锁定红河地区背后

文、图/《中国报道》记者 李士萌

起初，人们不太相信在云南能找到中重稀土矿。

自1969年我国在江西龙南足洞首次发现离子吸附型稀土矿以来，对于中重稀土矿的勘查再没有大的突破性发现。相比轻稀土，中重稀土矿床的稀土元素大多以离子形式吸附在风化壳的黏土矿物上，无法通过肉眼识别岩体或矿化，找矿难度较大。

地质学界普遍认为，某一矿种的富集与其所处地质单元的演化密切相关。足洞处于我国华南地质构造域，与其相距1400多公里的云南则处于特提斯构造域上，这种构造单元通常是寻找铜矿的重点目标，很难将其与稀土矿联系起来。

中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所首席科学家王学求及其团队是如何锁定云南红河地区、“透视”隐伏地下的稀土矿藏的呢？

绘制“寻宝图”

很多地质人，终其一生可能都无法找到大矿。一个大矿的发现，往往是实力与运气碰撞的结果。云南中重稀土矿的发现，用王学求的话来说，亦是如此。

王学求锁定“红河地区”，并不是某次盲探的偶然成功。在960多万平方公里的大地上寻找中重稀土矿，犹如在大海里捞针。之所以能够锁定红河地区不到100平方公里的地域，这首先得益于一张“寻宝图”。

这张图是包含76个元素的地球化学基准图，可以拆分为76张，每一种元素都有对应的一张图。有了这张图，该元素在中国大地上的分布情况一目了然。除具有放射性的钷，稀土的16个元素也囊括其中。红色越深的地方，代表某种元素的富集程度越高；蓝色越深的地方，则代表某种元素的富集程度越低。

“这是人类历史上第一张具有16个稀土元素的、全国性的地球化学基准图。”王学求告诉《中国报道》记者。

把元素周期表绘制在地球上的灵感可以追溯至20世纪。1973年，两位英国学者出版了世界第一幅地球化学图——北爱尔兰地球化学图集，但真正将其发扬光大，并使地球化学填图技术成为找矿“显学”的则是中国。

20世纪70年代中期，我国勘查地球化学事业的奠基人谢学锦意识到，中国绝大部分地区，尤其是东部地区,根据地表可见的矿化迹象找矿的时代已经结束，一个地球化学方法大发展的时代即将到来，这一方法对寻找隐伏地下的各类矿床有“奇效”。他果断终止了之前坚持多年的研究方向，着手区域地球化学找矿和填图理论与方法的研究。

1978年，谢学锦提出“区域化探全国扫面计划”（简称“扫面计划”）。该计划覆盖全国近600万平方公里，分析39种化学元素的全国分布图谱。全国地矿系统不计其数的工作者参与其中，集中投入的时间长达20年。此后中国许多新矿床的发现，大都是该计划提供的线索。

但当时扫面计划的调查区域主要是基岩出露区，受到元素迁移理论和实验室检测技术的限制，缺乏对植被土壤覆盖区的调查，稀土等化学元素并不包含在内。于是，王学求心中便种下了一颗新种子——绘制一张覆盖更多化学元素、向地壳更深部探索、使用更高精度检测方法的地球化学图。

王学求在云南红河地区第一个发现的中重稀土矿床风化壳剖面进行取样，铁铲上的白色风化壳样品为稀土矿。

随着覆盖区地球化学勘查理论的突破，以及高精度检测仪器的广泛应用，稀土检测的技术趋于成熟，开始新一轮地球化学填图的时机逐渐成熟。2008年，在实施“深部探测技术与实验研究”国家专项时，王学求负责所属的“地壳全元素探测技术与实验示范”项目，他带领团队开展“全国地球化学基准值建立与综合研究”，着手绘制81项指标（含76个化学元素）的地球化学基准图。

“从采样到数据分析都要做到精准，投入这么多人力、物力、财力，每一步都要经过科学验证。”王学求说。

填图的第一步是在中国大地上打网格。地球化学基准图中的颜色之所以能呈现均匀过渡，是12000多件岩石和6800个水系沉积物样品数据的细密堆叠。王学求将中国广袤的土地分成数千个80公里×80公里的网格，采样面积较扫面计划大大拓展，从此前的600多万平方公里扩大至900多万平方公里，从出露区扩展到覆盖区，从39种元素填图扩展到76种元素填图。

每个网格内需有两个汇水域（山势的低洼处或河流下游）采样点。之所以选择汇水域作为采样点，是因为这里的沉积物最具有代表性，上游岩石所含的化学元素通过地表水的搬运沉积于此，既能代表整个流域的元素平均值，又能有效反映整个流域人为输入导致的元素含量变化。此外，每个点位都要同时采集表层样品（0—25厘米深）和深层样品（100厘米以下），表层样品用于反映人类活动的影响，深层样品用于代表自然地质背景。此前扫面计划多采集表层沉积物。为了解密水系沉积物元素来源，同时每个网格采集了13件岩石样品，全国共采集12999件岩石样品。此次的全国地球化学基准图则向更深处挖掘，将时间维度加入其中，勾勒该点位的地质历史，形成化学元素的四维宇宙。

检出样本中的亿万分之一

冰川水流过的青藏高原、黄河奔腾而过的几字弯、长江泥沙淤积形成的冲积平原……当一袋袋水系沉积物从天南海北运回实验室后，绘制“寻宝图”的新一轮接力开始。

实验室是这场接力赛承上启下的一棒，他们的数据是否精确、稳定，关乎“寻宝图”的线索是否明晰。76种化学元素，性质不同，分析方法也不同。

白金峰在办公室处理实验数据。

“1克土壤中可能只含有百万分之一的某种重稀土元素，甚至会低至亿分之一，分析难度就像让你在亿万人中寻找特定的一个人。”中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所实验测试中心主任白金峰告诉《中国报道》记者，绘制地球化学基准图对化学分析方法检出限的要求极其高——要求（分析）方法检出限全部低于地壳克拉克值。也就是说，原本某种元素在地壳的平均含量可能是几千万分之一，而实验室需要将检测方法的精度提升至几亿分之一。

为此，张勤等实验室成员探究出10余种检测方法，来检验不同种类和性质的化学元素。一袋近2千克的沉积物样品被送入实验室后，1千克作为副本保存，另1千克需先打磨至负200目（74微末）粗细的颗粒，再缩分为数份15克—90克不等的样品，送入不同的检验方法流水线。

稀土元素的检测，需要实验人员先称量出0.2500克的样品，一点儿不能多，一点儿不能少，随后经过样品溶解后，用电感耦合等离子体质谱仪测定样品中16个稀土元素的含量。对于稀土含量过低无法检出的样本，实验人员还需要将样本进行手动分离和富集后重新测量。这一过程可能比前线采样需要更多的耐心和专注力。

“目前，世界上很多国家都掌握了分析稀土含量的方法，但只有中国能够做出这张图，强大的实验室及研究人员队伍是我们的核心竞争力之一。”王学求告诉记者。

在做实验的过程中，仪器状态、人为操作误差，都有可能影响数据的准确性。为了尽量减少数据误差，他们在每50份样品中还会插入6—8份标准样，这些标准样就像一杆“秤”，用来衡量检测是否准确。其中，4份标准样的标准值公开，用来内部控制。实验人员拿到的只有标着诸如“12342343”一串数字的50份样品，这堆“盲盒”样本中，哪些是标准样，只有前端负责分发样本及后端录入数据的工作人员知晓。如果实验人员对标准样的检测结果与标准样规定数值差距过大，就说明该批样品的检测存在问题。

40 多年来，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所质量监控中心持续研发 300 余种地球化学国家一级标准物质。

此外，为控制检测的合格率，还会插入2—4份标准值不公开的密码样，检测结果送外部专家组解密分析，评价检测质量。与此同时，还会抽取5%的样品进行重复检测，以检验不同人、不同时间检测结果是否一致。

显微镜下富含稀土的花岗岩。

这些严谨甚至说是严苛的控制手段，均服务于数据的精准性和灵敏度。王学求在曾发表的论文中这样写道：这些测试指标体现了目前世界上最先进水平和最严格的要求。

最终，海量的数据汇入中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所为地球化学填图专门研发的软件，进而生成一张全国地球化学基准图。有了这张图，勘查人员便可以“按图索骥”，圈定某种元素的异常区域作为找矿的线索。 

锁定红河地区

2014年，当稀土元素的地球化学基准图绘制出来后，果然有意外之喜，在我国滇南等地区，发现了此前从未报告过的9处稀土超常富集区。

而王学求的目标，是寻找勘探难度更大、储量更稀少的中重稀土矿。“哪些超常富集区是有可能存在中重稀土的？”2016年起，这个问题便始终盘旋在他的脑海中。

称量样品用的精密天平，天平电子屏上显示重量的单位为克。

“分别验证9处超常富集区不具备可执行性，如果要找，就需要思考好，要有充分的证据。如果找错了地方，人力和财力都会白白浪费。”王学求说。

那时，王学求没事儿便盯着《中国稀土元素地球化学基准图》《中国轻稀土元素地球化学基准图》《中国重稀土元素地球化学基准图》琢磨，他相信总有一天会想明白。终于，在2018年底的一天，他通过大量的数据验证逐渐确认——中重稀土矿的识别，可以通过轻、重稀土的比值确定。

将电感耦合等离子体质谱仪进样管插入放置着样品的试管，大约几分钟后便可测定样品中各类元素含量。

根据王学求的计算，轻稀土矿周围水系沉积物或风化物土壤中轻、重稀土地球化学基线比值大于5, 如内蒙古白云鄂博和四川牦牛坪碳酸岩—碱性岩超大型轻稀土矿异常中，轻稀土与重稀土的比值分别为5.8和6.7, 而华南富含重稀土的离子吸附型稀土矿的比值为3.5。新发现的云南红河地区异常区域的比值为3.2，与华南已知中重稀土矿轻、重稀土比值相近。

这个想法的出现并非灵光乍现，王学求此前曾为了研究岩石的地质背景，通过测定其中镧和镱的比值，确定岩石究竟来自地壳重熔还是地幔。“你做任何事情都有知识背景在里面。某些理论的突破，可能就是在试验各种方法时发生的。”王学求说。

笃定这一想法后，2019年，在中国地质调查局地质调查计划支持下，王学求及团队选定了云南红河地区约1万平方千米作为靶区，展开1∶25万比例尺地球化学调查，将这片土地划分为2000多个4平方千米的网格进行采样，圈定6处稀土异常中心。随后对3处重要异常开展1∶5万比例尺地球化学调查，将异常核心区聚焦于100平方千米范围内，按照500米×500米网格布置采样点位，局部交通困难地区适当放稀。

实验人员分取溶液，用于后续仪器测定。

两年多时间，找矿靶区的“包围圈”一步步在缩小。直至2021年6月的一个下午，王学求带领团队成员在进行风化壳剖面查证时，发现了第一个中重稀土矿床点位。这个点位是在一条不到3米宽的路边斜坡，斜坡背后的山形类似馒头，与江西发现稀土矿的地貌类似。王学求直觉性地认为，这个点位值得一试，于是在该剖面采集了数件风化壳样品。当天晚上，王学求和团队成员将样品进行滴定时，牛奶状沉淀出现，在场所有人都激动不已。

“云南的海拔高，地形切割较深，地表出露的变质岩较多，不像江西花岗岩出露较多，地形以低山丘陵为主，有利于稀土矿体的保存。所以一开始，大家都对在云南找稀土矿半信半疑，这个点位的发现，无疑增加了大家找矿的信心。”中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所正高级工程师、云南红河稀土矿勘探阶段现场负责人周建回忆道，几个月后，实验室传来捷报，该点位样品的中重稀土含量达到工业开采品位。

虽然找到了矿，但王学求决定继续扎根在红河地区，探明这里真正的中重稀土矿藏储量，搞清在云南发现中重稀土矿的成矿原理，弥补此前找矿的遗憾，将一个完整、清楚的大矿交给国家。

(《中国报道》2025年7月刊)

责任编辑：柴晶晶