的研究案例進(jìn)行介紹．

1戈壁荒漠區(qū)金窩子隱伏金礦

在戈壁覆蓋區(qū)金窩子隱伏金礦床，采用空氣動(dòng)力反循環(huán)粉末取樣鉆探技術(shù)，系統(tǒng)采集了礦體上方不同深度的覆蓋層樣品，獲得成礦元素的三維分布模式（圖2）．成礦元素在礦體上方不同深度覆蓋層中的異常具有明顯的繼承關(guān)系．在礦體上方覆蓋層，成礦元素呈現(xiàn)頂?shù)讓痈摺⒅虚g低的特點(diǎn)．納米微粒金可通過地氣流攜帶以及干旱氣候強(qiáng)蒸發(fā)下的上升毛細(xì)管作用等多營力共同參與遷移至地表（圖3）．地氣流的來源包括與大氣交換的氣體如二氧化碳、地幔排氣（如氦氣、氡氣、甲烷等）和礦床風(fēng)化產(chǎn)生的氣體．氣泡表面強(qiáng)大的比表面能可以使納米金通過范德華力吸附在氣泡表面，隨氣體一直垂直向上遷移．在遷移過程中，覆蓋層中間以沙土為主，幾乎無任何地球化學(xué)障阻礙，可以無阻礙的向上遷移，直到在地表遇到地球化學(xué)障（粘土、氧化物膜、鹽類物質(zhì)等）而被卸載下來，從而在地表細(xì)粒級樣品中形成礦化異常．這種遷移方式是導(dǎo)致成礦元素在三維空間分布圖中出現(xiàn)垂直繼承關(guān)系以及在覆蓋層頂部和底部含量高、中間層含量低的原因．在跨越金窩子和210金礦帶，使用100m的采樣點(diǎn)距，進(jìn)行剖面測量，圖4是不同粒級測量結(jié)果．從圖中可以得出如下結(jié)論：（1）微粒（－160目）的細(xì)粒級測量在礦體上方的異常強(qiáng)度最大，中間粒級異常強(qiáng)度最弱，兩者異常含量值相差一個(gè)數(shù)量級（上百ng／g，十幾ng／g）；（2）細(xì)粒級測量在礦體上方出現(xiàn)連續(xù)多點(diǎn)異常，而粗粒級測量只有單點(diǎn)的跳躍異常．

2濕潤農(nóng)田覆蓋區(qū)河南周庵隱伏銅鎳礦

周庵銅鎳礦位于河南省南陽市唐河縣南部．含礦超基性雜巖侵位于中新元古代變質(zhì)地層，蝕變強(qiáng)烈．鉑族－銅鎳礦體呈似層狀產(chǎn)于超基性巖體之內(nèi)接觸帶的強(qiáng)蝕變殼內(nèi)，并主要位于巖體頂部和底部，屬巖漿期后熱液作用形成．巖體埋藏較深，被第四系農(nóng)田土壤所覆蓋，巖體頂界距地表400m以下．使用微粒分離和活動(dòng)態(tài)提取，在含礦隱伏巖體與圍巖接觸帶獲得清晰的環(huán)狀異常，與礦體分布相對應(yīng)（圖5）．這種環(huán)狀異常可以解釋為：（1）礦體環(huán)繞巖體與地層的接觸帶分布；（2）地氣流在巖體與圍巖接觸帶部位具有最大的氣體通量，氣體攜帶礦石中納米銅微粒垂直向地表遷移，遷移至地表后一部分納米顆粒仍然滯留在氣體里，另一部分被土壤地球化學(xué)障所捕獲形成環(huán)狀異常．

3植被紅土覆蓋區(qū)紫金山外圍隱伏礦探測試驗(yàn)效果

福建紫金山是我國著名的大型銅金礦田，包括了紫金山高硫型銅金礦床、羅卜嶺斑巖型銅鉬礦床、悅洋低硫型銀多金屬礦床等，是目前國內(nèi)唯一的多種類型并存的斑巖－淺成熱液成礦系統(tǒng)（圖6）．針對紫金山西側(cè)悅洋盆地開展的針對元素穿透火山巖蓋層的能力開展了研究工作．結(jié)果顯示微粒提取和鐵錳氧化物態(tài)提取異常分布一致，都指示了隱伏礦體所在的位置，異常忖度高（圖7）．從元素異常分布特征可以看出，各元素異常呈現(xiàn)由西南往東北“（As、Sb、Hg、Ag、Au、U）→（Ag、Au、Pb、Zn、Bi、Cu）→（Mo、Cu、Zn、U、W）”的水平分帶特征．As、Sb、Hg、Ag、Au、U異常分布于悅洋盆地碧田金銀鈾礦床，Cu、Au、Ag、Pb、Zn、Bi分布于紫金山銅金礦床和五子騎龍銅礦床，Mo、Cu、Bi、Zn、W異常分布于羅卜嶺銅鉬礦床，在成礦溫度上由低溫→中低溫→高溫變化．

可以看出成礦元素的地球化學(xué)分布特征與不同成礦類型、不同成礦溫度的礦床具有很好的對應(yīng)關(guān)系，由此可總結(jié)出該區(qū)域幾種類型礦床的勘查地球化學(xué)找礦標(biāo)志．可以初步得出如下認(rèn)識(shí)：（1）成礦及指示元素可以穿透火山巖覆蓋層，用土壤采樣，深穿透地球化學(xué)的微粒提取和鐵錳氧化物提取可以指示隱伏礦體；（2）礦田不同元素異常在成礦溫度上由低溫→中低溫→高溫呈現(xiàn)有規(guī)律的分布：淺層低溫火山－次火山熱液型金銀鈾礦床：As、Sb、Hg、Ag、Au、U異常組合；淺層中低溫火山－次火山熱液型金銅礦床：Ag、Au、Pb、Zn、Bi、Cu異常組合；斑巖型銅鉬鎢礦床：Mo、Cu、Bi、Zn、U、W異常組合．2．4盆地砂巖型鈾礦現(xiàn)在世界各國都將找礦方向轉(zhuǎn)至盆地中砂巖型鈾礦．而盆地中砂巖型鈾礦都為隱伏礦，產(chǎn)于地表以下幾十米至幾百米深處．過去對鈾礦的勘查主要是利用放射性方法．放射性方法在鈾礦找礦歷史中發(fā)揮了巨大作用，但放射性方法只適用于尋找出露礦或近地表礦，即使只有幾英尺土壤蓋層或巖石蓋層，該方法就無能為力．近年的主要進(jìn)展在于發(fā)現(xiàn)鈾在氧化條件下可以長距離遷移到地表被粘土所吸附，為盆地砂巖型鈾礦地球化學(xué)勘查提供了理論依據(jù)和有效采樣介質(zhì)．

表生條件下鈾容易氧化為鈾酰絡(luò)陽離子（UO22＋），因此它在表生作用中異常活躍．而鈾酰離子呈碩大半徑的啞鈴狀，不能與任何陽離子類質(zhì)同象替代，但它易于嵌入鏈狀或?qū)訝畹V物面網(wǎng)中，因此易被粘土礦物、鐵的氫氧化物、膠體和有機(jī)物等所吸附．在新疆吐哈盆地十紅灘鈾礦上方土壤中發(fā)現(xiàn)活動(dòng)態(tài)鈾的比例可達(dá)30％～60％，其中位于吸附相中的鈾酰絡(luò)陽離子（UO22＋）占全部的鈾比例最高（17％～40％）（Wang，2011）．利用分離粘土的微細(xì)粒測量在吐哈盆地發(fā)現(xiàn)大規(guī)模、高強(qiáng)度鈾異常（圖8）．

結(jié)論與討論

（1）覆蓋區(qū)地球化學(xué)遷移機(jī)理研究正從描述性模型向?qū)嵶C性模型轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變將是勘查地球化學(xué)理論研究質(zhì)的飛躍．

（2）從納米水平直接觀測到Cu、Au納米微粒．這2個(gè)元素的共同點(diǎn)是在礦床中都易呈自然金屬存在，所以易被廣泛觀測到．納米微粒的特點(diǎn)是具有巨大的比表面積和類氣體性質(zhì)．巨大的比表面積決定了它可以與氣體分子相結(jié)合，被氣體攜帶遷移到地表．類氣體特性也可以自身像氣體一樣不受重力影響垂直向上遷移。

（3）從分子水平直接觀測到元素在細(xì)胞中富集．直接證明了植物根系吸收成礦元素并輸送到葉片組織中，為植物找礦提供了直接理論證據(jù)．

（4）根據(jù)不同地理景觀特點(diǎn)和礦床類型可以選擇性使用不同的深穿透地球化學(xué)技術(shù)，以達(dá)到有效尋找隱伏礦的目的．通過對北方干旱沙漠覆蓋區(qū)金礦、中部濕潤農(nóng)田覆蓋區(qū)銅鎳礦、南方植被紅土覆蓋區(qū)的銅金銀礦研究表明，Cu、Au元素主要以納米微粒形式穿透火山巖、變質(zhì)巖和土壤覆蓋層，用深穿透地球化學(xué)的微粒分離和鐵錳氧化物提取技術(shù)可以有效指示隱伏礦體．通過干旱盆地砂巖型鈾礦的研究表明，鈾在氧化條件下以鈾酰絡(luò)陽離子（UO22＋）形式遷移到地表，并被土壤中粘土所吸附，吸附相中的鈾占全部的鈾比例最高（17％～40％），使用物理分離粘土或化學(xué)提取粘土吸附相鈾可以有效指示深部鈾礦體．