引用本文
胡树起, 贾玲珑, 刘国庆. 大兴安岭成矿带成矿远景地球化学调查评价之设想与建议[J]. 物探与化探, 2016,40(5): 843-852.
HU Shu-Qi, JIA Ling-Long, LIU Guo-Qing. Some opinions and proposals concerning geochemical survey and evaluation of the ore potential in the Da Hinggan Mountains metallogenic belt[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(5): 843-852.
Doi:10.11720/wtyht.2016.5.01  
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大兴安岭成矿带成矿远景地球化学调查评价之设想与建议
胡树起1, 贾玲珑2, 刘国庆3
1.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
2.内蒙古自治区地质调查院,内蒙古 呼和浩特 010020
3.内蒙古自治区有色地质勘查局108队,内蒙古 赤峰 024000

作者简介: 胡树起(1968-),男,教授级高工,1992年毕业于桂林冶金地质学院,现主要从事金属矿地球化学勘查的科研与找矿工作。

收稿日期: 2015-09-14
基金: 内蒙古自治区地质勘查基金管理中心2015年度科研项目(2015-01-KY01)
摘要

大兴安岭成矿带自西向东,从干旱荒漠区、半干旱荒漠草原区,一直过渡至森林沼泽区,其中大部分属于区域化探扫面的问题地区,由于风成沙和有机质的影响,异常查证没有明显找矿效果。针对这一情况,笔者提出在大兴安岭成矿带开展1:50万岩石地球化学测量的构想,并就其必要性和可行性进行了分析论证,同时还从采样方法、分析指标及成矿预测等技术环节,提出了一些个人的设想与建议。可以预期,大兴安岭成矿带1:50万岩石测量,不仅能够实现对一个成矿带成矿远景的宏观评价,同时还将为1:20万区域化探资料的重新认识、评估和利用建立起一个更加宽阔、更近真实的地球化学场。

关键词: 大兴安岭成矿带; 地球化学调查与评价; 设想与建议; 烃类组分; 成矿环境分析; 定量预测
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)05-0843-10 doi: 10.11720/wtyht.2016.5.01
Some opinions and proposals concerning geochemical survey and evaluation of the ore potential in the Da Hinggan Mountains metallogenic belt
HU Shu-Qi1, JIA Ling-Long2, LIU Guo-Qing3
1. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,CAGS,Langfang 065000, China
2. Geological Investigation Institute of Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010020, China
3. No. 108 Geological Party, Inner Mongolia Nonferrous Geological Exploration Bureau, Chifeng 024000, China
Abstract

The Da Hinggan Mountains metallogenic belt extends eastwards from arid desert area and the semi arid desert grassland area to the forest swamp areas and mostly belongs to the trouble areas in regional geochemical exploration. Due to the influence of the eolian sand and organic matter, anomaly verification fails to show obvious ore exploration effects. In view of such a situation, the authors put forward the opinion of carrying out 1:500 000 geochemical survey in the Da Hinggan Mountains metallogenic belt, with the analysis and demonstration of the necessity and feasibility of this opinion. From such aspects as sampling method, analysis index and metallogenic prediction technology, the authors put forward some assumptions and suggestions. It can be expected that 1:500 000 geochemical survey in the Da Hinggan Mountains metallogenic belt can not only realize the macroscopic evaluation of the metallogenic belt but also establish a wider geochemical field closer to the reality for the understanding, assessment and utilization of the 1:200 000 regional geochemical exploration data.

Keyword: Da Hinggan Mountains metallogenic belt; geochemical survey and evaluation; assumption and suggestion; hydrocarbon; metallogenic environment analysis; quantitative prediction

在矿产勘查和矿床研究领域, 有两个备受关注的焦点:一是矿床模型的建立、改进和逐步完善, 以解决找什么矿的问题; 二是到何处找矿的问题[1]。对于第一个问题, 由于地球化学勘查能够提供直接的找矿信息, 化探方法越来越引起人们重视, 在这种背景下, 有关专家经过多年的努力, 提出了一系列地球化学找矿模型, 如欧阳宗圻等编著的《典型有色金属矿床地球化学异常模式》、吴承烈等编著的《中国主要类型铜矿勘查地球化学模型》、马振东等编著的《中国铜矿地质地球化学找矿模型及地球化学定量预测方法研究》等, 这些成果及其推广应用, 将我国的矿区化探引领到了一个更高层次水平。对于第二个问题, 地质、物探、化探各具特色, 谢学锦将其比喻为三只“ 找矿” 老鼠, 并指出“ 三只老鼠, 化探领先” [2], 这里的“ 化探” , 指的是以1:20万水系沉积物测量为主的区域化探, 与成矿地质构造背景研究互为配合, 主要解决的是到何处找矿的问题。至今, 区域化探工作已进行30多年, 覆盖全国700余万平方公里, 圈出近6万个综合异常, 从中筛选出万余异常进行工程验证, 已有3千余处见矿[3], 据统计, 仅“ 六五” — “ 八五” 期间, 全国新发现矿产的80%以上都是根据区域化探扫面提供的线索找到的[4], 目前依然保持着较高的比例。但这项工作在我国东部和北部的一些地区, 即以大兴安岭成矿带为代表的一些特殊景观区, 却遇到了很大困难。

1 存在的问题

水系沉积物是世界上公认的区域地球化学填图中最具代表性的采样介质, 它是汇水域内各种岩石风化产物的天然组合, 对已出露的基底和盖层岩石的地球化学特征以及各种地质— 地球化学作用留下的特有的地球化学印迹有良好的继承性[5], 因此, 以水系沉积物为采样介质的区域化探不仅可以捕集大量基础地质信息, 还可以捕集各种矿化信息。但这种方法在森林沼泽区和半干旱荒漠草原区却遇到很大困难, 异常查证没有明显找矿效果[67]。森林沼泽区主要分布在黑龙江、内蒙古东部和吉林东部, 面积约65万km2。从黑龙江省已进行的1:20万区域化探扫面成果来看, 水系沉积物测量(-60目)效果不佳, 其主要原因是在一、二级水系上采集不到活性水系沉积物。该区地势平缓, 排水不畅, 沼泽发育, 碎屑迁移形式弱, 化学迁移形式强, 而细粒级沉积物(-60目)中又多为有机淤泥和泥炭沉积, 有机质干扰严重, 不仅掩盖和歪曲了元素在水系沉积物中的真实分布, 还出现假异常[3]。半干旱荒漠草原区主要分布在内蒙东部、河北北部和辽西西部, 总面积约50万km2。该区域大多数沟谷为干沟, 不少地区出现草皮沟, 局部地区有风成沙丘和沙地分布。由于冲积— 风积细砂土和钙积层的影响, 水系沉积物测量(-60目)找矿效果一直不理想, 已成为区域化探调查急需解决的问题[3, 7]。

针对这种情况, 谢学锦指出, 中国北方黑龙江、内蒙古、河北北部等地, 由于采样及分析技术问题, 致使区域化探预测研究效果不显, 应另立项目重新进行地球化学研究与调查[8]。此前及后, 在区域化探扫面的同时, 围绕该问题的研究也一直没有间断, 并先后得出一系列试验结论, 如在半干旱荒漠草原区, 孔凡吉等研究认为, 水系沉积物测量或土壤测量采样粒度选择-5~+20目和-120目, 异常圈定和地质找矿效果较好[9]; 李清、任天祥等研究认为, 筛取-10~+40目粒级水系沉积物或土壤样品, 可有效地减少风成沙干扰 1011; 刘汉粮等研究认为, -120 目细粒级沉积物贫SiO2而富集各种成矿及伴生元素, 受风成沙稀释较小, 是1:20万区域化探调查的最佳采样介质[7]。在森林沼泽区, 杨少平等研究认为, 选择-10~+60目粒级段水系沉积物作为采样介质基本上可以消除有机质的影响[12]; 金浚等研制了“ 漂洗采样法” , 试验结果显示, 该方法能有效降低有机碳含量, 使与成矿有关的部分信息得到增强[13]。

在上述研究的基础上, 21世纪初, 中国地质调查局基础部提出了一项对这些地区区域化探重新评估的计划, 计划采用-10~+60目的粗粒级物质, 以期消除或减少半干旱荒漠草原区风成沙干扰及森林沼泽区有机质影响。目前, 该计划已覆盖若干平方公里, 尽管如此, 由于森林沼泽区的问题比较复杂, 还有许多问题有待进一步研究[3]。区域化探采用水系沉积物测量方法, 其样品代表性是很关键、很重要的一环, 但该地区的景观条件极大限制了一、二级水系的发育, 因此, 即便在剔除上述风成沙和有机物的情况下, 每件样品的实际控制面积是多少, 代表性有多大, 可能还是一个需要论证和探讨的问题。笔者认为, 如果避开这些困扰, 从基岩、从源头寻找问答案, 也不失为一种方法。

大兴安岭成矿带(一种广义称谓, 具体为大兴安岭— 东蒙成矿带[1], 如图1), 西起阿拉善右旗, 东至呼玛, 面积约50万km2, 自然地理景观从干旱荒漠区、半干旱荒漠草原区, 一直过渡至森林沼泽区, 其中大部分属于区域化探扫面的问题地区。大地构造上, 成矿带属于内蒙大兴安岭褶皱系, 是华北地台和西伯利亚地台之间广阔地槽活动带的一部分, 经历了太古宙— 中(新)生代漫长的演化历史, 形成了特定的区域成矿地质构造背景[1, 14]。

图1 天山— 大兴安岭成矿区带概图(据翟裕生[1]修编)

本区共发现矿床(点)700余处, 根据大地构造背景和已知矿床(点)的分布及其形成的地质构造条件, 大兴安岭成矿带又可划分为4个次一级成矿带, 即乌兰浩特— 嫩江铜-钼-铅-锌-铁-铬成矿带, 东乌珠穆沁旗铅-锌-钨-锡-铜成矿带, 锡林浩特铁-锡-铅-锌-铜成矿带, 多伦— 赤峰铜-金-铅-锌-钨成矿带等[1]。

如图所示, 上述成矿区带的划分是以主要构造为边界, 形态几乎完全与各级构造单元相重合, 这种划分的缺陷是缺乏预测新矿种的能力, 只能随地质工作程度提高而不断发现和作些补充。程志中等在中国西南地区进行的76种元素地球化学填图实践表明, 如若以地球化学资料为主划分成矿区带, 则能很好地弥补这种不足, 进而对成矿远景作出定性或定量评价[15]。

如何实现对大兴安岭成矿带的成矿远景评价, 并建立成矿带级勘查模型, 笔者认为, 小比例尺岩石地球化学测量是个可选方案。

2 设想与建议
2.1 小比例尺岩石测量可行性分析

大兴安岭成矿带由于景观条件的限制以及广泛分布的风成沙、有机质的干扰, 水系沉积物测量或土壤测量找矿效果并不理想。另一方面, 无论水系沉积物还是土壤, 均为岩石的次生产物, 在其形成过程中, 矿化信息会发生不同程度的衰减、变异, 乃至消失。此外, 由于次生作用, 有时还会出现假异常, 给后续工作带来困扰和额外开支。而基岩地球化学测量有样品代表性明确、异常无位移及有利于结合地质成矿规律追踪矿化体的优越性, 被公认为是一种理想的找矿方法技术, 因此, 在大兴安岭成矿带开展基岩地球化学测量, 是个值得尝试的选项。以往, 这种方法普遍应用于大比例尺的矿区, 由于基岩中元素分布的不均匀性, 它在区域化探中的应用效果一直是个争议的问题。

世界上有少数国家进行过区域性基岩地球化学测量, 它是在一些地质研究程度很高、次生地球化学异常已提不出更多信息的地区(如哈萨克斯坦、美国密苏里铅带、加拿大新不伦瑞克硫化铜镍矿带), 应隐伏矿普查之需要而开展起来的。在前苏联, 此类研究已较为成熟, 其操作程序为:通过1:50万(1个样/25 km2)或1:20万(1个样/4 km2)的测量先从高背景带中把矿田异常圈定出来, 进而用1:5万(1个样/0.25 km2)和1:2.5万(1个样/0.06 km2)的测量把矿床异常、矿体晕以及元素的带出带和带入带圈定出来, 从而达到找矿的目的[16]。我国“ 六五” 、“ 七五” 期间也曾进行过区域性基岩地球化学测量研究, 但主要定位在1:5万比例尺, 取得了解决基础地质问题和找矿两方面任务的效果 1718。而在1:20万区域化探中, 仅仅是作为一种辅助方法, 采样量不超过10%, 其目的是为了了解不同地层和岩浆岩中的元素含量(或近似丰度), 为区域异常解释提供资料[19]。

上述问题与经验, 为大兴安岭成矿带开展基岩地球化学测量提供了借鉴和思路, 其技术关键是采样网度与样品代表性问题。

大兴安岭成矿带岩石测量, 不是异常查证, 也不是1:20万尺度的重复投资, 目的有两方面, 其一是建立一个更加宽阔、更近真实的地球化学场, 可以将1:20区域化探资料置于一个更加宏大的场景中去认识、评估和利用, 以弥补水系沉积物测量之不足; 其二是实现对一个成矿带成矿前景的宏观评价。基于上述考虑, 笔者将之定位在1:50万比例尺, 5 km× 5 km的采样网度, 属于甚低密度岩石测量[20]。评价一个成矿带, 着眼的是大型矿、矿集区(矿田), 其面积分别在十几至几十平方公里, 如成矿带内的白云鄂博矿床、拜仁大坝— 维拉斯托矿集区, 其展布面积分别在几十平方公里 2122, 推测其原生异常宽度(或长度)至少5 km以上, 因此, 以5 km× 5 km的网度采集岩石样品, 一般不会漏掉异常, 因为异常规模往往会超出矿床或矿田一至数倍。为确保不会漏掉异常, 采样密度最低定为2个样/25 km2。另一方面, 大兴安岭成矿带大部分为草原、森林覆盖, 基岩出露少, 这些不利条件反而为小比例尺岩石测量提供了机会。根据以往在该区带的工作经验, 5 km× 5 km的网度采集到基岩的几率是非常大的, 困难条件下(如较大面积覆盖区)可采用浅钻等方法获取基岩样品。

关于采样方案, 在矿区化探中, 邵跃提出了利用网格化有目的采裂隙物质组合样的方法[23]。矿区化探寻找的是局部矿体, 离差越大, 越易成矿, 因此裂隙采样追踪矿体效果明显。但区域性岩石测量评价的是一个成矿带的成矿前景, 裂隙样是无法反映一个较大区域的异常状况的, 而一个大型矿或矿集区的形成, 伴随着金属的巨量富集, 必然会出现一个宏观的异常反映, 这种反映的载体为连续基岩, 因此采样对象选择基岩为宜。在《山东省牟平— 乳山金矿带1:5万基岩地球化学测量方法研究》中, 沈镛立等提出了新鲜基岩样(背景场样品)和矿化基岩样(异常场样品)分别采集、分别成图的采样方案[24]。背景场样品为野外肉眼观察未受矿化活动影响的新鲜岩石, 岩石类型由采样单元内(1 km2)分布的主要岩性单位决定, 主要用于解决基础地质问题。现代成矿作用地球化学认为, 成矿作用是区域地质演化的历史产物, 矿化的空间分布受成矿前各阶段地质作用环境的控制, 因此背景场中包含着大量找矿所依据的地质控矿条件信息[17]。这是背景场样品采集的理论基础, 对于小比例尺岩石测量颇有启发, 因为1:5万尺度的背景场很可能就是1:50万尺度的异常场。在《八达岭构造岩浆带区域岩石地球化学测量方法及应用效果》中, 曾太文等研制了一套沉积岩按地层组段、侵入岩体按岩相带、变质岩按变质程度划分“ 采样单位” , 以及区域上按方里网格划分“ 采样单元” 的面积性测量的野外采样方法[18]。该方法“ 采样单位” 划分涉及时间、空间、岩性, 在 1:5 万尺度上可以很好地将地质调查与地球化学研究结合起来, 但这种分辨率在1:50万尺度上是难以实现的, 受采样密度限制, 时间、空间、岩性三要素只能择其一项作为主线。郑康乐在《区域化探扫面工作中有关岩石采样问题的讨论》中指出, 以岩性为优先考虑在岩石地球化学研究上是重要的, 可以最大限度提取信息[19], 但由于采样量很低只能做到按3大岩类来划分, 不可能得到详细的岩性分辨信息。与之相比, 1:50万岩石测量岩性分辨率将会有较大提高。

综上分析, 1:50万岩石测量采样方案设计如下:

以1:5万图幅地质图作为采样底图, 以5 km× 5 km 作为一个采样单元, 以岩性作为采样单位, 分辨率可提高至3大岩类之次级或三级划分, 具体精确到何种程度布点时要通盘考虑, 整个成矿带采样标准要保持一致。1:50万岩石测量的主要目的是成矿前景评价, 这也是以岩性为采样单位的主要原因。采样密度设计为2~4个样/25 km2, 当一个采样单元内主体岩性超过两种时, 采样数量定为3或4, 每件样品代表一种岩性; 当主体岩性低于3种时, 采样数量定为2, 包括覆盖区。在保证采样密度的同时, 还要兼顾采样点位分布的均匀性。野外采样时采取同岩性多子样组合, 以增大样品代表性; 另外还要避开脉岩、破碎带和裂隙带, 以避免对区域异常形成干扰。

另外, 关于成矿物质来源认识上的差异, 对采样方案的制定也会产生一定影响。谢学锦等根据区域化探全国扫面计划所取得的成果, 提出了成矿物质供应、地球化学块体(指具有较大规模立体异常的地壳物质体)、套合的地球化学模式谱系等新概念, 并进一步提出一种套合的逐步缩小靶区的找矿方法(多层套合采样系统), 即用一种“ 逐步聚焦” 方法追踪大型至特大型矿床可能存在的地点[8, 20, 25]。这一思想揭示了一种大矿成矿机制, 即成矿物质的横向逐步浓集, 运行轨迹由外而内, 由“ 晕” 而矿。与之相异, 程志中等在西南五省区市76种元素地球化学填图试验中指出, 有些有经济价值的大矿床很可能并不在地球化学块体范围内或其边缘[15]; 史长义等在研究铜多金属矿田区域成矿地球化学模式中发现, 有些大矿床出现在大面积低背景区或甚低背景区, 呈“ 孤岛状隆起” , 有些甚至与地球化学省毫无空间关系[26]。这些现象说明, 大型或超大型矿床可能还存在另外一种成矿机制, 即成矿物质来源于深部, 运行轨迹由内而外, 由矿而晕。有资料报导, 超大型矿床白云鄂博矿床和Olympic dam矿床, 其成矿物质均来自上地幔[27]。由此可见, 这种纵向成矿机制不但存在, 而且能成大矿, 甚至超大矿。毛景文等在《深部流体成矿系统》一书中, 首次对地幔流体与成矿成藏作用进行了全方位系统的探索, 并建立了不同地质构造演化环境中地幔流体成矿系统。笔者认为, 由此种成矿机制形成的大矿, 不宜采用“ 逐步聚焦” 的找矿方法, 因其区域异常不甚发育, 采用超低密度采样, 容易被漏掉或忽视, 而1:50万岩石测量采样方案对于上述无论哪种机制形成的大矿均可以捕捉到。

2.2 分析指标及数据预处理方案

2.2.1 元素指标

2.2.1.1 元素指标选择方案

20世纪80年代, 随着我国以水系沉积物测量为主的1:20万区域化探全国扫面计划的开展和逐步实施, 39种元素的分析方法日趋成熟, 形成了具有我国特色的多种配套分析方案; 到了90年代后期, 随着生态地球化学调查工作的开展, 分析元素增加至54种; 1999年, 程志中等在西南地区76种元素地球化学填图试验中, 研制开发了76种元素分析方案, 特别是对一些困难元素进行了重点研究, 使得所有元素的分析检出限均低于地壳丰度值[15]。大兴安岭成矿带1:50万岩石测量, 除找寻传统大型矿床外, 三稀(稀土、稀有、稀散)元素矿产资源也将成为重点关注对象, 因此, 分析指标选择取最大化, 即76种元素, 如图2所示。

图2 研究拟分析测试元素在元素周期表中的位置分布

2.2.1.2 数据预处理方案

1)建立大兴安岭成矿带不同岩性各元素的背景值。按岩性分类, 统计不同岩性不同元素的含量, 采用一次性剔除X± 2S(X— 平均值, S— 标准离差, 下同)范围以外的离群值的算术平均值[28], 作为该元素对该岩性的背景值。

由于不同元素在不同岩性中的背景差异, 直接运用元素含量值编制地球化学图可能会出现岩性异常造成的误差, 因此, 建议采用衬值成图, 衬值即某元素含量与该元素所在岩性的背景值之比。

2)建立大兴安岭成矿带各元素的背景值。不分岩性, 统计所有样品的元素含量, 一次性剔除X± 2S范围以外的离群值, 计算其算术平均值[28], 作为大兴安岭成矿带该元素的背景值。

由于衬值没有含量直观, 且不便于进行定量计算, 通过该背景值便可将衬值图还原为含量图, 且异常形态不会发生任何改变。利用转变后的地球化学图即可进行地球化学成矿前景定量评价。

2.2.2 烃类指标

2.2.2.1 烃类指标应用理论基础

除元素指标外, 研究建议增加部分烃类指标。

众多研究证据表明, 有机质参与金属成矿的作用极为广泛, 从矿质的初始富集到活化转移、富集成矿, 直至矿体形成后的变质改造整个成矿过程, 均存在有机质的“ 身影” [29]。有机质经热解或金属有机络合物裂解作用过程可产生大量烃类组分, 其中一部分在成岩过程中被包裹体保存记录下来[30], 从而为利用岩石烃类组分测量寻找金属矿提供了可能。

陈远荣等指出, 就某一矿区而言, 烃类含量的高低常与矿资源量成正比, 烃类高, 矿资源量丰富, 找矿潜力大; 反之, 烃类低, 则矿资源量小, 找矿前景差。就空间对应关系而言, 无论矿体埋藏多深, 烃类异常大多分布于矿体两侧地表投影点附近, 即具有异常漂移小, 空间定位较准确等特点; 而且当矿体埋藏较大时, 由于烃类各组分间的地球化学特性差异, 可导致其运移散失过程中产生分异效应, 轻烃甲烷异常范围较宽, 与矿区矿化范围相当, 乙烷、丙烷等重烃组分及乙烯、丙烯等烯烃组分的异常范围较窄, 并与矿化主要富集地段相对应[31]。

以上是前人在矿区范围内的一些研究成果, 笔者认为, 对于成矿带元素异常评价, 岩石烃类组分测量将是一种重要补充。

1)烃类指标选择方案。烃类根据其分子的不同结构形式可分为4类, 即链烷烃(CnH2n+2)、环烷烃或环链烷烃(CnH2n)、芳香烃(CnH2n-6)和烯烃(CnH2n)。链烷烃和环烷烃归属于饱和烃, 在烃类中性质最为稳定。从结构上看, 链烷烃和烯烃较简单, 其次是环烷烃, 而芳香烃则较复杂。从含量上看, 在油气中, 链烷烃和环烷烃占主体, 一般可达85%以上, 芳香烃较少, 一般不超过15%, 而烯烃虽然是生命体最普遍的烃类, 但在原油中多为痕量。而不论是何族烃类, 在油气中均具有随着碳原子增多(或分子量增大)含量降低的变化趋势。在分析方面, 链烷烃和烯烃易检测, 且成本较低, 而芳香烃和环烷烃相对较难检测, 且成本高[31]。

基于上述分析, 1:50万岩石测量烃类指标选择甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、异丁烷(iC4H10)、正丁烷(nC4H10)、异戊烷(iC5H12)、正戊烷(nC5H12)等低分子量链烷烃类组分和乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)等烯烃组分。

2)烃类指标测试方法。许多金属成矿过程中流体气液分离并伴随大量挥发份的散溢, 其中主要挥发份是H2O、CO2, 其次是烃类组分、N2、H2、H2S、CO等气体。一部分挥发组分在温度、压力和浓度差异作用下通过渗漏和扩散作用进入各类构造空间或围岩裂隙, 流体中的CO2往往与其中的Ca2+、Mg2+等形成次生碳酸盐矿物并将伴生的烃类组分和其他组分包裹于次生碳酸盐矿物中形成隙间烃、吸附相或包裹相烃[30]。

根据上述烃类气体的赋存特点, 使用酸解烃测试法是较好的选择, 目前该方法也是油气勘查中应用最广泛的方法。

2.2.2.2 数据预处理方案

1)标准化处理。烃类是具有分布广泛、性质相似和指标多元化特征的气体组合, 并作为一个整体参与各类地质、地球化学作用, 不同来源和成因的地质体对烃类各组分的含量高低及其相关性都有着重要影响。但烃类各组分间含量数值差异较大, 甚至相差几个数量级, 这样, 高含量组分异常往往对低含量组分起到一种屏蔽作用, 如总烃异常表现的主要是甲烷的含量特征, 其他各烃类组分间细微的变化往往被掩盖。为了直观表现烃类组分综合特征及之间细微变化, 徐庆鸿等提出建立烃类组分标准化背景的研究思路, 探索性地将具有幔源流体特征的玄武岩体作为烃类组分的标准化背景, 其意义类似于选择球粒陨石作为标准化稀土元素背景的建立[30]。笔者建议亦可采用类似的技术处理, 以使烃类各组分的差异性得到直观体现, 如此, 总烃的表征意义也将更全面。

2) 归一化处理。在烃气测量中, 多采用酸解法解吸样品中的烃类气体, 而该方法测试的主要对象是包裹于次生碳酸盐矿物中的烃类, 因而CaO的含量越高, 对烃类保存越有利, 含量也相应越高, 反之, CaO含量越低, 烃类含量也越低[32]。对于由CaO含量差异而形成的干扰, 笔者建议可采用归一化处理。

20世纪70年代, 前苏联提出了一种“ 元素有机物结合形式找矿法” , 这种方法的基础是呈活动态迁移上来的元素与有机络合物相互作用, 形成金属的腐殖酸盐和富里酸盐。利用焦磷酸钠溶剂提取土壤中的富里酸— 腐殖酸络合物, 测定其中的金属含量(Me)和碳含量(C), 通过Me/C比值来圈出远景区[33]。

鉴于烃类组分和CaO的密切关系, 可借鉴上述方法将烃类含量以CaO含量进行归一化, 以消除样品中CaO含量差异带来的误差。

2.3 关于成矿预测的两点建议

成矿预测方法理论始于20世纪50年代, 随着地球化学找矿技术的广泛应用, 地球化学成矿预测逐渐成为其中一个重要的研究方向[34]。成矿预测的核心是研究矿产资源在某一地区“ 有没有” 、“ 在哪里” 以及“ 有多少” 的问题, 分别对应于定性预测、定位预测和定量预测, 而在定性、定位预测中, 关于成矿环境的指示意义正日渐引起人们重视, 下面笔者就地球化学成矿环境研究及地球化学定量预测, 谈两点认识和建议。

2.3.1 成矿环境研究

地球化学成矿环境研究, 一般采用丰度值高的元素, 如基本造岩元素(如Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg)和中等富集元素(如Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、S)等, 这些元素的含量, 对环境条件与微量元素的性状有决定性的影响, 在找矿上很有指示意义[35]。例如贵州某地一个含Cu、Mo斑岩体, 其Cu、Mo异常, 元素组合、强度、规模、形态等, 与已知典型矿床对比都相似, 可为成矿岩体, 但结果不成矿; 再如粤东某地一含Cu、Mo斑岩体, 从元素组合到异常强度、岩体特征等, 与已知矿床对比也望成矿, 但结果也不成矿。研究发现, 这两个地区均不具备成矿的地球化学环境, 因为这两地区的共同点都是贫S, 虽然Cu、Mo来源充分, 但由于贫S, Cu、Mo没有适量的S与之结合生成有用矿物富集, 使剩下的Cu、Mo呈类质同象分散到其他矿物中去。可见, S的富集是成矿的必要条件, 马生明等进一步指出, 由于Fe和Cu、Mo对S存在竞争机制, 能否形成矿床, 还要看S与Fe和Cu、Mo之间的协同平衡关系[36]。

任何矿床形成都需要有利的地质环境, 这种环境在地球化学上表现为异常周围的地球化学背景, 而地球化学背景的形成与成矿作用过程之间是互相联系互相制约的[37]。刘崇民等通过对乌岙铅锌矿成矿元素异常和常量元素的关系研究发现, 成矿元素Pb、Zn、Ag异常正好处在Al2O3、SiO2、K2O贫化带和CaO、MgO富集带内(图3), 也就是说, CaO、MgO富集和Al2O3、SiO2、K2O贫化是Pb、Zn成矿的有利地球化学环境[38]。

图3 乌岙铅锌矿成矿元素— 常量元素异常组合关系

关于成矿环境, 有一点需要引起特别注意, 即K、Na的作用。K、Na是中酸性岩体矿化的重要指示元素[39], 当今矿床学界广泛热议的燕山期成矿大爆发, 最直接的判断依据就是该地区碱交代作用的有无和强弱, 矿体的大小和碱交代作用的规模和强度成正比, 超大型矿床的形成以超大型碱交代作用为前提[40]。碱交代作用典型的地质特征即为钾长石化或钠长石化蚀变, Sack等人就日本黑矿的蚀变特征, 导出一个蚀变指数, 即Ai=[w(MgO)+w(K2O)]× 100/[w(Na2O)+w(K2O)+w(MgO)+w(CaO)], 用它来确定接近矿化的程度, 并作为布钻依据, 日本Dowa公司用类似的方法发现了一个400 m深的盲矿体[41]。由于离子半径和离子电位相差很大, K、Na在地球化学行为上表现出明显的不相容性, 含量互为消长, 马生明等在安徽马头斑岩型铜钼矿的试验研究发现, 利用Na2O的负异常, 可以确定该矿床热液成矿的边界[42]。

除常量元素、中等富集元素外, 一些对特殊成矿环境有指示意义的微量元素亦可作为成矿环境研究指标。陕南柞水— 山阳成矿带层状层控Pb-Zn矿床为海底热卤水同生沉积成因, 受相对封闭的海底洼地和同生断裂构造的控制, 但在普查阶段同生断裂和海底洼地是很难从地质上确定的, 而要在这样的地区找到相同类型的矿床, 仅仅鉴别出含矿层是不够的, 还必须找到有利于热卤水活动的海底洼地— — 高盐度封闭的还原条件。张本仁等研究发现, 地层中B、Ba可以指示这种环境, 选择该矿带中黑沟矿区及其外围进行B、Ba测量, 结果取得了很好的效果, B、Ba异常区与已知矿区完全吻合[43]。

地球化学成矿环境研究属于一种间接的找矿方法, 以上从矿区的角度进行了一些阐述, 对大兴安岭成矿带而言, 这种指示意义则可上升为一种宏观指导。因为一个成矿区带的形成, 必然存在着一个巨量成矿物质的供应机制, 在这种机制的作用下, 成矿环境上必然也存在一个巨大的地球化学响应。

2.3.2 定量预测

地球化学定量预测属于矿产资源预测研究的一部分, 是以不同尺度地球化学调查数据为主, 对相应尺度的矿产资源潜力进行定性和定量评价。目前丰度法、面金属量法、地球化学块体法是勘查地球化学界中应用最广泛的三种定量预测方法, 其中地球化学块体法被列为全国重要矿产总量预测的五种方法之一[44, 45]。地球化学块体法是由谢学锦提出的, 从巨型矿床有巨量成矿物质供应的角度, 用地球化学块体代表巨量成矿物质供应源, 给出块体内矿产资源定量估算的一种方法[46]。这是基于1:20万水系沉积物测量而诞生的一种预测方法, 虽然还处于不断发展和完善之中, 但已经显现了很好的理论和应用前景。地球化学块体法潜在资源量估算方法如下:

Mt=Aa·H·D·Ca, (1)Mp=Mt·Mc。(2)

式中Mt为地球化学块体内某种金属总量; Aa为地球化学块体面积; H为地球化学块体厚度; D为上地壳平均密度; Ca为块体内某种金属平均含量; Mp为块体内某种矿产潜在资源量; Mc为地球化学块体成矿率。

大兴安岭成矿带1:50万岩石测量亦可借鉴上述方法进行定量预测, 但在套用公式时尚需做一些概念和取值上的修正。1:50万岩石测量圈定的主要是区域异常, 其可能位于地球化学块体内, 属于子块体, 也可能位于块体外, 物源是深源的[44], 故建议将公式中的“ 地球化学块体” 改为“ 区域异常体” ; 公式中D取“ 上地壳平均密度” 太宽泛, 建议取“ 异常区内不同岩性的平均密度” 针对性更强; 公式中Ca为水系沉积物数据, D为岩石数据, 二者在介质上不统一, 而1:50万岩石测量克服了这一点; 公式中H取值可参考区内已知矿床的勘探状况、自然景观等因素, 而非固定于某一深度(如500 m或1 km), 对于新矿种, 还可结合元素的地球化学行为(如原生晕垂直分带中的位置)给定一参数值; 公式中Mc为“ 区内某种矿产的所有探明储量占其供应总量的比率” , 这里的“ 探明储量” 仅仅是“ 未剥蚀储量” , 因此计算过程中还需进行剥蚀改正[44]。

地球化学块体法的核心是根据元素在地壳表层空间分布的特征圈出地球化学块体, 进而通过逐步提高块体的分级级次圈出子块体, 然后根据子块体中矿产勘查程度的高低确定一个成矿率, 最后根据成矿率来预测其他子块体的潜在资源量[47]。但由于采样介质本身的局限性(可能强化或掩蔽基岩物质供应在地表的显示), 地球化学块体法有时候并不能真实地反映基岩的物质供应量[47], 但1:50万岩石测量则不存在这一问题。

3 预期成果及科学意义
3.1 预期成果

定性:依据构造控制、成矿元素分布趋势及成矿环境分析, 圈定大兴安岭成矿带成矿远景区, 构建成矿带级别地质— 地球化学勘查模型。

定量:利用地球化学块体法, 并借鉴面金属量法的一些最新研究思路[44], 预测估算目标域内资源潜力, 并给出潜在资源量。

3.2 科学意义

1)为成矿带基础地质研究提供资料

区域化探资料在基础地质研究中的作用一直为国内外学者所重视[48, 49, 50, 51], 归纳起来, 其主要表现为:划分和圈定侵入岩体, 进行地层对比和划分, 识别各种区域地质构造, 甚至板块的分界线[51]等。由于水系沉积物近似于取样点上游土壤、风化产物和岩石的复合样品, 因此, 以水系沉积物测量资料为依据研究基础地质问题比依据基岩测量资料要复杂得多, 反之, 以基岩测量资料为依据的地质解译将更为逼近真实, 1:50万岩石测量即属于后者。

2)为成矿带地球化学研究提供资料

基于1:5万岩石测量及相关地球化学专题研究, 张本仁提出了有关成矿带(Ⅲ 级)地球化学研究的理论格架[52], 进而提出“ 两个转化” 的找矿思想[53], 即地质现象→ 地球化学因素→ 地球化学找矿指标。1:50万岩石测量是一项视野更加宽阔的找矿实践, 必将进一步提升成矿带地球化学研究的理论格局。

4 结论

由于有机质影响和风成沙干扰, 1:20万水系沉积物测量在森林沼泽区和半干旱荒漠草原区遇到很大困难, 异常查证没有明显找矿效果, 地理位置上以大兴安岭成矿带为典型代表。针对这种情况, 笔者建议在大兴安岭成矿带开展1:50万岩石地球化学测量, 建立一个更加宽阔更近真实的地球化学场, 将1:20万区域化探资料置于一个更加宏大的场景中去认识、评估和利用, 以弥补水系沉积物测量之不足。同时, 也更为重要的是, 通过这项工作, 可以实现对一个成矿带成矿远景的宏观评价。

实施方案之技术关键设计如下:

1) 采样方法:以1:5万图幅地质图作为采样底图, 以5 km× 5 km作为一个采样单元, 以岩性作为采样单位, 采样密度设计为2~4个样/25 km2, 以主体岩性为采样介质, 采取同岩性多子样组合原则, 同时避开脉岩。

2) 分析指标:确定为76种元素, 同时增加部分烃类指标(C1~C5)。数据预处理过程, 元素指标采用衬值化与去衬值化处理, 以克服岩性异常造成的误差; 烃类指标采用标准化与归一化处理, 以消除高含量组分对低含量组分的屏蔽, 以及由CaO含量差异引起的干扰。

3) 成矿预测:定性、定位预测, 在关注成矿元素及其伴生元素的同时, 加强地球化学成矿环境研究; 定量预测, 建议引入地球化学块体法, 但在套用公式时尚需做一些概念和取值上的修正, 并借鉴面金属量法的一些最新研究思路。

除矿产勘查意义外, 预计大兴安岭成矿带1:50万岩石地球化学测量成果还将会为成矿带基础地质研究、成矿带地球化学研究提供重要参考资料。

The authors have declared that no competing interests exist.

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