引用本文
刘汉粮, 张必敏, 刘东盛, 王学求, 张振海, 韩志轩. 土壤微细粒全量测量在甘肃花牛山矿区的应用[J]. 物探与化探, 2016,40(1): 33-39.
LIU Han-Liang, ZHANG Bi-Min, LIU Dong-Sheng, WANG Xue-Qiu, ZHANG Zhen-Hai, HAN Zhi-Xuan. The application of soil geochemical measurement method to the Huaniushan Pb-Zn deposit, Gansu Province[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(1): 33-39.
Doi:10.11720/wtyht.2016.1.06  
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土壤微细粒全量测量在甘肃花牛山矿区的应用
刘汉粮, 张必敏, 刘东盛, 王学求, 张振海, 韩志轩
中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊 065000

作者简介: 刘汉粮(1985-),男,工程师,毕业于中国地质大学(北京),现从事勘查地球化学及应用地球化学研究工作。

收稿日期: 2015-04-22
基金: 中国地质调查局地质调查项目“甘肃柳园地区典型矿床物化探新技术集成与应用”(12120113100500)
摘要

在甘肃柳园花牛山矿区开展土壤微细粒全量测量的试验工作,试验结果显示:主成矿元素Pb、Zn异常衬度高、富集系数大,在该区域发生强烈富集,且与Ag、Sb、As、Au、Hg、Cu正相关性高;土壤微细粒全量测量地球化学勘查方法圈定的成矿元素地球化学异常具有Pb-Zn-Ag-Au-Sb-As-Cu-Hg多元素异常组合特征,且异常分布范围与深部矿体较为一致,表明该方法可以有效地指示深部铅锌矿体,可作为戈壁荒漠区寻找铅锌矿的有效方法。

关键词: 干旱戈壁荒漠区; 花牛山铅锌矿; 土壤微细粒测量; 地球化学异常
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)01-0033-07 doi: 10.11720/wtyht.2016.1.06
The application of soil geochemical measurement method to the Huaniushan Pb-Zn deposit, Gansu Province
LIU Han-Liang, ZHANG Bi-Min, LIU Dong-Sheng, WANG Xue-Qiu, ZHANG Zhen-Hai, HAN Zhi-Xuan
Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China
Abstract

The study of fine particle total measurement over the Huaniushan Pb-Zn deposit of Gansu Province was conducted. The authors have revealed that major ore-forming elements Pb and Zn show obvious background-anomaly contrast and strong concentration coefficient; in addition, they have positive correlation with Ag, Sb, As, Au, Hg and Cu. There are Pb-Zn-Ag-Au-Sb-As-Cu-Hg geochemical anomalies delineated by this method and the anomalies are located right over the known orebodies, indicating that the geochemical exploration method can be used to effectively locate reliable prospecting targets in Gobi desert terrain.

Keyword: Gobi desert terrain; Huaniushan Pb-Zn deposit; fine particle total measurement; geochemical anomaly

花牛山铅锌矿床是20世纪50年代发现、勘查和确立的一处中型铅锌矿床, 20世纪60年代, 甘肃省地矿局花牛山地质队对其进行了详细勘查评价。自矿床详查以来, 针对花牛山矿床进行的专门性的科研工作甚少, 目前该矿床存在的主要问题是已探明的后备矿源不足, 急需先进的物化探勘查技术支持, 寻求矿区深部和外围的接替资源[1, 2, 3]。

近十几年来, 深穿透地球化学已被证明是有效寻找隐伏矿的方法, 其被定义为研究能探测深部隐伏矿体发出的直接信息的勘查地球化学理论与方法技术[4]。这些方法技术包括瑞典Kristiansson等[5]提出的地气(Geogas)方法, 美国Clarke等[6]提出的酶提取方法, 前苏联的电地球化学方法(CHIM)、元素有机态法(MRF)[7], 澳大利亚Mann等[8]提出的活动金属离子法(MMI), 以及中国提出的金属活动态法(MOMEO)[9, 10]。研究表明, 土壤中细粒级物质的吸附作用和可交换性能是活动态元素的天然“ 捕获井” , 可以将深部迁移的信息捕获, 因此, 细粒级物质测量虽说是一种常规的地球化学勘查方法, 但其具有一定程度的深穿透特征[11, 12]。

在干旱戈壁荒漠区, 由于受风成砂土的影响, 很难获知覆盖层下方的矿化信息, 也就无法探测到深部隐伏矿体。因此, 本次在花牛山铅锌矿区开展土壤微细粒全量测量地球化学方法试验工作, 研究该勘查方法在干旱戈壁荒漠景观区的有效性。

1 研究区景观和地质特征

干旱戈壁荒漠景观是我国一种特殊的地球化学景观, 其分布范围较广, 主要包括祁连山、阿尔金山、西昆仑山以北, 贺兰山以西区域, 总面积约为210万km2。该区处于我国古亚洲金属矿成矿域, 找矿尤其是找隐伏矿的潜力巨大, 但大片的戈壁覆盖区多年来系统的勘查和研究工作不足[13]。

花牛山铅锌矿位于甘肃省安西县城北偏西 91 km, 矿区南西方向有兰新公路、铁路通过, 矿区至柳园车站25 km有简易公路相通。柳园镇与国道312线相连, 西距国道仅5 km。工作区地形地貌属干旱戈壁荒漠区, 南高北低, 一般海拔在1 900~2 000 m。矿区北部地势较平坦, 高差不足50 m; 南部地形起伏较大, 东南角最高峰花牛山海拔2 302 m, 相对高差一般在100~200 m。由于暂时性流水及风沿沟谷风蚀作用, 该区地形呈近条形垄岗状和近东西向山脊及小山丘, 谷宽岗平, 谷底及两侧基岩大部分裸露。

花牛山铅锌多金属矿田位于北山造山带中西部, 大地构造位置属塔里木古陆东北部敦煌地块(塔里木前陆基底)北缘双鹰山早古生代裂谷型被动陆缘带内的中元古代裂谷中。该矿区出露地层主要为震旦系洗肠井群, 岩性主要是以大理岩、千枚岩、板岩为主的一套变质岩, 局部地势低洼处有第四系洪积砾石、砂黏土覆盖。岩浆活动强烈而频繁, 主要表现为印支期正长花岗岩、二长花岗岩和细粒斑状花岗岩大面积的岩浆侵入。20世纪50年代勘探时将花牛山金银铅锌矿床类型确定为矽卡岩— 高中温热液型; 80年代, 先后确定为火山— 沉积热液改造型和岩浆热液型, 后又有矽卡岩型矿床的观点。经2006年危机矿山矿产预测项目研究工作认为, 花牛山矿田为喷流— 沉积(SEDEX)矿床类型[1, 2, 3, 14, 15, 16, 17, 18]。

图1 花牛山铅锌矿地质简图和工作部署

2 样品采集和分析

本次试验区范围2.5 km× 1.2 km, 面积为 3 km2, 设计26条测线, 每条测线25个点, 共计26× 25=650个点位, 开展土壤微细粒全量测量地球化学勘查方法试验。样品采集方法:按点位在0~20 cm 的深度范围内筛取-200目细粒级土壤, 样品由采样点周围5 m范围内的3~5个子样组合而成。样品分析在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室完成, 分析元素包括Pb、Zn、Au、Ag、As、Cu、Hg、Sb、Bi、Ni共 10种元素。

3 实验结果与讨论
3.1 地球化学参数统计

参照以往勘查地球化学数据统计方法, 选择中位值、平均值、背景值、异常强度、异常衬度等统计参数对土壤微细粒全量测量试验数据进行统计, 地球化学参数见表1。其中背景值为迭代剔除3倍离差后的平均值, 异常强度为异常含量平均值, 异常衬度为异常强度和背景值之比, 富集系数为平均值和陆壳含量之比。结果表明:Pb、Ag、Zn、Sb、As异常衬度高(大于5), Pb、Sb、As、Ag、Zn富集系数高(大于8), 说明这5种元素在该区域强烈富集。

表1 花牛山矿区土壤微细粒全量测量地球化学参数

为了进一步了解10种元素在全区的共生组合规律及相关性, 应用Geoexpl软件对全区土壤样品中各元素含量进行了相关分析, 得出元素的相关系数矩阵(表2)。从表中可以看出:花牛山矿区Pb与Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Sb、Zn呈正相关关系, 其中Pb与Ag、Zn、Au、Sb、Hg、As、Cu正相关性高(相关系数> 0.5), Pb与Ni呈弱的负相关性关系。

表2 花牛山矿区土壤微细粒测量元素相关系数矩阵

运用Geoexpl软件对原始数据进行R型聚类分析, 得出元素的聚类分析谱系(图2)。依据聚类次序可将元素分成三组(以0.500为参考):第一组为Au、Ag、Pb、Sb、Cu、Hg、Zn、As; 第二组为Bi; 第三组为Ni。第一组还可以进一步分为(以0.667为参考):Au、Ag、Pb、Sb; Cu; Hg、Zn; As四个亚组。从分组情况看, 主成矿元素Pb与Ag、Sb相关性最好, 而Zn与Hg相关性最好。主成矿元素Pb、Zn与Ni关系不密切。

图2 花牛山矿区土壤微细粒测量元素R型聚类分析谱系

3.2 粒级试验

在矿体上方和背景区采集多点组合样品(点位大于10处)进行了粒级试验分析(图3), 其中样品粒级1代表4~20目, 2代表20~40目, 3代表40~80目, 4代表80~100目, 5代表100~120目, 6代表120~200目, 7代表-200目。

图3 花牛山矿区粒级试验元素含量折线

试验结果表明:背景区粗粒级样品元素含量较高, 但在矿体上方元素含量与样品粒级有明显的正相关关系, 细粒级样品中元素含量明显高于粗粒级样品, 这是由于细粒级样品中富含粘土矿物, 对元素具有强烈的吸附作用, 导致元素在细粒级样品中显著富集。

3.3 剖面试验

为研究土壤微细粒全量测量地球化学勘查方法的有效性, 在穿越矿体上方和背景区开展了剖面试验研究(试验剖面长2.5 km, 点距100 m)。

通过对剖面折线图(图4)研究可得:主成矿元素Pb、Zn异常一致, 在矿脉上方均有异常显现(样点号6、10、12、13、15、17), 其中12、13、17号点位异常强烈; Ag在大部分矿脉上方有异常显现(样点号10、12、13、15、17), 但在6号点位未有异常显现, 与已知矿脉不吻合; Au在部分矿脉上方有异常显现(样点号10、12、13、15、17), 其中17号点位异常明显, 其余点位异常较弱, 14号点位有明显异常, 但未有已知矿脉与之对应。

图4 花牛山矿区剖面试验折线

3.4 面积试验

在花牛山铅锌矿区开展地球化学勘查方法面积性试验, 应用Surfer软件对土壤微细粒全量测量分析结果做等值线图, 并将矿体平剖图叠加在等值线图上方, 以呈现元素的地球化学分布特征, 以及元素异常与矿体的位置关系。

由土壤微细粒全量测量元素地球化学图(图5)可以看出:Pb、Zn、Ag、Au、Sb、As、Cu、Hg地球化学图相似, 多元素异常组合主要集中在实验区中部, 呈东西向展布, 浓集中心较高, 且异常连续, 与矿区二矿带对应极好, 在该矿带上方呈现局部异常, 同时在实验区边部形成未闭合异常, 与实验区外围矿体(三矿带)相对应。Bi地球化学异常与已知矿带吻合度较差, Ni地球化学异常与已知矿带不对应, 该元素不作为该矿区的找矿元素和指示元素。

图5 花牛山矿区土壤微细粒全量测量元素地球化学

4 结论

1) 花牛山矿区土壤中Pb、Zn、Ag、Sb、As等异常衬度高、富集系数大, 在该区域强烈富集; 主成矿元素Pb、Zn与Ag、Sb、As、Au、Hg、Cu正相关性高(相关系数> 0.5), 与Ni呈弱的负相关性关系。

2) 粒级试验表明, 细粒级样品中富含粘土矿物, 对元素具有强烈的吸附作用, 导致在矿体上方细粒级样品中的元素含量明显高于粗粒级样品中的元素含量。

3) 土壤微细粒全量测量主成矿元素Pb、Zn及其伴生元素(指示元素)Ag、Au、Sb、As、Cu、Hg等的地球化学图相似, 能够很好地反映试验区深部的隐伏矿体, 表明该方法对于类似景观区寻找隐伏Pb、Zn矿是有效的。

4) 多元素异常主要集中在变质岩区(震旦系大理岩、千枚岩), 异常区内花岗斑岩岩脉、斜长花岗斑岩岩脉较发育。尽管实验区内有基岩出露, 一定程度上对深穿透地球化学方法的实施造成了不小困难, 但换种意义讲, 该地区的变质作用和构造裂隙对深部含矿信息向地表的迁移起到了一定的作用, 使得我们可以通过捕捉地表信息来指示深部矿化。

The authors have declared that no competing interests exist.

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