如果在当下,准确地定位马生明的研究领域,应归为勘查地球化学学科范围。但翻看他的履历,他从1984年12月毕业于长春地质学校,分配到物化探所工作至今。在工作过程中,他从未间断学习,从中专读到博士,跨越了找矿、地球化学、水资源等多个专业学科。这一路走来,从更多方向打开了他思考和解决问题的思路,让他获得了更多的成长机会和空间。
  马生明,1963年6月生,辽宁本溪人,中国共产党党员,教授级高工(二级),博士,博士生导师。他先后主持科技部科技支撑计划项目、国土资源部行业科研专项、地质矿产调查项目等20项,发表论文80余篇,获国土资源科学技术二等奖1项。30余年来,他结合国家需求和发展需要,潜心钻研,孜孜不倦,在环境地球化学异常形成机理、勘查区成矿潜力评价、覆盖区地球化学勘查等方面取得了创新性成果。
  提出“元素相关关系法”
  区域地球化学调查结果显示,城镇及其周边土壤中存在着重金属元素异常,引起社会和公众的普遍关注,也给地球化学科学家提出一系列问题——这些异常是怎样形成的?生态效应如何?需要地球化学家围绕土壤重金属元素异常查证和评价方法技术研究这一主题,同时针对目前环境地球化学调查和评价工作中亟待解决的问题,拓展思路,开创性地开展试验研究工作。
  在土壤垂直剖面上,异常通常表现为两种主要形式:表层累积型和连续型。表层累积型异常的组分基本来自于人类活动释放产物,至少部分Hg异常与辰砂矿物有关,此类辰砂矿物是在表生条件下通过土壤微生物的参与形成的,部分Cu、Pb、Zn、As等重金属元素异常与煤燃烧或矿石冶炼过程中产生的“微球粒”及磁铁矿、黄铁矿等有关。而连续型异常多为自然成因,以区域性Cd异常为代表,Cd含量与土壤中细粒级物质组成相关。
  马生明通过系统的试验研究,提出了确定环境地球化学异常组分基准值的方法“元素相关关系法”,即利用重金属元素与土壤中常量元素含量间的相关性,判断异常成因类型。由此判断,城镇周边土壤Hg异常与表生条件下生物作用形成的辰砂矿物有关。
  辰砂和“微球粒”等的发现,为城镇及其周边环境地球化学异常成因及其形成机理研究提供了新的思路,建立起了人类活动-大气污染-土壤污染间的成因联系,促进了环境地球化学、环境矿物学等领域的进步和发展。异常生态效应评价研究结果显示,异常组分存在形态是控制异常生态效应的根本因素。在此基础上,他研究制定了区域土壤生态地球化学评价标准,为土壤重金属异常生态效应评价提供了参考基准。
  同时,他根据辰砂和“微球粒”的发现提出,“当污染的土壤的重金属元素呈‘微球粒’存在时,并不会产生过多的危害。”他尝试着通过一些途径来验证。这也恰好印证了谢学锦院士曾在他的一片论文中提出的观点:在勘查地球化学发展史上另一个重大的转折点,是勘查地球化学今后的目标不仅是解决矿产资源问题,更要在环境监控、治理上做文章,不仅着眼于局部的矿山环境,更要着眼于全国乃至全球的环境生态系统调查。
  创新性提出多维异常体系
  勘查地球化学是通过对各种自然介质(如岩石、土壤、水系沉积物、湖积物、水、气体和植物等)中化学元素及其同位素的含量分布进行系统测量,并研究其空间分布特征、演化规律和迁移、富集变化规律,及其与各种地质过程、地质特征和区域成矿作用之间的关系,主要为区域地质找矿、成矿预测、基础地质研究提供基础地球化学资料。
  上个世纪70~80年代,这个学科发展了一些较完善的地球化学勘查程序。它们的基本思路是:运用高效率的地球化学勘查方法,在广大面积内进行广泛的勘查,缩小找矿靶区,然后用效率较低、但能较精确圈定矿化范围的方法开展工作。这种做法可以用尽可能少的人力、物力和时间,找到有经济价值的矿床。
  从2006年开始,为了更好地服务深部找矿需求,马生明带领他的团队,以拓展地球化学勘查指标为主线,在40余个(实验区)矿床上系统开展了元素富集贫化特征、富集贫化规律、异常分布状况和控矿地球化学条件等研究。
  通过研究,马生明发现,在热液成因有色金属成矿系统中,存在着多属性地球化学异常,既有微量元素,也有常量元素,甚至还有同位素;既有成矿元素、成矿伴生元素,又有矿化剂元素;既有亲石分散元素、稀有元素,还有稀土元素;既有正异常,又有负异常,成矿信息极其丰富。由此拓展了地球化学勘查指标类型。通过系统梳理、集成、概括上述不同属性地球化学异常的成矿指示作用,他将此创新性地提升为深部矿预测地球化学勘查应用基础理论,即“多维异常体系”。
  “根据现有研究成果,多维异常体系包括元素负异常、矿化剂元素(S)异常、矿化剂元素(S)与Fe和成矿元素协同平衡、成矿与伴生元素异常、惰性组分等异常体系。”马生明介绍说。
  其实,要理解这个复杂的理论融合后的研究结果,或许可以通俗解释为,其中既包含了成矿的时间定位,也包含成矿的空间定位。其中每种属性的异常,都是由一系列具有内在联系的单元素异常构成。
  试验案例证实,在多维异常体系理论指导下,围绕勘查区或已知矿深部“是否具备成矿可能、如果具备成矿可能矿体赋存在哪、怎么找”等地质找矿中最关键的核心问题,从成矿前提、成矿强度、成矿物质、成矿机制和成矿环境等多个层面获取地球化学信息,递进地评价勘查区成矿潜力,预测找矿方向,达到提高预测可靠性和准确性的目的。
  多维异常体系理论,系统探讨了矿床中各属性异常体系的空间分布特点及其成矿指示作用,构建了试验矿床矿致异常结构模式。以异常结构模型为核心,提出了深部矿地球化学勘查方法技术;根据元素的带出、带入特征及其迁移量的空间变化规律,探讨元素迁移方向即热液流动的方向,进而指示找矿方向。
  多维异常体系理论与方法的提出,开启了地球化学勘查新模式。更直观地说,就是能够更快更好地指导找矿。
  目前,利用元素负异常界定热液成矿系统边界、利用S含量及其异常判断勘查区成矿强度和成矿前景等实用型技术正在经历实践检验。
  引进研发土壤热磁组分测量方法
  运积物覆盖区矿产勘查是世界矿产勘查界急需突破的瓶颈,在这种背景下,运积物覆盖区地球化学勘查理论方法创新成为研究的热点和前沿,土壤热磁组分测量方法应运而生。
  土壤热磁组分测量最初是由前苏联A.H.波戈留波夫等人在上世纪70年代提出的。
  在土壤物质组成成分中,普遍存在着一种非晶质铁锰(氢)氧化物,这种物质与成矿指示元素关系密切,而且这种物质有一个特性,就是经过热处理后可以转变为具有较强磁性的晶质铁锰氧化物,比磁化系数大为提高,利用磁选方法就可以将晶质化的铁锰氧化物从土壤中分离出来,成矿指示元素也同时被分离出来。对其进行分析测试,可明显提高地球化学异常衬度,达到强化矿化异常信息的目的。这也恰恰是土壤热磁组分测量方法的基本原理。
  2007年,该方法被马生明引进并开展系统试验研究。马生明在河北北部半干旱低山、内蒙古东部半干旱草原、新疆东部干旱戈壁荒漠、青海柴达木南缘干旱盆地等景观区进行示范研究。结果表明,土壤热磁组分测量将覆盖层中的Cu、Pb、Zn、Ag、Cd、As、Sb、W、Mo等元素的异常强度提高一倍以上,而且异常稳定重现,显示出该方法广泛的适用性和有效性。
  青海野马泉试验区冲洪积层厚度大于100米,土壤热磁组分测量在已知勘查区内异常明显,证明了方法的有效性,同时在勘查区外围发现了范围和强度更大的多元素组合异常,为进一步的勘查工作指明了方向。土壤热磁组分测量方法有效推进了覆盖区找矿难题的破解。
  历经十余年的发展和积淀,在马生明的带领下,物化探所已经构建起稳定的矿产勘查地球化学理论方法研究团队,培养博士4人,硕士17人,为后备地质人才培养做出了应有贡献。

近日,自然资源部中国地质调查局物化探所承担的《胶西北金矿深部找矿地球化学方法集成与示范》项目通过科技部组织的专家验收。该项目立足深部找矿和覆盖区隐伏矿勘查找矿重大需求,在应用基础理论、方法技术进步、地球化学勘查、评价指标的定量化和土壤热磁测量技术等方面均实现了自主创新。  该项目由物化探所牵头,山东省第六地质矿产勘查院和桂林理工大学参加共同完成。项目历时4年,确认胶西北金矿成矿系统中存在由不同元素(组分)、不同类型异常构成的多位异常体系。选择海域金矿、焦家金矿和大尹格庄金矿为代表性矿床,在多维异常体系应用基础理论指导下,项目组总结梳理了胶西北金矿主要控矿要素,如构造蚀变带、热液作用及成矿物质等、包括无极元素和烃类气体在内的典型地球化学标志,突破勘查地球化学指标类型单一关键技术,建立了成矿前景预测定量化地球化学指标,构建了由硫、氧化钠、金以及烃类气体等指标构成的典型金矿地球化学勘查模型。  在应用基础理论探索和成矿地球化学机制总结的基础上,项目组制定了以钻孔岩石测量为手段、以多维异常体系为指导的深部矿地球化学勘查方法,主要包括控矿要素地球化学标志分析、地球化学评价指标建立、深部成矿前景预判及找矿方向预测等技术环节。该项目制定的胶西北金矿深部找矿地球化学勘查技术指南,除强调多属性异常特性以外,还尝试对各属性异常指标进行定量化,推动地球化学勘查指标从定性化向定量化发展,为其他地区金矿勘查提供了有益借鉴。  此外,该项目还揭示了土壤热磁组分测量在胶西北运积物覆盖区找矿中的有效性,并研制出土壤热磁组分电磁分选设备,制定了土壤热磁组分测量技术指南。  利用制定的深部矿地球化学勘查方法,该项目在海域金矿、纱岭勘查区等7处开展了深部找矿地球化学勘查技术示范,提出深部找矿靶位2处;在运积物覆盖区开展了土壤热磁组分测量技术示范,圈定找矿靶区2处。  该项目取得的理论和技术方法研究成果,在山东省科技厅2017~2018年度设立的省重大科技工程《深部金矿资源评价理论、方法与预测》项目的胶西北金矿集区纱岭和尹家西北矿区中已进行推广应用。

 

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