关键元素超常富集与战略资源效应

王学求, 李龙雪, 吴慧, 王玮

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地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (1) : 11-22. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.40
战略资源地球化学评价理论

关键元素超常富集与战略资源效应

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Super enrichment of critical elements: Implications for stratgic mineral resources

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摘要

构成战略资源的关键元素有56个,大部分关键元素地壳丰度低,需要数十倍至上千倍的超常富集才能成矿,导致其矿产资源分布极不均匀。因此,圈定元素超常富集区是战略资源找矿预测和发现大型矿床的关键。超常富集核心是元素的富集强度,可以用成矿富集系数(m.a.i)、矿床规模吨位指数(t.a.i)和异常富集系数(a.c.i)定量刻画富集强度。对贵金属、有色金属、黑色金属、稀有金属、稀散金属、稀土和放射性等35个战略资源矿种进行统计分析,可以得出:成矿富集系数大于1 000的元素有锑、铋、铼和金,>100~1 000的元素有银、钨、锡、铬、锂、铯、碲、铟、铀和铂族元素(PGE),>10~100的元素有铜、镍、铬、铍、铷、钪、铌、钽、锆和原生稀土矿,≤10的元素有铁、铝、钛和离子吸附型稀土。富集达到大型以上矿床最低矿床规模吨位指数要达到107,一般要达到1010。异常富集系数要达到2以上。元素超常富集还体现在异常空间分布面积>100~1 000 km2,具有3层以上异常结构,至少存在4个元素组合。元素富集量和潜在资源量,可以用面金属量和体金属量进行定量预测。元素超常富集导致大规模成矿效应,而且在成矿物质背景(源)、成矿过程(运)和最终就位(储)整个富集过程中留下了异常轨迹,可以从定性和定量角度刻画元素超常富集规律,为预测和发现矿床提供找矿标志。

Abstract

The strategic mineral resources contain 56 critical elements, most of which have low crustal abundance and require 10-1000 folds of enrichment to form ore deposits. This results in extremely uneven distribution of mineral resources. Thus the delineation of super enrichment area is the key to the resource prospecting and discovery of large-sized ore deposits. The enrichment intensity of elements can be quantitatively expressed by the metallogenic acumulatioin index (m.a.i), the tonnagea acumulatioin index (t.a.i) and the anomalous concentration index (a.c.i). Statistical analyses of 35 strategic mineral species, including precious, non-ferrous, ferrous, rare and dispersed elements, rare earth elements and radioactive metals, revealed that (1) elements with a m.a.i greater than 1000 were antimony, bismuth, rhenium and gold; a m.a.i of >100-1000 were silver, tungsten, tin, chromium, lithium, cesium, tellurium, indium, uranium and platinum group elements; and a m.a.i of >10-100 were copper, nickel, chromium, beryllium, rubidium, scandium, niobium, tantalum, zirconium and primary rare earth elements. Iron, aluminium, titanium and ion-adsorbed rare earth elements had a m.a.i ≤10. (2) Large-sized ore deposits should have a t.a.i greater than 107, generally 1010, and a a.c.i greater than 2.0. Indicators for element super enrichment also included anomaly greater than >100-1000 km2, with anomalous hierarchical structure across more than three layers, and with occurence of at least four associated elements. The element enrichment factor and potential resources in a geochemical block may be estimated using areal and cubic metal contents. The qualitative and quantitative geochemical characteritics of element super enrichment provide evaluation criteria for the assessment and discovery of large-sized mineral deposits.

关键词

关键元素 / 超常富集 / 战略资源 / 地球化学找矿标志 / 成矿富集系数(m.a.i) / 矿床规模吨位指数(t.a.i)

Key words

critical elements / super enrichment / strategic resources / geochemical criteria / acumulatioin index (m.a.i) / tonnagea acumulatioin index (t.a.i)

中图分类号

P632

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王学求 , 李龙雪 , 吴慧 , . 关键元素超常富集与战略资源效应. 地学前缘. 2025, 32(1): 11-22 https://doi.org/10.13745/j.esf.sf.2024.10.40
Xueqiu WNAG, Longxue LI, Hui WU, et al. Super enrichment of critical elements: Implications for stratgic mineral resources[J]. Earth Science Frontiers. 2025, 32(1): 11-22 https://doi.org/10.13745/j.esf.sf.2024.10.40

参考文献

[1]
陈毓川. 矿产资源展望与西部大开发[J]. 地球科学与环境学报, 2006, 28(1): 1-4.
[2]
侯增谦, 田世洪, 谢玉玲, 等. 川西冕宁—德昌喜马拉雅期稀土元素成矿带: 矿床地质特征与区域成矿模型[J]. 矿床地质, 2008, 27(2): 145-176.
[3]
侯增谦, 陈骏, 翟明国. 战略性关键矿产研究现状与科学前沿[J]. 科学通报, 2020, 65(33): 3651-3652.
[4]
李余华, 刘凤祥, 周家喜, 等. 云南建水普雄铌稀土矿床的发现与研究意义[J]. 矿物学报, 2019, 39(4): 484.
[5]
李文昌, 李建威, 谢桂青, 等. 中国关键矿产现状、 研究内容与资源战略分析[J]. 地学前缘, 2022, 29(1): 1-13.
[6]
毛景文, 杨宗喜, 谢桂青, 等. 关键矿产: 国际动向与思考[J]. 矿床地质, 2019, 38(4): 689-698.
[7]
毛景文, 袁顺达, 谢桂青, 等. 21世纪以来中国关键金属矿产找矿勘查与研究新进展[J]. 矿床地质, 2019, 38(5): 935-969.
[8]
孙卫东, 李聪颖. 元素的地球化学性质与关键金属成矿: 前言[J]. 岩石学报, 2020, 36(1): 1-4.
[9]
王安建, 王高尚, 邓祥征, 等. 新时代中国战略性关键矿产资源安全与管理[J]. 中国科学基金, 2019, 33(2): 133-140.
[10]
王登红, 王成辉, 孙艳, 等. 我国锂铍钽矿床调查研究进展及相关问题简述[J]. 中国地质调查, 2017, 4(5): 1-8.
[11]
王登红. 关键矿产的研究意义、 矿种厘定、 资源属性、 找矿进展、 存在问题及主攻方向[J]. 地质学报, 2019, 93(6): 1189-1209.
[12]
王学求, 刘汉粮, 王玮, 等. 中国锂矿地球化学背景与空间分布: 远景区预测[J]. 地球学报, 2020, 41(6): 797-806.
[13]
温汉捷, 罗重光, 杜胜江, 等. 碳酸盐黏土型锂资源的发现及意义[J]. 科学通报, 2020, 65(1): 53-59.
[14]
翟明国, 吴福元, 胡瑞忠, 等. 战略性关键金属矿产资源: 现状与问题[J]. 中国科学基金, 2019, 33(2): 106-111.
[15]
周美夫, 李欣禧, 王振朝, 等. 风化壳型稀土和钪矿床成矿过程的研究进展和展望[J]. 科学通报, 2020, 65(33): 3809-3824.
[16]
周涛发, 范裕, 陈静, 等. 长江中下游成矿带关键金属矿产研究现状与进展[J]. 科学通报, 2020, 65(33): 3665-3677.
[17]
涂光炽, 高振敏, 胡瑞忠, 等. 分散元素地球化学及成矿机制[M]. 北京: 地质出版社, 2004.
[18]
周清, 王生伟. 四川攀枝花二叠纪碳酸岩稀土矿化碱性杂岩的发现及意义[J]. 中国地质调查成果快讯, 2019, 103/104: 44-49.
[19]
杨志明, 侯增谦, 周利敏, 等. 中国斑岩铜矿床中的主要关键矿产[J]. 科学通报, 2020, 65(33): 3653-3664.
[20]
YAN W Y, WANG Z L, CAO H B, et al. Criticality assessment of metal resources in China[J]. iScience, 2021, 24(6): 102524.
[21]
DOE H, FREISER H. Ion-transfer current-scan polarographic studies of metal extractants with ascending water electrode: manganese(H)-1, 10-phenanthroline and related ligand systems[J]. Analytical Sciences, 1991, 7(2): 303-311.
[22]
SILLITOE R H, 李刚. 智利的金矿床[J]. 国外火山地质, 1993(2): 15-22.
[23]
毛景文, 华仁民, 李晓波. 浅议大规模成矿作用与大型矿集区[J]. 矿床地质, 1999, 18(4): 291-299.
[24]
王学求. 巨型矿床与大型矿集区勘查地球化学[J]. 矿床地质, 2000, 19(1): 76-87.
[25]
OSSA F, HOFMANN A, VIDAL O, et al. Unusual manganese enrichment in the Mesoarchean Mozaan Group, Pongola Supergroup, South Africa[J]. Precambrian Research, 2016, 281: 414-433.
[26]
KIM H, SHIN D, IM H, et al. Distribution of indium and gallium in sphalerite from skarn and hydrothermal vein deposits in the Hwanggangri mineralized district, South Korea[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2024, 259: 107418.
[27]
朱日祥, 范宏瑞, 李建威, 等. 克拉通破坏型金矿床[J]. 中国科学: 地球科学, 2015, 45(8): 1153-1168, 1-4.
[28]
XIE Y L, HOU Z Q, GOLDFARB R J, et al. Rare earth element deposits in China[M]// Rare earth and critical elements in ore deposits. Littleton, CO: Society of Economic Geologists, 2016, 18: 115-136.
[29]
万丽, 刘欢, 杨林, 等. 成矿元素巨量聚集的混沌机制: 斑岩型和构造蚀变岩型矿床例析[J]. 岩石学报, 2015, 31(11): 3455-3465.
[30]
谢学锦. 走向21世纪矿产勘查地球化学[M]. 北京: 地质出版社, 1999.
[31]
王学求, 谢学锦. 金的勘查地球化学理论与方法·战略与战术[M]. 济南: 山东科学技术出版社, 2000.
[32]
王学求. 大型矿床地球化学定量评价模型和方法[J]. 地学前缘, 2003, 10(1): 257-261.
[33]
王学求, ЯрчеваΛ А 徐善法, 等. 天山成矿带境内外地球化学特征对比: 中国东天山和哈萨克斯坦楚伊犁地区[J]. 地质通报, 2007, 26(12): 1519-1530.
[34]
WANG X Q. Delineation of geochemical blocks for undiscovered large ore deposits using deep-penetrating methods in alluvial terrains of eastern China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2003, 77(1): 15-24.
[35]
WANG X Q, XIE X J, CHENG Z Z, et al. Delineation of regional geochemical anomalies penetrating through thick cover in concealed terrains: a case history from the Olympic Dam deposit, Australia[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1999, 66(1/2): 85-97.
[36]
刘大文, 谢学锦. 基于地球化学块体概念的中国锡资源潜力评价[J]. 中国地质, 2005, 32(1): 25-32.
[37]
徐善法, 王学求, 张必敏, 等. 中国铀地球化学块体与远景区划分[J]. 地球学报, 2020, 41(6): 785-796.
[38]
王学求, 周建, 迟清华, 等. 中国稀土元素地球化学背景与远景区优选[J]. 地球学报, 2020, 41(6): 747-758.
[39]
王学求, 周建, 张必敏, 等. 云南红河州超大规模离子吸附型稀土矿的发现及其意义[J]. 地球学报, 2022, 43(4): 509-519.
[40]
王学求, 刘汉粮, 王玮. 中国稀有分散元素地球化学[M]. 北京: 科学出版社, 2021.
[41]
WEDEPOHL H K. The composition of the continental crust[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, 59(7): 1217-1232.
[42]
HAWKES H E, WEBB J S. Geochemistry inmineral exploration[J]. Soil Science, 1963, 95(4): 283.
[43]
XIE X J, YIN B C. Geochemical patterns from local to global[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1993, 47(1/2/3): 109-129.
[44]
翟裕生, 王建平. 矿床学研究的历史观[J]. 地质学报, 2011, 85(5): 603-611.
[45]
LAZNICKA P. Giant ore deposits: a quantitative approach[J]. Global Tectonics and Metallogeny, 1983, 2(1/2): 41-64.
[46]
LAZNICKA P. Quantitativerelationships among giant deposits of metals[J]. Economic Geology, 1999, 94(4): 455-473.
[47]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范岩金: DZ/T 0205—2020[S]. 北京: 地质出版社, 2020.
[48]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范铜、 铅、 锌、 银、 镍、 钼: DZ/T 0214—2020[S]. 北京: 地质出版社, 2020.
[49]
《矿产资源工业要求手册》编委会. 矿产资源工业要求手册[M]. 北京: 地质出版社, 2010.
[50]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范钨、 锡、 汞、 锑: DZ/T 0201—2020[S]. 北京: 地质出版社, 2022.
[51]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范铝土矿: DZ/T 0202—2020[S]. 北京: 地质出版社, 2020.
[52]
何周虎, 李时谦, 胡志科. 关于铋矿床工业指标的讨论[J]. 华南地质与矿产, 2004, 20(2): 32-34.
[53]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范铁、 锰、 铬: DZ/T 0200—2020[S]. 北京: 地质出版社, 2020.
[54]
中华人民共和国自然资源部. 钒矿地质勘查规范: DZ/T 0322—2018[S]. 北京: 地质出版社, 2018.
[55]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范稀有金属类: DZ/T 0203—2020[S]. 北京: 地质出版社, 2020.
[56]
中华人民共和国自然资源部. 石膏、 天青石、 硅藻土矿产地质勘查规范: DZ/T 0325—2018[S]. 北京: 地质出版社, 2018.
[57]
中华人民共和国自然资源部. 矿产地质勘查规范稀土DZT 0204-2022[S]. 北京: 地质出版社, 2022.
[58]
中华人民共和国国土资源部. 铀矿地质勘查规范: DZ/T 0199—2015[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.
[59]
HAWKES H E. The downstream dilution of stream sediment anomalies[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1976, 6(1/2): 345-358.
[60]
师淑娟, 宫进忠, 张洁. 河北省铅锌矿源层与地球化学块体[J]. 矿床地质, 2010, 29(2): 276-282.

基金

国家自然科学基金项目(U2244219)
联合国教科文组织“化学地球”大科学计划”
地球观测组织(GEO)项目(GEOWP23_25)

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