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物探与化探, 2020, 44(3): 533-539 doi: 10.11720/wtyht.2020.1191

地质调查·资源勘查

黄土覆盖区地气测量有效性评价——以甘肃省通渭县陈贾村地区为例

蔺强强, 郑琪, 苏永红

甘肃省地质矿产勘查开发局 第一地质矿产勘查院,甘肃 天水 741020

Effectiveness evaluation of ground geogas measurement survey in a loess-covered area:A case study of Chenjiacun area in Tongwei County, Gansu Province

LIN Qiang-Qiang, ZHENG Qi, SU Yong-Hong

The First Institute of Geology and Mineral Exploration, Gansu provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Tianshui 741020,China

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2019-04-2   修回日期: 2019-11-19   网络出版日期: 2020-06-20

基金资助: 甘肃省省级基础地质调查项目“甘肃省定西市华家岭—黄家窑地区四幅1:5万矿产远景调查”

Received: 2019-04-2   Revised: 2019-11-19   Online: 2020-06-20

作者简介 About authors

蔺强强(1990-),男,2013年毕业于中国地质大学(武汉),获学士学位,地矿工程师,现主要从事地球化学勘查技术方法研究工作。Email:867351020@qq.com 。

摘要

甘肃省通渭县地区区域上成矿地质条件较好,而境内第四系黄土普遍覆盖,传统地球化学方法找矿效果不理想。为探讨地气测量在黄土覆盖区的有效性,选择在陈贾村地区开展地气测量有效性试验。研究发现,工作区发现多处地气异常,异常规律明显,元素相关性较好。对数据处理分析,结合物探数据资料,并实地检查验证发现,地气异常与区内断裂、矿化体及物探异常位置完全吻合,能够清楚反映黄土覆盖区的基本地质概况,表明地气测量在黄土覆盖区有效。该成果为黄土覆盖区找矿提供了新思路。

关键词： 黄土覆盖区 ; 地气测量 ; 有效性 ; 地球化学勘查 ; 甘肃通渭县

Abstract

The regional metallogenic geological conditions of the study area are good. The Tongwei County is covered by Quaternary sediments. The traditional geochemical prospecting method is ineffective. In order to investigate the effectiveness of the geogas measurement method in loess-covered region, the authors selected the Chenjiacun area in Tongwei County to carry out effective experiment of the geogas measurement. The results revealed several geogas anomalies in the study area. The geogas anomalies are obvious, and the element correlation is good; in addition, they have good nesting and zoning relationships. Based on combining the geophysical data and verifying the conclusions in the field, the authors processed and analyzed the data. The geogas anomalies are in accord with the faults, mineralized bodies and geophysical anomalies in this area, and can clearly reflect the basic geological conditions of the loess-covered region. The result shows that the geogas measurement is effective in the loess-covered region, and it provides a new thinking for the prospecting in loess-covered region.

Keywords： loess-covered region ; geogas measurement ; effectiveness ; geochemical exploration ; Tongwei County in Gansu Province

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本文引用格式

蔺强强, 郑琪, 苏永红. 黄土覆盖区地气测量有效性评价——以甘肃省通渭县陈贾村地区为例. 物探与化探[J], 2020, 44(3): 533-539 doi:10.11720/wtyht.2020.1191

LIN Qiang-Qiang, ZHENG Qi, SU Yong-Hong. Effectiveness evaluation of ground geogas measurement survey in a loess-covered area:A case study of Chenjiacun area in Tongwei County, Gansu Province. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2020, 44(3): 533-539 doi:10.11720/wtyht.2020.1191

0 引言

我国黄土覆盖区东起太行山,西至乌鞘岭,南连秦岭,北连内蒙古高原,目前超过30万平方公里范围的黄土覆盖区矿产勘查程度较低,主要受限于传统地球化学方法在黄土覆盖区地质找矿效果不理想[1,2]。随着我国矿产勘查程度的加剧,找矿的主要思路转变为攻深找盲[3,5],所以新型勘查技术方法的研究已迫在眉睫[6,7]。地气测量作为覆盖区矿产勘查地球化学技术之一,近年来得到了极大发展,显示出巨大的发展前景[8,9]。以甘肃省通渭县陈贾村地区的地气测量成果为例来分析地气测量在黄土覆盖区的有效性,事实证明,地气测量在黄土覆盖区成果显著,方法有效。

1 工作区简介

工作区地处甘肃省通渭县境内,为典型的黄土覆盖景观区,地貌形态以黄土梁峁为主,区内沟谷纵横,部分沟谷底部有少量基岩出露,其余几乎全被黄土覆盖。工作区位于中北祁连成矿带结合部位,具有良好的成矿条件和找矿远景,但传统地球化学矿产勘查手段在黄土覆盖区效果不理想。多年来,王学求、任天祥、汪明启、刘应汉等在甘肃北祁连东段进行研究,发现一些新型地球化学勘查方法可在黄土覆盖区发挥作用,如水化学、气体测量(测汞和地气)及弱信息提取技术等[10,11,12,13,14,15,16,17,18],给黄土覆盖地区实现地球化学找矿突破带来了希望。

区内进行1∶20万化探异常查证时,在陈贾村一带发现一处铅矿化线索,因此在该地区部署了地气剖面进行验证,测量结果显示除了已发现矿化线索的地方出现低缓地气异常外,覆盖区其余地方出现了多处强异常。在对这些异常进行查证时,发现强异常区为全覆盖区,而在发现铅矿点的相邻沟谷中岩石较破碎,覆盖较浅,通过剥土施工,发现一条金、铜、铅、锌多金属矿体。

2 地气工作方法简介

2.1 地气野外采样方法

地气野外采样工作由中国地质大学(北京)完成,野外工作时采用主动法(减压抽气法)采样[19]。由于地气中元素含量较低,为加大采样量和增加样品代表性,在每个采样点2~3 m的范围内用钢钎打孔 3~4个,孔深0.5~1 m,将钻具拧紧于孔中,使钻孔密闭。采用硅胶管与微尘过滤器和地气捕集装置连接,用专用抽气泵依次在每个孔抽气5 L,让气体均匀缓慢通过液态捕集剂[20,21,22],每个采样点共抽取约15 L气体。

采样装置主要由螺纹采样器、硅胶管、过滤器、捕集器和减压器组成(图1)。

图1

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图1   地气采样装置

Fig.1   Geogas measurement sampling device


2.2 地气样品分析方法

地气测量样品分析测量工作由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析实验室完成。使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),工作条件采用跳峰模式,进样时间10 s,测量的目标元素包括Na、Mg、Al、P、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Au、Tl、Pb、Bi、Th、U等51种元素。鉴于篇幅有限,笔者只对其中所涉及的Cu、Pb、Zn、Ni、Sn、Sb、W、Bi、Cd等元素数据进行讨论。

2.3 地气样品重复性分析

由于缺乏标准物质监控分析质量,为评价高分辨率质谱(HR-ICP-MS)对地气样品金属元素分析数据的稳定性和再现性,监控分析质量,在所有样品分析完成后,按10%比例每10件抽取1件样品,在相同测试条件下进行重复测定,共分析重复样品123件,并计算两次测定结果的相对误差(Er/%),结果见表1。

表1   重复样品分析结果(n=50)

Table 1  Analysis results of repeated samples

元素Er/%
最小值最大值平均值
Cu0.0933.382.76
Pb0.1150.634.80
Zn053.233.76
Ni0.0144.305.88
Sn0.1132.908.97
Sb0.1969.1717.04
W0.15120.9512.42
Bi0.0947.309.22
Cd0.24200.0044.96
Au0.07200.0073.16

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由表1可以看出,地气样品中成矿元素Cu、Pb、Zn、Ni、W平均相对误差分别为2.76%、4.8%、3.76%、5.88%、12.42%,表明这些元素分析质量较好,完全满足地气测量精度要求。

通过以上分析可以看出,本次地气测量由于采用了最新型的高分辨率质谱(HR-ICP-MS)作为测定方法,总体分析质量较高,基本满足地气测量要求。

2.4 地气样品空白控制

捕集材料空白控制是地气测量能否成功的关键技术。本次采用Mos级高纯酸,再采用特殊工艺再提纯并活化,作为地气测量捕集剂。为了解其空白含量,按实际测量采用的捕集剂浓度,选择20件空白样品放入测量样品中一同分析,结果见表2。

表2   地气测量捕集剂空白元素分析

Table 2  Blank element analysis of geogas measurement collector

元素最小值最大值平均值
Cu0.81731.69861.1415
Pb0.15190.25810.1764
Zn0.991410.36343.6235
Ni0.37930.53830.4275
Sn0.05680.42620.1058
Sb0.01200.04780.0206
W0.01260.04830.0211
Bi0.00500.00940.0070
Cd0.000010.01030.0025
Au0.00030.00460.0016

注:各元素含量单位为ng/L

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由表2可以看出,空白样品大多数元素不仅平均含量非常低(微量元素平均值都低于1 ng/L),且比较均匀。金属成矿元素只有Zn空白样相对较高,最高值大于10ng/L,而地气测量样品中Zn一般大于20 ng/L,故本次的捕集剂空白完全能够满足本区地气测量要求。

3 地气异常重现性问题

异常重现性是勘查地球化学方法技术成熟的重要标志。由于地气测量受到多种因素的影响,因此在实际生产过程中,地气异常重现性表现较差。长期以来,重现性差成为限制地气方法在实际找矿中推广的主要障碍。 由于地气测量的特殊性,地气测量不能按常规化探方法来评价其重现性,而应参照测汞规范来评价,只要两次测量结果异常趋势基本一致即可,不能要求绝对含量一致。

本次地气测量重共采集重复样37件,由于篇幅所限,笔者只对工作区19线的15件重复样中Cd、Bi、Pb、Ni、Zn、Cu 5种亲硫元素的重现性结果进行了对比分析。从图2可以看出,虽然气体流通性强,但本次地气测量和重复样的主要金属成矿元素Cu、Pb、Zn、Ni、Bi、Cd分布趋势比较一致,特别是Zn,趋势完全一致。但在3号点,重复样Cu、Ni、Pb含量显著增高,分布趋势与第一次采样结果不一致。从元素含量看,除重复样Zn含量系统性高于测量样品近3倍,原因不明外,其他元素两次采样结果总体比较相差不大(除3号点)。

图2

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图2   19线地气重复样Cd-Bi-Pb-Ni-Zn-Cu结果对比

Fig.2   Comparison of the results of Cd-Bi-Pb-Ni-Zn-Cu on the line 19 of the geogas repeats


4 地气测量有效性

工作区内地气测量试验测量剖面23条,采集样品1 196件,重复样37件,分析51种元素,但为了节省篇幅,只对陈贾村地区的部分元素成图。通过数据处理及对比分析研究,地气测量有效性主要表现在以下几个方面。

4.1 地气异常与区内断裂位置对应

对地气分析数据均值标准变换(即对每个测点元素数据除以该区该元素平均值),消除系统误差之后绘制Cu、Pb、Zn、Ni均值变换累加值平面剖面(图3)。结果显示,在工作区内可分为3条异常带,Ⅲ号异常带呈条带状分布,展布方向为NE向,异常带宽约150 m,长约750 m,检查地气异常时在异常带内发现宽约3.5 m金及多金属矿化体;Ⅰ、Ⅱ号异常带均分布在长剖面上,长度未有效控制,宽度分别为500 m、350 m,数据显示Ⅰ、Ⅱ号异常带连续性较好,其中在29、30、32线尾部均有异常显示。图3显示Ⅰ号异常带与1∶1万航磁解译断裂方向基本一致,Ⅲ号异常带展布方向与区内实测断层方向一致。

图3

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图3   陈贾村一带地气试验Cu、Pb、Zn、Ni均值变换累加值平面剖面

Fig.3   The plane profile of the cumulative transformation of the mean values of Cu, Pb, Zn and Ni in the area of Chenjiacun area


4.2 地气异常与矿化体位置吻合

陈贾村26线地气测量显示(图4),在已知小型金及多金属矿化体正上方,捕获到了地气异常,且异常幅度显著,不仅有矿体主要元素形成的地气异常,还有V、Mn、Co、Sb、U、Bi等元素的地气异常,为指示深部矿体的存在提供了更多依据。异常与矿体在平面投影上的位置是基本一致的,证实了在该区地气资料对于隐伏金属矿产指示的有效性与准确性,且各异常区的元素组合特征相似。

图4

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图4   陈贾村26线地气试验结果

Fig.4   Ground gas measurement test results of Chenjiacun line 26


4.3 地气异常与物探异常高度对应

此次地气测量获得了多处异常,笔者选取部分异常部署了激电中梯测量、激电测深及可控源测深进行验证,均发现了较好的物探异常。尤其是陈贾村地区26线中II号异常带,该异常带被黄土全覆盖,但地气异常强度高、连续性好,对该处布设激电中梯剖面及激电测深,发现在地气异常处深部存在低阻高极化异常(图5)。

图5

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图5   陈贾村地区地气、激电中梯、激电测深极化率等值线断面综合剖面

Fig.5   Comprehensive profiles of geogas, induced polarization mid-ladder and induced polarization sounding in Chenjiacun area


5 结论

1) 在黄土覆盖区利用地气测量能够清晰反映金属元素异常,异常元素组合与亲硫元素组合基本一致。

2) 异常强度高且与矿(化)体空间位置吻合,这表明地气异常样品所捕集的地气物质主要来自于矿(化)体。

3) 地气异常与区内断层展布方向基本一致。

综上所述,在陈贾村地区,地气测量找矿成果显著,方法有效。

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近几年,地球化学勘查无论从技术层面还是思想层面都得到迅速发展,主要包括:解决了几种特殊景观区普遍存在的有机质和风成砂等因素对异常的干扰问题;电地球化学、地气溶胶地球化学、金属元素活动态地球化学等深穿透地球化学勘查技术在寻找隐伏矿的理论和应用上逐渐趋于成熟;构造地球化学勘查技术成为隐伏矿定位预测评价中的关键技术之一,并形成一套完整的勘查技术流程;人工神经网络分析等地球化学数据处理新方法不断发展;建立了多目标区域地球化学调查体系,实现了资源调查与环境调查并举。未来,地球化学勘查将在农业、土地利用规划、坏境预警和保护等领域得到越来越多的应用。

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The new technology and development trend of geochemical survey

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In recent years, geochemical survey has seen a high-speed development not only at the technical level but also at the ideological level. The disturbances of organic material and eolian sands on anomalies over some special landscape areas have been solved. Deep-penetrating geochemical survey techniques such as electrogeochemical survey techniques, aerosol geochemical survey techniques, active metallic element geochemical survey techniques in search for concealed ore deposits have gradually matured in theory and application. Exploration technique of tectono-geochemistry has been one of key technology in the locating, predicting and evaluating of buried ore deposits, and has formed a complete technical process. Artificial neural network and other new methods for analysis of geochemical data have been steadily improved. The system of muti-purpose regional geochemical survey has been established, which helps concurrent development of resource survey and environmental survey. In the future, geochemical survey will get more and more applications in such fields as agriculture, land use and plan, environmental early warning and protection.

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Distribution characteristics of geogas elements over metallic deposits concealed by alluvial plain are sumarized on basis of geogas test and research on Wangjiazhuang Cu deposit in Shandong province and comparison between the geogas survey and conventional soil geochemical survey.The results show that: ① the geogas survey displays clear metal element anomalies that are not displayed by conventional soil gochemical survey under various cover conditions and the geogas anomaly is strong and well coincided spatially with the ore bodies thus geogas survey is unique to discover concealed metallic deposit;② the liquid trapping agent and ICP-MS technique improves trapping efficiency and reliability of geogas data and provides technical support of standarization and engineering apllication for the geogas technique and the geogas technique provides a geochemical tool for concealed metallic deposits.

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