荒漠戈壁区深穿透地球化学的理论方法及应用研究

论文摘要

出露区经历了人类肉眼上千年的找矿历史和一个多世纪的系统地质勘查，现要通过传统的地球化学方法找到新的矿产地的可能性越来越小，寻找新的大型矿床的最大机遇是在隐伏区。隐伏矿勘查已经成为勘查地球化学的难题和研究前沿。在此背景下，提出了“深穿透地球化学”的概念。深穿透地球化学是通过研究成矿元素或伴生元素从隐伏矿向地表的迁移机理和分散模式，含矿信息在地表的存在形式和富集规律，发展含矿信息的采集、提取与分析、成果解释技术，以达到寻找隐伏矿的目的。它的理论基础由连续的几个要素构成：元素从深部向地表的迁移机理、元素迁移到地表以后在土壤中的存在形式和富集规律、所表现的异常模式特征。元素在土壤中的存在形式和富集规律以及异常模式特征是可以观测到的，而元素从深部向地表的迁移机理问题一直存在很大争议。本文在总结前人迁移机理的基础上，针对荒漠戈壁区元素的迁移机理研究入手，选择荒漠区的典型的金、铜、铀三种类型矿区，对其地表土壤中多个层位多个粒级的样品的元素活动态分析和研究发现：钙积层对大部分元素没有“隔挡”作用，元素主要富集在钙积层的上部弱胶结层中；孔泡结皮层之下石膏层以上的（10-40 cm）弱胶结层是最佳取样层位；与矿化有关的元素富集在细粒级粘土和铁锰氧化物膜中，细粒级是深部含矿信息的最有效载体。因此，分离和提取细粒级粘土和铁锰氧化物膜可以达到有效寻找深部隐伏矿的目的。本文在对他人所建立的8种地球化学迁移模型进行系统分析的基础上，通过以上在荒漠戈壁区含矿体上方的土壤层中含矿信息的研究提出了针对干旱荒漠区的元素迁移模型—以地气流为主的多营力迁移模型。这一模型概括为：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金属颗粒。这些元素的活动态形式可以与气泡表面相结合，并被地气流携带至地表。到达接近地表时，蒸发作用、离子扩散等因素都可参与对元素的向地表迁移。由于地表地球化学障的存在，气体所携带的元素将被卸载下来，在地表形成地球化学异常。另外，在铀矿上方的研究表明铀在干旱氧化条件下主要呈活动态的铀酰络阳离子存在，铀酰络阳离子呈纺锤状、半径大，及易被粘土表面或层间结构所吸附。细粒物质可作为盆地砂岩型铀矿地球化学勘查的有效采样介质；而在铜矿上方的研究发现，铜与金和铀的分布有些不同，铜主要富集在风化残积层中，大量的Cu被挡在钙积层的下部。也就是说钙积层是活动态Cu迁移的一个地球化学障。这些发现，对荒漠戈壁区地球化学勘查的异常解释、采样介质的选择和荒漠戈壁区迁移机理的建立都具有重要意义。最后，利用3种深穿透地球化学方法——细粒级分离技术、元素活动态提取技术和电化学提取技术，在荒漠戈壁区上对3种类型（金、铜、铀）隐伏矿进行了从区域尺度-矿区尺度-到矿体定位尺度方法的应用，发现利用细粒级分析或铁锰氧化物提取分析可以快速、经济、有效地圈定矿田所引起的区域异常，为盆地周边大型金属矿和盆地砂岩型铀矿提供找矿线索。总之，本论文通过研究含矿元素在地表的赋存形式，粒度分布和层位分布，发展完善了从样品采集、样品处理、分析测试、质量监控、数据处理、图件制作的新方法，建立我国荒漠覆盖区景观元素从深层向地表的传输和分散机理，为大面积荒漠覆盖区地球化学调查和隐伏矿产勘查提供理论与方法支撑；为创建全新的深穿透直接信息找矿理念和方法都具有重大科学意义和实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1.深穿透地球化学概念的提出
• 1.2.深穿透地球化学的定义与研究范畴
• 1.3.国内外深穿透地球化学方法
• 1.3.1.电提取测量（CHIM）
• 1.3.2.地气法（GEOGAS）
• 1.3.3.酶提取测量（ENZYME LEACH）
• 1.3.4.活动金属离子法（MMI）
• 1.3.5.离子测量系统（IONEX）
• 1.3.6.金属活动态测量方法（MOMEO）
• 1.3.7.地球气纳微金属测量方法（NAMEG）
• 1.4.国内外研究进展与研究计划
• 1.4.1.国内外研究进展与中国所处的地位
• 1.4.2.国内外与寻找隐伏矿有关的地球化学研究计划
• 1.5.论文的研究思路
• 第2章 深穿透地球化学理论基础研究
• 2.1.深穿透地球化学迁移模型
• 2.1.1.离子扩散迁移模型
• 2.1.2.地下水溶解迁移模型
• 2.1.3.电化学迁移模型
• 2.1.4.氧化还原囟模型
• 2.1.5.在覆盖层里的生物迁移[46]
• 2.1.6.地震泵迁移模型
• 2.1.7.雷电池迁移模式[]
• 2.1.8.地气流迁移模型
• 2.2.元素在疏松物中的赋存形式
• 2.2.1.自然金属或金属互化物
• 2.2.2.水溶形式金属
• 2.2.3.不溶有机物结合或吸附的金属（腐殖质）
• 2.2.4.胶体金属或胶体吸附金属
• 2.2.5.粘土吸附和可交换金属
• 2.2.6.氧化物表面吸附和包裹金属
• 2.2.7.金属硫化物或硫化物包裹金属
• 2.2.8.金属碳酸盐或碳酸盐包裹金属
• 2.2.9.造岩矿物晶格中的金属或石英硅酸盐包裹金属
• 2.2.10.气体中或气溶胶体金属
• 2.3.深穿透地球化学异常模式
• 第3章 荒漠戈壁区地表含矿信息研究
• 3.1.荒漠戈壁区特点
• 3.2.盆山交错,盆山边缘和盆地是地球化学勘查的空白和技术难点
• 3.3.以往研究情况
• 3.4.金窝子金矿区含矿信息研究
• 3.4.1.金属活动态在地表疏松层中的垂向富集与分布规律
• 3.4.2.金窝子金矿区金属元素在不同粒级中的分布
• 3.4.3.金窝子金矿A—B剖面中不同粒级金的分布
• 3.5.土屋铜矿地表含矿信息研究
• 3.5.1.土屋铜矿疏松层元素的垂向分布
• 3.5.2.土屋铜矿上方元素在各粒级中的分布
• 3.6.十红滩砂岩型U矿区含矿信息研究
• 3.6.1.元素在矿体上方疏松层中分布
• 3.6.2.元素在不同粒级中的分布
• 3.7.荒漠戈壁区元素的迁移机理--多营力迁移模型
• 第4章 干旱戈壁区深穿透地球化学方法技术
• 4.1.采样方法
• 4.1.1.采样点位布置
• 4.1.2.采样介质
• 4.1.3.采样工具及采样重量
• 4.1.4.样品编号
• 4.1.5.采样记录
• 4.1.6.样品加工
• 4.2.深穿透地球化学信息提取与分析方法
• 4.2.1.含矿信息提取流程
• 4.2.2.细粒级全量分析与质量评价
• 4.2.3.活动态提取分析的质量监控
• 4.3.图件制作方法
• 第5章 深穿透地球化学在干旱戈壁区的试验与应用
• 5.1.区域地质特征
• 5.2.区域地球化学特征
• 5.2.1.元素在全区的背景分布
• 5.2.2.元素在全区的相关性
• 5.3.金窝子金矿区试验与应用
• 5.3.1.示范区概况
• 5.3.2.区域低密度地球化学调查
• 5.3.3.矿区高密度地球化学调查
• 5.3.4.矿体定位测量
• 5.3.5.结论与建议
• 5.4.土墩铜镍矿试验与应用
• 5.4.1.土墩铜镍矿地质背景
• 5.4.2.土墩铜镍矿矿体定位测量试验
• 5.5.十红滩U矿区试验与应用
• 5.5.1.砂岩型铀矿铀在地表的存在形式
• 5.5.2.新疆吐哈盆地十红滩铀矿的试验
• 5.6.方法应用总结
• 结论与讨论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附图