0 引言
本研究提出地球化学普查采样点“协同优化—现场微调法”,构建“网格分级—动态偏移—主动避让”协同技术路径,通过1 km×1 km基础网格[5]与500 m加密网格双级控制,结合支流交汇/沟谷形态目视加密,使三级支流覆盖率提升至72%;引入河道走向50~100 m动态偏移机制,保障陡坡区粗粒碎屑捕获完整性;预设200 m污染缓冲区,降低人为干扰风险。实践表明,该方法以零技术门槛实现快速部署,异常靶区圈定可靠性显著提升,为西南特殊景观区样品采集提供了高效的解决方案。
1 研究区概况
1.1 地质背景
研究区位于云南省曲靖市会泽县翻身村地区,地质构造复杂,地层发育齐全,矿产资源丰富(图1)。出露地层时代跨度大,自老至新包括基底地层灯影组、梅树村组,古生界娄山关组、红石崖组、峨眉山玄武岩组,中生界飞仙关组、须家河组、小龙潭组,以及新生界全新统。区内构造活动强烈,主要表现为NE向主干断层和NW向或近EW向次级断层,以及实测角度不整合界线和实测平行不整合界线。岩浆活动以二叠纪峨眉山玄武岩的大规模溢流为特征。矿产资源类型多样,沉积型矿产如磷矿、无烟煤,热液型矿产如铅锌矿、铜矿,风化残积型矿产如稀土矿点,其空间分布受地层与构造双重控制。此外,研究区岩相界线清晰,如峨眉山玄武岩与灰岩(娄山关组)接触带发育矽卡岩化,为钨锡矿化的潜在靶区。
图1
图1
翻身村地区地质简图
1—全新统;2—小龙潭组;3—自流井组;4—嘉陵江组;5—飞仙关组;6—宣威组;7—峨眉山玄武岩组;8—茅口组;9—梁山组;10—万寿山组;11—在结山组;12—红石崖组;13—娄山关组;14—龙王庙组;15—梅树村组;16—灯影组;17—实测不整合界限;18—主干断层;19—实测性质不明断层;20—磷矿点;21—铜矿点;22—铅锌矿化点;23—铝土矿化点;24—无烟煤矿化点;25—赤铁矿化点;26—重晶石矿化点;27—稀土矿化点;28—方解石矿化点;29—玛瑙矿化点;30—地名
Fig.1
Geological sketch map of the Fanshen Village area
1—Holocene; 2—Xiaolongtan Formation; 3—Ziliujing Formation; 4—Jialingjiang Formation; 5—Feixianguan Formation; 6—Xuanwei Formation; 7—Emeishan basalt Formation; 8—Maokou Formation; 9—Liangshan Formation; 10—Wanshoushan Formation; 11—Zaijieshan Formation; 12—Hongshiya Formation; 13—Loushanguan Formation; 14—Longwangmiao Formation; 15—Meishucun Formation; 16—Dengying Formation; 17—measured unconformity boundary; 18—main fault; 19—measured fault of unknown nature; 20—phosphate deposit; 21—copper mineralization point; 22—lead-zinc mineralization point; 23—bauxite mineralization point; 24—anthracite mineralization point; 25—hematite mineralization point; 26—barite mineralization point; 27—rare earth mineralization point; 28—calcite mineralization point; 29—agate mineralization point; 30—place name
1.2 地貌特征
研究区位于云贵高原东北缘的会泽县翻身村地区,属高山峡谷地貌,受构造抬升与河流侵蚀共同作用,地形切割强烈,主河道深切形成“V”型峡谷,下切深度达300~500 m,谷坡陡峭(坡度>35°),局部近直立,呈现高能搬运环境。峡谷两侧断续分布侵蚀残留台地(海拔1 800~2 200 m),台面平缓(坡度<10°),为农田与聚落(如平原村、田湾村)集中区;灰岩区(娄山关组)因岩溶作用发育峰丛洼地,洼地底部季节性溪流形成局部沉积中心。区内树状水系网络密集发育,一级水系沿断裂带延伸,河道宽10~30 m,二级、三级支流嵌入基岩,宽度不足5 m却占水系总长度的68%以上,成为矿物碎屑迁移主通道(图2)。陡坡段河道纵比降大(>15%),水流湍急,粗粒含矿碎屑富集于河床底部,而台地区水流滞缓,细粒沉积物广泛覆盖。人类活动干扰显著,主要公路沿台地布线,村庄集中于低坡区,农业灌溉与历史采矿活动(如铅锌矿、磷矿)导致河道改道或淤积,废石堆可能掩盖原生地球化学信号。复杂地貌与人为干扰叠加对采样提出了双重挑战:陡坡区粗粒矿物富集但地形险峻易遗漏,岩溶洼地季节性细粒异常需加密捕捉,台地农耕区人为干扰需动态避让。这些特征为“协同优化—现场微调法”提供了优化布点的现实依据。
图2
图2
翻身村地区水系分布
1—村庄;2—水系线;3—F异常下限(1000×10-6)圈定范围;4—Ba异常下限(600×10-6)圈定范围;5—Cd异常下限(1×10-6)圈定范围;6—Pb异常下限(60×10-6)圈定范围;7—Ag异常下限(0.12×10-6)圈定范围;8—Zn异常下限(200×10-6)圈定范围;9—Mo异常下限(3×10-6)圈定范围;10—Sb异常下限(2×10-6)圈定范围;11—高程线
Fig.2
Water system distribution in the Fenshen Village area
1—village; 2—watercourse line; 3—lower limit of F anomaly (1000×10-6) delineation range; 4—lower limit of Ba anomaly (600×10-6) delineation range; 5—lower limit of Cd anomaly (1×10-6) delineation range; 6—lower limit of Pb anomaly (60×10-6) delineation range; 7—lower limit of Ag anomaly (0.12×10-6) delineation range; 8—lower limit of Zn anomaly (200×10-6) delineation range; 9—lower limit of Mo anomaly (3×10-6) delineation range; 10—lower limit of Sb anomaly (2×10-6) delineation range; 11—elevation contour line
2 样点布设
2.1 传统野外工作方法选择
地球化学普查的野外工作方法需根据地貌景观条件科学选择。在水系发育或较发育区域,优先采用水系沉积物地球化学测量方法,该方法通过捕获水系迁移的成矿元素异常,能有效整合汇水域物质信息;而在水系不发育区(如准平原、山前地带),则选择土壤地球化学测量方法,重点采集残坡积物质以反映下伏基岩特征。针对第四系浅覆盖区(覆盖厚度>1 m),规范推荐使用机动钻穿透覆盖层,直接于基岩风化界面采集样品,确保数据源的代表性。方法选择需综合考虑区域地质背景、地形通达性及历史勘查成果,以实现技术经济最优。
2.2 采样点布设原则与密度
据《地球化学普查规范(1∶50 000)》(DZ/T 0011—2005)[6]的核心要求,样点布设需遵循“空间覆盖均衡性、地质响应针对性、人为干扰规避性”3大原则。在密度分级控制方面,水系沉积物测量基准密度为4~8点/km2,土壤测量密度为8~20点/km2,浅覆盖区机动钻采样需根据勘查目标动态调整[7]。在拓扑结构适配方面,以1∶5万地形图为基础,按1 km2网格单元均匀布点,确保测区总控制面积≥75%。水系沉积物采样点需重点控制一级水系(长度>500 m时需在二、三级支流增设控制点),分水岭最上游采样点控制面积限定为0.125~0.25km2[7-8]。在污染源规避方面,严格避开厂矿、村镇、道路等污染源500 m范围,采样点变更需记录原因及新点位坐标。土壤测量可采用方格网(如250 m×250 m)或测网(如500 m×200 m)布设(表1),兼顾地貌单元差异。
表1 土壤地球化学测量参考测网
Table 1
| 测量网/m | 采样点数/个 |
|---|---|
| 250×250 | 16 |
| 333×333 | 9 |
| 500×250 | 8 |
| 500×200 | 10 |
| 500×100 | 20 |
2.3 野外采样操作规范
野外采样实施全流程标准化管理,核心要求包括采样介质与位置,水系沉积物样品需在现代活动性流水线采集,避开河漫滩有机质富集区,干旱区需人工筛除风积物;土壤样品以残坡积层为主,石质区可采集基岩碎屑,采样深度需记录至厘米级。采用多点组合采样法(3~5处/样点)采集样品,样品质量≥300 g,过筛后保留-10~+80目粒级(特殊景观区按规范调整)[9-
式中:RD为相对双差(衡量同一样品两次独立分析结果或重复采样结果之间的相对偏差。);A1为第一次独立分析(或采样)的测定值;A2为第二次独立分析(或采样)的测定值。
2.4 实地采样存在的问题
在翻身村地区复杂地貌与人为干扰叠加背景下,实地采样工作面临多重技术挑战。首先,深切峡谷与陡坡地形(坡度>35°)导致约15%预设网格点因地形不可达,需进行50~100 m偏移,但偏移后采样点易偏离高能搬运区,致使粗粒含矿碎屑捕获效率降低。其次,树状水系密集分叉特征导致短小的三级支流(长度<200 m)及近矽卡岩化带仍存在采样盲区,造成矿化信号系统性遗漏。在台地农耕区,第四系沉积物(如土壤、冲积物、风积物等)的堆积厚度与区域正常背景值或预期分布存在显著差异,自然沉积与灌溉渠人为改道双重作用下,部分采样点空间分布被迫向污染源趋近,导致Pb、Zn等重金属元素异常强度显著升高,形成与矿化无关的干扰信号。岩溶洼地区季节性溪流沉积物中混杂风积黏土与有机质,导致样品介质甄别困难。陡坡区粗粒碎屑(>2 mm)占比过高造成粒级控制偏差,直接影响元素分析值的准确性[12-13]。动态调整机制对人员经验的依赖引发同一地貌单元采样密度波动(4~8点/km2),削弱了数据空间分辨率的一致性。此外,峡谷区GPS信号遮挡导致的定位误差与野外记录卡地质信息缺失,进一步降低了地球化学异常解译的可靠性。
3 采样优化体系构建与适用性分析
3.1 优化策略的理论支撑
针对陡坡偏移导致的粗粒碎屑遗漏问题,本研究融合地貌动力学原理、区域勘查规范及云南省化探实践经验构建三级理论支撑体系:依据Strahler地貌系统理论[14],河道纵比降(S)与坡度(α)共同决定碎屑搬运能力,当S>15%、α>35°时,水流剪切力可有效搬运粒径>2 mm的粗粒碎屑[15],结合云南省化探实践中“高山峡谷区水系沉积物粗粒碎屑(>2 mm)占比与矿体剥蚀程度呈正相关,陡坡区动态偏移需优先捕获此类介质反映近源矿化信息”的结论[4],且研究区深切峡谷段实测S=15%~25%、α=35°~50°,符合斯特拉勒A.N.所著《自然地理学原理》[15]中对于“高能搬运区”的定义,表明偏移后50~100 m范围内仍为粗粒碎屑有效富集带(图3);同时,依据多年在云南省开展的化探实践经验,结合水系沉积物测量与土壤测量的应用条件[6],确立“沿河道走向偏移≤100 m时,粗粒碎屑(>2 mm)占比>70%可满足高能区采样介质要求,支流交汇点上游200 m内矿物异常强度衰减率<30%,偏移超阈值需通过3~5处/样点的多点组合采样补偿介质代表性”的经验准则,且滇东北峡谷区对比实验佐证[4],偏移100 m内样品与原位采样元素含量相对双差(RD)<20%,符合规范质控标准(RD≤33%)[6];此外,基于沟谷形态与基岩裸露度建立无模型化偏移量判别标准(表2),在会泽县翻身村地区应用显示,该准则使陡坡区采样点可达性提升40%,粗粒碎屑捕获率从58%提高至82%,有效降低异常漏检风险。
图3
图3
陡坡区采样偏移理论模型示意
注:依据斯特拉勒A.N.《自然地理学原理》,S>15%、α>35°为高能搬运区,偏移≤100 m可保障介质代表性(RD<20%)
Fig.3
Schematic diagram of the theoretical model of sampling bias in steep slope areas
note: according to A.N. Strahler's "Principles of Physical Geography", S>15% and α>35° indicates a high=energy transport zone, and an offset ≤100 m ensures the represent-ativeness of the medium (RD<20%)
表2 陡坡区采样偏移决策准则
Table 2
| 地形标志 | 偏移方向 | 最大偏移量/m | 有效性保障措施 |
|---|---|---|---|
| V型谷(谷宽/ 谷高<0.3) | 顺流向下游 | 100 | 优先选择基岩裸露河床段,采集底部砾石层 |
| U型谷(谷宽/ 谷高≥0.3) | 垂直河道 两侧 | 80 | 增加2个辅助采样点,控制细粒沉积夹层 |
| 基岩裸露率 >60% | 任意方向 | 50 | 直接采集基岩风化碎屑,剔除风积物干扰 |
3.2 方法体系的系统性整合
“协同优化—现场微调法”通过三级协同模块构建完整技术链条,实现从规划到质控的全流程优化。预采样规划层聚焦地貌敏感度分区(陡坡、次级支流、岩溶洼地、农耕区),由污染源数据库构建(历史采矿点、灌溉渠空间标注),为网格布设提供基础数据支撑;布设执行层以双级网格生成为核心,结合动态避让规则(偏移量阈值≤100 m、缓冲区剔除200 m污染源),响应地形与人为干扰约束;质控反馈层通过采样点可达性评估(地形险峻度分级),与介质代表性校验(粗粒碎屑占比>30%、污染标志物筛查)形成闭环控制(方法体系技术流程如图4所示)。三级模块以“数据驱动—动态执行—实时校验”为逻辑主线,确保采样点布设既符合地貌能量梯度规律,又具备抗干扰能力,为复杂景观区地球化学勘查提供可复制的技术框架。
图4
3.3 方法优化效果对比与地貌响应分析
为系统验证“协同优化—现场微调法”的适用性,选取翻身村典型地貌单元(图5)开展采样点布设对比分析。典型地貌单元内人员活动密集,河谷深切,地势陡峭。据云南省地矿局物化探四分队以往研究成果,典型地貌单元内1∶20万异常呈现Pb、Zn、Ag、Sb、Ba、P、Cd、F、Mo的复合型元素组合,异常下限依据区域背景值确定(Ag:0.12×10-6、Pb:60×10-6、Zn:200×10-6、Cd:1×10-6、Ba:600×10-6、F:1 000×10-6、Mo:3×10-6、Sb:2×10-6)。异常总体呈NE向展布,沿翻身村断裂带延伸约10~30 km,浓集中心集中在断裂带中段的翻身村附近,面积约36 km2,元素套合度高,强度梯度明显。选取1∶20万异常浓集中心为采样点加密区;放稀区则选择村庄与地势陡峭区域;不同采样介质测量区则选择河谷深切区域。传统方法(图6)采用1 km×1 km固定网格布设,单元内规范布设采样点189个,其中加密区采样点39个,放稀区采样点30个,不同采样介质测量区13个。本方法(图6b)采用500 m加密网格与河道动态偏移,单元内采样点增加至251个,加密区采样点增加至53个,放稀区采样点减少至21个,不同采样介质测量区采样点不变。
图5
图5
研究区典型地貌单元规范样点布设
Fig.5
Layout of specimen points for typical geomorphological units in the study area
图6
图6
研究区典型地貌单元传统方法(a)与“协同优化—现场微调法”(b)样点布设对比
注:元素异常下限圈定范围图例同
Fig. 6
Comparison between the traditional method(a) and the “Co-optimisation-field fine-tuning method” (b) for the deployment of sample points of typical geomorphological units in the study area
1—different sampling medium zone ranges; 2—encryption zone ranges; 3—dilution zone ranges; 4—repeated sample large grid; 5—repeated sample large grid number; 6—small grid number annotation; 7—sampling point; 8—large grid number; 9—water system line; 10—elevation line
相较于传统1 km×1 km固定网格采样方法可能存在的微异常遗漏风险,本研究提出的“协同优化—现场微调法”通过500 m加密网格与放稀区的动态组合,在异常浓集中心实现空间分辨率提升26%的精细化探测。该方法针对NE向展布的10~30 km的复合元素异常带,特别在断裂带中段36 km2核心区加密布设53个采样点,其网格尺度与元素强度梯度变化特征形成空间匹配,有效增强了对Pb、Zn、Ag等多元素异常边界的识别能力。地形适应性策略方面,通过河道动态偏移技术将采样点沿深切河谷沉积物分布区优化布设,既规避了坡度>45°陡峭区域的采样安全风险,又利用河流沉积物分选性特征捕获了断层渗流与地表搬运的多源地球化学信号。对于人员密集的村庄区域和复杂地形区,采样点数量由30个缩减至21个,在降低人为污染干扰的同时,通过加密区数据补偿维持了整体数据信噪比。采样实施效益显示,总采样点增加33%,即251个采样点的背景下,勘探成本风险实现可控优化—陡峭区作业强度下降与加密区靶区定位精度的协同提升,为揭示次级构造控矿规律和异常区多源物质混合机制提供了更可靠的数据基础。
3.4 方法适用性边界与推广潜力
表3 典型地貌单元方法适配策略
Table 3
| 地貌类型 | 次级支流控制难点 | 本方法优化措施 |
|---|---|---|
| 深切峡谷区 | 陡坡支流短小密 集,传统网格遗漏 | 500 m加密网格+下游偏移 补偿 |
| 岩溶洼地区 | 季节性溪流沉积 中心偏移 | 间歇性/季节性流水双模式 采样(基岩露头+沉积物) |
| 台地农耕区 | 农业活动导致的 金属元素迁移 | 预设200 m污染缓冲区 主动避开 |
迁移形成伪异常。其次验证规范兼容性,本方法严格遵循《地球化学普查规范(1∶50 000)》(DZ/T 0011—2015)核心条款——5.2.1条允许特殊景观区调整采样密度,通过网格加密实现;高能区粗粒级优先原则,由动态偏移机制保障粗碎屑捕获。最后明确推广适用场景,正向适用区包括支流分叉角度>60°且三级支流占比>50%的树状水系发育区、坡度25°~45°的中陡坡高能碎屑搬运带,以及仅需地形图、罗盘、GPS的基层单位;受限场景则涵盖水系稀疏的准平原区与坡度>50°的极端陡坡,前者建议改用土壤测量,后者需结合无人机辅助采样。方法有效性通过三级逻辑链佐证:地貌能量匹配(陡坡高能环境要求加密网格)、规范质控标准(异常点位空间一致性>80%)及临沧地区实践成果[16](通过1∶5万水系沉积物测量圈定4个稀土成矿远景区,探获稀土资源量超9万t)共同支撑其科学性与实践价值。
3.5 与传统方法的效能对比及关键指标分析
“协同优化—现场微调法”通过双级网格控制(1 km基础网格+500 m加密网格)与支流交汇点加密,将三级支流覆盖率从传统固定网格的46.3%提升至72%(+55.7%),显著改善近源矿化信息捕捉能力[17-18]。针对粗粒碎屑(>2 mm)在高能搬运环境的关键成矿指示作用,该方法引入河道动态偏移机制(≤100 m),优先采集基岩河床底部砾石层,使粗粒碎屑捕获率从58%增至82%(+41.4%),元素分析值相对双差(RD)稳定控制在20%以内(规范要求RD≤33%),符合《地球化学普查规范(1∶50 000)》(DZ/T 0011—2015)[6]。异常圈定精度方面,加密网格与动态偏移策略使浓集中心偏移误差从120~150 m降至≤50 m(-58.3%),边界清晰度提升26%,且通过预设200 m农耕污染缓冲区将人为伪异常发生率从18%降至5%(-72.2%)。经济性上,虽采样点增加33%(251 vs 189),但组合样分析方案减少40%化验量,综合成本仅增12%(表4),契合快速评价目标[17]。该方法严格遵循行业规范:密度调整响应规范5.2.2条,重复样RD合格率>85%,监控样插入率达4%(规范要求≥4%),在滇西燕子洞矿段应用中使异常查证周期缩短30%并发现隐伏矿化[17]。
表4 关键指标对比
Table 4
4 结论
本研究创新提出“协同优化—现场微调法”,通过构建双级动态网格与地形响应式偏移补偿的协同机制,有效克服西南高山峡谷区次级水系控制不足与高能搬运区碎屑遗漏难题。该方法以基础网格叠加目视加密网格实现次级支流均衡覆盖,结合河道走向动态偏移保障粗粒矿物捕获完整性,并通过污染缓冲区预设显著降低人为干扰。实际应用中,基于地貌特征灵活调整网格密度与偏移阈值,在极端陡坡区引入无人机辅助采样,红层盆地区适配扩展网格参数,形成多场景解决方案[19-20]。实践表明,该方法在提升采样数据可靠性的同时,兼顾操作简易性与经济性,为复杂景观区地球化学勘查提供新思路。未来融合遥感与智能技术,可进一步优化标准化应用流程,推动区域找矿技术进步。
致谢
感谢本次研究过程中黄加忠高级工程师的指导帮助,感谢云南乌蒙山苞谷脑等3幅1∶5万矿产地质调查项目组调查人员的大力支持和帮助,同时感谢对论文进行评审的各位编辑和专家。
参考文献
云南省勘查地球化学方法及其应用
[J].
Exploration geochemistry method and its application in Yunnan
[J].
试论水系沉积物测量在找矿中的应用
[J].
Discussion on the application of river sediment survey in ore prospecting
[J].
云南待补镇—德泽镇一带地球化学特征及异常评价
[J].
Geochemical characteristics and anomaly evaluation in Daibu Town-Deze Town area,Yunnan Province
[J].
勘查地球化学近十年进展
[J].
A decade of exploration geochemistry
[J].
湖南古台山1∶5万水系沉积物采样点位设计及实地采样经验
[J].
Sampling site design and field sampling experience of 1∶50,000 stream sediments in Gutaishan,Hunan Province
[J].
普宜幅1∶5万水系沉积物地球化学特征及找矿方向
[J].
Geochemical characteristics of 1∶50,000 stream sediments and prospecting direction in Puyi area
[J].
地球化学勘查新技术应用研究
[J].
Application research of the new technologies for geochemical survey
[J].
水系沉积物地球化学测量在印宝山铅锌多金属矿勘查中的应用
[J].
Application of geochemical measurements of water system sediments in the exploration of the Yingbaoshan lead-zinc polymetallic mine
[J].
区域化探全国扫面工作方法的讨论
[J].
Discussion on the national scanning method of regional geochemical exploration
[J].
西昆仑东段1∶5万水系沉积物测量粒度试验
[J].
Granularity test in 1∶50,000 scale stream sediment survey in the eastern part of western Kunlun area
[J].
Significance of coarse-grained particles in geochemical surveys of stream sediments
[J].
Quantitative analysis of watershed geomorphology
[J].
水系沉积物测量在云南临沧地区离子吸附型稀土矿找矿中的应用
[J].
Application of stream sediment survey for prospecting the ion adsorption type REE deposit in the Lincang area,Yunnan Province
[J].
高山峡谷区快速评价找矿靶区的化探方法技术
[J].
Geochemical techniques for rapid appraisal of ore prospecting targets in high mountain and canyon areas
[J].
青海祁漫塔格地区1∶5万水系沉积物测量方法技术及应用成果
[J].
The techniques and application achievements in 1∶50,000 stream sediment survey of the qimantage area,Qinghai Province
[J].
试论水系沉积物测量在找矿中的应用
[J].
Discussion on the application of river sediment survey in ore prospecting
[J].
