CN104181175A - 一种水微粒地球化学找矿方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水微粒地球化学找矿方法及其应用，属于地质矿产勘查领域。本发明所述方法通过对地下水或地表水中的微粒采集，采用透射电子显微镜对微粒进行分析，利用微粒的种类、数量、形貌、粒度、元素含量及其比值、超微结构构造、微粒之间的组合关系及空间分布特征，寻找隐伏金属矿体。另外本发明所述方法还可以和其它地球物理和地球化学找矿方法结合，用水微粒特征验证其它找矿方法的异常来寻找隐伏矿体，提高准确性。本发明方法是一种新的、多学科交叉渗透的地下水微粒地球化学找矿方法，还可提高水地球化学找矿方法和其它找矿方法的有效性，简单易行，具有广泛的应用前景和很好的社会效益。
Description
技术领域
本发明属于地质矿产勘查领域。更具体地，涉及一种水微粒地球化学找矿方法及其应用。
背景技术
我国尚处于经济起步腾飞前奏，对矿产的需求不可能主要依靠进口来解决，发展自己的矿业仍然是任重而道远。随着地质工作程度的提高，依靠地表宏观标志直接找矿的难度越来越大，勘查地球化学方法是一种利用“元素含量”进行矿产勘查的方法，扩大了找矿标志，特别是在寻找沙漠、草原、第四纪沉积物、火山岩覆盖区的隐伏矿床方面，是其它找矿方法所不可比拟的。因此，勘查地球化学方法在未来的矿产勘查中是一种不可缺少的重要方法。
地球化学找矿是通过发现元素含量异常、解释评价异常来进行的。所述异常可以存在于各种不同的介质中，根据进行地球化学调查介质的不同，地球化学找矿可以分为以下几个方面：（1）岩石地球化学找矿，（2）土壤地球化学找矿，（3）水系沉积物地球化学找矿，（4）水地球化学找矿，（5）气体地球化学找矿，（6）生物地球化学找矿。其中，由于地下水可带来深部的矿化信息，因此水地球化学找矿是找深部盲矿的有前景的方法。特别是不受覆盖物的限制，成为覆盖区找隐伏矿的重要方法。一个水样汇集了汇水区的综合信息，与水系沉积物异常形成机理相似，成为区域找矿的重要方法之一。水地球化学异常形成主要来自三个方面的作用，包括矿物的溶解作用、电化学溶解作用和微生物的作用。
目前，水地球化学找矿方法主要是用电感耦合等离子体质谱、离子选择性电极等方法测试地下水或地表水中元素或离子含量，例如，Au、Ag、Zn、Co、K、Ca、Cd、Re、REE、Tl、Ni、Cu、As、Sb、U、SO2 4-、F-等含量，通过元素或离子的高含量预测深部是否存在隐伏矿体。也检测地下水或地表水pH 值、Eh值和总矿化度作为隐伏矿体的预测指标。或者用滤膜处理水样的悬浮物质，用电感耦合等离子体质谱悬浮物质的元素含量，通过悬浮物质的高元素含量寻找隐伏矿床。但是，高的元素和离子含量不仅仅是由隐伏矿体引起，例如在测试分析过程中某些材料中含有成矿元素，或者非矿的地质体（如页岩和超基性岩等）也会产生某些元素的高含量，因此，严重影响了找矿的准确性。 目前未见有地下水或地表水中存在相关微粒的研究报道。同样地，更未见有以地下水或地表水中的微粒为分析对象来寻找隐伏矿体的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有预测寻找隐伏矿体方法的缺陷和技术不足，提供一种更准确、更简便的水微粒地球化学找矿方法。
本发明的目的是提供一种水微粒地球化学找矿方法。
本发明另一目的是提供所述水微粒地球化学找矿方法的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种使用地下水或地表水微粒预测隐伏矿体的找矿方法，包括以下步骤：
S1.分别采集待测区域和背景区的地下水或地表水；所述背景区为已知确认的无矿区；
S2.制作透射电子显微镜样品；
S3.透射电子显微镜分析微粒的特征；
S4.根据微粒的特征来判定隐伏金属矿体；即首先分析区分出与隐伏矿体有关的异常微粒，再根据异常微粒的特征来判定隐伏金属矿体。
其中，所述微粒是通过地下水迁移到地表或接近地表的微粒，这些微粒来源于隐伏矿体。所述微粒的特征包括微粒的种类、大小、形貌、元素含量及其比值、超微结构构造或微粒之间的组合关系及空间分布特征中的一种或几种。
优选地，所述微粒的特征还包括微粒数量。所述微粒数量是指固定体积水样在透射电镜载网100μm×100μm面积内微粒的个数。
步骤S1所述地下水或地表水包括井水、泉水、江河水、湖泊水或水库水等；所述地下水或地表水的采集方法不做严格限制。
优选地，所述地下水或地表水的采集方法为蠕动泵和聚乙烯瓶采样。所述蠕动泵和聚乙烯瓶采样的方法为：蠕动泵外接软胶管，软胶管放入井水深度大于3米，以5～10mL/min的速度抽取水样，抽水15～20min后，以聚乙烯瓶为采样瓶进行水样采集。优选为以10mL/min的速度抽水10min。
所述软胶管为质地较软的管子，对管子的软硬程度、材质等无严格限制，达到可以弯折而不发生断裂或堵塞的要求即可。
泉水的采样也使用蠕动泵，软胶管放入泉水的深度尽可能大。这里使用蠕动泵采样的目的是在采样时不揉动井水，使采到的样品为一定深度的样品。
步骤S2制作透射电子显微镜样品的方法如下：
S21.用移液枪吸取水样滴于透射电镜载网上，使水样中的微粒吸附于载网上，静置2～10min，使载网充分吸附后，用干净的滤纸吸掉载网上多余水分，待其自然风干；在处理过程中用镊子固定载网且需夹于载网边侧，以免造成网格的破坏。
S22.步骤S21重复4～10遍，即得到透射电子显微镜样品；将制好的载网放于铺有干净滤纸的干净样品盒中，进行下一个水样制样（需更换移液枪的枪头，以防样品污染），将全部制好的样片标记好，盖上盖子放入烘干箱中，备用。
步骤S3所述透射电子显微镜分析微粒的特征是计算透射电子显微镜载网100μm×100μm面积内每一种微粒的个数，并进行高分辨分析、能谱分析和选区衍射分析。作为一种方案，本发明在实施过程中选择的透射电子显微镜是300kV Tecnai G 20 ST 型场发射透射电子显微镜（带能谱Edax LTD）或JEM-2010HR型（带能谱Energy TEM 200，Oxford-INCA）透射电子显微镜。
步骤S4所述根据微粒的特征来预测隐伏金属矿体的方法（即本发明根据地下水或地表水中与隐伏矿体有关微粒预测隐伏矿体，确定地下水或地表水中与隐伏矿体有关微粒的方法）为：
S41.通过对比待测区域与背景区地下水或地表水微粒特征，得出仅在待测区域地下水或地表水中存在的异常微粒。
S42.根据S41异常微粒的微粒类型及其特征，即可判定出待测区域是否存在隐伏金属矿体，并且判断出隐伏金属矿体的类型。
通过以下方法验证上述预测结果：
对比待测区域地下水或地表水中的异常微粒与已知同类型深部矿体被断裂改造或氧化作用形成的微粒特征；或对比待测区域地下水或地表水中异常微粒与已知同类型深部矿体的化学成分、矿物成分特征和深部地下水中微粒的种类、组合关系，以及异常微粒中元素含量、比值，以及元素组合特征。
优选地，上述载网为铜网、镍网或钼网；载网在使用前经空白样检测。
更优选地，载网为铜网；在需要铜的分析结果时，选用钼网或镍网。
本发明所述水微粒地球化学找矿方法的矿体勘查中的应用也在本发明的保护范围之内。
本发明所述地下水微粒找矿的方法简单有效、有更高的找矿成功率。通常情况下，如果待测区域含有隐伏矿体，则分析出来的异常微粒差异较显著，且特征明显，本领域技术人员根据本发明所述的方法，即可轻易的判断出待测区域是否含有隐伏矿体，进一步判断出是何种隐伏矿体。
本发明人前期研究以地气微粒为研究对象，对其进行分析得出了一种地气微粒找矿方法，并申请了国家发明专利（ZL201010154422.6）。先采集地气微粒，分析微粒矿物成分、粒度、形状、各种微粒之间的比值和聚合等特征、化学成分、结构构造，综合勘查隐伏矿体。但是，由于地下水或地表水地球化学勘查和地气测量分属于两种不同的找矿方法，所针对的地质环境不同。地气（Geogas）是由瑞典科学家Kristiansson和Malmqvist提出的一个概念，指地壳中深部上升的气流，这种气流流经矿体，可携带矿体物质上升到地表，地气微粒找矿方法是采取土壤中上升气流的微粒，通过上升气流微粒特征找矿。地下水指地表以下不同深度的土层和岩石空隙中的水，地表水指地壳表面的水，如河流、湖泊水等，至于地下水或地表水中是否也存在这样的微粒可以用于找矿分析呢？在本发明的研究之前，还不得而知。而且地下水或地表水微粒找矿和地气微粒找矿由于采样对象的不同，水中微粒和气体微粒的采样方法、样品处理方法、微粒特征和找矿应用技术都是不同的。
本发明人长期致力于找矿方法研究，首次发现在地下水或地表水中存在着丰富的微粒，且地下水的微粒特征含有更多更直接的关于隐伏矿体的信息，因此发明人开始尝试以地下水或地表水为研究对象，对地下水或地表水中微粒特征进行分析，以求探究出一种水微粒地球化学找矿方法。通过大量的研究和探索，首次提出了可以利用地下水或地表水中微粒的种类、粒度、形貌、元素含量及比值、超微结构构造和微粒之间的组合关系寻找隐伏矿体，建立了一种新的水微粒地球化学找矿方法。发明人设计了对地下水或地表水的采样方法，水微粒的透射电镜样品的制样方法，水微粒特征的解释和找矿应用，根据地下水或地表水中与隐伏矿体有关微粒的种类、数量、大小、形貌、超微结构、元素含量及比值，以及微粒之间的组合关系，结合成矿地质条件，进行成矿预测；这些技术对于世界资源勘探有非常重要的应用价值。地下水的微粒特征含有比元素含量更丰富的信息，这种新的找矿方法将会提高找矿的有效性，这也是本发明重要的创新点。
对于上述地气微粒或本发明地下水或地表水微粒分析找矿方法，可以根据地质环境的不同，选用其中一种或两种配合。在地下水或地表水中使用微粒特征，将会有效提高水地球化学勘查有效性。在地下水或地表水中使用微粒找矿，是把找矿技术和纳米科学技术结合起来，产生的一种创新而有非常重要的经济意义的技术。水微粒地球化学找矿方法是地气微粒找矿方法进一步发展的产物，将对世界找矿方法产生深远的影响。
本发明具有以下有益效果：
本发明人首次发现在地下水或地表水中存在着丰富的微粒含量，且地下水的微粒特征含有更多更直接的关于隐伏矿体的信息，并首次提供了一种水微粒地球化学找矿方法，设计了对地下水或地表水的采样方法，水微粒的透射电镜样品的制样方法，水微粒特征的解释和找矿应用，通过地下水或地表水中与隐伏矿体有关微粒的种类、数量、大小、形貌、超微结构、元素含量及比值，以及微粒之间的组合关系进行成矿预测，这比以往的水地球化学测量技术中的元素含量含有更多的和更直接的关于隐伏矿体的信息，可提高隐伏矿床找矿的有效性和准确性，对于世界资源勘探有非常重要的应用价值。
所述水微粒地球化学找矿方法是一种新的、多学科交叉渗透的地下水微粒地球化学找矿方法，通过地下水或地表水中的微粒特征，还可预测隐伏矿体的化学成分、矿物成分特征。本发明水微粒找矿方法还可以和其它地球物理和地球化学方法结合，用水微粒特征验证其它找矿方法的异常情况，提高找矿的成功率。
另外，本发明的水微粒地球化学找矿方法简单易行，具有广泛的应用前景、非常重要的应用价值和很好的社会效益。
附图说明
图1为粤北凡口黄铁铅锌矿床地下水微粒透射电镜形貌图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1 粤北凡口黄铁铅锌矿床地下水微粒的采集、分析和解释。
1、采样
在凡口黄铁铅锌矿床隐伏矿体分布区地表水井采样，采样方法是直接用打水用的打水工具将井水打上来后，灌入事先清洗干净的样品瓶中，之后密封。
2、透射电子显微镜样品准备
用镊子夹着直径为3mm的透射电子显微镜钼网，用滴管从烧杯中吸出少许水样，并在钼网上滴上一滴，夹住钼网不动，闲置3分钟左右，使钼网充分吸附后，用干净的滤纸吸掉钼网上多余水分，此步骤重复8次左右，再将制好的钼网放在铺设了干净滤纸的培养皿中，开始制作下一个样片，每次制样都需要更换干净的滴管，以防污染。将全部制好的样片标记好，盖上盖子放入烘干箱中，准备上机测试。
3、样品分析
用JEM-2010HR 型（带能谱Energy TEM 200, Oxford-INCA）透射电子显微镜分析，点分辨率：0.23 nm，晶格分辨率：0.14 nm，最高电压：200 kV。样品分析在中山大学测试中心完成。所有测得的样品微粒，对于钼网，其EDX的数据已将C和Mo元素去除。
4、结果
通过对水样中微粒特征进行分析，在凡口黄铁铅锌矿床隐伏矿体分布区地表水井水中，发现含Cu的氧化钙和硫酸盐微粒，还含有Br、Mo、Ag、O微粒，以及含F、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Fe、Cu、Zn、Se、Cd、W、O微粒等，如表1所示。附图1所示的是硫酸盐微粒。
表1
5、结论
凡口黄铁铅锌矿床隐伏矿体分布区地表水井水中，发现含上述金属元素的微粒，证明了本实施例所采集的水样所在区域确实是隐伏矿体分布区。
表明本发明所述的水微粒地球化学找矿方法可以准确的判断出样品水所在地是否为隐伏金属矿体分布区。
实施例2 内蒙古乌拉特后旗东升庙的硫多金属矿床深部裂隙水微粒的分析
本发明人研究团队采集了内蒙古乌拉特后旗东升庙的硫多金属矿床深部裂隙水溶液样品，对水溶液中微粒样品的透射电镜分析，方法参考实施例1。
分析结果表明，在裂隙水溶液中发现含Cu、Pb、Zn、Fe、Mo、Au、S、Hg等成矿元素的微粒。证明了该地区是隐伏矿体分布区。也表明了本发明所述的水微粒地球化学找矿方法可以准确的判断出样品水所在地是否为隐伏金属矿体分布区。
同时，矿床深部裂隙水溶液含金属微粒的发现，表明了金属元素可以以纳米或接近纳米级微粒的形式存在于水中，由于微粒含有丰富的信息，通过地表水或地下水微粒的特征预测隐伏矿体，能够提高找矿的有效性，从而提高经济效益。
Claims (10)
1.一种水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采集待测区域的地下水或地表水；
S2.制作透射电子显微镜样品；
S3.透射电子显微镜分析微粒的特征；
S4.根据微粒的特征来判定隐伏金属矿体。
2. 根据权利要求1所述水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，S1所述地下水或地表水包括井水、泉水、江河水、湖泊水或水库水；
所述地下水或地表水的采集方法为：蠕动泵外接软胶管，软胶管放入目标水体中，以5～10 mL/min的速度抽取水样，抽水15～20min后，以聚乙烯瓶为采样瓶进行水样采集。
3. 根据权利要求1所述水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，S2所述制作透射电子显微镜样品的方法如下：
S21.吸取水样滴于透射电镜载网上，静置2～10min，用干净的滤纸吸掉载网上的多余水分，待其自然风干；
S22.步骤S21重复4～10遍，即得到透射电子显微镜样品，放入烘干箱中，备用。
4. 根据权利要求1所述的水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，S3所述透射电子显微镜分析微粒的特征是使用透射电子显微镜分析微粒的大小、形貌，统计透射电子显微镜载网100μm×100μm面积内每一种微粒的个数，并对微粒进行高分辨分析、能谱分析和选区衍射分析。
5. 根据权利要求1所述的水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，S4所述根据微粒的特征来预测隐伏金属矿体的方法为：
S41.通过对比待测区域与背景区地下水或地表水微粒特征，得出仅在待测区域地下水或地表水中存在的异常微粒；所述背景区为已知确认的无矿区；
S42.根据S41异常微粒的类型及其特征，即可判定出待测区域是否为隐伏金属矿体，并且判断出隐伏金属矿体的类型。
6. 根据权利要求3所述的水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，S21处理过程中用镊子固定载网且需夹于载网边侧，以免造成网格的破坏。
7. 根据权利要求5所述水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，通过以下方法验证预测结果：
对比待测区域地下水或地表水中的异常微粒与已知同类型深部矿体被断裂改造或氧化作用形成的微粒特征；或对比待测区域地下水或地表水中异常微粒与已知同类型深部矿体的化学成分、矿物成分特征和深部地下水中微粒的种类、组合关系，以及异常微粒中元素含量、比值，以及元素组合特征。
8. 根据权利要求1、4或5所述水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，所述微粒的特征包括微粒的种类、大小、形貌、元素含量及其比值、超微结构构造或微粒之间的组合关系及空间分布特征中的一种或几种。
9. 根据权利要求3、4或6所述水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，所述载网为铜网、镍网或钼网；载网在使用前经空白样检测。
10. 根据权利要求8所述水微粒地球化学找矿方法，其特征在于，所述微粒的特征还包括微粒数量。
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