地电化学法与其他地球化学勘查方法的对比研究（邱炜,罗先熔,何书跃,任二峰《黄金科学技术.2011.6）.pdf

2011 年 12 月 第 19 卷 第 6 期 地电化学法与其他地球化学勘查方法的对比研究 邱炜1， 2， 3， 罗先熔4， 何书跃5， 任二峰2 1．青海省地质矿产研究所， 青海 西宁810012； 2．青海省地质调查院， 青海 西宁810012； 3．青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室， 青海 西宁810012； 4．桂林理工大学， 广西 桂林541004； 5．青海省第三地质矿产勘查院， 青海 西宁810001 摘要 随着人们对矿产资源需求的日益增大、 地质勘查工作的不断深入以及科技的进步和发展， 近年来， 矿产资源勘查出现 了许多新的技术和方法。 地电化学法是在前苏联的地电提取技术基础上， 进一步发展起来的一种以电场形式激发、 以离子形式 记录电化学反应结果的轻便、 快速的找矿方法， 在探测隐伏矿体方面有很大优势， 与常规的化探方法相比， 该方法具有经济实 用且效率高等优点。 将该方法和岩石地球化学、 土壤地球化学、 电吸附地球化学以及活动态金属离子等其他地球化学勘查方法 进行实例对比研究， 结果表明， 地电化学勘查方法在寻找隐伏矿体方面有其独特的效果， 值得推广应用。 关键词 地电化学法； 地球化学勘查方法； 地电提取； 对比研究 中图分类号 P632文献标识码 A文章编号 1005- 2518 （2011 ） 06- 0007- 05 收稿日期 2011-09-19； 修订日期 2011-10-27. 基金项目 科技部中澳国际科技合作项目 “矿产资源多元信息勘查技术开发及综合示范研究”（编号 2007DFA20910 ） 与广西地质工程中心重点实 验室项目 “有色金属矿床地物化遥多元地学信息找矿研究”（编号 11-031-20-2 ） 联合资助. 作者简介邱炜 （1981- ） ， 男， 山东济南人， 工程师， 从事地球化学研究工作.sleepdream 随着人们对矿产资源需求的增大和地表露头矿 的日益减少，寻找深部矿以及运积层覆盖下的隐伏 矿显得日益重要。 地电化学法是在前苏联的地电提取 技术基础上发展起来的一种新的深穿透地球化学勘 查方法， 对于探测隐伏矿体有很大的优势[1-2]。目前， 这一方法已被应用在许多国家和地区并得到迅速发 展，有可能为当前和今后解决寻找深部矿以及运积 层覆盖下的隐伏盲矿所面临的难题提供一种有效的 方法。 通过将地电化学法和和岩石地球化学、土壤地 球化学、 电吸附地球化学以及活动态金属离子等其 他地球化学勘查方法进行对比研究，证明该方法在 探测隐伏矿体方面有很大的优势。 1地电化学法的发展历史 地电化学法是将地球物理、地球化学和电化学 综合为一体形成的一种找矿方法[3-6]。地电化学法在 前苏联被称为 “部分提取金属法”（CHIM ） ， 由前苏联 列宁格勒大学 Ю C 雷斯[3]等在 20 世纪 60 年代末 创建，并于 70 年代研制出完备的整套野外工作设 备，之后逐步在勘查找矿中得到广泛应用。20 世纪 80 年代末期， 该方法才引起西方国家的重视。20 世 纪 80 年代初以来，该方法在我国引起了广泛关注。 1984 年， 费锡铨[4]提出了电提取离子法的理论和野 外工作技术方法， 后来， 徐邦梁[7]、 高云龙[8]等人对地 电化学找矿方法进行深入研究，并参照前苏联的理 论和仪器， 开发出相应的工作设备， 于 1986 年陆续 推出 4 种型号的电源控制仪和元素接收器等主要部 件，经过多年实践，证实该方法及仪器设备的可行 性。 与此同时， 罗先熔等[9-10]在国内十几个省 20 余个 矿区的不同厚层覆盖区和不同类型矿床开展了地电 化学找矿的一系列研究， 取得了良好找矿效果。刘占 元等[11]从事地电化学找矿试验研究， 在仪器设备的 改进方面做了一些尝试和研究工作，取得了较好的 效果。 20 世纪 90 年代以来，从事地电化学研究的学 者们通过不懈地试验研究和探索实践， 逐渐明确了 地电化学方法技术改进的方向和途径， 逐步向着轻 便化、 实用性、 规范化和技术可操作性的目标奋进， 虽然各家开发的仪器设备不尽相同， 但都取得了相 应的地质找矿效果[12]。多年来， 通过在不同国家、 不 同地区和不同矿床类型开展大量地电化学找矿研 究工作， 桂林理工大学隐伏矿床预测研究所所长罗 先熔教授对地电化学找矿的方法和装置均做了很 大的改进，使地电化学找矿方法逐渐发展起来， 并 趋于成熟。 7 矿产勘查 2方法机理和成晕机制 2.1 方法机理 目前，研究人员对地电化学勘查法的找矿机理 尚未形成统一的认识， 主要存在以下 2 种观点[13]。 一是认为电极表面上的提取物直接来自深部矿 体，人工电场是驱动深部矿体金属离子上升的主要 动力。其找矿机理是， 在人工电场作用下， 电流通过 大地形成供电回路，使赋存于地下的隐伏矿体发生 电化学溶解，并促使带正电荷的金属离子向电极阴 极方向运移和沉淀，带负电荷的物质向电极阳极方 向运移和沉淀。 然后， 通过对每个电极表面上的沉淀 物进行分析和处理， 形成地电化学异常。 二是认为人工电场并不能直接作用到地下几百 米深的隐伏矿体，使其发生电化学溶解并使各种金 属离子运移至地表，而且认为电提取的能力是有限 的，用 500 mA 与 20 mA 电流提取所得的结果并无 较大的差别[12]。研究表明[14]， 人工电场只起次要作 用， 驱使金属离子在电极表面上沉积的主要原因是 电极液 （如硝酸和盐酸等） 的扩散导致金属离子向 电极的反向扩散， 从而在每个电极表面沉积， 形成 地电化学异常。 目前， 第二种观点已逐步得到大多数人的认同， 因为电迁移理论的计算结果表明，在短短几十个小 时的通电时间里，隐伏矿体的成矿金属离子不可能 迁移至几百米远的地表。 越来越多的研究人员发现， 地电化学提取测量的找矿机理是由于各种电化学溶 解和机械运移等作用，在隐伏矿体及其周围形成一 个强大的活动态的原始金属离子晕。 然后， 在成矿后 期的漫长地质年代里，这些原始金属离子晕在浓差 扩散、 压差扩散、 地下水循环、 自然电场、 地气流、 毛 细血管以及干旱地区蒸发泵流等应力作用下，通过 岩石孔隙、 构造裂隙、 断层及破碎带等离子通道运移 至地表层， 以各种金属离子态、 络合态、 胶体态、 吸附 态以及氧化物等形态赋存于地表，形成活动态的地 表金属离子晕。最后， 在人工电场作用下， 这些地表 金属离子晕发生电化学溶解，定向迁移并在电极表 面上富集，选择提取电极表面上的沉积物并进行分 析和处理， 就形成地电化学异常， 为寻找隐伏矿体提 供了有用的信息和依据。 2.2 成晕机制 矿床周围形成地电化学晕的机制主要包括以下 4 个过程 矿物溶解、 离子迁移、 离子在地表的转化 及离子晕的形成[15]（图 1 ） 。 图 1地电化学提取异常成晕机制示意图[15] 矿物溶解方式包括机械溶解、 氧化溶解、 电化学 溶解及生物溶解等。金属矿体的氧化溶解和电化学 溶解实质上都是由于氧化还原电位差异而导致的 电化学过程， 所以， 深部矿体的矿物溶解主要表现为 电化学溶解[16-18]。溶解产生的离子在自然电场和地 气搬运等各种运移机制的综合作用下，从几百米深 的矿体处运移到近地表的松散层中。 其中， 溶解产生 的离子成分包括多种金属离子 （Cu2、 Pb2、 Zn2、 Co2、 Ni2、 Au和 Ag等） 和其他可溶性离子 （SO42-、 HCO3-、 F-、 Cl-、 Ca2、 Na、 K、 Mg2和 H等） 。利用人工电场将 土壤中呈活动态的金属离子提取并沉积在电极上， 得到的离子晕称为地电化学提取离子异常[19]。 3与其他地球化学勘查方法的比较 3.1 与岩石地球化学勘查方法的比较 青海锡铁山铅锌矿位于典型的干旱地区， 是我 8 2011 年 12 月 第 19 卷 第 6 期 国著名的大型铅锌矿床之一，也是目前青海省最大 的有色金属矿山。矿床产于锡铁山群绿色变质火山 沉积岩系中， 主要分布于碳酸盐岩和碎屑岩内， 并在 二者过渡部位形成主矿体。矿体呈似层状和透镜状 产出， 主要由黄铁矿、 闪锌矿和方铅矿组成[20-21]， 是 晚奥陶世初期火山喷发、海水渗滤沉积成矿并经后 期热液改造的层控型矿床[22]。锡铁山铅锌矿床赋存 于柴达木盆地北缘锡铁山绿梁山赛什腾山晚奥 陶世滩间山群绿岩系内。含矿绿岩系为一套火山 沉积岩系， 呈 NW-SE 向分布， 其展布方向与总体区 域构造线方向一致。 图 2 为锡铁山铅锌矿 51 号线钻探剖面，经钻 探验证， 矿体产于基性超基性岩体内。通过试验 对比， 在埋深约 100 m 的隐伏矿体上方， 普通的岩 石测量异常位置与隐伏矿体位置有较明显的偏移， 而地电化学提取异常位置则与实际矿体位置有较 好的吻合。 图 2锡铁山铅锌矿 51 号线地电化学异常对比剖面 D3m-上泥盆统砾岩夹细砂岩； O3tn-上奥陶统绿板岩夹大理石 3.2 与土壤地球化学勘查方法的比较 山西耿庄金矿位于山西地台背斜五台穹的北中 部，耿庄红安断裂的中部。区内出露地层主要为 中深变质岩， 矿区大片地区被第四系覆盖。 金矿体 主要沿断裂带和断裂的交叉部位产出。矿石类型多 为金属硫化物， 主要金属矿物有金银系列矿物、 黄铁 矿、 黄铜矿、 闪锌矿及方铅矿。围岩蚀变主要为绢云 母化、 黄铁绢英岩化和硅化， 其中， 黄铁绢英岩化和 硅化与矿化关系较密切。 图 3 为耿庄金矿区内具有第四系厚层覆盖的地 电提取试验对比剖面， 经钻探验证， 金矿体赋存于爆 破角砾岩中，受后期次级裂隙群的控制。矿体埋深 38～200 m， 产状呈垂直陡倾斜， 第四纪黄土覆盖层厚 约 9～20 m。 金矿体平均厚 3～6 m， 平均金品位为 5 g/t。 地电化学试验剖面长 800 m，按 20～60 m 不等距布 点， 进行地电提取试验， 同时， 采集土壤样品进行对 比试验[23]。从图 3 的对比剖面可以看出， 地电提取 Au 元素异常能够较清晰地反映出异常峰值下方隐 伏金矿体的赋存位置；而土壤次生晕异常在对应的 隐伏金矿体上方没有明显异常显示，仅在隐伏铅锌 矿体上方有相对较弱的异常显示。 该对比试验表明， 地电提取方法在第四系厚层黄土覆盖地区寻找隐伏 金矿具有独特效果。 3.3 与电吸附地球化学勘查方法的比较 电吸附找矿法是一种针对寻找隐伏矿而研制的 新方法， 是在室内把样品装入特殊的装置， 加入专门 配制的助溶剂， 然后进行通电处理， 把地球化学异常 中的活动态组分解脱出来， 并用吸附介质吸附富集， 从而利用其数据来指导找矿的一种方法[24]。 新疆金窝子 210 金矿位于新疆自治区东部与甘 肃省交界处， 为典型的干旱荒漠地区， 春季和秋季风 沙较多， 夏季高温干旱， 冬季严寒低温， 植被非常稀 少， 区内大部分地区为较平缓的残积区或堆积区。由 于长期受风蚀、 机械风化、 蒸腾和盐碱渍化等诸多因 素的共同作用， 形成独特的荒漠戈壁自然景观[25-26]。 对 210 金矿的Ⅰ号剖面进行地电化学方法研 究， 得到的异常剖面以矿体为中心向两边延伸， 剖面 长度 1 400m， 点距 100 m。 由图 4 的地电化学试验对 比剖面可以看出， 室内电吸附的 Au 元素异常峰值偏 离了金矿体在地表的垂直投影位置，而现场的地电 提取 Au 元素异常峰值正对矿体位置， 异常清晰且衬 度值高。 结果证明， 地球电化学方法在干旱荒漠戈壁 区找矿是有效的。 3.4 与活动态金属离子法的比较 活动态金属离子法（Mobile Metal Ions， MMI ） 是 澳大利亚学者在 20 世纪 90 年代初发展起来的， 其 方法依据是金属活动离子可从深部矿体穿过上覆成 矿后沉积的岩石及外来的厚层沉积物而到达地表。 通过使用弱酸或酶煮法可以提取弱结合的活动态金 9 矿产勘查 属离子，这种活动态金属离子异常通常较准确地位 于矿体垂直上方， 偶尔也在倾斜上方， 最高透视深度 记录是 700 m。 图 3耿庄金矿 11 号线地电化学异常对比剖面[23] Awm-五台群片麻岩； 1.隐爆角砾岩； 2.金矿体； 3.铅锌矿体 图 4金窝子 210 金矿地电化学异常对比剖面[27] 1.第四系全新统 （洪积风积、 冲积砂、 细砂、 湖沼粘土及淤泥 ） ； 2.第四 系更新统 （洪积砂砾和粘土 ） ； 3.矿体 Kalkaroo 矿是南澳资源部在澳洲南部发现的一 个金多金属矿床，该矿位于南澳 Broken Hill 以北约 90 km 的 Curnamona 克拉通内。 该矿区和相邻地段中 花岗岩岩浆活动较强烈， 原生矿化为顺层分布的含黄 铜矿和黄铁矿透镜体或切层的黄铜矿辉钼矿脉， 赋 矿岩石为具较强磁性的含钠长石和磁铁矿变粉砂 岩。在原生矿带与风化基底之间产有若干以自然铜 与辉铜矿为主的次生矿化层， Au 和 Cu 含量分别为 0.93 g/t 和 1.6。局部次生富集带也影响到原生矿 化带的上部， 部分层控型矿体中的黄铜矿被辉铜矿 所取代。矿化带上部通常有厚约 100 m 的覆盖层。 由图 5 可见，虽然在已知矿体上方地电化学异 常和 MMI 异常均有出现， 但是地电化学异常的数值 比 MMI 异常的数值高很多，尤其在已知矿体上方， 地电化学异常峰值是 MMI 峰值的 3 倍， 相对于 MMI 异常曲线，地电化学异常曲线能更准确地反应出矿 体的位置。 图 5南澳 Kalkaroo 金多金属矿地电化学异常对比剖面 4结论 通过将地电化学勘查方法与岩石地球化学、 土 壤地球化学、 电吸附地球化学、 活动态金属离子等 4 种地球化学勘查方法进行实例对比研究，可以看出 地电化学元素异常能够较清晰地指示隐伏矿体的埋 藏位置，证明利用地电化学勘查方法进行隐伏矿床 的勘查研究是切实可行的，尤其在一些特殊的地球 化学景观环境下，地电化学勘查方法在寻找隐伏矿 体方面比其他常规化探方法更有效，更能发挥其独 特的效果， 值得推广应用。 参考文献 ［1］李兆谊， 罗先熔， 候冬梅， 等.地电化学集成技术在黑龙江 金厂金矿的应用研究及找矿预测 ［J］ .黄金科学技术， 2010， 18 （5 ） 117- 122. ［2］谭克仁.金矿地电化学勘查新技术、 新方法研究进展 ［J］ .黄 金科学技术， 2000， 8 （1 ） 23- 31. ［3］Ю C 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Comparative Study between the Geo-electrochemical and other Geo- chemical Exploration s QIU Wei1， 2， 3， LUO Xianrong4， HE Shuyue5， REN Erfeng2 1.Qinghai Institute of Geology and Mineral Resources,Xining810012,Qinghai,China； 2.Qinghai Institute of Geological Survey,Xining810012,Qinghai,China； 3.Qinghai Province Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources of Northern Qinghai-Tibetan Plateau,Xining810012,Qinghai,China； 4.Guilin University of Technology,Guilin541004,Guangxi,China； 5.No.3 Qinghai Exploration Institute of Geology and Mineral Resources,Xining810001,Qinghai,China Abstract With the growth of demand for the mineral resources,the development of geosciences and the continuing progress of mineral exploration and the development of science and technology,there are many new technologies for surveying and exploration in recent years.Geo -electrochemical extraction measure is a new,quick, convenient and effective to find concealed deposits.This exploration is more economical and efficient than normal geochemistry exploration s.Comparative study of actual examples has been made between geo-electrochemical and other geochemical exploration s,such as rock geochemistry,soil geochemistry,electric adsorption geochemical and the active state metal ions s.The results show that geo- electrochemical measure has high-efficiency in finding concealed ore bodies,and it should be widely used. Key words Geo-electrochemical measure； Geochemical exploration ； Geo-electric extraction； Comparative study 11