一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法

技术领域

本发明涉及地质勘察的技术领域，更具体地，涉及一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法。

背景技术

目前对于隐伏矿体勘探使用的找矿方法主要有地球物理勘探法和地球化学勘探法。地球物理方法通过物理量异常探测隐伏矿体，对仪器精度要求高，勘探范围广，工作量大，成本高，不能精确的得到矿化异常信息；地球化学方法主要通过高的元素含量或同位素比值探测隐伏矿体，如地气测量，但容易受到其他因素的影响。

现有技术公开了了纳米微粒找矿技术，例如，一种水微粒地球化学找矿方法及其应用、一种利用微粒在生物组织内部引起的超微观异常现象寻找隐伏矿床的方法、一种用于透射电镜分析的液体纳米微粒样品的制备方法等，上述现有技术存在以下技术缺陷：使用的纳米微粒粒度较大，无法穿透更厚的覆盖层，因此使用纳米微粒无法探测更深的隐伏矿体。

发明内容

本发明为克服上述现有技术缺陷，提供一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法，包括以下步骤：

从待测区的地表介质样品中捕获皮米粒子，通过超微观分析技术得到皮米粒子的超微结构与化学成分，对分析得到的数据进行归纳整理判断待测区是否存在隐伏矿体，并根据皮米粒子携带的成分和结构信息进一步探测深部隐伏矿床是否存在、物质组成和矿床类型。

优选地，所述方法包括以下步骤：

选择待测区，采集待测区地表介质样品，从样品中捕获皮米粒子制成测试样品，利用超微观分析技术来测试样品中的皮米粒子，将检测得到的皮米粒子超微结构和化学成分信息进行归纳整理，来探测深部隐伏矿床并得到矿床信息。

本发明创新地通过分析皮米粒子的超微结构和化学成分，得到组成皮米粒子中原子或离子种类和组合方式，总结得到的化学成分出现的频次和各种元素组合规律，判断待测区是否存在深部隐伏矿床，同时判断深部隐伏矿体的物质组成和矿床类型。

本发明创新地使用皮米粒子，相比纳米微粒粒度更小，穿透力、迁移能力比纳米微粒好，更适合用来探测更深部的隐伏矿体。优选地，所述皮米粒子为大小 1pm-990pm的粒子，其表面原子数与总原子数之比小于等于1；包括单一原子或离子、原子群或离子群。

优选地，捕获皮米粒子的方法为使皮米粒子附着在附有超薄支撑膜的金属或非金属透射电子显微镜载网上。

由于不同介质中皮米粒子的存在形式不同，且不同仪器有不同的样品要求，本发明创新的给出了根据具体的介质和使用的仪器，通过不同的步骤捕获皮米粒子，制成待测样品。进一步优选地，从地表介质样品中捕获皮米粒子制成测试样品的方法，包括以下方法：

使用有超薄支撑膜的金属或非金属透射电子显微镜载网捕获皮米粒子制成透射电镜样品、筛选出粒度最小的微粒制成粉末样品、将植物和动物样品固定包埋制成超薄切片电镜样品。

进一步优选地，将水样品中的皮米粒子捕获并制备成透射电镜样品的方法，包括以下步骤：

将附有超薄支撑膜的电镜载网斜放，将水样品吸入用超纯水清洗过的移液管内，分次滴到电镜载网上，让水样品顺超薄支撑膜表面流下，使超薄支撑膜刚好湿透，不应滴过多的样品，待自然风干后再滴第二次，循环3～5次得到球差透射电镜样品。将吸附微粒的电镜载网放入样品盒避光保存在干燥皿中并等待测试，保证制样过程中样品不受污染。

进一步优选地，将水样品中的皮米粒子捕获并制备成透射电镜样品的方法，包括以下步骤：

用超纯水清洗容器后，向容器中倒入水样品，用镊子夹住附有超薄支撑膜的电镜载网边缘，不要夹到超薄支撑膜的中间防止损伤薄膜，移动时间不宜过长，使电镜载网在水样品中缓慢移动5～30分钟后得到透射电镜样品。将吸附粒子的电镜载网密封避光保存等待上机测试。

进一步优选地，将土壤固体中皮米粒子捕获并制备成透射电镜样品的方法，包括以下步骤：

将样品放入烘干箱80℃烘干48小时后，用80目筛筛选，将筛选过的样品放入烧杯，将附有超薄支撑膜的电镜载网悬在烧杯中，用洗耳球吹起样品，使小微粒扬起并自由沉降吸附在载网上，重复10次以上，制成球差透射电镜样品，保证制样过程中样品不受污染。

进一步优选地，将动植物样品中皮米粒子捕获并制备成透射电镜样品的方法，包括以下步骤：

先将采集的动植物样品用常规生物透射电镜流程固定包埋后超薄切片，后使用附有超薄支撑膜的电镜载网捞片，制成球差透射电镜样品。

进行化学分析实验时，测试结果会受到载网的影响，所以应根据关注元素选择合适的载网。优选地，所述电镜载网包括单层石墨烯薄膜、双层石墨烯薄膜、多层石墨烯薄膜、超薄碳膜、氮化硅膜、微栅。

本发明制作透射电镜样品使用附有超薄支撑膜的电镜载网，本发明创新所用的超模支撑膜样厚度薄且结晶度好吸附力强，易吸附皮米粒子且测试时对皮米粒子表征的影响小，在使用球差校正透射电镜等仪器对皮米粒子进行表征时成像效果好，可以清晰的观察到皮米粒子的形貌以及原子级的超微观结构。

本发明创新地使用超薄碳膜这类碳膜吸附力强，可以更好的吸附样品中的皮米粒子，同时改进了制样时间，使皮米粒子可以更好的在球差电镜下成像。

优选地，所述超微观分析技术包括超微观表征分析技术和超微观化学成分分析技术。

优选地，所述超微观表征分析技术包括使用球差校正透射电子显微镜、双球差校正透射电子显微镜、场发射电子显微镜、原子力显微镜中的一种或几种。

本发明使用双球差校正透射电子显微镜观察皮米粒子的超微结构、拍摄皮米粒子的形貌和电子衍射图；使用原子力透射电子显微镜可以观察到原子或离子结合为皮米粒子、原子或离子从无规律结合到有规律排列的过程。

优选地，所述超微观化学成分分析技术包括电子能量损失谱(EELS)、能谱 (EDS)。

通过电子能量损失谱和能谱测试可以得到选定化学元素在皮米粒子中的分布图，并通过电子能量损失谱对其化学成分进行定量分析；

本发明使用球差校正透射电镜和电子能量损失谱联用，既可以对皮米粒子进行形貌分析，分辨率高成像效果好，可以观察到皮米粒子原子级图像；同时使用电子能量损失谱，不仅可以达到原子级成分分析，也可以对成分进行定量分析。

优选地，所述皮米粒子的超微结构包括皮米粒子的尺寸、形状，皮米粒子中同种原子或离子的排列方式和结合方式，不同种原子或离子的排列方式和结合方式，皮米粒子之间的聚合关系。

优选地，所述皮米粒子的化学成分包括元素的组成、组合方式、组成元素的含量比值。

优选地，所述待测区无露出地表的矿体和无人工采矿污染；

优选地，所述待测区地表介质样品包括地下水、地表水、土壤固体、土壤气体、动物、植物及断层泥。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明将皮米粒子应用于找矿技术中，我们所使用的方法可以直接捕捉到存在于自然界的与隐伏矿体有关的原子级别粒子，并且使用仪器来表征和检测它们，这项技术在矿产勘察方向，乃至地质学界都是技术上的质的飞跃。

本发明提供了一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法，通过捕获在深部矿体产生皮米粒子，该种皮米粒子携带深部矿体的信息穿过覆盖层迁移到地表，分布在地表各介质中。对这种皮米粒子进行超微结构和化学成分分析可以有效的获取更深部的隐伏矿体的信息，这对于探测超深隐伏矿体有重要意义。

本发明使用附有超薄支撑膜的电镜载网对皮米粒子进行捕获制成透射电镜样品，该方法有效避免了以往使用的较厚的碳膜对表征成像带来的影响。且使用的超薄支撑膜的吸附力较强，更有利于皮米粒子的获得。

本发明使用超微分析技术来分析皮米粒子，获得的深部矿体的地球化学信息更敏感更全面更直观，更有利于对深部隐伏矿体物质组成的预测。

附图说明

图1为实施例1使用球差电镜拍摄的HADDAF图像；

图2为实施例1中EELS线扫得到成分谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例和对比例中使用的原料均为市购。

一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法，包括如下步骤：

1.选择无露出地表的矿体、无人工采矿污染的地区作为被检区，选择合适的时间采集地表介质样品，如地下水，土壤气体，动植物样品等；

2.使用附有超薄支撑膜的电镜载网捕获所采样品中的皮米粒子，制作透射电镜样品，干燥避光保存。使用载网捕获皮米粒子，根据不同介质的样品，通过不同步骤使皮米粒子吸附在载网上，本发明以水介质中皮米粒子为例。

捕获水介质中皮米粒子的步骤：

方法1：用超纯水清洗容器后，向容器中倒入水样品，用镊子夹住附有超薄支撑膜的电镜载网边缘，不要夹到超薄支撑膜的中间防止损伤薄膜，移动时间不宜过长，使电镜载网在水样品中缓慢移动5～30分钟后得到透射电镜样品。将吸附粒子的电镜载网密封避光保存等待上机测试。

方法2：

将附有超薄支撑膜的电镜载网斜放，将水样品吸入用超纯水清洗过的移液管内，分次滴到电镜载网上，让水样品顺超薄支撑膜表面流下，使超薄支撑膜刚好湿透，不应滴过多的样品，待自然风干后再滴第二次，循环3～5次得到球差透射电镜样品。将吸附微粒的电镜载网放入样品盒避光保存在干燥皿中并等待测试，保证制样过程中样品不受污染。

捕获土壤固体中皮米粒子包括以下步骤：

将晒干的样品放入烘干箱80℃烘干48小时后，用80目筛筛选，将筛选过的样品放入烧杯，将附有超薄支撑膜的电镜载网悬在烧杯中，用洗耳球吹起样品，使小微粒扬起并自由沉降吸附在载网上，重复10次以上，制成透射电镜样品，保证制样过程中样品不受污染。

捕获动植物组织细胞中皮米粒子包括以下步骤：

先将采集的动植物样品用常规生物透射电镜流程固定包埋后超薄切片，后使用附有超薄支撑膜的电镜载网捞片，制成透射电镜样品。

有超薄支撑膜的电镜载网，载网为金属或非金属材料的载网，超薄支撑膜包括单层石墨烯薄膜、双层石墨烯薄膜、多层石墨烯薄膜。进行化学分析实验时，测试结果会受到载网的影响，所以应根据关注元素选择合适的载网。

3.使用与电子能量损失谱(EELS)联用的双球差校正透射电子显微镜对制好的透射电镜样品进行检测分析，主要观察样品中找到皮米粒子的原子结合方式以及排列规律，皮米粒子的尺寸形状以及在样品中的分布；使用电子能量损失谱检测皮米粒子中元素的种类，并对皮米粒子的成分进行定量分析。

4.整合得到的皮米粒子表征及化学成分分析数据，判断组成皮米粒子原子的种类，同种原子或不同种原子结合方式和排列规律，通过观察皮米粒子各种原子的组合形式判断成矿元素的种类，获得矿床的信息。

实施例1

内蒙古石匠山多金属矿床地表介质样本的采集与分析

1、选择矿区及其地质背景

选择内蒙古自治区赤峰市林西县官地镇石匠山多金属矿床为研究对象，该矿床属于普查阶段，选择已探明矿体但没有开采地段采样，地表介质没有受到人工污染，且该矿床为隐伏矿床，为较为理想的采样点。

内蒙古石匠山矿区矿石的硫化物有方铅矿、闪锌矿、毒砂、黄铜矿、黄铁矿，银以方铅矿中晶格银形式和黄铁矿中独立银矿物两种形式存在，主要的成矿元素有Pb、Zn、Cu、Ag、Sb、As。

2、样品采集与透射电镜样品的制备

采集研究区内地表各介质样品。采集研究区地下水样品，将水样装入用超纯水洗净的聚乙烯瓶中密封存放。采集研究土壤固体样品，室内晒干72小时后放入密封袋存放。采集研究区动植物样品，将采集的样品超纯水清洗，用干净的小刀切下待测组织放入电镜固定液中低温存放。

在室内，用超纯水清洗烧杯后，向烧杯中倒入约2/3的地下水样品，用镊子夹住附有单层石墨烯膜的铜网边缘，避免夹到膜中间防止损伤薄膜，因石墨烯吸附能力较强移动时间不宜过长，使载网在水样中缓慢移动约10分钟后得到透射电镜样品，将吸附粒子的透射电镜样品密封干燥避光保存等待上机测试。土壤固体和动植物样品分别使用双层石墨烯载网和超薄碳膜载网制备样品。

3、样品分析

使用球差校正透射电子显微镜型号为Titan Cubed Themis G2 300，加速电压300KV，拍摄HADDAF模式图像，并使用EELS检测皮米粒子的成分。

4、样品测试结果

附图1为在内蒙古石匠山地下水样品中找到的皮米粒子，图1为使用球差电镜拍摄的HADDAF图像，图像中为一个皮米粒子，皮米粒子中亮度较大的为金属原子，粒子大小约为220*870pm，HADDAF图像显示组成皮米粒子的原子分布不规律。通过对皮米粒子进行EELS线扫，得到成分谱图图2，显示有Zn 的L2边缘，能量为1044eV，表明该皮米粒子中有Zn元素。

通过对内蒙古石匠山多金属矿床地下水中的皮米粒子进行捕获，使用球差校正透射电子显微镜对皮米粒子进行形貌分析观察到捕获皮米粒子由金属元素聚集形成，对粒子进行成分分析，检测到金属元素为Zn。同时对土壤固体和动植物组织细胞中的皮米粒子进行透射电镜分析，同样检测到有含矿元素的皮米粒子。因此地表介质中的皮米粒子可以在一定程度上反应地下矿体的信息，对中深部隐伏矿体的探测提供了更准确且直观的信息，在中深部隐伏矿体的探测方面具有较大的应用前景。

对比例1

选择与实施例1的矿区在同一构造单元内，但附近没有地球化学异常和矿体异常的区域采集相同的地下水样品，使用实施例1制备水介质中皮米粒子球差透射电镜样品的方法，检测其中皮米粒子，发现本对比例背景样品中皮米粒子不见与矿有关的元素如Zn等。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。