2016年01月13日 星期三

基于化探法找金4000余吨

——专访联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心常务副主任、首席科学家王学求

来源:中国黄金报 作者:谭向杰 发布时间:2016-06-28

中心常务副主任王学求在办公室接受了《中国黄金报》记者的专访。

  [编者按:超微细金异常成因理论与低含量金分析技术直接用于大规模生产实践,有力推动了大批金矿的发现。据原地矿部和中国地质调查局统计,根据化探方法圈定的异常,发现的金矿近1000处,其中,大型、中型以上金矿700余处,总探明金资源储量4000余吨,约占全国已探明的黄金资源量9000余吨的近一半。为何超微细金异常成因理论与低含量金分析技术有如此大的贡献?其产生的过程是怎样的?遇到了哪些困难?《中国黄金报》记者专访了联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心常务副主任、首席科学家王学求,以寻求答案。]

    从北京坐一个小时的火车,《中国黄金报》记者就到了河北省廊坊市。这座因京津冀一体化战略正在崛起的地级市,正在成为人们日益关注的战略要地。地球物理地球化学勘查研究所(下称“物化探所”)就在这座城市的东边。

    物化探所大门旁边的墙上镌刻着两行大字:第一行是国土资源部中国地质调查局,第二行是地球物理地球化学勘查研究所。

    走进物化探所大门,映入眼帘的一大片树林中,高大的白杨树和梧桐树参天矗立,遮天蔽日,树林下面是郁郁葱葱的草地,初夏的炎热感一扫而光。

    一栋白楼掩映在草地东侧的树林中,依托物化探所建立的联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心(下称“中心”)就在这栋白楼里。

    在带领记者参观完中心陈列室后,中心常务副主任王学求在办公室接受了《中国黄金报》记者的专访。


“为中国成为世界第一产金大国作出突出贡献。”

    《中国黄金报》:首先祝贺中心成立,也祝贺王老师!据媒体报道,中国黄金已探明的资源储量中,近一半是你们科研团队发现的?

    王学求:谢谢。更正一下,不能说是我们团队直接发现的,而是我们团队发展的理论与技术为探明资源储量作出了贡献。

    勘查地球化学对中国金矿“批量发现”作出了突出贡献,这归功于区域化探全国扫面计划的实施,但最重要的是在实施过程中解决了两项难题。一是低痕量金的分析技术,二是金区域异常形成机理和采样理论的原始创新。

    我的贡献是发现金矿存在超微细金(亚微米和纳米金),圆满地解释了金区域异常形成机理,并解决了采样代表性难题,使金矿化探从一种找矿手段上升到一门科学。

    中国科学院院士谢学锦提出的利用水系沉积物作为采样介质的区域化探全国扫面计划,自1979年开始实施,上世纪80年代开始在全国陆续发现了一批面积达几百平方公里的区域金异常。当时,对金表生行为的认识还都限于金是惰性的,比重又大,不可能在水系中长距离迁移。这些大规模金地球化学异常是如何形成的一直困扰着地球化学家。

    我们发现,地球化学样品中大量存在小于5微米的超微细金,通过水、弱溶剂和生物提取试验,证实超微细金具有极强的物理化学和生物活动性,可以在水系中长距离机械形式搬运,又可以部分生物化学形式迁移,最终形成大规模地球化学异常。

    这一发现同时也阐释了区域化探采样和样品中“粒金效应”的难题,为金矿区域化探奠定了理论基础。

    超微细金采样理论与技术直接用于大规模生产实践,有力推动了大批金矿的发现。据原地矿部和中国地质调查局统计,根据化探方法圈定的异常,发现的金矿近1000处,其中大型、中型以上金矿就有700余处,总探明金资源储量4000余吨,约占全国已探明的黄金资源量9000余吨的近一半,为中国成为世界第一产金大国作出了突出贡献。

“亚微米金和纳米金既可以横向长距离迁移、也可以垂向向地表迁移,这终于解决了金的迁移机理问题。”


来自于深部矿体的纳米金属晶体可以通过岩石和土壤微孔或纳米孔穿透上覆盖层到达地表。

    《中国黄金报》:能否详细回顾下这段历史?

    王学求:我可以说是和黄金有缘,我跟随谢学锦完成的硕士论文《金矿的地球化学勘查》,算是介入黄金比较早的。现在回头看当年,人们也许觉得,金的地球化学勘查比较容易,但在那个年代,其实有很多困难。尤其是上面提到的两大难题。

    我们采集的是水系沉积物中的样品,样品代表的是上游的平均值,这是当时世界填图界的主要思想。样品代表一个格子里的平均值,平均值越高,成矿的可能性就越大,金的背景值是2个ppb(液体浓度的一种单位符号,一般读作十亿分之一),达到4个至5个ppb就是异常。在格子中发现异常后,我们就向山坡上、每个小沟溪里去追踪,最后发现金矿所在的位置。

    一个原理和一个技术问题是当时必须要直面回答的。原理问题是金是惰性元素,不溶于水,比重大,为19.3克/立方厘米,不同于铜,可以形成硫酸铜后溶于水迁移。当时大家都以为金是颗粒状,不可能搬运下来。而金在水系里搬运,因为比重大,搬运距离不超过三四百米,就会沉降下来。如果一平方公里采一个样,就探测不到金。这个理论障碍使大家认为,地球化学填图或地球化学调查不适合于直接分析金来找金矿,而是分析伴生元素,如砷、锑、汞等间接找金矿,这也是国外同行提出来的观点。

    国外的主流观点认为,地球化学技术不能用于区域化探,而我们发现的异常却分布在100多平方公里范围内,这就让大家开始反思。因为颗粒金在物理性能上不可能迁移这么远,所以我们就反复测金的颗粒大小,分析为什么会出现这种矛盾。后来我们发现了大量的亚微米金和纳米金,下雨时其会附着在水的悬浮物上一起迁移。我们测量的最远迁移距离,达到30公里,而大颗粒金也就几百米。此发现解决了金的远距离搬运原理问题。在下游采样,就能探测上游是否有金矿。

    另外还涉及到垂向搬运问题。地球化学找矿为什么效果好?因为很多矿,肉眼看不见。地表蚀变带如果出露了,能看到,但是大部分蚀变岩没有出露,肉眼看不见。地表一般都有覆盖物,这种情况下金要能够穿透土壤的盖层,到达地表。土壤中有孔隙,其他元素可以溶解迁移,但金不溶于水,它要想迁移,就得靠纳米颗粒穿透土壤的纳米孔,这样才能迁移到地表。

    任何一个物质小到纳米级的时候,就有类气体性质,金属本来不具备类气体性质,但小到纳米级就有了。类似家里养鱼,氧气泵向水里吹泡泡,气泡就往上走。纳米金也是一样的道理,可以自由漂浮迁移,即使稍微有土壤覆盖,也可以迁移上来,我们在地表采到样品后,可以探测到地下是否有金。纳米金迁移到地表后,还可以随着水流迁移搬运到河里来。

    我们发现,亚微米金和纳米金既可以横向长距离迁移、也可以垂向向地表迁移,这终于解决了金的迁移机理问题。我们可以用此方式调查,发现金的异常,再进行三级异常查证,发现矿化点后,整幅图就完成了,后面工作就交给做地质勘探的工作者。

    第二个技术问题是金的含量在自然界里特别低,背景值只有1个~2个ppb(地壳克拉克值),在实验室就检测不出来。当时对金的分析检出限只能达到50个ppb,导致我们一幅1:20万图幅,采6400个样品,组合成1600件样品,只有高于50个ppb才能报出含量,每个图幅平均只能有四五个百分点得出结果。我们的技术最终把金的检出点降到了0.3个ppb,金检测率得到大幅提高。这是河南实验室的贡献。河南实验室发明了的泡沫塑料和活性炭预富集技术。

    金的含量低,我们用活性炭把它富集到很小的体积。比如10克样品加100毫升王水,溶解后金含量很低,直接测不出来,但把活性炭载到泡沫塑料上,将塑料泡沫放到溶液里,把所有金都吸附到泡沫塑料上,再把泡沫塑料烧了,泡沫塑料就变成灰,往灰里再加入5毫升王水,再溶解。原来是体积100毫升的王水,而现在是5毫升王水,金的浓度就变得高多了。

    这就是预富集金技术。这样金就能够测出来,然后再换算成原始样品的含量。检出限一下子降到了0.3个ppb,我们所采的90%样品都能给出检测结果,而过去100个样品里也许只有一两个能测出结果,其余的90多个样品都白采了。

    问题解决后,我们就可以做地球化学图了。通过地球化学图再把异常区钩出来,异常分布和构造方向叠加起来,检测结果就很清楚了,我们就可以在异常范围内找,而不是在金含量最高的地方,因为金的迁移作用,最高点下面不见得有矿体。这样把构造圈出来,沿着构造带,再加上区域异常,经过查证以后,再找到矿体。这是原理上的突破。

    另一个技术上的突破,是中国对于世界找金的最大贡献,也是中国找矿为什么能取得这么好效果的主要原因。

    截至2000年,全国地化填图完成了大约540万平方公里,从1985年到2000年,我跑遍了全国十七八个省的山山水水,去追踪异常的结果。我把这些成果写在《金的勘查地球化学-理论与方法、战略与战术》一书中。

“在‘一带一路’的中亚国家,我们做了大量工作。”

    《中国黄金报》:“一带一路”的中亚地区,有一条“金腰带”,你们对“一带一路”投入多吗?

    王学求:你看这幅图(王学求拿出中心的一个图表给记者看),“一带一路”地区,紫颜色标注的是与我们新签合作协议的国家,蓝颜色标注的的是项目完成的国家。

    在“一带一路”战略提出前,我们从2001年就已经开始了地球化学填图合作研究。

    “一带一路”战略提出后,国土资源部、中国地质调查局加大了投入,专门设立了“一带一路”地球化学填图工程。我们已经开始与哈萨克斯坦、蒙古、俄罗斯、巴基斯坦、吉尔吉斯斯坦、伊朗、土耳其等“一带一路”沿线国家合作,还有与海上丝绸之路沿线的东南亚国家,如老挝、柬埔寨、印尼等开展地球化学填图合作。

    在“一带一路”的中亚国家,我们团队曾经做了大量工作,中亚国家金矿远景储量非常大,也非常适合黄金开采,因为那些国家的偏远地区基础设施很差。

    比如,你要开铁矿,怎么运出来就是个大问题。但黄金一年产量也就几吨,运输方面不存在问题。

“我们的方法已经辐射到各省地矿局和地质队。”

    《中国黄金报》:媒体经常报道哪个地质队在哪个区域发现特大型金矿,武警黄金部队在哪里发现超大型金矿,但很少报道物化探,为什么?

    王学求:地球化学填图要求在发现异常后,进行三级异常查证,发现达到品位标准或者发现矿化点后,就提交报告,交给地勘单位,去进一步工作和钻探。所以大家常听的发现大型的、中型的金矿的消息,是勘探以后的结果。媒体上报道的也是最终勘探的结果,而前期的大量工作并没有提及。比如1988年发现的新疆阿希金矿,这是新疆第一区调队做的地球化学填图,当时是我去做的指导,发现了异常后,对异常进行查证,发现高品位金矿化,就移交给新疆第一地质大队,进行勘探,是由当时的国家黄金管理局下达储量承包任务,第一期提供了30余吨黄金储量。

    我们是化探原始技术的发源地,地勘单位,包括武警黄金部队的化探技术,也基本上都源于我们的技术。我们的方法已经辐射到各省地矿局和地质队,每个地矿局或地质队都有化探分析实验室,各个省地矿局及所属地质队差不多有600多个实验室,其中,省级以上的实验室30多个。

    《中国黄金报》:物化探所还有那些技术在黄金行业应用?

    王学求:还有物化探所做的金矿标准样。不管是地质找矿还是其他方式找矿,测品位都得用标准样来控制,比如含量多少、品位多少,得有标准作为参照。黄金矿山实验室测金品位也需用此标准样。物化探所总共研制了234个标准样,涉及金等贵金属矿标准样有37个。这些标准样被各行各业广泛使用。

    《中国黄金报》:金异常分布区,主要集中在扬子地台周边、华北地台、西北、西南地区,为什么?

    王学求:这和金矿产出的地质背景有关,我们发现的金矿主要集中在这些区域。东北黑龙江也有金矿,但是森林沼泽区,当时采样方法还不行,异常发现的不是很好。我们正准备对此地区重新化探扫面。内蒙古中西部地区受风沙影响大,采样效果也不好,我们正在研制新的技术,称之为穿透性地球化学勘查技术,去解决这些覆盖区的问题。

    《中国黄金报》:物探和化探之间的关系是什么样的?

    王学求:地球物理勘探提供间接信息,地球化学勘探提供直接信息,两种信息要相互配合。例如,地球物理可以提供构造和岩体信息,因为成矿要有一定的构造或岩体;如果再发现直接成矿元素地球化学异常,直接和间接两种信息互相印证,互相补充,就能更好地发现有利成矿部位。

    从攻深找盲角度,两种方法可以同步。但从区域选区,地球化学勘探做地表工作,应该在前面,先把异常圈定在一定范围,再做地球物理勘探工作,证明下面有没有岩体、构造。

    我们现在正在做的“攻深找盲”穿透性地球化学勘查技术研究,是国家重点项目。攻深找盲,有两种情况,一种是在未知新区,地表被覆盖,这种问题我们已经有效解决;第二种情况是在已知开采区深部找盲矿,但地表往往受到污染,对地球化学勘查形成难题(因为地球化学是地表采样,影响采样效果。),我们目前已经初步找到解决这一难题的路经。

“根据地球化学异常,发现的金矿最小储量是两三吨,最大单一矿体储量达310吨。”

    《中国黄金报》:通过地球化学勘查发现大中型以上金矿有700余处,请列举例子?

    王学求:我国金矿大小划分标准是5吨以下的为小型,5吨至20吨之间的为中型,20吨以上为大型金矿。根据地球化学异常,发现的金矿最小储量是两三吨,最大单一矿体储量达310吨,中型加大型金矿共发现700多处。

    化探发现的大型金矿,都被计入统计表里。比如贵州、甘肃、新疆、四川、河南等省区地矿局出具证明,利用我们科研团队所发展的金矿勘查地球化学理论和方法,直接发现了一系列大型超大型金矿,如贵州烂泥沟、泥堡和水银洞等特大型金矿,甘肃大水和枣子沟等特大型金矿,新疆阿希和康古尔塔格等大型金矿,四川刷经寺和梭罗沟等特大型金矿,河南上宫等大型金矿。

    《中国黄金报》:这些金矿的发现时间?

    王学求:1985年到2000年是地球化学发现金矿的一个集中期。这和那个时期我国开展大量地球化学填图工作有关,那时期一年要做几十幅地球化学填图。那时我们主要做山区部分,现在山区已经完成,剩下平原和盆地。平原和盆地一般没有金矿,所以这些年我们地球化学填图做的少,发现的异常也少了。我们这一轮调查,基本上把全国金矿的区域分布掌握了。但是对于隐伏太深的矿,这种技术还存在缺陷和局限性。

    《中国黄金报》:哪几个典型的例子可以说明技术的局限性?

    王学求:我们是网络化全覆盖,所以发现矿的效果比较好。当时覆盖到全国200多万平方公里时,圈定了10000多个异常,才找到第一个金矿——上宫金矿。不是所有异常都有矿,但只有发现很多异常,大家在里面挑最好的异常,然后去查证。例如从10个异常中筛选出2个去查证。所以说,发现的异常越多,发现矿的概率就越大。河南熊耳山成矿带上宫金矿是第一个找金成功案例,这一矿田总共查明300多吨黄金储量。再向西,从小秦岭地区到西秦岭地区,区域金异常都非常好,是找金矿的有利靶区,比如甘肃阳山金矿也是位于这一异常区内。

    地球化学勘查还有一个大的贡献,是在黔西南发现卡林型金矿。卡林型金矿因为含在碳酸盐岩地层里,金的粒度又小,所以肉眼看不见。贵州贞丰县烂泥沟金矿是根据化探异常在中国发现的第一个大型卡林型金矿。但以前我们并不认识此类型的金矿,只有在美国内华达州发现了世界最大的卡林型金矿集中区。现在我国在黔西南发现的600多吨卡林型金矿,排在世界第二位。

“超微细金的发现改变了我们对金及铂族元素性状的认识。”

    《中国黄金报》:对这一理论和技术,业界是如何评价的?

    王学求:国际勘查地球化学家协会主席,在“勘查 97”的主旨发言中,将超微细金采样理论和技术评述为上世纪90年代勘查地球化学最重要的进展之一:“解决了令人困扰的采样理论难题。”国际标准通讯主编评价:“超微细金的发现改变了我们对金及铂族元素性状的认识,以及实验分析、质量监控和标准样的制备方法。”

    根据这一成果所撰著作《金的勘查地球化学》,被美国地质调查局地球化学实验室主任赵畯田博士称作“一本划时代的巨著”。该项成果由谢学锦牵头,获得国家科技进步二等奖一项,省部级科技成果一等奖两项。

    《中国黄金报》:请大致介绍下地球化学勘查对世界找矿的贡献。

    王学求:地球化学勘查找矿,如果只是偶然发现,不能证明这个理论技术是成熟的,只有批量发现才能证明学科技术比较成熟。如同对地震的预测,以前我国曾经成功预测过辽宁海城地震,但若只有一次预测成功,就不能证明预测地震理论技术是成熟的;除非能成功预测绝大多数地震,才能证明地震预测理论的成熟。

    世界上地球化学找矿总共有3次大的贡献,这在理论界已经形成了共识。第一次大的贡献是前苏联,从1930年一直持续到1970年,共40年的时间跨度,通过金属量测量计划,在中亚地区和远东地区发现了大批的铜矿、铅锌矿等有色金属矿床。采样方法是路线采样,即沿路线每隔500米采一个样品,遇到什么采什么,用光谱量分析技术测定十几个有色金属元素。第二次大规模的发现高潮是从20世纪70年代开始,一直持续到80年代,前后长达近20年时间。北美用地球化学填图,发现了大量的铀矿,特别是在加拿大、美国发现了大量的砂岩型铀矿,而中国是在90年代才在新疆的伊犁发现这种铀矿。方法是水系沉积物采样化探技术,每十几平方公里采一个样,这是加拿大与美国在发现铀矿方面对世界的贡献。第三个大的贡献是中国的金矿化探,对世界金矿床批量发现作出贡献。这三种技术都是成熟的,而且有明确的理论支撑。