0 引言
勘查地球化学是地质勘查的核心技术之一,在矿产勘查中有着不可替代的地位,近年来,随着地表出露及浅部找矿进入获取深部信息的找矿时代,发展了一系列新的勘查地球化学方法,在隐伏矿床勘查实践中经受了考验,已经开始走向成熟[1,2]。而地电化学作为其中一种非常规的地球化学勘查技术手段,经过多年不断的实践与创新,已发展为寻找深部隐伏矿床的利器[3,4,5]。为解决陕西省略阳何家垭地区深部找矿问题,在该区开展地电化学测量工作。何家垭地区位于陕南,气候温暖而多雨,属于湿润温暖的中低山地石质森林覆盖区,易形成地质灾害,山体滑坡随处可见,因此对地表元素的迁移影响较大。笔者将利用地电化学法在研究区已知镍矿点上方开展可行性试验研究,并与传统的土壤地球化学方法进行对比,以探讨分析地电化学在中低山地石质森林覆盖区寻找铜镍矿的有效性。
1 研究区地质背景
研究区大地构造位置位于扬子板块北缘碧口地块东段,地处秦岭造山带、松潘一甘孜造山带以及扬子板块交接部位,是秦岭造山带内最复杂也最有争议的地区,总体夹持于勉略构造带、青川—阳平关断裂带、岷山—虎牙断裂带之间,并呈楔形向东尖灭(图1)[6,7]。区内地层发育,岩浆活动强烈,变质变形复杂,成矿作用显著,为重要的多金属矿集区[8]。研究区出露地层为新元古界碧口岩群巨亭岩组第一岩段,下部为变基性熔岩(Pt3j1β)、上部为基性凝灰岩(Pt3j1btf)。出露岩浆岩为白雀寺—石瓮子基性杂岩体的东南部分,主要由辉长岩与花岗岩组成。辉长岩呈灰绿色,辉长结构,块状构造;花岗岩呈灰白色,花岗结构,块状构造。总体来看,辉长岩呈大岩株状,构成侵入体的主体部分,花岗岩呈小岩株或岩脉状产出,出露规模不大,二者相伴产出。另出露少量的闪长岩、辉石闪长岩以及角闪岩,规模不大,均呈岩脉状产出。区内断裂及韧性变形带发育,主构造方向以NE、NNE向为主,该构造方向控制着区内火山岩带及岩浆岩以及矿产的展布形态,是区内最重要的构造方位。发育一条钛磁铁矿矿化带和一处镍铜矿化点,钛磁铁矿化带位于研究区北侧的黑石岩一带蚀变辉长岩中,走向为NE向;镍铜矿化点位于研究区中部,出露岩性主要为蚀变辉长岩与花岗岩,镍铜矿化主要赋存在NE向展布的构造片理化带中,赋矿岩石为强蚀变角闪辉长岩[9]。
图1
图1
区域大地构造略图(a)和研究区地质图(b)
Fig.1
Regional geotectonic sketch map (a) and geological map of the study area (b)
2 样品采集与分析测试
2.1 样品采集
本次工作首先选择穿越何家垭已知镍矿化点布置试验性剖面一条,剖面方位300°,长1.72 km,按点距40 m(矿化点两侧加密至20 m)布置共45个样点。然后依据试验情况,结合研究区地质及矿化特征,在已知剖面的两侧一共布置了5条测线,线距100 m,总长度4.56 km,按照勘探工程间距布置测网,采取40 m点距,100 m线距,重点地段加密到20 m点距,于每个采样点同时采取地电样品和土壤样品。地电化学提取采用桂林理工大学隐伏矿床研究所研制的独立供电低电压偶极子CHIM提取装置,提取时间24 h,提取液1 000 mL,电压9 V。电极埋藏于B层,埋深30~40 cm。提取电极间距为100 cm,提取材料采用高密度泡沫塑料和滤纸进行处理。土壤取样深度与电极相同,用40~80目筛网筛取样品。
2.2 分析测试
表1 方法检出限
Table 1
| 元素 | 检出限/10-6 | 元素 | 检出限/10-6 |
|---|---|---|---|
| V | 0.5 | Nb | 0.03 |
| Cr | 0.92 | Mo | 0.05 |
| Mn | 0.3 | Ag | 0.01 |
| Co | 0.11 | Cd | 0.03 |
| Ni | 0.36 | Au | 0.001 |
| Cu | 0.85 | Tl | 0.01 |
| Zn | 2.2 | Pb | 0.98 |
| Ga | 0.02 | Bi | 0.009 |
3 结果与讨论
3.1 剖面特征
为检验地电化学方法在本次研究区的适宜性与有效性,在已知2号剖面上开展方法找矿可行性试验研究,并在相同剖面针对性的布置土壤地球化学采样点,对比与验证地电提取的效果,并为其离子来源的讨论提供依据。
原始数据显示(表2),两种不同方法提取的元素含量之间存在着量级差异,如地电化学样品中元素As含量的最大值为0.61×10-6,而在土壤地球化学样品中As含量的最低值为0.8×10-6,其最高值更是高达55.2×10-6。笔者认为产生这种量级差异主要有两种原因:首先两种方法提取的信息来源不同,土壤地球化学测量分析的是所采集土壤样品中元素的含量,而地电化学提取的是该采样点附近具有电活动性的金属离子、金属络合物及纳米级金属微粒中元素的含量[10];另一种原因则是由地电化学提取的时间所导致,本团队以往采用的提取时间是48 h,而本次研究设置的提取时间是24 h,其提取的元素含量还未接近饱和。因此笔者认为以往部分地电化学研究者利用地电提取的含量与元素丰度或某区域元素背景值的比值作为评价异常的指标是不合理的。
表2 2线剖面部分原始数据对比
Table 2
| 点号 | 地电化学 | 土壤地球化学 | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cr | Mn | Cu | As | Co | Ni | Cr | Mn | Cu | As | Co | Ni | ||||||
| 2-10 | 0.92 | 5.10 | 0.97 | 0.15 | 0.19 | 0.41 | 119.3 | 897.5 | 33.6 | 9.4 | 28.6 | 33.6 | |||||
| 2-12 | 1.13 | 35.06 | 3.80 | 0.27 | 0.77 | 1.70 | 69.4 | 1354.7 | 59.8 | 9.7 | 36.9 | 30.0 | |||||
| 2-14 | 0.96 | 16.67 | 1.51 | 0.22 | 0.48 | 1.45 | 86.3 | 1265.7 | 61.7 | 20.9 | 25.4 | 46.1 | |||||
| 2-16 | 0.62 | 8.23 | 1.24 | 0.11 | 0.25 | 0.70 | 80.3 | 1281.7 | 45.3 | 19.7 | 22.7 | 39.1 | |||||
| 2-18 | 1.10 | 8.27 | 1.11 | 0.17 | 0.56 | 0.76 | 80.4 | 1028.4 | 59.7 | 23.2 | 26.3 | 44.7 | |||||
| 2-20 | 0.59 | 7.59 | 2.62 | 0.11 | 0.32 | 1.00 | 114.0 | 1485.2 | 71.5 | 48.8 | 52.0 | 55.8 | |||||
| 2-21 | 0.34 | 6.86 | 1.30 | 0.19 | 0.39 | 0.59 | 104.3 | 1404.7 | 75.9 | 55.2 | 53.0 | 45.8 | |||||
| 2-22 | 0.62 | 6.19 | 1.78 | 0.18 | 0.59 | 1.10 | 109.4 | 1351.1 | 197.4 | 46.1 | 45.5 | 110.0 | |||||
| 2-23 | 5.84 | 380.12 | 72.16 | 0.61 | 15.59 | 48.26 | 107.7 | 1176.2 | 155.3 | 23.8 | 41.3 | 117.0 | |||||
| 2-24 | 1.69 | 53.51 | 2.71 | 0.20 | 2.40 | 3.79 | 122.6 | 1138.0 | 86.1 | 10.7 | 40.9 | 77.0 | |||||
| 2-25 | 2.15 | 107.56 | 2.50 | 0.22 | 2.28 | 2.44 | 76.6 | 956.8 | 35.6 | 8.7 | 20.1 | 31.7 | |||||
| 2-26 | 1.66 | 45.12 | 1.79 | 0.24 | 1.12 | 1.23 | 84.2 | 870.9 | 44.0 | 8.8 | 21.5 | 30.7 | |||||
| 2-27 | 2.96 | 84.89 | 4.75 | 0.26 | 4.75 | 3.93 | 106.3 | 665.2 | 25.1 | 10.3 | 29.1 | 36.0 | |||||
| 2-28 | 4.64 | 171.34 | 4.37 | 0.29 | 10.34 | 7.26 | 171.8 | 1018.5 | 64.1 | 9.6 | 48.4 | 49.2 | |||||
| 2-29 | 1.47 | 121.30 | 5.59 | 0.08 | 4.72 | 2.97 | 102.8 | 780.9 | 32.6 | 9.6 | 25.9 | 36.1 | |||||
| 2-30 | 1.32 | 26.63 | 1.17 | 0.13 | 1.10 | 1.45 | 152.9 | 857.1 | 29.5 | 7.5 | 33.4 | 47.1 | |||||
| 2-31 | 2.74 | 85.17 | 45.53 | 0.18 | 3.69 | 3.39 | 176.5 | 1047.1 | 36.0 | 10.2 | 40.8 | 45.4 | |||||
| 2-32 | 0.40 | 6.01 | 6.32 | 0.07 | 0.31 | 0.89 | 59.1 | 609.7 | 22.8 | 4.2 | 24.9 | 23.9 | |||||
| 2-33 | 9.02 | 321.06 | 6.55 | 0.19 | 13.47 | 8.29 | 219.4 | 681.8 | 23.4 | 2.8 | 28.0 | 54.2 | |||||
| 2-34 | 0.83 | 24.57 | 1.97 | 0.09 | 1.16 | 2.00 | 94.8 | 921.2 | 28.2 | 2.6 | 32.2 | 29.5 | |||||
| 2-35 | 0.38 | 5.96 | 0.65 | 0.04 | 0.31 | 0.41 | 73.7 | 846.5 | 28.8 | 5.1 | 29.6 | 29.9 | |||||
| 2-38 | 0.94 | 4.86 | 0.83 | 0.11 | 0.44 | 0.73 | 16.3 | 304.6 | 10.5 | 0.8 | 8.2 | 10.3 | |||||
| 2-40 | 0.65 | 5.38 | 0.63 | 0.06 | 0.27 | 0.51 | 121.5 | 979.9 | 35.4 | 5.4 | 39.6 | 37.0 | |||||
注:各元素含量单位为10-6
但即便如此,在本研究区地电化学提取异常的效果却比土壤地球化学更好。如图2所示,Cu、Ni、Co、Cr、Mn、As共6种元素在已知剖面上方检测出清晰的地电化学异常曲线,异常形态多为陡直的双峰式或三峰式,异常强度大,并且在23~36号点间与下方的已知铜镍矿点呈现出良好的对应关系,同时也指示了66号点下方的钛磁铁矿化带,50号点处Cu存在一个较高的单峰异常,根据野外记录在该点未见矿化迹象,推测可能为假异常,有待后续查证。土壤地球化学测量中,虽然除Cr外都在矿点上方显示出了异常,但异常清晰度不高,异常形态也多为单峰状,异常套合性较弱。是什么原因导致土壤地球化学的效果受到干扰呢?
图2
研究认为在湿润温暖的中低山地石质森林覆盖区,位于浅部矿体、矿化或原生晕中的元素经过次生富集作用而形成的次生晕易受到地形以及表生作用的二次影响,其反应异常的效果也同样受到了影响,使得异常的分布显得略微杂乱,清晰度降低。而由于地电化学的作用范围不仅仅局限于采样坑的范围,其提取的深度和广度都远大于土壤地球化学,因此地电化学异常的分布受地形以及表生作用影响较小,对环境的免疫能力大。
综上认为,地电化学法在本研究区具有较好的有效性和适用性。
3.2 平面特征
剖面对比可以评估地电化学的有效性,并通过元素含量和曲线形态来指示异常与矿体的对应关系。而元素特征、异常空间分布、元素强度和范围等信息则是通过对元素含量和异常元素平面的统计,在平面比较的基础上得到的。
图3
为消除各元素含量之间的量级差异,这里使用各元素的单点衬值(即各采样点中元素的原始值与背景值之比)进行箱型图统计。图4为各元素的箱型图对比分布特征,在两种方法中元素含量皆表现出不同程度的右偏,即异常值主要集中在较大一侧,普遍为高强数据。地电化学异常值数量整体上比土壤地球化学多,异常强度高,并且分布比较连续,说明地电化学异常值较为稳定,显示元素在研究区中分布不均一,容易在局部富集成矿,其中元素Cu、Co、Ni、Mn更是表现出强烈的不均一性,说明具有较强的成矿潜力。相比而言,土壤地球化学中异常强度低,连续性差,并且不稳定,显示元素在研究区分布较为均一,成矿潜力小。由此可见,地电化学在一定程度上能强化异常,放大异常效果,易于总结出元素的分散和富集规律。
图4
图4
不同方法中各元素的箱型图对比特征
Fig.4
Contrastive characteristics of box diagrams of elements in different methods
3.3 找矿预测
根据前文分析结果,地电化学在本研究区具有较好的有效性和适应性,并且一定程度上可以强化异常,提取稳定的异常信息,因此这里采用了地电化学测量进行找矿预测。表3为元素Ni、Co、Cu以及元素组合Cr-Mn-Cu-Co-Ni的箱型图统计参数,其中元素Ni、Co、Cu统计数据为单点衬值,元素组合Cr-Mn-Cu-Co-Ni统计数据则由相关性较强的元素衬值累加而得。表中Me为中位数,Q1和Q3分别为上四分位数和下四分位数,IQR为四分位距,其范围IQR=Q3-Q1。Fu和Fl分别为温和异常值上限和极端异常值上限,其中Fu=Q3+1.5×IQR,Fl=Q3+3×IQR。
表3 箱型图统计参数
Table 3
| 元素 | Me | Q1 | Q3 | IQR | Fu | Fl |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ni | 1.04 | 0.58 | 1.60 | 1.02 | 3.13 | 4.66 |
| Co | 1.02 | 0.76 | 1.67 | 0.92 | 3.05 | 4.42 |
| Cu | 1.02 | 0.70 | 1.72 | 1.02 | 3.26 | 4.79 |
| Cr-Mn-Cu-Co-Ni | 5.55 | 4.00 | 8.77 | 4.78 | 15.94 | 23.11 |
图5
图5
元素Ni(a)、Co(b)异常平面分布
Fig.5
Plane distribution map of element Ni(a) and Co(b) anomalies
图6
图6
元素Cu(a)、Cr-Mn-Cu-Co-Ni(b)异常平面分布
Fig.6
Plane distribution map of element Cu(a) and Cr-Mn-Cu-Co-Ni(b) anomalies
图7
Ⅰ号找矿靶区位于研究区中部铜镍矿化点附近,出露岩体主要为蚀变辉长岩以及强蚀变花岗岩,靶区南东侧发育NE向断层,倾向为NW向,且经过铜镍矿化点。矿化(体)赋存于蚀变辉长岩中,对其中的金属矿物经镜下鉴定与电子探针分析,均证实为黄铜矿化、镍黄铁矿化、磁铁矿化,且显示可能为热液成因,预示深部可能存在铜镍硫化物的物质基础。物探测量结果显示,铜镍矿化点在电磁综合剖面上具有“低阻高极化”特征,同时在靶区深部约300~400 m处存在较大规模低阻体[9]。地电化学异常连续并且套合性好,主要集中于靶区北西侧及矿化点附近,因此结合地质和物探测量结果,该靶区于深部具有较好的找矿潜力,为本研究区寻找隐伏铜镍矿床的有利地段,有待进行深部工程验证。
Ⅱ号找矿靶区位于研究区北西处钛磁铁矿化带附近,出露岩体主要为蚀变辉长岩,矿化带走向为NE向,且大致穿过地表磁异常带。矿石经过镜下鉴定及电子探针分析,金属矿物成分主要为钛铁矿、磁铁矿,其次有褐铁矿等。该矿化带与区域上的中坝子磁铁矿有着相同的成因[14],同时地电异常以及物探磁异常均很好地套合在靶区内,因此Ⅱ号找矿靶区同样具有较好的成矿潜力。此外,地电异常在四线北西侧尾部有良好的显示,建议在研究区北西侧开展下一步工作。
综合分析,研究区总体处于新元古代时期扬子板块北缘裂解的构造背景,其代表的基性岩浆与区域上的煎茶岭镍矿成矿亦同属于这一时期幔源岩浆事件[7,15-16]。煎茶岭镍矿属于岩浆熔离—热液改造型矿床,岩浆融离作用成为形成镍物质成矿物质来源,后经热液改造作用使其富集成矿[17,18]。而对比研究区基性杂岩体,其中同时代的花岗岩以及在蚀变辉长岩中发现的热液型铜镍矿化,说明研究区可能存在相似的成矿岩浆岩条件。此外,张小明等认为新疆香山西钛铁—铜镍矿岩体中不典型的韵律层状可能是钛铁矿与铜镍硫化物矿共生的原因[9]。而研究区杂岩体同样具备不典型的韵律层状构造,且在地表已经发现了钛磁铁矿化带以及铜镍矿化,推测研究区可能同样具备钛磁铁矿与铜镍硫化物矿共生的条件。因此,结合地电化学研究成果,研究区内处于有利于成矿的地质构造部位和地球化学背景区,是寻找隐伏铜镍矿床的重点部位,找矿潜力较大。
4 结论
1) 通过在陕西何家垭地区已知剖面二线上方开展地电化学方法可行性试验研究,并在相同剖面针对性的布置土壤地球化学采样点,对比结果发现,地电化学剖面显示清晰的异常曲线,异常形态多为陡直的双峰式或三峰式,异常强度大,与下方的已知铜镍矿点呈现出良好的对应关系;土壤地球化学剖面异常清晰度不高,异常形态也多为单峰状,异常套合性较弱。因此,地电化学法在本研究区具有较好的有效性和适用性。
2) 运用箱型图对各元素进行异常统计,对比地电化学与土壤地球化学的平面异常特征,结果显示地电化学异常值数量整体上比土壤地球化学多,异常强度高,并且分布比较连续,说明地电化学异常值较为稳定,显示元素在研究区中分布不均一,容易在局部富集成矿。由此可见,地电化学在一定程度上能强化异常,放大异常效果,易于总结出元素的分散和富集规律。
3) 通过地电化学与土壤地球化学对比效果,采用了地电化学测量进行找矿预测。利用箱型图进行参数统计,分别以Fu和Fl为等值界限做各元素异常分布图,并结合异常分布特征、地质条件和物探测量结果,在研究区内圈定了两个有利的找矿靶区。其中Ⅰ号靶区于深部具有较好的找矿潜力,为本研究区寻找隐伏铜镍矿床的有利地段,有待进行工程验证。
参考文献
勘查地球化学近十年进展
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勘查地球化学近十年的进展主要体现在以下几个方面:(1)区域地球化学勘查与批量矿床的发现。特别是开展了区域地球化学填图或调查工作,圈定了几万个异常,带动了一批新矿床的发现;(2)全球尺度地球化学基准建立。经过国际合作研究,中国、欧洲、美国和澳大利亚已经初步建立了覆盖本国的地球化学基准网,为研究未来全球化学变化奠定了基础;(3)深穿透地球化学微观迁移机理研究取得重大认识,发明了系列覆盖区穿透性地球化学勘查技术;(4)发现地球化学块体与大型矿集区之间存在很好的对应关系,发现所有的已知矿集区都位于地球化学块体的范围之内,地球化学块体为矿集区的形成提供了丰富的物质基础;(5)勘查地球化学技术在一些危机矿山深部及外围找矿中发挥了重要作用;(6)在盆地砂岩型铀矿地球化学勘查理论与技术取得进展。未来发展主要集中在以下三个方面:(1)在微观尺度上,从纳米水平和分子水平研究地球化学迁移机理与覆盖区找矿技术;(2)在全球尺度上,致力于全球地球化学基准建立与全球变化研究;(3)在区域尺度上,继续开展区域地球化学填图与成矿带地球化学评价工作。
Progress in exploration geochemistry in the past decade
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隐伏矿床勘查地球化学新进展
[J].近年来，隐伏矿床的勘查日益受到重视，随着成矿理论和分析技术的发展，形成了众多新的地球化学勘查方法，在隐伏矿床勘查中发挥着越来越重要的作用。当前，以金属活动态测量法、地球气纳微金属测量法、电地球化学方法、活动金属离子法等一系列偏提取技术为代表的深穿透地球化学方法，能够获取深部矿体的直接信息，是隐伏矿床勘查技术上的一项重大突破。综合应用地质、地球化学、地球物理、遥感等多元信息来进行勘查的综合信息找矿方法也在隐伏矿床勘查中取得了显著的效果，是未来矿产勘查的重要发展方向。以地球化学块体这一理论概念为基础发展出的地球化学块体方法技术，以国内外近百例矿床勘查发现史为基础总结经验得出的信息找矿战略，以及以Cu、Fe、Zn等非传统同位素示踪技术为代表的新的示踪技术，代表了当前矿产勘查在理论、经验和分析技术上的新突破，开始初步应用于隐伏矿床的勘查并产生良好的效果。同时，传统的地球化学勘查手段如地下水地球化学勘查、植物地球化学勘查方法取得了新的发展，仍在隐伏矿床勘查中发挥了重要作用。综述和讨论了各种勘查地球化学方法的概念、原理、使用方法以及实际应用效果，指出了目前存在的一些问题，为勘查工作者提供了参考。
New progress in exploration and geochemistry of concealed deposits
[J].Recently, the exploration in deeply concealed deposits becomes increasingly common. With the development in the state-of-the-art metallogenic theory and analysis technique, it has stimulated the formation of the non-traditional geochemical prospecting methods. One of great breakthroughs in buried mineral deposits exploration is the advent of Deep-penetrating Exploration Geochemistry, which includes methods of the Selective Leaching of Mobile Metals (MOMEO), Mobile Metal Ions (MMI), Enzyme Leach, Electro-geochemistry methods, etc. These methods are able to measure any direct geochemical information emanating from the deeply concealed deposits. Another important advance in concealed deposit exploration is using integrated geological information for prospecting, including geologic, geophysical, geochemical and remote sensing data. This method is proved a powerful tool for deeply buried mineral deposits exploration. Some other new methods including geochemical blocks method, information exploration, and non-traditional isotope tracer techniques are starting applied to concealed deposits exploration. Besides, the methods of traditional geochemical exploration including hydrogeochemical and biogeochemical methods are experience renewed interest and achieve new development. New advances in these geochemical exploration methods are reviewed in depth, including their concepts, basis theory, application method, and results of their application. Finally, the problems in geochemical exploration are pointed out.
地电化学法在豫西崤山黄土覆盖区找矿中的应用——以洛宁县石龙山预查区为例
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