低电压偶极子供电方式下的“偶极CHIM”应用效果(岑况,罗先熔《地质与勘探》2006.4).pdf

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资源描述:
第4 2 卷第4期 2 0 0 6年 7月 地 质 与 勘 探 GE OL OGY AND P ROS P E C T【 NG Vo 1 . 4 2 No . 4 J u l y , 2 0 0 6 低 电压偶极子供 电方式下的“ 偶极 C H I M’ ’ 应用效果 康 明 , 岑 况 , 罗先熔 1 . 长安大学地球科学- 9 国土资源学院, 西安7 1 0 0 5 4 ; 2 . 中国地质大学地球科学 与资源学院, 北京1 0 0 0 8 3 ; 3 . 桂林2 r _ 学院资源与环境工程系, 桂林5 4 1 0 0 4 [ 摘要] C H I M法自 提 出以来, 一直在进行着不断的改进, 但依然存在缺陷, 主要表现在设备笨重、 操作复杂、 成本高、 工作效率低, 且大多数情况下只提取阳离子态的金属元素。在新的成晕理论的指导 下, 通过在已知矿区进行低 电压 9 V干电池 偶极子供电方式下的阴极提取实验, 证实其方法有效性的 基础上 , 考虑到阴离子和阳离子都可以提供找矿有用信息的条件下。 首次提出了低电压 9 V干 电池 偶 极子供电方式下的“ 偶极” 提取法, 并在山东招远尹格庄金矿和新疆2 1 0金矿进行 了实验研 究, 结果表 明, 在已知矿体上方阴离子态元素异常也很发育, 将阴离子异常与阳离子异常累加, 可清晰地反 映深部 隐伏矿体的赋存位置。该改进的方法轻便、 成本较低, 可同时提取 阴离子和阳离子态的金属元素, 所获 信息量大、 提取率高, 在野外工作方式灵活, 适合于野外地质勘查和科研工作。 [ 关键词] 偶极地电提取法浅部离子晕隐伏矿床 [ 中图分类号] P 6 3 1 . 3 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 0 4 9 55 3 3 1 【 2 0 0 6 04 0 0 8 1 0 5 O 引言 N E 0 c 删法[ 1 2 ] 。 地电提取法在前苏联称为部分提取金属法 俄 文缩写为 q I I M; 英 文 缩写 为 P E MP a n i a l E x . tr a c t i o n o f M e t a l s ; 其商业代号为 C H I M 。2 O世纪 7 0 年代初期, 俄罗斯学者 Y u s R y s s 等率先提出了 “ 部分提取金属法” 等一系列地电化学勘探技术, 研 制了用于地电提取法野外工作的大功率 C H I M一 1 0 工作站⋯。2 0 世纪7 0年代以来, 俄罗斯应用 C H I M 法在有色金属、 贵金属、 稀有金属矿床普查找矿方面 取得了显著的效果 - 3 。自从 C H I M法提出以来, 各国研究者一直在关注其方法的进展, 并在探索中 前进。1 9 8 1 年, 俄罗斯学者 M il k o v e t al首先提出扩 散提取法 MD E [ 4 3 ; 1 9 8 7年伍宗华运用水电化学测 量法在我国胶东西部金矿区进行了首次试验 ; 1 9 9 3 年张茂 忠、 周奇 明等人提 出了室 内电吸附 法 ; 我国研究者刘吉敏、 费锡铨、 罗先熔、 谭克仁 等经过试验研究, 提出了吸附一电提取法, 并取得了 显著的找矿效果 _ 7 。 。 ; 1 9 9 3年以色列学者 A L e v i t s - k i 提出“ 偶极提取法” “ D i p o l e C H I M” ; 1 9 9 4年 美国地质调查 局的 R W L e i n z和 D B H o o v e r提 出 l 低电压偶极子工作方式下的“ 偶极 C H I M” 法的提 出 1 以往地电提取方法技术改进存在的问题集 中表现为 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 他因素 如车辆、 动物以及人的行走等 所破坏, 造 成供电中断。② 以溶液为载体的提取器, 过程后载 体溶液的剩余量差异极大, 进而影响各测点电场的 稳定; 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 泡塑吸附式元素提取器虽避免了液体式提取器 的缺点, 但长期以来一直使用阴极提取, 选择提取的 全是带正电荷的元素。事实上, 很多金属元素都可 形成负离子络合物, 尤其是存在氯化物时, 地表土壤 中更易于形成金属元素的负离子络合物 1 3 3 。L e v i t s k i 1 9 9 3 提 出了“ 偶 极 C HI M” 法 , 可 同时提取 带 正电和带负电的元素 , 在元素提取器上有很大改进, [ 收稿日期] 2 0 0 6 0 6 1 5 . [ 修订日期] 2 0 0 6 0 2 2 0 _ [ 责任编辑] 曲丽莉。 [ 基金项目] .1 十五” 国家科技攻关计划课题 编号 2 0 0 1 B A 6 0 9 A一 0 3 资助。 [ 第一作者简介] 康明 1 9 6 5年一 , 男, 2 0 0 4年毕业于中国地质大学, 获博士学位, 研究生, 副教授, 现主要从事地球化学专业工作。 8 1 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 6正 但由于设备笨重、 操作复杂、 成本高、 工作效率低而 难以在生产中推广使用。 2 低电压偶极子工作方式下的“ 偶极 C H I M” 法提出的理论基础及实验研究基础。地电提取法是 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, 其中的金属阳离子在电场作用下向负极移动, 阴离子向正极移动, 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电源 向下供电, 而中国和美国的学者都认为电提取的能 力是有限的, 用 5 0 0 m A 的电流所得结果与用 2 0 m A 电流并无大的差别 。根据地电化学离子晕的形 成机理可知 , 地电提取法只是提取近地表的浅部 离子晕, 这种离子晕是由各种地质营力 如电化学 场、 地球气、 地下水等 搬运至地表, 然后人工电场 驱使这些离子沉积在 电极上。 基于上述理论基础, 在广西横县泰富金矿和广 西大瑶山西侧北段盘龙铅锌矿进行了低电压“ 偶极 子” 供电方式的阴极提取实验研究 , 实验结果 表明 低电压 9 V “ 偶极子” 地电提取方法和高电 压 2 2 0 V 无穷远极地电提取方法均能较准确地反 映深部矿体的赋存位置。但在已知矿体上方, 低电 压 9 V “ 偶极子” 地电提取方法所得异常比高电压 2 2 0 V 无穷远极地电提取方法更清晰。说明方法 的改进是有效 的。 在吸收前人方法技术改进研究成果的基础上 如固体吸附电极 泡塑电极 的研制、 “ 偶极” 提取 等 , 根据地电提取方法技术存在的不足 如设备笨 重、 操作复杂、 成本高、 工作效率低 , 不能满足普查工 作的需要等 , 考虑到地质勘查的实用性 、 可操作性 和工作量大等特点, 必须对其方法技术作进一步改 进, 使之适用于地质勘查的详查和普查阶段, 并且提 高提取率, 获得更多的找矿信息。改进的方法技术 8 2 为 低电压 9 V干电池 “ 偶极子” 供电方式下的“ 偶 极” 提取 。 2 工作 方法 1 将无穷远极供电方式改为作用区域供电方 式。即 在每一测点上挖一长方形采样坑为作用区 域 , 阴极和 阳极均为泡塑电极制成 , 间隔 3 0 c m摆放 在采样坑底部, 阴极和阳极通过导线分别与 9 V干 电池的正极与负极相连, 这样将电场能量集中作用 在有效提取域范围。 2 强调电场形态强度的一致性。即在各测点 的提取器上施加同样大小的电压 9 V干电池 , 并 保持每一测点作用区域的形状和大小一致 因为 E 一 K u r / 2 r r 。 3 以作用区域为对象, 在其中倒入一定量的酸 性提取液 , 以碳棒上裹 已经过特殊处理 的泡 塑和滤 纸组成的离子接收器, 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 , 可同时提取 阴离子和阳离子, 因而所获信息量大 、 提取率高, 在 野外工作方式灵活, 适合于野外地质勘查和科研工 作。 3 应用 效果 3 . 1 山东招远尹格庄金矿低电压偶极子方式下的 “ 偶极 C HI M” 实验研究 山东大尹格庄金矿床属于中低温热液裂隙充填 破碎带蚀变岩型金矿床, 它除具有蚀变岩型金矿床 的一般特征外, 矿体还具有“ 深、 大、 贫、 难” 之突出 特点u , 即深 矿体埋藏深, 矿体埋藏深度 2 2 0 m, 矿 体赋存标高在 ⋯1 0 0 6 0 0 m之间; 大 矿体规模、 地质储量大, 1 、 2 两个主矿体走向延伸各 6 O 0 9 0 0 m, 工程控制矿体斜长 6 0 0余米 , 最大水平厚度 上百米, 其储量之大在全国名列前茅; 贫 矿石品位 低, 在中段生产勘探样品中1 . 5 X 1 0 ~一 3 X 1 0 者 占3 0 %以上, 大于5 X 1 0 的样品不足 1 5 %。在采 场中1 . 5 X 1 0 一一 3 X 1 0 的样品占2 5 %以上; 难 开采难度大。矿体直接赋存于区域性的招一平断裂 带中, 次级断裂构造、 裂隙发育, 矿岩破碎, 极易坍 塌 。 矿床范围内的蚀变带以黄铁绢英岩、 绢英岩化 碎裂岩、 黄铁绢英岩化碎裂状花岗岩为主, 其分布明 显受断裂构造及岩性的控制 , 主要发育在大的断裂 蚀变带 内花 岗闪长岩一侧 , 以及断裂下盘花岗闪长 维普资讯 第 4 期 康明等 低电压偶极子供电方式下的“ 偶极 C H I M” 应用效果 岩体内的次级构造 中。矿体严格受断裂构造的控 制。矿区内已发现蚀变带2 0 余条, 其规模较大的分 别为 1 、 2 、 3 、 4 蚀变带, 1 、 2 、 3 蚀变带均位于 招一平断裂带中, 其他分布于招一平断裂带的下盘, 规模一般较小。 区内的主要含矿蚀变带为招一平断裂带。它位 于矿区中间, 南北纵贯全区, 分别被道头、 南周家、 大 尹格庄断裂截断, 该 区出露长度 8 0 OOm, 宽 4 0~ 1 4 0 m, 走向2 0 。 , 倾向南东, 倾角2 8 。 ~ 5 0 。 。主要由 黄铁绢英岩、 绢英岩化花岗闪长质碎裂岩和绢英岩 化花岗闪长岩组成, 局部地段绢英岩化糜棱岩或变 粒岩质碎裂岩发育。 1 矿体呈隐伏状态分布 于 5 4~6 8线之间, 一 1 0 0~一 6 3 0 m 标高范围内。矿体在深部仍未封 闭。矿体 的总体走 向与招一平断裂 一致, 走 向 N E 2 0 。 , 倾向 s E, 倾角 2 7 。 ~ 4 0 。 , 平均倾角 3 0 。 。矿 体最大走向长度 7 4 0 m, 平均品位 4 . 0 3 X 1 0 ~, 矿体 厚度一般为2~ 1 0 m, 最大2 0 m。矿体受招一平断裂 的控制, 均分布其下盘 0 ~ 6 0 m的范围内。 在 1 矿体 6 4线已知剖面上进行 了地 电化学 “ 偶极” 提取实验 图 1 。该剖面均为第四纪残一 坡积物覆盖, 无矿化污染, 所测剖面上有5 个钻孑 L 见 矿。 可以看得出, 在隐伏金矿体上方有清晰的地电 提取阳离子和阴离子异常显示。A u的阳离子异常 阴极提取 只在富矿体上方显示出高值异常, 而 A u的阴离子异常 阳极提取 在隐伏矿体上方异常 值较连续, 峰值明显。这二者结合应用, 可起到相互 补充的效果。阳离子和阴离子含量累加, 所得异常 图既在富矿体上方显示出高值异常, 又可大致反映 隐伏矿体的宽度。所以, 在充分调查地质成矿背景 的前提下, 将阳离子异常和阴离子异常分别成图, 尔 后对阳离子和阴离子总和进行成图, 结合地质背景 综合解释, 将会提高异常评价的效果。 3 . 2 新疆2 1 0金矿低电压偶极子方式下的“ 偶极 C H I N” 实验研究 新疆2 1 0金矿床位于星星峡东南 2 4 k m处, 金 窝子凸起南西部的2 1 0单斜中, 产于上泥盆统金窝 子组的糜棱岩化炭质层凝灰岩及凝灰角砾岩中, 已 查明6条工业矿体, 金总储量 1 0 t _ 1 。 I 号矿体为主矿体, 赋存于 2 1 0层间构造破碎 带下部, 受黄铁矿化糜棱岩、 糜棱岩化、 黄铁矿化角 砾岩控制, 矿体呈似层状 , 走向北东, 倾向北西, 倾角 1 3 。 3 0 ~1 9 。 3 0 。全长 9 5 0 m, 厚 0 . 5 7~1 5 . 4 6 m, 平 2 0 1 6 1 2 8 4 0 8 6 4 2 0 2 0 1 6 1 2 i 8 4 0 7 4 7 0 6 6 6 2 5 8 5 4 5 0 4 6 4 2 3 8 3 4 3 0 2 6 2 2 l 8 7 6 7 2 6 8 6 4 6 o 5 6 5 2 4 8 4 4 4 o 3 6 3 2 2 8 2 4 2 O点号 1 1 0 图 1 山东招远尹格庄金矿 1号矿体6 4线地电“ 偶极” 提取异常剖面图 A u c 一阳离子类 阴极提取 ; A u A 一阴离子类 阳极提 取 ; A u A C 一阳离子和阴离子总和 均厚 2 . 8 8 m, 厚度变化系数为9 9 %, 属不稳定类型。 金分布很不均匀, 一般为 3 X 1 0 ~~1 0 X 1 0 ~, 最高 品位达 1 2 1 . 9 6 1 0 ~, 平均品位 4 . 1 1 1 0 ~, 品位 变化系数为 2 1 9 %。 矿石矿物主要是 自然金和黄铁矿, 少量黄铜矿、 方铅矿、 闪锌矿、 白钨矿、 褐铁矿、 孑 L 雀石、 蓝铜矿、 菱 锌矿 、 针铁矿等; 自然金粒度 0 . 0 2 7~ 0 . 0 6 8 m m, 石 英中偶尔可见 明金。 该次选择 2 1 0金矿的 I号剖面进行地电化学方 法研究, 剖面长 1 4 0 0 m, 点距 1 0 0 m 。以矿体为中心 向两边延伸。采用改进的地 电提取法“ 偶极 8 3 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 6正 子” 供电方式下的“ 偶极” 提取。 图 2为新疆 2 1 0金矿 区低 电压 9 V干 电池 “ 偶极子” 供电方式下的“ 偶极” 提取实验剖面, 可以 看出, 在金矿体上方阳离子异常 阴极提取 不发 育, 只是在矿体的延深部位有异常显示; 而阴离子异 常以“ 双峰” 式展布在矿体上方, 且异常幅值较阳离 子异常高, 具一定的连续性。阳离子和阴离子总和 所得异常在矿体上方和矿体的延深部位均以“ 双 峰” 式展布, 异常幅值较高, 连续性较好, 显示出较 好的找矿效果。 2 4 2 O 穹 1 6 2 I 2 8 4 0 2 4 2 O 舍1 6 l 2 8 4 0 8 6 ; 4 2 O 电方式下的“ 偶极” 提取法。称之为“ 偶极C H I M ” 技 术, 是因为所用电极类似于由等值的正、 负电荷组成 的电偶极。将元素接收器接人正极和负极, 其间距 与相邻点间距相比可忽略不计。这样的几何条件可 同时提取活动态的正离子和负离子。 2 通过在山东招远尹格庄金矿、 新疆 2 1 0 金矿 等已知矿区的实验研究, 对地电提取方法进行了改 进, 首次提出了低电压“ 偶极子” 供电方式下的“ 偶 极” 提取方法技术, 经过实验研究, 应用效果较好。 3 在矿体上方, 将阴离子异常与阳离子异常累 加, 可清晰地反映深部隐伏矿体的赋存位置。 [ 参考文献] [ 1 ] R y s s Y u s , G o l d b e r g I S . 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I d e al CHI M wi t h n e wl y d e v e l o p e d N E O C H I M e l e c t r o d e [ J ] . E x p l o r e , 1 9 9 4 , 8 3 1 0 1 5 . L e v i t s k i A ,Fi l a n o v s k i B,Bo u r e n k o T,e t a1. “Di p o l e ” CHI M c o n c e p t a n d a p p l i c a t i o n [ J ] . J .G e o c h e m . E x p l o r . ,1 9 9 6 , 5 7 1 01一l l 4. L e i n z R W ,Ho o v e r D B.Th e Ru s s i o n CHI M me t h o d-- e l e c t r i c al l y o r d i ff u s s i o nd r i v e n c o l l e c t i o n o f i o n s [ J ] ,E X P L O R E , 1 9 9 3, 7 9 1 59 . 康明.金属矿床地电化学成晕机制及其在矿产勘查中的应 维普资讯 第4期 康明等 低电压偶极子供电方式下的“ 偶极 C H I M” 应用效果 用研究[ D ] . 北京 中国地质大学, 2 0 0 4 . [ 1 6 ] 康明, 罗先熔. 地电化学方法的改进及应用效果[ J ] .地质 与勘探 , 2 0 0 3 , 3 9 5 6 36 6 . [ 1 7 ] 康明, 罗先熔, 庞保成, 等. 地电化学法在广西横县泰富金 矿的应用效果[ J ] . 桂林工学院学报, 2 0 0 4 , 2 4 1 2 4 2 7 . [ 1 8 ] 姜新强, 张瑞忠, 姜新德, 等. 大尹格庄金矿床构造及控矿特 征[ A ] .林吉照.山东招金集团公司矿山地质论文集 [ C ] . 北京 地震出版社, 2 0 0 1 1 7 3 1 8 0 . [ 1 9 ] 王学求, 聂风军.西部荒漠戈壁区大型铜镍金矿勘查评价技 术及综合示范[ R ] .廊坊 中国地质科学院地球物理地球化 学研究所 , 2 0 0 3 . 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T h e p r e v i o u s C H I M h as h e a v y e q u i p me n t , c o mp l i c a t e d o p e r a t i o n p roc e d u res , h i s h c o s t a n d l o w w o r k i n g e ffic ie n c y , a n d i n mo s t c ase s o n l y p o s i t i v e l y c h a r g e d mo b il e f o r ms a r e c o ll e c t e d .W it h t h e n e w h alof o r ma t i o n t he o r y.t e s t s o f e x a c t i n the c a t h o de e l e c t r i fi e d b y l o w v o l t a g e “ d i p o l e ” w a s c a r r i e d o u t a t k n o wn mi n e a r e as ,an d t h e i r f e asi b il i t y a n d a v a i l a b i l i t y we r e v e ri fie d .Ac c o r d i n g t o an i o n i c as we l l as c a t i o n i c s p e c ie s ma y p r o v i d e u s e f u l i n f o rm a t i o n,“d i p o l e ” C HI M e l e c t r i fi e d b y l o w v o l t age d i po l e was fi refl y p r o po s e d。an d fie l d t e s t s o f t h i s i mp rov e d t e c h n i q u e h a v e e n a b l e d i d e n t i fi c a t i o n o f d i s t i n c t m u l t i e l e me n t ano m al i e s a t Yi n g e z h u a n g g o l d d e pos i t i n S h and o n g and a t 2 1 0 gol d d e p o s i t i n X i n j i ang . Th e t e s t d a t a i n d i c a t e d tha t a n i o n i c s p e c i e s an o mali e s o f e l e me n t s a r e v e ry o b v i o u s abo v e the e x i s t i n g o r e b o d i e s ,an d t h e s u m o f an i o n i c s p e c i e s ano ma l i e s o f e l e me n t s an d c a t i o n i c s pe c i e s a n o mali e s o f e l e me n t s e n abl e s i d e n t i fic a t i o n of the pos i t i o n o f the d e e p l y b u rie d o re b o d y .T he i mp r o v e d CHI M h a s s i mp l e e q ui p me n t , c o n v e n i e n t o p e rat i o n p r o c e d u r e s ,l o w c ost and e n ab l e s s i mu l t an e o u s e x t r a c t i o n o f an i o n i c an d c a t i o n i c s p e c i e s of e l e me n t s .Th u s ,mu c h u s e f u l i n f o r ma t i o n c an b e o b t a i n e d,and the r a t e o f e x t r a c t i o n i s h i g h.S o i t c a n b e印p l i e d a t g e o l o g i c al s u r v e y and r e s e a r c h e s . Ke y wo r d s “ d i p o l e CHI M ”me tho d,e p i g e ne ti c i o n i c h alo,c o n c e ale d d e p o s i t 江西探 明国 内最大钽铌 矿 据 地持勘查导报 报道。7月5日召开的全国有色金属行业地质找矿成果交流会显示, 我国有色地质 行业在重点成矿区带找矿取得重大突破, 江西横峰县钽铌矿, 钽储量近3万 t , 为目前国内最大钽铌矿储量的 3 倍。 各有色地质勘查单位近几年加强了所在省 区 重点金属成矿区带的地质勘查工作, 提供了一批中一大 型矿产勘查基地, 在多个矿种实现了找矿突破。江西有色地勘局在横峰县找到了相当于此前我国最大的宜 春钽铌矿 3 倍的大型钽铌矿葛源钽铌矿, 钽的储量近 3 万 t ; 新疆有色地勘局通过加强阿尔泰蒙库铁矿 的工作, 探获铁矿储量 1 亿多吨, 新增优质富铁矿储量 8 0 0 0 多万吨, 使其上升为我国目 前发现的西北地区第 二大、 新疆第一大铁矿床; 辽宁有色地勘局在青城子外围找金也获得新突破, 新增黄金储量十几吨; 湖南有色 地勘局加强科技创新 , 在郴州找到了新类型的锡矿 , 对于扩大我国找锡的 目标 范围具有非常重要的示范意 义 。 在地勘队伍不断取得找矿成果的同时, 有色金属矿山企业也高度重视地质找矿, 许多矿山企业还建立了 自己的地质勘查队伍, 出台了鼓励找矿的相关措施, 取得了在老矿区深边部找矿的重大进展。金川集团利用 井下巷道进行深部探矿, 在镍矿体深部新发现了厚大的矿体, 新增资源储量 1 2 7 0 多万吨; 云南铜业集团通过 加强深部和外围找矿, 4年共探获铜资源量4 8 . 7 7 万 t , 相当于为自己又增加了一个大型铜矿床。 8 5 维普资讯
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