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深穿透地球化学是一种通过识别地表介质中成矿元素的微弱异常信息以寻找深部隐伏矿体的地球化学勘查理论与方法（谢学锦，1998; 王学求，1998，2005; 谢学锦等，2003; 韩志轩等，2017）。自20世纪70年代，国内外发展了多种深穿透地球化学勘查技术，如地气方法（Kristiansson et al.，1982），酶提取方法（Clark et al.，1993），电地球化学方法和元素有机态法（Antropova et al.，1992），活动金属离子法（Mann et al.，1988），地球气纳微金属测量法（Wang Xueqiu et al.，1997），金属活动态法（Wang Xueqiu et al.，1997; Wang Xueqiu，1998）等。区别于传统化探方法，深穿透地球化学方法的最大优势就是能应用于覆盖区矿产勘查，随着找矿重点由出露区向覆盖区转变，以及对矿产资源勘查需求的不断提高，该方面的研究也呈现升温的趋势（张必敏等，2019）。土壤微细粒分离技术是近十几年发展起来的一种深穿透地球化学技术，其野外工作方法是筛分土壤细粒级组分，从手段本身来说是一种常规的地球化学勘查方法，可视为土壤地球化学测量，但其原理是土壤中细粒级物质的吸附作用和可交换性能是活动态元素的天然“捕获井”，可以将深部迁移至地表的信息捕获，通过分离土壤中细粒级组分以富集来自于深部矿体的活动性金属元素，从而达到识别深部隐伏矿的目的，因此其本质具有深穿透的特性（王学求等，2003; 张必敏等，2019）。目前，土壤微细粒分离技术在我国的半干旱草原覆盖区（姚文生等，2012; 刘汉粮等，2013; 张必敏等，2013; Liu Hanliang et al.，2021）、荒漠戈壁覆盖区（Wang Xueqiu et al.，2007; 刘汉粮等，2016，2018; 张必敏等，2016; Liu Hanliang et al.，2021）、黄土覆盖区（张必敏等，2019）、高寒山区覆盖区（鲁岳鑫等，2022）、火山岩覆盖区（Zhang Bimin et al.，2015）以及西澳的运积物覆盖区（Morris，2013; Noble et al.，2020）取得了诸多成功案例，特别对金矿、铜钼矿、砂岩型铀矿等指示效果明显。
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胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一，该区已发现金矿床200余处，以不足全国0.2%的陆地面积孕育中国约1/3的探明金矿资源储量（宋明春，2015; Yu Xuefeng et al.，2018; 杨立强等，2020）。随着地质勘查程度的不断加大，该区地表矿、浅部矿越来越少，金矿找矿难度越来越大，“攻深找盲”和覆盖区成为该区找矿的重点方向（宋明春等，2008）。由于三山岛断裂带至焦家断裂带之间被第四系冲积土覆盖，农田广布，传统地球化学勘查方法捉襟见肘。为开展国家重点研发计划项目“穿透性地球化学勘查技术”，近年来在曲家隐伏金矿进行了土壤微细粒分离技术方法性试验，根据矿床特征和地球化学异常的空间对应关系，结合钻孔原生晕特征与表生地球化学异常关系，探讨该方法应用于胶东冲积土覆盖区地球化学调查的适用性。这对于开展覆盖区深部金矿地球化学探测技术研究具有重要意义。
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1 研究区地质概况
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胶东金矿集中区面积约16522 km2，仅占中国陆地的0.17%，累计探明金资源储量和黄金产量均占中国的1/3左右，是中国最重要的黄金基地。该地区的金矿勘探和研究是国内外高度关注的热点，金矿找矿不断取得新进展。2005年以前，在500 m深度以浅探明金资源储量逾1700 t; 2005年以来，在500~2000 m深度探明金资源储量逾2700 t（宋明春，2015; 杨立强等，2020）。三山岛金矿带和焦家金矿带均成为资源储量超千吨的世界级金矿田（于学峰等，2019）。三山岛金矿带在陆地出露长12 km，宽50~200 m，该成矿带有仓上、新立、三山岛、西岭、北部海域等5处大型—超大型金矿床; 焦家金矿带主要沿焦家断裂带分布，焦家断裂长约60 km，最宽处可达1000 m，该成矿带有焦家、新城、寺庄、朱郭李家、纱岭、前陈等大型—超大型金矿（于学峰等，2018）。三山岛金矿带至焦家金矿带之间则被大面积的第四系冲积土所覆盖。曲家金矿位于焦家金成矿带的中段（图1）是新城、红布金矿向深部的延伸位置，受北北东—北东向焦家断裂构造控制，主断裂两侧发育有大量次级断裂、节理、裂隙及矿化蚀变带。蚀变带在平面和剖面上均呈舒缓波状延伸，区内地表第四系广泛分布，第四系以下分布有中生代燕山早期玲珑序列崔召单元二长花岗岩和燕山晚期郭家岭序列斑状花岗闪长岩，郭家岭序列在矿区北部及深部有揭露，侵入于玲珑序列崔召单元内，矿区东部为新太古代五台—阜平期马连庄序列变辉长岩，分布于焦家断裂带上盘，揭露深度为 370~0 m，燕山早期玲珑序列崔召单元侵入于新太古代马连庄序列（图2; 杨德平等，2020a，2020b）。该区是深穿透地球化学勘查技术理想的试验场。
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图1 焦家金矿带区域地质简图（据于学峰等，2019; 杨德平等，2020a，2020b）
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Fig.1 Regional geological map of the Jiaojia gold metallogenic belt (after Yu Xuefeng et al., 2019; Yang Deping et al., 2020a, 2020b)
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2 样品采集、分析及数据处理
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2.1 样品采集与分析
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曲家隐伏金矿及其外围土壤微细粒分离技术方法性试验沿8、6、5、3、1、1、3、5、7号勘探线采集土壤样品652件，采样点距80 m（图2）。为了避免地表采矿、人为活动污染以及采集富含黏土层样品，使用洛阳铲采集地表100 cm以下样品，样品由采样点周围5 m范围内的3个子样组合而成，筛选120目细粒级物质，所有样品在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室分析，分析元素包括Au、Ag、As、Ba、Bi、Br、Cd、Cl、Co、Cr、Cu、F、Hg、I、Mn、Mo、Ni、Pb、S、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、V、W、Zn、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O共34种元素，分析方法和分析质量结果见表1。土壤微细粒分离技术相对于其他深穿透地球化学方法，在野外样品采集和实验室分析环节，操作上均更为简单，易于掌握，也便于推广，无论是矿区范围的隐伏矿普查和详查，还是区域性覆盖区快速地球化学扫面调查均比较适宜（张必敏等，2019）。
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2.2 数据处理
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曲家隐伏金矿及其外围土壤微细粒分离技术多元素地球化学参数统计、R型聚类分析、因子分析在SPSS软件中执行; 元素等值线图在Surfer软件中执行，等值线按累计频率0%、0.5%、1.5%、4%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、92%、95%、98.5%、99.5%、100%划分，以呈现元素的地球化学分布特征; 叠加三维立体地球化学图在Micromine软件中执行，以呈现地表土壤中元素地球化学特征与钻孔原生晕地球化学信息的继承关系。
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3 结果与讨论
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3.1 元素含量特征
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曲家隐伏金矿区土壤微细粒分离技术方法性试曲家隐伏金矿区土壤微细粒分离技术方法性试验地球化学参数见表2。Au含量0.37×10-9~1288×10-9，中位值5.50×10-9，几何均值7.51×10-9，平均值27.6×10-9，标准离差78.5。中国土壤Au地球化学背景值为1.40×10-9（迟清华等，2007），山东省土壤Au地球化学背景值为1.53×10-9（庞绪贵等，2018），山东省烟台市土壤Au地球化学背景值为1.91×10-9（庞绪贵等，2019）。曲家隐伏金矿土壤微细粒分离技术测量结果Au含量明显高于中国土壤、山东省土壤和烟台市土壤中报道的Au含量，说明该区是Au的高度富集区。
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图2 曲家试验区地质简图、地表景观和采样点位
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Fig.2 Geological sketch, surface landscape and sampling location of the Qujia experimental area
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区域浓集系数（RCC）不仅可以清楚地反映出元素分散与富集规律，表征其空间分布趋势，指出成矿有利地质体，还可以为确定区域主要成矿元素提供信息。EDA技术中的中位值（50%分位数）属于稳健统计学参数，具有很强的抵抗“野”数据干扰的能力（Kürzl，1988; 史长义，1993）。以中位值作为曲家金矿区土壤微细粒分离技术测量结果背景值，与烟台市土壤背景值（庞绪贵等，2019）相比确定RCC（图3），结果表明:Au、Br、I、Cl共4种元素RCC值大于1.25，显著富集; Sb、Sr共2种元素RCC值介于1.10~1.25之间，稍富集; SiO2、As、W、Pb、Ti、Sn、Ba、Mn、Na2O、Al2O3共10种元素RCC值介于0.90~1.10之间，无明显变化; K2O、Ag、CaO、V、Ni、Bi、Fe2O3、F、Cr、MgO、Co、S、Zn共13种元素RCC值介于0.75~0.90之间，稍贫化; Mo、Hg、Cu、Se、Cd共5种元素RCC值小于0.75，显著贫化。曲家试验区土壤微细粒分离技术测量Au元素背景值是烟台市土壤Au元素背景值的2.88倍，高度富集，也暗示了该区Au成矿的可能性。
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注:SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O含量单位为%，Au、Ag、Cd、Hg为10-9，其余元素为10-6; 烟台市土壤背景值引自庞绪贵等，2019; 山东省土壤背景值引自庞绪贵等，2018; 中国土壤背景值引自迟清华等，2005。
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元素共生组合特征可以很好地揭示元素之间的亲疏关系，从而解释与成矿相关的地质事件。为了进一步了解34种元素在全区的共生组合规律及相关性，对652件样品各元素含量进行了R型聚类相关分析，得出元素的聚类分析谱系（图4）。依据聚类次序可将元素分成七组（0.400）:第一组为Au、Ag; 第二组为Bi、Hg、Cd、S、Pb、Cu、W、Ti; 第三组为Cl; 第四组为Al2O3、F; 第五组为Zn、Sn; 第六组为As、Co、Mn、Cr、Ni、MgO、V、Fe2O3、Sb、Mo、Br、I、Se; 第七组为Ba、Sr、Na2O、K2O、SiO2、CaO。这一地区由于存在多期岩浆和热液活动，岩浆侵入、同化混染及热液蚀变作用发育，因此元素组合复杂（杨德平等，2020a）。第一组群代表了Au、Ag成矿元素，Au与Ag密切伴生; 第二组群代表了亲硫元素组合（Bi、Hg、Cd、S、Pb、Cu等）; 第三组群代表了富含Cl挥发分的热液活动; 第四组群代表了花岗岩的高岭石化或绢英岩化、黄铁绢英岩化过程（杨德平等，2020a）; 第五组群代表了Zn、Sn成矿元素; 第六群组代表了中基性岩浆活动; 第七群组代表了大离子亲石元素，中酸性岩浆活动。
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因子分析可以用来分析元素的组合特征及所代表的地质地球化学意义，是一种从多变量数据中提取若干公因子进而获取数据内部的相关性的方法，从地球化学角度看，这些新的变量中每一个变量都是一定的元素组合，合理的元素组合必然反映特定的地质地球化学信息，通过元素组合及因子计量图与地质背景互映分析，在分析地球化学场特征的同时，可进行找矿、地质等研究（Konstantinov et al.，1995）。使用SPSS软件对曲家金矿土壤微细粒分离技术测量34元素变量进行了因子分析。利用巴特利特球度检验（Bartlett test of sphericity）和KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）检验对所选数据的相关关系进行检验（薛薇，2004），本研究区KMO值为0.862，概率P值为0.00，非常适合作因子分析。通过提取主因子特征值大于1及正交旋转载荷矩阵，提取了8个主因子，累积方差贡献率80.584%（表3，表4）。主因子F1由Ni（0.891）、V（0.884）、K2O（0.863）、Fe2O3（0.857）、Co（0.843）、Cr（0.840）、Na2O（0.831）、MgO（0.801）、Sb（0.773）、Ti（0.771）、Ba（0.683）、Sr（0.665）、W（0.602）共13种元素组成，方差贡献率30.429%，反映了该区地质背景岩石的成分，主要是含黑云母的二长花岗岩和次生的变质岩等。主因子F2由Se（0.834）、Br（0.696）、I（0.654）共3种元素组成，方差贡献率9.112%，代表了矿化剂元素的活动; 主因子F3由Al2O3（0.899）、SiO2（0.680）、F（0.648）共3种元素组成，方差贡献率9.082，代表了富F花岗岩的高岭石化或绢英岩化、黄铁绢英岩化过程; 主因子F4由Bi（0.893）、Hg（0.853）、S（0.601）共3种元素组成，方差贡献率8.695%，代表了与成矿作用密切相关的矿化剂元素活动; 主因子F5由Ag（0.714）、Au（0.605）共2种元素组成，方差贡献率7.309%，代表了该区重要的金成矿作用; 主因子F6由Sn（0.793）、Zn（0.710）共2种元素组成，方差贡献率6.767%，代表了单独的一期热液活动，该期热液活动与金成矿作用关系小，代表晚期以Sn、Zn、Pb为主的热液活动; 主因子F7由CaO（0.923）共1种元素组成，方差贡献率4.762%; 主因子F8由Cl（0.690）共1种元素组成，方差贡献率4.428%。
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图3 曲家试验区土壤背景值与烟台市土壤背景值对比图
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Fig.3 Comparison of soil background values in the Qujia and Yantai City
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图4 曲家土壤微细粒分离技术测量34元素R型聚类分析图
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Fig.4 R-type cluster analysis of 34 elements measured by the fine-grained soil prospecting method in the Qujia
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3.2 元素空间分布特征
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曲家土壤微细粒分离技术测量分析结果做等值线图以呈现元素的地球化学分布特征（图5，图6）。结果表明:曲家试验区地表土壤微细粒分离技术测量Au、Ag等元素地球化学图基本相似，异常区主要分布在试验区东南部，与焦家矿带深部矿体（新城、红布金矿向深部的延伸位置）对应（杨德平等，2020a，2020b），异常面积大，异常强度高，异常在试验区内未闭合，向西南方向延展，与邻近招贤勘查区金矿体在地表的投影位置相吻合（祝德成等，2018）。同时在西北部有异常显现，异常强度高，靠近海边，异常在试验区内未闭合。试验结果表明，地表地球化学异常与已知矿有对应关系，且在未知区发现新异常，证实了土壤微细粒分离技术对胶东冲积土覆盖区隐伏金矿具有勘查指示意义。
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为了进一步确定土壤微细粒测量在该区的有效性，在存在已知隐伏矿体的第3勘探线进行了剖面试验。图7展示了第3勘探线土壤微细粒分离技术Au、Ag、Co、Cr折线图，勘探线穿过基性岩、隐伏矿体上方，并延伸到未知区域。隐伏矿体上方（点号:51~57）Au含量为25.7×10-9~71.4×10-9，是背景区Au含量（约2×10-9，点号:18~37）的10~30倍。Au含量在隐伏矿体上方最高，离隐伏矿体越远含量越低。Ag也显示出与Au相似的分布。辉长岩上方Co、Cr等代表基性岩、超基性岩特征元素异常明显，远离岩体Co、Cr含量降低。这些结果表明，土壤微细粒分离技术测量元素含量既能反应深部矿体又能表征地质背景，进一步证实了该方法对隐伏金矿的勘查指示。
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图5 曲家土壤微细粒分离技术测量Au地球化学图
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Fig.5 Au geochemical map measured by the fine-grained soil prospecting method in the Qujia
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图6 曲家土壤微细粒分离技术测量Ag地球化学图
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Fig.6 Au geochemical map measured by the fine-grained soil prospecting method in the Qujia
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3.3 地球化学异常形成机理讨论
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成矿及其伴生元素从深部向地表迁移是导致矿体上方土壤中元素异常的原因（Goldberg，1998）。覆盖区土壤微细粒分离技术地球化学异常形成机理包括深部物质向地表运移的迁移机制以及深部物质在地表介质（土壤）中的赋存形式（王学求，2005）。
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学者们提出了多种金属元素穿过覆盖层垂向迁移的理论。一般认为元素通过以下途径被运移至地表:风化过程中元素的物理和化学释放、地下水循环将元素溶解带到地表、离子扩散作用、氧化还原电位、蒸发蒸腾作用、植物的根系吸收、气体扩散、被气体搬运（Malmqvist et al.，1984; Cameron et al.，2004; 王学求，2005; Kelley et al.，2006）。以上8种迁移途径在不太厚的覆盖区都会存在，但前6种机制一般只能迁移几十米的距离，很难解释深部几百上千米的矿体元素如何迁移至地表; 对于后两种迁移途径，只有像Hg等易挥发的元素才能迁移很远的距离（王学求，2005）。Anand et al.（2016）总结了金属元素穿透外来覆盖层向上迁移的机制以及这些机制的缺陷（表5）。谢学锦等（2003）、王学求（2005）提出了以地气流为主的多营力接力迁移模型:深部地球气在经过深部隐伏矿床时，矿体中以离子、络合物及超微细的纳微米级颗粒等活动态金属物质进入地气流，其在地震泵、电地球化学及CO2发生器等营力的推动下持续向浅部迁移，在更浅的部位（数十米至数百米）可以在植物根吸收作用、毛细管作用、大气压泵、蒸发作用等影响下继续向地表迁移。在迁移过程中活动态金属将聚集在沿途吸附力强的地层或土壤层中形成串、片状迁移轨迹，最后在近地表聚集形成深穿透地球化学方法可以捕获的异常信息。近年来，随着纳米科技在地质学中的应用，基于矿石、地气、土壤中纳米金属颗粒的发现（王学求等，2011，2012a; 曹建劲，2012; 叶荣等，2012; Noble et al.，2013; Wang Xueqiu et al.，2017; Zhang Bimin et al.，2019; Han Zhixuan et al.，2020; Lu Mei et al.，2021以及其他文献），证实了地气流携带纳米金属颗粒迁移的模型。矿体和原生晕中存在大量纳米金属颗粒，且近地表的潜在矿体原生晕在风化作用下也产生释放大量纳米金属颗粒，活动性纳米金属颗粒因其巨大的表面能，可吸附于气体分子表面，并通过地气流的垂向运动，穿透矿体上方覆盖层而到达地表（王学求等，2011，2012a，2020; Anand et al.，2016; Wang Xueqiu et al.，2017）; 另外，纳米物质具有类气体性质，这种易分散性质可以使纳米金属微粒自身发生垂向迁移而到达地表（王学求等，2011，2012a，2016; 曹建劲，2012; 叶荣等，2012; Noble et al.，2013; Anand et al.，2016; Wang Xueqiu et al.，2017; 张必敏等，2018; Zhang Bimin et al.，2019; Han Zhixuan et al.，2020; Lu Mei et al.，2021）。金具有化学惰性，只有呈类气体性质的纳米胶体金才可能长距离垂向迁移到地表（Wang Xueqiu et al.，2017）。纳米金属颗粒从矿体迁移至地表，在迁移过程中要穿透围岩以及上部覆盖层，还有重要的一点就是迁移通道问题。除了构造裂隙、微裂隙、土壤孔隙外，迁移通道还包括岩石中存在的纳微米孔（张必敏等，2018）。邹才能等（2011）在致密岩石中发现大量具有良好连通性的纳米孔，为纳米金属颗粒迁移机理研究提供了一条全新的途径（张必敏等，2018）。王学求等（2020）和Li Ruihong et al.（2020）认为胶东蚀变岩型金矿围岩中大量存在小于1 μm的微裂隙或纳米孔，并用离子束扫描电镜在微裂隙中发现纳米金和黄铁矿等矿化。标准锥束CT扫描显示研究区主要岩石类型变辉长岩、黑云二长花岗岩、英云闪长质片麻岩都具有明显的微裂隙（图8）。团队（王学求等，2011，2012a; Wang Xueqiu et al.，2017; Zhang Bimin et al.，2019; Han Zhixuan et al.，2020）及国内外学者（曹建劲，2012; 叶荣等，2012; Noble et al.，2013; Lu Mei et al.，2021）从矿体上方地气和土壤、矿石、断层泥中以及岩石微裂隙中同时观测到纳米颗粒，并被室内迁移柱观测到纳米颗粒所证实，而且颗粒大小、形貌特点、成分基本相似，表明它们之间具有成因联系，同时纳米金属微粒具有有序晶体结构，表明它们是内生条件下的产物。这为穿透性地球化学提供了直接微观证据，即可以利用土壤作为采样介质，分离微细粒成分指示深部隐伏矿体（王学求，2011）。
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图7 曲家第3勘探线Au、Ag、Co、Cr元素折线图（a~d）及地质剖面图（e）
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Fig.7 Au, Ag, Co and Cr line chart (a~d) and geological profile (e) of the 3th exploration line in the Qujia
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研究区深部金矿体的深度大致为1000 m左右，矿体上覆主要是玲珑序列黑云母二长花岗岩，第四系冲积土壤层厚仅数米~数十米，冲积土形成时间不会超过万年，金垂向迁移速率制约了地表土壤层金异常的形成。含金纳米颗粒通过地气搬运或者本身以类气相沿着微裂隙等渗透性通道发生垂向迁移，这种气相搬运或者类气相迁移的速率是很快的，万年尺度下可以迁移至地表。国外学者在研究222Rn异常时发现它的垂向迁移距离可以达数百上千米，但是222Rn半衰期只有3.8 d，单纯的元素扩散理论是无法解释222Rn的长距离迁移的，因此国外学者提出了元素随上升微气流搬运的理论，并进而演化出地气勘探法（Kristiansson et al.，1982）。同时，根据流体在多孔介质中流动，基于达西定律（Darcy's Law）耦合平流方程（Darcy et al.，2004），在曲家金矿实现了概念型复杂盖层环境下Au元素三维迁移定量模拟，元素沿微裂隙垂向迁移速率大致为＜1 cm/a，而沿主要碎裂带迁移的速率大致为10~15 cm/a; 经初步估算，曲家金矿区Au元素通过微裂隙迁移至地表在千年尺度（＞2000 a），而沿碎裂带只需百年（约180~250 a）（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，2021❶）。
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表5 活动性金属穿过覆盖层向上迁移的不同机制总结（据Anand et al.，2016）
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Table5 Summary of different mechanisms for transfer metals upwards through transported cover (after Anand et al., 2016)
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图8 胶东岩石中的微裂隙（CT扫描）
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Fig.8 Microfissures in rocks of Jiaodong (CT scan)
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来自深部矿体的活动态金属元素迁移至地表后，以离子化合物、络合物、可溶性盐类、胶体、单质颗粒、合金颗粒等多种形式赋存于地表介质（土壤等）中（Wang Xueqiu，1998; 张必敏等，2019）。活动态金属元素往往带正电荷，极易被土壤中带负电荷的黏土矿物、铁锰氧化物、有机质所吸附。黏土矿物是土壤中最主要的次生矿物，主要存在于微细粒级土壤组分中，其表面带电荷，比表面积大（Sparks，2003），是活动态金属元素的理想赋存载体。另外，铁锰氧化物在地表疏松物中大量存在，矿物颗粒表面也常常被铁锰氧化物膜覆盖。铁锰氧化物随着样品粒径的减小，其比表面积呈指数增加，比表面积越大，其吸附活动性金属元素的能力就越强（Sparks，2003）。细粒级物质的强烈吸附与可交换性能是活动态金属元素的天然“捕获井”，物理分离土壤微细粒组分将有效富集活动态金属元素（王学求等，2003; 张必敏等，2019）。
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土壤微细粒分离技术提取的金来源可以归纳为:① 深部矿体含金纳米颗粒通过地气搬运或者它们本身以类气相垂向迁移至地表被土壤中黏土矿物等吸附捕获而富集; ② 下伏原生晕在表生作用下通过各种营力以活动态形式迁移至浅部土壤（Anand et al.，2016），然后被吸附捕获富集（王学求等，2003; 张必敏等，2019）; ③ 矿体或矿化露头经风化作用发生横向迁移。前两者活动态金对土壤微细粒Au贡献是主要的，而矿体或矿化露头经风化作用发生横向迁移主要形成砂金，同时矿体或矿化露头经风化作用也能够形成活动态金，但由于土壤地球化学障（黏土、铁锰氧化物膜等）的存在这部分活动态金发生长距离横向迁移的能力是有限的（王学求，2012b，2016）。穿越焦家和三山岛成矿带的土壤微细粒分离技术剖面测量，金高含量峰值点出现在焦家和三山岛断裂带正上方，在两条断裂带之间出现多个次一级峰值点，在本研究区与焦家带之间出现若干低值区（王学求等，2020），也印证了土壤地球化学障限制了活动态金横向迁移能力。研究区内土壤微细粒分离技术提取的金主要来源于深部，而受焦家带地表风化露头的影响甚微。同时，这种横向迁移不会在垂向上显示出元素迁移的印记，而胶东立体地球化学模型已经证实了金兼具矿化剂元素硫沿构造带的轴向迁移特征，又具有类气体元素沿纳米孔或微裂隙的垂向迁移的双重特征（王学求等，2020）。砂金由原生矿体剥离后，因地表较弱的水动力条件以及其比重大而主要表现为近源富集的特点（王元魁等，2008），胶东河流砂金矿层主要位于冲积或冲洪积物的底部，即古老变质岩系基岩面之上的含泥砂砾等粗粒沉积物中（朱成文，1991），土壤微细粒分离技术尽可能的排除了这些砂金颗粒的影响，进而增强了来自深部的矿物信息。
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为了进一步验证隐伏矿体成矿元素的垂向迁移特征及地表土壤地球化学特征对钻孔原生晕地球化学特征的继承性，基于地表深穿透地球化学勘查技术测量结果结合钻孔原生晕成果（杨德平等，2020a，2020b）构建了叠加的三维立体地球化学模型（图9）。原生晕结果显示Au、Ag、Hg等元素高值区域主要沿焦家断裂带分布，表明这些元素的迁移富集由成矿热液沿断裂破碎带活动引起，同时Au、Ag、Hg、F等元素在垂向上也有较明显的迁移和成晕现象; 原生晕在空间分布上具有复杂性，可能受成矿部位、成矿热液中元素浓度、热液的温度压力、围岩化学活性和可渗透性等多种因素影响; 元素的扩散及原生晕的形成除与热液对围岩的蚀变作用、金属纳米粒子被地气携带上升有关外，可能还与成矿作用过程中形成的金属气态络合物、气态水合粒子的迁移有关（杨德平等，2020a，2020b）。叠加三维立体地球化学模型（图9，图10）表明:在深部隐伏矿体上方的土壤中能够形成Au异常，即土壤微细粒勘查技术能够指示深部隐伏矿。但是异常强度会受到多种因素的影响，包括表生作用（主要是迁移覆盖层厚度）、矿体赋存深度以及裂缝（迁移通道）的发育程度等因素的影响。立体模型显示Au分布主要沿焦家带倾斜方向，间断性成矿，Hg在焦家带倾斜方向形成高值区，同时在垂向上沿微裂隙、纳米孔等形成高值区，指示了元素的迁移通道，而金则以纳米颗粒形式呈气相（或类气相）沿通道在地气流为主的多营力接力下垂向迁移至地表，在地表遇到土壤地球化学障（黏土、铁锰氧化物膜等）后卸载下来（蒋敬业等，2006; 王学求，2012，2016），并在地表土壤微细粒级组分中形成矿化异常。
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山东半岛属温润的暖温带气候，温度较高，冬季结冰较浅，微生物作用全年都可以进行; 棕壤发育，黏粒聚积明显，质地黏重，结构面多覆铁锰胶膜（蒋敬业，2006）。研究区主要岩石类型变辉长岩、黑云二长花岗岩、英云闪长质片麻岩具有明显的微裂隙，且微裂隙中发生纳米金和黄铁矿等矿化; 并证实矿体上方地气和土壤、矿石、断层泥以及微裂隙中观测到的纳米金属颗粒大小、形貌特点、成分基本相似，具有成因联系，同时纳米金属颗粒具有有序晶体结构，是内生条件下的产物。研究区深穿透地球化学异常的形成是深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式以地气流为主的多营力接力迁移的结果。在深部时地气流（地幔排气、气压泵气等）起着主导作用，到达近地表时离子扩散、植物深根作用、蒸发作用、微生物作用等因素参与到元素向地表的迁移。深部成矿物质迁移至地表后，被土壤中带负电荷的黏土矿物、铁锰氧化物、有机质所吸附，分离提取土壤微细粒组分富集活动态成矿物质，进而识别深部矿体引起的地球化学弱异常。
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图9 胶东曲家研究区地表土壤和钻孔岩芯中Au元素空间分布（钻孔数据来自杨德平等，2020b）
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Fig.9 Spatial distribution of Au in the soil and borehole in the Qujia area, Jiaodong (borehole data from Yang Deping et al., 2020b)
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图10 胶东曲家研究区地表土壤和钻孔岩芯中Au、Hg元素空间分布（钻孔数据来自杨德平等，2020b）
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Fig.10 Spatial distribution of Au and Hg in the soil and borehole in the Qujia area, Jiaodong (borehole data from Yang Deping et al., 2020b)
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4 结论
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胶东作为我国重要的黄金基地，随着地质勘查程度的不断加大，该区地表矿、浅部矿越来越少，深部和覆盖区成为该区找矿的重点方向。土壤微细粒分离技术作为一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学方法技术，在胶东冲积土覆盖区曲家金矿及其外围开展应用试验，结果表明:曲家金矿土壤微细粒Au区域浓集系数高达2.88，高度富集; 金、银等活动性金属以纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接力作用下迁移至地表，并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常; 金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系，能够互相印证，且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系，方法有效性试验取得满意结果。土壤微细粒分离技术可以应用于胶东冲积土覆盖区的地球化学找矿勘查。
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致谢:感谢山东黄金地质矿产勘查有限公司等单位有关地质同行在项目实施过程中给予的帮助和支持!感谢所有参与样品采集和样品分析测试的工作者!感谢审稿专家和责任编辑提出的宝贵修改意见!
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注释
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摘要
胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一,随着地质勘查程度的不断提高,其找矿方向逐渐由浅表矿转向覆盖区深部隐伏矿。土壤微细粒分离技术是一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学勘查技术,已在多种景观区取得成功试验案例。本文选择胶东冲积土覆盖区曲家隐伏金矿及其外围开展土壤微细粒分离技术的勘查试验。结果表明:相比于中国土壤、山东省土壤、烟台市土壤背景值,研究区内Au元素高度富集,区域浓集系数高达2.88,金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系,能够互相印证,且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系。异常形成机理是:深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接续作用下迁移至地表,并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常。土壤微细粒分离技术对隐伏金矿的勘查指示取得理想效果,可以应用于胶东冲积土覆盖区地球化学找矿勘查。
Abstract
Jiaodong is one of the three gold provinces with proven gold reserves of more than 5000 tons. With the continuously increasing degree of geological exploration, there are fewer and fewer surface and shallow deposits, and the deep and covered areas have become the key focus of ore prospecting in this area. The fine-grained soil prospecting method, a deep-penetrating geochemistry method that can recognize the anomaly information coming from the deep orebodies, has been successfully used for mineral exploration in the covered areas. In this paper, the fine-grained soil prospecting method was carried out in the Qujia concealed gold deposit and its periphery area which is located in the Laizhou City, Shandong Province and covered by alluvial soil. The results show that: ① the content of Au is significantly higher than that of Chinese, Shandong Province, and Yantai City soils, and the regional concentration coefficient is as high as 2.88, indicating that Au is highly enriched in the study area; ② the range of Au and Ag geochemical anomalies has a good corresponding relationship with the known hidden orebodies, which can confirm each other, and have an inheritance relationship with the geochemical information of the primary halo of the borehole. A potential genesis mechanism of the anomalies is as follows: the deep ore-forming materials migrate to the surface under the action of multi-agent relay in the form of nanoparticles with gas-like properties along macro-fractures such as faults and stratum contact surfaces and micro fractures in surrounding rocks, and are captured by surface fine-grained soil to form mineralization anomalies. Satisfactory results have been obtained in the validity experiments of fine-grained soil prospecting method, which can be applied to geochemical exploration in the alluvium-covered area of Jiaodong.
