0 引言
野外地质找矿工作中,大多数地质人员都常存在对矿石成分、矿(化)体判别不准,取样化验等待时间过久等一系列的问题,尤其是进入一个完全不熟悉的新区域,该类问题更为突出。在鉴定成果未出来之前,常会因对矿层的判断拿不定主意而造成野外工作窝工,或者在鉴定结果出来之前工作成果描述不符导致很多资料进行二次修改、返工等。本次的大路锰矿工作中也不例外。
为解决这一棘手问题,采用手持X荧光快速分析仪参与工作,通过对含矿段测量结果与实验室检测结果进行客观对比分析,发现测量结果与化验结果极为相近,为此便对钻孔岩心各地层进行系统测量,对各地层的含锰规律获得了比较客观的认识。笔者将对该方法在本次野外工作中的测量原理、测量数据与化验室结果进行对比分析,并将该方法在本项目应用中遇到和解决的问题进行探讨,以供同行借鉴。
1 X荧光仪器及基本原理
图1
图1
手持X荧光仪工作示意
Fig.1
Working schematic diagram of hand-held X-ray fluorescence instrument
表1 IED-2000T手持式多元素快速分析仪检出限特征
Table 1
| 原位测量 钾(K)~铀(U) | 检出限/10-6 |
|---|---|
| Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se | ≤10 |
| Co、Ni、Br到Mo、Ag到U | 11~100 |
| K、Ca、Sc、Cr、Mn、Fe、Tc、Ru、Rh、Pd | 101~1000 |
| Al、Si、P、S、Cl、Ar | >1000 |
2 X荧光测量Mn的条件及测量方法
该区的锰矿位于松桃断陷盆地中,属于沉积型锰矿,故岩心上的锰矿分布比较均匀。本次采用线状布点方式对岩心进行X荧光测量,采用2 m点距对钻孔揭露的所有地层含锰特征进行测量研究,在含锰相对高的区域加密测量。对于锰矿矿层,采用0.3 m点距布点,大致确定锰矿(化)层厚度,对于锰含量突变段加密测量,直至含量突变界限找到。
3 X荧光测量在地层含锰特征对比与研究中的应用
3.1 研究区地层特征
寒武系娄山关群($\epsilon$2-3ls)—清虚洞组($\epsilon$1q)地层岩性主要以浅灰色—深灰色白云岩、灰岩、砂质白云岩、泥质白云岩为主。
寒武系下统杷榔组($\epsilon$1p)—震旦系上统留茶坡组(Z2l)地层主要以深灰色、灰黑色粉砂质页岩、炭质页岩、页岩为主。
震旦系下统陡山沱组(Z1d)为灰、深灰色厚层—块状细晶白云岩夹黑色炭质页岩及黏土岩,底部为灰白色中厚层硅质岩。
南华系上统南沱组(Nh2n)以灰、灰绿、黄绿色、黄灰、深灰色厚层块状含砾粉砂岩、冰碛含砾粉砂质黏土岩、粉砂岩为主。
南华系下统大塘坡组(Nh1d),上部为灰色至深灰色层纹状炭质粉砂岩夹黑色炭质页岩;中部为黑色炭质页岩夹深灰色层纹状炭质粉砂岩;下部为黑色薄层炭质页岩夹灰黑色、钢灰色块状菱锰矿组成,局部夹厚0.15~0.20 m的浅灰色凝灰岩,方解石脉发育,呈细脉状交差产出,黑色炭质页岩和块状菱锰矿中,见线状、星点状和结核状黄铁矿。
南华系下统铁丝坳组(Nh1t)岩性主要为黄灰、灰色块状砾质砂岩、砂泥质砾岩、岩屑砂岩、杂砂岩。
新元古界青白口系红紫溪组(Qbh)以紫红色砂质板岩、灰绿色变余石英砂岩为主。
3.2 X荧光测量各地层中锰含量特征对比
为了研究各地层中锰含量的分布规律,对该区及周边出露的地层,以及钻孔揭露的各地层岩性进行X荧光快速测量和统计,为确保其具有代表性,除红紫溪组的测量成果没有钻孔对比数据外,其余的每个地层的测量值均由地表露头和钻孔岩心测量数据共同统计,而且测点均匀布设在工作区内不同地层中。在统计中发现,地表出露地层与岩心揭露对应地层的测量结果较为接近,数据间无明显差异变化,本文未单独对地表地层测量数据与岩心测量数据做对比统计,表2中的数据为地表地层与钻孔岩心数据共同统计的结果。根据统计结果,对该区的地层含锰特征获得如下几点认识。
表2 工作区X荧光测量各地层Mn含量特征统计
Table 2
| 地层 | 岩性 | Mn含量范围/% | Mn平均含量/% | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| $\epsilon$2-3ls | 白云岩 | 0.19~1.33 | 0.59 | 高值位于层间页岩互层与白云岩接触部位 |
| $\epsilon$2p | 砂质白云岩 | 0.25~0.84 | 0.65 | |
| $\epsilon$2g | 白云岩 | 0.15~0.92 | 0.52 | |
| $\epsilon$1q | 白云质灰岩 | 0.32~0.89 | 0.45 | |
| $\epsilon$1p | 页岩夹砂岩 | 0.13~1.89 | 0.85 | 最高值位于层间页岩与砂岩接触部位 |
| $\epsilon$1b | 炭质页岩夹砂岩 | 0.53~1.02 | 0.87 | 最高值位于层间页岩与砂岩接触部位 |
| $\epsilon$1j | 灰岩夹炭质页岩 | 0.12~2.07 | 0.93 | 最高值位于层间页岩与砂岩接触部位 |
| Z2l | 炭质、粉沙质页岩 | 0.78~2.67 | 1.36 | 最高值位于层间页岩与砂岩接触部位 |
| Z2d | 白云岩夹砂质页岩 | 0.16~0.98 | 0.79 | 最高值位于层间页岩与白云岩接触部位 |
| Nh2n | 含砾粉砂质黏土岩 | 0.84~2.98 | 1.19 | 最高值位于砾岩与粘土岩接触部位 |
| Nh1d | 炭质、砂质页岩 | 1.95~36.04 | 5.19 | 最高值位于地层底部块状棱锰矿中 |
| Nh1t | 含砾砂岩 | 1.63~3.06 | 2.23 | 最高值位于地层分界接触部位 |
| Qbh | 砂质板岩 | 0.86~1.06 | 0.96 | 最高值位于地层分界接触部位 |
1) 锰含量在地层中由底板至地表具有低—高—低的分布规律,从$\epsilon$2-3ls到Nh1n,地层中的锰含量虽然有一定变,但整体变化不大,而在Nh1d地层内,锰含量要高出其他地层2~5倍;Nh1d下部的Nh1t、Qbh地层锰含量逐渐减小。由此可以看出,Nh1d是该区目前发现的主要含锰地层。
2) 无论是地表地层还是岩心数据, Nh1d地层均表现为从上部至下部,锰含量逐渐增高,在该地层下部锰含量在3%~36.04%之间,远高于其他地层中的含量,且多数区域锰含量达到锰矿品位含量标准,尤其是大塘坡组(Nh1d)底部与铁丝坳组(Nh1t)接触部位锰含量达到最高,为锰矿主矿体产出部位。
3) 据相关化探异常研究,工作区地表有较好的锰地球化学异常存在,而在测区地表未发现出露锰矿体。通过本次X荧光测量发现,各地层中由南华系大塘坡组(Nh1d)往两侧地层延伸,随着距离Nh1d地层越远,地层中锰的平均含量呈逐渐减少趋势,该区地表锰异常应为Nh1d内锰矿层中锰的晕移与地层中所含锰共同叠加引起的。
4) 南华系大塘坡组(Nh1d)以外的不同地层中,不同岩性锰含量也存在一定的变化规律,一般页岩、黏土岩的锰含量比其对应层中的灰岩、砂岩、白云岩、砾岩中锰含量高,而且各地层中的最高值往往出现在页岩、黏土岩与的灰岩、砂岩、白云岩、砾岩等岩性的层间接触部位,应为地下锰运移过程中受到页岩、黏土岩的隔挡和吸附,在灰岩、砂岩、白云岩、砾岩与页岩、黏土岩的接触间隔部位进行富集所引起。
4 X荧光测量在评价矿化体中的应用
4.1 经验判断取样与X荧光测量后采样效果研究
大路锰矿床是一个完全隐伏型的锰矿床,前期研究认为该区具有好的成矿前景,这主要是从该区的断陷盆地特征与其西面已经发现的道托锰矿的地质特征综合总结对比所提出。但在野外工作中,工作组对锰矿体、矿石特征的认识、判断经验不足,导致该区第一个钻孔编录取样中认识存在偏差,后期通过X荧光测量结果与实验室成果进行对比研究后得到了改进。以该区所施工的第一个钻孔ZK103对比研究结果为例,两次对照研究成果见图2。
图2
图2
地质判断采样与X荧光测量后采样成果对照
Fig.2
Comparison of sampling result after geological judgment sampling and X-ray fluorescence measurement
为了进一步了解其成矿规律,采用手持X荧光快速分析仪对该段锰矿层进行细致测量。通过测量发现预计的上部矿段,仅有9.15~10.2 m处的锰含量超过11%,10.2~11 m段锰含量在5%以下,8.45~9.15 m段锰含量在3.13%~7.63%之间。于是对岩心的7.5~11 m段进行重新分段采样化验,其二次化验结果为11~10.2 m段锰含量为1.72%,10.2~9.15 m段锰含量为14.12%,9.15~8.45 m段锰含量为3.87%,8.45~7.5m段猛含量为 16.93%。从而使该孔的锰矿层由1层增加至2层,矿体厚度由第一次采样确认的8.01 m提升到了9.6 m,上段增加矿层1.15 m,下段矿层厚度增加了0.44 m。
4.2 X荧光校正后的测量结果与化验结果对比
为了研究X荧光测量结果与化验成果的对比关系,本次试着对ZK103孔含矿段岩心的X荧光测量数据、化验室加工化验后留存的副样的X荧光测量数据与化验室化验结果数据进行对比分析,其中岩心测量数据采用多点测量值几何平均获得平均值,副样测量采用化验室的缩分模式选取样品进行模块压实后用手持X荧光仪测量其Mn含量,并与化验室Mn的化验数据做精细对比,其测量结果见表3。
表3 ZK103钻孔岩心、副样手持X荧光测量锰含量与化验成果对照
Table 3
| 化验号 | X荧光测量结果 | 化验室结果 | ||
|---|---|---|---|---|
| 岩心Mn含量/% | 几何平均Mn含量/% | 副样中Mn含量/% | Mn含量/% | |
| H29 | 0.92~4.15 | 1.98 | 2.36 | 1.72 |
| H28 | 10.06~18.85 | 15.74 | 14.81 | 14.12 |
| H27 | 2.52~8.58 | 3.06 | 4.99 | 3.87 |
| H26 | 12.63~19.74 | 16.43 | 15.13 | 16.93 |
| H25 | 17.56~21.45 | 18.01 | 19.65 | 18.62 |
| H24 | 17.78~18.63 | 18.15 | 16.78 | 16.15 |
| H23 | 17.64~19.23 | 20.18 | 21.56 | 19.23 |
| H22 | 18.85~22.98 | 21.08 | 21.42 | 20.29 |
| H21 | 19.76~22.65 | 19.87 | 19.87 | 20.82 |
| H20 | 19.55~23.06 | 22.16 | 22.16 | 22.06 |
| H9 | 20.45~24.24 | 22.46 | 22.46 | 21.26 |
| H8 | 23.18~26.79 | 28.11 | 28.11 | 24.62 |
| H7 | 25.87~30.15 | 28.01 | 28.64 | 26.87 |
| H6 | 14.65~30.23 | 22.44 | 19.12 | 18.08 |
| H5 | 30.25~36.04 | 34.04 | 29.59 | 27.09 |
| H4 | 15.48~27.65 | 18.56 | 16.89 | 17.35 |
| H3 | 27.65~30.12 | 28.88 | 25.15 | 24.31 |
| H2 | 23.12~11.87 | 17.49 | 16.86 | 16.06 |
| H1 | 1.45~7.73 | 3.59 | 2.93 | 1.76 |
由表中数据对比发现,无论是副样测量,还是岩心直接测量,X荧光测量值整体都比实际测量的数据值偏大。野外直接测量岩心平均值与化验室成果数据差值在0.2%~6.79%之间,品位越高测量值相差就越大;副样测量值则与化验室数据极为接近,成果数据差值在0.1%~3.49%之间,变化规律不太明显。通过误差统计计算,岩心直接测量平均值、副样测量值与化验结果的均方相对误差分别为 0.07、0.05(不包括两头的控制样)。因此在野外可直接通过对岩心进行X荧光测量大致判断矿体厚度及品位,提高野外工作效率。
5 结语
手持X荧光快速测量方法是首次应用于松桃地区锰矿床中。通过测量成果及化验结果对比,该方法对锰矿,尤其是对该地区的沉积型碳酸锰矿床的测量,具有测量精度高、获得测量结果快速的优势。对于初在该区进行锰矿勘查的地质工作者,该方法可以帮助地质人员快速掌握研究区的锰矿沉积特征、赋存条件,并对赋矿层位进行判断[14],在最终化验结果出来之前大致估算资源量等。
同时,该方法在锰矿层的采样位置确认上比地质人员的经验判断结果准确度更高,配合经验进行取样布设,可更加精准、客观地划定矿层厚度,避免文中所例举的遗漏矿层、矿层边界判断不准等问题的发生。
除了避免以上问题发生外,在采样过程中结合该方法,采用先测量后采样的方式,可大大缩减采样件数[15]。如本次研究中的ZK103孔,前期由于对矿层不了解,每隔一个互层便采一个样,后期通过测量后,只要其结果高于10%的,无论是否有夹层,均可统一采样,由此也在一定程度上提高了工作进度和经济效益。
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