黄土覆盖区隐伏矿地球化学勘查技术试验研究——以河南中河堤银铅锌多金属矿为例
An experimental study of geochemical exploration methods for concealed deposits in loess overburden area: A case study of the Zhonghedi polymetallic deposit in Henan Province
通讯作者: 张必敏(1981-),男,博士,高级工程师,主要从事应用地球化学研究工作。Email:zhangbimin@igge.cn
责任编辑: 蒋实
收稿日期: 2020-06-23 修回日期: 2021-01-19
基金资助: |
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Received: 2020-06-23 Revised: 2021-01-19
作者简介 About authors
窦备(1993-),男,硕士研究生,地球化学专业。Email:
黄土覆盖区由于较难采到基岩风化的水系沉积物,区域化探反映效果往往不理想,因此在我国很多黄土覆盖区域未开展区域化探工作。本文在河南崤山中河堤银铅锌多金属矿区利用深穿透地球化学方法开展了针对黄土覆盖区的隐伏矿地球化学勘查技术试验研究,采用的土壤微细粒分离测量和金属活动态提取测量结果表明,两种方法都能较好地指示黄土覆盖区下伏多金属矿(化)体异常,同时金属活动态提取方法进一步增强了成矿元素对矿体的异常指示,因而两种方法均可作为黄土覆盖区寻找隐伏多金属矿的有效手段。
关键词:
As it is difficult to collect the weathering stream sediments of bedrock in the loess overburden area,the effect of regional geochemical exploration is often not ideal; therefore, regional geochemical exploration work has not been carried out in many loess overburden areasof China. In this paper, the deep-penetrating geochemistry method was used to carry out the experimental study of geochemical prospecting techniques for concealed deposits in the loess overburden area in the Zhonghedi silver-lead-zinc polymetallic deposit in Xiaoshan, Henan Province. The results of fine-grained soil prospecting method and metal mobile extraction measurement show that both methods can well indicate the anomalies of underlying polymetallic orebodies in the loess overburden area and, at the same time, the mobile extraction method further enhances the abnormal indication of ore-forming elements to the orebody, so both methods can be used as effective means in search for concealed polymetallic deposits in the loess overburden area.
Keywords:
本文引用格式
窦备, 张必敏, 叶荣, 迟清华.
DOU Bei, ZHANG Bi-Min, YE Rong, CHI Qing-Hua.
0 引言
近几年,在黄土覆盖区利用地气测量法、地电化学测量法、土壤微粒分离测量等方法进行了探索性研究工作,取得了较好的试验效果,但这些试验在矿种上主要以金矿为主[10,12-13],其他矿种较少。因此,本文选择河南崤山中河堤银多金属矿区开展进一步的试验研究。崤山地区位于小秦岭—崤山—熊耳山—外方山金银钼多金属成矿带上,但由于被外来黄土所覆盖,与其相邻的小秦岭、熊耳山相比,找矿工作一直未有重要突破。近年来随着在崤山地区东部陆续发现了中河、老里湾两个大型银铅锌矿,进一步显示了该区域巨大的找矿前景[14]。本文通过在崤山中河堤矿区开展土壤微粒分离测量和金属活动态提取测量的深穿透地球化学技术试验工作,希望为黄土覆盖区寻找多金属矿提供新的思路和技术方法。
1 方法介绍
1.1 金属活动态提取测量
研究表明使用贱金属活动态提取剂(MML-Cu)以及金属活动态提取剂可以同时有效提取土壤中的纳米微细颗粒、胶体、金属离子,以及被土壤颗粒吸附或弱结合等形式存在的元素活动态[16]。
1.2 土壤微细粒测量
2 研究区地质与地貌特征
2.1 区域地质背景
图1
2.2 矿区地质与地貌特征
研究区位于洛宁县西北约20 km的中河堤村一带,地貌单元为塬间河谷、黄土台塬。自新生代以来,大量的黄土堆积,形成了崤山东部大面积的浅覆盖区,除沟谷底部零星出露小面积的熊耳群安山岩,几乎全被第四系离石黄土所覆盖。测区中北部有第四系覆盖隐伏二长花岗岩体,岩体在北部有3处零星剥露(图2)。隐伏岩体产状呈不规则带状,长轴方向大致与区内断裂构造走向一致。区内隐伏NNW向断裂构造蚀变带,测区浅部发育银铅锌矿体,深部为斑岩钼矿体[34]。银铅锌矿体主要受NNW向断裂控制,其次受岩体冷凝形成的近水平裂隙带控制。矿体大部分地段被第四系黄土覆盖,是一处覆盖较浅的隐伏矿床。由于该矿化带尚未开采,故是理想的试验场所。
图2
3 样品采集与分析
3.1 野外样品采集与处理
在洛宁县西北布置了14条横穿矿体的采样剖面线进行野外土壤样品的采集,其中线距100 m,点距50~100 m,共布置采样点160个,土壤采样深度5~25 cm。样品在野外自然风干后直接用200目筛子筛取-200目微细粒土壤样品。实际采样点位图见图2。
3.2 样品分析
野外采集的全部土壤样品送至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和河南省岩石矿物测试中心进行分析,测试指标包括Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb等共40种,其中中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所负责所有土壤样品全量的分析测试工作,分析方法采用以等离子体质谱法(ICP-MS)、等离子体光谱法(ICP-AES)以及X射线荧光光谱法(XRF)为主的元素配套分析方法(表1);河南省岩石矿物测试中心负责土壤活动态样品的分析测试工作。活动态分析采用贱金属元素专用提取剂进行提取,该提取剂主要由六偏磷酸钠、柠檬酸铵、乙二胺四乙酸钠(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、氨基三乙酸(NTA)、三乙醇胺(TEA)和去离子水组成,pH值为7.8[17],可有效提取土壤中的纳米微粒颗粒、胶体、金属离子以及被土壤颗粒吸附或以弱结合等形式存在的元素活动态。
表1 土壤样品元素配套分析方法
Table 1
序号 | 分析项目 | 分析方法 |
---|---|---|
1 | Bi、Cd、Co、Cu、Mo、Nb、Ni、Pb、Th、U、W、Zn | 等离子体质谱法(ICP-MS) |
2 | Be、Li、V、MgO、CaO、Na2O | 等离子体光谱法(ICP-AES) |
3 | Ba、Cr、Mn、P、Rb、S、Ti、Zr、SiO2、Al2O3、TFe2O3、K2O | X射线荧光光谱法(XRF) |
4 | Ag、B、Sn | 发射光谱法(ES) |
5 | Au | 无火焰原子吸收光谱法(AAN) |
6 | As、Hg、Sb | 原子荧光光谱法(AFS) |
4 试验结果与讨论
4.1 数据分析
表2 中河堤土壤微细粒全量测量元素含量统计
Table 2
指标 | 记录数 | 最小值 | 中位数 | 最大值 | 平均值 | 标准差 | 剔除异常点后 | 异常 强度 | 异常 衬度 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 | 标准差 | 异常下限 | |||||||||
Au | 165 | 1.08 | 2.61 | 9.45 | 2.83 | 1.00 | 2.75 | 0.75 | 4.25 | 5.02 | 1.83 |
Ag | 165 | 44.6 | 82.5 | 3792 | 120 | 302 | 98.0 | 96.0 | 290 | 720 | 7.34 |
Pb | 165 | 22.4 | 28.4 | 617 | 33.9 | 47.8 | 29.4 | 7.28 | 43.9 | 73.6 | 2.51 |
Zn | 165 | 63.0 | 78.9 | 1955 | 101 | 156 | 85.4 | 28.6 | 143 | 222 | 2.61 |
As | 165 | 6.45 | 13.8 | 37.0 | 14.0 | 2.81 | 13.7 | 1.70 | 17.1 | ||
Sb | 165 | 0.92 | 1.22 | 219 | 2.65 | 16.9 | 1.33 | 0.49 | 2.30 | 3.80 | 2.86 |
Cu | 165 | 21.5 | 27.2 | 83.6 | 27.8 | 5.06 | 27.5 | 2.59 | 32.6 | 35.8 | 1.30 |
Rb | 165 | 74.8 | 110 | 129 | 108 | 8.49 | 108 | 8.49 | 125 | 129 | 1.19 |
P | 165 | 227 | 626 | 1711 | 659 | 212 | 637 | 164 | 966 | 1054 | 1.65 |
S | 165 | 76.5 | 156 | 369 | 164 | 51.5 | 160 | 42.3 | 244 | 264 | 1.65 |
Ba | 165 | 450 | 554 | 957 | 567 | 69.9 | 556 | 35.4 | 626 | 690 | 1.24 |
Ti | 165 | 4092 | 4427 | 5591 | 4446 | 186 | 4425 | 124 | 4672 | 4842 | 1.09 |
V | 165 | 75.9 | 87.0 | 136 | 88.6 | 8.60 | 87.5 | 5.73 | 98.9 | 105 | 1.20 |
Cr | 165 | 66.2 | 75.3 | 200 | 77.2 | 12.0 | 76.2 | 6.51 | 89.2 | 102 | 1.34 |
Mn | 165 | 385 | 656 | 2867 | 714 | 302 | 679 | 152 | 983 | 1326 | 1.92 |
Sr | 165 | 85.6 | 121 | 202 | 123 | 16.4 | 122 | 13.5 | 149 | 158 | 1.30 |
Zr | 165 | 142 | 303 | 411 | 301 | 38.4 | 301 | 38.4 | 378 | 396 | 1.32 |
Nb | 165 | 9.00 | 15.6 | 17.1 | 15.3 | 1.38 | 15.3 | 1.38 | 18.1 | ||
Li | 165 | 23.0 | 37.4 | 67.9 | 37.5 | 4.05 | 37.3 | 3.29 | 43.9 | 46.1 | 1.24 |
Be | 165 | 1.82 | 2.40 | 2.78 | 2.37 | 0.17 | 2.37 | 0.17 | 2.71 | 2.76 | 1.16 |
Co | 165 | 11.2 | 14.3 | 33.8 | 14.8 | 2.84 | 14.4 | 1.52 | 17.4 | 20.4 | 1.42 |
Ni | 165 | 27.4 | 33.5 | 44.5 | 35.7 | 2.90 | 35.6 | 2.83 | 41.3 | 42.4 | 1.19 |
Mo | 165 | 0.39 | 0.71 | 1.43 | 0.72 | 0.11 | 0.72 | 0.10 | 0.92 | 0.97 | 1.35 |
Cd | 165 | 88.0 | 208 | 6126 | 283 | 512 | 231 | 106 | 443 | 630 | 2.73 |
W | 165 | 1.28 | 1.96 | 4.89 | 1.97 | 0.27 | 2.27 | 0.14 | 2.55 | ||
Th | 165 | 3.85 | 13.3 | 16.0 | 12.9 | 1.84 | 12.9 | 1.84 | 16.6 | ||
U | 165 | 1.23 | 2.42 | 3.34 | 2.40 | 0.31 | 2.40 | 0.30 | 3.00 | 3.03 | 1.26 |
B | 165 | 28.7 | 60.8 | 85.2 | 59.6 | 9.45 | 59.6 | 9.45 | 78.5 | 81.6 | 1.37 |
Sn | 165 | 2.08 | 3.29 | 5.58 | 3.28 | 0.45 | 3.24 | 0.36 | 3.96 | 4.22 | 1.30 |
Bi | 165 | 0.24 | 0.40 | 0.60 | 0.40 | 0.050 | 0.40 | 0.050 | 0.50 | 0.53 | 1.33 |
Hg | 165 | 4.66 | 28.5 | 607 | 35.8 | 48.4 | 31.2 | 12.2 | 55.5 | 74.3 | 2.38 |
Si | 165 | 45.9 | 61.2 | 65.3 | 60.2 | 3.33 | 60.2 | 3.33 | 66.9 | ||
Al2 | 165 | 11.8 | 14.0 | 17.6 | 14.0 | 0.48 | 14.0 | 0.70 | 15.4 | 15.6 | 1.11 |
TFe2 | 165 | 4.21 | 5.12 | 9.11 | 5.26 | 0.71 | 5.14 | 0.38 | 5.90 | 6.29 | 1.22 |
MgO* | 165 | 1.33 | 1.69 | 3.11 | 1.71 | 0.22 | 1.68 | 0.13 | 1.94 | 2.17 | 1.29 |
CaO* | 165 | 0.84 | 1.34 | 10.4 | 1.99 | 1.82 | 1.70 | 1.05 | 3.80 | 5.37 | 3.16 |
Na2O* | 165 | 0.38 | 1.02 | 1.36 | 0.98 | 0.19 | 0.98 | 0.19 | 1.36 | 1.36 | 1.00 |
K2O* | 165 | 1.87 | 2.42 | 3.37 | 2.42 | 0.19 | 2.41 | 0.17 | 2.75 | 2.76 | 1.15 |
注:Ag、Au、Cd、Hg含量单位为10-9,“*”指标含量单位为%,其余元素为10-6。
表3 中河堤土壤活动态测量元素含量统计
Table 3
元素 | 记录数 | 最小值 | 中位数 | 最大值 | 平均值 | 标准差 | 剔除异常点后 | 异常 强度 | 异常 衬度 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均值 | 标准差 | 异常下限 | |||||||||
Au | 165 | 0.090 | 0.52 | 1.44 | 0.57 | 0.28 | 0.56 | 0.27 | 1.10 | 1.23 | 2.20 |
Ag | 165 | 3.06 | 18.6 | 671 | 25.4 | 52.3 | 21.5 | 13.9 | 49.3 | 73.8 | 3.44 |
Pb | 165 | 1.12 | 2.62 | 95.7 | 3.72 | 7.83 | 2.95 | 1.67 | 6.29 | 10.9 | 3.69 |
Zn | 165 | 0.31 | 1.23 | 26.8 | 1.97 | 2.93 | 1.62 | 1.25 | 4.12 | 6.50 | 4.01 |
As | 165 | 0.010 | 0.050 | 0.36 | 0.060 | 0.040 | 0.050 | 0.030 | 0.13 | 0.15 | 3.00 |
Sb | 165 | 0.002 | 0.005 | 0.013 | 0.006 | 0.002 | 0.006 | 0.002 | 0.009 | 0.011 | 1.83 |
Cu | 165 | 0.78 | 2.16 | 8.91 | 2.29 | 0.95 | 2.19 | 0.64 | 3.46 | 3.88 | 1.77 |
Ba | 165 | 10.8 | 35.7 | 61.7 | 36.6 | 8.70 | 36.6 | 8.70 | 54.0 | 57.0 | 1.56 |
Ti | 165 | 51.8 | 120 | 1286 | 159 | 131 | 150 | 89.4 | 329 | 407 | 2.71 |
V | 165 | 69.1 | 119 | 431 | 125 | 44.3 | 122 | 29.5 | 181 | 199 | 1.63 |
Sr | 165 | 4.94 | 7.94 | 16.3 | 8.29 | 1.87 | 8.20 | 1.71 | 11.6 | 12.6 | 1.54 |
Li | 165 | 18.8 | 72.8 | 234 | 77.3 | 31.2 | 76.0 | 27.8 | 132 | 139 | 1.83 |
Be | 165 | 0.50 | 3.08 | 14.5 | 3.33 | 1.77 | 3.12 | 1.18 | 5.49 | 6.29 | 2.02 |
Sc | 165 | 197 | 279 | 741 | 319 | 93.8 | 314 | 85.1 | 484 | 525 | 1.67 |
Co | 165 | 120 | 564 | 2823 | 646 | 347 | 633 | 303 | 1239 | 1368 | 2.16 |
Ni | 165 | 220 | 655 | 5555 | 847 | 644 | 805 | 505 | 1816 | 2066 | 2.57 |
Mo | 165 | 16.2 | 47.3 | 376 | 60.2 | 50.5 | 53.0 | 26.3 | 106 | 145 | 2.74 |
W | 165 | 13.8 | 29.6 | 114 | 31.2 | 11.0 | 30.5 | 8.55 | 47.6 | 50.6 | 1.66 |
Th | 165 | 6.45 | 26.2 | 96.9 | 28.7 | 14.4 | 28.0 | 12.9 | 53.9 | 65.2 | 2.33 |
U | 165 | 14.8 | 43.8 | 307 | 58.9 | 41.0 | 56.5 | 34.3 | 125 | 147 | 2.60 |
Bi | 165 | 0.001 | 0.007 | 0.026 | 0.008 | 0.005 | 0.007 | 0.004 | 0.015 | 0.019 | 2.71 |
Hg | 165 | 0.06 | 0.03 | 1.38 | 0.35 | 0.02 | 0.33 | 0.13 | 0.60 | 0.70 | 2.12 |
Mg | 165 | 69.2 | 217 | 671 | 234 | 108 | 230 | 99.3 | 429 | 477 | 2.07 |
K | 165 | 81.3 | 140 | 886 | 172 | 101 | 159 | 62.4 | 284 | 353 | 2.22 |
Fe | 165 | 9.02 | 19.7 | 153 | 25.3 | 18.2 | 23.5 | 12.4 | 48.4 | 62.7 | 2.67 |
Ca | 165 | 2375 | 4565 | 8652 | 4689 | 1126 | 4643 | 1053 | 6749 | 7321 | 1.60 |
Al | 165 | 21.9 | 37.7 | 149 | 41.2 | 15.9 | 39.9 | 10.4 | 60.7 | 75.3 | 1.89 |
注:Au、Ag、Hg含量单位为10-9,其余元素为10-6。
4.2 研究区地球化学异常
图3
图3
土壤微细粒分离测量成矿元素Ag、As、Cu、Pb、Sb、Zn地球化学分布
Fig.3
Geochemical maps of Ag、As、Cu、Pb、Sb and Zn in fine grain soils
图4
图4
金属活动态提取测量成矿元素Ag、As、Cu、Pb、Sb、Zn地球化学分布
Fig.4
Geochemical maps of Ag、As、Cu、Pb、Sb and Zn in metal mobile extraction
从土壤全量测量结果(图3)可以看出,Ag、Pb、Zn这3种主成矿元素在异常形态上较为相近,且沿NNW方向分布的5组异常中均表现为南北两端异常浓度最大,中间异常有所减弱,异常展布方向与矿化蚀变带方向较为一致。同时在见矿钻孔位置附近具有明显的浓集中心,且多层套合。Ag、Pb、Zn异常分布在地表表现出的一致性反映深部矿化可能与中温热液矿化作用有关。因此,Ag、Pb、Zn元素组合在该区可指示找矿。其余元素如Cu、As、Sb,虽然也有多处异常存在,但分布没有太明显的规律,且大都以单点异常分布。
以上结果表明,土壤微粒分离测量和活动态提取测量方法均能有效指示黄土浅覆盖区下伏多金属矿(化)体,同时活动态提取方法进一步增强了As、Sb、Cu等成矿相关元素对矿体的异常指示。此外,反映的异常有向构造蚀变带两侧扩散的趋势,体现了一定的找矿潜力。
5 讨论
本研究采用了两种深穿透地球化学方法在黄土覆盖区开展隐伏矿地球化学勘查试验研究,均取得了很好的试验效果。由于黄土胶结松散,孔隙发育,因此在深部成矿作用过程中生成的活动性物质受到地下水循环、氧化还原电位梯度、地气流等多营力作用影响下,极易沿着这些裂隙迁移至地表。同时黄土中具有一定比例的粘土矿物,由于这些矿物具有巨大的比表面积和阳离子交换能[37],使其很容易吸附具活动性的带正电荷的金属阳离子、纳米金属微粒和金属络阳离子等[38]。因此,细粒级中所包含的异常信息是深部矿化作用的反映。土壤微细粒分离技术正是通过筛分吸附有活动性金属物质的粘土矿物颗粒,实现了对来自深部矿体的活性物质的物理富集,从而可通过土壤微细粒分离测量和金属活动态提取测量的方法发现矿化信息,以达到隐伏矿勘查的目的。此外,本文所使用的金属活动态提取技术则是利用特定试剂提取这部分来自于深部的活动性物质,通过测定其含量来获知深部矿化情况。与土壤微细粒分离测量技术本身相比较,金属活动态提取技术是一种化学分离的手段,而前者是一种物理分离的手段。在实际效果来看,两种方法均较为有效,土壤微细粒分离测量技术掌握更为简单,金属活动态提取技术由于要用到特定的试剂,不容易掌握,但对于来自深部的活动性物质分离得更为彻底,对于某些弱异常信息,反映效果更好。
6 结论
1) 从试验结果可以得出,本文所使用的土壤微细粒分离全量测量和活动态测量都可以有效地发现黄土覆盖区隐伏银铅锌多金属矿的地表地球化学异常。
2) 金属活动态提取方法进一步增强了As、Sb、Cu等成矿相关元素对矿体的异常指示,为该方法应用于此类覆盖区寻找隐伏矿提供了很好的示范。
3) 利用土壤微粒分离测量技术和活动态提取技术在崤山中河堤隐伏银铅锌多金属矿上方通过开展深穿透地球化学勘查技术试验工作,发现Ag、Pb、Zn等在已知银铅锌多金属矿化带区域出现了明显的元素异常组合关系,各元素异常强度较大,且有向构造蚀变带两侧扩散的趋势,体现了一定的找矿潜力。
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