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摘 要:土壤汞气测量是一种十分有用的地球深部矿化信息探测技术,本文在综合前人大量工作的基础上,结合笔者近几年的工作实践,介绍了汞气测量的理论基础、方法原理、影响因素、研究水平和发展趋势、存在问题和对策,对汞气测量技术进行了综述性的介绍。
关键词:土壤 汞气测量 深部找矿
中图分类号:P62 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)03(c)-0006-02
随着对矿产资源需求的日益增长和勘查程度的提高,找矿的主体对象已经由地表矿、浅部矿转变为地球内部的隐伏矿、深部矿。土壤汞气测量对于地球深部的硫化物矿床(特别是金矿)具有良好的找矿效果,方法简单快捷,是一种十分重要的深穿透地球化学方法。高灵敏高稳定的汞气测量技術目前广泛的应用于矿床勘查、构造地质填图、地热勘查、地震预报、考古和环境质量评价等领域,是一种十分有用的地球深部矿化信息探测技术。本文在综合前人工作的基础上,结合近年的工作实践,对汞气测量技术进行了综述性的介绍。
1 汞气测量的理论基础
汞是一种具有特殊物理化学性质的金属元素,为亲硫元素,在热液阶段以自然汞和汞化合物的形式存在于Cu、Pb、Zn、Mo、Fe等的硫化物中,或伴随挥发性组分扩散、渗滤到岩石和矿物的裂隙或包裹体中,形成汞的原生分散晕。在表生条件下,含汞的金属硫化物能够通过氧化还原作用释放出单质汞或汞的卤化物。在地下温度、压力增高的情况下,促使汞随水蒸气、地下水沿裂隙向地表迁移,而被矿床上方围岩、土壤吸附(粘土、铁锰胶体、有机质等),形成壤中汞气。因此,汞气测量是目前在金属矿床上应用最有效的方法之一,壤中汞气异常可作为寻找硫化物矿床的可靠标志。
2 汞气测量的方法原理
汞气测量是研究被吸附在土壤颗粒表面的汞蒸气或由其衍生出的化合物形成的分散晕特征。目前国内广泛应用的汞气测量方法主要有壤中汞气测量和土壤热释汞测量,前者通过抽取捕获土壤中的气态汞进行汞含量测定,后者一般用于测试固体样品,通过加热使固体样品所吸附的汞释放出来,然后使用测汞仪进行测定。
汞分析技术主要有:原子吸收法、中子活化法和原子荧光法等。以原子吸收性测汞仪在国内的应用最为广泛,如RG-1型热释汞仪,该类仪器具有适用性强,稳定性好,适用于各类介质中汞的测定等优点。原子吸收测汞仪主要包括发射253.7nm谱线的汞灯,气体吸收室及光电放大和测量等装置。进入吸收室的气体样品,如含有微迹的汞,则通过吸收室的光线会因部分被汞吸收而减弱。
3 汞气测量影响因素
壤中汞气测量的影响因素很多,主要表现在以下两个方面:人为影响因素和自然影响因素。
3.1 人为影响因素
(1)测线布设及取样深度:选择好测线的位置及取样深度是壤中气汞量测量的重要一环,汞测线的布设一般垂直于推测断层或矿体,而且尽量是在土质相近的原始土层中穿过,避免人工回填土。大量的研究结果表明,地表干扰异常的影响深度主要在表土层(耕作层土壤),一般干扰深度小于50cm。
(2)取样方式的影响:采用不同的采样器具会造成结果的差异。例如王基华等(1997)人在断层上方采用锥形螺旋钻和一般埋管的方式分别布设了15个和8个取样孔进行壤中气汞量对比实验测量。结果表明,在断层上方采用锥形螺旋钻取样,其壤中气汞含量为采用一般埋管取样的23倍,是由于锥形螺旋钻密封好,较有效地将大气与壤中气屏蔽开。目前野外汞气取样主要应用金试管来进行吸附,各单位的金试管的性能差异明显,普通的金试管汞气吸附稳定性一般在50％左右,而改进的镀金膜石英砂金试管稳定性则可达90％以上,具有极好的重现性。
(3)测试人员的经验水平:同一套设备、同一套测试方法、同一条测线、同时采样,不同的测试人员的汞气测量结果也会有所差异,笔者曾经在广西隆林某金矿点进行过对比测试,由于测试人员抽气感觉的差异,测试结果呈现出明显的系统误差(整体高或低)。
3.2 自然影响因素
(1)降雨的影响:众多野外研究和试验结果均表明,降雨对汞的扩散有明显的抑制作用,特别是透雨过后,壤中气汞含量急剧降低,甚至可使异常消失,但少量降水,由于渗透深度有限,会有利于壤中气汞的浓集。
(2)温度的影响:气温也是影响壤中汞的重要因素,通常白天壤中汞测定值要高于夜间,但阴天由于夜间气温高于白天,夜间壤中汞测定值要高于白天,即大气气温越高,土壤挥发性汞释放通量就越大。
(3)地质条件:矿床含硫化物高低及硫化物种类是影响汞气生成的首要因素,其次矿体及其围岩中的裂隙发育程度,裂隙有育有利于汞气向土壤中输送,另外,矿体埋深条件及产状也影响汞气异常的发育。
(4)土壤厚度与性质:土壤厚度过薄,气体易于与大气沟通而不易保存,一般要求厚度要>50cm,其次是土壤孔隙有适度,细粒砂壤土最为有利。
由于壤中汞测量方法受干扰的因素较多,在实际工作中,往往都要结合土壤热释汞测量。
4 汞气测量找矿的水平与发展趋势
测汞找矿方法很早就开始了研究,早在20世纪中叶前苏联地球化学家萨乌科夫通过大量的科学研究预言汞将是一种良好的指示元素,为测汞找矿的实际运用指明了方向;科学家谢尔盖耶夫首次在汞矿床上方发现壤中汞气异常,奥泽罗娃等人在与汞密切共生的金属硫化物矿床上也发现了汞异常。20世纪60年代初,原子吸收分析技术应用于汞的测定,标志着超微量汞的分析技术取得了关键性突破,为测汞找矿方法的发展开辟了广阔天地。
中国的测汞找矿方法始于1970年,地矿部物化探研究所率先成立了测汞组,随后北京地质学院化探教研室、冶金部、核工业部等也相继建立了专门的测汞队伍。在测汞方法发展过程中,取样介质经历了固体—气体—固体的历程。使用原子吸收技术分析壤中气汞的方法发展较快,在30余年的应用中趋于完善,目前我国的壤中汞气测量水平已跻身于世界前列。从20世纪80年代初期开始,我国就开展了土壤吸附相态汞找矿试验研究,近年来越来越多见矿实例已清楚的表明,汞气找矿方法对于寻找贵金属、有色金属隐伏矿都是行之有效的。随着找矿的深入,地表矿、浅表矿已日益减少,要找大矿、超大型矿只有向深部(如厚层基岩、黄土、戈壁覆盖区)进军,寻找隐伏的盲矿或掩埋矿,汞气化探方法有其独特的找矿效果。
汞气测量找矿的有效性已为大量找矿实践所证实,其运移形成机理也日渐清晰。由于汞和金元素地球化学性质的相似,Hg气测量对于寻找硫化物矿床特别是金矿效果尤为明显。2009年,我们与中国地质大学(武汉)汞气测量专家合作,对江西万年昌港银金矿的深部找矿项目进行了工作,在找矿中取得了突破,对矿区北东部的Ⅶ号矿体的南延部分有良好的指示作用。这一套测汞仪器和方法,可以探测到隐伏500m深的硫化物矿体,在江西九江、上饶都经过了验证,并在海南、贵州、广西、湖北做了很多找矿工作,也都取得了很好的效果。
5 存在问题和对策
虽然汞气测量的方法和原理是众所周知的,但是由于测汞技术严格保密,测量精度的影响因素众多,在实际应用过程中测量效果更是千差万别,并未能大范围的进行推广,主要还是停留在研究试点层面上,商业性市场操作行为较少,由于技术垄断,汞气测量成本也相对较高。
笔者结合近几年的找矿实践,认为:(1)要加大对新方法新技术的政策扶持,从地勘单位行政层面出发,加大对汞气测量等技术的支持力度;(2)要转变找矿思路,完善找矿手段,加强地质找矿人员的专业素养,应用如汞气测量的新技术新方法来寻找深部矿、隐伏矿;(3)在应用汞气测量等新技术新方法的过程中,要反复进行实验,不怕失败;(4)要积极进行校企联合,充分发挥地勘单位和科研院所的优势,提高找矿效率。
致谢:本文作者在论文期间得到了中国地质大学(武汉)各位老师的大力帮助,在此一并表示衷心的感谢。
参考文献
[1] 陈远荣,尹意求,贾国相.地球化学综合方法找矿应用试验研究──以广西贵港庆丰─平南旺石铅锌矿带为例[J].有色金属矿产与勘查,1999,8(6):569～573.
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[10] 王国华,蒋敬业,董勇.利用壤中汞气测量在西天山高寒山区寻找隐伏矿的研究[J].物探与化探,2002,5(26):372～375.
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[20] 杨桂莲,祁建誉.土壤测汞方法在地球化学勘查中的应用[J].地质与资源,2002,11(2):123～126.
[21] 杨岳衡,曾庆栋,刘铁兵,等.热释汞量法在山东牟平金矿成矿预测中的应用[J].地质与勘探,2002,3(38):42～45.
[22] 尤宏亮.深穿透地球化学方法综述[J].有色矿冶,2005,21(6):3～6.
[23] 曾志方.应用壤中气汞量测量找金的效果——以湖南青京寨、三德堂金矿为例[J].黄金地质,2001,4(7):56～59.
[24] 郑康乐,曹添,欧阳宗圻,等.全国第一届测汞经验交流会论文摘编[M].北京:中国地质学会勘查地球化学专业委员会(第6号),1984.
关键词:土壤 汞气测量 深部找矿
中图分类号:P62 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)03(c)-0006-02
随着对矿产资源需求的日益增长和勘查程度的提高,找矿的主体对象已经由地表矿、浅部矿转变为地球内部的隐伏矿、深部矿。土壤汞气测量对于地球深部的硫化物矿床(特别是金矿)具有良好的找矿效果,方法简单快捷,是一种十分重要的深穿透地球化学方法。高灵敏高稳定的汞气测量技術目前广泛的应用于矿床勘查、构造地质填图、地热勘查、地震预报、考古和环境质量评价等领域,是一种十分有用的地球深部矿化信息探测技术。本文在综合前人工作的基础上,结合近年的工作实践,对汞气测量技术进行了综述性的介绍。
1 汞气测量的理论基础
汞是一种具有特殊物理化学性质的金属元素,为亲硫元素,在热液阶段以自然汞和汞化合物的形式存在于Cu、Pb、Zn、Mo、Fe等的硫化物中,或伴随挥发性组分扩散、渗滤到岩石和矿物的裂隙或包裹体中,形成汞的原生分散晕。在表生条件下,含汞的金属硫化物能够通过氧化还原作用释放出单质汞或汞的卤化物。在地下温度、压力增高的情况下,促使汞随水蒸气、地下水沿裂隙向地表迁移,而被矿床上方围岩、土壤吸附(粘土、铁锰胶体、有机质等),形成壤中汞气。因此,汞气测量是目前在金属矿床上应用最有效的方法之一,壤中汞气异常可作为寻找硫化物矿床的可靠标志。
2 汞气测量的方法原理
汞气测量是研究被吸附在土壤颗粒表面的汞蒸气或由其衍生出的化合物形成的分散晕特征。目前国内广泛应用的汞气测量方法主要有壤中汞气测量和土壤热释汞测量,前者通过抽取捕获土壤中的气态汞进行汞含量测定,后者一般用于测试固体样品,通过加热使固体样品所吸附的汞释放出来,然后使用测汞仪进行测定。
汞分析技术主要有:原子吸收法、中子活化法和原子荧光法等。以原子吸收性测汞仪在国内的应用最为广泛,如RG-1型热释汞仪,该类仪器具有适用性强,稳定性好,适用于各类介质中汞的测定等优点。原子吸收测汞仪主要包括发射253.7nm谱线的汞灯,气体吸收室及光电放大和测量等装置。进入吸收室的气体样品,如含有微迹的汞,则通过吸收室的光线会因部分被汞吸收而减弱。
3 汞气测量影响因素
壤中汞气测量的影响因素很多,主要表现在以下两个方面:人为影响因素和自然影响因素。
3.1 人为影响因素
(1)测线布设及取样深度:选择好测线的位置及取样深度是壤中气汞量测量的重要一环,汞测线的布设一般垂直于推测断层或矿体,而且尽量是在土质相近的原始土层中穿过,避免人工回填土。大量的研究结果表明,地表干扰异常的影响深度主要在表土层(耕作层土壤),一般干扰深度小于50cm。
(2)取样方式的影响:采用不同的采样器具会造成结果的差异。例如王基华等(1997)人在断层上方采用锥形螺旋钻和一般埋管的方式分别布设了15个和8个取样孔进行壤中气汞量对比实验测量。结果表明,在断层上方采用锥形螺旋钻取样,其壤中气汞含量为采用一般埋管取样的23倍,是由于锥形螺旋钻密封好,较有效地将大气与壤中气屏蔽开。目前野外汞气取样主要应用金试管来进行吸附,各单位的金试管的性能差异明显,普通的金试管汞气吸附稳定性一般在50％左右,而改进的镀金膜石英砂金试管稳定性则可达90％以上,具有极好的重现性。
(3)测试人员的经验水平:同一套设备、同一套测试方法、同一条测线、同时采样,不同的测试人员的汞气测量结果也会有所差异,笔者曾经在广西隆林某金矿点进行过对比测试,由于测试人员抽气感觉的差异,测试结果呈现出明显的系统误差(整体高或低)。
3.2 自然影响因素
(1)降雨的影响:众多野外研究和试验结果均表明,降雨对汞的扩散有明显的抑制作用,特别是透雨过后,壤中气汞含量急剧降低,甚至可使异常消失,但少量降水,由于渗透深度有限,会有利于壤中气汞的浓集。
(2)温度的影响:气温也是影响壤中汞的重要因素,通常白天壤中汞测定值要高于夜间,但阴天由于夜间气温高于白天,夜间壤中汞测定值要高于白天,即大气气温越高,土壤挥发性汞释放通量就越大。
(3)地质条件:矿床含硫化物高低及硫化物种类是影响汞气生成的首要因素,其次矿体及其围岩中的裂隙发育程度,裂隙有育有利于汞气向土壤中输送,另外,矿体埋深条件及产状也影响汞气异常的发育。
(4)土壤厚度与性质:土壤厚度过薄,气体易于与大气沟通而不易保存,一般要求厚度要>50cm,其次是土壤孔隙有适度,细粒砂壤土最为有利。
由于壤中汞测量方法受干扰的因素较多,在实际工作中,往往都要结合土壤热释汞测量。
4 汞气测量找矿的水平与发展趋势
测汞找矿方法很早就开始了研究,早在20世纪中叶前苏联地球化学家萨乌科夫通过大量的科学研究预言汞将是一种良好的指示元素,为测汞找矿的实际运用指明了方向;科学家谢尔盖耶夫首次在汞矿床上方发现壤中汞气异常,奥泽罗娃等人在与汞密切共生的金属硫化物矿床上也发现了汞异常。20世纪60年代初,原子吸收分析技术应用于汞的测定,标志着超微量汞的分析技术取得了关键性突破,为测汞找矿方法的发展开辟了广阔天地。
中国的测汞找矿方法始于1970年,地矿部物化探研究所率先成立了测汞组,随后北京地质学院化探教研室、冶金部、核工业部等也相继建立了专门的测汞队伍。在测汞方法发展过程中,取样介质经历了固体—气体—固体的历程。使用原子吸收技术分析壤中气汞的方法发展较快,在30余年的应用中趋于完善,目前我国的壤中汞气测量水平已跻身于世界前列。从20世纪80年代初期开始,我国就开展了土壤吸附相态汞找矿试验研究,近年来越来越多见矿实例已清楚的表明,汞气找矿方法对于寻找贵金属、有色金属隐伏矿都是行之有效的。随着找矿的深入,地表矿、浅表矿已日益减少,要找大矿、超大型矿只有向深部(如厚层基岩、黄土、戈壁覆盖区)进军,寻找隐伏的盲矿或掩埋矿,汞气化探方法有其独特的找矿效果。
汞气测量找矿的有效性已为大量找矿实践所证实,其运移形成机理也日渐清晰。由于汞和金元素地球化学性质的相似,Hg气测量对于寻找硫化物矿床特别是金矿效果尤为明显。2009年,我们与中国地质大学(武汉)汞气测量专家合作,对江西万年昌港银金矿的深部找矿项目进行了工作,在找矿中取得了突破,对矿区北东部的Ⅶ号矿体的南延部分有良好的指示作用。这一套测汞仪器和方法,可以探测到隐伏500m深的硫化物矿体,在江西九江、上饶都经过了验证,并在海南、贵州、广西、湖北做了很多找矿工作,也都取得了很好的效果。
5 存在问题和对策
虽然汞气测量的方法和原理是众所周知的,但是由于测汞技术严格保密,测量精度的影响因素众多,在实际应用过程中测量效果更是千差万别,并未能大范围的进行推广,主要还是停留在研究试点层面上,商业性市场操作行为较少,由于技术垄断,汞气测量成本也相对较高。
笔者结合近几年的找矿实践,认为:(1)要加大对新方法新技术的政策扶持,从地勘单位行政层面出发,加大对汞气测量等技术的支持力度;(2)要转变找矿思路,完善找矿手段,加强地质找矿人员的专业素养,应用如汞气测量的新技术新方法来寻找深部矿、隐伏矿;(3)在应用汞气测量等新技术新方法的过程中,要反复进行实验,不怕失败;(4)要积极进行校企联合,充分发挥地勘单位和科研院所的优势,提高找矿效率。
致谢:本文作者在论文期间得到了中国地质大学(武汉)各位老师的大力帮助,在此一并表示衷心的感谢。
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[18] 伍宗华,金仰芬,古平,等.汞的勘查地球化学[M].北京:地质出版社,1994.
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