地球化学勘查的研究现状、主要进展、发展趋势及其在隐伏矿找矿中的应用.ppt

地球化学勘查的研究现状、主要进展、发展趋势及其在隐伏矿找矿中的应用,吉林大学地球探测科学与技术学院,内容提要,地球化学勘查的基本原理、研究内容及其方法类型国内外地球化学勘查的研究现状、主要进展和发展趋势地球化学勘查新技术、新方法在覆盖区隐伏矿找矿中的应用地球化学勘查方法在矿山外围和深部隐伏矿预测中的应用特殊景观下地球化学勘查的条件试验简介结束语,一、地球化学勘查的基本原理、研究内容及其方法类型,地球化学勘查的基本概念,地球化学勘查：又称为地球化学找矿，简称化探。顾名思义，就是用化学方法进行找矿。具体地讲，地球化学勘查是研究元素在集中分散过程中于矿体周围各类介质中形成的地球化学异常与矿床的时间、空间的成因联系，研究各类介质中地球化学异常形成机制、影响因素、发现异常和解释评价异常的方法技术。,地球化学勘查的理论基础,成矿物质在成岩、成矿过程中,在围岩中留下元素迁移的痕迹，或在成矿以后由于矿床的风化淋滤作用，使其中的成矿元素、成矿指示元素在矿体周围的岩石、土壤、水系沉积物、水、植物中再分配，或矿床中的挥发性和放射性气体通过断裂带上升并被土壤所吸附，并形成各种类型的元素或化合物的分散富集模式（异常），根据这些元素或化合物的分散模式（异常）来追踪和发现新的矿床。,各种类型的分散模式图,地球化学勘查的主要研究内容,地质体中元素及化合物的分布、分配模式地质体中元素或化合物分布分配规律的研究，是化探工作的基础。主要包括不同地质体中元素含量及其分布形式、空间上元素含量的变化规律、元素分布与地质体的相互关系研究等。地球化学找矿指标的筛选不同类型的岩石、矿床中元素间共生组合关系是不同的。利用已知矿床中元素的共生组合规律、或利用地质体中元素间的统计关系，确定找矿指标是化探的重要研究任务。,研究地质问题，间接指导找矿通过地质体中元素分布和元素共生组合规律的研究，解决诸如区域构造分区、构造岩浆活动与成矿作用的关系等基础地质问题。查明元素在区域上的分布规律查明元素在区域上的分布规律为农业、环保、牧业等行业提供有价值的资料。,地球化学勘查的主要特点,与其它找矿方法相比，地球化学勘查具有如下特点：地球化学勘查是以研究与成矿有关的物质成分作为找矿基础，它所观测的不单是一些地质现象，而是是化学元素和其它地化参数，有些指示元素本身就是成矿元素或者为伴生元素，因此，可以说化探是一种直观的找矿方法。大量事实证明，地球化学勘查在稀有、有色、特别是贵金属矿产勘查方面是一种颇有成效、不可替代的技术和方法。,地球化学勘查可以通过揭露原(同)生、次生地球化学异常，来寻找岩石中埋藏不太深的盲矿和寻找第四纪覆盖层下面的隐伏矿体。目前正在发展的地气、地电化学等化探新技术在森林地带、草原覆盖地区的普查找矿中具有十分广泛的前景。,地球化学勘查工作的野外设备较为简单轻便，采样速度快，随着样品分析方法的改进(如全谱直读光谱、中子活化、原子吸收光谱和现场分析的x射线荧光分析仪等）和计算机数据处理的采用，地球化学勘查已成为一种多、快、好、省的找矿方法。,地球化学勘查的应用范围也在逐步扩大，现在它不仅可用于找矿，同时还可为解决环境污染、农业、畜牧业、地方病以及各种地质问题提供有价值的资料。,地球化学勘查借助现代分析技术，将辨认矿化直接信息的能力从人类肉眼的万分之几提高到百万分之几（10-6）至十亿分之几（10-9）。由于地球化学方法辨认微弱矿化直接信息能力的大大提高，因此在发现难识别矿种或难识别类型以及盲矿上成为了矿产勘查的主导方法。,地球化学勘查的主要方法类型,二、国内外地球化学勘查的研究现状、主要进展及发展趋势,在近代地质科学诞生之前，人类就萌发了找矿的思想。例如：在我国，古代文献中已有了矿物共生、元素分带和地植物找矿的概念。如在管子的地数篇中记载着：“山上有铅者，下有银”；“上有丹砂者，下有黄金”；“上有磺石者，下有铜金”；“山上有赭者，其下有铁”。唐代颜真卿的著作中记载有：“山上有葱，下必有银；山上有韭，下必有金，山上有金，下必有锡”。,在古希腊与古罗马的文献中记载了 Georius Agricoda 用分析泉水和观察植物遭受高含量金属组分毒害后所出现的反常生长特征来找金属矿床(RWBoyle，1977)；同时还记载了 15世纪中叶一位热那亚绅士用冬青属植物作为明矾石的指示植物在意大利获得成功的案例。,近代地球化学找矿的思想和方法技术在20世纪30 年代产生于俄罗斯和斯堪的纳维亚各国，而迅速得 到发展并取得实质性的进展则是近 50 年的事，特 别是近 20 年来，地球化学勘查的高速发展，首先 归功于世界经济的持续增长对矿产需求的增长，其 次是高灵敏度分析技术的长足进展为勘查地球化学 找矿创造了条件。,地球化学找矿通过研究并利用与深部矿形成有关的标志、提取与深部矿有关的信息的方法，其特点是借 助于分析技术，可以有效地识别肉眼无法识别的矿床类型或矿种，在发现和识别矿种或矿床类型上取得较大成功。,（一）地球化学勘查的研究现状,1798 年，B.M.谢维尔金提出了“矿物邻近性”的概念。1849 年德国 J.F.A.布莱绍普特揭示了矿物共生组合的规律性，对推断铁帽和矿化露头下部可能的矿化情况提供了依据。,1、国外地球化学勘查的研究现状,1936，艾盂斯发现了内生金属矿床周围矿物组分的分带现象，并作了完整叙述。1939，费尔斯曼等人研制出土壤测量方法。在此基础上，萨弗朗罗夫、博伊尔等人为该方法的理论和方法技术做出了卓越的贡献，为勘查地球化学找寻残坡积层覆盖下的隐伏矿床提供了一种有效的方法技术。,1970,J.H.奥弗钦尼柯夫和 C.B.格里戈良对原生晕的形成及其实用意义进行了研究。1976,C.B.格里戈良等发表了一篇有关原生晕方法的总结性文章，报道了原苏联对热液矿床原生晕方法的研究成果。其中，最重要的是提出了热液矿床原生晕具有分带性及元素组分分带的统一分带序列和计算元素分带指数的方法，以及评价矿化侵蚀截面的累加晕和累乘晕比值等指标。以上研究为半出露盲矿床的地球化学勘查提供了理论基础。,据报道，原苏联，自20世纪 60 年代以来，一直在进行岩石测量方法的试验研究和寻找隐伏矿的工作，运用岩石测量方法已经成功地发现了数以百计的金属矿床。G.J.S.Govett(1978)评述西方国家的岩石测量工作，指出：“在过去 10 年里，也取得了一些进展。它已从一种基本上不能实际应用的方法技术，而发展成为矿业界从事找矿不可缺少的一种方法技术。从矿业界重新在北美和欧洲一些工作程度较高的地区采用岩石测量方法找矿实际表明，岩石测量方法已被公认为是一种理想的方法技术。”,TVogt 在挪威进行的水化学测量可能是现代水化学勘查的早期研究(AALevinsson，1974)。20 世纪 40 年代俄罗斯开始将水化学勘查方法大规模用于找矿实践。20 世纪 60 年代后，加拿大、美国和澳大利亚等国相继开展了大规模的水化学测量。1922 年 A.基里柯夫最早试验用 Rn 气测量找寻放射性矿。G劳伯梅尔(1929)试验用烃类气体找石油。A.A.萨乌科夫(1946)和 E.A.谢尔盖耶夫(1957)首先提出，并试验用汞蒸气测量找汞矿和其他金属矿。,1909 年 A.E.费尔斯曼最早发现厄尔巴岛上的蛇纹岩和花岗岩类岩体上植物种群的差异，中世纪捷克和德国有经验的找矿人利用植物群落找寻铅锌矿化，在阿尔泰探矿员发现在硫化物富矿上方生长着一种特别的石竹“铜草”来指示找矿及地质学家根据石英脉和方解石脉、破碎带、热液蚀变带上植物组合的特征变化识别矿床等。20世纪70 年代 R.R.Brook 和.科瓦列夫斯基等在加拿大和前苏联等地在森林覆盖、受风沙干扰的戈壁荒漠及沙漠、冰川沉积、湖泊沉积和厚土等厚覆盖区开展用现代生物地球化学方法找隐伏矿的研究与实验。,20 世 纪 70 年 代 加 拿 大 巴 林 杰 公 司 的 Weiss 和 Barringer 等 人(A.RBorriger，1966)提出用大气尘埃找金属矿。加拿大巴林杰公司将大气中金属组分的测定应用于矿产勘查，该公司 Weiss 和 Barringer 等人曾秘密从事气溶胶测量方法研究达十年之久，先后研制出空中微迹测量系统(Airtrace)和地面微迹测量系统(Surtrace)，他们采用 ICP 分析大气微尘中的二十多种金属组分，后因影响因素较多、难以追索到异常源而中止。,澳大利亚在 20 世纪 80 年代初期，推出大样堆浸金（BLEG）商用技术，广泛应用于各种不同的地质背景条件下的金矿勘查，最初主要应用于土壤，现在主要应用于水系沉积物中。这种相对便宜而灵敏度高的区域采样技术，在澳大利亚、南太平洋（印度尼西亚、巴布亚新几内亚等）等地金矿床勘查中取得了重大突破。,美国地调所J.R.Clarke等人在20世纪80年代中期研制出酶浸析法寻找金属矿，这种方法在美国和南美许多国家发现了新的隐伏矿。据称该方法在冰碛物覆盖区尤为有效。随后 Clarke 等人和中子活化分析公司与 ACTLABS 联合，在加拿大、美国及南美许多国家的实验室将酶提取方法大规模引入市场。,活动金属离子法（MMI）由澳大利亚 A.Mann 和 R.Birrell 发展起来的，用于厚层运积物的技术，Wamtech Pty 公司将这一方法大规模引入市场，声称他们迄今已有 74 个找矿案例，找矿成功率达 85%。他们的提取液是保密的，在少数实验室制备后分发给其它实验室应用；提取液共两种：一种是为测定 Cu、Pb、Zn、Cd 活动离子的，一种是 Au、Ag、Ni、Pd、Co 活动离子的。,L.Malmqvist 和 Kristiansson(1984)研制出地气法（Geogas）找隐伏金属矿床。20世纪80 年代初，瑞典 Lund 大学物理系和布立登(Boliden Mineral)公司合作，提出金属元素从地下深处以微气泡附着气体形式上升到地表并在矿体上形成成矿元素异常的思想，据此开始研究并使用一种新的“金属气体”测量技术，即地气测量。他们在本国及其它国家的 30 多个地区进行试验，发现地气异常与矿化存在明显的对应关系，并对地气迁移机制也作了许多工作。,与此同时，捷克的布尔诺(Geofyzika Byno)地球物理公司也进行了该种方法技术研究，所不同的是采用主动吸附法在近地表采集地气气溶胶。他们设在布拉格的实验室于 1976 年证实土壤气体中存在一些元素(Cu、Fe、Zn、As、F、Cl)、而且证实这些元素来源于某些地质构造，他们将之称为金属射气法。,20 世纪 80 年代初，捷克和德国学者合作介绍了一种元素分子态的气体找矿方法(GEO-MFE)，进而提出元素在深部可能以分子形式迁移，到达近地表时，成为气溶胶(Aerosol form)。他们除用于找金属矿外还找非金属矿(如萤石脉)，更多的用在深部断裂构造填图及大型建筑物的选址等。俄罗斯也有类似研究，戈里格良博士于 1997 年 3 月份访华期间，就介绍了其研制的离子晕找矿法，但在俄罗斯一般将此类方法统称为气体地球化学方法。,20 世纪 70 年代后期，国外集中力量研究各种能寻找隐伏矿的新思路、新方法、新技术，相继诞生一系列寻找隐伏矿的方法技术，如地气法、地电化学方法、酶淋滤、程序热释、偏提取等方法。这些方法在一些特殊的景观区找残坡积层覆盖下的隐伏矿、半出露盲矿和埋藏较浅的掩埋矿，均能获得较好的找矿效果。,始于 20 世纪 50 年代初的区域地球化学勘查(区域化探)作为政府推出的计划与项目，在矿产勘查中发挥重要的作用。依据 J.A.Plant(1986)资料，自 20 世纪 60 年代以来全世界仅以水系沉积物采样为主的大规模区域化探项目就有 38 项之多。,20 世纪 70 年代中期以来，许多国家还实施了国家地球化学填图计划。比较著名的有：美国在20世纪 70 年代开展的“全国铀资源计划”，加拿大开展的“全国地球化学填图计划(NGR)”，前苏联在20世纪50 年代哈萨克斯坦进行的 1：1 万土壤金属量测量，20世纪70 年代在贝阿线等开展大规模的 1：20 万1：50 万水系沉积物测量(分散流)，英国在 60 年代末、70 年代初完成了北爱尔兰、英格兰和威尔士的地球化学填图，原联邦德国和北欧也相继在70年代末至80年代完成全国化探扫面工作。据美国原于能机构(1973)对美国 100000 个化探异常的检查，其中 4 000 个属远景矿点，700 个列入矿床；而 5070 年代苏联发现了 80 000 个化探异常，从中找到了 220 个矿床。,20世纪80 年代以来，环境问题日益受到重视，区域化探工作服务于环境地球化学的势头迅猛增长，同时区域成矿地球化学环境和条件的研究也受到极大的重视。这些研究极大开阔了人们的视野，随着计算机技术的飞速发展，地质成矿理论研究的不断深入，物探、化探、遥感技术的不断进步与融合，提供丰富的找矿信息，综合解释与预测成为重要的发展趋势。,1924 年李四光在湖北用岩石测量方法研究侵入岩岩体中常量元素的组分特征(吴承烈，1987)用于找铁矿，这可能是世界上最早应用岩石测量找矿的研究。1952 年谢学锦在安徽月山发现了铜的指示植物海州香薷，这种植物后来被列为世界上最重要的铜的区域性指示植物，为我国长江中下游地区寻找残坡积层覆盖下的隐伏铜矿床提供了一种有效的指示标志。,2、国内地球化学勘查的研究现状,20 世纪 50 年代末，我国就进行了岩石测量(原生晕)方法找盲矿的试验研究。1957-1959 年邵跃、谢学锦等人在甘肃白银厂、辽宁青城、关门山、安徽贵池铜山、湖南黄沙坪和广东大宝山等地开展了原生晕找隐伏矿的试验研究，并找到新的半出露矿体。,20 世纪 60 年代，我国岩石测量得到较广泛的应用和发展，在地质部门和冶金部门均设立了专门的岩石测量研究机构，并在多金属矿床及铜矿床原生晕的研究中取得了显著的找矿效果。60 年代中期，为配合在长江中下游寻找富铜富铁矿的任务，邵跃、李善芳等(19631966)在长江中下游地区开展了原生晕方法找夕卡岩型铜矿的试验研究。这一工作结果，对后来在铜陵地区的找矿，起到了良好的示范作用。,20 世纪 70 年代，吴承烈、朱炳球等(1976-1978)曾对我国斑岩型铜矿床进行了原生晕方法研究，并在安徽沙溪斑岩铜矿床的找矿勘探中取得了良好的找矿效果。20 世纪 70 年代之后，伍宗华、金仰芬等（1970-1980）在我国开展了壤中气测量的研究。其中包括：壤中气汞测量，壤中气 CO2测量，壤中气甲烷测量等方法研制和有效性试验，并在河南上宫等地，找到了新的隐伏矿体。,20 世纪 80 年代之后，航天工业部的高云龙等人参照前苏联的理论及仪器开发出相应的地电化学工作设备，费锡栓、刘吉敏等（19801990）开展地电化学寻找隐伏矿试验和找矿应用；伍宗华等（1983）及蒋瑞金、任天样、高平等人（1980-1990）先后开展了水电化学方法找隐伏矿、水化学方法找隐伏矿及植物地球化学测量的有效性试验。,20世纪90 年代以来，根据金矿成矿晕的多期叠加的特点，李惠提出构造叠加晕法在矿区深部及其外围预测盲矿，取得显著效果；伍宗华等（1993）提出，矿床周围元素在原生分带序列中的位置与该元素的赋存状态有关，据此修正了以往一成不变的元素分带序列；欧阳宗圻、李惠、邹光华、吴承烈等人（1990-1995）分别进行了有色金属、金、铜矿床的地质-地球化学模式、地球化学异常模型研究。邵跃（1997）总结了他多年找矿工作实践提出岩石地球化学测量的采样方法和异常评价方法，为岩石地球化学找矿提出一套完整的理论，完善了地质地球化学找矿的方法技术和理论。,20 世纪八十年代末期，我国的一些学者如李善芳、吴传壁、伍宗华等陆续向国内同行介绍国外寻找隐伏矿床的各些方法和技术。童纯菡等人率先在隐伏金矿上方开展地气测量探索性的研究工作。进入九十年代，这一方法在中国得到了很大的发展。原成都理工学院和地矿部物化探所先后在金矿、铜矿、多金属矿和铜镍矿上方进行方法的有效性试验，在未知区超低密度找矿工作方面也取得了有意义的成果，在已知巨型矿床进行战略性和战术性矿产勘查等方面也取得了良好的效果，其他部门也在寻找隐伏断裂、气田以及铀矿上进行了探索。,谢学锦（1998）利用深穿透地球化学概括了20 世纪90 年代出现得各种新方法、新技术，并将深穿透地球化学定义为：研究能探测深部隐伏矿体发出的极微弱直接信息的勘查地球化学理论与方法技术。毫无疑问，20 世纪 80 年代以来各种深穿透地球化学方法的涌现是寻找隐伏矿新方法进行的多方面成功的探索。这些方法在大量的实践中提出的理论与方法技术问题将为勘查地球化学提供新的研究领域。,从 1978 年开始的中国区域化探全国扫面计划（1：20 万-1：50 万），规模最大、完成最好，到 2000 年底已完成 600 余万 km2，主要用于矿产勘查并取得了良好效果，发现各种矿床 1070。我国近 10 年来找金矿取得重大突破，首先是查证了大批显著金异常的结果。金矿属难识别矿种，化探异常在找金矿中起到了关键性的导向作用。,区域化探的首要目标是矿产资源勘查，主要是运用水系沉积物测量方法，部分采用土壤测量方法，以其测量的结果，经过窗口滑动平均处理，绘制元素地球化学图，用于研究元素含量在广大面积内空间分布规律和确定重要成矿带，迅速从中圈定具有找矿远景的靶区。在区域化探工作的早期，筛选评价异常的主要依据是异常本身的特征，即成矿元素的含量、异常规模和元素组合，并结合地质条件和解释者的经验进行评价，主要挑选“高、大、全”的异常进行检查。这一方法在寻找地表矿阶段十分有效当然在使用中方法手段也不断有所改进，但所依据的核心还是异常本身的各种参数。但是，异常的强度、规模、元素组合受多种因素影响，不仅受物源的(地质的)、原生的以及表生作用的影响，甚至还受确定异常、背景的方法的影响。因此，方法筛选评价异常往往会出现不少失误。,为了减少这种失误，在传统经验方法的基础上做了不少改进，还引进了数学和计算机技术，如：划分子区，分别确定背景和异常下限；背景校正，消除景观条件、分析批次误差；多参数综合异常等。所以，围绕着从大量异常中筛选出可能与矿有关的异常并提高查证异常的见矿比率，特别是提高发现大矿的比率，勘查地球化学工作者进行地球化学景观分区的研究、异常分级分类的研究、地球化学块体与异常关系的研究、地球化学环境与成矿区带的研究等，这些研究在勘查地球化学找矿方面作出巨大的贡献。随着人们对环境问题与可持续发展的关注，区域化探的应用领域不断拓展，同时多目标的 76 元素的地球化学填图计划，为成矿地质环境及稀有、分散元素矿床和难识别矿床的发现提供重要的找矿线索。,第一发展期(1950 年以前)。这时期，勘探者主要依靠肉眼观察地表露头找矿，以土壤测量和水系沉积测量为主要手段，对于土壤中的地球化学异常，用探槽或浅井揭露矿体。人们这一阶段延续的时间最长，找到的矿最多。据R.W.Boyle(1977)统计，迄今为止，世界各地开采的矿床 80以上是在古人开采的基础上进行的。,3、国内外地球化学勘查的发展阶段,第二发展期(1950-1970 年)。这一时期，各国普遍加强了矿产勘查活动，在受多来源多成因的新成矿理论指导，发现了大批新矿床。原子吸收技术的发展，促使地球化学找矿方法得到广泛应用，围绕着区域地球化学填图和矿区外围找矿，以土壤、岩石测量和气体测量为主要手段，其主要寻找的对象扩展到半出露盲矿等隐伏矿类型。这一时期，勘查地球化学的探测深度明显增大，找隐伏矿的效果日趋显著。,第三发展期(1970-1990 年)，也可称之为综合模式找矿期。随着地、物、化、遥各种方法技术在找隐伏矿方面的长期研究，积累了大量矿床产出地质特征和物化探异常特征的基础上，系统总结了各类典型矿床的异常模式。奥林匹克坝巨型 Cu-U-Au 矿床的发现，是综合模式找矿的成功典范。由于数学和计算机技术在地学领域的广泛应用，使综合找矿模式沿着定量化和数字化的方向发展。,在成矿理论模式的指导下，勘探者在未知区依据找矿综合模式所指引的思路去收集资料，并与相应的模式进行拟合和矿产预测。同时在实际找矿中，依靠新方法、新技术和新理论，尽量获取与深部隐伏矿有关的信息，为隐伏矿的预测提供新的直接指示标志和理论依据，从而更好地指导隐伏矿的寻找。,第四发展期(1990 年以后)，为信息找矿期。这一时期，找矿难度明显加大，找隐伏矿的方法空前增多，探测深度明显增大，所获信息量成倍增加，推断解释的不确定性也随之增加。既需要现代高新技术，又需要多学科的综合研究，越来越多的研究者将成矿作用置于岩石圈、地壳、乃至整个地球-宇宙体系的演化过程来考虑。勘查地球化学找矿，以某些微观或超微观信息的获得，使间接找矿为主的信息找矿期又重新返回到直接找矿为主的时期。因此，发展高灵敏度和大探测深度的勘查地球化学方法，具有特别重要的意义，并预示着一个找隐伏矿的新时期的到来。,（二）地球化学勘查的主要进展,深穿透地球化学中元素垂向迁移理论及模型有：离子扩散作用；毛细管作用；蒸发作用；地下水对流或循环；植物根系吸收；微生物活动；气体搬运(包括以地球气为主的多营力接力模型)；自然电位场(电化学模型、还原囱模型、雷暴电池)；膨胀性泵压作用(气压泵、地震泵)；水位的起伏(包括陆上“潮汐泵”)。,1、深穿透地球化学中元素迁移理论新进展,离子扩散迁移模型 矿体或矿体风化后会在矿体及其周围存在高浓度成矿元素及其伴生元素离子。由于近矿离子浓度高“远矿离子浓度低”所以会产生离子浓度差，离子扩散迁移主要是由于离子浓度差的原因“离子由高浓度向低浓度扩散。这种扩散表现为从矿体到地表连续的晕圈结构”即在靠近矿体部位最高“远离矿体浓度逐渐降低。这种迁移模型”在地表采样时“发现的是矿体顶部的异常。,地下水溶解迁移模型 地下水溶解迁移是指矿体中的化学元素被地下水所溶解“随着地下水的运移而被带到地表(地下水迁移表现为垂向运移和侧向运移”也就是通常所说的上移水成异常和侧移水成异常。其中：上移水成异常是水溶液中的元素可以通过毛细管上升和植物根系吸收向上运动，输送到地表以后由于水分的蒸发而沉淀。,侧移水成异常是元素被地下水溶解，随着地下水运移到渗出带，在某种沉淀障上析出，形成侧移的水成异常。在地表采样中会出现2处异常，一个是垂直运移异常，另一个是侧移异常。这种水成异常在低水位的干旱地区，近地表水成异常受到制约，因为潜水面太深，甚至在矿体以下，无法将元素携带到地表。,地气流迁移模型 Kristiansson等指出通过矿体的微气泡流能将矿体中微量组分带到地表。他们提出隐伏铀矿上方观测到的Rn原子流是通过其他气体持续不断地向上运动而形成的，这种作为微气泡的运载气体流能够携带Rn原子加速向上运动，运动速度比扩散要快得多。这种运载气体或者起源于地球内部!或者作为大气与地下气体交换的一部分，这种运载气体被称为地气。,气体的来源可能有以下4种：与大气交换有关的气体；当地土壤产生的气体；矿床氧化产生的气体；地幔排气。Cameron等认为地气流的形成有3种机制：气压泵，矿体及周围介质中充满了气体，高气压与低气压的旋回过程形成气压泵!高气压将空气压入，而低气压使空气将岩石或矿床中的气体带出；冬季呼气作用，在冬季，暖的空气在山顶上从岩石裂隙内释出，代以冷空气和蒸气从山脚下方深部上升，形成冬季呼气作用；地震泵，一种更强的推动营力是地震泵!这是在地震多发地区发生的现象。,多营力迁移模型 深穿透地球化学异常的形成是多营力接力迁移的结果，可以概括为：矿床本身及其围岩中存在成矿元素或伴生元素的活动态形式，包括各种离子、络合物#原子团、胶体、超微细的亚微米至纳米级金属颗粒、铁族元素氧化物吸附和包裹金属、碳酸盐包裹金属和矿物颗粒间的成矿元素独立金属矿物、自然金属、金属互化物、硫化物等。,如果矿体覆盖厚度不大，各种营力包括地下水循环、离子扩散、氧化还原电位梯度、蒸发作用、植物作用、地气流等都可将矿床元素组分迁移至地表。对于厚层覆盖，在不同的气候与地形条件下，这些营力所起的作用会有很大不同，是多营力接力迁移而完成元素从深部向地表的传输过程的。,如果是在潮湿地区，地下水溶解，并在充水的通道中向上迁移，到达接近地表时离子扩散、植物作用、蒸发作用等因素都可参与元素向地表的迁移。在干旱地区，由于地下水潜水面很深，难以将元素溶解携带至地表，在深部地气流的搬运可能起着主导作用，到达接近地表时，蒸发作用、离子扩散等因素都可参与元素向地表的迁移。,“雷暴电池”模型,D.Garnett（2004）提出了 Electrically charged storm cells-“雷暴电池”模型。雷暴电池是雷电爆发前出现的一种自然现象。大量事实证明，在雷雨云形成的时候，其下部会蕴集起大量负电荷，它们与地表相互作用，使两者之间的电场变得非常强大。强电场能使风化层内的电子脱离地表，使电子下降或侧移，从而使云体下面的风化层表面立即获得大量的正电荷，形成正极。,在大陆上，“雷暴电池”是一种常见的现象。就全球而言，每秒钟会发生50-100次电击，任何一个瞬间，全球就有18002000个“雷暴电池”形成。澳大利亚的大部分地区，每年每方公里会发生0.5-2次雷击。印度、非洲、南美洲和北美洲的大部分地区的密度比这个值还高(NASA，2001)。,成熟的“雷暴电池”在地球表面产生的静电场，强度达10000-3000v/m。D.Garnett认为，如果“雷暴电池”感应区的湿度足够大，离子就能发生溶解迁移。当“雷暴电池”形成时，雷雨云下方感应区内作为正极的风化层表面，强度是非常大的，能把诸如Fe2+等还原性阳离子吸引到地表，发生反应而形成Fe3+。当“雷暴电池”在地球表面移动时，其边缘的负电荷也能吸引其他阳离子，使其迁移到地表。这种近地表的化学迁移作用，可使从风化层中迁移上来的元素固定下来。这一过程可能也是“雷暴电池”模型的重要组成部分，否则风化层中的离子就会轻易被带上带下。,雷电场对地表部造成的强大影响，有多方面资料可作佐证。古地磁研究表明，闪电至少会对风化层有一些影响。闪电可导致重磁化，风化层表层的古地磁测量结果可能不太可信。土壤在闪电轰击下会熔化，形成的“熔岩”可以追溯到地表以下20m。有报告称，旅行者在地表下300-400m的岩洞内遭遇电击，而闪电击中这些岩石时，岩洞中并没有人为的导电装置。最新的有关金属污染土壤的电泳修复技术的研究表明，适当地增加电压差能显著加大带电物质的迁移速度。,K.R.Reddy和A.B.Shirani（1997）做了一项研究，向含As量约500ppm的富粘土质土壤中插入电极，电压梯度为20-40v/m。三个月后，75%的地方As减少到了30ppm。如果这么小的电压梯度能在数个月内完成这种迁移，那么，如果把它们暴露在电压梯度高好几个数量级的“雷暴电池”下，离子穿过巨厚的风化层会需要多少时间呢？应该是非常短的时间。,“雷暴电池”模型很复杂，许多因素都参与其中。像风化层的湿度、电阻率和矿物等因素，也能影响离子的行为。尽管“雷暴电池”模型还存在许多问题，但它为我们提出了研究元素垂向迁移机制的新思路。需要指出的是“雷暴电池”模型也是基于自然界雷电形成过程的一种推测模型，深部物质的垂向迁移及地表的地球化学行为还有待深入研究。,泵压效应机制,气压泵气压泵指高气压与低气压的旋回过程，高气压将空气压入，而低气压将地气从岩石或矿床中吸出。E.M.Cameron 等认为，气压泵是干旱地区形成地气流的重要营力。,地震泵E.M.Cameron提出，在地震多发地区，还有一种更强的推动营力是地震泵（seismic pumping）。他推测，在地震多发地区，可借地震喷射（seismic squirting）作用，将释放到流体里的矿体物质送到上方的断层或裂隙带中，形成近地表异常。他还认为智利地震带内的Gaby Sur及Spence等巨型隐伏Cu矿床的异常主要是由地震泵推动而形成的。,陆上“潮汐泵”：DGarnett认为，既然海洋潮汐是一种全球性的现象，那么，陆地上的气体和固体，也应能像海水一样，因天体间作用力的变化而发生上升和下降运动，名之为陆上“潮汐泵”(Tidal pull)。尽管陆地上的垂向运动比海水（1米左右）小很多，但正常情况下或许能达到1530 cm（UK national Maritime Museum）。如果整个地球表面每天发生两次运动，不难想象，地表的上升和下降也能像巨大的泵吸作用或一系列的咆哮作用一样，成为液态或气态离子运动的驱动力。,“还原囱”模型,Hamilton等通过大量研究,在自然电位场、电化学迁移模型的基础上,提出了“还原囱”模型。他们认为,氧化还原活性离子穿过覆盖层的运移,是沿着氧化还原梯度发生的,而不是靠硫化物-偶极-感应电场发生的。,在掩伏区,基岩处于还原状态,地下水面以上则处于氧化状态。在被地下水浸透的覆盖层中,从基岩顶部到地下水面之间,由于氧化剂的消耗会产生还原环境。在基岩中硫化物矿体的顶部与接近地表的地下水面(这里是O2的进口)之间,氧化还原条件是有差异的,从而产生了垂向的电化学梯度。沿此梯度,还原的和氧化的活性物质会相对运移,彼此发生氧化还原反应。在此过程中,地下水带内有限的氧化剂会先被耗尽,同时,还原性物质(如HS-、Fe2+等)也有消耗,导致它们从矿体顶部继续向外和向上弥散。,O2从地下水面补进，反应继续进行，还原性物质继续弥散,还原锋面向上推进，直到潜水面处才会中止,形成一个还原柱。在此过程中，还原态物质(特别是诸如Fe2+等金属物质)会穿过覆盖层向上运动；由于电荷从矿体顶部弥散出来，矿体内的自发电位电流就可继续发生，在地表就有可测量到的电场(即自发电位电流)；还原柱内会产生pH的降低和伴生的碳酸盐溶解等效应。需要指出的是：“还原囱”模型要在潮湿地区，存在地下水的条件下才成立。,尽管这些模型都在实验研究中得到了相关证据，或与某些地质现象吻合，但至今仍没有一种模型可具体解释试验区元素迁移聚集的实况，可适用于所有的景观条件和矿床类型。所以说，人们对覆盖层中的元素迁移机理还知之甚少，仅停留在理念阶段，急需开发新的观察工具，如同位素示踪技术、井中观察技术等，还需要借助和引用传统地学之外的学科发展成果，如环境、生物、微生物、卫生、宇宙空间等学科的成果。,2、选择性提取技术,选择性提取技术之所以成为当前国际化探界研究的热点，最主要的原因是：该类方法可以查明以某种方式从深部矿化迁移到地表土壤中的那部分元素，它们迁移到地表后，部分被矿物表面或有机物吸附，部分与成壤粘土或方解石一道沉淀或结合，有的与铁锰氧化物结合。该类技术的基本技术途径是：力图用各种溶剂选择性地溶解并提取样品中能反映深部矿化的某种或某些组分，即来自深部的地球化学信息，以达到强化异常的目的。,目前，选择性提取技术分两大类,一类是选用弱提取剂，在不破坏矿物的前提下，提取与矿化有关的水溶态和吸附态元素，常用的提取剂有：去离子水、酶和MMI。另一类是选择性溶解一种或多种次生矿物，包括部分内生和外生矿物，提取结合在碳酸盐、铁锰氧化物、有机质内的元素，常用提取剂有醋酸铵、盐酸羟胺、焦磷酸钠等。由于不同学者对元素迁移机制及其地表赋存状态的理解不同，在不同景观区、不同类型隐伏矿床或矿化区开展工作时，选用的提取剂类型、浓度、提取温度及操作流程等也有所不同。,此外，在研究过程中，尽管王水不属于选择性提取液，但也常被使用，因为它能提供了解土壤整体组成的有用信息，有助于选择性提取数据的解释，而且对原地自然异常也能有较好的显示。,从图中可以看出，提取剂的消化能力越，其所溶解的金属含量越高，但并非提取的金属含量越高越好，而是与能反映深部矿化的物质在土壤矿物中的赋存状态有关，同时还受提取剂的浓度、提取时间、条件、采样深度等关键因素的影响。,几种常见的选择性提取技术,目标矿物和提取剂的选择,目前研制的选择性提取技术，有一类是选择性地溶解土壤中的一种或多种次生矿物，提取其中的指示元素，以达到强化异常目的。它们的效果如何取决于两点：一是指示元素来自目标矿物中“外生组分”与“内生组分”的比例；二是提取时要最低程度地溶解其它含较多内生组分的矿物。,土壤形成过程中外生组分与内生组分的分配模型（引自E.M.Cameron,2004）,E.M.Cameron等研究认为，Spence矿区土壤中的Cu主要以水溶相、碳酸盐结合相和铁锰氧化物相三种形式存在，其中，碳酸盐矿物中的外生Cu与内生Cu的比值最高，所以选择性溶解碳酸盐矿物的提取技术，测得的异常衬度最高。醋酸铵和MMI均是提取碳酸盐矿物的方法，所以它们测得的异常最明显。,ALS Chemex实验室的冷盐酸羟胺，目标主要是溶解铁锰氧化物。然而，它是一种酸性物质，pH值为1.5，能溶解各种碳酸盐矿物，所以它测得的高异常衬度，是由于溶解了碳酸盐矿物产生的，而非溶解铁锰氧化物的结果。中国的FMM方法只提取被铁锰氧化物包裹的金属，因为采用的是顺序提取，在进行FMM提取时，碳酸盐矿物已被AEM溶解掉了。FMM的异常衬度较低，说明只有少量的外生Cu进入到了这些矿物中。,自然界的矿物比较复杂，水溶性含量较多，单一矿物相的选择性提取几乎不太可能。所以，目标矿物和提取剂的选择，仍然是该类技术方法研究的难点和热点。不同学者和公司近几年也都相继提出了针对某种矿物或组分的提取剂，但都处于保密试验阶段。,采样深度的确定,大量的研究表明，采样深度是影响选择性提取技术的关键因素之一。,1999年Cross lake 40线,1999年Cross lake 6线,采样深度的确定取决研究区的景观条件和土壤形成过程。就上述试点的做法看，与其说是采样深度问题，不如说是合适的样品介质或样品特质的选择问题。目前，人们对深部元素上向迁移机制和表生元素地球化学过程的认识有限，所以，合理采样深度的确定，只能通过加强地表地质观察和大量对比实验来解决。,2000年Cross lake 6线Zn,提取条件和过程的控制,目前，选择性提取技术采用的都是溶液提取剂，样品溶解受时间、温度和提取液浓度及矿物化学稳定性的影响。尽管在一定条件下，矿物溶解可由热力学和反应动力学来确定，但一旦有固体出现，这个过程就十分复杂。固相物质对提取液有缓冲作用，反应中形成的胶体又会吸附活化后的离子，都会影响拟提取金属的稳定性。此外，Eh和pH值及溶解时间，也能影响矿物溶解的稳定性。,控制pH和络合作用，可提高金属溶解的稳定性。,酶提取的Mn含量与土壤pH的散点图 热氢氧羟胺提取的Mn含量与pH散点图(引自：D.L.Kelley 等。2003),控制提取过程中胶体的形成，也能提高测量效果。,去离子水提取土中Fe、Al、Mn、Cu、Pb、Zn的胶体率,图给出了Fe、Al、Mn、Cu、Pb、Zn的胶体率（过滤前的元素含量除以过滤后的元素含量），其中，Fe、Al的胶体率较大，说明提取过程中形成了Fe、Al胶体，并吸附了其他元素，使Cu、Pb、Zn的胶体率得到了提高。,选择性提取的效果还与提取时间和温度有关,氢氧羟胺提取的Mn和Fe与时间、温度的关系图,锰氧化物在10分钟内能全部溶解，而铁氧化物的溶解时间却相对较长，且所需温度较高；Mo在较短的时间内溶解后，又急剧下降，可能是再吸附作用的结果；Cu基本上不受时间、温度的影响。G.E.M.Hall等（1995）曾指出，在提取过程中Au常发生再吸附作用，这是影响偏提取技术使用的主要因素。,所以，在判定一种偏提取技术的有效性时，最重要的是要看这种方法的稳定性，要看其提取过程中对pH值、提取时间和胶体形成的控制能力。,3、生物地球化学,近20 年来，生物地球化学找矿方法的研究一直在坚持进行，工作也在深入发展，主要表现在以下3个方面：系统地总结了与生物地球化学找矿有关的基础数据和信息；新仪器和新理论的出现促进了生物地球化学的发展；生物地球化学法找矿实例的价值-采样结果10 年后生效。,总地来看，植物可以被看作是一种精密的地球化学采样介质，不过目前人们还不能充分认识这种介质，需要与其他技术方法配套使用。尽管在植物学家、植物化学家和地球化学家发表的论文中，能得到大量关于植物化学的信息，但必须清醒地认识到：虽然生物地球化学测量的应用已经度过了幼年期，但仍处于成熟的早期阶段，还有许多问题有待进一步论证。值得注意的是，