我国地电提取测量法的应用现状及研究方向（罗先熔,段冶《桂林工学院学报》1995.1）.pdf

第15卷第1期 1995年1月 桂林工学院学报 JOURNAL OF GUILIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 我国地电提取测量法 的应用现状及研究方向 罗先熔 交2台 桂林工学院沈阳黄金学院 摘要地电提取测量法可分为浅部测量法和深部测量法，其在寻找隐伏矿 方面具有一定的优势。该法探测深度大，并具有较单一确定探测目标性质的 能力;也可用于厚层外来堆积物覆盖区，在常规物、化探方法无效或效果不 佳的情况下发现和强化异常。今后需加强成晕机制、影响因素、应用条件等 问题的研究，进一步优化设计仪器装备。正确选择不同的测量方法，以达到 快速、高效、准确地确定探测区的地质情况的目的。从现有研究程度分析， 该方法还不宜在生产单位全面推广。 关键词地电化学;地电提取测量法;应用;现状;研究方向;中国 中图号P632 Vol.15 No.l Jan. 1995 地电提取离子测量法是70年代来发展起来的电化学找矿方法之一。该方法在前苏联 被称为部分提取金属法QHM，由列宁格勒大学盯.c雷斯等人创建。目前该方法已在 前苏联广泛应用，其理论研究及仪器装备均居世界前列，并引起西方国家地质找矿界的注 意。 我国在80年代初，首先由沈阳240所高云龙等人参照前苏联的理论和装置，开始了 地电提取装备的研究，1986年陆续推出4种型号的电源控制仪以及元素接收器等主要部 件，经室内模拟和野外实践，确立了方法和仪器的可行性。与此同时，南京地质学校费锡 佳等亦模索研究出一套浅部电提取理论和野外技术方法，并在新疆305项目中取得了成 功。通过短训班等交流形式，两家不同程度地开展了该方法的生产性试验及应用技术研 究。电提取离子法是一种以离子晕为基础的，采集离子态元素信息的物理与化学相结合的 方法。方法理论依据充分.实际效果也较明显。但就目前而言，方法本身尚不完善，尚需 对方法技术和机理以及仪器装备等领域进行深入地研究。 1 发展现状 1.1 对方法机制的认识 前苏联地电专家IO.C雷斯认为部分提取金属法的基础是岩石矿石的电化学溶解 1993年1月3日收稿。 第一作者简介罗先熔，男，1953年出生，硕士，副研究员，地球化学专业。 第15卷第l期罗先熔等我国地电提取测量法的应用现状及研究方向35 过程，溶解了的组分在电流作用下的运移，元素在测点的积累和沉定。地电化学时量曲线 是研究在实际介质中进行的地电化学作用的一种方便的形式，它由几个线段构成，每一段 都反映相应介质中的作用。在电场结构给定条件下，根据时量曲线的参数gm/gt和t。可 以推测介质的特点，而提取到的组分直接说明所研究地质体的组份。“雷斯曾提出“为了达 到普查的目的，部分提取金属法的基本方式应当是除了记录对应于具有表生晕的周围介 质的时量曲线第1段外，还要记录具有远方深成矿体特征的时量曲线第2段和第3段。此 外，只记录曲线第1段这种方式的部分提取金属法也是有益的。确实，表生晕的存在使得 矿体上及远离矿体处元素含量不同，在部分提取金属法观测中发生的元素强制积累，使得 有可能发现那些强度低于分析测定灵敏度的晕。“J 在国内高云龙等研究者指出地面以下由土壤、岩石、矿物、地下水、间隙气、液组 分等可视为多成分不均匀分布的电解质，在地表按→定装置供以长时间强电流，可使部分 金属离子由覆盖区及地质体中释出并发生迁移，通过对阴极上沉淀的金属阳离子的测定分 析‘即可达到找盲矿的目的。“①由此研究出一种深部提取法。持这-种观点的实质是把 地壳作为电解池，通过地表供电来提取离子，有些类似于工业上的电镀，所不同的是，在 地壳的实际条件下，垂直和水平方向的离子分布是不均匀的，因此，供电电流越大，供电 时间越长，离子浓度越高的地段，阴极元素接收器上沉淀的离子也就越多。总体上说，地 壳电解池亦符合法拉第电解定律，即电极上析出的物质Q与电流J和作用时间 t成正比 Q C .1. t 在国内持另一种观点的研究者认为1地表供电其电场主要作用范围仅限于表层 O几米，因为强度与深度呈负平方衰减关系EOC1/r2; 2根据离子淌度的计算认 为，就目前的供电条件，离子一昼液的迁移距离在几几十厘米范围，因此不可能在有限 的时间内直接从矿体上提取到离子信息。在矿体与地下水溶液接触面附近，被溶解了的与 矿体有关的元素形成了深度较大的离子晕，这些离子晕经漫长地质年代，在地电场、浓差 扩散、温差效应、压差效应以及地下水循环等因素作用下，会不断地向近地表松散层迁 移。由于离子态元素比较活跃容易扩散、流失、还原、沉淀以及有源矿体补充， 在矿体上方近地表松散层中必然存在着可指示矿体并与其达到动态平衡的离子晕。通过电 提取即可获得这种离子信息，据此可达到找矿目的。2②持该观点者认为，能指示矿体 存在的离子晕在以一定装置向地下供电之前就已达近地表几十几百厘米的范围内，因而 在供电中对电流强度要求不高。以致于一次供电能在数条剖面同时开工，同样能取得令人 满意的找矿效果，由此便研制出-套浅部提取法。 1.2 仪器装备及野外工作方法 在前苏联，为实现部分提取金属法观测，专门制造出lJllM-lO测站。测站包括电 源、整流器组，控制元素接收器的电流系统与面板、流动化学实验室和野外装备。电源以 柴油发电机组形式挂于单轴拖车上。该测站能同时进行28个元素接收器的观测，接收器 沿地表剖面或钻孔分布。测站功率lOKW，通过所有元素接收器的最大电流为20A。化 ①高云龙.地电化学勘探方法，1986 ②王文龙.电提取离子法中的电流问题.黄金地质科技，1992, 2 63-66 1995年 学实验室内配备有能分析各种元素的装备。野外装备包括元素接收器、电缆电线，为了进 行测井，qUM一10测站还备有卷扬机，绞车上卷有多心电缆。 国内因起步晚，与前苏联相比尚有一段差距。到目前为止，我国以上述前一种观点即 深部提取法为指导思想而设计的仪器有沈阳240所出品的DT4-30型DDHKI-21型等型 号，此外还有地矿部地质技术经济中心鲁光宇和廊坊地矿部物化探研究所刘吉敏联合研制 出DHJ-l型电化学探金仪。它们均由3部分构成1多道电源控制仪2元素接收 器或称元素提取器;3供电电源。 电源控制仪的主要作用是控制 各道的场强大体相同;元素接收器 是由特制的接收膜容器、金属或石 墨电极、酸性接收液等组成阳极。 其野外工作装置如图1.2所示。 该装置工作时采用剖面测量形 式，供电电压200300V，总电流 39A，各道电流0.20.6A 与 发电机和阴极个数及接地电阻等有 关，供电时间一般要求20h以 上。在新区开展工作前，应选择典 型剖面在整个供电期间定时取样分析，制作地电提取时量曲线，并据此选择最佳供电时间 及平均供电电流。目前，每条剖面野外工作完毕后，尚需将液体样送室内化验室分析，因 ‘而生产周期较长。此外，还因没有配套的汽车，仪器装备显得有些笨重，致使工作强度显 得比较大，并给人们以成本高、工作效率低的感觉。 以第2种机制为指导思想设计的装置， 又叫做浅部提取法。它无需专门的电源控制 仪，工作时仅需将交流电整流或直接使用干 电池供电。阴极采用固体电极，目前主要采 用泡塑经过特殊处理的、对各种阳离子具 有很强吸附能力的泡沫塑料包炭粹的提取 电极。工作时即可作长剖面测量，也可作面 积测量，一次供电可完成上百个阴极点的电 提取过程图3，的。供电电压没有统一要 求，可按具体情况确定。每个阴极的电流强 度在几几十mA之间。阴极点距5-40 m，此外，共用电极埋设点与采样电极的间 距要求50mo供电完毕，将泡塑直接从 电极坑内取出送化验室分析。 1.3 找矿效果 据不完全资料统计，目前全国至少已有50多个单位开展了电提取离子法的生产和研 究工作，范围遍及东北、西北、华南和华东地区。在各种不同的厚层覆盖区包括厚层冲 桂林工学院学报36 图1军部电提取野外装置示意图 Fig.l Sketch map of the installation of main field equipment of deep electro -extraction 元素接收器 地面 lEus----i 极捧 电碳 铜或 填士 离子接收膜 外保护网 提取液 图2野外元素接收器装置示意图 Fig.2 Sk巳tchmap oftheιonfiguration of an element receiver in site 第15卷第1期罗先熔等我国地电提取测量法的应用现状及研究方向 37 连接导线 图3吸附电极野外装置示意图 Fig.3 Sketch map of configuration of carbon rod with material-absorbing in site 积物、厚层淤积物、厚层残坡积物、厚 层黄土及戈壁覆盖区及干旱、潮湿地 区都已经取得了一定的找矿效果。已进 行的试验及生产证明，方法有效的矿种 有铜、铅、铮、金、银、锡、镇、钻、 呻、锦等。涉及的矿床成因类型包括高 -低温热液矿床、沉积改造型矿床、火 山沉积变质充填型矿床、层控矿床等， 应用较多的是金矿，其次是铜、铅、铮 矿等矿种。通过试验，在盲矿体上方该 方法有效率达90。据该法所获异 常，经深部工程验证，见矿的有7处。其中常规物、化探方法无异常显示，地电提取有异 常，后经验证见隐伏矿的有3处。这说明该方法对寻找某些常规物、化探方法不易发现的 隐伏矿体有独特效果口〕。 1.4 主要功能和作用 从以往的工作实践及该方法的特点 看，电提取测量的主要功能和作用为 1地电提取法在一定条件下可作 为评价常规物、化探异常的一种有效手 段。这是因为它具有较单一确定探测目 标性质的能力。 2地电提取法可用于厚层外来堆 积物覆盖区，常规化探无效果或效果较 差的情况下发现或强化弱异常。 源用干13dν/∞ f根导线连接的所有阴极接收器\ |1111 1IIIIIIILl11111111 图4浅部电提取野外装置示意图 Fig.4 Sketch map of installation of field equipment of shal10w electro-extraction 3地电提取探测的基础是活泼性较强的离子态信息，因此，它的探测深度大于常规 化探方法。 4在矿体离子晕存在前提下，电提取法不仅能在厚层覆盖区发现贵金属矿床如 金、银矿，而且对大多数贱金属矿如铜、铅、铮、肺、锦等也有-定的找矿效果。 2 存在问题 2.1 对方法相理的深人认识问题 关于方法机理，对前述的2种观点，从研究方法本身来看，作者认为文献2中阐 述的基本方式---部分提取金属法，相当于国内研究者提出的深部提取法，而分散晕方式 的部分提取金属法相当于国内研究者提的浅部提取法。至于说电场作用的范围以及在以地 壳为电解槽的电场中离子是如何迁移，迁移速度大小尚有待进一步研究b 2.2 对地电化学时量曲线的作用认识 从有关资料看，有相当一部分工作者对作为观察阴极元素积累情况的地电化学时量曲 线的作用认识不足，表现在工作未做或少做这项观察。作者认为不仅应该坚持观测，而且 38 桂林工学院学报1995年 还应研究。m/t及t。这2个参数与矿体或离子晕埋深及矿体规模的关系，并摸索出经验 公式。 2.3 阴极问题 目前我国有“溶液型“和“固体型“2种阴极，其作用相同，都是为了接受被提取的金属 离子。溶液型阴极的设计者较好的考虑到了阳极及附近土壤可能出现的OH-积累问题， 而设计让金属或炭棒电极浸在酸性液体内，这样较好的保证了离子的提取，但存在接收液 渗漏问题。后一种固体型阴极，成本低且能起到沉淀吸附金属阳离子的作用，但主要问题 是，随供电时间增长，会出现阴极和附近土壤碱化问题。为避免OH一与所提取组分结合 成难溶化合物，必须采取某些相应的措施。此外，固体型阴极有时还容易被污染。 2.4分析手段 目前，电提取样品有2类液体样、泡沫塑料灰化样，因无统一要求，各家根据实际 条件采用了各不相同的分析手段。表示含量的单位如何b，ppm，吨，等均可见到，使同 一矿种的分析结果有时无法对比。作者认为，在找金矿时，统一用绝对单位纳克ng 较为合理。 3 进一步研究的方向 就目前的研究程度来看，地电提取法还不宜在生产部门全面推广。从长远技术储备角 度出发，应当尽快把该方法列入科研和开发规划，采取研究与应用相结合的方式，并注意 把握好研究方向。 3.1 加强方法旧里研究 目前因受科研经费限制，各级部门对研究的着眼点又放在找矿效果上，所以使研究者 无法投入一定的精力放在方法机制的研究上。在研究岩矿石的电化学溶解过程方面，前苏 联以及澳大利亚的G.J. S. Govett等已取得不少成果。但是，他们只是对硫化物型矿床及 垂直产状的矿体论述较多，而对缺乏硫化物或矿体较缓的层状矿体的电化学作用过程的报 导很少。目前，无论是在前苏联还是在国内，对于电提取机制的第2个环节一-溶解了的 组分在电流作用下运移的研究不够深入，或者说这方面的说服力不足。至于第3个环节一 一元素在测点的积累和测试，前苏联的研究者特别强调地电化学时量曲线的应用，但其研 究仍然显得不够深入。作者认为，对上述的第2、第3环节的深入研究将有益于方法技术 和装备的完善、建立积累参数与矿体的埋深、规模、成分的相关关系。 3.2 加强对影响因素、应用条件等问题的研究 任何一种方法的研究和应用都有一定的影响因素和应用条件，这2个问题研究的程度 如何，是直接关系到方法的应用推广效果。因此，可从以下几个方面进行1矿体的电 化学溶解能力2离子晕的电迁移速度3矿体上方的离子通道条件;4地表覆盖 层条件5不同景观的地质地球化学条件6气候及接地条件。 3.3优化设计仪器装备 包括仪器的轻便化，阴极装置规范化。固体电极应统一选用液体吸附剂浸泡过的泡塑 作吸附材料，对浅部提取法应统一用干电池作电源，优化选择共用电极及建立配套的分析 手段。 第15卷第1期罗先熔等我国地电提取测量法的应用现状及研究方向 39 3.4 方法的选择 浅部提取法具有仪器装备简便、适用的地形条件多、工作效率高等优点，可以通过进 一步研究找到一套适合于大普查阶段应用的最佳工作指标，包括干电池供电电流强度的大 小、供电时间的长短以及阴极的选择等。在浅部提取法发现异常后，再考虑进行深部提取 的详查研究，最后提出钻探验证的孔位，这样可以减少盲目施钻带来的经济损失，而且还 能使发现隐伏矿床的过程变得快速和准确。另外，应逐步使该方法规范化，以便能在全国 范围内推广应用。 参考文献 1 IO. C雷斯著，张肇元译.地电化学勘探法.北京.地质出版社，1986. 5-56 2 费锡俭.电提取离子法.北京，地质出版社，1992. 3-30 3 罗先熔.地电提取离子异常形成机理探讨.地质与勘探，1992, 10; 48-56 THE PRESENT SITUATION OF APPLICATION OF THE GEOELECTROCHEMICAL EXTRACTION IN CHINA AND ITS RESEARCH DIRECTION Luo Xianrong Research Institute of Hidden Ore Prognostication, Guilin Institute ofTechnology Duan Ye Shenyang College ofGold Abstract The gcoelectrochemical extraction may be divided into shallow survey and deep survey having an advantage in prospecting hidden ore deposits. This has deep prospecting and is applied to a thick-bedded covered area of allochthonous accumulation. On the condition of nullity or little effect by using conventional geophysical and geochemical exploration s anomaly may be discovered and strengthened. Re- searches on problems concerning the halo-ing mechanism, the inf1uence factor and the application condition must be enhanced. The design procedures and instrumental equip- ments are further optimized. Meanwhile, different surveyings are correctly selected to understand the geological conditions in the prospecting area with high-speed, efficiency and accuracy. On the basis of present research degree this is not suitable for exten- sive spread in practices. Key words geoelectrochemistry; geoelectrochemical extracon ; application; present situation; research direction; China