史長義, 馮 斌, 彭 敏, 張富貴, 張必敏,孔 牧, 白金峰, 周國華, 孫 躍
(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,廊坊 065000)
地球化學(xué)勘查(化探)起源于西方,世界上第一本地球化學(xué)圖集誕生于英國。中國自1951年在安徽月山首開化探工作之先河,1978年謝學(xué)錦院士提出,并由物化探所提供技術(shù)支撐和負(fù)責(zé)技術(shù)監(jiān)督的中國地球化學(xué)填圖計(jì)劃——“區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃”的實(shí)施,標(biāo)志著中國的化探工作迎來了一個(gè)新高潮,為我國區(qū)域化探進(jìn)入世界先進(jìn)行列奠定了基礎(chǔ)。從此,中國的化探工作掀開了歷史的新篇章。在以謝學(xué)錦院士為首的老一輩化探專家的帶領(lǐng)下,經(jīng)過幾代化探工作者的不懈努力,中國的化探走過了從無到有,從弱到強(qiáng)的奮斗之路。發(fā)展到今天,無論是在勘查地球化學(xué)理論,還是在化探方法技術(shù)方面,尤其是地球化學(xué)填圖(和分析測試與質(zhì)量監(jiān)控)技術(shù),都取得了舉世矚目的成就,已處于國際領(lǐng)先地位,形成了一套獨(dú)特的、卓有成效的研究思路、理論和方法技術(shù)體系[1]。
物化探研究所是1957年2月正式成立的,而化探實(shí)驗(yàn)工作由謝學(xué)錦院士從1951年就開始了。物化探所的化探是伴隨著中國化探的發(fā)展而同步成長的。物化探所一直引領(lǐng)著中國化探方法技術(shù)的開發(fā)和研究工作,在中國化探的發(fā)展史上留下了濃墨重彩的一筆。在中國化探發(fā)展的歷程中,物化探所起到了開拓、組織、實(shí)施、技術(shù)指導(dǎo)和質(zhì)量監(jiān)督的作用。
物化探所幾代化探工作者經(jīng)過71年堅(jiān)持不懈、孜孜不倦的努力,勘查地球化學(xué)理論和方法技術(shù)不斷豐富和完善,引領(lǐng)了中國的勘查地球化學(xué)工作,取得了輝煌成績。物化探所主持研究的以區(qū)域化探理論與方法技術(shù)、礦區(qū)化探理論與方法技術(shù)等為代表的創(chuàng)新性研究成果,為我國勘查地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展和地質(zhì)找礦做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。地球化學(xué)塊體理論和方法技術(shù)的提出形成了一整套新的礦產(chǎn)勘查戰(zhàn)略及礦產(chǎn)資源追索與潛力評價(jià)方法技術(shù)體系,礦床原生暈元素分帶序列模型在巖石(原生暈)異常評價(jià)和找礦中發(fā)揮了重要作用,地球化學(xué)異常的識別方法與評價(jià)體系的創(chuàng)新研發(fā)得到廣泛應(yīng)用,地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)模式的提出提升了地球化學(xué)異常模式研究的深度和廣度,深部礦產(chǎn)資源立體地球化學(xué)勘查方法技術(shù)體系不斷完善,區(qū)域地球化學(xué)填圖、多目標(biāo)多尺度地球化學(xué)填圖、土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的實(shí)施,油氣和天然氣水合物地球化學(xué)勘查方法技術(shù)的不斷深入研究,系列地球化學(xué)元素豐度與背景值不斷提出,地球化學(xué)圖集的研制與出版,勘查地球化學(xué)樣品多元素分析測試方法技術(shù)的日臻完善,研制的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,使得物化探所的化探在勘查地球化學(xué)理論研究、異常解釋推斷與評價(jià)、基礎(chǔ)地球化學(xué)研究、資源勘查、環(huán)境評價(jià)、生態(tài)建設(shè)中的地位和作用不斷提升,也促進(jìn)了中國化探事業(yè)的發(fā)展和勘查地球化學(xué)理論與方法技術(shù)的不斷進(jìn)步。
獨(dú)一無二的“四位一體”地球化學(xué)科研創(chuàng)新平臺:聯(lián)合國教科文組織全球尺度地球化學(xué)國際研究中心-國家現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心-自然資源部地球化學(xué)探測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國土資源部地球化學(xué)勘查監(jiān)督檢測中心-中國地質(zhì)調(diào)查局地球表層碳-汞地球化學(xué)循環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,顯示出物化探所勘查地球化學(xué)在國際國內(nèi)的突出地位。中國地質(zhì)學(xué)會勘查地球化學(xué)專業(yè)委員會自成立之日起一直掛靠物化探所彰顯出其化探在國內(nèi)行業(yè)的領(lǐng)軍地位,而依托物化探所建立了聯(lián)合國教科文組織全球尺度地球化學(xué)國際研究中心,則確立了中國化探的國際領(lǐng)先地位。
筆者在簡單回顧了中國勘查地球化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹了71年來物化探研究所在勘查地球化學(xué)理論研究和化探方法技術(shù)研究開發(fā)方面所取得的主要成果。
謝學(xué)錦等[2]通過綜合研究提出了地球化學(xué)塊體理論,并指出地球化學(xué)塊體為大型至巨型礦床的形成提供了必須的物質(zhì)條件。以地球化學(xué)塊體理論為指導(dǎo),通過極低密度、超低密度到低密度采集泛濫平原沉積物,獲取不同層次地球化學(xué)模式,利用地球化學(xué)譜系樹追索大規(guī)模成礦作用,逐步濃集聚焦至大型巨型礦床所在地,是“迅速掌握全局,逐步縮小靶區(qū)”的礦產(chǎn)勘查新戰(zhàn)略。形成了一整套新的礦產(chǎn)勘查戰(zhàn)略及礦產(chǎn)資源追索與潛力評價(jià)方法技術(shù)體系。
邵躍[3]通過大量礦床原生暈研究,提出了中國的熱液礦床原生暈分帶理論和礦床原生暈元素垂直分帶模型與分帶序列,以及運(yùn)用元素分帶模型對地球化學(xué)異常評價(jià)的一般方法。分帶序列模型可用于地球化學(xué)異常的含礦性評價(jià)、地表礦化剝蝕水平估價(jià)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了一系列巖石地球化學(xué)測量找礦方法技術(shù),總結(jié)了不同礦床評價(jià)指標(biāo)[4]。礦床原生暈元素分帶序列模型在巖石(原生暈)異常評價(jià)和找礦中發(fā)揮了重要作用。
1.3.1 地球化學(xué)勘查模型和預(yù)測評價(jià)
開展了我國主要類型Cu、Au礦床(田)區(qū)域地球化學(xué)勘查模型研究和大型金、銅、多金屬礦床地球化學(xué)勘查模型研究。首次建立了有關(guān)Cu、Au礦床類型礦床的礦帶(1:200 000尺度)→礦田(1:50 000尺度)→礦床(1:10 000尺度)三個(gè)不同尺度的系列地球化學(xué)找礦模型及找礦評價(jià)指標(biāo),建立了20幾個(gè)銅鉛鋅礦的區(qū)域地球化學(xué)異常模式和20幾個(gè)銅礦的礦床異常模式;建立了我國西部地區(qū)斑巖型銅礦、層控型銅多金屬礦、巖漿熱液型銅礦、火山巖型銅多金屬礦、夕卡巖型銅多金屬礦、破碎蝕變巖型金礦、微細(xì)浸染型金礦的區(qū)域地球化學(xué)異常模式和找礦評價(jià)指標(biāo)[5-11]。吳承烈等[12]還建立了26個(gè)斑巖型銅(鉬)礦、夕卡巖型銅礦、巖漿型銅鎳礦、海相火山巖型銅礦、沉積變質(zhì)一熱液改造型銅礦、熱液脈型銅礦床的地質(zhì)一地球化學(xué)勘查模型。
1.3.2 異常結(jié)構(gòu)、異常結(jié)構(gòu)模式與找礦預(yù)測
史長義等[13-14]從系統(tǒng)論觀點(diǎn)出發(fā),提出了多元素異常組合劃分的方法、異常結(jié)構(gòu)和區(qū)域地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)模式(RAGSS model)的概念。異常結(jié)構(gòu)是指在一定范圍內(nèi),有成因聯(lián)系的多個(gè)異常要素(包括地物化遙)在空間上的有序分布模式[15]。異常結(jié)構(gòu)模式[13-14]是指與成礦作用有關(guān)的各個(gè)多元素異常組合的空間有序分布之總體結(jié)構(gòu)特征,用于表征各個(gè)異常組合所構(gòu)成的總體“成礦異常面貌”。并據(jù)此建立了3個(gè)礦帶和14個(gè)礦田的區(qū)域地質(zhì)地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)模式[13-21]。異常結(jié)構(gòu)模式突出了常量元素作為成礦環(huán)境指示元素和區(qū)域地球化學(xué)負(fù)異常[22]的地質(zhì)地球化學(xué)意義,突破了元素分帶模型傳統(tǒng)思維,提升了地球化學(xué)異常模式研究的深度和廣度。異常結(jié)構(gòu)模式的提出和方法實(shí)踐,給找礦遠(yuǎn)景評價(jià)、找礦預(yù)測提供了全新思路,建立了礦床級的地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)模式[23-27]。
史長義等[13-14, 20]提出的區(qū)域地質(zhì)地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)(GGRAS)模式找礦預(yù)測法,采用建立由礦帶→礦田→礦床的區(qū)域地質(zhì)地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)模式,以異常結(jié)構(gòu)和地質(zhì)特征結(jié)構(gòu)來反映成礦的地球化學(xué)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境,形成了以地質(zhì)特征和異常結(jié)構(gòu)模式為基礎(chǔ),建立礦田(床)或成礦區(qū)帶區(qū)域預(yù)測評價(jià)指標(biāo),進(jìn)行區(qū)域異常篩選與評價(jià)和找礦預(yù)測的思路和方法。在對中國銅多金屬礦區(qū)域地球化學(xué)異常特征研究的基礎(chǔ)上,提出了大中型銅多金屬礦的區(qū)域地球化學(xué)異常成礦預(yù)測準(zhǔn)則,以及主成礦元素、成礦規(guī)模、成礦類型和剝蝕程度的定量預(yù)測評價(jià)指標(biāo)[16-17, 20-21]。
1.4.1 快速評價(jià)與篩選多元素地球化學(xué)異常的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-RESMA系統(tǒng)
在謝學(xué)錦院士[28]主導(dǎo)下研制出了借助于計(jì)算機(jī)的適合我國區(qū)域化探數(shù)據(jù)處理與解釋的多元素解釋推斷系統(tǒng),即快速評價(jià)與篩選多元素異常系統(tǒng)(RESMA系統(tǒng))。其目的是將地球化學(xué)多元素?cái)?shù)據(jù)中所蘊(yùn)藏的大量地質(zhì)找礦信息以直觀的、易于與地質(zhì)地理環(huán)境相聯(lián)系的方式展現(xiàn)出來,這一系統(tǒng)盡量避免主觀因素的介入,所得結(jié)果可以重現(xiàn),也可以在圖幅之間進(jìn)行對比研究,并為使用者進(jìn)一步的主觀解釋推斷提供便利。以后又引入了史長義[29-30]提出的異常疊合度和多元素綜合異常元素組合表達(dá)式兩項(xiàng)內(nèi)容,對RESMA 系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),形成RESMA-II系統(tǒng)[31],使其系統(tǒng)功能更強(qiáng)。利用改進(jìn)后的RESMA-II系統(tǒng)的處理結(jié)果開展了新疆西準(zhǔn)噶爾成礦區(qū)和青海東昆侖成礦帶區(qū)域化探異常的篩選和成礦區(qū)帶圈定與優(yōu)選,取得明顯實(shí)效[32-33]。
1.4.2 勘查地球化學(xué)專家系統(tǒng)(ESIGE)
1988年~1990年,王偉榮等[34]開展了一次實(shí)現(xiàn)化探專家系統(tǒng)的探索,研制了基于微機(jī)的“勘查地球化學(xué)專家系統(tǒng)(ESIGE)” ,建立了破碎帶蝕變巖型金礦勘查地球化學(xué)專家知識庫,開發(fā)了一個(gè)專家知識庫進(jìn)行金礦咨詢工作的軟件系統(tǒng)。作為首次研制的化探專家系統(tǒng),ESIGE的目標(biāo)是用于全國區(qū)域化探掃面中的異常評價(jià)工作。系統(tǒng)由5個(gè)子系統(tǒng)組成:(1)原始資料、數(shù)據(jù)信息獲取和專家咨詢子系統(tǒng);(2)知識庫、數(shù)據(jù)庫及其管理子系統(tǒng)等;(3)推理機(jī)子系統(tǒng);(4)結(jié)果報(bào)告和解釋子系統(tǒng);(5)圖形顯示子系統(tǒng)。
1.4.3子區(qū)中位數(shù)襯值濾波(SAMCF)法
史長義等[35]提出的子區(qū)中位數(shù)襯值濾波(SAMCF)法是一種建立在非常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理方法。引入穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù),采用分子區(qū)的思路,以子區(qū)模擬背景場的空間變異,以EDA技術(shù)[36-37]計(jì)算異常臨界值,用襯值為基準(zhǔn)度量場值的起伏變化。SAMCF法采用動態(tài)背景即不同子區(qū)采用不同的異常下限來圈定襯值異常,不僅可以突出強(qiáng)異常及壓抑背景噪音的影響,而且還可以強(qiáng)化高背景區(qū)弱小異常,特別是更有利于發(fā)現(xiàn)低背景區(qū)的弱小異常。以中心窗口為局部異?;蛟肼?,以遠(yuǎn)離中心窗口的環(huán)帶數(shù)據(jù)作背景,不將中心窗口及其近鄰的數(shù)據(jù)參與背景運(yùn)算,可以排除局部變化對背景趨勢的影響,使得背景更加“干凈”。經(jīng)SAMCF 法處理,可以同時(shí)識別出正異常和負(fù)異常。SAMCF 法強(qiáng)化了對弱小異常信息的顯示與識別,克服了因地球化學(xué)背景高低差異給異常識別帶來的影響,為弱小異常的識別提供一種有效解決方案。
1.4.4 區(qū)域地球化學(xué)異常解釋與評價(jià)
開展了區(qū)域地球化學(xué)異常的解釋推斷研究[29, 38-40],用異常疊合度[30]來研究區(qū)域性多元素異常組合及推斷其主成礦元素,并強(qiáng)調(diào)了區(qū)域地球化學(xué)負(fù)異常在異常解釋評價(jià)中的重要意義[41-42];提出了用區(qū)域濃集系數(shù)[43]研究微量元素區(qū)域分散與富集規(guī)律,利用區(qū)域化探資料研究基礎(chǔ)地質(zhì)問題[29, 44-45]。開發(fā)出的區(qū)域地球化學(xué)異常快速篩選與評價(jià)系統(tǒng)[40, 46],在實(shí)際應(yīng)用中取得了實(shí)效[47-48]。
方法技術(shù)研究是物化探所的立所之本。自1951年開始,幾代化探專家都在孜孜不倦地進(jìn)行著方法技術(shù)的研究、開發(fā)和推廣工作,取得了一大批創(chuàng)新性研究成果。從區(qū)域到局部,從調(diào)查到勘查/找礦,從出露區(qū)到覆蓋區(qū),從淺部到深部,從資源到能源,從野外采樣到室內(nèi)樣品分析,從數(shù)據(jù)處理解釋到地球化學(xué)編圖,開展了各種化探方法技術(shù)的開發(fā)和研究,包括國際地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)、區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)、多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)、土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)、油氣和天然氣水合物地球化學(xué)勘查方法技術(shù)、39-54-78元素配套分析測試方法技術(shù)與分析質(zhì)量監(jiān)控方案、RESMA系統(tǒng)、SAMCF系統(tǒng)等,特別是尋找深部隱伏礦盲礦的各種化探方法技術(shù),從傳統(tǒng)的到非傳統(tǒng)的,從地表的到地下的,從固體介質(zhì)到氣體介質(zhì),從原生介質(zhì)到次生介質(zhì),從巖石、土壤到植物的各種找礦的化探方法技術(shù)逐步形成了方法技術(shù)體系。找礦實(shí)踐證明,這些化探方法技術(shù)在礦產(chǎn)勘查乃至深部找礦中發(fā)揮了重要的、不可或缺的作用。
71年來,物化探所一直致力于找尋深部隱伏礦盲礦的傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)化探方法技術(shù)研究開發(fā)和推廣[4, 49-130]。隨著理論認(rèn)識的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,以及找礦難度不斷加大的需要,在巖石地球化學(xué)測量[4,49-54]、土壤(全量)地球化學(xué)測量[51,55-61]和鉆孔(坑道)原生暈測量[4,49-51,62-65]等傳統(tǒng)方法技術(shù)的基礎(chǔ)上,又研發(fā)出了許多新的方法技術(shù),在方法的有效性方面和實(shí)際應(yīng)用中也取得了很好的實(shí)效,包括(1)土壤汞量地球化學(xué)測量[66-69]、(2)納米物質(zhì)地球化學(xué)測量[70-76]、(3)熱磁地球化學(xué)測量[77-82]、(4)地電地球化學(xué)測量[83-88]、(5)酶提取技術(shù)[89]、(6)金屬元素活動態(tài)提取法(MOMEO)[90-95]、(7)相態(tài)地球化學(xué)測量[80,96-98]、(8)無機(jī)氣體地球化學(xué)測量[66-67,69,99-103]、(9)地氣測量[104-113]、(10)放射性氣體地球化學(xué)測量[114-116]、(11)植物地球化學(xué)測量[117-122]、(12)水地球化學(xué)測量[54,123-126]、(13)地球化學(xué)淺鉆測量[127-130],尋找深部隱伏礦盲礦的化探方法技術(shù)得到了不斷的發(fā)展和完善。如圖1所示,物化探所研發(fā)的這些方法技術(shù)即包括那些以地表介質(zhì)取樣為基礎(chǔ)的地面地球化學(xué)測量方法技術(shù)(地面化探方法技術(shù)),也包括那些以地下介質(zhì)取樣為基礎(chǔ)的地下地球化學(xué)測量方法技術(shù)(地下化探方法技術(shù)),總體上構(gòu)成了深部礦產(chǎn)資源立體地球化學(xué)勘查方法技術(shù)體系[131]。這些立體地球化學(xué)勘查方法技術(shù),無論是傳統(tǒng)的方法技術(shù)還是新的方法技術(shù),在出露區(qū)找礦、覆蓋區(qū)找礦以及深部資源勘查中都發(fā)揮了重要作用,取得了很好的地質(zhì)效果。這些方法技術(shù)的推廣應(yīng)用為中國化探事業(yè)的發(fā)展和礦產(chǎn)勘查起到了重要作用。
圖1 物化探所深部礦產(chǎn)資源立體地球化學(xué)勘查方法技術(shù)體系組織結(jié)構(gòu)圖(據(jù)文獻(xiàn)131修改)Fig.1 Structure chart of the 3D geochemical exploration method and technique system for finding deep mineral resources researched by IGGE
2.2.1 國際地球化學(xué)填圖
國際地球化學(xué)填圖工作開始于1990年代末至2000年初。2006年開始,地質(zhì)調(diào)查專項(xiàng)設(shè)置了境外合作項(xiàng)目,與蒙古、老撾合作開展了國家尺度地球化學(xué)填圖。2016年,聯(lián)合國教科文組織全球尺度地球化學(xué)國際研究中心成立,由中國發(fā)起的“化學(xué)地球”國際大科學(xué)計(jì)劃啟動實(shí)施。在中國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)一部署下,物化探所聯(lián)合局六個(gè)大區(qū)中心與“一帶一路”沿線一些重要國家開展了廣泛的地球化學(xué)填圖合作,取得了豐碩的成果:
1)制定了系列國際地球化學(xué)填圖技術(shù)指南[132],確保了獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。制訂國際地球化學(xué)填圖技術(shù)指南6份,制定的全球地球化學(xué)基準(zhǔn)填圖技術(shù)指南于2019年被全球地球化學(xué)基準(zhǔn)委員會采納作為國際標(biāo)準(zhǔn),制定的干旱荒漠區(qū)地球化學(xué)填圖指南被12個(gè)國家采用。為占全球陸地1/3的中亞、西亞、北部非洲和南美部分國家的地球化學(xué)填圖做出了實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。
2)建立了全球1/3陸地地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng),為全球自然資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供了權(quán)威數(shù)據(jù),獲得聯(lián)合國教科文組織和合作國高度贊揚(yáng)。聯(lián)合了40余個(gè)國家共同開展全球地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè),累計(jì)完成面積3.600×107km2,約占全球陸地面積近1/3,提供了81個(gè)指標(biāo)地球化學(xué)基準(zhǔn)值。
3)完成“一帶一路”11個(gè)國家地球化學(xué)填圖3.5×106km2,圈定一批鋰、稀土、鈾、金、銅等戰(zhàn)略資源遠(yuǎn)景區(qū)。完成1:1 000 000國家尺度地球化學(xué)填圖面積共計(jì)3.5×106km2,編制了蒙古、老撾、柬埔寨等11個(gè)國家69種元素地球化學(xué)圖,使這些國家有了第一張覆蓋全境的地球化學(xué)圖,實(shí)現(xiàn)了從0到1的飛躍,成果獲得合作國政府的高度肯定和評價(jià)。
4)在境內(nèi)外共舉辦國際培訓(xùn)31次,有來自6大洲52個(gè)國家856名專業(yè)人員參加了培訓(xùn)。通過培訓(xùn),向發(fā)展中國家推廣了中國地球化學(xué)填圖技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)了這些國家勘查地球化學(xué)能力建設(shè),實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)移,同時(shí)也促進(jìn)了大科學(xué)計(jì)劃在發(fā)展中國家的實(shí)施。
2.2.2 中國1:200 000和1:250 000地球化學(xué)填圖
1978年謝學(xué)錦院士提出,由物化探所提供技術(shù)支撐和負(fù)責(zé)技術(shù)監(jiān)督的中國地球化學(xué)填圖計(jì)劃——“區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃”開始實(shí)施,經(jīng)過44年的努力,已完成1:200 000和1:250 000區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查約8.6×106km2,涉及圖幅數(shù)1 373個(gè),取得了海量的、多元素的、高質(zhì)量的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。這些資料和數(shù)據(jù)不僅在我國的礦產(chǎn)勘查尤其是金礦勘查中發(fā)揮了巨大作用,還為基礎(chǔ)地質(zhì)研究、環(huán)境、生態(tài)及農(nóng)業(yè)地質(zhì)的研究提供了新的資料和依據(jù),取得了巨大的經(jīng)濟(jì)社會效益和舉世矚目的成就[15]。
在“區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃”實(shí)施過程中,以物化探所謝學(xué)錦院士為首的區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)團(tuán)隊(duì)發(fā)揮了巨大作用。首先協(xié)助上級管理部門組織全國二十多個(gè)基層單位在全國范圍內(nèi)開展區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作;其次,1978年制定了內(nèi)地沿海中低山區(qū)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù),在隨后三十年里相繼研發(fā)了巖溶區(qū)、熱帶雨林、高寒半濕潤山區(qū)、高寒湖沼丘陵、高原干旱荒漠、干旱草原、半干旱草原山地、干旱荒漠戈壁、干旱荒漠山地、半干旱荒漠戈壁丘陵、森林沼澤等全國十一個(gè)特殊景觀區(qū)的區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù),形成了一套完整的區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)系列,并于1995年制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范》(1︰200 000)[133],分別于2006年和2012年完成了兩次修訂,為“區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查全國掃面計(jì)劃”的順利實(shí)施提供了有力的技術(shù)支撐和保障。另外,方法技術(shù)系列的形成以及“地球化學(xué)省”、“粒金效應(yīng)”等基礎(chǔ)理論科研成果的取得,使我國區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查學(xué)科始終處于國際領(lǐng)先地位。
2.2.3 中國1:50 000地球化學(xué)填圖
1︰50 000地球化學(xué)調(diào)查做為重要的手段之一,是礦產(chǎn)勘查中不可或缺的環(huán)節(jié)。物化探所區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)團(tuán)隊(duì)[57-58,134]先后完成了干旱荒漠戈壁、干旱荒漠殘山和森林沼澤等景觀區(qū)的1︰50 000地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)的研發(fā),并在相應(yīng)景觀區(qū)推廣應(yīng)用,特別是在甘肅北山地區(qū),為白頭山等大型銣礦的發(fā)現(xiàn)提供了直接線索[61]。
2.2.4 海洋地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)研究
2007年,史長義[1]從海洋開發(fā)和我國勘查地球化學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略角度出發(fā),提出了開展我國近海地球化學(xué)調(diào)查的設(shè)想與建議,認(rèn)為這是勘查地球化學(xué)亟待開拓的新領(lǐng)域。在史長義的多次呼吁和努力下,2011年~2012年中國地質(zhì)調(diào)查局立項(xiàng),支持物化探所選擇在珠江口海域、青島海域和渤海灣海域等地開展了近海地球化學(xué)調(diào)查和方法技術(shù)實(shí)驗(yàn),依據(jù)海底沉積物等樣品測量結(jié)果,初步制定出了適用于我國近海區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)的基本方案[135-136]。兩年的工作,初步顯示出近海區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的有效性和可行性,為中國區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查,繼出露區(qū)水系沉積物測量和覆蓋區(qū)多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查后,提供了一個(gè)新的增長點(diǎn)。該成果的取得為填補(bǔ)我國近海區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的空白邁出了第一步,也為全面開展海洋地球化學(xué)調(diào)查及方法技術(shù)研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查(土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查)自1999年實(shí)施以來,通過不斷探索和完善,逐步建立了成熟的調(diào)查-評價(jià)-認(rèn)定方法技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系,先后發(fā)布《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1:250 000)》(DZ/T0258-2014)[137]、《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》(DZ/T0295-2016)[138]、《天然富硒土地劃定與標(biāo)識》(DZ/T0380-2021)[139]等行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),持續(xù)引領(lǐng)全國多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查和土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)工作。
通過1999年~2001年在湖北江漢平原、廣東珠江三角洲平原和四川成都盆地開展的方法技術(shù)試驗(yàn),建立了以土壤測量為主,湖泊和近岸海域以沉積物測量為輔的1:250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)。調(diào)查采用雙層網(wǎng)格化分別布設(shè)表層和深層土壤樣品。表層土壤調(diào)查方法技術(shù)體現(xiàn)了對區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)的繼承,而新增的深層土壤調(diào)查用于代表工業(yè)化前或自然地質(zhì)背景,為我國部分地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)主要受控于自然地質(zhì)背景的認(rèn)識提供了科學(xué)依據(jù),體現(xiàn)了對原有調(diào)查技術(shù)的革新[140]。經(jīng)歷10余年的調(diào)查試點(diǎn)和推廣應(yīng)用,于2014年正式發(fā)布《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1:250 000)》(DZ/T 0258-2014)[137],為全國土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作持續(xù)開展和高質(zhì)量完成奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
為推進(jìn)調(diào)查成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用,支撐國家和地方自然資源、農(nóng)業(yè)農(nóng)村和生態(tài)環(huán)境管理部門履行土地資源管理、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、土壤環(huán)境保護(hù)等職能,通過開展不同地區(qū)調(diào)查試點(diǎn)和方法技術(shù)研究[141],建立了以表層土壤調(diào)查為主,灌溉水、大氣干濕沉降物、農(nóng)作物等調(diào)查為輔的1:50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)。采用網(wǎng)格加土地利用現(xiàn)狀圖斑布設(shè)土壤點(diǎn)位,在保持樣品空間相對均勻的基礎(chǔ)上確保樣品點(diǎn)主要分布在農(nóng)用地,土壤、大氣干濕沉降物、農(nóng)作物分布采用不同采樣密度。于2016年正式發(fā)布《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》(DZ / T 0295-2016)[138]。
為滿足土地精細(xì)化管理需求,通過全國不同地區(qū)的試點(diǎn)研究[142],提出地塊尺度的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查方法,以土地二調(diào)圖斑為基礎(chǔ),根據(jù)耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地等不同的土地利用類型,建立了差異化布點(diǎn)方法[140]。該調(diào)查方法技術(shù)應(yīng)用于雄安新區(qū)重點(diǎn)調(diào)查區(qū)地塊尺度地球化學(xué)調(diào)查工作中,已獲得較好的調(diào)查成果。
基于全國10 222組大宗農(nóng)作物根系土-作物籽實(shí)協(xié)同調(diào)查數(shù)據(jù),構(gòu)建了土壤和作物籽實(shí)富硒率協(xié)同分析模型,提出了適用全國的富硒土地劃定閾值[143],于2021年正式發(fā)布《天然富硒土地劃定與標(biāo)識》(DZ / T 0380-2021),結(jié)束了長期以來全國缺乏統(tǒng)一的天然富硒土地劃定標(biāo)準(zhǔn)和官方標(biāo)識的局面,為全國首批30處天然富硒土地認(rèn)定和發(fā)布提供了根本的技術(shù)遵循。該標(biāo)準(zhǔn)自發(fā)布實(shí)施以來,在全國行業(yè)內(nèi)持續(xù)發(fā)揮示范引領(lǐng)作用,已經(jīng)帶動河北、河南、廣東等7省(區(qū))出臺相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)。
1980年代初期開始至1990年代,相繼開展了地?zé)崽锟辈榈幕椒椒夹g(shù)研究工作,提出了地?zé)崽锟辈榈幕椒椒夹g(shù)體系和評價(jià)指標(biāo)[144-151]。
油氣地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)是一種“迅速掌握全局,快速縮小靶區(qū)”的戰(zhàn)略性油氣資源調(diào)查技術(shù),具有直接、快速、有效及成本低的特點(diǎn)[152]。自上世紀(jì)30年代創(chuàng)立油氣化探以來,各國科學(xué)家都致力于尋求更直接的油氣勘查方法,30年代前蘇聯(lián)提出了游離氣體測量法[153],美國創(chuàng)造了蝕變碳酸鹽法(△C)[154],40年代美國提出了酸解烴法[155],油氣化探進(jìn)入新的階段,60年代德國發(fā)明了微生物勘查技術(shù)[156],80年代美國發(fā)現(xiàn)了放射性技術(shù)[157],90年代中國研制了汞氣測量技術(shù)[158]。進(jìn)入21世紀(jì),中國油氣化探走在了世界前列,提出了“氣相壓驅(qū)裂隙滲透”理論[159],制定了油氣地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)規(guī)范[160],這些方法技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中走向成熟,油氣勘查成功率不斷提高[161]。在此背景下,謝學(xué)錦院士[152, 162]提出開展全國油氣化探掃面計(jì)劃,主要目的是部署戰(zhàn)略性油氣化探普查工作,在短時(shí)間內(nèi)獲取區(qū)域性含油氣盆地信息。在該計(jì)劃的支持下,先后在松遼盆地、四川盆地、塔里木盆地等重點(diǎn)盆地開展了全國油氣化探掃面方法示范,研究發(fā)現(xiàn),大型油氣田上方發(fā)育套合的地球化學(xué)模式,這些油氣田有巨量的物質(zhì)供給,動力學(xué)環(huán)境很穩(wěn)定,應(yīng)用1點(diǎn)/100 km2的戰(zhàn)略性低密度地球化學(xué)填圖方法可以圈定這些大規(guī)模的油氣異常[163],同時(shí)涌現(xiàn)出了一批原創(chuàng)性技術(shù)成果,如:甲烷碳同位素識別技術(shù)[164]、微生物專屬氧化菌技術(shù)[165]、非烴氣體監(jiān)測技術(shù)及分形-GIS綜合解釋技術(shù)[166],油氣化探技術(shù)由戰(zhàn)術(shù)性向戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變[167]。
隨著能源緊缺和天然氣水合物勘查工作的展開,油氣化探應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展,在我國主要凍土區(qū)開展了天然氣水合物地球化學(xué)調(diào)查工作,初步建立了凍土區(qū)天然氣水合物的地球化學(xué)識別標(biāo)志[168],形成了有效的凍土區(qū)天然氣水合物地球化學(xué)勘查技術(shù)體系[169],研制出的凍土區(qū)天然氣水合物開發(fā)環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法已經(jīng)成為研究水合物與碳循環(huán)關(guān)系的重要方法之一[170]。
1979年5月,原國家地質(zhì)總局批準(zhǔn)在物探所成立“國家地質(zhì)總局化探分析質(zhì)量監(jiān)控站”(簡稱“監(jiān)控站”),自此物化探所開始了地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(標(biāo)樣)的研制工作。經(jīng)過40多年的持續(xù)研發(fā),物化探所建立了由候選物選采與制備、均勻性檢驗(yàn)、穩(wěn)定性檢驗(yàn)、特性量的定值測試、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理及認(rèn)定值的確定、不確定度評定等關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制方法技術(shù)體系,積累了豐富的天然地質(zhì)物料加工制備技術(shù)經(jīng)驗(yàn)及其質(zhì)量控制措施,構(gòu)建了全國數(shù)十家實(shí)驗(yàn)室協(xié)作定值網(wǎng)絡(luò),形成包括元素全量、有效態(tài)等在內(nèi)的多元素配套定值分析方法體系,定值元素可達(dá)70余種。
四十多年來,物化探所聯(lián)合有關(guān)實(shí)驗(yàn)室,研制了包括水系沉積物、土壤、巖石、礦石、生物等[171-178]在內(nèi)的19個(gè)系列、320多種國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。編寫了“地質(zhì)礦產(chǎn)類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制及保存技術(shù)規(guī)范”[179]。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)數(shù)量占地質(zhì)行業(yè)的40%以上。作為唯一的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)地質(zhì)行業(yè)實(shí)物分庫,保存有本行業(yè)領(lǐng)域最高級別的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),有效支撐了“國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)資源共享平臺”建設(shè)。
研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在我國和世界地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)體系中占有重要地位,廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、冶金、食品、商檢等行業(yè)部門的2 000多家實(shí)驗(yàn)室,并在美國、法國、英國等40余個(gè)國家的實(shí)驗(yàn)室得到應(yīng)用。地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)有力支撐了“區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃”、“多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查”、“土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”、“全國土壤污染狀況詳查”等國家重大專項(xiàng)的實(shí)施,促進(jìn)了地球化學(xué)樣品測試量值統(tǒng)一、數(shù)據(jù)科學(xué)對比和全國土壤元素地球化學(xué)圖“無縫”拼接,為我國區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查成果處于國際領(lǐng)先地位起到了重要作用。
近15年來,物化探所實(shí)驗(yàn)測試中心在76元素地球化學(xué)填圖配套分析方案的基礎(chǔ)上,研究制定了地殼巖石和土壤樣品中76種元素包括FeO、pH值、Org.C、H2O+、CO2共81項(xiàng)指標(biāo)的配套分析方案[180],并對其中的部分分析方法進(jìn)行了創(chuàng)新研究和改進(jìn),建立了新的區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查39元素、多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)54指標(biāo)及地球化學(xué)填圖76元素81指標(biāo)的配套分析方案。主要技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)展如下:
1)創(chuàng)新研制了抑制植物樣消解過程中硒揮發(fā)的方法并成功獲批發(fā)明專利[181],提高了植物樣品中硒的分析準(zhǔn)確度和精密度,降低了樣品消解過程的操作難度;首次研究建立了土壤和水系沉積物中硒的價(jià)態(tài)分析方法[182],實(shí)現(xiàn)了土壤和水系沉積物樣品中全量硒的價(jià)態(tài)測定。
2)研發(fā)了X射線熒光光譜(XRF)用高壓制樣技術(shù)[183],改善了XRF分析精密度,降低了分析方法檢出限,提升了分析質(zhì)量,拓展了XRF法的應(yīng)用范圍;開發(fā)了高壓覆膜制樣X射線熒光光譜分析技術(shù)[184],有效解決了同一樣片不能用于氯等元素重復(fù)測定的問題。
3)引進(jìn)了激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀,開展了高壓制樣-激光誘導(dǎo)擊穿光譜法(LIBS)在土壤樣品元素含量分析中的應(yīng)用試驗(yàn),初步建立了LIBS測定土壤中稀土等元素的分析方法[185-186];開展了交直流電弧原子發(fā)射光譜法在地球化學(xué)樣品分析中的應(yīng)用研究[187-188]。為建立固體進(jìn)樣的綠色配套分析方法奠定了基礎(chǔ)。
5.1.1 中國花崗巖類化學(xué)元素豐度
根據(jù)采自中國大陸約750個(gè)有代表性的大、中型花崗巖類巖體的768件組合樣品的近70種化學(xué)成分和元素實(shí)測分析數(shù)據(jù),史長義等[189-196]首次計(jì)算提出并研究了①中國花崗巖類總體及堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖、花崗閃長巖、石英二長巖、石英二長閃長巖等近70種化學(xué)元素的豐度及其地球化學(xué)特征;②天山-興安造山系、中朝準(zhǔn)地臺、昆侖-祁連-秦嶺造山系、滇藏造山系、揚(yáng)子準(zhǔn)地臺、華南-右江造山帶、喜馬拉雅造山帶等七大構(gòu)造單元花崗巖類及不同巖石類型花崗巖的近70種化學(xué)元素的豐度與區(qū)域分布特征;③太古代、元古代、早古生代、晚古生代、中生代、新生代等花崗巖類及不同時(shí)代堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖的近70種化學(xué)元素的豐度及其演化特征。
5.1.2 中國水系沉積物系列背景值
任天祥等[197-198]依據(jù)全國區(qū)域化探掃面資料,分別以1:200 000圖幅和1:2.50 000圖幅為計(jì)算單元,計(jì)算提出了中國水系沉積物中39 種元素的背景平均值。史長義等[20]提出了中國主要大中型銅多金屬礦田的水系沉積物中39 種元素異常平均值。程志中等[199]從中國南方12個(gè)省自治區(qū)2.3×106km2面積上所采集的水系沉積物樣品中按每1∶50 000圖幅一個(gè)組合樣的密度組合成5 244件組合樣,分析測試了其中的76種元素,統(tǒng)計(jì)計(jì)算了中國南方地區(qū)水系沉積物76種元素的平均值。
史長義等[200]以全國1:200 000和1:250 000水系沉積物測量數(shù)據(jù)為依據(jù),采用全部原始數(shù)據(jù)(而不是一個(gè)圖幅一個(gè)均值),以X±3S為臨界值一次性剔除異點(diǎn)后的數(shù)據(jù)集的中位數(shù)做為背景值的估計(jì)值,使用統(tǒng)一方法計(jì)算出了全國范圍、9個(gè)大地構(gòu)造單元、12個(gè)地球化學(xué)景觀區(qū)、19個(gè)成礦帶的39種元素水系沉積物背景值,探討了全國范圍、不同構(gòu)造單元、不同景觀區(qū)、不同成礦帶各元素背景值的區(qū)域分布特征和規(guī)律。
5.1.3 中國東部地殼與巖石豐度
鄢明才[201]等在東經(jīng)105°以東的中國東部約3.3×106km2的區(qū)域,系統(tǒng)地采集了五個(gè)一級大地構(gòu)造單元基巖出露區(qū)的500余條標(biāo)準(zhǔn)地層剖面、800余個(gè)有代表性的火成巖和變質(zhì)雜巖體樣品共計(jì)28 253個(gè),組合成2 718件分析樣,選用15種分析測試方法,建立了中國東部不同大地構(gòu)造單元的實(shí)測地殼模型,首次系統(tǒng)計(jì)算提出了中國東部地殼和巖石的78種元素和成分的豐度。
5.1.4 中國東部平原土壤生態(tài)地球化學(xué)基準(zhǔn)值
朱立新等[202]在我國東部8.5×105km2平原區(qū),采集517件樣品,采樣深度為-150 cm~-175 cm。將中國東部平原以流域?yàn)榛A(chǔ)劃分出8個(gè)統(tǒng)計(jì)單元,即三江平原、松遼平原、黃淮海平原、長江三角洲平原、江漢平原、鄱陽湖平原、南陽盆地和珠江三角洲。在每個(gè)統(tǒng)計(jì)單元內(nèi), 將樣品各項(xiàng)分析測試指標(biāo)的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均, 獲得了各統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)76種化學(xué)元素(化合物)和pH、EC(電導(dǎo)率)、Org.C(有機(jī)碳)和H2O+等4項(xiàng)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的土壤生態(tài)地球化學(xué)基準(zhǔn)值。
5.1.5 中國城市土壤化學(xué)元素的背景值與基準(zhǔn)值
成杭新等[203]通過對中國31個(gè)省會城市3799件表層土壤樣品(0 cm~20 cm)和1 011件深層土壤樣品(150 cm~180 cm)中52種化學(xué)元素及pH和有機(jī)碳(Corg)數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)的研究,采用中位數(shù)絕對中位差法、正態(tài)和對數(shù)正態(tài)法計(jì)算出中國及31個(gè)省會城市土壤52種化學(xué)元素的地球化學(xué)背景值、基準(zhǔn)值及它們的變化區(qū)間。
5.1.6 中國淡水湖泊沉積物地球化學(xué)背景值
李敏等[204]利用中國150余個(gè)淡水湖泊表層沉積物和深層沉積物的地球化學(xué)數(shù)據(jù),采用中位數(shù)絕對中位差的方法統(tǒng)計(jì)獲得了中國主要淡水湖泊沉積物的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、TN、TP、TOC及pH的地球化學(xué)背景值。
5.1.7 中國土壤地球化學(xué)背景值和基準(zhǔn)值
鄢明才等[205]結(jié)合文獻(xiàn)資料提出了我國沉積物70 種化學(xué)元素和成分的綜合平均值。謝學(xué)錦等[206]以全國529件樣品分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算了泛濫平原沉積物54項(xiàng)指標(biāo)的背景值。1997年,鄢明才等[207]以154 件土壤組合樣為基礎(chǔ),又提出了我國土壤79 種元素和成分的豐度。王學(xué)求等[208]按照1∶200 000圖幅為網(wǎng)格單元, 在全國1 600 個(gè)網(wǎng)格單元中, 共部署3382 個(gè)匯水域采樣基準(zhǔn)點(diǎn), 每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)同時(shí)采集了表層和深層土壤樣品, 共計(jì)采集6 617 件樣品, 分析了81項(xiàng)指標(biāo)(含76種元素),提出了全國土壤76 個(gè)元素及5 個(gè)指標(biāo)的地球化學(xué)基準(zhǔn)值。
地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫屬于專題數(shù)據(jù)庫,在整個(gè)地學(xué)數(shù)據(jù)庫中,地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫占據(jù)著重要的地位。我國的地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫的研究和建設(shè)工作起步于20世紀(jì)80年代,90年代各種數(shù)據(jù)庫不斷涌現(xiàn)[209],現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫已經(jīng)在地球化學(xué)研究中廣泛應(yīng)用并起到了重要作用。我國第一個(gè)專業(yè)的區(qū)域化探數(shù)據(jù)庫(GC-81)建立于1980 年,由(原)地礦部北京計(jì)算中心和物探所聯(lián)合開發(fā)[210]。
5.2.1 中國主要類型金、銅、多金屬礦區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫
史長義等[211]建立的《全國大中型金銅多金屬礦區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(CRGD1.0)系統(tǒng)》,是利用Visual dBase5.5 和Visual Basic語言開發(fā)的,具有可視化數(shù)據(jù)庫管理和可視化數(shù)據(jù)檢索功能。CRGD1.0由6個(gè)應(yīng)用程序子系統(tǒng)和3個(gè)主數(shù)據(jù)庫組成。收錄有全國范圍內(nèi)30個(gè)大中型金、銅、多金屬礦田(床)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料和區(qū)域地球化學(xué)資料,包括礦床基本信息、礦床的主要區(qū)域地質(zhì)特征、礦床地質(zhì)特征、區(qū)域地質(zhì)圖、礦田/床的39個(gè)元素區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)及地球化學(xué)圖等,約500 000條區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)記錄。
《中國西部主要類型金銅多金屬礦田/床區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(WCRGD1.0)系統(tǒng)》[8]是在CRGD1.0基礎(chǔ)上開發(fā)的,包括管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。收錄了13個(gè)來自我國西部地區(qū)不同景觀區(qū)、不同成因類型的大中型金、銅、多金屬礦田/床的地質(zhì)特征和區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù),其中包括:礦田/床的基本信息、礦田/床的區(qū)域地質(zhì)特征及區(qū)域地質(zhì)圖、礦田/床的39元素區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)及坐標(biāo)、39元素彩色區(qū)域地球化學(xué)圖等,共122 538條地球化學(xué)數(shù)據(jù)記錄。
5.2.2 中國花崗巖類豐度數(shù)據(jù)庫
在全國范圍內(nèi)750個(gè)有代表性的大中花崗巖類巖體上采集了6 080件樣品,組合成768件分析組合樣。所有樣品完全采用無污染加工方案進(jìn)行加工和制備。選用了以電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、儀器中子活化和X射線熒光光譜為主的多種先進(jìn)的分析方法對這些花崗巖類樣品進(jìn)行了分析測試,并使用國家一級地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和重復(fù)測試樣品進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,確保了分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[189-190]。依據(jù)這些實(shí)測分析數(shù)據(jù),建立了768件組合樣品54種化學(xué)成分和元素的中國花崗巖類豐度數(shù)據(jù)庫,收錄有中國花崗巖類豐度數(shù)據(jù)41 472個(gè)。為開展花崗巖類地質(zhì)、地球化學(xué)研究以及開展與花崗巖有關(guān)區(qū)域成礦規(guī)律研究、生態(tài)環(huán)境評價(jià)等提供了詳實(shí)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。
5.2.3 全國區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫
全國區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫匯集了全國28個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)的1∶200 000和1∶500 000區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查39 種元素和氧化物的測試數(shù)據(jù),共計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn) 1.47×106個(gè),超過6×107個(gè)數(shù)據(jù),涉及1∶200 000圖幅 1 299 個(gè),1∶500 000圖幅 18個(gè)。數(shù)據(jù)庫按照地球化學(xué)數(shù)據(jù)模型建立,采用MapGIS、GeoExpl 等軟件平臺實(shí)現(xiàn)。該數(shù)據(jù)庫在礦產(chǎn)資源預(yù)測評價(jià)、基礎(chǔ)地質(zhì)研究、環(huán)境與土地質(zhì)量評價(jià)以及其他相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用[212]。
5.2.4 土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫
全國土地質(zhì)量地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫集成了全國31個(gè)省(市、區(qū))土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包含 1:250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查表層土壤點(diǎn)位數(shù)據(jù)6.4×105余條,深層土壤點(diǎn)位數(shù)據(jù)1.6×105余條。每條數(shù)據(jù)包括地球化學(xué)景觀分區(qū)、土地利用類型、土壤類型、行政區(qū)劃、流域、氣溫、降水、海拔、構(gòu)造類型、構(gòu)造分區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、54種元素分析值等70余個(gè)字段。該數(shù)據(jù)庫還集成了養(yǎng)分評價(jià)、環(huán)境綜合評價(jià)、質(zhì)量綜合評價(jià)、酸堿度評價(jià)、綠色富硒評價(jià)、土壤質(zhì)量綜合等級評價(jià)等評價(jià)成果數(shù)據(jù),有力地支撐了土地利用規(guī)劃、特色土地資源開發(fā)、優(yōu)質(zhì)土地資源保護(hù)和污染土地整治修復(fù)等工作。
5.2.5 國際地球化學(xué)填圖數(shù)據(jù)庫
全球地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫包含了中國、美國、澳大利亞、歐盟、俄羅斯、蒙古、哥倫比亞、秘魯、老撾、柬埔寨、土耳其、埃塞俄比亞、墨西哥、馬達(dá)加斯加、巴基斯坦、塔吉克斯坦、吉爾吉斯坦、坦桑尼亞等18個(gè)國家和地區(qū)全球尺度或國家尺度最多達(dá)81個(gè)指標(biāo)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)和圖件,數(shù)據(jù)庫采用ArcGIS等軟件平臺實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)量大小達(dá)30 TB。該數(shù)據(jù)庫的建立為全球資源可持續(xù)利用和全球環(huán)境變化研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
地球化學(xué)圖能夠清楚地揭示出元素含量的區(qū)域分布模式、空間變化規(guī)律與分布特征?!禤rovisional Geochemical Atlas of Northern Ireland》是Webb等(1973)出版的世界上第一部地球化學(xué)圖集。目前國內(nèi)外已出版的球化學(xué)圖集涉及資源、能源、環(huán)境等多個(gè)方面,在礦產(chǎn)勘查、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查與研究、生態(tài)環(huán)境調(diào)查與評價(jià)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)和土地質(zhì)量評價(jià)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用[194]?!痹缭?985年,物化探所等[213]利用江西省半定量的化探數(shù)據(jù)編制出版了中國第一份地球化學(xué)圖集——《贛西北地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)圖集》,開創(chuàng)了中國地球化學(xué)圖編制的先河。1990年,作為原地礦部第二代區(qū)域化探典型圖幅數(shù)據(jù)處理研究課題研究報(bào)告中附圖的一部分,物化探所楊竹溪和林存山等[214]以吉林渾江市幅1:200 000區(qū)域化探網(wǎng)格化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)研制出《渾江市幅地球化學(xué)圖集》,是國內(nèi)第一份用微機(jī)編制的彩色地球化學(xué)圖集。謝學(xué)錦等[32]依據(jù)新疆西準(zhǔn)噶爾成礦區(qū)1:500 000區(qū)域化探掃面39元素分析數(shù)據(jù)的RESMA-II系統(tǒng)處理結(jié)果,編制了《西準(zhǔn)噶爾成礦區(qū)低密度化探方法應(yīng)用研究及成礦區(qū)帶圈定與優(yōu)選解釋推斷圖冊》。
5.3.1 中國花崗巖類地球化學(xué)圖集
史長義等[215]根據(jù)全國范圍內(nèi)750個(gè)有代表性的大中花崗巖類巖體768件組合樣實(shí)測分析數(shù)據(jù),采用EDA技術(shù)研制出版了SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TFe2O3、Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Cd、Cl、Co、Cr、Cs、Cu、F、Ga、Ge、Hf、Hg、Li、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Ta、Ti、Tl、V、W、Zn、Zr、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb、Lu、Y等57種化學(xué)成分和元素的中國花崗巖類地球化學(xué)點(diǎn)源圖,這是中國也是世界上第一份花崗巖類地球化學(xué)圖集。這些地球化學(xué)圖充分展示出了花崗巖體多元素的區(qū)域分布特征、空間分布規(guī)律和分布模式,顯示出花崗巖類各元素的空間分布模式與中國花崗巖類的分布和特征密切相關(guān),能清晰地反映出花崗巖類化學(xué)成分的空間變化規(guī)律和特征。
5.3.2 中國地球化學(xué)圖集
中國的“區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃”自1978年開始,至2012年覆蓋了全國約7.7×106km2的面積,取得了數(shù)以千萬計(jì)的高質(zhì)量39種元素含量數(shù)據(jù),使中國擁有了全世界最引人矚目的全國規(guī)模的地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫,并在礦產(chǎn)查中發(fā)揮了巨大的作用:圈出了近6×104個(gè)綜合異常,對其中萬余異常的工程驗(yàn)證中有3 000余處見礦,其中有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床1 947個(gè),其潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值在2×1011元以上,還有大量的異常有待檢查和進(jìn)一步工作?!吨袊厍蚧瘜W(xué)圖集》是全國區(qū)域化探掃面成果,數(shù)據(jù)來源于全國區(qū)域化探數(shù)據(jù)庫[216]。編圖數(shù)據(jù)截至2002年已完成掃面工作的區(qū)域化探數(shù)據(jù)。每一個(gè)元素的原始數(shù)據(jù)分別按每個(gè)1:25 000圖幅、1:50 000圖幅和1:100 000圖幅面積內(nèi)統(tǒng)計(jì)一個(gè)平均值分別編成該元素的3幅地球化學(xué)圖,編圖元素39個(gè),共編制了117張地球化學(xué)等值線圖。該圖集是對我國區(qū)域化探掃面成果的匯總及展示。
5.3.3 中國西南地區(qū)76種元素地球化學(xué)圖集
《中國西南地區(qū)76種元素地球化學(xué)圖集》[217]是據(jù)“我國西南五省市區(qū)76種元素區(qū)域化探圖編制試點(diǎn)研究”項(xiàng)目成果編寫而成。利用西南5省市區(qū)(四川省、云南省、貴州省、重慶市和廣西壯族自治區(qū))1∶200 000區(qū)域化探掃面樣品庫中保留的副樣,按照一個(gè)1∶50 000國際分幅圖幅一個(gè)組合樣的密度組合樣品,組合成2 961件樣品,送9家實(shí)驗(yàn)室分析76種元素。利用這些數(shù)據(jù)首次編制了西南地區(qū)76種元素地球化學(xué)等值線圖,獲得了元素周期表中除氣體元素和人工放射性元素之外的所有元素在中國西南地區(qū)的分布規(guī)律,同時(shí)還首次編制出西南地區(qū)15種稀土元素地球化學(xué)圖,這也是世界上第一份76種元素地球化學(xué)圖集[218]。
5.3.4 中國南方地區(qū)地球化學(xué)圖集
從1978年區(qū)域化探全國掃面計(jì)劃開始,中國南方地區(qū)(四川、云南、貴州、重慶、廣西、廣東、湖南、湖北、福建、江西、安徽、浙江、江蘇省)于20 世紀(jì)90 年代完成了全部約2.3×106km2面積的采樣與39種元素分析工作。利用南方地區(qū)1∶200 000區(qū)域化探掃面的副樣,按照一個(gè)1∶50 000國際分幅圖幅(約400×104km2)一個(gè)組合樣的密度組合樣品,組合成5 244件樣品,送多家實(shí)驗(yàn)室分析76種元素。依據(jù)這些分析數(shù)據(jù)編制了中國南方地區(qū)76種元素地球化學(xué)等值線圖,展示出了中國南方地區(qū)水系沉積物中76中元素的地球化學(xué)空間分布模式。圖集的編制完成使得我國的地球化學(xué)填圖水平又上一個(gè)新的臺階[219]。
經(jīng)過60多年幾代勘查地球化學(xué)工作者的潛心研究,我國已經(jīng)建立起不同層次、不同方法基本配套齊全的勘查地球化學(xué)方法技術(shù)體系,共形成了23項(xiàng)地球化學(xué)勘查方法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),包含國家標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)、地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng)、中國地質(zhì)調(diào)查局標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)[220],其中由物化探所牽頭或參與完成的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有19項(xiàng)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和方法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,從國家尺度→區(qū)域調(diào)查→礦產(chǎn)勘查→覆蓋區(qū)找礦方法技術(shù);從多目標(biāo)調(diào)查→土地質(zhì)量評價(jià)→到局部生態(tài)評價(jià)和天然富硒土地劃定,涵蓋了巖石、土壤、水系沉積物等常規(guī)的地球化學(xué)方法技術(shù),汞蒸氣測量和地球化學(xué)淺鉆測量等新方法技術(shù)以及生態(tài)環(huán)境、土地質(zhì)量調(diào)查評估的地球化學(xué)方法技術(shù);形成了礦產(chǎn)資源地球化學(xué)普查與勘查、多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查與評價(jià)、土地質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)方法技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對于方法技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)揮了不可或缺的作用,對地球化學(xué)勘查工作起著重要的支撐作用。
經(jīng)過70多年的努力,物化探所在勘查地球化學(xué)理論和方法技術(shù)研究與開發(fā)方面取得了輝煌成績,為促進(jìn)和推動中國勘查地球化學(xué)事業(yè)的發(fā)展起到了重要作用,但依然還有許多方面需要繼續(xù)深入研究下去。
1)加強(qiáng)地球化學(xué)勘查模式/模型的研究,充分利用已有各種資料,特別是區(qū)域化探掃面資料,采用新思路新方法,注重常量元素作為成礦環(huán)境指示元素和區(qū)域地球化學(xué)負(fù)異常的地質(zhì)地球化學(xué)意義,建立由礦帶→礦田→礦床→礦體的地質(zhì)地球化學(xué)異常結(jié)構(gòu)模式和找礦預(yù)測評價(jià)指標(biāo),用于指導(dǎo)異常篩選評價(jià)和找礦預(yù)測。
2)原生暈理論與技術(shù)是勘查地球化學(xué)的理論基礎(chǔ),但是原生暈的成暈機(jī)理還缺乏深入系統(tǒng)的研究,還沒有理論模型,也缺乏定量化預(yù)測評價(jià)方法和指標(biāo)。需要特別加強(qiáng)原生暈形成機(jī)理和成暈?zāi)P偷难芯?,以原生暈地球化學(xué)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建原生暈成暈理論模型,建立定量化預(yù)測評價(jià)方法和指標(biāo)體系。
3)要充分利用大數(shù)據(jù)、建模、計(jì)算機(jī)模擬、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、EDA等新理論新技術(shù),創(chuàng)新異常解釋和綜合研究思路,以地球化學(xué)理論為基礎(chǔ),密切結(jié)合地質(zhì)背景,充分利用地物化遙等多源多種信息,開展智能化綜合信息勘查地球化學(xué)異常篩選和評價(jià)系統(tǒng)以及資源潛力評價(jià)系統(tǒng)研究。在區(qū)域地球化學(xué)異常的篩選評價(jià)中,要特別注意復(fù)雜地質(zhì)地球化學(xué)背景下地球化學(xué)異常的識別,特別是弱小異常的識別問題。
4)進(jìn)一步完善已有化探方法技術(shù)和開發(fā)新的方法技術(shù),是深部礦產(chǎn)資源勘查的迫切需要。因此,在深部礦產(chǎn)資源立體地球化學(xué)勘查方法技術(shù)方面:①要加強(qiáng)各種方法技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究和異常形成機(jī)理研究;②需要進(jìn)一步提高新的非傳統(tǒng)方法技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化以及適用性、可操作性,也需要完善相應(yīng)的分析質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),同時(shí)還需要研究開發(fā)新的方法技術(shù);③需要特別加強(qiáng)礦床元素原生分帶模式的研究,充分發(fā)揮現(xiàn)代樣品分析測試技術(shù)的優(yōu)勢,以原生暈大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)重新建立礦床的原生分帶模型,用于指導(dǎo)深部找礦預(yù)測;④開展淺覆蓋區(qū)區(qū)域性地球化學(xué)淺鉆測量調(diào)查,以填補(bǔ)淺覆蓋區(qū)地球化學(xué)調(diào)查的空白;⑤在酶提取技術(shù)、植物測量、水化學(xué)測量方法技術(shù)研究方面,物化探所都有很好地研究基礎(chǔ),應(yīng)該加大研究開發(fā)的力度,特別是酶提取技術(shù)目前國內(nèi)研究工作不多;⑥熱磁地球化學(xué)測量是我所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)支持下研究開發(fā)的方法技術(shù)成果的典型代表,還需要繼續(xù)完善不同景觀不同礦床類型方法技術(shù)應(yīng)用示范研究,完善方法技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和操作規(guī)程,加大推廣應(yīng)用力度;⑦開展微生物地球化學(xué)測量技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查工作中的應(yīng)用研究。
5)繼續(xù)補(bǔ)充和完善區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)體系,完成全國范圍內(nèi)出露區(qū)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的全覆蓋;利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),深入開發(fā)、挖掘、提取已取得的海量區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的各種信息,服務(wù)于地質(zhì)找礦和基礎(chǔ)地質(zhì)研究;利用現(xiàn)有區(qū)域化探掃面的副樣增加分析以“三稀”為主的37個(gè)指標(biāo)(元素),在尋找戰(zhàn)略性緊缺礦產(chǎn)方面可以發(fā)揮重要作用;在完善已有的近海地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)基礎(chǔ)上,通過試點(diǎn)圖幅的工作總結(jié)經(jīng)驗(yàn),開展海洋地球化學(xué)綜合調(diào)查工作,服務(wù)于國家的海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略;系統(tǒng)地開展局部亞景觀1︰50 000地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)研究,建立1︰50 000地球化學(xué)調(diào)查方法技術(shù)系列,以期在礦產(chǎn)勘查中發(fā)揮更大作用。
6)為保障國家能源資源安全,服務(wù)“一帶一路”倡議,服務(wù)中國企業(yè)走出去,要進(jìn)一步加強(qiáng)國際地球化學(xué)填圖工作,推進(jìn)全球地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè),為全球資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展做出中國貢獻(xiàn)。
7)圍繞土地資源自然演化規(guī)律及水、土、氣、生等自然資源要素中物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,建立土地資源數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”綜合調(diào)查評價(jià)方法技術(shù),全面提升服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理中心工作的能力。
8)開展區(qū)域油氣地球化學(xué)掃面工作,為油氣遠(yuǎn)景評價(jià)提供戰(zhàn)略靶區(qū);繼續(xù)開展烴類氣體元素遷移機(jī)理研究,探索和發(fā)展不同景觀區(qū)油氣地球化學(xué)勘查技術(shù);研制油氣地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和分析配套方案,為油氣戰(zhàn)略選區(qū)提供高精度地球化學(xué)數(shù)據(jù);建立全國油氣化探數(shù)據(jù)庫,采用諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)的方法識別地球化學(xué)異常,為油氣資源定量預(yù)測評價(jià)提供地球化學(xué)信息。
9)進(jìn)一步研發(fā)更高靈敏度的分析方法技術(shù),以提高地球化學(xué)樣品中部分元素的分析方法檢出限,完善地球化學(xué)樣品配套分析方法。為減少溶樣可能造成的環(huán)境問題,有待開發(fā)綠色環(huán)保的配套分析方法。引進(jìn)自動化、流程化樣品前處理設(shè)備,實(shí)現(xiàn)智能化分析測試,是地球化學(xué)樣品分析測試的重要發(fā)展方向之一。
10)地球化學(xué)勘查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作圍繞三個(gè)方面展開:① 資源勘查方面已有標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性修訂和新方法新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定;②生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修訂升級和新標(biāo)準(zhǔn)制定;③地球化學(xué)信息化建設(shè)和異常評價(jià)方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。
11)以地球系統(tǒng)科學(xué)為指導(dǎo),開展地球關(guān)鍵帶元素地球化學(xué)循環(huán)和分布模式研究,更好地服務(wù)于國家資源能源安全戰(zhàn)略、自然資源開發(fā)與管理、環(huán)境污染調(diào)查與治理、生態(tài)文明建設(shè)、綠色發(fā)展、碳中和碳達(dá)峰。