残留晕的概念是指由以出露的矿床经风化剥蚀在残积物中形成的分散晕^[8], 相对强调的是机械分散晕。笔者所指的残留晕是广义的概念, 是指下伏岩石或矿体在上覆残积土壤中形成可以反映下伏岩石或矿体成分特征的指示元素及其组合的, 以物理风化为主的分散晕。残留晕可以指示下覆矿体或原生晕是否存在的机理已被广大化探工作者所熟知, 但指示下覆岩石成分特征的研究相对较少。事实上在实际地质调查工作中, 经常会遇到地表被残坡积碎石或泥土植被等覆盖的情况, 这严重影响了地质观察, 特别是在新的查漏补缺的图幅中, 需要在第四系覆盖区开展较多山地揭露工程时, 更是限制了大量地质信息的采集。残留晕具有探测下伏地质体元素组合的能力, 可以在残积物区利用其指示元素分布范围推断下伏岩石类型, 扩大地质填图的面积和精度 914; 可以利用组合地球化学图的高低背景区或异常图进行地质体边界圈定。

在内蒙古乌兰呼都格幅部分地区, 利用地球化学图资料有效扩大了基岩填图面积。该图幅位于内蒙古二连浩特市东北方向, 属于干旱风沙戈壁化草原景观, 没有明显的山脉和山峰, 地形起伏小。整个地貌由风蚀平台和低洼干凅的湖盆组成, 只有在风蚀平台上可以见到少量基岩露头, 大部分被风沙和牧草所覆盖。无疑这类景观地貌对传统地质填图质量有极大的影响。开展的土壤地球化学填图不像水系沉积物填图那样有显著地位移, 在地质体上方采集土壤中的岩屑基本可以代表下伏地质体岩性特征。所以在这类地区进行地质填图不妨参考地球化学图资料确定基岩线和岩性^[15]。图1和图2是利用Cr、Co、Ni、As、Sb元素组合地球化学图推断的地质界线。每个元素采用较高背景, 即以最低浓度等量线( X̅+0.5S)为界圈定地质边界。这在以前施工的探槽和现在施工的风力发电的基坑中得到了证实, 有效扩大了基岩填图面积。

图1

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	图1 Cr、Ni、Co衬度线推断音绍根呼都格地区地质概况

图2

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	图2 Cr、Ni、Co衬度线推断沙巴尔图地区地质概况

在利用残留晕推断下伏岩石类型时, 组合元素的选定需要参考以下内容:① 首先要了解所在工作区各个地质填图单元的微量元素组合分布特征, 因此要利用各个地质单元的地质体岩石背景样品分析结果, 了解所填图地区各个地质体中的微量元素组合、分布特征。如图1中宝力高庙组不但是该区As、Sb含量较高的地层, 而且与Hg、Cu、Co、Ni形成组合。图2中大磨拐组和红旗组为沉积岩, 相对富集Cr、Co、Ni, 利用其分布特征可以推断下伏岩石。② 利用地球化学图或异常图, 特别是组合异常图来了解高低背景或异常分布特征与上述已出露地质体的套和情况。③ 在推断时首先考虑元素组合, 如花岗岩为富K、Na、F、Ba、W、Sn、Ba、Li、Nb、Ta、U等的元素组合特征, 基性岩为富含Cr、Ni、V、Fe及Pt的元素组合特征。其次考虑一些特征指示元素的含量及分布特征, 如Cr、Ni、Co等是基性岩的特征指示元素, W、Sn、Mo是中酸性岩石的特征指示元素。④ 在化探元素数据图上, 推断区域中数据组的变异系数, 单点数据含量均有较高或较低含量值, 但彼此之间数值差异较小, 并呈面型分布。⑤ 所推断区必须认定是残积物覆盖区。符合上述原则的覆盖区域可以认为是由下覆地质单元地质体所引起的高背景区(异常区)。在参考地形条件下, 可以根据元素组合及与已知地质体的套和情况等, 沿其高、低背景区(异常区)位置圈定地质体界线。

目前认为, 上置晕是在隐伏矿体的上覆沉积物中, 由一系列机制(如扩散、渗滤、毛细、蒸发、吸附、生物等作用)使下伏矿体及其原生晕中的指示元素上升迁移到近地表而生成的地球化学分散晕。上置晕主要反映了以化学风化和离子迁移为主的化学分散晕。在文献中也有人把位于运积物之上的异常称为上置晕。事实上在自然界, 这两种晕有时彼此共生在一起, 两者互为主次关系。构造运动使岩石发生变形, 形成断裂或褶皱, 产生矿物的相变, 构造变形与物质成分的变化同时发生, 导致岩石物质组分的集中与分散、迁移, 并引起一系列构造地球化学作用, 形成构造地球化学异常。这些异常在覆盖区同样可以产生残留晕和上置晕。在浅覆盖区, 基岩露头较少, 观测构造更为困难, 因此充分利用异常分布形态特征划定构造是较好的方法, 也是重要的参考依据。在实际化探工作中我们经常发现, 许多化探异常在断裂带、褶皱核部、火山口、岩体接触带上或附近分布, 线性断裂构造往往形成带状、串珠状异常, 环形构造形成环状(带)异常。

不同景观条件下也可以利用化探异常圈定断裂位置。图3是老挝乌多姆塞省孟巴本县地质图^[16], 该区地貌特征为热带雨林, 炎热多雨、植被茂密, 热带风化红土相当发育, 有的地方可达几十米, 寻找岩石相当困难, 只有零星的石英脉分布在红土中。工作采集土壤样品, 经分析成图后发现Cr、Ni、Co组合异常圈出超基性橄榄辉石岩岩体, Cr、Ni、Co组合异常和Au、As、Sb、Hg异常形成非常完整的北东向异常带, 在异常带两侧几乎没有化探异常。结合地质观察和超基性岩的存在, 证明了在工作区存在一条北东向大型断裂, 后经磁法和地质钻探工程均验证了岩体和断裂存在。

图3

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	图3 乌多姆塞省孟巴本县化探异常推断断裂构造

图4

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	图4 巴林右旗大板化探异常显示断裂构造

图4是内蒙古巴林右旗利用化探圈定的一条大型大兴安岭南段主脊断裂构造^[17]。该区覆盖严重, 风成沙覆盖面积大, 虽然在山脊上有断续的地质露头, 但还是极大影响了观察能力。正如图4所示, 同时开展的1∶ 5万土壤化探所圈定的异常沿大兴安岭主脊形成了北东向串珠状化探异常, 这条化探异常带是沿主脊断裂分布, 证明了断裂的存在, 也表明了这是一条成晕元素上升通道。

利用化探异常推断构造, 其异常表现一般为:

① 单元素异常和与其紧密共生的元素组合异常呈某个方向线性分布或串珠状展布, 环形构造呈环带分布; ② 某些元素在低背景地质体中呈高背景或异常出现; ③ 在化探平面剖面图中, 异常呈有规律的线型或环形分布; ④ Hg、As、Sb等成晕的前缘指示元素紧密共生并有规律分布。

地球化学建造晕是指在成矿和成岩过程中所形成的原生地球化学异常^[18], 这种异常可以反映成矿或成岩时的环境。地球化学建造晕可以应用在地质填图上, 它能较全面地揭示各个地层单位的地球化学信息, 为地层划分和厘定提供依据。大多情况下, 不同时代所建造的地层岩性因所处的大地构造位置和环境等不同, 导致其形成的地球化学建造晕不同。例如花岗岩、安山岩和玄武岩均有各种不同的成因及物质来源, 来自壳源和幔源的岩浆会形成各有特点的地球化学元素组合, 利用这些典型的指示元素组合特征可以区分相似的哑地层, 为地质填图中地层的划分和厘定提供依据。目前在地质填图中经常遇到具有相同或相似岩性但地层时代不同, 尤其是没有化石的哑地层或岩浆岩体, 常规解决方法是采用同位素年龄测定, 但是由于同位素测定费用较为昂贵, 往往选取有代表性的地层进行测定, 因此有许多地方出露的哑地层并没有做年龄测定。解决这个问题的方法一般是在野外工作中由地质人员野外观察手标本及薄片镜下鉴定岩性, 然后根据地层上下叠置关系确定其归属。但确定地层间的接触关系在覆盖区是较为困难的工作。图5是在内蒙古查干沐沦幅实际工作中利用地球化学异常图发现新地层的例子。

图5

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	图5 古力古台地质简要

工作区位于内蒙古中东部, 出露地层为古生界二叠系大石寨组(P₂d)、哲斯组(P₂zs)、林西组(P₃l)。大石寨组(P₂d)是一套中基性火山岩及火山碎屑岩, 岩性主要是英安质角砾凝灰熔岩、熔角砾岩、安山岩、英安岩、安山质含集块角砾熔岩及少量凝灰质砂岩, 在区域上有细碧角— 斑岩建造。哲斯组(P₂zs)是一套浅海相泥砂质, 局部有海陆交替相碎屑岩。林西组(P₃l)为滨浅湖沉积环境的深色碎屑岩。中生界侏罗系出露中侏罗统新民组(J₂x)、玛尼吐组(J₃mn)以及白音高老组(J₃b)三个岩石地层单位, 其中新民组(J₂x)为含煤系地层的河湖相碎屑岩、酸性火山岩及火山碎屑岩; 玛尼吐组(J₃mn)是陆相火山喷发的中基性安山岩、熔结凝灰岩、英安岩、英安质火山角砾岩、晶屑岩屑凝灰岩; 白音高老组(J₃b)以火山碎屑岩、酸性凝灰岩为主, 主要为火山角砾岩、晶屑岩屑凝灰岩及流纹岩。本区大石寨组和玛尼吐组岩性相似, 均为一套中基性火山岩, 在实际填图中利用岩性区分两者较为困难, 尽管两地层都有化石存在, 但在实际工作中有时很难发现。为了提高填图质量, 分析大量同位素样品显然很不现实, 所以在工作中参考地球化学资料, 结合地质路线调查区分两地层。大石寨组安山岩富含Mn、Ni、Cu、Co等偏基性铁族元素, 玛尼吐组地层中这类元素含量相对偏低。因此可利用Mn、Ni、Cu、Co异常甄别这两套地层, 再结合路线地质调查和Mn、Ni、Cu、Co高背景区分布范围及其与这两套地层的关系修正地质图。图5是按Mn、Ni、Cu衬度异常下限圈定的异常区, 区内发现一套新的二叠系地层。异常在古力古台幅右下角有一片较大的Mn、Ni、Cu异常, 异常强度较高, Mn、Ni、Cu平均强度分别为780× 10^-6、50× 10^-6、80× 10^-6, 与本区异常下限(Mn、Ni、Cu分别为600× 10^-6、35× 10^-6、40× 10^-6)相比高出很多。该异常的特点是异常数值离散程度较小, 近200个数据除了较少量数据小于异常下限外, Mn、Ni、Cu绝大部分数据分别在(630~900)× 10^-6、(60~90)× 10^-6、(40~60)× 10^-6之间。异常面积较大, 浓集中心不明显, 分布在一套中基性火山岩中, 这套地层在1∶ 20万和1∶ 5万地质填图中定为侏罗系玛尼吐组。为了追踪异常源, 在异常区布置1∶ 1万地质填图和异常剖面查证, 查证结果没有发现显著的浓集中心和由矿化引起的异常。但在1∶ 1万地质填图中发现了在本区从来没有发现的二叠系细碧角— 斑岩建造, 并发现原定为玛尼吐组的中基性火山岩地层实际是二叠系大石寨组另一套细碧角— 斑岩建造地层, 只是在1∶ 5万地质填图中, 由于填图精度和地质人员技术水平及疏漏原因没有填制出来。后经玄武安山岩同位素定年及在上覆凝灰岩中发现了珊瑚及螺类化石, 认定这套安山岩地层不是侏罗系玛尼吐组, 而是二叠系大石寨组, 其上覆地层是哲斯组。细碧角— 斑岩建造的发现具有重大地质意义, 本区的细碧角— 斑岩类属于拉斑玄武岩系列, 主元素以富Fe、Ni、Mn为特征, 成分类似于N-NORB蛇绿岩, 微量元素表现其为岛弧型拉板玄武岩特征。细碧角斑岩出露于裂陷槽强烈拉伸的中心部位, 是地幔源区较高程度部分熔融的产物, 形成富Fe、Mg、Co、Ni、Mn、Cu等较基性元素组合的建造晕, 这与大石寨组其他大陆边缘火山岩地球化学建造特点完全不同。因此了解工作区地质单元地球化学建造特点, 是正确划分地质单元非常重要的依据。

利用建造晕划分地层要考虑以下几个问题:① 在地球化学图或异常图中, 同一地层或同一岩性会出现差别较大的含量差异(非矿化引起的异常); ② 异常元素与各个地质填图单元中的岩石背景样品中元素组合类型和含量有显著差异; ③ 较高背景区和异常区与出露的地质体套和较好; ④ 在化探岩石剖面中, 同一地质填图单元在不同剖面中形成不同的元素组合; ⑤ 对怀疑的地层必要时可进行化石采集和同位素测年。在实际工作中需要了解上述内容才可开展地层厘定工作。

从上述例子可以看出, 在地质填图中充分利用地球化学残留晕、上置晕和建造晕等化探资料不但可以扩大基岩填图面积, 也可以解决岩性及地层归属问题, 同样还可以指示不同成岩环境的地质建造。目前利用地球化学资料(地球化学填图)解决地质基础问题的成功例子和文献较多, 但大部分以水系沉积物为主, 较少涉及到土壤。笔者认为土壤的位移相比水系沉积物较小, 利用土壤化探资料可能更有助于解决地质问题。应用中尚需注意下列问题:① 土壤化探资料目前比较适用于残积物分布区, 运积物区效果较差; ② 应用前需深入了解各个地质填图单元的地球化学特征; ③ 需要考虑所采集样品的代表性和土壤中元素淋失与积聚形成的假异常; ④ 由于化探不是直接观察所得到的资料, 因此需要物探和地质等信息相互印证。