崔梦萌｜苏本勋等：骆驼刺——深根植物的“找矿向导”，为镍铜硫化物矿床勘查提供新指标

 “山上有葱，下有银；山上有蒜，下有金；山上有姜，下有铜锡”——早在唐代《酉阳杂俎》中，我国先民就已总结出植物与矿产之间的伴生关系。利用植物指示矿床（植物找矿）在世界各地也有着数百年的实践历史。现代研究表明，某些植物（如超积累植物）可在体内富集极高的金属含量；近年来，高光谱遥感技术的发展更使大面积、非破坏性的植物找矿成为可能。然而，植物找矿长期依赖经验实践，系统性科学研究相对匮乏，“特定植物指示特定金属”的传统观念也限制了该方法的应用推广。一个关键的科学问题是：普通植物（而非超积累植物）能否记录其生长基底的岩石与矿化信息？植物找矿能否从“经验”上升为“科学”？ 

 针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境演变全国重点实验室崔梦萌博士后和苏本勋研究员，联合中科院植物研究所、中山大学及青海省第五地质勘查院，选取我国西北夏日哈木镍铜硫化物矿床（本世纪全球发现的最大岩浆型镍铜硫化物矿床）周边广泛分布的半灌木豆科植物——骆驼刺（Alhagi sparsifolia）为研究对象，在其2023年正式开采前系统采集了矿区内44件茎叶样品（覆盖成矿的I号和II-1号岩体、不成矿的II-4号和IV号岩体及围岩区）及6件远矿区戈壁对照样品（图1），开展了系统的元素含量与钾同位素（δ⁴¹K）分析，尝试建立“岩石—土壤—植物”成分继承关系与找矿识别指标体系。 

图1（a）矿区地质简图及骆驼刺采样点分布；（b、c）I号与II号岩体勘探线剖面

 研究结果显示：生长于成矿岩体（I号超镁铁-镁铁质岩体）之上的骆驼刺，相比不成矿岩体和围岩（花岗质片麻岩）区的样品，表现出显著较低的Na、Ca、Sr含量和δ⁴¹K值、明显较高的Ni含量与K/Na比值以及略高的Co含量（图2）；而不成矿区及远矿区戈壁样品中上述元素含量普遍偏低，且戈壁样品成分波动大、判别性差。 

图2 夏日哈木矿区及戈壁区骆驼刺的Mg、Na、Ca、Sr、Ni、Co含量、K/Na比值及K同位素组成对比

 这种植物学差异与不同地质单元基岩成分的差异高度一致，揭示了“基岩→土壤→植物”的全程成分继承机制：超镁铁岩富Mg、Fe、Ni、Co而贫K、Na、Ca、Sr，硫化物矿化进一步加剧了Ni、Co的富集；化学风化优先淋滤流体活动性元素K、Na，并伴随显著的K同位素分馏，使超镁铁岩区土壤及植物继承偏轻的K同位素组成。植物生理层面，高Mg对Ca、Sr吸收的竞争抑制作用以及维持高K/Na比的抗逆需求，进一步放大了上述地球化学信号。 

图3 骆驼刺Mg–δ⁴¹K、Ca–Sr、Na–K/Na、Ni–Co判别图解

图4 夏日哈木矿区骆驼刺元素相对含量变化示意图

 基于上述发现，研究团队提出了“深根植物+多指标联用”的植物找矿新思路：骆驼刺根系深达10米以上，可通过地下水获取深部矿体向上迁移的地球化学信号，突破传统土壤化探仅能反映浅表信息的局限；其多年生特性使其成为稳定的原生环境记录器。Mg–δ⁴¹K图解可有效识别镁铁-超镁铁质岩体，Na、K/Na、Ca、Sr、Ni、Co与δ⁴¹K等二元图解则可可靠区分成矿区与不成矿区（图3，图4），即便在元素含量重叠的情况下，K同位素仍能提供敏感的“岩性指纹”。 

 该研究首次将钾同位素引入植物找矿领域，证明骆驼刺可作为干旱区镍铜硫化物矿床的有效指示植物，突破了“特定植物指示特定金属”的传统局限，为在东昆仑造山带乃至全球类似景观区开展隐伏镍钴硫化物矿床的生物地球化学勘查提供了新范式，也为未来利用其他植物的K同位素开展更广泛的矿产勘查开辟了新途径。