地质勘查法中地电化学法与其他化学勘查法的比较

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-06-30 矿业澳洲


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。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。


【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。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、高云龙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。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。


【方法机理和成晕机制】


【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:


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500mA与20mA电流提取所得的结果并无较大的差别。研究表明,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。


【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(图1)。



图1地电化学提取异常成晕机制示意图


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。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。


【与其他地球化学勘查方法的比较】


【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,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。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100m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


【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38~200m,产状呈垂直陡倾斜,第四纪黄土覆盖层厚约9~20m。金矿体平均厚3~6m,平均金品位为5g/t。地电化学试验剖面长800m,按20~60m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。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。


【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。


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。


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1400m,点距100m。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。


【与活动态金属离子法的比较】活动态金属离子法(MobileMetalIons,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700m。



图3耿庄金矿11号线地电化学异常对比剖面

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

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BrokenHill以北约90km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0.93g/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100m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


【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。


——邱炜,罗先熔,何书跃,任二峰,青海省地质矿产研究所等


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)


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.


——miningau矿务研究,敬请传播,转发请注明矿业澳洲miningau。


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