沖積平原區(qū)隱伏金屬礦地氣法試驗(yàn)研究

高玉巖，汪明啟，夏修展，王 濤

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

隨著尋找露頭礦難度的加大，目前國(guó)內(nèi)外找礦的重點(diǎn)已由尋找近地表礦逐步向?qū)ふ译[伏、半隱伏礦轉(zhuǎn)變。我國(guó)覆蓋區(qū)面積巨大（約占全國(guó)陸地總面積的1/3以上），而且許多地區(qū)具有良好的成礦遠(yuǎn)景。這類地區(qū)由于覆蓋原因，只有能穿透覆蓋層影響的特殊找礦方法才可能發(fā)揮作用。地氣法正是利用了覆蓋層能保存由下部遷移上來(lái)攜帶礦體信息的地氣物質(zhì)這一特性，是頗具廣泛應(yīng)用前景的隱伏礦勘查方法之一［1－2］。

地氣法于20世紀(jì)80年代末引入我國(guó)，并在理論探索、方法有效性、試驗(yàn)不同礦種、不同覆蓋條件等方面作了許多研究工作［3－10］。自2000年以來(lái)，隨著采用液體捕集劑和ICP-MS分析方法［11］，使得地氣物質(zhì)捕集效率和重現(xiàn)性大大提高［12－13］，測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性也得到進(jìn)一步提高，地氣現(xiàn)象的存在得到肯定。

近年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目的資助下，通過(guò)試劑提純、使用超靜環(huán)境和捕集裝置的改進(jìn)，使得地氣測(cè)量方法得到進(jìn)一步完善，不僅可測(cè)定其元素含量，而且可測(cè)定其同位素組成并示蹤其物質(zhì)來(lái)源［14］。這為地氣法的理論研究和實(shí)際找礦方面提供了技術(shù)上的有力支持。

目前學(xué)界比較認(rèn)可的地氣物質(zhì)形成和遷移機(jī)制是：隱伏礦體及圍巖或伴生的指示元素，經(jīng)某種機(jī)制（如氧化作用）形成納米級(jí)微顆粒，在一種或幾種機(jī)制共同作用下，垂向向上遷移至覆蓋層形成上置暈［15］。

本文將通過(guò)介紹地氣法在沖積平原區(qū)（山東王家莊銅礦區(qū)）實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，并對(duì)比常規(guī)土壤測(cè)量結(jié)果，討論地氣方法在覆蓋區(qū)用于礦產(chǎn)勘查的優(yōu)越性及其意義。

1 王家莊銅礦概況

1.1 地理－地質(zhì)概況

王家莊銅礦地處山東鄒平縣，魯中泰沂山區(qū)與魯北黃泛平原的疊交地帶，海拔高度多為20～40 m。在地球化學(xué)景觀上屬濕潤(rùn)沖積平原區(qū)。礦區(qū)處于華北板塊東南部，郯廬深大斷裂（沂沭斷裂）西側(cè)，是山東省銅、金、鉬等金屬礦產(chǎn)重要產(chǎn)地之一。地表為第四系沖、洪積物覆蓋，僅在礦區(qū)西部及南部可見(jiàn)下白堊統(tǒng)青山組的中亞組和上亞組部分火山－次火山巖出露。

王家莊銅礦床產(chǎn)于鄒平火山巖盆地中偏北部的會(huì)仙山破火山口中心部位，火山通道構(gòu)造是主要控巖控礦構(gòu)造，其外圍發(fā)育放射狀斷裂。含礦巖體為王家莊石英閃長(zhǎng)巖－石英二長(zhǎng)巖體。礦體被第四系黃河沖積物所掩埋，覆蓋層厚度一般為80～120 m。

1.2 礦石組分

礦石類型主要有偉晶狀含金富銅礦石和細(xì)脈浸染狀銅礦石。礦石結(jié)構(gòu)為他形－半自形粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造為偉晶狀構(gòu)造、晶洞狀構(gòu)造、角礫－砂狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造等。礦石的礦物成分：金屬礦物主要有黃銅礦、砷黝銅礦、斑銅礦、輝鉬礦、黃鐵礦等。礦石平均品位w（Cu）＝3.99％，屬富銅礦石；w（S）＝7.22％［16］。其中，偉晶狀含金富銅礦石平均品位w（Cu）＝6.19％～9.05％，細(xì)脈浸染狀銅礦石平均品位w（Cu）＝0.51％～0.6％，一般在銅礦化厚度大的地段礦石中銅品位較高。

為了解王家莊巖（礦）石指示元素的特征，對(duì)礦石和礦體圍巖進(jìn)行了采樣分析（表1）。從表1可以看出，與礦體圍巖相比，礦石中的Cu，Pb，Zn，Bi和Ag等明顯富集，Cu的富集倍數(shù)大于67，Bi的富集倍數(shù)大于103。礦石與圍巖的金屬元素含量有明顯的界線，Cu，Pb，Zn，Bi和Ag可以作為地氣試驗(yàn)的主要指示元素。

2 土壤測(cè)量結(jié)果

選擇王家莊礦區(qū)穿過(guò)主礦體的15勘探線作為實(shí)驗(yàn)剖面。剖面線長(zhǎng)450 m，點(diǎn)距25 m。以礦體為中心，向兩側(cè)布點(diǎn)。15勘探線礦化體出露基巖面覆蓋厚度為80～120 m。

為全面了解土壤中元素含量特征，對(duì)其中62種元素含量進(jìn)行了測(cè)定，包括Ag，Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Cr，Ni，Co，F(xiàn)e，Mn，Sn，REE等元素。其中，w（Cu）＝38.4×10－6～60×10－6，w（Pb）＝21.8×10－6～70.5×10－6，w（Zn）＝65.3×10－6～95.7×10－6。在測(cè)線東部的13號(hào)采樣點(diǎn)，部分元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)出現(xiàn)極值，如w（Cu）＝2 619.20×10－6，w（Ag）＝1 540.9×10－6。經(jīng)檢查，系采礦污染所致。

表1 山東王家莊礦區(qū)巖礦元素含量特征Table 1 Elements contents in ore rock of Wangjiazhuang deposit

從主要元素曲線圖（圖1）可以看出，土壤中元素Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Ag，Sb等元素在銅礦體上方?jīng)]有異常顯示。雖然在遠(yuǎn)離礦體的測(cè)線東側(cè)出現(xiàn)了有極高Cu和Ag的單點(diǎn)異常，但該點(diǎn)異常系采礦污染所致。說(shuō)明在沖積物厚覆蓋條件下，常規(guī)的土壤測(cè)量無(wú)法發(fā)揮指示作用。

3 地氣測(cè)量

3.1 地氣法測(cè)量

圖1 王家莊銅礦區(qū)15勘探線土壤測(cè)量Fig.1 Soil geochemical survey at line 15 of Wangjiazhunag

液態(tài)捕集劑是地氣測(cè)量的關(guān)鍵之一。這要求捕集劑本底中金屬元素含量要極低而且均勻。在超凈環(huán)境下采用特殊方法處理容器、高純?cè)噭┨峒?、捕集劑封裝等技術(shù)，成功控制了捕集劑本底元素含量（表2）。比如部分金屬元素ρ（Ag）＜0.002 ng/ml，ρ（Cu）＜0.263 ng/ml，ρ（Pb）＜0.56 ng/ml，ρB（Zn）＜2.326 ng/ml。捕集劑本底金屬元素質(zhì)量濃度大大降低，接近甚至低于ICP-MS檢出限（10－12），常量元素的質(zhì)量濃度也控制在10 ng/l以下，滿足了地氣測(cè)量的技術(shù)要求。

采樣方法采用主動(dòng)法。采樣過(guò)程時(shí)間短（每個(gè)采樣點(diǎn)幾分鐘至十幾分鐘），操作條件易于控制，有利于在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

樣品分析采用等離子質(zhì)譜儀分析。等離子質(zhì)譜儀使用液態(tài)捕集劑分析，分析靈敏度達(dá)10－9～10－12級(jí)，靈敏度高，一次可測(cè)定多種元素，是目前最有效的地氣樣品分析方法。測(cè)定元素有Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Cr，Ni，Co，F(xiàn)e，Mn，Sn，REE等40余種。

表2 液態(tài)捕集劑部分元素本底含量特征Table 2 Concentrations of elements in blank collectors

3.2 地氣測(cè)量結(jié)果

本次地氣測(cè)量實(shí)驗(yàn)共分析了43種元素，但僅Pb，Zn，Ag，Bi，Cu，Co，Ni，Sb等10元素在礦體上方有異常顯示。圖2為15勘探線上Pb，Zn，Ag，Bi，Cu元素分布情況?？梢钥闯?，在礦體上方Cu，Pb，Zn，Ag，Bi等元素均出現(xiàn)了不同強(qiáng)度的異常，異常清晰，異常峰值出現(xiàn)在礦體上方的鉆孔ZK166—ZK164之間，元素質(zhì)量濃度最高ρ（Cu）＞4 000 ng/l，ρ（Zn）＞6 000 ng/l。異常與礦體空間位置基本吻合。從異常與礦體空間位置看，不同元素有所差異：Co，Ni，Bi，Mo，Cr異常形態(tài)類似，強(qiáng)異常出現(xiàn)在主礦體頭部，雖然強(qiáng)度高，但異常范圍?。籆u，Bi，Ag，Pb，Zn異常范圍寬，異常峰值出現(xiàn)在主礦體上方。在鉆孔ZK164下為規(guī)模小、埋藏更深的銅礦體，該部位Cu，Bi，Ag，Pb，Zn等也顯示出較主礦體相對(duì)較弱的清晰異常。這說(shuō)明在沖積平原區(qū)常規(guī)化探無(wú)明顯指示效果的情況下，地氣異常能有效地指示深部隱伏礦體。

圖2 王家莊銅礦區(qū)15勘探線地氣測(cè)量Fig.2 Geogas survey at line 15 of Wangjiazhaung Cu deposit

王家莊銅礦的試驗(yàn)研究說(shuō)明，在沖積平原區(qū)厚覆蓋條件下，地氣法也能很好地指示深部的隱伏礦體，為我國(guó)東部平原區(qū)礦產(chǎn)勘查提供了一種有效手段。

4 結(jié)論

通過(guò)在沖洪積平原區(qū)開(kāi)展的地氣法實(shí)驗(yàn)研究，獲得如下結(jié)論：

（1）在不同覆蓋條件、常規(guī)土壤測(cè)量無(wú)效的情況下，地氣測(cè)量均發(fā)現(xiàn)了清晰的金屬元素異常，異常強(qiáng)度高且與礦體空間位置吻合。說(shuō)明地氣法在運(yùn)積物厚覆蓋的條件下，對(duì)尋找隱伏金屬礦能發(fā)揮指示作用，為覆蓋區(qū)的礦產(chǎn)勘查提供了有效地球化學(xué)勘查手段。

（2）液體捕集劑和ICP-MS分析方法的采用，使得地氣法捕集效率和分析測(cè)試水平大大提高，測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性也進(jìn)一步提高。同時(shí)為地氣法走向標(biāo)準(zhǔn)化和工程化提供技術(shù)上的支持，為在實(shí)際找礦中的推廣提供了保證。

［1］ 汪明啟.國(guó)際勘查地球化學(xué)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2005，20（4）：477-478.

［2］ 汪明啟，劉應(yīng)漢，高玉巖.地氣測(cè)量在北祁連盆地區(qū)找礦突破及其意義［J］.物探與化探，2006，30（1）：7-12.

［3］ 任天祥，劉應(yīng)漢，汪明啟.納米科學(xué)與隱伏礦藏——一種尋找隱伏礦的新方法、新技術(shù)［J］.科技導(dǎo)報(bào)，1995（8）：18-19.

［4］ 劉應(yīng)漢，任天祥，汪明啟，等.隱伏礦區(qū)地氣測(cè)量試驗(yàn)及效果［J］.有色金屬礦產(chǎn)與勘查，1995（6）：355-360.

［5］ 伍宗華.地氣測(cè)量在葉縣—鄧縣—南漳地學(xué)剖面研究中的應(yīng)用［J］.巖石學(xué)報(bào)，1995，11（3）：333-342.

［6］ 伍宗華，金仰芬.山東鄒平銅礦床上方地氣流的組分特征及賦存狀態(tài)研究［J］.物探與化探，1996，20（1）：14-21.

［7］ 劉應(yīng)漢，任天祥，汪明啟.應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查的地下納米物質(zhì)［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，1997（4）：250-253.

［8］ 尹冰川，伍宗華，金仰芬.地氣溶膠測(cè)量——一種尋找隱伏礦床、研究深部構(gòu)造地質(zhì)的新方法、新技術(shù)［J］.地質(zhì)地球化學(xué)，1997（3）：25-30.

［9］ 童純菡，李巨初，葛良全，等.地氣物質(zhì)納米微粒的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)及其意義［J］.中國(guó)科學(xué)（D輯），1998（2）：153-155.

［10］ 童純菡，李巨初.地氣測(cè)量尋找深部隱伏金礦及其機(jī)理研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，1999，42（1）：135-142.

［11］ 劉應(yīng)漢，孔牧，孫忠軍，等.納米物質(zhì)測(cè)量的液態(tài)捕集劑研究［J］.物探與化探，2003，27（6）：455-464.

［12］ 劉應(yīng)漢.青海拉水峽銅鎳礦納米物質(zhì)地球化學(xué)異常特征及找礦模型［J］.地質(zhì)與勘探，2003，39（2）：11-15.

［13］ 汪明啟，高玉巖，張得恩，等.地氣測(cè)量在北祁連盆地區(qū)找礦突破及其意義［J］.物探與化探，2006，30（1）：7-12.

［14］ 汪明啟，高玉巖.利用鉛同位素研究金屬礦床地氣物質(zhì)來(lái)源——甘肅蛟龍掌鉛鋅礦床研究實(shí)例［J］.地球化學(xué)，2007，36（4）：391-399.

［15］ 汪明啟.從第一屆國(guó)際應(yīng)用地球化學(xué)會(huì)議看國(guó)際應(yīng)用地球化學(xué)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2006，21（1）：83-84.

［16］ 韓玉珍，王世進(jìn)，曹秀華.山東省鄒平地區(qū)銅礦成礦地質(zhì)條件及典型礦床研究［J］.山東國(guó)土資源，2008，24（3）：20-25.