《Journal of Geochemical Exploration》：Soil gas geochemical survey exploring for concealed sediment-hosted Au deposits in the semi-humid region: A case study from the Zhaishang Au-deposit, West Qinling, China
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隐伏沉积型金矿床的土壤气体地球化学调查方法研究：在Zhaishang金矿半湿润覆盖区（黄土、草地）通过H?S、SO?、CH?、CO?多组分气体分析，发现深部矿化带下方存在显著气体异常，证实该方法可有效探测此类地质条件下的隐伏金矿。
胡艳玉|杨柯|宋一伟|马振宇|张旺|王战斌|姜东翔|高永宝|魏立勇
中国地质调查局西安矿产资源调查院，710100，陕西，中国
摘要
在覆盖地形中勘探深埋矿床变得越来越重要。中国多样的覆盖区域，从戈壁沙漠等干旱地带到半湿润的草原，由于上覆岩层的不同，给隐蔽矿床的勘探带来了重大挑战。土壤气体地球化学作为一种深穿透地球化学方法，最近显示出捕捉与隐蔽矿石相关的信号的强大潜力。然而，其在半湿润地区勘探隐蔽沉积物中的金矿床的有效性仍不确定。本研究评估了多组分气体调查（H?S、SO?、CO?、CH?）在扎上金矿床的应用效果。结果表明，在两种不同的覆盖层（黄土和草原）以及沉积物中的岩石中，可以检测到与矿体区和矿化蚀变相关的显著气体异常或峰值。隐蔽的富硫化物矿床直接释放气体，同时还有其他来源的气体，如微生物活动产生的气体。H?S和SO?作为关键指标，与CO?和CH?一起用于探测深部矿化。不同上覆岩层中的有机物质对CH?异常的影响有限。因此，解释CH?数据时需要谨慎，因为可能存在非矿化的外部来源（例如生物源排放）。气体强度和气体异常的形态清楚地反映了厚层上覆岩层下矿体的规模和断层结构。概念模型说明了气体通过断层、裂隙和微孔从深部矿化区向地表迁移的过程。这些结果表明，土壤气体地球化学是探测半湿润覆盖地形（如黄土和草原）中沉积物中的金矿床的有效工具。
引言
传统的勘探方法，如河流沉积物和土壤地球化学调查，在过去几十年中已被证明在识别矿床方面非常有效（Doherty等人，2023年；Parsa等人，2023年）。然而，随着勘探工作的加剧，在野外定位暴露和浅埋矿床变得越来越具有挑战性。因此，矿产勘探的重点逐渐转向在覆盖区域（如黄土和草原覆盖区）中发现盲矿或深部隐蔽矿化（Gonzalez-Alvarez等人，2016年；Gonzalez-Alvarez等人，2020年；Noble等人，2019年；Lu等人，2022年）。在中国，大多数矿床和地质构造都被不同厚度的新生代地层和沉积物所覆盖（例如风成粉砂沉积物）。这些隐藏的矿床未来可能具有巨大的潜力（Wang等人，2016年；Zhao等人，2024年；Cheng等人，2024年）。然而，复杂的地质因素和上覆沉积物常常掩盖了深部矿化的信号，导致以风化壳为主的地形中存在不确定性（Anand等人，2007年；Muntean和Taufen，2011年）。为了满足对矿产资源日益增长的需求，开发了一系列新的勘探方法和技术（Dentith等人，2018年；Austin等人，2019年）。尽管如此，地球物理方法往往难以探测到隐蔽的金矿床，特别是那些位于狭窄的硫化物-石英脉中的矿床，因为它们的磁性特征较弱且容易受到干扰异常的影响（Heinson等人，2021年；Dou等人，2024年）。相比之下，地球化学方法在低成本和高效率的情况下显示出相当大的潜力。关键的深穿透地球化学技术，包括土壤气体地球化学调查、细粒土壤勘探、地气测量和金属移动形态提取（MME），最近得到了广泛应用（Cao等人，2009年；Zhang等人，2015年；Wang等人，2016年；Lu等人，2019年；Lin等人，2021年；Cheng等人，2024年；Wang等人，2025a，Wang等人，2025b；Bitaraf和Ghezelbash，2026年）。
富硫化物矿床的特点是含有多种矿物，如黄铁矿（FeS?）、辉铜矿（CuFeS?）、方铅矿（PbS）、辉锑矿（Sb?S?）、砷铁矿（FeAsS）和闪锌矿（ZnS）。这些金属硫化物在地下会发生物理化学反应，产生各种气体，这些气体释放到上覆土壤中。与埋藏矿床相关的高气体浓度为气体检测提供了基础（Lin等人，2021年）。具体来说，金属硫化物首先与氧气（O?）和水（H?O）发生反应，生成酸性溶液。这些溶液随后与周围岩石或矿体反应，释放出富含硫的气体（例如硫化氢）。一些气体直接进入大气，而一些硫气体由于上覆岩层中的高氧含量被氧化成二氧化硫，最终导致气体异常（Lin等人，2021年；Plet和Noble，2023a，Plet和Noble，2023b；Cheng等人，2024年）。许多气体，包括硫化合物（H?S、SO?、COS、CS?和CH?SH）、二氧化碳（CO?）、有机烃气体（例如CH?）、汞蒸气（Hg）和氦气（He），由于其强大的穿透能力、垂直迁移性和高敏感性，已被成功用于勘探埋藏的矿床，如金矿和金属硫化物矿床（Zhang等人，2012年；Castillo等人，2015年；Güle?和Hilton，2016年；Zhang等人，2016年；Noble等人，2018年；Lin等人，2021年；Cheng等人，2024年；Wang等人，2025a，Wang等人，2025b；Bitaraf和Ghezelbash，2026年）。在这些气体测量中，四种气体指标——H?S、SO?、CH?和CO?——被认为是成熟且直接的方法（Hinkle和Kantor，1978年；Fridman，1990年；Reid和Rasmussen，1990年；Zhang等人，2016年；Wang等人，2025a）。在金矿床（Wan等人，2023年；Dou等人，2024年）、银-铅-锌矿床（Cheng等人，2024年）、铜-Zn矿床（Lin等人，2021年；Wang等人，2025a）以及砂岩型铀矿床（Liu等人，2024年）中，已经成功检测到隐蔽矿床或强烈指示。
与其他地球化学技术（例如地气分析）相比，气体地球化学调查具有优越的特性，包括快速的分析能力、出色的稳定性和高重复性（Cheng等人，2024年）。这种方法的优势对于金矿勘探尤为重要，因为大多数金矿床含有或与各种金属硫化物相关（Oakes和Hale，1987年；Zhang等人，2016年；Plet等人，2021年；Dou等人，2024年）。此外，像CH?和CO?这样的烃气体已被用于指示隐蔽的金矿床，因为它们与金矿化过程有遗传关联（Duchscherer，1983年；Polito等人，2002年；Lin等人，2021年；Cheng等人，2024年）。例如，形成矿体的流体（包裹体）中的CH?和CO?或作为自由气体存在于矿床中可以直接释放（Kerrich和Fyfe，1981年；Klein和Fuzikawa，2010a，Klein和Fuzikawa，2010b；Groves和Santosh，2015年；Nivin，2019年）。此外，深度脱气过程也有助于CH?和CO?的形成（Dasgupta和Hirschmann，2010年；Etiope和Sherwood Lollar，2013年）。因此，H?S、SO?、CH?和CO?的综合气体分析已被用作埋藏矿化区的关键地球化学指标，特别是对于硫化物矿化，提供了可靠、实时和低成本的评估（Hinkle等人，1990年；Fridman，1990年；Voltattorni等人，2015年；Nivin，2019年；Cheng等人，2024年；Lin等人，2024年；Cheng等人，2024年）。扎上金矿床是西秦岭造山带（WQO）西部Min-Li金属成矿带中最大的金矿床之一（Liu等人，2015年；Weng等人，2015年）。该矿区地表条件多样，主要由黄土和草原覆盖。传统的地球化学方法往往难以在这种环境中识别和表征埋藏的矿化。为了解决这一限制，本研究进行了气体地球化学调查，使用H?S、SO?、CH?和CO?作为勘探探路器。本研究的目标是：（1）评估这种方法在半湿润覆盖地形中的有效性；（2）建立上覆岩层下沉积物中金矿床的综合气体迁移模型。
方法与采样
本研究使用了一种名为PMGA（便携式多组分气体分析仪，Cheng等人，2024年）的专用便携设备进行气体地球化学调查。PMGA由螺旋采样阀、干燥管和过滤器组成。CH?和CO?吸收红外能量产生的光谱强度最终用于表征气体成分。在采样过程中，使用电动工具在采样点钻直径为20–30厘米、深度为60–100厘米的孔
结果
四种气体的详细统计结果如表1所示。H?S和SO?的浓度最低，相比之下CH?和CO?的浓度较高。当检测不到可测量量时，会报告检测限值。H?S的浓度范围为0.001至0.056 ppm。其次是SO?（0.013–0.406 ppm）。相比之下，CH?和CO?的浓度显著高于硫化物相关气体，变化范围分别为1至182和70至15,900
地表气体来源分析
研究气体的来源对于理解土壤气体方法的有效性至关重要。地表H?S和SO?的异常反映了两种来源的混合。第一种来源于深部矿物，第二种包括次生气体、岩浆气体和大气贡献（Jiang，2016年）。土壤气体地球化学调查的理论基础基于这样一个假设：检测到的气体异常主要来源于
结论
本研究表明，土壤气体地球化学（H?S、SO?、CH?和CO?）是探测扎上矿床半湿润地区（具有黄土和草原地形）中隐蔽沉积物金矿床的有效方法。矿体和矿化蚀变区上的H?S、SO?、CH?和CO?气体浓度显著高于背景（非矿化）水平，反映了矿化的规模和范围。强烈的气体异常通常与矿化情况密切相关
作者贡献声明
胡艳玉：撰写——原始草稿、可视化、验证、资源管理、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。杨柯：资金获取、正式分析。宋一伟：软件、资源管理。马振宇：资金获取、正式分析。张旺：验证、监督、软件。王战斌：验证、监督、软件。姜东翔：项目管理，
利益冲突声明
作者声明本文中的材料尚未在其他地方发表或正在考虑发表，且作者声明与本研究无关的任何利益冲突。此外，我们声明与提交的工作没有商业或关联利益冲突。
致谢
本研究的资金支持来自中国地质调查局项目（项目编号：DD20242983）。我们感谢匿名审稿人和编辑提出的建设性意见和建议，这些意见和建议改进了手稿的早期版本。
