非傳統化探方法研究的新進(jìn)展

  在20 世紀的找礦實(shí)踐中，水系沉積物、土壤、巖石地球化學(xué)測量等傳統化探方法發(fā)揮了令礦產(chǎn)勘查界矚目的重要作用， 尤其在貴金屬和有色金屬的找礦中成效更加突出[1-5]。與其他勘查方法相比，化探的最大特點(diǎn)在于能直接查明成礦物質(zhì)的區域分布模式和局部濃集中心，指示地下礦床的可能賦存部位。

 

  隨著(zhù)隱伏礦找礦任務(wù)的提出、覆蓋區找礦工作的日益增多， 如何有效地開(kāi)發(fā)適用于尋找隱伏礦或深部礦的勘查技術(shù)，已被認為是實(shí)現21 世紀找礦突破的關(guān)鍵， 成為世界各國研究機構和礦業(yè)公司技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)。

 

  深部找礦，特別是覆蓋區找礦，是礦產(chǎn)勘查界公認的難題。地質(zhì)方法通過(guò)研究和總結區域成礦規律和局部控礦規律， 建立不同類(lèi)型礦床的成因模式和找礦模型，靠宏觀(guān)標志和實(shí)踐創(chuàng )新發(fā)現礦床；地球物理方法通過(guò)發(fā)展測深更大、精密度更高的方法和設備，發(fā)現和甄別地下深處的可能成礦客體；地球化學(xué)方法通過(guò)基礎理論的豐富、測試技術(shù)的進(jìn)步、數據處理的改進(jìn)，仍然發(fā)揮其直接研究成礦組分、伴生組分、相關(guān)物質(zhì)實(shí)際分布模式和異常特征的優(yōu)勢，探尋深部成礦的新途徑。然而，傳統化探方法已不完全適應深部找礦，特別是覆蓋區找礦的條件，需要有新的方法技術(shù)予以補充和輔佐，20 世紀被視為非常規或非傳統的一套化探方法重又受到青睞。

 

  所謂的非傳統化探方法，包括選擇性提取技術(shù)、生物地球化學(xué)找礦、地下水地球化學(xué)測量、地下氣體測量等多種方法技術(shù)， 以及與之配套的分析測試技術(shù)和數據處理、解釋方法。20 世紀90 年代中期，這套方法被稱(chēng)為“深穿透地球化學(xué)”方法，以強調和推動(dòng)覆蓋區化探方法的研究與應用，促使其深入、持續地發(fā)展。不過(guò)，在具體的研究和使用中目前各方法仍是分別進(jìn)行的， 只在異常形成機制的探討上有共通之處。本文以近一兩年來(lái)的文獻為依據，側重對其中幾個(gè)方面的研究現狀和進(jìn)展做一簡(jiǎn)要評述，說(shuō)明研究動(dòng)態(tài)，供有關(guān)研究者和管理者參考。

 

  1 選擇性提取技術(shù)

 

  選擇性提取技術(shù)之所以成為當前國際化探界研

 

  究的熱點(diǎn)，最主要的原因是：該類(lèi)方法可以查明以某種方式從深部礦化遷移到地表土壤中的那部分元素，它們遷移到地表后，部分被礦物表面或有機物吸附，部分與成壤粘土或方解石一道沉淀或結合，有的與鐵錳氧化物結合。該類(lèi)技術(shù)的基本技術(shù)途徑是：力圖用各種溶劑選擇性地溶解并提取樣品中能反映深部礦化的某種或某些組分， 即來(lái)自深部的地球化學(xué)信息，以達到強化異常的目的?；谶@一思路，西方學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗性研究。如加拿大和美國學(xué)者針對非晶質(zhì)MnO2研制出酶提取技術(shù)； 澳大利亞學(xué)者研制的活動(dòng)態(tài)金屬離子法（MMI），針對不同礦種和景觀(guān)條件， 研制了8 種用于不同環(huán)境和礦種的提取劑，做了實(shí)驗性和試點(diǎn)性應用（目前仍然保密，正在進(jìn)行商業(yè)性推廣）[7-10]。除試驗性研究外，一些研究機構和礦業(yè)公司聯(lián)合， 對大量不同性質(zhì)的提取劑進(jìn)行了實(shí)驗， 包括4 酸提取、王水、大樣堆浸（BLEG）、EDTA、MMI、酶提取、Deepleach 11 和35（Newerest 公司研制）、1% HNO3、弱NaCN、弱HNO3＋KI、Terra Leach 1 等[11-12]?？偟貋?lái)看，雖然在一些已知礦區已顯示了這些方法的有效性， 但問(wèn)題仍然不少。目前還沒(méi)有一種提取劑和相應的采樣方法可適用于所有的地區和所有的礦種， 通常是某種提取劑在某種環(huán)境中有效，換一種環(huán)境就可能無(wú)效。

 

  所以許多研究者都強調，使用該類(lèi)方法之前，有必要先進(jìn)行詳細的土壤礦物組分研究， 以便確定哪種采樣介質(zhì)和哪種提取劑最為有效。

 

  但是，以適當的提取劑萃取樣品中“深部信息”

 

  的大方向是被一致肯定的[13-15]。從國際上當前研究的提取劑的提取能力來(lái)看，一般分兩大類(lèi)。一類(lèi)是選用弱提取劑，在不破壞礦物的前提下，提取與礦化有關(guān)的水溶態(tài)和吸附態(tài)的元素，常用的提取劑有：去離子水、酶和MMI；另一類(lèi)是選擇性溶解一種或多種次生礦物，包括部分內生和外生礦物，提取結合在碳酸鹽、鐵錳氧化物、有機質(zhì)內的元素，常用的提取劑有醋酸銨、鹽酸羥胺、焦磷酸鈉等[7,11-13]。當然，還有把弱與強提取劑連續使用的所謂“順序提取”方案。但關(guān)鍵問(wèn)題是， 選定的提取劑所提取出的那部分組分是否真正代表著(zhù)“深部信息”[13-15]。因此，研究不同提取劑所“消化”的到底是什么物質(zhì)，就成了改進(jìn)和完善這類(lèi)方法的基礎工作之一。圖1 示出了不同選擇性的地球化學(xué)提取劑與所提取的風(fēng)化層中的礦物成分之間的關(guān)系[11,14]。從圖中可以看出，提取劑的消化能力越強，其所溶解的金屬含量越高，但并非提取的金屬含量越高越好， 而是與能反映深部礦化的物質(zhì)在土壤礦物中的賦存狀態(tài)有關(guān)， 同時(shí)還受提取劑的濃度、提取時(shí)間、條件、采樣深度等關(guān)鍵因素的影響。

 

  這一問(wèn)題的解決，恐怕不僅僅是實(shí)驗室中的任務(wù)，還必須有詳細的野外工作和地質(zhì)－景觀(guān)研究的配合（詳細論述可參見(jiàn)參考文獻[11]）。

 

  從技術(shù)的實(shí)際應用來(lái)看， 選擇性提取技術(shù)目前仍處于實(shí)驗性或試點(diǎn)研究階段， 不過(guò)它在探測深部礦化信息方面表現出了良好的應用前景， 已被許多從事覆蓋區找礦的礦業(yè)公司看好[12]。目前，影響該類(lèi)技術(shù)方法發(fā)展和提高“可信度”的一個(gè)重要問(wèn)題是元素在覆蓋層中的遷移機理問(wèn)題， 即深部元素的垂向遷移機理和表生環(huán)境中控制其活化、遷移、累積的作用過(guò)程。這一問(wèn)題既是研發(fā)該類(lèi)技術(shù)方法的難點(diǎn)，也是質(zhì)疑其原理的長(cháng)期爭論的焦點(diǎn)[9-20]。近些年來(lái)，人們通過(guò)大量的探索研究， 對最有可能涉及其機理的某些作用過(guò)程進(jìn)行了驗證，主要有以下4 種：①電化學(xué)分散；②蒸發(fā)-蒸騰-對流作用；③循環(huán)膨脹泵吸作用； ④生物地球化學(xué)-地質(zhì)微生物學(xué)-土壤氣體。

 

  不同學(xué)者根據觀(guān)察到的各種現象和獲得的數據，以各自的理解， 提出一些新的元素垂向遷移模型，如Hamilton 等[16-17]提出的“還原囪”模型；Garnett[18]提出的“雷暴電池”模型；謝學(xué)錦等[10]和王學(xué)求等[19-20]提出了“以地氣流為主的接力遷移”模型；Cameron 等[7]、謝學(xué)錦等[10]和王學(xué)求[20]提出了“循環(huán)膨脹泵吸”模型，包括氣壓泵、地震泵、陸上“潮汐泵”等多種類(lèi)型。

 

  盡管這些模型都在實(shí)驗研究中得到了相關(guān)證據，或與某些地質(zhì)現象吻合， 但至今仍沒(méi)有一種模型可具體解釋試驗區元素遷移聚集的實(shí)況， 可適用于所有的景觀(guān)條件和礦床類(lèi)型。所以說(shuō)，人們對覆蓋層中的元素遷移機理還知之甚少，僅停留在理念階段，急需開(kāi)發(fā)新的觀(guān)察工具，如同位素示蹤技術(shù)、井中觀(guān)察技術(shù)等， 還需要借助和引用傳統地學(xué)之外的學(xué)科發(fā)展成果，如環(huán)境、生物、微生物、衛生、宇宙空間等學(xué)科的成果[13]。

 

  2 生物地球化學(xué)找礦

 

  近20 年來(lái)，生物地球化學(xué)找礦方法的研究一直在堅持進(jìn)行，工作也在深入發(fā)展[21-22]，主要表現在以下3 個(gè)方面。

 

  2.1 系統地總結了與生物地球化學(xué)找礦

 

  有關(guān)的基礎數據和信息

 

  隨著(zhù)人們在世界不同地點(diǎn)對隱伏礦化帶與植物化學(xué)之間的關(guān)系研究不斷深入， 這一研究領(lǐng)域的基礎數據和信息穩步增多。一些研究者開(kāi)始對它們進(jìn)行歸納和總結，為今后的研究和應用提供依據。

 

  最值得關(guān)注的是，Markert 在查證了大量數據后，于1994 年發(fā)表了《世界參考植物元素濃度表》。

 

  編制此表的意圖是想針對所有地區的所有植物提供一個(gè)平均成分的參考指南， 但由于全球植物種類(lèi)繁多，成分更是復雜多樣，因此編表的難度極大。鑒于它的科學(xué)意義， 對表中數據的檢驗和修改在不斷進(jìn)行。10 多年來(lái)， 此表基本經(jīng)受住了新數據的檢驗。

 

  2007 年，Dunn[26]考慮到等離子質(zhì)譜儀對某些元素分析的檢出限比過(guò)去降低了很多， 對表1 中某些元素（如Au、Ag、Hg、PGEs、Re、Te、Tl）的估計值做了修改（黑體字標星號處）。

 

  此外，過(guò)去10 年間，研究者在許多生物地球化學(xué)調查中，通過(guò)對世界各地的礦床進(jìn)行詳細研究，從總體上擴大了生物地球化學(xué)數據庫中的數據量。研究者從不同角度進(jìn)行總結， 出版了5 部包含生物地球化學(xué)信息的專(zhuān)著(zhù)：《植物分析》[27]、《金屬超聚集植物》[28]、《植物中的痕量和超痕量金屬》[29]、《生物地球化學(xué)作用過(guò)程概論》（主要論述對植物結構和代謝有根本性作用的元素———C、O、H、N、S、P、Fe、Mg、Mn[30]）和《勘查和環(huán)境地球化學(xué)手冊》叢書(shū)之第九冊， 專(zhuān)門(mén)論述生物地球化學(xué)在礦產(chǎn)勘查中的應用[26]。這一系列基礎數據的整理與總結，將大大促進(jìn)生物地球化學(xué)的發(fā)展與應用。

 

  2.2 新儀器和新理論的出現促進(jìn)了生物

 

  地球化學(xué)的發(fā)展過(guò)去10 年，等離子質(zhì)譜儀投入商業(yè)使用，使植物化學(xué)分析有了新的手段， 干植物組織中元素濃度的分析數據庫迅速擴大。與其他分析方法相比，等離子質(zhì)譜儀的優(yōu)點(diǎn)是， 可以對干植物組織中超痕量級的60 多種元素進(jìn)行準確和精密的分析，且分析費用相當低。它可以獲得許多過(guò)去因濃度極低、難以在干植物中測定出來(lái)的元素數據。有些元素（ 如Be、Bi、In、Pd、Pt、Re、Te、Tl、W） 在植物中的含量極低， 必須把植物組織縮減成灰分狀態(tài)后，才能用等離子質(zhì)譜儀檢測這些元素的濃度。同時(shí)，樣品消解實(shí)驗在幫助研究者弄清復雜的植物化學(xué)方面也發(fā)揮了作用， 使勘查工作者可以在更可靠依據的基礎上選擇合適的分析方法， 從而優(yōu)化特定元素的數據質(zhì)量。比如，Hall 等[31]提供了植物中高場(chǎng)強元素（HFSE）的測定數據。對植物的部分提取可以幫助研究者進(jìn)一步認清植物結構中的不穩定元素，尤其是鹵族元素[26]。

 

  電子顯微鏡的使用， 使研究者可以看到植物中的結晶相。憑借現代儀器，研究者大大拓寬了對小于2 μm 粒徑物體的觀(guān)察能力， 而植物結構中的賤金屬和重金屬元素似乎大部分都在這種空間內富集。這就為認識植物中的礦物相提供了有用的信息。此外，研究者們正在借助同步加速X 射線(xiàn)熒光分析儀（SXRF）、質(zhì)子激發(fā)X 射線(xiàn)分析儀（PIXE）等， 弄清植物組織化學(xué)結構和植物組織內元素的分布情況。研究結果顯示，這種儀器可以提供很有用的新信息。例如，Pickering 等[32-33]使用同步加速器研究了Se 的超聚集植物Astragalus bisulcatus（甜黃芪）樹(shù)葉中Se 的分布和化學(xué)形態(tài)。對Se 在A(yíng)stragalus 中的化學(xué)形態(tài)的基本調查清楚地顯示，有機Se 富集在嫩葉組織中， 成熟樹(shù)葉中含的是硒酸鹽，而樹(shù)枝中Se 含量極少[32-33]。澳大利亞礦業(yè)研究協(xié)會(huì )（AMIRA）下屬的澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織（CSIRO），正在用與同步加速器相連的“地質(zhì)粒子誘發(fā)X 射線(xiàn)熒光分析”（Geo-Pixe）方法描述單株植物組織中的元素分布。這種信息可以幫助地質(zhì)學(xué)家在野外采集最合適的樣品介質(zhì)，并幫助化學(xué)家優(yōu)化提取程序[26]。另有一些研究所正在研究植物組織中的同位素， 但同位素在生物地球化學(xué)找礦中的作用還遠未弄清， 目前這一課題仍處于研究階段。

 

  2.3 生物地球化學(xué)法找礦實(shí)例的價(jià)值———采樣結果10 年后生效生物地球化學(xué)找礦法自20 世紀30 年代產(chǎn)生之后，在蘇聯(lián)、加拿大、英國、澳大利亞、美國、日本等許多國家得到了應用和發(fā)展， 采集一定種屬的植物及其器官， 在各種礦床的勘查中取得成功的實(shí)例屢有報道[21-29]。盡管這種方法的制約因素較多，但其效能是肯定的， 而且在一些景觀(guān)條件下會(huì )發(fā)揮獨特作用。

 

  QR 金礦位于加拿大不列顛哥倫比亞省中部，在喬治王子城東南140 km 處。礦體露頭大部分都被厚度不同的冰磧物覆蓋（有的覆蓋層達幾米厚），生長(cháng)其上的是大片的森林， 樹(shù)木主要是內陸花旗松和黑松。1988 年，加拿大地質(zhì)調查局用直升飛機采集了103 個(gè)花旗松（Pseudotsuga menziesii） 樹(shù)頂的樣品。松針和松枝被分開(kāi)晾干， 松枝處理后縮減成灰分，然后進(jìn)行中子活化分析。對數據作異常檢驗，發(fā)現了強烈的Au 異常帶。1994—1998 年，Kinross 金礦公司開(kāi)采了該礦的主區和西區， 共生產(chǎn)出3.67 t 金（年產(chǎn)量約為933 kg），總開(kāi)采礦石量為106×104t，平均品位4.1 g/t。2005 年，研究者又把1988 年采集的花旗松松針從檔案庫中取出并磨成粉， 用等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。檢驗結果確認并更清楚地辨識出了原來(lái)根據松枝分析結果圈定的異常區， 從而驗證了這種地球化學(xué)標志的可靠性（圖2）[26]。2006 年，Cross Lake 礦產(chǎn)公司宣布， 他們在北區又發(fā)現了大量金儲量（可能有6.22 t），將重新在該區進(jìn)行開(kāi)采生產(chǎn)。鉆探結果顯示， 北礦區沿走向的長(cháng)度至少有1km，估計金的平均品位為6 g/t，是QR 礦產(chǎn)地內最大的金礦化帶。

 

  總地來(lái)看， 植物可以被看作是一種精密的地球化學(xué)采樣介質(zhì)， 不過(guò)目前人們還不能充分認識這種介質(zhì)，需要與其他技術(shù)方法配套使用。盡管在植物學(xué)家、植物化學(xué)家和地球化學(xué)家發(fā)表的論文中，能得到大量關(guān)于植物化學(xué)的信息，但必須清醒地認識到：雖然生物地球化學(xué)測量的應用已經(jīng)度過(guò)了幼年期，但仍處于成熟的早期階段， 還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步論證。值得注意的是，隨著(zhù)新儀器的出現，研究者在植物積累元素的控制條件方面取得了進(jìn)展， 野外觀(guān)察數據也在不斷增加， 這些都會(huì )使植物在礦產(chǎn)勘查項目中的作用變得越來(lái)越重要。

 

  3 地下水地球化學(xué)測量

 

  從理論上講， 地下水地球化學(xué)有潛力成為尋找隱伏礦和深部礦的一種有效方法。主要原因有：

 

  ①分析技術(shù)的進(jìn)展，已能快速、靈敏地檢測地下水中多種元素；②所需的樣品預處理量很??；③地下水采樣可以發(fā)掘三維勘查的潛在可能性； ④地下水能與礦化帶及其圍巖發(fā)生化學(xué)反應； ⑤與巖石地球化學(xué)相比， 地下水可以從與礦化發(fā)生反應的地方流出，從而提供一個(gè)更大的潛在的勘查靶區；⑥許多有意義的物質(zhì)背景濃度很低， 因此可提高異常襯度[34-36]。但是，從地下水地球化學(xué)的實(shí)際應用效果來(lái)看， 目前影響地下水地球化學(xué)測量在礦產(chǎn)勘查中的應用及其優(yōu)勢、潛力充分發(fā)揮的最大問(wèn)題在于： 勘查者對地下水地球化學(xué)數據做不出全面的解釋。近年來(lái)，圍繞這個(gè)問(wèn)題，化探界加強了以下3 個(gè)方面的研究。

 

  （1）重視地下水中礦物飽和度與物質(zhì)計算。水地球化學(xué)文獻表明， 目前已開(kāi)發(fā)了各種計算機代碼用于進(jìn)行礦物飽和指數和金屬物質(zhì)計算。比較流行的工具有PHREEQC、MINTEQA2 和GeochemistsWorkbench[34]。成功使用地球化學(xué)物質(zhì)和礦物飽和度計算代碼的關(guān)鍵在于實(shí)現計算程序的公開(kāi)化或透明化。盡管這方面的研究還存在一些不足，但礦物飽和度和元素物質(zhì)計算還是很有意義的。例如，可更好地理解金屬的活動(dòng)性或衰減模式， 以及次生礦化的形成，例如鐵帽遷移或外生銅礦床的形成等[13]。

 

  （2）高質(zhì)量的和全面的物理化學(xué)數據（包括pH和Eh）的獲取。這方面的研究主要集中在采樣技術(shù)的改進(jìn)和觀(guān)察指標上。為了獲取一定深度或一定地質(zhì)層系的代表性數據， 研制精細的采樣設備就成了關(guān)鍵環(huán)節。當前，穿流水斗、井下唧筒(雙閥泵)和擴脹封圈系統是地下水采樣常用的3 種方法[34]。這些井中水樣采集設備， 均可實(shí)現不同深度或部分的采樣，以擴脹封圈系統最為精細。在滲透率低的斷裂巖石區采集有代表性的深部地下水樣品時(shí)， 因為打鉆用水會(huì )造成污染，加之斷裂裂隙的導水率很低，從中流出的帶礦化信息的水進(jìn)入鉆孔后與地下水混合，既改變了信息出現的位置，又降低了異常的強度，在這種情況下，就需要使用擴脹封圈系統采樣。擴脹封圈系統通常由2 個(gè)相隔1～3 cm 的膨脹型封隔器組成，可以避免上述情況的發(fā)生，所采樣品能更好地代表采樣部位的地下水。不過(guò)，擴脹封圈系統的造價(jià)或價(jià)格高，操作耗時(shí)費事。因此，常規勘查一般不需要使用，可能只需借助抽水泵采樣，而更詳細的研究，特別是在破碎巖石介質(zhì)中采樣，以及需要對地下水系統的氧化還原狀態(tài)提供最佳理解的情況下， 才使用一些由井下唧筒或擴脹封圈系統組成的設備。

 

  （3）不同礦床類(lèi)型的元素和化合物指示標志的研究與評價(jià)。近年來(lái)，國外比較重視利用地下水地球化學(xué)測量方法在覆蓋區找礦， 對不同景觀(guān)環(huán)境中的各類(lèi)礦床， 包括火山成因的塊狀硫化物礦床（VMS）、斑巖銅礦及銅鉬礦、金礦、巖漿型銅-鎳-鉑族礦、金剛石等，進(jìn)行了詳細研究[37]。2007 年，Leybourne[34]和Cameron 等[38]總結了幾個(gè)與各種礦床類(lèi)型有關(guān)的地下水響應特征的實(shí)例和不同類(lèi)型礦床的主要地球化學(xué)特征（表2）。要想有效地利用地球化學(xué)技術(shù)進(jìn)行探測，勘查者就要鑒別礦化巖石，并能將它們與具有相同成分的非礦化巖石區分開(kāi)，把重點(diǎn)放在與礦化有關(guān)的地球化學(xué)特征上。因此，進(jìn)一步評價(jià)地下水和其他類(lèi)型水化學(xué)特征的應用， 針對不同礦床類(lèi)型來(lái)測定元素或化合物的標志， 是一項極其重要的工作。這將有助于針對水地球化學(xué)測量，大致確定其潛在的能力、局限性和可操作性，從而確認將之用于礦產(chǎn)勘查的優(yōu)勢和把它們推廣到全球所有的厚覆蓋區的找礦工作中[13]。

 

  4 分析技術(shù)

 

  地球化學(xué)分析測試技術(shù)的發(fā)展與地球化學(xué)勘查技術(shù)的發(fā)展是相輔相成、相互促進(jìn)、相互依賴(lài)、相互支持的[2,39-41]。分析測試技術(shù)每取得一次重大突破，地球化學(xué)勘查技術(shù)的研發(fā)就會(huì )有一個(gè)相應的提高；同時(shí)，新的地球化學(xué)勘查技術(shù)的提出，又會(huì )對分析技術(shù)提出新的要求。所以說(shuō)，分析技術(shù)與地球化學(xué)勘查技術(shù)是一對孿生姐妹，兩者共生存同發(fā)展。近年來(lái)，勘查地球化學(xué)分析測試技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，實(shí)現了從地殼豐度到礦石級含量水平的全元素覆蓋，此間ICP-MS 技術(shù)得到了廣泛的使用， ICP-MS 分析儀器出現了不斷的改進(jìn)[42-44]。

 

  ICP-MS 技術(shù)克服了傳統分析方法的大多數缺點(diǎn)，被稱(chēng)為當代分析技術(shù)的重大發(fā)展，在地質(zhì)和環(huán)境領(lǐng)域得到了廣泛的應用[42-44]。圖3 示出了地質(zhì)和環(huán)境領(lǐng)域文獻中ICP-MS 見(jiàn)于摘要、標題和關(guān)鍵詞的文章數的變化①。從圖中可以看出， 近10 多年來(lái)，ICP-MS 的使用呈直線(xiàn)快速上升。同時(shí)，ICP-MS 儀器的不斷改進(jìn)與更新使ICP-MS 技術(shù)的分辨率和精度趨于更高。目前，ICP-MS 儀器設備包括3 種類(lèi)型質(zhì)譜儀[45]：①最常用的是四極桿質(zhì)譜儀，能提供單位質(zhì)量分辨率，采用掃描倍增器作為檢測器。②價(jià)格和復雜程度均超過(guò)前者的磁扇區（magnetic sector）質(zhì)譜儀， 即配備有類(lèi)似掃描型檢測器的高分辨率質(zhì)譜儀（HR－ICP－MS）。磁扇區質(zhì)譜儀能提供更高的質(zhì)量分辨率，達到零點(diǎn)幾質(zhì)量單位，并且具有高得多的離子通過(guò)量和相應的低檢出限。③多接收器磁扇區質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）， 這種系統將磁扇區質(zhì)譜儀的分辨能力與用于各種待測物質(zhì)的單個(gè)檢測器（法拉第筒）結合起來(lái)，從而提供了最高的分辨率和準確度。此外，在ICP 發(fā)射裝置、樣品輸入、多元素、多變量質(zhì)量控制等方面也取得了較大的改進(jìn)。例如，階梯光柵固態(tài)探測系統的采用， 降低了光譜重疊的干擾， 提高了分辨率；Elemental Scientific 公司開(kāi)發(fā)的自動(dòng)取樣器，縮短了樣品提取和管路沖洗的時(shí)間，使儀器的工作效率提高了1 倍多；Hotelling T 統計的使用， 為多元素地球化學(xué)數據評估提供了有力的支持[45]?？傊?，ICP-MS 儀器的改進(jìn)大大改善了ICP-MS 的分析性能， 使許多元素的常規測量的檢出限較10 年前提高了0.5～1.0 個(gè)數量級（圖4），幾乎每種元素的檢出限都等于或低于地殼豐度[14]，并使地質(zhì)樣品的放射性同位素和某些輕穩定同位素的分析有可能成為一種常規的測量指標[46]。此外，鹵素元素的分析一直是分析技術(shù)中的前沿技術(shù)和難點(diǎn)問(wèn)題。新一代磁扇區ICP 質(zhì)譜儀的產(chǎn)生，為這一難題的解決帶來(lái)了新的希望。Bu 等[47]用HR-ICP-MS測定有機化合物中的F、Ce、Br、I， 其濃度水平從低于10-6 到10-2 水平，F 用中等分辨率模式測定，Ce、Br、I 用高分辨率模式測定?？梢?jiàn)，這項技術(shù)的應用，將使鹵素測定問(wèn)題在不久的將來(lái)得到解決。

 

  分析技術(shù)領(lǐng)域中另一項值得關(guān)注的進(jìn)展是野外現場(chǎng)分析技術(shù)，因其具有快速、便捷等特點(diǎn)，在現代礦產(chǎn)勘查中得到越來(lái)越多的使用， 儀器設備的研發(fā)也有較大進(jìn)展[13,46,48]。從國內外文獻來(lái)看，野外便攜式X 熒光儀(FPXRF)是野外現場(chǎng)分析技術(shù)中應用最廣和最成功的一種， 其他手段則起著(zhù)補充或完善的作用。目前國際上最主要的三大FPXRF 提供商和研發(fā)者是Niton（Thermo Fisher scientific）、Innov-XSystems Inc.和OxfordInstruments。近年來(lái)，這3 個(gè)公司都推出了許多高級的手提式XRF 元素分析儀，一般重3 磅，可測量25 種元素。Niton 公司新近推出了一款小移相器式（small “Phaser” form）的放射性同位素儀，重1.7 磅，可測量1～3 個(gè)同位素[48]。國外公司正在研發(fā)新一代的FPXRF 設備， 顯像管和探測器的功率較大，具有較強的判別功能及記數率，可降低儀器的檢出限和元素干擾。這些設備的研發(fā)將隨同高水平的計算模擬技術(shù)一起集成到FPXRF 儀器中。同時(shí)，再將照相機、GPS、拉曼光譜等包含進(jìn)去，向著(zhù)可提供更多信息的方向發(fā)展。此外，便攜式紅外線(xiàn)設備（PIMA、ASD 等）在蝕變礦物填圖中的使用也在不斷增加[48]。此外，還從環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域引入了一些用于水和氣體分析的野外便攜式儀器，如分析水的Hach 儀器、Sensicore 儀器及分析氣體的Leybold-Inficon Hapiste GC/MS 儀器等[13]。這些儀器的引入豐富了勘查地球化學(xué)野外現場(chǎng)分析技術(shù)。

 

  5 地球化學(xué)數據處理技術(shù)

 

  地球化學(xué)數據處理技術(shù)是礦產(chǎn)勘查評價(jià)的重要環(huán)節，近年來(lái)這類(lèi)技術(shù)在國外發(fā)展迅速。

 

  （1）國外公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)研究論文顯著(zhù)增多。

 

  Cohen 等[14]對1997—2007 年發(fā)表在國際三大地球化學(xué)期刊（GEEA、JGE 和AG）上的論文進(jìn)行了檢索統計分析（圖5），結果表明，研究數據處理的論文數量最多，排在其他勘查地球化學(xué)研究方向的前面，位居第一?？梢?jiàn)，數據處理與解釋技術(shù)已成為勘查地球化學(xué)技術(shù)研究的重要方向。

 

  （2）數據處理和解釋正在醞釀新的評價(jià)方法體系。一個(gè)已經(jīng)爭論了60 多年的基本地球化學(xué)問(wèn)題是：地球化學(xué)異常的構成是什么，如何才能通過(guò)適當的采樣過(guò)程和分析方法的組合來(lái)增加異常信息，怎樣才能通過(guò)不同的單變量和多變量數學(xué)技術(shù)的使用來(lái)檢驗（查明）異常？近年來(lái)，隨著(zhù)分析檢出限的顯著(zhù)降低和各種選擇性地球化學(xué)提取技術(shù)的應用與發(fā)展，這一問(wèn)題又一次被激活了[14,50]。因為這些方法進(jìn)一步觸及了地球化學(xué)景觀(guān)內的復雜性， 面對著(zhù)更大的挑戰， 即必須把與礦化作用有關(guān)的微弱的地球化學(xué)信號與由風(fēng)化層的整體地球化學(xué)特征、礦物學(xué)特性有關(guān)的“噪音”分離開(kāi)。選擇性地球化學(xué)提取數據的處理經(jīng)驗表明，舊的“背景”和“異?！钡母拍钜巡贿m用于對可反映多種復雜相互作用影響的樣品的多層次地球化學(xué)特征的識別。換句話(huà)說(shuō)，數據處理的目標是要確定所有的與礦化作用影響有關(guān)的地球化學(xué)過(guò)程的變異性， 在帶有礦化信息的樣品與礦化之間建立空間關(guān)系。這樣可以使能反映礦化作用影響的地球化學(xué)或礦物學(xué)的樣品位于觀(guān)察值的主簇（maincluster）中，而不被看成異常值。礦化信號可能只是更大的、更分散的觀(guān)察值中的一些較密集的子群點(diǎn)，它們不太適合于高斯定律，而更適合于分形定律。

 

  在數據處理中強化擬探測地球化學(xué)信號的新范例， 是欽博臘索山礦床上方的酶提取數據的處理方法。該礦床被厚層砂礫層覆蓋，地表風(fēng)化層樣品的酶提取元素分布模式出現很有意思的現象（圖6）[14]。從圖6 中可以看到，Cu 的含量在穿過(guò)礦化帶時(shí)呈連續變異的形態(tài)，其含量是升高的，但變化較大；而As 的含量盡管沿橫剖面出現了“異?！?，但經(jīng)過(guò)求7 點(diǎn)的移動(dòng)平均值后， 在礦化帶上方的砂礫層中就不出現異常，也就是說(shuō)，橫剖面上As 含量的異?？赡苁怯捎谏暗[本身存在內生成因的差異； 相反地， 通過(guò)求As 含量的7 點(diǎn)移動(dòng)方差，礦化上方就出現了明顯的方差增大。由此可見(jiàn)，這個(gè)方差“信號”是一種空間變異的結果，而不單是元素含量增加或減少的結果。因此在數據處理中， 精心研究如何強化擬探測的地球化學(xué)信號意義重大。

 

  （3）在GIS 框架內進(jìn)行數據綜合與評價(jià)的能力得到大幅提高。過(guò)去一二十年里，個(gè)人計算機性能和一系列用戶(hù)友好型軟件包的有效性大幅提高， 使大型數據庫在空間框架（GIS）內的處理和可視化表達變得更加容易了[13-14,41]。在GIS 框架內，可將多變量地球化學(xué)分析和野外觀(guān)察數據、空間參照數據集成為一體。一些新開(kāi)發(fā)的勘查地球化學(xué)軟件，如ioGas，為尋找地球化學(xué)數據、野外觀(guān)察數據、空間參照數據之間的相關(guān)關(guān)系提供了一種強有力的工具。此外，隨著(zhù)三維（3D）可視化軟件的發(fā)展，勘查地球化學(xué)家們能夠在三維空間內充分集成地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、鉆探等數據，使礦產(chǎn)勘查中的綜合性地學(xué)數據的集成越來(lái)越普遍，已發(fā)表了許多研究成果[50-51]。

 

  如2007 年Jackson[51]對3D 地球化學(xué)在礦產(chǎn)勘查中的應用進(jìn)行了總結，認為在3D 空間內對地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理數據的充分集成為探索數據關(guān)系創(chuàng )造了新的機遇， 促進(jìn)了對礦化系統和分散現象的進(jìn)一步理解，并指出3D 地球化學(xué)將廣泛地應用于：①利用未參與礦化事件的或在礦化事件中未發(fā)生明顯再分布的元素進(jìn)行深部巖石地層對比； ②建立礦化系統的概念分帶模型； ③根據分帶關(guān)系識別高品位礦化位置的指向標志；④區分近礦與遠礦的特征；⑤通過(guò)集成地表和地下數據改進(jìn)指向標志； ⑥通過(guò)對地表風(fēng)化效應的理解改進(jìn)對地表數據的解釋?zhuān)?⑦根據3D 覆蓋數據確定基巖異常源。同時(shí)，還指出目前盡管有些GIS 軟件引入了3D 分量， 為研究者提供了一個(gè)可從第三維角度觀(guān)察數據的工具， 但本質(zhì)上仍是二維的制圖工具。所以，需要加強真三維技術(shù)的研發(fā)，促進(jìn)3D GIS 查詢(xún)、多元分析的研究和對已知礦床的鉆孔數據的3D 模擬。

 

  6 其他方面的進(jìn)展

 

  （1）重礦物地球化學(xué)找礦標志研究重新喚起了人們的關(guān)注。最近20 年，分析技術(shù)的進(jìn)步，特別是針對單個(gè)礦物顆粒的微區分析方法的進(jìn)步[13]，對重要診斷性礦物的化學(xué)特征的認識起到了重要作用，例如激光燒蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICPMS）的進(jìn)步等。最新的研究顯示， 重礦物作為指示礦物已在巖漿型或變質(zhì)型賤金屬硫化物礦床的勘查中起到了決定性的作用。但如何才能把重礦物指示標志更有效地用于勘查項目，還需要做一些驗證工作。為了更好地評價(jià)指示礦物的分布，特別是評價(jià)它們的礦物化學(xué)特征，以針對更廣的礦床類(lèi)型確定元素和化合物的識別標志，尋求更廉價(jià)和有效的分離技術(shù)是很重要的[52]。在CAMIRO 和AMIRA 里有許多在研項目正在對優(yōu)化和（或）開(kāi)發(fā)中的診斷性指示礦物的化學(xué)特征標志作調查，看其是否對指示遠景區有生命力，或者能否用于指導鎳-銅-鉑族、斑巖銅礦或鐵氧化物-銅-金礦床的發(fā)現。此外，還需要了解各種重礦物顆粒的相對殘留率， 因為它們是通過(guò)各種類(lèi)型的地表物質(zhì)發(fā)生分散的， 而后者又與各種礦床類(lèi)型有關(guān)，分散作用又是在各種地質(zhì)、表生和氣候狀況下發(fā)生的。在這方面，硫化物礦物顆粒的殘留率研究較多[13]。

 

  （2）同位素地球化學(xué)的研究與應用也得到了豐富。過(guò)去的同位素研究主要集中在傳統的穩定同位素（O、H、C、S）和放射性同位素（Pb、Sr）上，其研究和應用主要受分析技術(shù)和勘查經(jīng)費的限制[53-57]。近年來(lái)，隨著(zhù)高分辨率、多采集器ICP-MS 技術(shù)的使用和同位素分析成本的降低， 同位素地球化學(xué)的應用范圍也在不斷地拓展。例如，Bastakov 等[58]研究了澳大利亞南部鐵氧化物Cu-Au 系統中Nd 和S 的同位素特征，指出同位素不僅可用于判別物質(zhì)來(lái)源，而且可用于區分弱礦化和強礦化體；Oates 等[59]應用土壤中N 和S 同位素作為區域勘查指標，認為在特定環(huán)境下，如果區域地球化學(xué)循環(huán)明確，礦床周?chē)寥赖南跛猁}和硫酸鹽中N、S、O 同位素組成就可確切地反映礦床類(lèi)型；Carr 等[60]用Pb 同位素地質(zhì)特征模型來(lái)辨別地球化學(xué)異常；Hall 等用土壤選擇提取的Pb 同位素驗證了VMS 型礦點(diǎn)上的覆蓋層中的Pb 是從掩埋在下方的硫化物礦床中搬運上來(lái)的[13]。

 

  地表物質(zhì)中穩定同位素系統（如Fe、Cu、Se 等）的研究也越來(lái)越多，這不僅豐富了同位素研究對象，而且也將為礦產(chǎn)勘查提供新的工具或手段。

 

  7 結論與建議

 

  綜觀(guān)近一二十年礦產(chǎn)勘查技術(shù)的發(fā)展， 盡管勘查地球化學(xué)技術(shù)在覆蓋區的找礦并沒(méi)有像人們預期的那樣取得重大突破，但在選擇性提取、地下水地球化學(xué)測量、生物地球化學(xué)找礦、分析技術(shù)、指示性重礦物找礦、同位素示蹤等方面還是取得了較大的進(jìn)展?？偟貋?lái)看，可以得出以下幾點(diǎn)認識。

 

  （1）分析技術(shù)的提高為非傳統化探技術(shù)的研究與應用提供了強有力的技術(shù)支撐， 同時(shí)也促進(jìn)了傳統勘查地球化學(xué)技術(shù)方法的發(fā)展。

 

  （2）在諸如選擇性提取技術(shù)、生物地球化學(xué)找礦、地下水地球化學(xué)測量、同位素示蹤技術(shù)等非傳統化探技術(shù)方面，研究者做了大量的試驗性研究，積累了海量基礎數據， 預計在可預見(jiàn)的未來(lái)有望取得重大突破。建議國內化探界重視這些技術(shù)的發(fā)展，加大對該類(lèi)技術(shù)研發(fā)的支持力度， 鼓勵勘查地球化學(xué)家進(jìn)行創(chuàng )新性研究。

 

  （3）地球化學(xué)數據處理技術(shù)是勘查評價(jià)的重要環(huán)節，近年來(lái)這類(lèi)技術(shù)在國外得到迅速發(fā)展。文獻研究表明， 數據處理已經(jīng)成為當前國際勘查地球化學(xué)研究的重點(diǎn)方向之一， 而國內這方面的研究略顯不足，近10 年召開(kāi)的3 次“全國勘查地球化學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì )”，很少有論文涉及該方向，這點(diǎn)應引起國內專(zhuān)家學(xué)者的注意。建議加強數據處理技術(shù)和可視化技術(shù)的研究，特別是三維可視化技術(shù)的研究與應用。

 

  （4）勘查地球化學(xué)目前正處于發(fā)展演化的關(guān)鍵時(shí)刻，全球性人才短缺為其提出了極大的挑戰。因此迫切需要加強人才培養， 充分發(fā)揮大學(xué)在勘查地球化學(xué)新技術(shù)研發(fā)和人才培養中的作用。

 

  （5）勘查地球化學(xué)作為礦產(chǎn)勘查的一個(gè)分支學(xué)科，在實(shí)踐中除了要加強學(xué)科內各類(lèi)技術(shù)方法的組合外，還需要加強與其他學(xué)科技術(shù)的集成，要充分吸收和引入相關(guān)學(xué)科的新理論、新方法及新儀器、新設備等，以促進(jìn)或帶動(dòng)整個(gè)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展與突破。