普遍认为地电化学方法起源于前苏联的部分提取金属法(Ч И М , 商业代号CHIM), 它由前苏联列宁格勒大学Ю · C雷斯等在20世纪60年代提出, 70年代研制出成套完备的野外工作设备, 并逐步在勘查找矿中得到广泛应用^[9]。自然电场的形成及自然界电化学现象等与地电化学方法有关的研究则更早, 如彼得罗夫斯基于1924年研究了自然电场的理论和仪器, 谢苗诺夫在1955年对自然电场的形成及电化学作用的特性等进行了阐述^[9]。雷斯在1983年发表了专著《地电化学勘探法》, 详尽地论述了在人工电场作用下, 各种电化学现象及其在地质勘探中的应用, 并将与离子态迁移、分布以及矿物的激发电化学特征有联系的一系列方法统称为地电化学法, 包括元素赋存形式法(MPF)、热磁地球化学法(TMGM)、地电提取法(原苏联称为“ 部分金属提取法” , 即CHIM)、扩散提取法(MDE)、离子电地球化学法、土壤离子电导率法、接触和非接触极化曲线法、激发极化法等^[9]。而当前狭义的地电化学方法一般专指“ 部分金属提取法(CHIM)” 。

地电化学方法于20世纪70年代末引入我国, 并在80年代后期兴起了一个应用高潮。据不完全统计, 当时全国有60余家科研和生产单位在进行地电化学方法技术研究与应用工作。例如, 20世纪70年代中后期, 费锡铨、徐邦梁等研发了具有特色的地电提取法, 采用碳棒作为采样电极和小电流供电的电解法^{[10, 11]}; 80年代初, 崔霖沛、郑康乐等人开始向中国物化探界介绍CHIM法^[9]; 核工业部沈阳240所高云龙于1983~1984年在东北不同类型的铀矿床上进行了地电提取法的实验研究, 均取得较好的效果, 并推出地电提取电场控制仪及元素接收器^[12]; 费锡铨在1992年提出了高电压、低电流和长时间的激发方式, 发展了地电化学理论, 制定了经济快速的野外提取工作方法技术^[11]; 桂林理工大学罗先熔自20世纪80年代开始先后在湖北阳城铅锌矿、新疆金窝子矿区、广西新路大利场矿区等多个矿区进行了地电化学方法的试验性应用工作, 并取得了较好效果, 并于1996年出版了《地球电化学勘查及深部找矿》^[13]; 中国地质科学院地球物理地球化学研究所(以下简称“ 物化探所” )刘吉敏、刘占元等于1987~1989年在新疆喀拉通克铜镍矿、阿克塔斯金矿、多拉那萨依金矿进行了地电提取方法试验, 取得了比较好的效果, 并在新疆多拉那萨依金矿外围成功地预测并找到了Au矿体^[14]; 中国地质大学(北京)李金铭、卢军, 武警黄金研究所潘勇飞、王文龙, 中国科学院长沙大地构造研究所谭克仁等都对地电提取法的试验研究做了许多探索性工作^{[15, 16, 17, 18]}。

20世纪90年代中后期, 由于地质行业不景气及方法技术本身的问题, 地电化学方法在中国的研究和应用陷入低谷。在国外, 随着雷斯等在20世纪60年代提出地电化学方法及之后的野外整套勘查仪器的问世, 前苏联数十个单位于20世纪后期进行了大量的地电化学方法技术试验及应用^{[19, 20]}, 但在90年代后期, 特别是21世纪以来, 不再见有相关研究报道。20世纪90年代初, 随着前苏联国家对西方的开放, 一些地电化学家们开始将该方法介绍到西方一些国家, 对西方勘查地球化学界产生了一定影响。在此期间, 美国地质调查所对多个矿床进行了地电化学方法试验^{[21, 22]}, 发现地电化学方法可以较常规土壤测量更清晰地呈现出与矿体相关的异常, 肯定了地电化学方法的有效性, 但同时进行的选择性提取等方法取得的异常效果并不亚于地电化学异常, 此外, 试验发现, 虽然地电化学异常重现性较好, 但同点位不同时间提取的绝对量相差很大; 因此, 他们认为, 地电化学法提取的物质不是像苏联学者所说的直接来源于地下矿体, 而是来源于土壤中黏土及有机质等吸附的地质历史时期迁移上来的活动态物质, 而这些信息应该可以被选择性提取剂所提取。经过勘查试验及理论推导, 这一观点逐渐得到证实^{[23, 24, 25]}。可以想象, 在野外采用类似于物探电法勘查的地电化学方法的工作效率, 要远远低于仅采集土壤样品进行室内选择性提取的工作效率, 费用方面也要高的多。因此, 西方学者关于地电化学方法的试验及应用等方面的报道在21世纪以来几乎消失, 与之相对应的是大量的关于选择性提取(偏提取)等方面的文章报道。

1992年以色列ExploTech公司的A.Levitski等首先以文字报道的方式提出了“ 偶极子地电化学(Dipole CHIM)” 的概念^[26], 并在以色列南部的艾因亚哈夫坝(Ein Yahav Dyke)及阿什凯隆市(Ashqelon)的Kokhav油田西部边界开展了应用试验, 获得了与传统地电化学方法一致的提取效果。但其在试验中仍然使用大功率发电机组及稳流装置, 多点同时发射, 多点同时接收, 仅将正负极的距离由“ 无穷远” 式改变为“ 偶极子” 式, 勘查设备依然笨重, 勘查效率较低。之后, 国外并未见与“ 偶极子” 地电化学相关的研究报道, 进入21世纪, 有关地电化学方面的报道也几近于无。而国内地电化学界并未就此消沉, 以桂林理工大学及中国地质科学院物化探所为代表的一些地电化学研究团体, 仍然未间断地从事着与地电化学相关的方法技术研究与应用工作, 并于20世纪90年代初开始不断地对“ 偶极子” 地电化学技术进行着改进与完善。他们通过许多应用试验发现^{[27, 28, 29]}:单点独立供电的低电压(9 V干电池)地电化学技术装置在提取效果上与笨重的地电化学成套提取仪器效果一致, 甚至优于后者, 虽然在元素的绝对提取量上, 低电压不如高电压(同为单点提取条件下), 但异常显示效果往往优于或不弱于高压提取。一些学者也从理论上阐明了在地电提取过程中, 电场形态一致性(电压相同)比电流一致性更重要的原因^[23]。鉴于以上理论及实践, 国内一些单位纷纷自主开发了相应的“ 独立供电偶极子地电化学技术装置” , 开展了大量的应用试验, 并取得了许多找矿成果^{[30, 31, 32]}。而这种技术装置可以打破传统地电化学受仪器笨重影响而仅限于矿区大比例尺应用的瓶颈, 可以开展中小比例尺勘查工作, 这对地电化学方法技术的发展具有重要意义。这些技术装置里面比较具有代表性的有:桂林理工大学开发的第三代低压偶极地电化学提取装置及中国地质科学院物化探所开发的“ 固体载体型元素提取器” 等^{[28, 29, 30]}。

与此同时, 近些年, 以桂林矿产地质研究院周奇明等为代表的一些学者开发了室内电吸附方法, 并取得了很多较好的应用实例^{[6, 7, 8]}。但是桂林理工大学罗先熔及长安大学康明等人研究发现, 一些矿区, 地电化学提取可以取得较好的异常显示, 但室内电吸附的异常显示较差或没有异常^[13]。他们认为其原因是:野外电化学提取过程中, 电活动态物质具有动态补充性, 随着地表离子不断地被捕获, 矿体电化学溶解产生的金属离子会源源不断地向上迁移, 以维持地表土壤层中的离子平衡, 而在室内则不具有这种动态性^[33]。笔者赞同野外提取过程中可能存在这一动态补充机制, 但关于矿体电化学溶解所产生的金属离子对地表的补充作用, 在野外9 V干电池及24~48 h的提取条件下能起到多大作用, 抱有很大疑虑, 而这种解释是否又会将地电化学提取机制回复到20世纪80年代的直接提取到深部矿体溶解的物质的说法上?同时, 不可否认的是, 室内电吸附在许多矿床的试验及应用中也取得了很好的勘查效果, 因此, 针对其异常形成机理的差异, 还需要作深入研究。笔者认为, 不同方法的勘查效率及成本是一个非常重要的因素, 室内电吸附如果只使用很少质量(几克)的样品, 则其更接近于室内偏提取方法, 不具有电提取将较大范围土壤电活动态物质 “ 富集” 的特点; 如果室内电吸附法使用大质量(数千克)的样品, 则其勘查效率及成本优势将不复存在。如何客观评价由传统地电化学方法衍生出来的这两种新方法, 并对其异常形成机理进行深度研究, 也是今后地电化学研究方面的重点与难点。

近年来, 国内地电化学法取得了非常大的进展, 而前苏联及西方国家几乎没有这方面的报道。前文说过, 在西方一些学者的观点中, 地电化学方法所取得的元素异常可以用偏提取方法复制, 因此, 开发更经济高效的偏提取方法是其研究方向。而通过国内的许多试验研究表明, 各种“ 越趋复杂的提取剂” 在提取效果上与地电化学提取经常存在一定差异, 优于或劣于地电化学提取的实例均有发生, 这足以说明地电化学提取方法的特殊性。此外, 由于当前的地电化学提取法可以将较大范围内的电活动态物质“ 浓缩” 至质量很小的载体内, 因此, 对分析测试的检出限要求较低, 受偶然因素的影响也较小, 而偏提取量往往极低, 分析测试结果受试剂质量、分析误差及偶然因素的影响较大。当地电化学勘查法的工作效率及费用接近于常规土壤测量, 而效果又优于常规土壤测量法时, 随着方法技术的不断成熟和规范化, 其将得到广泛的应用。

笔者认为在方法技术有效性满足要求的前提下, 勘查效果、工作效率及成本是决定勘查方法技术能否得到推广应用的关键。如何综合考虑成本、效率与勘查效果, 针对不同的覆盖景观区及矿种类型, 通过试验总结提出规范化的地电化学勘查方法技术体系, 是推广应用地电化学方法技术的基础, 也应该是地电化学技术今后发展的主要趋势。此外, 有关地电化学异常形成机理或成晕机制等方面的研究目前还有所欠缺, 也是今后地电化学工作者们的工作重点。

图1

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	图1 物化探所地电化学技术装置工作方式示意

图2

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	图2 桂林理工大学地电化学技术装置工作方式示意[32]

地电化学方法自最初提出到现在, 已经过半个多世纪的发展历史, 通过不断努力已经取得了很大的进展, 特别是近年来以独立供电偶极子地电化学技术及室内电吸附为主的一些地电化学方法, 取得了较好的试验及应用效果, 在技术装置商品化、工作方法规范化等方面也取得了长足的进步。如何进一步完善地电化学理论和方法技术, 推动该项技术从科研走向生产, 从而更好地服务于覆盖区矿产资源勘查工作, 还需在技术装置商品化、技术体系规范化及异常形成机理或成晕机制研究等方面进行深入的研究, 不断总结和提升。