地电化学方法的改进及应用效果（康明,罗先熔《地质与勘探》2003.5）.pdf

第 3 9卷第 5期 2 0 0 3年 9月 地 质 与 勘 探 GE0L0GY AND PR0SPECTI NG Vo 1 ． 3 9 No ． 5 S e p t e mb e r ， 2 0 0 3 地 电化 学方 法 的 改进 及 应 用 效 果 康 明 ， 罗先熔 1 ． 中国地 质大 学 ， 北 京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 桂林 工 学院 ， 桂 林5 4 1 0 0 4 [ 摘要 ] 通 过 对地 电化 学找 矿 法研 究 现状 的分 析 ， 基 于金 属 矿 床 地 电化 学 成 晕机 制 的新 认 识 ， 提 出了用于地质勘查的地 电化 学改进方法， 克服 了以往 C HI M 方法设备笨重， 操作 不方便 ， 提取 液容 易渗 漏 ， 工作效率低等缺点。该方法在广西南乡泰富金矿进行 了试验研究 ， 在 已知金矿体上方和构造破碎带 上方均有 A u地 电化 学高值异常出现 ， 在厚层覆盖地段进行 了找矿预测 ， 部分地段通过探矿 工程揭露， 找 到 了金矿体 ， 证 实了改进的地 电化 学方法的可行性和有效性。 [ 关键 词 ] 地 电化 学广 西泰 富金 矿 [ 中 图分 类号 ] P 6 3 2[ 文 献标 识 码 ] A[ 文章编 号 ] 0 4 9 55 3 3 1 2 0 0 3 0 50 0 6 30 4 l 地 电化学的研 究现状 地 电化 学 方 法 在 前 苏 联 称 为 “ 部 分 提 取 金 属 法” C H I M 。它 由前苏 联 列 宁格 勒大 学 I OC雷斯 等在 2 0世 纪 6 0年代末创建 推 出 ， 7 0年 代研 制 出成 套完备 的野外工 作设 备 ， 并逐 步 在勘 查找 矿 中得 到 广泛应用 。 西方 国家在 2 0世纪 8 0年代末期才对该 方法 引 起 重 视 。 2 0世 纪 8 0年代 初 以来 ， 该 方 法在 我 国 引起 广 泛关注 。1 9 8 4年 南京 地 质 学 校 费锡 铨 提 出 了 电提 取离子法 的理论 和野 外工 作技 术方 法 ] ， 后来 徐 邦 梁 、 高云龙等人对地 电化 学找矿方法进行深 入研究 ， 并参照前 苏联 的理论 及 仪 器 开发 出相 应 的工 作设 备 ， 1 9 8 6年陆续推 出 4种型 号 的电源控 制仪 及元 素 接收器等 主要部 件 ， 经 多年实践证实 ， 该方法及仪 器 设备是可行 的 ， 有效 的。与此 同时 ， 罗先熔在 国内十 几个省 的 2 0余个 矿 区 ， 在不 同 的厚层 覆盖 区， 不 同 的矿床类 型上 开展 了地 电化 学找 矿 的系列 研究 ， 取 得 了良好 找 矿效 果 J 。地 矿 部 物 化 探所 刘 吉 敏 、 刘 占元等 人从事 地 电化 学找 矿试验 研 究 ， 在仪 器设 备 的改进 方面做 了一 些 尝试 和研 究工 作 ， 取得 了较 好 的进展 J 。这 些 年来 人 们 普遍 反 映地 电化 学 方 法是 工作效率低 ， 设 备 笨重 ， 野 外技 术可 操作 性 差 以及缺乏统一标 准等 问题 。 9 0年代 以来 ， 地 电化学 的从事者 们通 过不懈 的 试 验研究和摸索 实践 ， 逐 渐 明确 了地 电化学 方法 技 术改进 的方 向和途经 ， 沿着 轻便化 、 实用性 、 规范 化 和技术可操作性 的 目标 奋进 ， 各家 的仪 器设 备虽 不 尽相 同 ， 但 都取得 了相应 的地 质找矿效果 。 2 地 电化 学 方 法 的改进 2 ． 1 方法改进的理论基础 地 电化学方 法是 将地球 物理 、 地 球化 学 和电化 学综合交叉 为一 体组成一新 的找 矿方法 。它是利用 地球物理手段 ， 在人 为电场的作用下 ， 与矿有关 的金 属离子平衡发 生 了变 化 ， 其 中 的金 属 正离 子在 电场 作用下 向阴极移 动 ， 并形成 电解物 ， 收集 并分析 电极 上吸附 的电解物 ， 可发现 与矿有 关 的金属离子异 常 ， 从而达到找矿 和评 价的 目的。 在地 电提取 法 的研究初 期 ， 研 究者们 一直认 为 在 电场 的作用下 ， 电流通 过大 地形成供 电回路 ， 赋存 于地下几百米深 的金属正离子 以及带正 电荷的水溶 物质将 向负极迁 移 ， 在 负极位 置上 预先 设 置有专 门 的接收装置 ， 对迁移到 负极来 的物质进行接收 。 事实 上 ， 人为 电场是 不可 能直 接作用 到几百 米 深部隐伏矿 ， 使得离子迁移 至地 表 。 原苏联学 者认 为人工 电场是驱使金 属离子从深 部上升 的动力 ， 为加大探 测深 度 ， 他们使 用装 在汽车 上 的大功率 的电源 ， 而 中 国和美 国 的学者 都认 为 电 [ 收稿 日期 ] 2 0 0 30 31 0； [ 修订 日期 】 2 0 0 30 6 0 2． 【 责任 编辑 】 余 大 良 【 基金 项 目】 广西 黄金局 金 资源危 机矿 山找 矿研究 编号 2 0 01 6 7 资助 。 [ 第 一作者 筒介 】 康明 1 9 6 5年 一 ， 男 ， 2 0 0 1年毕业 于 中南 大学 ， 获 硕士 学位 ， 在读博 士生 ， 现 主要从 事勘查 地球 化学 研究工 作 。 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 3正 提取 的能力 是有 限 的 ， 用 5 0 0 mA的 电流 所 得结 果 与用 2 0 mA 电流并 无 大 的差 别 。越来 越 多 的研 究 人员发现 ， 电提取 只是提 取 电极 周 围早 已存在 的离 子 。这种 离子可能是 由其它 营力 ， 如地下水 、 自然 电 场 、 地球气等搬运至地表， 然后人工电场才能驱使这 些离子 沉积在电极上 。 。 。 本次在广 西横县南 乡泰 富金 矿的试验研究结果 表 明 图 1 ， 在 高功率 电池 9 V 供 电条 件下 ， 提取 A u的平 均 值 为 4 5 ． 1 9 X 1 0一， 最 高值 为 1 2 5 ． 8 9 X l 0一， 最低值 为 3 ． 9 8 X 1 0 一； 而 在 发 电机 供 电条 件 下 ， 提取 A u的平均值 为 3 0 ． 4 4 X 1 0 一， 最 高值为 8 9 ． 1 7 X 1 0 一， 最 低 值 为 3 ． 5 0 X 1 0一。即 大 电 流 2 2 0 V供电条件下测点 的元素异 常 含量值 与小 电流 9 V干 电池供 电条件下测点元 素含量值相 比， 小 电流 供 电条件下 的测量 结 果更 清晰 ， 说 明电提取 过程 作 用在于对提取器周 围局部介质 中的所提取 物质进行 选择 ， 并加 以浓集 。土壤 介质 中弱 的电迁 移物 质信 息通过局部范 围的浓集强化 ， 达到能够分辩 的强度 ， 从而实现对异常形 态的“ 放 大” 再 现。 u ／ l o { 图 1 广西横县南乡泰富金矿 2 6 ． 5线 A u地电化学剖面图 l 一泥 质粉 砂岩 ； 2 一 构造角 砾岩 ； 3 一残 坡积 层 ； 4 一 已知矿体 ； 5 一 推测 矿体 2 ． 2 技术 改进 的思路和改进办 法 2 ． 2 ． 1 以往地 电化学法技 术存在 的 问题 1 寄希望通过 大电流提取 地下几百米 深 的金属 离子， 所以通常使用功率较大的发电机或民用电， 通 常使用长 电线 连接各测 点的终点及 无穷远处 布设正 极 ， 使得方法技术变得 十分繁琐 ， 而且 操作 上很不 方 便 ， 在供 电过程 中也容易 被人 为因素 或其它 因素 如 车辆 、 动物 、 以及人 的行走等 所破坏 ， 造成供电中断 。 2 以溶液为栽体 的提 取器 ， 过 程后栽体 溶液 的 剩余量差异极 大 ， 进 而影 响各测 点 电场 的稳定 。另 6 4 外 ， 直接刮取 电极 表面 电沉积物结 层的方式 ， 存在 人 为操 作误 差 。这些都将造 成结果 的一致性 失真 。 3 地矿部物化探 所刘 吉敏 、 刘 占元 等人 研制 的 固体吸附式元素提取 器虽避免 了液体式提 取器 的缺 点 ， 但 用于地质勘查 工作 中还是 不够 轻便 ， 效 较低 ， 而且成本较 高 。 2 ． 2 ． 2地 电化 学 方 法技 术 的 改进 办 法 根据地 电化学方法技术上多年来存在 的不足 ， 考 虑到地质勘查的实用性 、 可操作性 和工作 中任务量大 等特点 ， 作 者对地电化学方法技术作 了如下改进 1 将无穷远 极供 电方式改 为作 用 区域 供 电方 式 。即 摈弃原来 在无 穷远 处 布设 一 电极 作 为公 用 正极每一测点 布设 离子 收集器 作 为负极 的作 法 ， 现 改 为在 每一 测点上挖一半径 为 3 0～ 5 0 e m 的采样 坑 为作 用区域 ， 用一金 属片作为正极 ， 以离子收集器作 为负极 ， 正极 与负 极 之 间通 过 导线 与 9 V干 电池 相 连 ， 这样将 电场能量集 中作用在有效提 取域 范围。 2 摈弃 电流一致 的技术要求 和仪器发展模 式 ， 而强 调电场形态强度 的一致性 。即要 求各测点提取 器周 围一定范 围内电场形态 和强度的统一 。 3 以作 用区域 为对象 ， 在其 中倒人一定 量 的酸 性提 取液 ， 以碳棒 上裹 以经 过 特殊处 理 的泡 塑和滤 纸组成 的离子收 集器 ， 取代 直 接刮取 碳棒 表 面 电沉 积物结层 。 这种方法 的特点是轻 便 、 成本较 低 ， 在野外 工作 方式灵活 ， 适 合于野外地质勘查 和科 研工作 。 3 方法改进后 的应用效果 3 ． 1 工作区概况 工作 区位 于广西 横县 南 乡金矿 区 l 8～3 8线 地 段 ， 地理坐 标 为东经 1 0 9 。 0 9 5 0 ”～1 0 9 。 1 0 5 6 ” ， 北 纬 2 2 。 3 7 l 0 ” 一 2 2 。 3 7 3 5 ” ， 工作区面积约 2 k m2 。 工作 区属低 山丘 陵 地形 ， 北 高南 低 ， 海 拔 标 高 2 8 9 m， 最低 6 0 m， 平均相 对高差 2 0 0 m， 坡 度角一般 小于 3 0 。 。属亚热带季 风气 候 ， 夏季 炎热 多雨 ， 冬季 温暖无 冰冻 。年 平 均 气 温 2 1 ． 5 ℃ ， 年 平 均 降 雨量 1 4 8 7 m i ll ， 年蒸发量 1 5 9 0 m i ll ， 年平均相对湿度 8 0 ％， 在春夏雨季 山沟 中有季节性地表径流 ， 秋冬季干旱。 南 乡金 矿区 曾先后有广西 自治区地矿局下属 的 地勘 队伍开 展 过 区域 地质 矿 产 调查 和普 查 找 矿工 作 。矿 山 自发现 以来 ， 经过数年 的开 采 ， 面临资源危 机 ， 为 了延 长矿 山服务年 限 ， 急需找一些新 的赋 矿地 段。针对本区的自然地理景观条件， 常规方法很难 有新 的突破 ， 所 以本 次 采用 化探新 方 法 地 电提 维普资讯 第 5期 康明 等 地 电化学 方 法 的改进 及 应用 效果 取 法 ， 这种 方法经多年验证 ， 用于覆盖 区找 矿效果较 好 。 3 ． 2 工作 方法 1 剖面 的布设 地电提取法沿勘探线方 向布设剖面 ， 开展地 电化 学测量 。西区主要布设 在 2 3 ． 5线 ～2 6 ． 5线 ， 东 区主 要布设在 3 5线 ～ 3 8线 ， 线距 5 0 m， 点距 一般 2 0 m， 在 地质构造条件有利地段按 1 0 m进行加密布点 。 2 离子 收集 器及供 电极 的安 置 在 每一测点位置挖 深 3 0～ 4 0 c m， 直径 3 0 c m的 坑 ， 将离子收集器 和制 好的金属正极 置于坑 中， 间隔 一 定距离 ， 倒人 配置好 的酸性提取液 ， 然后用挖 出的 土 回填 压紧 ， 用 电极 导线 将 金 属 正极 与 9 V 高能 电 池 的正极 相连 ， 电池 负极与离子 收集 器相连 ， 电池置 于坑外 。 3 样品 的收集 将 离子收集器及 供 电极安置好 后 ， 隔 2 4 h ， 从采 样坑 中取 出离子 收集 器 。作为离子 收集器的载体物 质 泡塑 ， 在提 取 过 程之 前 ， 是 预 先被 装 入 提取 电 极 的 ， 这种载 体物 质本 身是 纯净 的， 在 电提 取之 后 ， 从提 取器 中取 出的载 体物质被作 为电提取 样 品。 4 样 品分析 将载体物质 泡塑 从 离子 收集 器 中取 出， 晾 干 并编号 ， 装入袋 中送化验 室分析 ， 本 次化验分析是 由 中国人 民武 装警 察部 队黄 金 第 三支 队实 验 室 承 担 的 ， 分析 元素 A u ， 为了监控 分析质量 ， 我们 还插入 了 监控样 ， 从监 控 样 结 果来 看 ， 合格 率 1 0 0 ％ 。所 以， 分析质量是可靠 的 。 3 ． 3 应 用效果 为了进一 步确认这种方法 的有效性 、 可行性 ， 在 广西南 乡泰富金矿西 区 2 6 ． 5线上 作 了大 电流 2 2 0 V交 流电 与小 电流 9 V干 电池 试 验对 比， 如 图 1 所示 ， 用高功率 干电池 9 V 法提取 的 A u异常 值较 高 ， 清晰度较好 ， 而且稳定性好 。说 明用高功率 干电 池法能 充分 将 上升 到 地 表 的深 部 成矿 信 息 提 取 出 来 ， 所 以在该 区全部采 用 高功 率干 电池 法进 行地 电 化学测量 。 此 次在广西横县南 乡泰富金矿共作 1 4条剖 面。 西 区 7条 ， 东 区 7条。在这些剖 面中明显看得 出 在 已知矿体 上方 有 双峰状 的高值 异 常 出现 图 2 ； 在 构造破 碎带 、 硅化 构造 角砾 岩带 的上方 也有 明显 的 双峰状 高值异 常 图 3 。此 外 ， 在 覆盖较 厚 地段 测 量 出多处双峰状高值 异常 图 4为其 中一 例 ， 推测 为掩埋矿 、 隐伏 矿体 ， 有 几处 经过露天挖掘 ， 已见矿 。 进一 步说 明该方法 在本 区开 展工 作是 可行 的， 而且 效果较好 。 同时也说 明 ， 该方法值得 推广应用 。 圈1 圆2团3圆4圆5国6 图2 广西横县南乡泰富金矿 3 7线 A u地电化学剖面图 1 一泥 质粉 砂岩 ； 2 一构 造角砾 岩 ； 3 一 残坡 积层 ； 4 一 已知 矿体 ； 5 一 推测 矿体 ； 6 一 页岩 图 3 广西横县南乡泰富金矿 3 5 ． 5线 A u地 电化学剖面图 l 一 泥质 粉砂 岩 ； 2 一 构造 角砾 岩 ； 3 一 残坡 积层 ； 4 一 已知矿体 ； 5 一 推测矿 体 ； 6 一 页岩 A u ／ 1 0 舳 6 o 4 0 2 O O 圈1 圆2圜3 圆4 图4 广西横县南 乡泰富金矿 3 5线 A u地电化学剖面图 l 一 泥 质粉 砂岩 ； 2 一 构 造角砾 岩 ； 3 一 残坡 积层 ； 4 一 推测矿体 65 维普资讯 地 质 与勘探 2 0 0 3矩 4 结1 音 [ 3 ] 罗先熔， 杨晓． 地电化学测量找寻隐伏矿的研究及找矿预测 的 勘 尽 ， 隐 伏 、 深 部 军 2 矿4 删3 5 1蝴．常 成 晕 机 难识别矿是新世 纪地质勘 查工作 者面临 的一 场新 的 带 lJ 及找矿预测[ J ] ． 地质与勘探 ，2 o 0 2， 3 8 2 5 9～6 2 ． 革命 ， 地 电化学方法是较好的方 法之 一。地 电化学方 [ 5 ] 刘占元， 崔爱明． 电提取过程作用条件问题讨论[ J ] ． 物探与 法在寻找隐伏矿方面 已取得 了很多成果 ， 在 寻找深部 化探， 1 9 9 7 ， 2 1 2 1 1 5 ～ 1 2 2 ． 盲矿 的应用效果较好 ， 但 由于技术上存在一些 问题 和 [ 6 ] n h a r d w l e i n z , D o n a l d B H o o v e r , T h e R u s s i a n C H I M m e t h 一 缺陷 ， 在地质 勘查 技术 上并 没有得 到大 规模 推广应 o d l 。 - ， e l l e 9 9 c t ri 3 c ， a 1 7 l y 9 - o ，l r d 5 i ff ～ u 9 s i ． o “一 d “ 。 u ‘ i 。 “ 。 ⋯ E 一 用， 所 以 地电 化 学 方 法 技 术 朝 着 轻 便 化、 实 用 性、 灵活 [ 7 ]I谢 学 锦 ， 邵 跃 ， 王 学 求 ． 走 向 2 l 世 纪 矿 产 勘 查 地 球 化 学 性 、 可操作性 、 工作效率高等方 向改进势在必行。 [ M] ． 北京 地质出版社， 1 9 9 9 ， 9 8 ． KANG Mi ng 一 ． LUO Xi anr o ng 街 霈 杂志是 由原国家科委、 中华人 民共和国新闻 出版 署批 准 的 ， 由 中 国黄 金 集 团公 司主 管 、 长 春 黄金 研 究 院主 办的 综合 性 技 术刊 物 ， 也是 黄 金 行 业 惟 一 的 综 合 性 科 技 期刊 。主 要 报 道 黄 金 行 业 及 其 相 关行 业 在 经 济 管 理、 黄金 市场 、 工业应用 黄金及贵金属 、 黄金地质 、 采矿 工程 、 机 电与 自动 控 制 、 选 矿 与 冶 炼 、 分 析 与 环 保 等 方 面 的科研 成 果 ， 以 及 新 理 论 、 新 技 术 、 新 动 态 、 新 方 法 、 新 工 艺 、 新设 备 、 生产技 术 经验 等 内容 ， 同时 开辟 了首 饰 之 苑、 企业之 窗 、 信 息 纵横 、 读编 往 来等 栏 目。 为发 展 和提 高 黄 金 生产技 术 水平服 务 ， 为 中 国黄 金 科技 进 步服 务 ， 为 厂 矿 企业 、 广 大读者 及 用户服 务 。 现为 美国 化 学文摘 C A 检 索文献 源， 为 中国 学术期 刊 综合评 价 数据 库 统 计 刊 源 ， 已被 中 国期 刊 网 、 中国期刊 全 文数 据 库 、 万 方数 据 数 字 化期 刊群 和中国核心期刊 遴 选 数据库全文收录， 入 编 中国学术期刊 光盘版 。 内容翔 实， 信息量大， 实用性 强， 具有权威性。 其发 行量 大 ， 覆 盖 面广 ， 现 已遍 布 黄金 、 冶金 、 地 质 矿 产 、 有 色金属 、 核 工业、 化工、 金融等 系统及金银珠宝饰品行 业 等 。 广告树立了企业形象， 创 出了企业名牌 ， 提高 了企 业知 名度 ， 增 加 了企 业 效益 ， 是 黄 金行 业 的供 求 信 息 指南。广告有彩 色版 和单 色版 两种 ， 价格合 理， 效 果 突 出 ， 效益 显著 。 为 月刊 ， 刊 号 I S S N 1 0 0 11 2 7 7 C N 2 2一 l l 1 0 ／ T F， 彩 色封 面 ， 6 4页， 国 际 开 本 2 9 7 mm 2 1 0 ra m ， 国 内外公 开发 行 。 国 内邮发 代 号 l 24 7 ， 全 国各 地 邮 局 均 可 订 阅 ； 国外发 行 代 号 M3 3 3 l ， 由 中国 国 际 图书 贸 易总 公 司承 办。国内每期 定价 l 0 ． 0 0元 ， 全年定价 1 2 0 ． 0 0元。 需订阅者， 可到当地邮局 所 订阅， 也可直接通过 黄 金 杂 志社发行 部订 阅 。我 部长年 办理零 订 、 邮购 业务 。 地址 吉林省长春市南湖大路 6 7 6 0号 黄金杂志社发 行 部 邮编 l 3 0 0 l 2 电话 0 4 3 l 一5 5 2 9 8 3 8 、 5 5 1 4 5 8 6转 3 0 6 6 传真 043 l 一5 5 2 1 8 6 1 网址 h t t p ／ ／ w w w． c c ． c o rn ／ g o l d Em a i l j o u rna l c c g r i ． c o rn 维普资讯