Question

中国勘查地球化学年——从勘查地球化学到应用地球化学

Answer 1

赵仑山朱有光

[中国地质大学(北京)]

中国勘查地球化学63年的发展紧密配合新中国的建设，经历了从初创、探索、发展、繁荣到走向辉煌的历程。60多年来经前后几代数万计的中国化探人跋山涉水、风餐露宿，足迹踏遍了祖国的千山万水，考察了全国的每一寸山川和国土，创造了丰功伟绩。勘查地球化学是一门紧密为社会发展与国民经济服务的应用地质学分支学科，他的主要任务是通过按不同精度系统观测岩石、水系沉积物、土壤、水域以及部分城市大气和农作物的化学元素分布、组成和浓集状况，给国家提供矿产资源及环境生态等情报。早期阶段主要目标是矿产资源勘查，后来发展到涉及人群生活环境、区域生态、农业以及地方病等问题的调查研究需求。地球化学填图既具有全域性国土基础调查的性质，又可以及时发现异常提供矿产资源靶区，以及有关环境和生态状况等多种异常信息的功能，直接为国民经济建设服务。

勘查地球化学，简称化探，作为一种调查技术，于20世纪30年代起源于苏联和北欧国家，40年代化探技术被地质勘探部门列为先进的探矿方法。新中国成立之初，国家经济建设中资源勘查需求十分迫切，中国化探界及时引入了地球化学探矿技术为新中国建设找矿。最早于1951年以谢学锦为首的化探小组赴安徽安庆月山进行中国勘查地球化学的首次实验，发现了铜矿指示植物海州香薷。受到了矿产勘查部门的重视，从此在全国地质、冶金、有色，以及之后在核工业、黄金等系统广泛建立化探队伍，开展化探找矿。按调查目标、采样介质和成果的应用范围中国勘查地球化学的历史可以划分为两大发展阶段：第一阶段1950～1998年，第二阶段1999～2013年，即前50年和后13年，简要回顾如下。

一、1950～1998年以矿产资源为主要目标的地球化学勘查阶段

这50年是中国勘查地球化学从引进、探索、提高，到获得成功的阶段。经过50年的艰苦创业和紧扣世界先进化探理论与技术的步伐，终于找到了适合中国地质景观条件特点的经济高效的地球化学找矿方法，获得了突出的成果。中国勘查地球化学前50年历史，已有多位专家总结介绍，发表了论文和专著，在此仅就其中的几件重要的大事概括如下。

1952年在地质部地矿司设立化探室，1956年在冶金部成立了冶金化探组。开始阶段两部门化探主要在一些金属矿区进行原生晕和次生晕方法效果试验，取得了初步成果。随即开始全国性第一代区域化探普查。1957年地质部成立了物化探研究所(谢学锦、邵跃等)，与冶金和有色化探部门(欧阳宗圻等)几乎同时开展了对我国典型钨、锡、铜多金属等矿床原生晕和次生晕找矿方法系统研究和开发，建立了涵盖多种热液矿床类型的原生晕分带模式，取得了明显找矿效果，统称为矿区化探。1960～1977年先后在北京地质学院、长春地质学院和桂林冶金地质学院建立了地球化学探矿专业，培养扩大了化探技术队伍。

但这一阶段由于经验不足和技术不够成熟，以土壤金属量测量为主要方法的第一代区域化探未能取得应有的效果。因此、为了探索适应我国地质和景观条件的区域化探找矿方法，以及新的技术和思路在为期10多年的实践中摸索和孕育。

1978年谢学锦提出1：20万区域化探全国扫面计划。经过对前期区域化探经验和问题的总结和两年多的采样与分析方法试验，地质部于1981年正式发布组织实施第二代全国区域化探扫面，技术上针对我国中东部大面积山区地形，在全国除沙漠和冲积平原外，对水系沉积物进行1：20万比例尺的系统采样。样品分析成矿和伴生元素、微量元素和造岩元素氧化物共39个指标，编制了全国统一的各元素地球化学图。该计划在内地和沿海地区于1990年基本完成。边远省区，如干旱荒漠草原、森林沼泽、黄土高原、岩溶，以及青藏高寒山区属特殊的地球化学景观，试验研制了专门的采样方法(任天祥等)，于2000年基本完成。

与此同时，冶金和有色系统化探实施了以成矿区带为主要目标的区域性水系沉积物测量计划(12个重点区带，比例尺1：5万～1：10万)完成总面积近30万km²，以及金矿化探项目等。找到了一大批大、中、小型金、锰、铁、铜等矿床，研究了我国主要成矿带和矿集区的矿化规律，增加了各地矿山的后备资源储量。此外，核工业系统和黄金部队也开展了成矿区带、矿区外围，以及远景区的多种采样介质和比例尺的化探找矿工作。在全国呈现出大规模高技术水平地球化学勘查的繁荣时期。

1980年5月成立了中国地质学会勘查地球化学专业委员会，自此大约每4年召开一次全国勘查地球化学学术讨论会。出版了《物探与化探》等专业期刊。

经过近20年全国范围的系统扫面测量，截至1997年底地矿部全国区域化探扫面覆盖面积达到575万km²，占全国可扫面积650万km²的88%。在此期间配合进行的区域异常查证，即化探普查和详查(1：5万～1：1万)工作完成了100多万km²。据(牟绪赞)统计到1997年底1：20万化探扫面发现各类元素综合异常约4.3万处，已进行异常检查的达1/3。区域化探扫面取得了丰硕的找矿成果，1981～1995年三个五年计划期间经异常优选查证和工程验证共发现具有工业价值的大、中、小型矿床569处，其中大型50多处；按矿种：金银矿420处，有色金属矿140处，其他9处。按年度统计，化探发现矿床数：1981～1985年：114处；1986～1990年：204处，1991～1995年：400处。其中仅金矿的潜在价值在2000亿元以上。化探找矿效果突出的矿种是：Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、W、Mo、Ni、Hg、Co、Sb、Nb、Ta和稀土，以及某些非金属矿产，总计20余种。通过区域化探扫面各省都发现了新矿床和新的矿床类型，未进行查证的大量异常和远景区，提供了今后若干年内各省地质勘查部门的找矿工作目标和潜力区。

区域化探扫面工程带动了勘查地球化学一系列方法技术和理论的发展和提高，如测试技术、实验室间分析质量监控、地球化学标准样制作等，保证了分析数据的高质量和和全国范围数据对比。其中如Au及P t族元素分析检出限的提高为找到大批金矿立了大功：当时我国测定Au的检出限为0.3×10^-9，而美国、加拿大20世纪90年代初才将检出限从50×10^-9提高到1×10^-9。此外，建立了海量高质量分析数据的数据库，研制了专用计算和绘图软件，绘制了39种元素多种比例尺的全国地球化学图。在综合分析区域地球化学图并与已知矿集区对比的基础上，谢学锦提出了地球化学块体成矿理论。

这一时期我国勘查地球化学在理论、思路和技术上出现了全面繁荣的形势：为应对露头矿将找尽，找矿难度、深度加大的局面，勘查地球化学开展了以地气法为主的称为非传统方法的深穿透地球化学找矿技术研究，开拓了覆盖区找矿和深部找矿的新技术。区域地球化学和区域基岩地球化学测量方法研究(於崇文、张本仁等)受到重视，对成矿带和矿集区异常结合地质构造条件进行区域成矿潜力预测和评价的方向多次立项得到发展，勘查地球化学与成矿地质环境紧密结合的研究方向得到推广深化。地物化遥相结合的综合信息找矿技术在各省广泛应用。总之20世纪90年代我国勘查地球化学方法技术和理论水平全面提高，在应用效果方面取得了明显的业绩，使我国勘查地球化学学术水平在全世界达到领先地位。

1993年第16届国际勘查地球化学大会在北京召开。从1996～2006年针对发展中国家我国承担了开办共8期国际化探技术培训班的任务。2007年在西班牙举行的第23届国际化探大会期间国际应用地球化学家协会为谢学锦院士颁发了“应用地球化学家协会金奖”。中国勘查地球化学已走向世界，并得到国际本领域专家的普遍赞誉。

二、1999～2010年为资源、环境、生态、农业服务的应用地球化学阶段

我国环境地球化学和农业地球化学研究和调查起始于20世纪70年代初。随着国家改革开放和社会经济迅速发展，环境问题和农业种植优化等课题需要应用地球化学的理论和技术进行研究，自20世纪80年代起一部分化探队伍和技术人员转入环境或农业课题项目，并取得了有意义的成果。在我国作为勘查地球化学学科发展到应用地球化学阶段的标志性事件是1999年开始的全国“多目标区域地球化学调查”计划。从此勘查地球化学同时在矿产资源勘查和环境生态研究两条战线上为国家和社会服务。

1.矿产资源勘查地球化学的发展和深化

21世纪以来，我国矿产勘查地球化学继续大踏步拓展。随着新时期建设对矿产资源的需求和找矿难度加大，国家投入相应增加，地球化学勘查工作得到加强，总体趋势是向深部找矿和覆盖区找矿推进，在技术上不断提高。以下两个方面的成果比较突出：

(1)矿区和矿山深部原生晕找盲矿理论和方法的深化

热液金属矿床围岩原生异常元素的综合分带模式及轴向与垂直分带规律，被认为是20世纪一项科学重大发现，对深入认识热液成矿过程和追踪深部盲矿体有重要的指导作用。矿区原生晕方法为我国化探界优势领域，在热液矿床深部找矿中成果卓著。例如，从20世纪70年代到21世纪以来，中国冶金地质勘查工程总局地球物理勘查院李惠在多年金矿找盲矿实践的基础上提出了“构造叠加晕模型”理论。他和他领导的集体在数十年化探找矿生涯中研究考察了20多处金及其他金属热液矿区，应用构造叠加晕模型预测金金属量200多t，经对部分靶区工程验证，已获得金金属储量65.9t。使大批金矿山延长了开采年限，取得了显著的经济和社会效益。

(2)覆盖区深穿透法找矿技术的探索

覆盖区是未来资源勘查的主要目标，各种深穿透化探方法应运而生，其中地球气法最具潜力。自20世纪末以来，谢学锦、王学求等围绕该课题多次立项，从地气的收集技术、高精度分析方法到野外采样，进行了矿区和区域的多层次试验，确认了“地球气”的存在，研制出了“纳微金属测量”和“金属活动态法”等技术方法。近年来地气法继续进行技术方法探索，如液体吸附剂等试验，在Cu、Zn、Ni等几处矿床覆盖区取得了见矿效果，同时核工业系统在我国西部盆地边缘覆盖区，应用深穿透技术找层间氧化带型砂岩铀矿床探测中取得了多项成功。

此外，国家“十一五”以来开展的危机矿山后备资源勘查计划，外围和深部综合找矿中地球化学方法发挥了重要作用；近30年来我国油气化探找矿持续进行探索，在一些油田取得了实际效果。总之，矿产勘查始终是应用地球化学的重点任务，地球化学探矿一直处在资源勘查的第一线，并随着任务的需要不断向技术的深度和目标的广度开拓。

2.环境和生态地球化学调查与评价

(1)区域多目标调查的性质与规划

生态地球化学20世纪80年代起源于俄罗斯，其基本思路是除地质调查之外还包括生态地质和环境地球化学信息填图和采样。90年代我国提出了全国“多目标区域地球化学调查”计划，由中国地质调查局主持，1999～2001年在四川、广东、湖北三省先期试验，自2001年全国各省逐步铺开(奚小环)。主要任务是在平原、盆地、河谷等人口密集地区开展以土壤测量为主体，配合水介质采样的地球化学调查，其目标除能探测新类型矿产资源信息，如油气和热水等以外，还包括环境、生态、农业，和与人类健康密切相关的地方病等内容。多目标区域地球化学调查反映了20世纪以来人类对环境和生态问题的关注：由于自然和人为土\水环境中有害元素聚集导致污染、损害人体健康如地方病，及污染农牧果蔬产品。通过及时查明环境中的污染异常，提出治理对策；同时调查圈出富集硒等农作物有益元素地段，发展绿色无公害农业。直接为地方经济发展和人民健康服务。

我国全国平原河谷地区总计可测面积：450万km²，计划于1999～2010年11年内完成。多目标区域调查和生态地球化学评价属国家大型基础性调查项目，调查范围扩大到湖泊、湿地，以及广大的浅海和滩涂区域，可为国家经济发展和规划提供包括湖-海水域和滩涂、湿地等生态系统多方面环境生态现状信息，目前已按规划大体完成。

(2)多目标地球化学调查技术方法

测量方法和采样介质(土壤测量为主)，囊括土壤、第四纪沉积物、黄土采样；水域底积物测量：海、湖底积物、滩涂沉积物、沼泽和湿地淤积物、江河底积物等采样；水介质测量：地表水、孔隙水、地下水、降水、污水采样；生物质测量：植物、作物、粮食、水产品、畜牧产品、人发等采样；大气测量：工业废气、降尘、降水、酸雨采样。有害有机物检测：21种持久性有机污染物、残留农药等采样。

采样网度：采用双层网格化土壤测量：分深层和表层两层土壤取样，比例尺为1：25万。A深层：原生土——未被人为污染，采样深度1.5～2m，1个样/4km²；B表层：被人类活动干扰、污染的土层，采表层土，深度20cm，1个样/km²，。

(3)观测指标和分析方法

在全国化探扫面39个指标的基础上，增加了N、C、Se等生态敏感元素；深入层次的调查和评价中增测pH、E_h、C有机、COD，以及持久性有机污染物等项目，观测指标54种。研制了统一分析方法，提高了测试精度、检出限和报出率。

(4)区域异常查证和评价

划分为区域评价和局部评价两级进行：

区域生态地球化学评价：采样网度和比例尺为1：5万，网度为6～8个样/km²。评价工作针对具体的异常生态环境特点，划分为农田、盆地和流域、湖泊湿地、浅海滩涂、工矿区，以及城市人居区6大地球化学生态系统类型，按有害元素的国标环境和卫生标准进行评价。局部生态地球化学评价(评估\预警\修复)：具有生态和环境问题的专题性，应用更大比例尺详查或剖面研究，除按国家标准进行评价定级外，还需查明污染元素的自然或人为活动的物质来源，进行危害风险性评价，并提出管理对策和治理措施。

(5)已取得的成果

1)大量有害元素主要是重金属元素和持久性有机污染物在表层土壤和水域中富集，人类活动和近代工业污染了土壤、水域、城市大气和部分作物。

2)沿长江、珠江、湘江及其支流发现了长达数百千米的镉、汞、铅等重金属异常带，可能来源自云贵川等西南和湘、粤等低温及有色金属矿化带。

3)我国南北方长江、黄河两大流域带因地理气候差别，形成截然不同的元素表生迁移规律和生态特征。南方：酸性土淋失严重，但C、N、P等元素在水/土介质中局部富集或富营养化。北方：偏少雨或干旱带土壤，水迁移能力弱，有害元素聚集F、As等地方病严重；各省都发现了大片的地方病区和有害元素的自然和人为物质来源，局部地区评价查明了区域地质背景条件和致病机理。

4)浙、粤、苏、赣、闽、皖、川等省圈出了多处富Se、Mo、B、N、K₂O等农业营养元素地区，为合理规划农业种植和开发绿色无公害农业区提供依据。

预期最终成果：编制出全国\省\区\大河流域等地球化学图，建立全国土壤元素基础地球化学数据库和信息数据管理系统，为农业\环境\土地\海洋\水产\城市的经济开发和规划等服务。在查明有益有害元素分布的基础上，提出开发和治理对策，局部评价和专题研究为解决污染\地方病等问题建立预警和监测体系，以避免生态和环境污染事件。

总之，中国勘查地球化学后13年取得了新的开拓，扩大了观测范围，增加了测试项目，更贴近为社会经济发展和人民健康服务的领域，地球化学学科也找到了新的生长点，应用地球化学方向正在蓬勃崛起。区域多目标地球化学调查补足了区域化探扫面在平原地区的空白，使地球化学基础资料覆盖了国土全域，我国勘查地球化学充分发挥了社会主义国家重视基础调查工作的优势条件，如此全国土大规模、多观测指标、高精度、全方位社会服务的地球化学调查在全世界是独一无二的，因此在技术水平和应用效果上具国际领先水平。

三、21世纪我国应用地球化学展望

随着我国现代化社会和经济的推进，资源勘查和环境治理任务加重，覆盖区找矿、危机矿山探深增储等是勘查地球化学永久的课题，非传统深穿透化探方法应发挥技术优势。在环境和生态地球化学中，近年来全球碳循环与创建低碳环境，以及持久性有机污染物问题突出，提出了新需求。现代化工农业生产，如石化燃料、有机化合物原料的使用扩大，大量排出CO₂等温室气体，影响全球变化。工矿业排放的多种重金属元素及持久性有机污染物成为强危害型污染物，例如，多环芳烃、亚硝基胺等类有机污染物为公认的强致癌物质，构成职业接触性癌症和地方性癌症的重要杀手。其他如超量化肥、农药残毒也是危害作物和人类健康的大害；过度施肥和某些自然因素共同作用导致土壤及水域的N、P 富营养化问题日趋严重。我国生态、环境、农业地球化学面临严峻的形势和任务。应用地球化学面对不断出现的新课题，任重而道远。要求中国化探人认清需求、抓住机遇，找准技术突破口、规划本学科发展方向，加强队伍建设，探索新的突破与创新。应用地球化学在21世纪我国全面建设小康社会和可持续发展的进程中，必将会展现出新的蓬勃活力，作出更大的贡献。

参考文献

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