的大方向是被一致肯定的[13-15]。從國際上當(dāng)前研究的提取劑的提取能力來看，一般分兩大類。一類是選用弱提取劑，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；另一類是選擇性溶解一種或多種次生礦物，包括部分內(nèi)生和外生礦物，提取結(jié)合在碳酸鹽、鐵錳氧化物、有機(jī)質(zhì)內(nèi)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(dāng)然，還有把弱與強(qiáng)提取劑連續(xù)使用的所謂“順序提取”方案。但關(guān)鍵問題是， 選定的提取劑所提取出的那部分組分是否真正代表著“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)和完善這類方法的基礎(chǔ)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(qiáng)，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)， 同時還受提取劑的濃度、提取時間、條件、采樣深度等關(guān)鍵因素的影響。

 

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

 

  從技術(shù)的實際應(yīng)用來看， 選擇性提取技術(shù)目前仍處于實驗性或試點(diǎn)研究階段， 不過它在探測深部礦化信息方面表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景， 已被許多從事覆蓋區(qū)找礦的礦業(yè)公司看好[12]。目前，影響該類技術(shù)方法發(fā)展和提高“可信度”的一個重要問題是元素在覆蓋層中的遷移機(jī)理問題， 即深部元素的垂向遷移機(jī)理和表生環(huán)境中控制其活化、遷移、累積的作用過程。這一問題既是研發(fā)該類技術(shù)方法的難點(diǎn)，也是質(zhì)疑其原理的長期爭論的焦點(diǎn)[9-20]。近些年來，人們通過大量的探索研究， 對最有可能涉及其機(jī)理的某些作用過程進(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(jù)觀察到的各種現(xiàn)象和獲得的數(shù)據(jù)，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”等多種類型。

 

  盡管這些模型都在實驗研究中得到了相關(guān)證據(jù)，或與某些地質(zhì)現(xiàn)象吻合， 但至今仍沒有一種模型可具體解釋試驗區(qū)元素遷移聚集的實況， 可適用于所有的景觀條件和礦床類型。所以說，人們對覆蓋層中的元素遷移機(jī)理還知之甚少，僅停留在理念階段，急需開發(fā)新的觀察工具，如同位素示蹤技術(shù)、井中觀察技術(shù)等， 還需要借助和引用傳統(tǒng)地學(xué)之外的學(xué)科發(fā)展成果，如環(huán)境、生物、微生物、衛(wèi)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，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(xiàn)在以下3 個方面。

 

  2.1 系統(tǒng)地總結(jié)了與生物地球化學(xué)找礦

 

  有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息

 

  隨著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(chǔ)數(shù)據(jù)和信息穩(wěn)步增多。一些研究者開始對它們進(jìn)行歸納和總結(jié)，為今后的研究和應(yīng)用提供依據(jù)。

 

  最值得關(guān)注的是，Markert 在查證了大量數(shù)據(jù)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(qū)的所有植物提供一個平均成分的參考指南， 但由于全球植物種類繁多，成分更是復(fù)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(shù)據(jù)的檢驗和修改在不斷進(jìn)行。10 多年來， 此表基本經(jīng)受住了新數(shù)據(jù)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(biāo)星號處）。

 

  此外，過去10 年間，研究者在許多生物地球化學(xué)調(diào)查中，通過對世界各地的礦床進(jìn)行詳細(xì)研究，從總體上擴(kuò)大了生物地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量。研究者從不同角度進(jìn)行總結(jié)， 出版了5 部包含生物地球化學(xué)信息的專著：《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)作用過程概論》（主要論述對植物結(jié)構(gòu)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》叢書之第九冊， 專門論述生物地球化學(xué)在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[26]。這一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理與總結(jié)，將大大促進(jìn)生物地球化學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用。

 

  2.2 新儀器和新理論的出現(xiàn)促進(jìn)了生物

 

  地球化學(xué)的發(fā)展過去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(shù)據(jù)庫迅速擴(kuò)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(zhǔn)確和精密的分析，且分析費(fèi)用相當(dāng)?shù)?。它可以獲得許多過去因濃度極低、難以在干植物中測定出來的元素數(shù)據(jù)。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，樣品消解實驗在幫助研究者弄清復(fù)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(jù)的基礎(chǔ)上選擇合適的分析方法， 從而優(yōu)化特定元素的數(shù)據(jù)質(zhì)量。比如，Hall 等[31]提供了植物中高場強(qiáng)元素（HFSE）的測定數(shù)據(jù)。對植物的部分提取可以幫助研究者進(jìn)一步認(rèn)清植物結(jié)構(gòu)中的不穩(wěn)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(jié)晶相。憑借現(xiàn)代儀器，研究者大大拓寬了對小于2 μm 粒徑物體的觀察能力， 而植物結(jié)構(gòu)中的賤金屬和重金屬元素似乎大部分都在這種空間內(nèi)富集。這就為認(rèn)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 射線熒光分析儀（SXRF）、質(zhì)子激發(fā)X 射線分析儀（PIXE）等， 弄清植物組織化學(xué)結(jié)構(gòu)和植物組織內(nèi)元素的分布情況。研究結(jié)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）樹葉中Se 的分布和化學(xué)形態(tài)。對Se 在Astragalus 中的化學(xué)形態(tài)的基本調(diào)查清楚地顯示，有機(jī)Se 富集在嫩葉組織中， 成熟樹葉中含的是硒酸鹽，而樹枝中Se 含量極少[32-33]。澳大利亞礦業(yè)研究協(xié)會（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(yuǎn)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)法找礦實例的價值———采樣結(jié)果10 年后生效生物地球化學(xué)找礦法自20 世紀(jì)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(yīng)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， 而且在一些景觀條件下會發(fā)揮獨(dú)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(dá)幾米厚），生長其上的是大片的森林， 樹木主要是內(nèi)陸花旗松和黑松。1988 年，加拿大地質(zhì)調(diào)查局用直升飛機(jī)采集了103 個花旗松（Pseudotsuga menziesii） 樹頂?shù)臉悠?。松針和松枝被分開晾干， 松枝處理后縮減成灰分，然后進(jìn)行中子活化分析。對數(shù)據(jù)作異常檢驗，發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)烈的Au 異常帶。1994—1998 年，Kinross 金礦公司開采了該礦的主區(qū)和西區(qū)， 共生產(chǎn)出3.67 t 金（年產(chǎn)量約為933 kg），總開采礦石量為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(jié)果確認(rèn)并更清楚地辨識出了原來根據(jù)松枝分析結(jié)果圈定的異常區(qū)， 從而驗證了這種地球化學(xué)標(biāo)志的可靠性（圖2）[26]。2006 年，Cross Lake 礦產(chǎn)公司宣布， 他們在北區(qū)又發(fā)現(xiàn)了大量金儲量（可能有6.22 t），將重新在該區(qū)進(jìn)行開采生產(chǎn)。鉆探結(jié)果顯示， 北礦區(qū)沿走向的長度至少有1km，估計金的平均品位為6 g/t，是QR 礦產(chǎn)地內(nèi)最大的金礦化帶。

 

  總地來看， 植物可以被看作是一種精密的地球化學(xué)采樣介質(zhì)， 不過目前人們還不能充分認(rèn)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(rèn)識到：雖然生物地球化學(xué)測量的應(yīng)用已經(jīng)度過了幼年期，但仍處于成熟的早期階段， 還有許多問題有待進(jìn)一步論證。值得注意的是，隨著新儀器的出現(xiàn)，研究者在植物積累元素的控制條件方面取得了進(jìn)展， 野外觀察數(shù)據(jù)也在不斷增加， 這些都會使植物在礦產(chǎn)勘查項目中的作用變得越來越重要。

 

  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(yù)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(yīng)； 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(yīng)的地方流出，從而提供一個更大的潛在的勘查靶區(qū)；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)的實際應(yīng)用效果來看， 目前影響地下水地球化學(xué)測量在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用及其優(yōu)勢、潛力充分發(fā)揮的最大問題在于： 勘查者對地下水地球化學(xué)數(shù)據(jù)做不出全面的解釋。近年來，圍繞這個問題，化探界加強(qiáng)了以下3 個方面的研究。

 

  （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(xiàn)表明， 目前已開發(fā)了各種計算機(jī)代碼用于進(jìn)行礦物飽和指數(shù)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)鍵在于實現(xiàn)計算程序的公開化或透明化。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(shù)據(jù)（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)和觀察指標(biāo)上。為了獲取一定深度或一定地質(zhì)層系的代表性數(shù)據(jù)， 研制精細(xì)的采樣設(shè)備就成了關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前，穿流水斗、井下唧筒(雙閥泵)和擴(kuò)脹封圈系統(tǒng)是地下水采樣常用的3 種方法[34]。這些井中水樣采集設(shè)備， 均可實現(xiàn)不同深度或部分的采樣，以擴(kuò)脹封圈系統(tǒng)最為精細(xì)。在滲透率低的斷裂巖石區(qū)采集有代表性的深部地下水樣品時， 因為打鉆用水會造成污染，加之?dāng)嗔蚜严兜膶?dǎo)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(xiàn)的位置，又降低了異常的強(qiáng)度，在這種情況下，就需要使用擴(kuò)脹封圈系統(tǒng)采樣。擴(kuò)脹封圈系統(tǒng)通常由2 個相隔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，擴(kuò)脹封圈系統(tǒng)的造價或價格高，操作耗時費(fèi)事。因此，常規(guī)勘查一般不需要使用，可能只需借助抽水泵采樣，而更詳細(xì)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(tǒng)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(kuò)脹封圈系統(tǒng)組成的設(shè)備。

 

  （3）不同礦床類型的元素和化合物指示標(biāo)志的研究與評價。近年來，國外比較重視利用地下水地球化學(xué)測量方法在覆蓋區(qū)找礦， 對不同景觀環(huán)境中的各類礦床， 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(xì)研究[37]。2007 年，Leybourne[34]和Cameron 等[38]總結(jié)了幾個與各種礦床類型有關(guān)的地下水響應(yīng)特征的實例和不同類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(qū)分開，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)一步評價地下水和其他類型水化學(xué)特征的應(yīng)用， 針對不同礦床類型來測定元素或化合物的標(biāo)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(rèn)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(qū)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、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)就會有一個相應(yīng)的提高；同時，新的地球化學(xué)勘查技術(shù)的提出，又會對分析技術(shù)提出新的要求。所以說，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，勘查地球化學(xué)分析測試技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，實現(xiàn)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(xiàn)了不斷的改進(jìn)[42-44]。

 

  ICP-MS 技術(shù)克服了傳統(tǒng)分析方法的大多數(shù)缺點(diǎn)，被稱為當(dāng)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(yīng)用[42-44]。圖3 示出了地質(zhì)和環(huán)境領(lǐng)域文獻(xiàn)中ICP-MS 見于摘要、標(biāo)題和關(guān)鍵詞的文章數(shù)的變化①。從圖中可以看出， 近10 多年來，ICP-MS 的使用呈直線快速上升。同時，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(shè)備包括3 種類型質(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價格和復(fù)雜程度均超過前者的磁扇區(qū)（magnetic sector）質(zhì)譜儀， 即配備有類似掃描型檢測器的高分辨率質(zhì)譜儀（HR－ICP－MS）。磁扇區(qū)質(zhì)譜儀能提供更高的質(zhì)量分辨率，達(dá)到零點(diǎn)幾質(zhì)量單位，并且具有高得多的離子通過量和相應(yīng)的低檢出限。③多接收器磁扇區(qū)質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）， 這種系統(tǒng)將磁扇區(qū)質(zhì)譜儀的分辨能力與用于各種待測物質(zhì)的單個檢測器（法拉第筒）結(jié)合起來，從而提供了最高的分辨率和準(zhǔn)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(tǒng)的采用， 降低了光譜重疊的干擾， 提高了分辨率；Elemental Scientific 公司開發(fā)的自動取樣器，縮短了樣品提取和管路沖洗的時間，使儀器的工作效率提高了1 倍多；Hotelling T 統(tǒng)計的使用， 為多元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)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(guī)測量的檢出限較10 年前提高了0.5～1.0 個數(shù)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(wěn)定同位素的分析有可能成為一種常規(guī)的測量指標(biāo)[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)問題。新一代磁扇區(qū)ICP 質(zhì)譜儀的產(chǎn)生，為這一難題的解決帶來了新的希望。Bu 等[47]用HR-ICP-MS測定有機(jī)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(xiàn) 用中等分辨率模式測定，Ce、Br、I 用高分辨率模式測定。可見，這項技術(shù)的應(yīng)用，將使鹵素測定問題在不久的將來得到解決。

 

  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(xiàn)場分析技術(shù)，因其具有快速、便捷等特點(diǎn)，在現(xiàn)代礦產(chǎn)勘查中得到越來越多的使用， 儀器設(shè)備的研發(fā)也有較大進(jìn)展[13,46,48]。從國內(nèi)外文獻(xiàn)來看，野外便攜式X 熒光儀(FPXRF)是野外現(xiàn)場分析技術(shù)中應(yīng)用最廣和最成功的一種， 其他手段則起著補(bǔ)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，這3 個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 個同位素[48]。國外公司正在研發(fā)新一代的FPXRF 設(shè)備， 顯像管和探測器的功率較大，具有較強(qiáng)的判別功能及記數(shù)率，可降低儀器的檢出限和元素干擾。這些設(shè)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，再將照相機(jī)、GPS、拉曼光譜等包含進(jìn)去，向著可提供更多信息的方向發(fā)展。此外，便攜式紅外線設(shè)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(xiàn)場分析技術(shù)。

 

  5 地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理技術(shù)

 

  地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理技術(shù)是礦產(chǎn)勘查評價的重要環(huán)節(jié)，近年來這類技術(shù)在國外發(fā)展迅速。

 

  （1）國外公開發(fā)表的相關(guān)研究論文顯著增多。

 

  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(tǒng)計分析（圖5），結(jié)果表明，研究數(shù)據(jù)處理的論文數(shù)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?，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理和解釋正在醞釀新的評價方法體系。一個已經(jīng)爭論了60 多年的基本地球化學(xué)問題是：地球化學(xué)異常的構(gòu)成是什么，如何才能通過適當(dāng)?shù)牟蓸舆^程和分析方法的組合來增加異常信息，怎樣才能通過不同的單變量和多變量數(shù)學(xué)技術(shù)的使用來檢驗（查明）異常？近年來，隨著分析檢出限的顯著降低和各種選擇性地球化學(xué)提取技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，這一問題又一次被激活了[14,50]。因為這些方法進(jìn)一步觸及了地球化學(xué)景觀內(nèi)的復(fù)雜性， 面對著更大的挑戰(zhàn)， 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。選擇性地球化學(xué)提取數(shù)據(jù)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(fù)雜相互作用影響的樣品的多層次地球化學(xué)特征的識別。換句話說，數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是要確定所有的與礦化作用影響有關(guān)的地球化學(xué)過程的變異性， 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(shù)據(jù)處理中強(qiáng)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(shù)據(jù)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(xiàn)很有意思的現(xiàn)象（圖6）[14]。從圖6 中可以看到，Cu 的含量在穿過礦化帶時呈連續(xù)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(xiàn)了“異?！保?jīng)過求7 點(diǎn)的移動平均值后， 在礦化帶上方的砂礫層中就不出現(xiàn)異常，也就是說，橫剖面上As 含量的異常可能是由于砂礫本身存在內(nèi)生成因的差異； 相反地， 通過求As 含量的7 點(diǎn)移動方差，礦化上方就出現(xiàn)了明顯的方差增大。由此可見，這個方差“信號”是一種空間變異的結(jié)果，而不單是元素含量增加或減少的結(jié)果。因此在數(shù)據(jù)處理中， 精心研究如何強(qiáng)化擬探測的地球化學(xué)信號意義重大。

 

  （3）在GIS 框架內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合與評價的能力得到大幅提高。過去一二十年里，個人計算機(jī)性能和一系列用戶友好型軟件包的有效性大幅提高， 使大型數(shù)據(jù)庫在空間框架（GIS）內(nèi)的處理和可視化表達(dá)變得更加容易了[13-14,41]。在GIS 框架內(nèi)，可將多變量地球化學(xué)分析和野外觀察數(shù)據(jù)、空間參照數(shù)據(jù)集成為一體。一些新開發(fā)的勘查地球化學(xué)軟件，如ioGas，為尋找地球化學(xué)數(shù)據(jù)、野外觀察數(shù)據(jù)、空間參照數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系提供了一種強(qiáng)有力的工具。此外，隨著三維（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(nèi)充分集成地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、鉆探等數(shù)據(jù)，使礦產(chǎn)勘查中的綜合性地學(xué)數(shù)據(jù)的集成越來越普遍，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(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為在3D 空間內(nèi)對地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理數(shù)據(jù)的充分集成為探索數(shù)據(jù)關(guān)系創(chuàng)造了新的機(jī)遇， 促進(jìn)了對礦化系統(tǒng)和分散現(xiàn)象的進(jìn)一步理解，并指出3D 地球化學(xué)將廣泛地應(yīng)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(tǒng)的概念分帶模型； ③根據(jù)分帶關(guān)系識別高品位礦化位置的指向標(biāo)志；④區(qū)分近礦與遠(yuǎn)礦的特征；⑤通過集成地表和地下數(shù)據(jù)改進(jìn)指向標(biāo)志； ⑥通過對地表風(fēng)化效應(yīng)的理解改進(jìn)對地表數(shù)據(jù)的解釋； ⑦根據(jù)3D 覆蓋數(shù)據(jù)確定基巖異常源。同時，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可從第三維角度觀察數(shù)據(jù)的工具， 但本質(zhì)上仍是二維的制圖工具。所以，需要加強(qiáng)真三維技術(shù)的研發(fā)，促進(jìn)3D GIS 查詢、多元分析的研究和對已知礦床的鉆孔數(shù)據(jù)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(biāo)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，特別是針對單個礦物顆粒的微區(qū)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(rèn)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(biāo)志更有效地用于勘查項目，還需要做一些驗證工作。為了更好地評價指示礦物的分布，特別是評價它們的礦物化學(xué)特征，以針對更廣的礦床類型確定元素和化合物的識別標(biāo)志，尋求更廉價和有效的分離技術(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）開發(fā)中的診斷性指示礦物的化學(xué)特征標(biāo)志作調(diào)查，看其是否對指示遠(yuǎn)景區(qū)有生命力，或者能否用于指導(dǎo)鎳-銅-鉑族、斑巖銅礦或鐵氧化物-銅-金礦床的發(fā)現(xiàn)。此外，還需要了解各種重礦物顆粒的相對殘留率， 因為它們是通過各種類型的地表物質(zhì)發(fā)生分散的， 而后者又與各種礦床類型有關(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(yīng)用也得到了豐富。過去的同位素研究主要集中在傳統(tǒng)的穩(wěn)定同位素（O、H、C、S）和放射性同位素（Pb、Sr）上，其研究和應(yīng)用主要受分析技術(shù)和勘查經(jīng)費(fèi)的限制[53-57]。近年來，隨著高分辨率、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(yīng)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(tǒng)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)來源，而且可用于區(qū)分弱礦化和強(qiáng)礦化體；Oates 等[59]應(yīng)用土壤中N 和S 同位素作為區(qū)域勘查指標(biāo)，認(rèn)為在特定環(huán)境下，如果區(qū)域地球化學(xué)循環(huán)明確，礦床周圍土壤的硝酸鹽和硫酸鹽中N、S、O 同位素組成就可確切地反映礦床類型；Carr 等[60]用Pb 同位素地質(zhì)特征模型來辨別地球化學(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(yùn)上來的[13]。

 

  地表物質(zhì)中穩(wěn)定同位素系統(tǒng)（如Fe、Cu、Se 等）的研究也越來越多，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(jié)論與建議

 

  綜觀近一二十年礦產(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(qū)的找礦并沒有像人們預(yù)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?？偟貋砜矗梢缘贸鲆韵聨c(diǎn)認(rèn)識。

 

  （1）分析技術(shù)的提高為非傳統(tǒng)化探技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐， 同時也促進(jìn)了傳統(tǒng)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(tǒng)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(chǔ)數(shù)據(jù)， 預(yù)計在可預(yù)見的未來有望取得重大突破。建議國內(nèi)化探界重視這些技術(shù)的發(fā)展，加大對該類技術(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(shù)據(jù)處理技術(shù)是勘查評價的重要環(huán)節(jié)，近年來這類技術(shù)在國外得到迅速發(fā)展。文獻(xiàn)研究表明， 數(shù)據(jù)處理已經(jīng)成為當(dāng)前國際勘查地球化學(xué)研究的重點(diǎn)方向之一， 而國內(nèi)這方面的研究略顯不足，近10 年召開的3 次“全國勘查地球化學(xué)學(xué)術(shù)交流會”，很少有論文涉及該方向，這點(diǎn)應(yīng)引起國內(nèi)專家學(xué)者的注意。建議加強(qiáng)數(shù)據(jù)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(yīng)用。

 

  （4）勘查地球化學(xué)目前正處于發(fā)展演化的關(guān)鍵時刻，全球性人才短缺為其提出了極大的挑戰(zhàn)。因此迫切需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)， 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(yǎng)中的作用。

 

  （5）勘查地球化學(xué)作為礦產(chǎn)勘查的一個分支學(xué)科，在實踐中除了要加強(qiáng)學(xué)科內(nèi)各類技術(shù)方法的組合外，還需要加強(qiáng)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(shè)備等，以促進(jìn)或帶動整個學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展與突破。