金属矿床的发现越来越依赖于覆盖层下含矿信息在地表的表达,因此覆盖区找矿是国内外矿产勘查的研究热点与难点。为了迎接覆盖区地球化学勘查的挑战,人们发展了穿透性地球化学勘查技术。目前形成土壤活动态测量、细粒级土壤全量测量、地气测量、地电测量和植物测量等穿透性地球化学勘查技术体系,然而穿透性地球化学异常机理还需要深入探讨。因此本文选取黄土覆盖区申家窑金矿床、干旱半干旱草原覆盖区努和廷铀矿床和紫金山矿集区中三个不同类型的矿床进行矿床矿物学、成矿元素赋存形式和穿透性地球化学研究。地气测量研究表明土壤气体中存在能够反映深部矿化的地球化学信息。地气中元素空间分布模式能够反映深部矿体、含矿岩体和断裂,地气元素组成响应矿石组成。地气测量能够用于黄土覆盖区隐伏金矿床的勘查,经过处理的聚氨酯泡沫塑料是合适的地气捕集载体。二连盆地努和廷铀矿床上覆运积物遭受中等风化。表层土壤微量元素和同位素统计特征表明运积物中土壤Pb同位素组成受深部矿体影响。矿区和近矿区土壤在Pb同位素组成图解中相对远矿区土壤更靠近矿石Pb同位素组成,深部地质体中Pb同位素组成的高含量特征在矿区土壤中得以继承,说明土壤中穿透性地球化学异常来源于矿体。土壤和地气中的纳米金属微粒广泛存在,二者同为穿透性地球化学异常赋存形式之一。热液矿石中也存在亚显微或者纳米形式金、银。矿石、土壤、地气中分离出的纳米金属微粒形态相似,单个纳米颗粒以球形、椭球形为主,内部具有格子构造,常形成聚集体;纳米微粒成分在不同矿床具有显著差异,纳米微粒中Cu-Au组合能够指示金矿床,Mo-Re能够指示砂岩型铀矿床,纳米微粒成分明显受深部矿化控制。矿石—土壤—地气地质体中纳米微粒组成与结构表现出同源性,认为表生环境中纳米微粒能够反映深部矿化,是成矿及伴生元素在地表的活动态形式。纳米微粒在地质作用中活化与穿越地质体的性质是穿透性地球化学勘查能够识别覆盖区深部矿床信息的内在原因。