西雙版納特殊景觀條件下的土壤地球化學(xué)找礦方法*

蔣宗林宋慈安唐專紅文件生榮 紅劉華應(yīng)

（1.廣西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院；2.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

西雙版納特殊景觀條件下的土壤地球化學(xué)找礦方法*

蔣宗林1宋慈安2唐專紅1文件生1榮 紅1劉華應(yīng)1

（1.廣西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院；2.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

選取勐臘縣南坡銅礦為異常區(qū)，總結(jié)了熱帶雨林景觀條件下開展土壤地球化學(xué)找礦時，作為銅礦重要指示元素在土壤中的最佳富集層位、富集粒度及富集性狀，為今后在該區(qū)開展化探工作時正確解釋和評價異常提供基礎(chǔ)理論和實踐依據(jù)。

富集層位 富集粒度 富集性狀 銅礦 熱帶雨林景觀區(qū)

關(guān)于在特殊景觀條件下開展土壤及水系沉積物地球化學(xué)測量前期的方法試驗工作，前人曾在我國東北部寒溫帶大小興安嶺森林沼澤區(qū)、西北干旱少雨的戈壁荒漠區(qū)等進行過一些試驗，這對于在這些景觀區(qū)正確有效地開展地球化學(xué)測量起到了積極的作用［1-7］。西雙版納地區(qū)作為我國熱帶雨林這一特殊景觀區(qū)，前人開展了植物地球化學(xué)找礦方法的試驗性工作并取得了較好的效果［8-10］，但土壤地球化學(xué)測量的前期方法試驗工作報道較少。本研究以西雙版納勐臘縣南坡銅礦為試驗區(qū)，旨在探索熱帶雨林景觀條件下應(yīng)用土壤地球化學(xué)測量有效的工作方法。

1 西雙版納熱帶雨林自然景觀特征

西雙版納熱帶雨林區(qū)氣候濕熱、雨量充沛、植被極其發(fā)育，景觀條件特殊。其地處橫斷山系縱谷區(qū)南段，東為無量山的西部山地所控制，西為怒山余脈盤踞，中有瀾滄江及其支流造成的寬谷盆地，所跨緯度不大，但地形、地貌極其復(fù)雜，有山地、丘陵、盆地、河谷。水熱條件受海拔高度的影響，垂直變化明顯，屬熱帶北緣、南亞熱帶地區(qū)。受環(huán)流及地形影響，形成了溫暖、濕潤、靜風(fēng)的獨特氣候。年均溫為21.0～22.6℃，最冷月（1月）均溫為12～16℃，最熱月（6月）均溫為24～27℃，極端最低溫度－0.5～2.7℃，終年無霜。年降水量為1 200～1 800 mm，干季占年總量的80%～90%，雨季占10%～20%，干雨季分明。年相對濕度為75%～88%，年均風(fēng)速為0.5～1.2 m／s。測區(qū)高大的熱帶樹和藤葛混雜生長，野草及灌木遍地叢生；森林覆蓋面積占全州面積的33.8%，達6×109m2，以闊葉的雜木林為主，雜有竹林、灌林、茅草等，常形成大片的無人原始森林區(qū)和半無人區(qū)。全年無冬夏之分，僅有干濕季節(jié)之別，是我國條件較好的熱帶、亞熱帶氣候區(qū)［11-12］。

該區(qū)土壤主要為褐黃色、褐色砂質(zhì)黏土，含少量灰白色砂巖，且由于植被發(fā)育，表生有機質(zhì)含量很高，呈酸性反應(yīng)。

2 典型礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征

勐臘縣尚勇南坡銅礦位于藏滇地槽褶皺系橫斷山地槽帶之蘭坪—思茅坳陷最南部。出露地層有古近系始新統(tǒng)小丫口組（E2x）、古近系古新統(tǒng)勐野井組（E1m）及上白堊統(tǒng)曼寬河組（K2m），其中曼寬河組為本區(qū)的主要含礦層，主要巖性為棕紅色，淺棕色鈣質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖夾灰白色厚層狀細粒巖屑石英砂巖。礦區(qū)斷裂構(gòu)造簡單，主要為一傾向NE或NW的單斜構(gòu)造。南坡銅礦礦體呈似層狀、透鏡狀、結(jié)核狀產(chǎn)于上白堊統(tǒng)曼寬河組上段之灰白色細粒巖屑石英砂巖中，嚴格受層位、巖性控制，其次是斷裂構(gòu)造控制。礦化順層理、斜層理、交錯層理進行，礦體呈層次、扁平透鏡狀或扁餅狀，礦石礦物簡單，為一沉積型銅礦。

由南坡銅礦686中段1＃穿脈地球化學(xué)異?？梢钥闯觯珻u、Pb、W、Zn、Ag異常強度高，清晰度好；Mo、Co、B異常強度中等，清晰度一般；Mn、Cr、Ni、Sn、Ti為弱異常，V、Au無異常。見表1。Cu、Pb、W等元素異常主要產(chǎn)于淺色砂巖層和紅色砂巖層交互部位或淺色層礦體（或礦化）及層間斷裂裂隙發(fā)育部位，在紅色砂巖層這些元素的含量較低。而土壤地球化學(xué)異常是在巖石原生異常的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的，這為開展土壤地球化學(xué)測量時合理選擇指示元素提供了依據(jù)。

表1 礦床主要元素原生地球化學(xué)異常特征

3 試驗方法技術(shù)

3.1 試驗場所和介質(zhì)的選擇

本次試驗選擇在勐臘縣尚勇南坡銅礦區(qū)1線礦上異常區(qū)和背景區(qū)進行。兩區(qū)均植被發(fā)育，喬木以白枝栗、紅枝栗為主，灌木有藤類和竹類等。試驗采取淺井或探槽工程揭露，對土壤進行分層。

3.2 土壤中元素富集層位試驗

嚴格按照土壤成分、顏色分別對南坡銅礦區(qū)礦上異常區(qū)和背景區(qū)探槽土壤剖面分層，其中異常區(qū)位于南坡銅礦礦體所在山頂，土壤層較厚，約2.85 m，共分為A、B兩大層6個小層，每層厚0.05～0.15 m，共采樣16件，主要為褐色、褐黃色黏土；背景區(qū)土壤層稍薄，約1.5 m，分為A、B兩大層5個小層，每層厚0.05～0.10 m，共采樣10件，主要為褐紅色、紅色黏土。兩區(qū)均采用環(huán)刀從上自下依次取樣，每個樣品質(zhì)量大于500 g。

3.3 土壤中元素富集粒度試驗

本次試驗把每個樣品加工成4個粒級，即大于0.995 mm（＜20目）、0.995～0.200（20～80目），0.200～0.097 mm（80～160目），小于0.097 mm（＞160目），并且保證每個樣品質(zhì)量大于40 g。具體做法是用木棒敲打粉碎，然后用一套20目至160目的樣篩由上而下依次疊放，將所研究樣品放入最上一層樣篩（20目）內(nèi)，充分搖蕩，使得各種小于一定粒度的樣品全部（占樣品中該粒度成分總量的95%以上）通過相應(yīng)篩孔即可得到各粒級樣品，分析Cu、Pb、Zn、Au、Ag、W、Sn、Mo、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、B 15個元素。根據(jù)分析結(jié)果，指示元素含量高，異常清晰的粒級區(qū)間即是該元素的富集粒度。

3.4 土壤中元素富集性狀試驗

本次選擇南坡礦床礦上異常區(qū)及背景區(qū)土壤不同層位樣品進行元素富集性狀的試驗研究，以上樣品加工至0.077 mm（200目），在實驗室采取連續(xù)提取分離6步提取法［13-14］，對土壤中元素的賦存性狀進行研究。樣品提取分離后，用日立180－80偏振塞曼原子吸收分光光度計測定元素的含量。限于時間和測試經(jīng)費，本次僅分析土壤中含量較高的Cu、Pb、W 3種元素。

4 試驗結(jié)果與討論

4.1 土壤中元素富集層位

根據(jù)分析，南坡銅礦床礦上異常區(qū)探槽剖面土壤各層位元素含量結(jié)果見表2。

（1）總體上，Cu、Pb、W、Zn、Ag等元素異常強度高，遠遠高出背景區(qū)相應(yīng)層位，清晰度好，這與礦體原生地球化學(xué)特征一致，也為這5種元素作為指示元素提供了重要依據(jù)。

（2）Cu、Pb、Zn元素富集在B層富集，Ag在各層含量均較高，W主要富集在A層。這是因為Cu、Pb、Zn元素主要以離子狀態(tài)存在，活性較高，在A層有機酸的淋濾作用下，向B層遷移；W主要以Fe、Mn、Ca的鎢酸鹽礦物存在，表現(xiàn)為惰性，遷移能力較弱。

（3）在B層，Cu、Pb、Zn富集有一定差別，其中Cu主要富集在B22層，Zn在B層變化不大，Pb主要富集在B21層，這與它們的化學(xué)活性有一定關(guān)系。

表2 南坡銅礦床礦上異常區(qū)探槽土壤各層位元素含量

4.2 土壤中元素富集粒度

根據(jù)分析，南坡銅礦床礦上異常區(qū)和背景區(qū)探槽剖面土壤不同層位粒度元素含量結(jié)果見表3。由表可知，Cu、Pb、W、Zn、Ag等元素主要富集粒度為中細粒、細粒，其中Cu的富集粒度小于0.097mm（160目），Pb的富集粒度大于0.995 mm（20目）或小于0.097 mm（160目），W的富集粒度為0.200～0.097 mm（80～160目），Zn的富集粒度小于0.097 mm，Ag的富集粒度變化不明顯。這說明了在熱帶雨林景觀條件下，應(yīng)根據(jù)不同的分析項目需將樣品加工成不同的粒級，以使異常更加清晰，如Cu、Zn需加工到小于0.097 mm，W需加工到0.200～0.097 mm。

表3 南坡銅礦床礦上異常區(qū)探槽不同層位元素粒級含量

實驗室連續(xù)提取法提取的元素不同性狀分析結(jié)果見表4。

4.3 土壤中元素富集性狀

表4 實驗室連續(xù)提取法提取的元素不同性狀分析結(jié)果

（1）總體上，Cu、Pb、W元素有一個共同的特點，就是硫化物結(jié)合的形式在其所有的賦存性狀中所占比例是最少的。這一事實說明，在西雙版納熱帶雨林強烈風(fēng)化條件下，親氧元素W及強親硫元素Cu、Pb都難以硫化物的形式存在，而且它們在土壤中的其他賦存形式所占比例差別很大：Cu的主要賦存性狀為水溶解狀態(tài)，其次為松散有機結(jié)合態(tài)；Pb的主要賦存性狀為水溶解狀態(tài)和松散有機結(jié)合態(tài)，前者比后者所占比例稍多；W主要呈鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)，次為碳酸鹽結(jié)合態(tài)。這又說明這些元素由于它們的本身地球化學(xué)性質(zhì)的差異，即使在共同的環(huán)境條件下，也表現(xiàn)出不同的特點。

（2）親硫元素Cu、Pb和親氧元素W的賦存性狀差別非常明顯。Cu、Pb尤其是Cu以活性的水溶解狀態(tài)和松散的有機結(jié)合態(tài)為主，而W則以較為惰性的鐵錳氧化物、碳酸鹽結(jié)合態(tài)為主。本區(qū)原生礦石中金屬礦物最主要的是輝銅礦（Cu2S），另見有少量方鉛礦（PbS）、黃銅礦（CuFeS2），鎢在礦石中呈何種礦物或形式產(chǎn)出，未作詳細的研究，但根據(jù)W的地球化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)主要為Fe、Mn、Ca的鎢酸鹽礦物（黑鎢礦FeMnWO4、白鎢礦CaWO4）。在一般情況下，這些礦物處于風(fēng)化（氧化）條件下，硫化物不穩(wěn)定，產(chǎn)生分解，部分溶于水溶液；而氧化物則比較穩(wěn)定，不易解體，往往以重砂礦物或次生的氧化物形式保留在風(fēng)化帶或土壤中。因此，親硫元素Cu、Pb和親氧元素W的賦存性狀分別顯示出“活性”和“惰性”的特點。

（3）親硫元素Cu、Pb二者之間的活性狀態(tài)差別表現(xiàn)較明顯。所有的樣品中Cu呈水溶解狀態(tài)和松散有機結(jié)合態(tài)占了所有賦存性狀中絕大多數(shù)的比例，但以水溶解狀態(tài)所占比例最大（53.10%～66.37%），松散有機結(jié)合態(tài)相對水溶解狀態(tài)占的比例?。?4.92%～23.39%）。Pb和Cu不同的是，Pb呈水溶解狀態(tài)和松散有機結(jié)合態(tài)雖然也占了所有賦存性狀中大多數(shù)的比例，但比Cu要小一些；而且Pb呈水溶解狀態(tài)和松散有機結(jié)合態(tài)所占比例大致相當，前者僅比后者所占比例稍多一點，水溶解狀態(tài)為34.10%～39.18%，松散有機結(jié)合態(tài)為32.71%～37.33%。以上說明Cu的“活性”要大于Pb。

（4）在土壤的垂直剖面上Cu和Pb賦存性狀表現(xiàn)出一定程度的變化規(guī)律。從土壤的上部A層往下到B層，Cu和Pb的水溶解態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物所占比例增多，而松散有機結(jié)合態(tài)、緊密有機結(jié)合態(tài)所占比例減少，這種規(guī)律Cu比Pb表現(xiàn)要強烈一些。這一特點可能與從A層到B層，含水量、碳酸鹽質(zhì)、鐵錳質(zhì)增多，而有機質(zhì)減少有關(guān)。

從以上試驗結(jié)果的分析，可以認為Cu、Pb和W元素在土壤中賦存的性狀是有差別的，這種差別既同熱帶雨林特殊景觀有關(guān)，也同元素本身的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。這不僅為正確解釋熱帶雨林景觀條件的土壤地球化學(xué)異常的形成機理提供了一定的理論依據(jù)，而且在化探生產(chǎn)實踐上，可以對不同的元素采取不同的提取方法，分析其最優(yōu)勢的賦存性狀，以便強化異常，使得異常更加清晰。

5 結(jié) 論

（1）西雙版納熱帶雨林區(qū)氣候濕熱、雨量充沛、植被極其發(fā)育，景觀條件特殊。

（2）Cu、Pb、Zn等元素富集在B層，Ag在各層含量均較高，W主要富集在A層。這是因為Cu、Pb、Zn等元素主要以離子狀態(tài)存在，活性較高，遷移能力較強；W主要以Fe、Mn、Ca的鎢酸鹽礦物存在，表現(xiàn)為惰性，遷移能力較弱。

（3）Cu、Pb、W、Zn、Ag等元素主要富集粒度為中細粒、細粒，其中Cu的富集粒度小于0.097 mm（160目），Pb的富集粒度大于0.995 mm（20目）或小于0.097 mm（160目），W的富集粒度為0.200～0.097 mm（80～160目），Zn的富集粒度小于0.097 mm（160目），Ag的富集粒度變化不明顯。

（4）Cu、Pb和W元素在土壤中賦存的性狀是有差別的，這種差別既同熱帶雨林特殊景觀有關(guān)，也同元素本身的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。例如Cu、Pb和W元素可以只分別提取其水溶解態(tài)、松散有機結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)，利用它們的不同賦存性狀的含量變化進行找礦，這有可能比利用元素的全量變化進行找礦具有更好的效果。

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Soil Geochem ical Prospecting in the Tropical Rainforest Landscape in Xishuanbanna

Jiang Zonglin1Song Ci＇an2Tang Zhuanhong1Wen Jiansheng1Rong Hong1Liu Huaying1
（1.Guangxi Institute of Regional Geological Survey；2.College of Earth Science，Guilin University of Technology）

Selecting Nanpo Copper Mine in Mengla county as an abnormalmineralized area，the paper summed up the optimal element-enriched layers，enriched granularity and traits of the important indicative elementswhen we carried out the soil geochemical prospecting for the coppermine in the tropical rainforest landscape areas.Thereby，it provides the theoretical foundation and practical ground for processing of the precise anomaly interpretation and evaluation during the future geochemical exploration in this region.

Enriched layers，Enrichment granularity，Enrichment traits，Coppermine，Tropical rainforest landscape areas

2013-08-07）

*國家自然科學(xué)基金項目（編號：40873030）。

蔣宗林（1983—），男，碩士研究生，541003廣西省桂林市環(huán)城南二路6號。