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。