深穿透地球化學(xué)多方法組合在中條山厚層黃土覆蓋區(qū)找礦試驗研究

靳職斌，周新鵬，張雙奎，張璐

（山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運城 044000）

深穿透地球化學(xué)多方法組合在中條山厚層黃土覆蓋區(qū)找礦試驗研究

靳職斌，周新鵬，張雙奎，張璐

（山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運城 044000）

在運城盆地厚層黃土覆蓋區(qū)所開展的深穿透地球化學(xué)找礦試驗，采用黏土吸附態(tài)金屬離子（Cu、Co、Ni、Zn等）、熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率（η%）、F離子選擇性電極四種方法同時進行。試驗對象是深埋在黃土下200～300 m以深兩個銅鎳多金屬硫化物礦床。通過本次試驗，所選四種方法均不同程度捕捉到巨厚黃土覆蓋200 m以深的金屬礦床成礦地球化學(xué)信息，初步證明所選方法是有效的、可行的。其中粘土吸附態(tài)金屬離子Co、Ni、Cu、Zn異常強度與在礦體中的濃集強度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，間接找礦信息熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率（η%）也有一致的趨勢。進一步將四種方法的異常信息進行疊加，所形成的組合異常更好地克服了單信息微弱、不穩(wěn)定的缺陷，可更有效地指示深埋隱伏多金屬礦體，明顯增大異常對礦體的反映率。本次所選的四種方法，野外采樣方法簡單，操作簡便，與常規(guī)土壤化探工作方法基本一致，生產(chǎn)與測試成本能為基層單位接受；對同類土壤覆蓋區(qū)開展深穿透地球化學(xué)方法找礦有推廣價值。

厚層黃土；深穿透地球化學(xué)；粘土吸附態(tài)金屬離子；熱釋碳酸鹽（△C）；電導(dǎo)率；氟離子選擇性電極；組合信息

我國黃土覆蓋面積達約45萬km2，在黃河流域形成大面積連續(xù)分布區(qū)，主要集中在甘肅東部、陜西北部、及山西、河北大部分地區(qū)。對于這些特殊景觀區(qū)的礦產(chǎn)資源，常規(guī)地質(zhì)勘查手段基本上無能為力。近年來我國在厚層覆蓋區(qū)應(yīng)用深穿透地球化學(xué)找礦取得了重要進展，多種方法得到了驗證[1]，如地氣法、土壤活動態(tài)金屬離子、土壤吸附態(tài)離子、地電化學(xué)、熱釋汞、熱釋鹵、熱釋碳酸鹽、氡氣、汞氣、鹵素、電導(dǎo)率、地下水、植物根系等。但在實際應(yīng)用中，這些方法普遍存在一些問題：①采樣方法較復(fù)雜，實際操作難度大；②信息微弱不穩(wěn)定，干擾因素多，判別信息來源比較困難；③樣品處理和測試費用比較高[2]。這些問題直接制約了深穿透地球化學(xué)方法在生產(chǎn)中的普及應(yīng)用。

在中條地區(qū)厚層黃土覆蓋下的隱伏礦區(qū)所開展的深穿透地球化學(xué)找礦試驗，選取了黏土吸附態(tài)金屬離子（Cu Co Ni Zn等）、熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率（η%）、F離子選擇性電極等四種方法同時進行，以期通過信息組合達到克服干擾，強化信息的目的。同時，所選方法操作相對簡便，測試成本比較低廉，試驗效果明顯。

試驗對象為運城盆地黃土覆蓋區(qū)中部的戶頭銅鎳礦和回坑銅鎳礦，在礦床覆蓋層上方布設(shè)試驗剖面，以淺表土壤為介質(zhì)提取下伏礦床中有關(guān)礦致地球化學(xué)信息。

1 地質(zhì)礦產(chǎn)概況

試驗地位于運城盆地厚層黃土覆蓋區(qū)中部，試驗剖面布置在隱伏礦床戶頭和回坑銅鎳礦的上方，剖面方向為EEN（129。），總長8.5 km（圖1）。

中條山地區(qū)是我國重要的銅礦集區(qū)之一，至上世紀九十年代以前已探明銅礦峪、胡家峪、篦子溝等大、中、小型銅礦床30余處，提交Cu金屬儲量900多萬噸。隨著長期開采，礦山保有儲量已所剩無幾，近20年來進行了大量的危機礦山研究與勘查工作，后續(xù)找礦始終未取得明顯進展，找礦注意力開始轉(zhuǎn)向占五分之四以上的第四系黃土覆蓋區(qū)，發(fā)現(xiàn)有新類型銅、鈷、鎳多屬礦多處[3]。

圖1 中條地區(qū)地質(zhì)概況略圖Fig.1 Geological sketch map of the Zhongtiao area

中條山以北是廣闊的厚層黃土覆蓋區(qū)，屬新生代斷陷構(gòu)造運動形成的運城盆地，地表淺層普遍分布風(fēng)積黃土層（Q3），為一套成分單一層位穩(wěn)定的灰黃色、棕黃色粉砂質(zhì)黏土。下伏蓋層以河流相、湖相沉積物為主，主體成分仍為砂質(zhì)黏土。這套由風(fēng)成和水成的巨厚黃土覆蓋層厚度一般為300～700 m，最厚達1000 m，堆積在以太古宇涑水群為主的古老基底上。前人根據(jù)航磁異常發(fā)現(xiàn)了深埋地下的戶頭鐵礦，繼而發(fā)現(xiàn)了與鐵礦共生的銅鎳礦，后又在戶頭西北發(fā)現(xiàn)了回坑銅鎳礦[4]。該礦床成因類型為基性－超基性巖漿巖型熔離－貫入式銅鎳礦，容礦巖石為太古宇涑水雜巖，主要由基性火山巖、基性－超基性侵入巖、中酸性侵入巖、古陸相沉積等變質(zhì)而成的混合雜巖組成，含有豐富的、與幔源物質(zhì)有關(guān)的Cu、Au、Ag、Ni、Co、Fe等成分。

2 試驗礦床特征

2.1 戶頭礦床

戶頭鐵鎳銅礦位于運城盆地中部，隱伏垂直埋深約220 m，其中黃土層厚約150 m，上部圍巖厚約70 m。該礦床最初以開采磁性鐵礦為主，后發(fā)現(xiàn)為富含銅、鎳、鈷等的多金屬礦床。礦體產(chǎn)狀近水平，產(chǎn)于構(gòu)造裂隙中，呈脈狀和透鏡狀產(chǎn)出，容礦巖石為太古宇涑水雜巖，以變花崗閃長巖和變輝長巖為主（圖2）。礦床成因?qū)倩詭r漿熔離礦漿貫入構(gòu)造裂隙形成的銅鎳鐵鈷多金屬礦。礦脈厚度0.50～2.62 m，長300 m，礦化帶厚度47.45～65 m。礦石以斜長石化脈狀礦石、石英脈硫化物礦石為主，相互混雜交互產(chǎn)出。主要礦物有磁鐵礦、黃鐵礦、鎳黃鐵礦、藍銅礦、黃銅礦。非金屬礦物主要有方解石、石英及少量磷灰石。礦石中Cu含量一般為0.2%～1.2%，平均0.71%，最高含量3.62%；Zn平均含量只有0.01%；鎳含量為0.45%～0.98%，平均0.61%，鈷含量一般為0.17%～0.084%，平均0.11%。全鐵含量一般為20%～30%，平均25%。

圖2 戶頭鐵銅鎳鈷多金屬礦床剖面圖（戶頭礦井實測，山西物化院2012）Fig.2 Profile of the Hutou polymetallic (Fe Cu Ni Co)deposits

2.2 回坑礦床

回坑礦床位于戶頭北部6 km處，根據(jù)鉆探資料，礦床垂直深度約240 m，其中上覆黃土厚210 m，上部分圍巖厚約30 m。礦床類型與戶頭一致，產(chǎn)于下伏太古宇涑水雜巖中，容礦巖石為一套基性片麻雜巖，主要為斜長角閃巖、角閃二長片麻巖、變花崗閃長巖、石英閃長巖等（圖3）。礦床成因同樣為基性巖漿分異礦漿貫入式成礦，礦脈比較分散，由一系列薄層礦脈組成，總厚度約60 m。主要礦物組合為磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等。其中Cu含量平均0.27%，最高6.64%，Ni含量平均0.08%，最高0.69%，Co含量平均0.09%，最高達1.57%；Zn平均含量0.11%，最高0.29%，全鐵平均含量29%，最高含量49%。

3 試驗方法簡述

本次所選四種方法，統(tǒng)一以地表土壤為介質(zhì)一

次性采集樣品進行測試，具體在戶頭－回坑礦床上方布設(shè)一過礦剖面。剖面長8.5 km，采樣點距100 m，從零點到末點共采集樣品86個。采樣深度統(tǒng)一控制在150～170 cm之間，以盡量排除表層物質(zhì)的干擾。土壤樣采集量約1 kg，裝入棉布樣品袋自然晾干后，取過100目篩的細粒樣，送化驗室按照上述有關(guān)要求進行測試。

圖3 回坑鐵銅鎳鈷多金屬礦床剖面圖（根據(jù)回坑ZK301鉆孔，山西物化院2012）Fig.3 Profile of the Huikeng polymetallic (Fe Cu Ni Co)deposits

土壤吸附態(tài)測量是金屬元素活動態(tài)測量法之一，利用偏提取技術(shù)測試土壤吸附態(tài)金屬組分，是當(dāng)前使用比較多的一種方法[5]，并且在地礦、冶金、有色等系統(tǒng)都開展了大量研究工作，取得了很多成果，也取得了較好找礦效果[6]。本次用5%檸檬酸銨和0.5%醋酸（1∶1）對土壤中Cu、Zn、Ni、Co、Ag等吸附態(tài)離子進行偏提取分析。

熱釋碳酸鹽（ΔC）法最早是由美國運用于石油、天然氣勘探的一種新方法[7-8]，后來發(fā)現(xiàn)在金屬礦床上方也能形成“后生碳酸鹽”，1985年美國地質(zhì)學(xué)家Lovell在“土壤中二氧化碳測量可作為半干旱和干旱區(qū)域?qū)ふ译[伏礦的指標”一文，介紹了根據(jù)隱伏鉛鋅礦上方所獲得的Pb－Zn數(shù)據(jù)，能夠反映深埋盲礦的事實。上世紀九十年代我國有過多次試驗[9]，在第四系覆蓋層厚度130～180 m的一些鉛鋅礦等礦區(qū)得到良好的驗證效果。本次試驗就是參照前人做法，在500～600℃范圍內(nèi)熱釋放土壤中的碳酸鹽，測試其中二氧化碳含量[10]。

土壤電導(dǎo)率測量屬地電化學(xué)范疇[11-12]，但不需要專門供電與接收設(shè)備，樣品采集與普通土壤化探采樣相同。桂林冶金地質(zhì)學(xué)院對電導(dǎo)率尋找隱伏礦床進行了較系統(tǒng)和深入研究與應(yīng)用[13]，先后對厚層基巖、坡積物覆蓋的鉛鋅等礦進行找礦試驗，皆取得了良好的效果。本次測試電導(dǎo)率方法是，取5 g過100目鋼絲篩土壤樣品，加入100 mL去離子水溶解，攪拌半小時后用電導(dǎo)率儀直接測試。

用鹵素作為指示元素，在厚層覆蓋條件下找盲礦,是目前正在探索的一種方法。利用F離子選擇電極在甘肅、江西、廣西、湖北、吉林和遼寧的一些已知礦床上進行了試驗，取得了一定成效。F離子選擇電極的應(yīng)用基礎(chǔ)是測定電極在溶液中的薄膜電位，與參比電極（甘汞電極）組成原電池，進而測量其電池的電動勢。具體方法是準確稱取土壤樣品2 g置于100 mL燒杯中，加蒸餾水50 mL，在70℃下攪拌浸取30 min，將浸取液轉(zhuǎn)入100 ml容量瓶中，加入10 mL離子強度調(diào)節(jié)緩沖液，用蒸餾水稀釋至刻度線，F(xiàn)電極進行直接測試。

4 試驗結(jié)果

4.1 粘土吸附態(tài)金屬離子

本方法共測試了Co、Ni、Cu、Zn 4個黏土吸附態(tài)金屬離子，是與礦床有關(guān)的直接找礦信息。由圖4可見，Co異常對戶頭礦和回坑礦床都有反映，具有良好的對應(yīng)關(guān)系；Ni與Zn在回坑礦區(qū)均有異常出現(xiàn)，其中Zn在測線左側(cè)出現(xiàn)兩個異常峰值，D2異常與礦床對應(yīng)，D1異常部位礦床情況不明。Cu異常與回坑、戶頭礦床的對應(yīng)性都不明顯，且曲線波動性較大。

4.2 其它三種方法

另三種方法熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率（η%）、離子選擇電極（F）是間接找礦信息。由圖5可見，熱釋碳酸鹽（ΔC）異常對回坑和戶頭礦床都有良好的反映，對戶頭礦床反映更為顯著。與戶頭礦床對應(yīng)的D4異常集中程度更高，與回坑礦床對應(yīng)的D2異常也較明顯。

電導(dǎo)率（η%）異常對戶頭礦床的反映較好，對回坑礦床沒有反映，其中異常D1與黏土吸附態(tài)Ni離子異常相疊合。D2異常強度相對較高，與黏土吸附態(tài)

Co及蝕變碳酸鹽（ΔC）異常一致，對戶頭礦床反映較好。

F離子異常與礦床的對應(yīng)關(guān)系不明顯，異常形態(tài)也較分散，曲線波動性較大，總體上分高低值兩個臺階，高低值分界線陡變梯度部位與回坑礦床對應(yīng)，也顯示出一定的對應(yīng)關(guān)系。

圖4 粘土吸附態(tài)金屬離子異常剖面圖Fig.4 Abnormal profile of the clay absorption phase metal ions

5 影響異常的主要因素及信息組合效果

通過以上試驗，各類異常對隱伏礦床均有不同程度的反映，但效果不同。為進一步查明其原因，結(jié)合礦床品位特征進行了初步分析，結(jié)果如下：

表1是根據(jù)戶頭礦床和回坑礦床中Cu、Zn、Ni、Co平均含量與規(guī)范邊界品位所計算的比值，用以衡量元素濃集強度。其中Co濃集強度在兩礦區(qū)均最高，且戶頭更高，與圖4中Co異常特征基本一致；Cu在戶頭礦床中濃集強度很強，是回坑的近9倍，圖4中也只在戶頭礦區(qū)一方出現(xiàn)Cu異常；Zn在回坑礦床中濃集強度則是戶頭的10倍，圖4中也只在回坑礦區(qū)出現(xiàn)了Zn異常。由此不難看出，隱伏礦床中元素的濃集強度與上方異常呈正相關(guān)性。對于非直接信息來講，從圖5看出熱釋碳酸鹽（ΔC）和電導(dǎo)率（η%）異常也在戶頭礦床上方更明顯，與戶頭礦床品位較高相一致，也表現(xiàn)出與金屬元素含量之間的正相關(guān)特點。

由此初步認為，本區(qū)巨厚黃土覆蓋下的多金屬礦床中，有關(guān)元素含量達到一定濃度，在覆蓋層上方可顯示出相應(yīng)元素直接信息異常，也可引起間接信息異常，符合元素濃度擴散的基本原理[14]。

本次試驗所用方法顯示效果趨勢一致，為了進一步克服單個信息弱和不夠穩(wěn)定的缺陷，將各方法所取得的信息進行疊加組合，具體方法是將所有數(shù)據(jù)標準化（原數(shù)據(jù)除以平均值）后進行累加，統(tǒng)一編制信息異常曲線圖（圖6）。

綜合信息曲線中有兩個顯著異常，對回坑和戶頭兩個已知礦床都有明顯反映，分別表現(xiàn)為D2、D4異常。對于D1、D3來講，由于地質(zhì)工作程度所限，尚不能解釋其確切成因，但臨近已知礦異常D2、D4，可能存在更重要的找礦意義。

為進一步驗證本次深穿透地球化學(xué)試驗效果，在本試驗剖面上做了1∶2000音頻大地電磁測深和高精度磁測剖面（圖6），測量點距均為100 m。結(jié)果顯示，在D2與D4異常部位，分別對應(yīng)出現(xiàn)了較明顯的M1和M2磁異常，同時在約250 m深處對應(yīng)有AMT相對高阻異常R2和R4。礦區(qū)礦石以斜長石化脈狀礦石、石英脈硫化物礦石為主，根據(jù)礦石物性測量資料，主要礦石有高阻高磁的特點，因此M1、M2磁異

常與R2、R4高阻異?？赡苁菍V地質(zhì)體的反映，進一步佐證了深穿透地球化學(xué)綜合信息異常的可靠性。

表1 回坑-戶頭礦床成礦元素濃集系數(shù)及強度比較Table 1 Comparison of metallogenic element concentration factors and intensity between the Huikeng and Hutou deposit

圖5 熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率（η%）、離子選擇電極（F）異常剖面圖Fig.5 Abnormal profile of the thermal released carbonates(ΔC), conductivity(η%),fluoride ion selective electrode

6 結(jié)論與討論

（1）通過本次試驗，所選四種方法（黏土吸附態(tài)金屬離子、熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率、F離子選擇性電極），均不同程度捕捉到巨厚黃土覆蓋200 m以深的多金屬礦床成礦地球化學(xué)信息，初步證明所選方法的有效性和可行性。

（2）以上各方法中，黏土吸附態(tài)金屬離子Co、Ni、Cu、Zn異常強度與在礦體中的濃集強度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，間接找礦信息熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導(dǎo)率（η%）也有一致的趨勢，這一特點進一步增強深穿透地球化學(xué)應(yīng)用的信心，只要隱伏礦體在達到一定品位，在覆蓋層上方可以形成相應(yīng)的直接找礦信息和間接找礦信息。

（3）多方法信息疊加形成的組合異常，能夠較好地克服單一信息微弱、不穩(wěn)定的缺陷，可更有效地指示深埋隱伏多金屬礦體，明顯增大異常對礦體的反映率。

（4）本次所選的四種方法，野外采樣方法簡單，操作簡便，與常規(guī)土壤化探樣采集與加工方法基本一致，測試費用略高于常規(guī)土壤化探樣，能為基層地質(zhì)單位接受。對同類土壤覆蓋區(qū)開展深穿透地球化學(xué)方法找礦有推廣的實用價值。

盡管本次試驗所得異常較好地反映了兩個已知多金屬深埋礦床，取得了較理想的效果，但仍存在一些具體問題，如Cu異常與礦床位置偏離，戶頭礦床含Ni高，但在上方卻沒有出現(xiàn)Ni異常，F(xiàn)異常

峰值不集中等問題。究其原因，Cu可能由于在地表氧化條件下的活性比Ni、Co大，容易遷移偏離主體位置。Ni與Co在土壤中易被黏土吸附，但由于黏土礦物對Ni和Co吸附有很大選擇性，常造成不同的Ni∶Co比值。戶頭礦區(qū)無Ni異常顯示，可能由于局部土壤差異性造成Ni流失所致。總之，來自深部礦體的金屬離子在厚層風(fēng)成黃土中存留的信息是十分微弱的，也容易受到地表多種因素干擾。依靠單一信息探測深部成礦，可靠性自然會大大降低。本次除了直接信息（Co Ni Cu Zn）外，配合熱釋碳酸鹽（ΔC）和電導(dǎo)率等方法，采取多方法多指標綜合信息，克服了偶然性，最終取得了較理想的效果。因此采取“多元素直接信息+多方法間接信息”的聯(lián)合方法，應(yīng)該是今后開展深穿透地球化學(xué)找礦的一個重要途徑。

圖6 聯(lián)合信息綜合異常剖面圖Fig.6 Abnormal profile of the integrated information

致謝：本次應(yīng)用試驗研究與成文過程中得到了中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）馬振東教授的悉心指導(dǎo)，在此深表感謝！

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A

1672－4135（2014）03－0197-06

2014-07-10

山西省地勘局重點研究項目：山西省大中條地區(qū)成礦預(yù)測研究（晉地設(shè)發(fā)[2012]4號）

靳職斌（1964-），男，高級工程師，1987年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），地球化學(xué)專業(yè)，長期從事礦產(chǎn)勘查，E-mail: jin27192@163.com。