引用本文
陈国光, 马振东, 奚小环, 李敏, 张华, 湛龙, 张德存, 叶家瑜. 矿产地球化学勘查体系的探讨[J]. 物探与化探, 2015,39(3): 437-442.
CHEN Guo-Guang, MA Zhen-Dong, XI Xiao-Huan, LI Min, ZHANG Hua, ZHAN Long, ZHANG De-Cun, YE Jia-Yu. A tentative discussion on the mineral geochemical prospecting system[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2015,39(3): 437-442.
Doi:10.11720/wtyht.2015.3.01  
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《物探与化探》编辑部
矿产地球化学勘查体系的探讨
陈国光1, 马振东2, 奚小环3, 李敏3, 张华4, 湛龙1, 张德存5, 叶家瑜6
1.中国地质调查局 南京地质调查中心,江苏 南京 210016
2.中国地质大学 地球科学学院,湖北 武汉 430074
3.中国地质调查局,北京 100037
4.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊 065000
5.湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056
6.湖北省地质局 实验测试中心,湖北 武汉 430022

作者简介: 陈国光(1964-),男,长期从事地球化学勘查和管理工作,负责组织编制了《多目标区域地球化学调查规范(1∶25 万)》、《地球化学普查规范》、《岩石地球化学测量规程》等。

收稿日期: 2014-04-12
基金: 中国地质调查局《地球化学普查规范》修订(1212010560101)、《岩石地球化学测量规程》修订(1212011120378)、《地球化学详查规范》编制(12120113024300)
摘要

矿产地球化学勘查划分为区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查三个阶段,每个阶段都有其自身的工作特点。但我国化探工作习惯以区域化探的思维来开展地球化学普查、地球化学详查工作,导致部分工作不到位,出现地球化学信息获取不足等情况。笔者通过对矿产地球化学勘查不同阶段的目的任务与性质、野外工作方法、室内资料整理、异常分类与异常查证、分析测试等五个方面的梳理与分析,提出区域地球化学勘查→地球化学普查→地球化学详查,是地球化学勘查方法的采样介质从水系沉积物→土壤→岩石,样品密度逐步加密,与地质体联系趋于紧密,不断逼近找矿目标体的一个系统过程。

关键词: 地球化学勘查; 地球化学异常; 勘查技术; 勘查体系
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)03-0437-06
A tentative discussion on the mineral geochemical prospecting system
CHEN Guo-Guang1, MA Zhen-Dong2, XI Xiao-Huan3, LI Min3, ZHANG Hua4, ZHAN Long1, ZHANG De-Cun5, YE Jia-Yu6
1. Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing 210016, China
2. Faculty of Earth Science,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China
3. China Geological Survey, Beijing 100037, China
4. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,CAGS,Langfang 065000, China
5. Hubei Institute of Geophysical Exploration, Wuhan 430056, China
6. Hubei Province Geological Experimental Testing Center,Wuhan 430022, China
Abstract

Mineral geochemical prospecting includes three stages: regional exploration, reconnaissance and detailed geochemical survey, and every stage has its unique work features. However, geochemists in China are used to conducting reconnaissance and detailed survey according to the concept of regional chemical survey, which results in inadequate implementation of some work and insufficient obtaining of geochemical information. Based on organizing and analyzing different purposes and characteristics at each geochemical stage, field investigation, indoor information processing, anomaly classification and verification, and laboratory analysis, the authors have reached the conclusion that the progressive geochemical survey from regional exploration through reconnaissance to detailed geochemical survey is equivalent to the change of sampling media from stream sediments through soil to rocks, and during this process sampling density gradually increases and the connection of the work with the geological body becomes closer and closer. This is a systematical process approaching to the prospecting target.

Keyword: geochemical exploration; geochemical anomaly; geochemical survey methods and technology; geochemical exploration system

矿产地球化学勘查, 又称地球化学找矿, 是系统测量天然物质中化学元素含量及其特征, 研究其分布规律, 发现地球化学异常, 从而进行找矿的工作[1]。矿产地球化学勘查工作主要分为地球化学样品采集、地球化学元素分布规律研究以及地球化学异常形成机制、影响因素、异常识别和异常解释评价等工作。

我国矿产地球化学勘查工作是在谢学锦院士倡导的区域化探全国扫面计划取得成功的基础上不断发展壮大的, 并已成为地质勘查找矿的先导。在这进程中, 我国地球化学工作者建立了具有我国特色的区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查的矿产地球化学勘查工作体系。

然而, 现阶段人们往往习惯于区域化探全国扫面计划的工作思维, 对不同阶段矿产勘查地球化学的目标任务、方法技术、综合研究等方面探索较少。为进一步发挥矿产地球化学勘查体系的作用, 需要对矿产地球化学勘查体系的基础理论、方法技术不断地完善和深化。

1 目的任务与性质

勘查地球化学体系中的区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查分别对应于缩小远景区指明找矿方向— — 选择地球化学找矿靶区、预测矿床类型— — 查明地表找矿地球化学指标、预测矿体位置的不同级次任务, 是一个逐步逼近找矿目标的过程, 也是勘查地球化学工作比例尺不断增大的过程。

区域地球化学勘查是一项基础性的地球化学调查工作, 其主要目的是指明地球化学找矿远景区。它通过系统地测量和研究区域内天然物质(水系沉积物、湖积物及水、气、岩石)中各种元素含量和地球化学指标及其空间分布规律, 进行小比例尺区域找矿与矿产预测, 并对找矿远景区内的资源进行潜力评价。同时提供区域性地球化学基础图件, 供国土资源、环境、规划、农业等领域的应用。工作面积常常是数千平方千米或更大, 常用工作比例尺为 1∶ 100 000、1∶ 200 000或1∶ 500 000。

地球化学普查的主要目的是在区域地球化学勘查阶段已圈出的各类地球化学异常范围内, 或根据地质资料在圈定的找矿远景区内, 查明成矿有利地段与找矿有关的地球化学特征, 进一步缩小寻找目标物(矿床、矿体或其他地质体)的靶区。工作面积常在数百平方千米或数千平方千米之间, 常用工作比例尺为1∶ 25 000~1∶ 50 000。

地球化学详查的主要工作目的是在区域化探和地球化学普查阶段获得的有意义的局部异常范围内, 查明异常和矿体的空间关系, 以便为山地工程的定位提供依据。工作面积常在几平方千米或数十平方千米之间, 常用工作比例尺在1∶ 5 000~1∶ 10 000之间。

2 野外工作方法

区域地球化学勘查方法以水系沉积物地球化学测量为主, 土壤地球化学测量等为辅。

地球化学普查以水系沉积物地球化学测量或土壤地球化学测量为主, 以岩石地球化学测量等为辅。

地球化学详查以土壤地球化学测量或岩石地球化学测量为主, 以气体地球化学测量等方法为辅。

尽管不同的方法有交叉, 但每一种方法在不同阶段因目的不同, 在方法技术要求上也不一样。下面就几个关键方法技术进行探讨。

2.1 水系沉积物采样位置与采样物质

地球化学勘查中, 水系沉积物地球化学测量是最为重要的方法, 不同阶段都要求样品水系汇水盆地面积大于控制网格面积的75%。

在区域地球化学勘查中, 每1 km2一般采集1~2个样品, 每4 km2组合成一个样品进行分析, 以确定地球化学异常的格子。按控制网格面积大于75%的要求, 每个样品应控制0.75~0.35 km2。根据水系分布的特点, 区域地球化学勘查样品应布置在二级水系口或较大的一级水系口, 以保证控制面积达到要求。由于二级水系口或较大的一级水系口样品控制的面积相对较大, 为使采样介质在该汇水盆地中更具代表性, 可以选择采集相对细粒的水系沉积物为宜。

在地球化学普查中, 每1 km2一般采集4~8个样品, 以了解每个汇水盆地中的地球化学异常。按控制网格面积大于75%的要求, 每个样品控制 0.125~0.25 km2, 与此相对应的水系沉积物测量应以一级水系口采样为主, 局部地区可适当补充二级水系口。由于一级水系口样品控制的面积相对较小, 为保证采样介质尽可能代表基岩地球化学成分, 可以选择采集相对粗粒的水系沉积物为宜。

2.2 土壤地球化学采样物质

土壤地球化学测量是地球化学详查与地球化学普查的重要方法。土壤地球化学测量样品应代表采样控制面积的基岩地球化学成分。以此为原则, 确定的土壤地球化学采样介质为砂质成分, 以尽可能减轻表生地球化学迁移转化的影响。采用土壤测量时应特别注意采样层位和粒度问题。如在残、坡积土壤分布地区, 一般在距地表20~50 cm深处的B层(淋积层)或C层(母质层)中采样, 可以获得良好的效果。

地球化学普查中土壤地球化学测量样品一般应代表0.125~0.25 km2面积的基岩地球化学成分, 样品相对需要控制面积较大。因此需要采集具有一定迁移距离, 能起到组合作用的采样介质, 为此需要选择坡积物作为主要采样介质。

地球化学详查中土壤地球化学测量样品一般应代表500~1 000 m2面积的基岩地球化学成分, 但其控制面积相对较小, 因此采样介质应尽可能代表原地的土壤物质成分, 采样介质应是以残积物为宜。

2.3 岩石地球化学测量采样类型

区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查都有岩石地球化学测量的工作内容。但在不同阶段其目的不同, 岩石地球化学测量采样类型也应有异。

区域地球化学勘查岩石地球化学测量的目的是了解不同地质单元中元素的含量。岩石地球化学测量应以新鲜的各地质单元岩石样品为主。

地球化学普查中岩石地球化学测量的目的是发现地层、岩体、构造中存在的地球化学异常。岩石地球化学采样类型相应的可细分为各地层单元、各期次岩体及裂隙构造、蚀变、矿化等样品。

地球化学详查中岩石地球化学测量的目的是对地球化学异常分带特征进行研究, 以此推测矿体的空间分布位置、判断矿体剥蚀程度等。该阶段的岩石地球化学测量通常选择在已知矿体顶、底板围岩两侧, 从近矿到正常背景, 按岩类、蚀变强弱、矿化类型等系统采集各类岩石样品, 以研究成矿及伴生元素地球化学迁移、富集规律, 分析异常分带特征。

3 室内资料整理要求

地球化学勘查室内资料整理因不同阶段的目标、预期成果要求不同, 资料整理的方法应有差异。

3.1 地球化学图编图原则

区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查都要编制地球化学图, 但由于采样点位、样品组合、解决问题目标的不同, 对地球化学图作图方法应有不同。

区域地球化学勘查以组合样分析结果编制地球化学图, 其地球化学图件制作采用网格化成图。

地球化学普查以单点分析为主, 每个点代表汇水盆地表壳岩系元素的平均含量, 以网格化作图, 则难以发挥单点样品的分析作用, 难以达到对汇水盆地表壳岩系元素含量的示踪。需要对现有的地球化学成图方法加以进一步改进。建议以水系采样点图作为底图, 以网格化成图和采样点圆圈大小标出含量级别相结合来成图, 这样既能反映区域元素含量变化趋势, 又反映出不同点元素含量特征。

地球化学详查工作以单点分析, 水平、垂直剖面样品布置为特点, 其土壤、岩石地球化学工作内容差异大。在这种情况下, 以网格化构绘等值线显然难以反映含量变化规律。需以地质图为底图, 以手绘的方式勾绘等值线图, 或以平剖图的形式表达元素含量变化。

3.2 地球化学异常图编图原则

地球化学异常图主要反映矿体或与矿化有关的蚀变体、控矿构造等引起的地球化学异常。地球化学异常图的主要功能, 一是圈定地球化学异常的范围, 指示矿化可能存在的位置; 二是对地球化学异常特征进行研究, 讨论地质作用、成矿作用与地球化学异常的关系。

区域地球化学勘查异常图在圈定地球化学异常范围的同时, 要求通过地球化学异常元素组合特征研究, 判断异常区可能存在的矿种类型。异常圈定的原则是圈定异常大致范围, 提取异常元素组合。

地球化学普查异常图要求在圈定异常范围的同时, 通过地球化学异常分带特征, 初步判断异常区可能存在的矿床类型。异常圈定的原则应是能较准确地确定异常的分布范围和浓度分带, 并根据异常分布范围确定与异常有关的地质体。

地球化学详查要求在圈定异常范围的同时, 根据地球化学异常分带和剥蚀程度的分析, 推断矿体可能分布的空间位置。异常圈定的原则应能准确确定不同元素异常浓度分带及其分布范围, 区分不同矿化体(矿体)、蚀变体引起的异常。

3.3 地球化学找矿预测图类型与要求

地球化学找矿预测图是地球化学勘查成果的综合反映, 不同阶段成果体现的形式不同, 编制要求也有差异。

区域地球化学勘查阶段找矿预测图是地球化学找矿远景区划图。找矿远景区划图应以1∶ 25万或1∶ 20万地质矿产图为底图, 圈定综合异常, 同时表示出主成矿元素。在不同的远景区, 根据其地球化学元素组合特征、成矿地质特征及区内典型矿床研究, 确定主成矿元素。在编制地球化学找矿远景区划图的基础上, 还应采用以丰度法和类比法为主的方法进行矿产资源量的地球化学潜力预测。

地球化学普查阶段找矿预测图是地球化学找矿靶区预测图。找矿靶区预测图应以1∶ 5万地质矿产图为底图, 圈定综合异常; 在不同的预测靶区, 应根据地质、矿产特征, 地球化学异常与典型矿床地球化学模型的对比分析, 确定成矿类型, 并在找矿预测图上标出矿床类型。在编制地球化学找矿预测图的基础上, 在该阶段以类比法和地质— 地球化学勘查模型法为主要手段开展地球化学资源量估算。

地球化学详查阶段的找矿预测图是矿体空间分布预测图。该阶段应以标出探矿工程的地质图作为底图, 圈定出主要成矿指示元素异常内、中、外带, 并根据地球化学异常分布和异常分带特征, 对矿体或隐伏矿体空间分布进行推断。该阶段主要根据地质— 地球化学异常分带模型, 结合地球化学异常剥蚀深度、异常分带、异常规模等特征预测矿体空间分布和潜在资源量。

4 异常分类与异常查证要求
4.1 地球化学异常分类

地球化学异常分类是对异常认识的一个重要过程。因划分地球化学异常目的不同, 可以有不同的地球化学异常分类方法, 但最重要的分类是对异常的找矿前景进行判断。这种地球化学异常分类应包含三个要素:一是地球化学测量对异常的控制程度, 二是与已知矿的相似程度, 三是地球化学异常的找矿潜力。

区域地球化学异常面积从几平方千米到几百平方千米, 一般应以示踪矿田地球化学异常为主, 少数也可示踪矿床地球化学异常。判定找矿潜力的主要依据是:地球化学异常的规模、强度以及地球化学异常与已知矿床、控矿构造、控矿地质体的对应关系等。区域地球化学异常通常分为甲类、乙类、丙类、丁类异常。

甲类异常应是存在已知矿田、矿床的异常, 地球化学异常及其推断可靠程度较高。在区域地球化学勘查阶段, 可以定性判断异常是否具有再发现未知矿床的潜力, 并进行潜力评价定量估算该类异常的潜在资源量, 以判断找矿前景。故可进一步细分为:甲1类异常, 可找到大型矿资源潜力的异常; 甲2类异常, 可找到中型矿资源潜力的异常; 甲3类异常, 可找到小型矿资源潜力的异常。

乙类异常区没有已知矿田、矿床、矿点的存在, 这类异常相对甲类异常可靠性较差, 但从异常角度分析, 其具较好的找矿前景, 可以通过与已知矿田、矿床地球化学异常特征对比, 也可以通过潜力评价定量估算异常的资源量。

丙类异常通常为没有类似的已知矿床的异常, 或难以分析异常性质和前景不明的异常。丁类异常通常为岩类异常或污染等非矿致异常和前景(隐伏矿)异常。

地球化学普查异常面积一般是几平方千米, 一般应代表矿床地球化学异常, 局部地区也可以代表矿体的地球化学异常。判定找矿潜力的主要依据是:地球化学异常分布范围、异常的规模和强度、地球化学异常分带特征、异常的剥蚀截面水平以及异常与已知矿床、矿体、含矿构造、含矿地质体的对应关系等。地球化学普查异常同样可分为甲类、乙类、丙类、丁类异常。甲类异常为异常区内存在已知矿床或矿点的异常。在地球化学普查阶段, 可以通过异常分布范围和异常的内部结构特征等定性判断异常是否具有发现未知矿床、矿体的潜力; 也可以潜力评价定量估算异常的资源量, 以判断找矿前景。但地球化学普查异常与区域地球化学异常比较, 其预测可靠程度大为提高。

地球化学详查异常面积一般是几十平方米到几万平方米, 一般应代表矿体、矿化体、蚀变体的地球化学异常。判定找矿潜力的依据主要是地球化学异常与已知矿(化)体的对应关系、地球化学异常规模、异常浓度分带和组分分带特征、异常的剝蚀程度、含矿构造的分布特征等。同样该类异常可以分为甲类异常、乙类异常、丙类异常、丁类异常。甲类异常为异常范围内或异常相邻区存在已知矿体的地球化学异常。乙类异常为无已知矿体, 但根据地球化学异常分带特征, 推断具有较大找矿前景的异常。

在实际工作中, 为了区别不同阶段的地球化学异常, 建议区域地球化学异常标为“ 区甲1类” , 地球化学普查异常标以“ 普甲1类” , 地球化学详查异常标以“ 详甲1类” 等。

4.2 地球化学异常查证

地球化学异常查证是地球化学勘查的重要任务, 不同的地球化学阶段可以是前一阶段异常查证的内容, 也可以跨阶段, 由区域地球化学勘查直接转入地球化学详查。由于不同阶段地球化学异常的范围、可靠程度以及异常与已知矿田、矿床、矿体的关系不同, 异常查证的要求也各不相同。

区域地球化学勘查阶段异常查证的主要任务是:复核异常是否存在; 进一步确定异常位置; 初步查证引起异常与地表矿化、蚀变体的大致关系; 推测异常源可能存在的空间部位; 对资源远景潜力作初步评价。

地球化学普查阶段异常查证的主要任务是:进一步圈定异常范围, 缩小地球化学找矿靶区; 基本查明引起异常的原因, 揭露和圈定地表矿化、蚀变体等的大致范围; 推测隐伏异常源可能出现的空间部位; 对找矿潜力进行评价。

地球化学详查阶段的主要任务是异常评价, 主要内容包括叠加异常的分解、地球化学浓度分带和组合分带的划分, 依据典型矿床模型或地球化学分带规律, 对地球化学异常进行预测, 对异常源的剥蚀程度进行分析, 并确定隐伏异常源的空间位置, 指导探矿工程布置等。

5 分析测试

地球化学勘查样品分析测试是为区域地球化学勘查、地球化学普查和地球化学详查等不同阶段的目的、任务服务的, 必须围绕各个不同阶段的目的、任务来确定样品分析测试工作内容和技术要求, 包括不同阶段分析元素的种类确定, 分析方法的选择, 分析方法检出下限、准确度和精密度的要求, 分析质量的控制等诸多因素, 这些都是关系到能否满足地球化学勘查各个阶段任务要求的重要问题。

区域地球化学勘查阶段的主要工作目的是圈定地球化学找矿远景区并进行评价; 开展主要地质单元元素地球化学丰度的研究; 对不同地质体的含矿性进行研究。因此, 在样品分析测试工作中要求分析元素数量多, 一般分析40种元素或更多, 其中主要是成矿元素、成矿伴生元素以及指示成矿环境的造岩元素等, 以满足圈定找矿远景区的要求。分析方法是以大型精密仪器为主, 辅以一般分析方法组成的分析配套方案, 以达到准确、快速实现一次取样多种元素同时测定的目的。

元素分析方法的检出下限要求与元素在地壳(区域)中的平均含量(克拉克值、区域克拉克值)相当, 以满足研究测区内元素地球化学丰度值要求。分析测试的准确度是保证区域地球化学勘查成果的真实性和可靠性的重要依据, 影响样品分析测试准确度的主要因素为测区内样品待测元素的含量、分析方法的精确程度以及元素成图的精度要求。依据上述3个因素确定的样品分析准确度应控制在对数差0.1范围之内, 当分析误差相应增大时, 准确度可适当放宽, 以控制在对数差0.12范围以内为宜。

样品分析精密度是控制样品分析质量的另一重要指标, 精密度的好坏直接关系到成图效果的好坏, 为了防止成图过程中可能出现的图幅间、分析批次间出现台阶现象, 必须将不同时间、不同分析工作者之间的分析精密度控制在同一水平之内, 尽量克服和消除相互间可能产生的系统偏差, 应控制对数差的标准偏差在0.17范围之内, 以保证元素等值线能平滑过渡, 消除台阶现象。

为了促使上述指标的实现, 还必须加强样品分析测试过程中的质量管理和质量控制。区域地球化学勘查阶段的质量控制是建立在实验室内部及样品分析测试的委托单位或第三方质量控制基础上。内部质量控制包括通过内插国家一级标准物质进行准确度控制, 以重复性检验进行精密度的控制, 以异常重复性检验来满足区域地球化学异常值和异常范围的真实性。外部质量控制由样品委托单位或第三方内插标准控制样, 经过测量结果与标准值之间的数理统计和比较, 用元素分析合格率、测量值与标准值的最大值、最小值、平均值、标准偏差、相关系数、双样品的方差分析(F检验), 综合判断分析结果的真实性、准确性和可靠性。

地球化学普查阶段是区域地球化学勘查阶段的继续和深化, 是在区域地球化学勘查基础之上, 对圈定的找矿远景区进行追踪检查, 分解异常, 缩小和圈定找矿靶区, 为此, 分析测试的各项质量要求应与区域地球化学勘查要求相衔接。由于地球化学普查测区主要安排在异常区内或成矿区带上, 分析元素一般为十几种至二十几种, 主要为异常区(或成矿区带)成矿元素、成矿伴生元素以及指示成矿环境的造岩元素等, 所以分析测试方法的检出下限可略高于区域地球化学样品分析测试要求, 准确度和精密度亦可略微放松, 准确度对数差0.15~0.17, 对数差标准偏差0.17~0.20, 质量控制方法同区域地球化学勘查要求相同, 只是外部质量控制标准、控制样参数略低于区域地球化学勘查要求。这是因为异常区内元素含量一般都较高, 低背景样品不必追求分析精度。对于高含量有找矿指示意义的样品, 其结果必须按定量分析要求测定准确的结果, 不允许发出大于或近似于某一数据的分析测试结果。

地球化学详查是地球化学普查工作的延续和深化, 根据地球化学普查圈定的元素异常区进一步进行异常的追踪和矿点、矿床、成矿带的深入评价工作, 目前其样品分析测试尚无明确的规范或者技术要求可以遵循, 依据详查样品的特点, 大致可分为二类, 一类为元素含量已达到工业边界品位或达到综合利用最低要求的样品; 二类为尚未达到工业边界品位要求的样品。对于这两类样品应加以区别对待, 第一类样品的分析测试工作要求可遵循岩石矿物样品分析测试技术要求进行, 第二类样品可按照普查阶段样品分析测试要求进行。

以上分析测试技术适用于水系沉积物、土壤样品的元素分析, 岩石样品由于其特殊性质应特殊处理, 一是样品加工应满足无污染加工的要求, 二是样品的分解必是全溶, 不可半溶, 更不可酸溶、偏提取。

6 结论

区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查是地球化学勘查方法采样介质从水系沉积物→ 土壤→ 岩石, 样品密度逐步加密, 与地质体联系趋于紧密, 样品分析种类逐步减少, 分析质量要求更高, 不断逼近找矿目标体的一个系统过程。为此, 在地球化学勘查程序设计中, 需根据不同的目的和任务, 提出相适应的野外布点、工作精度、分析测试、室内资料整理、地球化学异常查证等内容和要求, 以完善地球化学勘查体系的建设。

The authors have declared that no competing interests exist.

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