【文章內(nèi)容簡介】 學(xué)填圖計(jì)劃，為成礦地質(zhì)環(huán)境及稀有、分散元素礦床和難識別礦床的發(fā)現(xiàn)提供重要的找礦線索。 （二）地球化學(xué)勘查的發(fā)展階段 第一發(fā)展期 (1950 年以前 ) 這時(shí)期，勘探者主要依靠肉眼觀察地表露頭找礦，以土壤測量和水系沉積物測量為主要手段，對于土壤中的地球化學(xué)異常，用探槽或淺井揭露礦體。 人們這一階段延續(xù)的時(shí)間最長，找到的礦最多。 據(jù) (1977)統(tǒng)計(jì)，迄今為止，世界各地開采的礦床 80％以上是在古人開采的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 第二發(fā)展期 (19501970 年 ) 這一時(shí)期，各國普遍加強(qiáng)了礦產(chǎn)勘查活動，在受多來源多成因的新成礦理論指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)了大批新礦床。 原子吸收技術(shù)的發(fā)展，促使地球化學(xué)找礦方法得到廣泛應(yīng)用，圍繞著區(qū)域地球化學(xué)填圖和礦區(qū)外圍找礦，以土壤、巖石測量和氣體測量為主要手段，其主要尋找的對象擴(kuò)展到半出露盲礦等隱伏礦類型。這一時(shí)期，勘查地球化學(xué)的探測深度明顯增大，找隱伏礦的效果日趨顯著。 第三發(fā)展期 (19701990 年 )，也稱之為綜合模式找礦期 隨著地、物、化、遙各種方法技術(shù)在找隱伏礦方面的長期研究，積累了大量礦床產(chǎn)出地質(zhì)特征和物化探異常特征的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了各類典型礦床的異常模式。 奧林匹克壩巨型 CuUAu 礦床的發(fā)現(xiàn)，是綜合模式找礦的成功典范。由于數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在地學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使綜合找礦模式沿著定量化和數(shù)字化的方向發(fā)展。 在成礦理論模式的指導(dǎo)下，勘探者在未知區(qū)依據(jù)找礦綜合模式所指引的思路去收集資料，并與相應(yīng)的模式進(jìn)行擬合和礦產(chǎn)預(yù)測。同時(shí)在實(shí)際找礦中，依靠新方法、新技術(shù)和新理論，盡量獲取與深部隱伏礦有關(guān)的信息，為隱伏礦的預(yù)測提供新的直接指示標(biāo)志和理論依據(jù)，從而更好地指導(dǎo)隱伏礦的尋找。 （ 4）第四發(fā)展期 (1990 年后 )，為信息找礦期 這一時(shí)期，找礦難度明顯加大，找隱伏礦的方法空前增多，探測深度明顯增大，所獲信息量成倍增加，推斷解釋的不確定性也隨之增加。 既需要現(xiàn)代高新技術(shù)，又需要多學(xué)科的綜合研究，越來越多的研究者將成礦作用臵于巖石圈、地殼、乃至整個(gè)地球 宇宙體系的演化過程來考慮?？辈榈厍蚧瘜W(xué)找礦，以某些微觀或超微觀信息的獲得，使間接找礦為主的信息找礦期又重新返回到直接找礦為主的時(shí)期。因此，發(fā)展高靈敏度和大探測深度的勘查地球化學(xué)方法，具有特別重要的意義，并預(yù)示著一個(gè)找隱伏礦的新時(shí)期的到來。 （三）地球化學(xué)勘查的主要進(jìn)展 深穿透地球化學(xué)中元素垂向遷移理論及模型有： ? 離子擴(kuò)散作用； ? 毛細(xì)管作用； ? 蒸發(fā)作用； ? 地下水對流或循環(huán)； ? 植物根系吸收； ? 微生物活動； ? 氣體搬運(yùn) (包括以地球氣為主的多營力接力模型 )； ? 自然電位場 (電化學(xué)模型、還原囪模型、雷暴電池 )； ? 膨脹性泵壓作用 (氣壓泵、地震泵 )； ? 水位的起伏 (包括 陸上“潮汐泵” )。 深穿透地球化學(xué)中元素遷移理論新進(jìn)展 ? 離子擴(kuò)散遷移模型 礦體或礦體風(fēng)化后會在礦體及其周圍存在高濃度成礦元素及其伴生元素離子。 由于近礦離子濃度高“遠(yuǎn)礦離子濃度低”所以會產(chǎn)生離子濃度差， 離子擴(kuò)散遷移主要是由于離子濃度差的原因“離子由高濃度向低濃度擴(kuò)散。這種擴(kuò)散表現(xiàn)為從礦體到地表連續(xù)的暈圈結(jié)構(gòu)” 即在靠近礦體部位最高“遠(yuǎn)離礦體濃度逐漸降低。 這種遷移模型”在地表采樣時(shí)“發(fā)現(xiàn)的是礦體頂部的異常。 ? 地下水溶解遷移模型 地下水溶解遷移是指礦體中的化學(xué)元素被地下水所溶解“隨著地下水的運(yùn)移而被帶到地表 ( 地下水遷移表現(xiàn)為垂向運(yùn)移和側(cè)向運(yùn)移”也就是通常所說的上移水成異常和側(cè)移水成異常。其中： 上移水成異常是水溶液中的元素可以通過毛細(xì)管上升和植物根系吸收向上運(yùn)動，輸送到地表以后由于水分的蒸發(fā)而沉淀。 側(cè)移水成異常是元素被地下水溶解，隨著地下水運(yùn)移到滲出帶，在某種沉淀障上析出，形成側(cè)移的水成異常。 在地表采樣中會出現(xiàn) 2處異常，一個(gè)是垂直運(yùn)移異常，另一個(gè)是側(cè)移異常。這種水成異常在低水位的干旱地區(qū)，近地表水成異常受到制約，因?yàn)闈撍嫣?，甚至在礦體以下，無法將元素?cái)y帶到地表。 ? 地氣流遷移模型 Kristiansson等指出通過礦體的微氣泡流能將礦體中微量組分帶到地表。他們提出隱伏鈾礦上方觀測到的 Rn原子流是通過其他氣體持續(xù)不斷地向上運(yùn)動而形成的，這種作為微氣泡的運(yùn)載氣體流能夠攜帶 Rn原子加速向上運(yùn)動，運(yùn)動速度比擴(kuò)散要快得多。這種運(yùn)載氣體或者起源于地球內(nèi)部 !或者作為大氣與地下氣體交換的一部分， 這種運(yùn)載氣體被稱為地氣。 氣體的來源可能有以下 4種：與大氣交換有關(guān)的氣體；當(dāng)?shù)赝寥喇a(chǎn)生的氣體；礦床氧化產(chǎn)生的氣體；地幔排氣。其中： Cameron等認(rèn)為地氣流的形成有 3種機(jī)制：氣壓泵，礦體及周圍介質(zhì)中充滿了氣體，高氣壓與低氣壓的旋回過程形成氣壓泵 !高氣壓將空氣壓入，而低氣壓使空氣將巖石或礦床中的氣體帶出； 冬季呼氣作用，在冬季，暖的空氣在山頂上從巖石裂隙內(nèi)釋出，代以冷空氣和蒸氣從山腳下方深部上升，形成冬季呼氣作用； 地震泵，一種更強(qiáng)的推動營力是地震泵 !這是在地震多發(fā)地區(qū)發(fā)生的現(xiàn)象。 ? 多營力遷移模型 深穿透地球化學(xué)異常的形成是多營力接力遷移的結(jié)果，可以概括為： 礦床本身及其圍巖中存在成礦元素或伴生元素的活動態(tài)形式，包括各種離子、絡(luò)合物 原子團(tuán)、膠體、超微細(xì)的亞微米至納米級金屬顆粒、鐵族元素氧化物吸附和包裹金屬、碳酸鹽包裹金屬和礦物顆粒間的成礦元素獨(dú)立金屬礦物、自然金屬、金屬互化物、硫化物等。 如果礦體覆蓋厚度不大，各種營力包括地下水循環(huán)、離子擴(kuò)散、氧化還原電位梯度、蒸發(fā)作用、植物作用、地氣流等都可將礦床元素組分遷移至地表。 對于厚層覆蓋，在不同的氣候與地形條件下，這些營力所起的作用會有很大不同，是多營力接力遷移而完成元素從深部向地表的傳輸過程的。 如果是在潮濕地區(qū)，地下水溶解，并在充水的通道中向上遷移，到達(dá)接近地表時(shí)離子擴(kuò)散、植物作用、蒸發(fā)作用等因素都可參與元素向地表的遷移。在干旱地區(qū)，由于地下水潛水面很深，難以將元素溶解攜帶至地表，在深部地氣流的搬運(yùn)可能起著主導(dǎo)作用，到達(dá)接近地表時(shí)，蒸發(fā)作用、離子擴(kuò)散等因素都可參與元素向地表的遷移。 ? “雷暴電池”模型 D. Gart（ 2023）提出了 Electrically charged storm cells“雷暴電池”模型。 雷暴電池 是雷電爆發(fā)前出現(xiàn)的一種自然現(xiàn)象。大量事實(shí)證明，在雷雨云形成的時(shí)候，其下部會蘊(yùn)集起大量負(fù)電荷，它們與地表相互作用，使兩者之間的電場變得非常強(qiáng)大。強(qiáng)電場能使風(fēng)化層內(nèi)的電子脫離地表，使電子下降或側(cè)移，從而使云體下面的風(fēng)化層表面立即獲得大量的正電荷，形成正極。 在大陸上，“雷暴電池”是一種常見的現(xiàn)象。就全球而言，每秒鐘會發(fā)生 50100次電擊，任何一個(gè)瞬間，全球就有 1800－2023個(gè)“雷暴電池”形成 。澳大利亞的大部分地區(qū)，每年每方公里會發(fā)生 擊 。印度、非洲、南美洲和北美洲的大部分地區(qū)的密度比這個(gè)值還高 (NASA， 2023)。 ? 成熟的 “雷暴電池”在地球表面產(chǎn)生的靜電場，強(qiáng)度達(dá) 100003000v/m。 ? D. Gart認(rèn)為， 如果“雷暴電池”感應(yīng)區(qū)的濕度足夠大，離子就能發(fā)生溶解遷移。 當(dāng)“雷暴電池”形成時(shí)，雷雨云下方感應(yīng)區(qū)內(nèi)作為正極的風(fēng)化層表面，強(qiáng)度是非常大的，能把諸如 Fe2+等還原性陽離子吸引到地表，發(fā)生反應(yīng)而形成 Fe3+。 當(dāng)“雷暴電池”在地球表面移動時(shí)，其邊緣的負(fù)電荷也能吸引其他陽離子，使其遷移到地表。 這種近地表的化學(xué)遷移作用，可使從風(fēng)化層中遷移上來的元素固定下來。這一過程可能也是“雷暴電池”模型的重要組成部分，否則風(fēng)化層中的離子就會輕易被帶上帶下。 ? 雷電場對地表部造成的強(qiáng)大影響，有多方面資料可作佐證。古地磁研究表明，閃電至少會對風(fēng)化層有一些影響。閃電可導(dǎo)致重磁化，風(fēng)化層表層的古地磁測量結(jié)果可能不太可信。 土壤在閃電轟擊下會熔化，形成的“熔巖”可以追溯到地表以下 20m 。有報(bào)告稱，旅行者在地表下 300400m的巖洞內(nèi)遭遇電擊，而閃電擊中這些巖石時(shí)，巖洞中并沒有人為的導(dǎo)電裝臵 。 最新的有關(guān)金屬污染土壤的電泳修復(fù)技術(shù)的研究表明，適當(dāng)?shù)卦黾与妷翰钅茱@著加大帶電物質(zhì)的遷移速度。 . Reddy和 . Shirani（ 1997）做了一項(xiàng)研究，向含 As量約 500ppm的富粘土質(zhì)土壤中插入電極，電壓梯度為 2040v/m。三個(gè)月后， 75%的地方 As減少到了 30ppm。如果這么小的電壓梯度能在數(shù)個(gè)月內(nèi)完成這種遷移，那么，如果把它們暴露在電壓梯度高好幾個(gè)數(shù)量級的“雷暴電池”下，離子穿過巨厚的風(fēng)化層會需要多少時(shí)間呢？應(yīng)該是非常短的時(shí)間。 ? “雷暴電池”模型很復(fù)雜，許多因素都參與其中。像風(fēng)化層的濕度、電阻率和礦物等因素，也能影響離子的行為。盡管“雷暴電池”模型還存在許多問題，但它為我們提出了研究元素垂向遷移機(jī)制的新思路。 ? 需要指出的是 “雷暴電池”模型也是基于自然界雷電形成過程的一種推測模型，深部物質(zhì)的垂向遷移及地表的地球化學(xué)行為還有待深入研究。 ? 氣壓泵 氣壓泵指高氣壓與低氣壓的旋回過程，高氣壓將空氣壓入，而低氣壓將地氣從巖石或礦床中吸出。 E. M. Cameron 等認(rèn)為，氣壓泵是干旱地區(qū)形成地氣流的重要營力。 泵壓效應(yīng)機(jī)制 ? 地震泵 E. M. Cameron提出，在地震多發(fā)地區(qū)，還有一種更強(qiáng)的推動營力是地震泵（ seismic pumping）。他推測，在地震多發(fā)地區(qū)，可借地震噴射（ seismic squirting）作用， 將釋放到流體里的礦體物質(zhì)送到上方的斷層或裂隙帶中，形成近地表異常。他還認(rèn)為智利地震帶內(nèi)的 Gaby Sur及 Spence等巨型隱伏 Cu礦床的異常主要是由地震泵推動而形成的。 ? 陸上“潮汐泵” ： D． Gart認(rèn)為，既然海洋潮汐是一種全球性的現(xiàn)象，那么， 陸地上的氣體和固體，也應(yīng)能像海水一樣，因天體間作用力的變化而發(fā)生上升和下降運(yùn)動， 名之為陸上“潮汐泵” ( Tidal pull )。盡管陸地上的垂向運(yùn)動比海水（ 1米左右）小很多，但正常情況下或許能達(dá)到15～ 30 cm（ UK national Maritime Museum）。如果整個(gè)地球表面每天發(fā)生兩次運(yùn)動，不難想象，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樣，成為液態(tài)或氣態(tài)離子運(yùn)動的驅(qū)動力。 ? “還原囪”模型 Hamilton等通過大量研究 , 在自然電位場、電化學(xué)遷移模型的基礎(chǔ)上 , 提出了“還原囪”模型。他們認(rèn)為 , 氧化還原活性離子穿過覆蓋層的運(yùn)移 , 是沿著氧化還原梯度發(fā)生的 , 而不是靠硫化物 偶極 感應(yīng)電場發(fā)生的。 在掩伏區(qū) , 基巖處于還原狀態(tài) , 地下水面以上則處于氧化狀態(tài)。在被地下水浸透的覆蓋層中 , 從基巖頂部到地下水面之間 , 由于氧化劑的消耗會產(chǎn)生還原環(huán)境。 在基巖中硫化物礦體的頂部與接近地表的地下水面 ( 這里是 O2的進(jìn)口 )之間 , 氧化還原條件是有差異的 , 從而產(chǎn)生了垂向的電化學(xué)梯度。 沿此梯度 , 還原的和氧化的活性物質(zhì)會相對運(yùn)移 , 彼此發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在此過程中 , 地下水帶內(nèi)有限的氧化劑會先被耗盡 , 同時(shí) , 還原性物質(zhì) ( 如 HS 、 Fe2+等 ) 也有消耗 , 導(dǎo)致它們從礦體頂部繼續(xù)向外和向上彌散。 O2從地下水面補(bǔ)進(jìn)，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行， 還原性物質(zhì)繼續(xù)彌散 , 還原鋒面向上推進(jìn)，直到潛水面處才會中止 , 形成一個(gè)還原柱。在此過程中，還原態(tài)物質(zhì) ( 特別是諸如 Fe2+等金屬物質(zhì) )會穿過覆蓋層向上運(yùn)動；由于電荷從礦體頂部彌散出來，礦體內(nèi)的自發(fā)電位電流就可繼續(xù)發(fā)生， 在地表就有可測量到的電場 ( 即自發(fā)電位電流 ) ；還原柱內(nèi)會產(chǎn)生pH的降低和伴生的碳酸鹽溶解等效應(yīng)。 需要指