記者近日獲悉，中山大學地球科學與工程學院曹建勁教授團隊歷經(jīng)20年的研發(fā)，創(chuàng)建形成了完善的納米微粒找礦技術體系。
該研發(fā)結果表明，使用場發(fā)射電子探針、納米離子探針、原子探針等對單一納米微粒成分做定量分析，結合納米微粒的形態(tài)、結構、聚合關系、超微觀生態(tài)效應等預測隱伏礦床，能獲得更精確的關于隱伏礦體信息。這是中國科研人員發(fā)明、中山大學擁有自主知識產(chǎn)權一項找礦技術，也是一項原始創(chuàng)新的國際領先技術，對隱伏礦床找礦具有指導意義。
隱伏礦床找礦技術研究一直是地質(zhì)學家重要任務之一。曹建勁教授團隊經(jīng)過20年的工作，在30個礦床地表介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)3000多個與隱伏礦體有關的納米金、銀、銅、合金微粒以及銅、鋰、鈮、鉭、銦、銣、鍺、鉬、鉛、鋅、稀土等元素的硫酸鹽、氧化物、氯化物、碳酸鹽的納米微粒。通過對各類型礦床的研究，揭示了從隱伏礦體到地表納米微粒成分和結構的變化規(guī)律。
據(jù)悉，曹建勁教授團隊研發(fā)了在地表土壤氣固體、地下水、植物、動物、斷層泥等各種介質(zhì)納米或接近納米微粒的采樣技術和設備，并研發(fā)不同介質(zhì)納米微粒的制樣和測試技術，分別建立了土壤納米微粒找礦技術、植物納米微粒找礦技術、動物納米微粒找礦技術和水納米微粒找礦技術，已在14個未知區(qū)開展找礦工作，成功預測隱伏礦體。
曹建勁教授團隊發(fā)明的微粒找礦技術介紹
2003年，曹建勁教授（Email:eescjj@mail.sysu.edu.cn）發(fā)明將透射電子顯微鏡載網(wǎng)直接用于野外介質(zhì)中納米微粒采樣（微粒找礦關鍵技術之一），使用透射電子顯微鏡自然單一微粒分析技術，首次在隱伏礦體上方地表介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)納米金微粒，以及PbSO4、WO3等單一納米微粒，發(fā)明用微粒的種類、大小、形狀、結構、化學成分、聚合關系、空間分布等探測隱伏礦體，創(chuàng)建了微粒找礦技術（Journal of GeochemicalExploration, 2009, 101 (3): 247-253，2007年投稿，2008年在線發(fā)表；金屬礦山，2009，(2):1-4）。后又在貴州銅廠河銅礦床地表介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)自然銅、自然銅鐵合金和自然鉻鐵銅合金納米微粒，以及含銅的氯化物、氧化物、硫酸鹽、氫氧化物納米微粒（Science China EarthSciences, 2010, 53: 1647-1654；中國科學: 地球科學, 2011, 41(08):1109-1115）。在《2008年863計劃資源環(huán)境技術領域資源高技術論壇》、《2009年第四屆全國成礦理論與找礦方法學術討論會》等學術會議上報告了上述研究成果。
經(jīng)過20年的工作，在內(nèi)蒙古東升廟多金屬礦床、內(nèi)蒙古阿右旗卡休他他鐵礦床、內(nèi)蒙古拜仁達壩鉛鋅銀礦床、內(nèi)蒙古柴胡欄子金礦床、內(nèi)蒙古維拉斯托銀多金屬礦床、云南個舊卡房銅礦床、云南會澤大黑山銅礦床、云南永勝得銅礦床、廣西清明山銅鎳礦床、湖南留書塘鉛鋅礦床、湖南康家灣多金屬礦床、湖南柏坊銅礦床、廣東凡口鉛鋅礦床等30個隱伏礦床地表介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)與隱伏礦體有關的含金屬納米微粒（圖1），發(fā)現(xiàn)的含金屬納米微粒包括納米金、銀、銅、合金等微粒，以及鋰、鈹、鈮、鉭、銦、銣、鍺、鎵、鎢、鉈、鎘、錫、鉛、鋅、銅、硼、碲、銫、鐵、汞、錸、銻、鈷、鎳、硒、磷、鉬、砷、鉻、鈾、鐳、鋯、鉿、稀土、鉑族等元素的氧化物、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽、氫氧化物納米微粒和納米微粒聚合體，共獲得3000多含金屬納米微粒。在所有開展過工作的礦床都在地表介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了與隱伏礦體有關的含金屬納米微粒，證實隱伏礦體地表介質(zhì)中的含金屬納米微粒是普遍存在的。
圖1 隱伏礦體上方含金屬納米微粒
已建立各種介質(zhì)采樣、制樣、測試，以及微粒特征分析、異常納米微粒判別、隱伏礦體特征探測等一系列技術，在14個未知區(qū)開展找礦工作，成功預測隱伏礦體。目前，曹建勁教授團隊共獲得8項國家發(fā)明專利授權，獲得發(fā)明專利的申請日期、專利號、名稱、發(fā)明人、權利人如下：
1、2020.2.18，ZL202010100162.8，一種利用單一納米微粒的化學成分數(shù)據(jù)預測隱伏礦床方法，曹建勁、陸美曲、胡乖，中山大學。
2、2010.4.16，ZL201010154422.6，一種地氣微粒找礦方法，曹建勁、熊志華、劉昶，中山大學。
3、2014.7.18，ZL201410347067.2，一種水微粒地球化學找礦方法及其應用，曹建勁，中山大學。
4、2014.12.12，ZL201410763148.0，一種利用生物內(nèi)部納米微粒尋找隱伏礦床的方法，曹建勁、胡乖，中山大學。
5、2016.8.19，ZL201610692141.3，一種利用微粒在生物組織內(nèi)部引起的超微觀異?，F(xiàn)象尋找隱伏礦床的方法，曹建勁、胡乖，中山大學。
6、2013.1.4，ZL201310000879.5，一種利用含碳微粒尋找隱伏礦床的方法，曹建勁、賴佩欣，中山大學。
7、2013.7.24，ZL201310313191.2，一種微粒預測地震的方法，曹建勁，中山大學。
8、2014.7.18，ZL201410347082.7，一種利用微粒分析判別海水入侵的方法，曹建勁、劉千紅、易澤邦、彭益軍、賴佩欣、賓蘭、張劍，廣州市地質(zhì)調(diào)查院、中山大學。
研究結果表明，隱伏礦體納米微粒是經(jīng)斷裂作用和氧化作用形成，由地下水和上升氣流攜帶到達地表。通過對30個礦床的研究，揭示了各類型礦床從隱伏礦體到地表，納米微粒在形成和遷移過程中，其成分和結構特征的變化規(guī)律，為納米微粒找礦技術奠定了堅實的基礎。
在所研究的地表土壤氣固體、地下水、植物、動物、斷層泥等介質(zhì)均發(fā)現(xiàn)了大量的隱伏礦體有關的納米微粒，根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，分別建立了土壤納米微粒找礦技術、水納米微粒找礦技術、植物納米微粒找礦技術、動物納米微粒找礦技術。直接觀察到含金屬納米微粒造成細胞膜、細胞壁破損、細胞內(nèi)出現(xiàn)空洞等現(xiàn)象，含金屬納米微粒引起的超微觀生物效應也是找礦標志之一。
發(fā)現(xiàn)與隱伏礦體有關納米微粒有結晶、非晶、混合結構（結晶與非晶同時存在）三種形式，結晶中又可以分出單晶、單一成分多晶、復雜成分多晶等，表明自然流體中的微粒遷移是多形式的。由于納米微粒性質(zhì)不同，它們有不同的地球化學行為，它們的吸附、遷移等都有較大的差別，三種形式納米微粒都有重要的找礦意義。
納米微粒找礦技術已應用于地震預報、海水入侵探測等其他方面。與隱伏礦體有關的納米微粒數(shù)量可觀，潛在生態(tài)毒性高，但目前還未引起人們的重視。曹建勁教授團隊首次報道與隱伏礦體有關的含鈾等納米微粒對人類健康的潛在威脅。
納米微粒找礦技術與其它找礦技術有本質(zhì)的不同。例如，上世紀80年代，瑞典Kristiansson K和Malmqvist L提出地氣測量技術，Kristiansson K和Malmqvist L大量的研究表明地氣流（Geogas）能攜帶隱伏礦體含礦物質(zhì)向上遷移到地表，是由微氣泡攜帶通過含水層。上世紀90年代，成都理工大學童純菡教授通過實驗證實地氣流攜帶的含礦物質(zhì)是納米級的。地氣測量技術是通過聚苯乙烯薄膜等采取地氣流中的含礦物質(zhì)，利用激發(fā)X熒光分析等測試手段分析整個樣品的元素含量（全樣品分析的綜合性元素含量），通過高的元素含量預測隱伏礦體。因此，曹建勁教授團隊發(fā)明的納米微粒找礦技術是前人沒有的原始創(chuàng)新找礦技術。該技術獲得更豐富和更直接的關于隱伏礦體的信息，能夠有效反映隱伏礦體是否存在，以及隱伏礦體的礦物組合、化學成分、礦床類型等信息，應用前景廣泛。
上述研究獲國家自然科學基金重點項目（內(nèi)蒙古高原與隱伏金屬礦床有關微粒研究，2011年-2014年）、6項面上項目和國家高技術研究發(fā)展計劃（地氣微粒特征和元素含量結合探測隱伏礦床技術研究，2008年-2011年）課題資助。已在《Science China Earth Sciences》、《Chemical Geology》、《Journal of Geochemical Exploration》、《Ore Geology Reviews》等刊物上發(fā)表與納米微粒找礦技術相關論文103篇。部分論文信息（*通信作者）如下：
1 Cao Jianjin*, Hu Ruizhong, Liang Zhirong, Peng Zhuolun. TEM observation of geogas-carried particles from the Changkeng concealed gold deposit, Guangdong Province, South China. Journal of Geochemical Exploration, 2009, 101: 247-253
2 Cao Jianjin*, Liu Chang, Xiong Zhihua, Qin Tingrong. Particles carried by ascending gas flow at the Tongchanghe copper mine, Guizhou Province, China. Science China Earth Sciences, 2010, 53: 1647-1654
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41 Cao Jianjin*, Luo Songying, Lai Peixin, Wang Zhengyang, Liao Yipeng, Yi Jie. Research on particles carried by ascending gas flow of earthquake ruptures. Mineralogical Magazine, 2013,77: 820
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來源：曹建勁教授提供
編輯：中國礦業(yè)報（首席記者王瓊杰）
