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用勘查地球化學理念解決資源環(huán)境問題

——記勘查地球化學專家馬生明

2016-05-23 | 作者： 劉曉慧 | 來源： 中國礦業(yè)報 | 【】【】【】

　　如果在當下，準確地定位馬生明的研究領(lǐng)域，應(yīng)歸為勘查地球化學學科范圍。但翻看他的履歷，他從1984年12月畢業(yè)于長春地質(zhì)學校，分配到物化探所工作至今。在工作過程中，他從未間斷學習，從中專讀到博士，跨越了找礦、地球化學、水資源等多個專業(yè)學科。這一路走來，從更多方向打開了他思考和解決問題的思路，讓他獲得了更多的成長機會和空間。

　　馬生明，1963年6月生，遼寧本溪人，中國共產(chǎn)黨黨員，教授級高工（二級），博士，博士生導師。他先后主持科技部科技支撐計劃項目、國土資源部行業(yè)科研專項、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目等20項，發(fā)表論文80余篇，獲國土資源科學技術(shù)二等獎1項。30余年來，他結(jié)合國家需求和發(fā)展需要，潛心鉆研，孜孜不倦，在環(huán)境地球化學異常形成機理、勘查區(qū)成礦潛力評價、覆蓋區(qū)地球化學勘查等方面取得了創(chuàng)新性成果。

　　提出“元素相關(guān)關(guān)系法”

　　區(qū)域地球化學調(diào)查結(jié)果顯示，城鎮(zhèn)及其周邊土壤中存在著重金屬元素異常，引起社會和公眾的普遍關(guān)注，也給地球化學科學家提出一系列問題——這些異常是怎樣形成的？生態(tài)效應(yīng)如何？需要地球化學家圍繞土壤重金屬元素異常查證和評價方法技術(shù)研究這一主題，同時針對目前環(huán)境地球化學調(diào)查和評價工作中亟待解決的問題，拓展思路，開創(chuàng)性地開展試驗研究工作。

　　在土壤垂直剖面上，異常通常表現(xiàn)為兩種主要形式：表層累積型和連續(xù)型。表層累積型異常的組分基本來自于人類活動釋放產(chǎn)物，至少部分Hg異常與辰砂礦物有關(guān)，此類辰砂礦物是在表生條件下通過土壤微生物的參與形成的，部分Cu、Pb、Zn、As等重金屬元素異常與煤燃燒或礦石冶煉過程中產(chǎn)生的“微球粒”及磁鐵礦、黃鐵礦等有關(guān)。而連續(xù)型異常多為自然成因，以區(qū)域性Cd異常為代表，Cd含量與土壤中細粒級物質(zhì)組成相關(guān)。

　　馬生明通過系統(tǒng)的試驗研究，提出了確定環(huán)境地球化學異常組分基準值的方法“元素相關(guān)關(guān)系法”，即利用重金屬元素與土壤中常量元素含量間的相關(guān)性，判斷異常成因類型。由此判斷，城鎮(zhèn)周邊土壤Hg異常與表生條件下生物作用形成的辰砂礦物有關(guān)。

　　辰砂和“微球�！钡鹊陌l(fā)現(xiàn)，為城鎮(zhèn)及其周邊環(huán)境地球化學異常成因及其形成機理研究提供了新的思路，建立起了人類活動-大氣污染-土壤污染間的成因聯(lián)系，促進了環(huán)境地球化學、環(huán)境礦物學等領(lǐng)域的進步和發(fā)展。異常生態(tài)效應(yīng)評價研究結(jié)果顯示，異常組分存在形態(tài)是控制異常生態(tài)效應(yīng)的根本因素。在此基礎(chǔ)上，他研究制定了區(qū)域土壤生態(tài)地球化學評價標準，為土壤重金屬異常生態(tài)效應(yīng)評價提供了參考基準。

　　同時，他根據(jù)辰砂和“微球�！钡陌l(fā)現(xiàn)提出，“當污染的土壤的重金屬元素呈‘微球�！嬖跁r，并不會產(chǎn)生過多的危害�！彼麌L試著通過一些途徑來驗證。這也恰好印證了謝學錦院士曾在他的一片論文中提出的觀點：在勘查地球化學發(fā)展史上另一個重大的轉(zhuǎn)折點，是勘查地球化學今后的目標不僅是解決礦產(chǎn)資源問題，更要在環(huán)境監(jiān)控、治理上做文章，不僅著眼于局部的礦山環(huán)境，更要著眼于全國乃至全球的環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查。

　　創(chuàng)新性提出多維異常體系

　　勘查地球化學是通過對各種自然介質(zhì)（如巖石、土壤、水系沉積物、湖積物、水、氣體和植物等）中化學元素及其同位素的含量分布進行系統(tǒng)測量，并研究其空間分布特征、演化規(guī)律和遷移、富集變化規(guī)律，及其與各種地質(zhì)過程、地質(zhì)特征和區(qū)域成礦作用之間的關(guān)系，主要為區(qū)域地質(zhì)找礦、成礦預測、基礎(chǔ)地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)地球化學資料。

　　上個世紀70～80年代，這個學科發(fā)展了一些較完善的地球化學勘查程序。它們的基本思路是：運用高效率的地球化學勘查方法，在廣大面積內(nèi)進行廣泛的勘查，縮小找礦靶區(qū)，然后用效率較低、但能較精確圈定礦化范圍的方法開展工作。這種做法可以用盡可能少的人力、物力和時間，找到有經(jīng)濟價值的礦床。

　　從2006年開始，為了更好地服務(wù)深部找礦需求，馬生明帶領(lǐng)他的團隊，以拓展地球化學勘查指標為主線，在40余個（實驗區(qū)）礦床上系統(tǒng)開展了元素富集貧化特征、富集貧化規(guī)律、異常分布狀況和控礦地球化學條件等研究。

　　通過研究，馬生明發(fā)現(xiàn)，在熱液成因有色金屬成礦系統(tǒng)中，存在著多屬性地球化學異常，既有微量元素，也有常量元素，甚至還有同位素；既有成礦元素、成礦伴生元素，又有礦化劑元素；既有親石分散元素、稀有元素，還有稀土元素；既有正異常，又有負異常，成礦信息極其豐富。由此拓展了地球化學勘查指標類型。通過系統(tǒng)梳理、集成、概括上述不同屬性地球化學異常的成礦指示作用，他將此創(chuàng)新性地提升為深部礦預測地球化學勘查應(yīng)用基礎(chǔ)理論，即“多維異常體系”。

　　“根據(jù)現(xiàn)有研究成果，多維異常體系包括元素負異常、礦化劑元素（S）異常、礦化劑元素（S）與Fe和成礦元素協(xié)同平衡、成礦與伴生元素異常、惰性組分等異常體系�！瘪R生明介紹說。

　　其實，要理解這個復雜的理論融合后的研究結(jié)果，或許可以通俗解釋為，其中既包含了成礦的時間定位，也包含成礦的空間定位。其中每種屬性的異常，都是由一系列具有內(nèi)在聯(lián)系的單元素異常構(gòu)成。

　　試驗案例證實，在多維異常體系理論指導下，圍繞勘查區(qū)或已知礦深部“是否具備成礦可能、如果具備成礦可能礦體賦存在哪、怎么找”等地質(zhì)找礦中最關(guān)鍵的核心問題，從成礦前提、成礦強度、成礦物質(zhì)、成礦機制和成礦環(huán)境等多個層面獲取地球化學信息，遞進地評價勘查區(qū)成礦潛力，預測找礦方向，達到提高預測可靠性和準確性的目的。

　　多維異常體系理論，系統(tǒng)探討了礦床中各屬性異常體系的空間分布特點及其成礦指示作用，，構(gòu)建了試驗礦床礦致異常結(jié)構(gòu)模式。以異常結(jié)構(gòu)模型為核心，提出了深部礦地球化學勘查方法技術(shù)；根據(jù)元素的帶出、帶入特征及其遷移量的空間變化規(guī)律，探討元素遷移方向即熱液流動的方向，進而指示找礦方向。

　　多維異常體系理論與方法的提出，開啟了地球化學勘查新模式。更直觀地說，就是能夠更快更好地指導找礦。

　　目前，利用元素負異常界定熱液成礦系統(tǒng)邊界、利用S含量及其異常判斷勘查區(qū)成礦強度和成礦前景等實用型技術(shù)正在經(jīng)歷實踐檢驗。

　　引進研發(fā)土壤熱磁組分測量方法

　　運積物覆蓋區(qū)礦產(chǎn)勘查是世界礦產(chǎn)勘查界急需突破的瓶頸，在這種背景下，運積物覆蓋區(qū)地球化學勘查理論方法創(chuàng)新成為研究的熱點和前沿，土壤熱磁組分測量方法應(yīng)運而生。

　　土壤熱磁組分測量最初是由前蘇聯(lián)A.H.波戈留波夫等人在上世紀70年代提出的。

　　在土壤物質(zhì)組成成分中，普遍存在著一種非晶質(zhì)鐵錳（氫）氧化物，這種物質(zhì)與成礦指示元素關(guān)系密切，而且這種物質(zhì)有一個特性，就是經(jīng)過熱處理后可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^強磁性的晶質(zhì)鐵錳氧化物，比磁化系數(shù)大為提高，利用磁選方法就可以將晶質(zhì)化的鐵錳氧化物從土壤中分離出來，成礦指示元素也同時被分離出來。對其進行分析測試，可明顯提高地球化學異常襯度，達到強化礦化異常信息的目的。這也恰恰是土壤熱磁組分測量方法的基本原理。

　　2007年，該方法被馬生明引進并開展系統(tǒng)試驗研究。馬生明在河北北部半干旱低山、內(nèi)蒙古東部半干旱草原、新疆東部干旱戈壁荒漠、青海柴達木南緣干旱盆地等景觀區(qū)進行示范研究。結(jié)果表明，土壤熱磁組分測量將覆蓋層中的Cu、Pb、Zn、Ag、Cd、As、Sb、W、Mo等元素的異常強度提高一倍以上，而且異常穩(wěn)定重現(xiàn)，顯示出該方法廣泛的適用性和有效性。

　　青海野馬泉試驗區(qū)沖洪積層厚度大于100米，土壤熱磁組分測量在已知勘查區(qū)內(nèi)異常明顯，證明了方法的有效性，同時在勘查區(qū)外圍發(fā)現(xiàn)了范圍和強度更大的多元素組合異常，為進一步的勘查工作指明了方向。土壤熱磁組分測量方法有效推進了覆蓋區(qū)找礦難題的破解。

　　歷經(jīng)十余年的發(fā)展和積淀，在馬生明的帶領(lǐng)下，物化探所已經(jīng)構(gòu)建起穩(wěn)定的礦產(chǎn)勘查地球化學理論方法研究團隊，培養(yǎng)博士4人，碩士17人，為后備地質(zhì)人才培養(yǎng)做出了應(yīng)有貢獻�！�

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