大興安嶺中北段森林沼澤丘陵景觀區(qū)的1∶5萬(wàn)化探方法技術(shù)研究

徐仁廷，孔 牧，楊少平，喻勁松，王喬林，韓 偉，郭志鵑，宋云濤，王成文

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

0 引 言

大興安嶺中北段是我國(guó)重要成礦帶之一的大興安嶺成礦帶的一部分，地球化學(xué)景觀主要為森林沼澤景觀，其中森林沼澤丘陵亞景觀占有一定比例。開(kāi)展重要成礦區(qū)帶1∶5萬(wàn)地球化學(xué)勘查全覆蓋是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的重要規(guī)劃之一。全面完成1∶5萬(wàn)地球化學(xué)勘查技術(shù)支撐工作是化探界的重要任務(wù)之一。

森林沼澤的丘陵亞景觀區(qū)水系不太發(fā)育，1∶5萬(wàn)地球化學(xué)勘查一般適宜開(kāi)展土壤測(cè)量。需要解決的主要問(wèn)題是部分區(qū)段有黏土層覆蓋，采樣部位判別較為困難，采樣粒級(jí)有待進(jìn)一步研究確定。進(jìn)入1∶5萬(wàn)地球化學(xué)勘查階段后，隨著采樣密度的增加，采樣位置變化，次級(jí)景觀特征對(duì)化探方法技術(shù)選擇的影響越來(lái)越大。在黑龍江省的多寶山附近地區(qū)開(kāi)展1∶5萬(wàn)地球化學(xué)勘查(土壤測(cè)量)時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)有1～3 m厚的黏土覆蓋，對(duì)化探工作有很大的影響。

對(duì)于森林沼澤景觀1∶5萬(wàn)化探方法技術(shù)前人研究中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了有機(jī)質(zhì)的干擾[1-5]，進(jìn)行水系沉積物測(cè)量時(shí)，進(jìn)入一級(jí)水系后采樣介質(zhì)選擇，提出了不同的解決方法，對(duì)于采樣粒級(jí)傾向于采-10～+60目，采樣介質(zhì)目前有溝谷沉積物和混雜堆積物等[4]。對(duì)于土壤測(cè)量采樣層位多數(shù)主張為殘積層，采樣粒級(jí)多種多樣[6-9]。

針對(duì)1∶5萬(wàn)地球化學(xué)勘查中遇到的實(shí)際問(wèn)題，選擇黑龍江省多寶山地區(qū)的八車(chē)力河巖金礦點(diǎn)開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作(圖1)，本文是研究獲得的主要成果。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)景觀特征

大興安嶺中北段屬北寒溫帶濕潤(rùn)氣候，冬季嚴(yán)寒，夏季濕熱。年平均氣溫在-1℃左右，最低氣溫-40.7℃，無(wú)霜期較短，約3個(gè)月。每年10月初開(kāi)始降雪結(jié)冰。年降雨量約500 mm，冬季降雪量大，冰雪融化水是該區(qū)春季地表水的主要來(lái)源。夏季降雨多集中在6～8月，降雨較急，易形成洪水[10-12]。

該區(qū)地勢(shì)多為丘陵山地，山體渾圓，高差較小，溝谷開(kāi)闊平緩，地勢(shì)總體呈北高南低、中間高兩側(cè)低的趨勢(shì)，在寬緩的山間谷地及山坡發(fā)育大面積的沼澤。有島狀多年凍土發(fā)育。

該區(qū)土壤較發(fā)育，土壤層位齊全，分層明顯。土壤的類(lèi)型屬于棕色針葉林土。區(qū)內(nèi)土壤的腐殖質(zhì)分布廣泛，厚度不均，富含有機(jī)質(zhì)，厚度多在0.2～1.5 m之間。黏土分布與地形地勢(shì)有關(guān)，隨著地勢(shì)變化黏土厚度發(fā)生變化，從山頂?shù)綔瞎日訚傻刂饾u變厚，厚度不等，試驗(yàn)區(qū)黏土厚度多在0～2.5 m之間。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)特征

八車(chē)力河巖金礦點(diǎn)是研究區(qū)的主要礦產(chǎn)地，位于東西向洪湖吐復(fù)背斜東端南翼。礦點(diǎn)附近地層為庫(kù)納爾河組、龍江組、白土山組及全新世現(xiàn)代河谷堆積。侵入巖為華力西晚期閃長(zhǎng)巖和斜長(zhǎng)花崗巖(圖1)。金礦化主要分布在庫(kù)納爾河組與華力西早期斜長(zhǎng)花崗巖內(nèi)接觸帶附近的北東東向破碎帶中，破碎帶長(zhǎng)約1.5 km，寬約50 m，巖石破碎強(qiáng)烈，普遍具有高嶺土化、硅化、綠簾石化、綠泥石化蝕變。

金礦化主要指示元素為Au、Ag、As、Pb、Cd、Sb。

研究區(qū)也產(chǎn)砂金。砂金賦存于下更新統(tǒng)白土山組含礫泥砂層中,分布在八車(chē)力河中下游各支流及河床中，含金層厚一般10～40 cm，埋深1～3 m，最深達(dá)5 m。

圖1 黑龍江省八車(chē)力河試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)略圖

2 采樣和分析方法

在八車(chē)力河巖金礦區(qū)開(kāi)展了不同土壤層位不同粒級(jí)元素分布特征的研究；殘坡積土、黃黏土、腐殖土3種介質(zhì)對(duì)比研究(殘坡積土采樣粒級(jí)為-10～+60目，黏土為-60目，腐殖土為-60目)，基本采樣密度9點(diǎn)/km2，共計(jì)采樣點(diǎn)146個(gè)，控制面積15 km2。

測(cè)試了Au、As、Ag、Bi、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Zn、K2O、MgO、Na2O、SiO2、Cd、Co指標(biāo)。由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所的中心試驗(yàn)室完成分析測(cè)試工作，采用無(wú)火焰原子吸收光譜法(AAN)分析Au；原子熒光光譜法(AFS)分析As、Hg；發(fā)射光譜法(ES)分析Ag、Bi、Sn;等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分析Mn;等離子體光譜法(ICP-OES)分析其他元素。一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率和重復(fù)樣合格率均為100%，測(cè)得數(shù)據(jù)可靠。

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 不同層位土壤粒級(jí)和元素分布特征

3.1.1 不同層位土壤粒級(jí)分布特征

土壤研究樣品分別篩分出+4目、-4～+10目、-10～+20目、-20～+40目、-40～+60目、-60～+80目、-80～+160目、-160目8個(gè)粒級(jí)。

黏土層、殘坡積層及殘積層3個(gè)不同土壤層位中，不同粒級(jí)的質(zhì)量變化具有相似的變化趨勢(shì)，均為“U”型分布，+10目和-160目為優(yōu)勢(shì)粒級(jí)(表1)。其中殘坡積層和殘積層質(zhì)量具有相似的分配比例，+10目粒級(jí)比例分別達(dá)到45.8%和42.9%，-160目比例分別達(dá)到34.4%和27.2%；黏土層中-160目比例高達(dá)43.6%，但值得注意的是其中的+10目粒級(jí)也有32.6%。

表1 八車(chē)力河試驗(yàn)區(qū)不同層位樣品粒級(jí)質(zhì)量對(duì)比表

從3層土壤的質(zhì)量比例對(duì)比來(lái)看，隨著粒級(jí)從粗到細(xì)，總體上比例逐漸減小，在-60～+80目3種土壤都達(dá)到最小值(±1%)，構(gòu)成比例的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；然后開(kāi)始進(jìn)入上升段，在-160目粒級(jí)達(dá)到最大值。從粒級(jí)構(gòu)成比例出發(fā)，3種土壤樣品采集的難度有別，在殘積層和殘坡積層里-10～+60目粒級(jí)較容易取得樣品，-160目粒級(jí)次之；在黏土層中-160目粒級(jí)容易獲取，-10～+60目粒級(jí)次之。從樣品代表性和適宜生產(chǎn)角度來(lái)綜合考慮，殘坡積土以采集-10～+60目粒級(jí)為宜，黏土以采集-160目粒級(jí)為宜。

3.1.2 不同層位土壤中元素分布特征

研究工作采用相同樣點(diǎn)分別采集殘坡積土(D9a)、黏土(D9b)、腐殖土(D9c)樣品的方法進(jìn)行，殘坡積土樣品采樣粒級(jí)為-10～+60目，黏土和腐殖土樣品采樣粒級(jí)為-60目。

結(jié)果顯示(圖2)：①殘積土Ag元素在高含量段(>100×10-9)，同點(diǎn)采集的黏土層樣品和腐殖層樣品中，元素含量與殘坡積層樣品相比較沒(méi)有明顯的規(guī)律，幾乎貧化和富集的數(shù)量相當(dāng)，這將嚴(yán)重影響對(duì)異常找礦前景的正確評(píng)價(jià)；在中低含量段(<100×10-9),殘積土中Ag元素含量多數(shù)明顯小于同點(diǎn)黏土層、腐殖土層元素含量，而且含量越低，富集程度越高；Au、Cu等元素存在類(lèi)似的規(guī)律。也就是說(shuō)，研究區(qū)的背景地段存在著表生富集Au、Ag、Cu等元素的地球化學(xué)條件。②在3種介質(zhì)中，K2O呈現(xiàn)出與Au、Ag等元素完全相反的規(guī)律，在大于2.5%的含量段，殘積土樣品中K2O元素含量高于黏土和腐殖土，且含量越高差異越大；在小于2.5%的含量段，黏土層和腐殖層中出現(xiàn)了十分明顯的富集。③Mn元素在3種介質(zhì)中的含量分布無(wú)明顯對(duì)應(yīng)規(guī)律，總體上在腐殖土層中相對(duì)富集。

為了研究黏土層和腐殖土層元素含量存在的關(guān)系，以每個(gè)采樣點(diǎn)腐殖土樣品元素含量為縱坐標(biāo)，黏土樣品元素含量為橫坐標(biāo)做散點(diǎn)圖(圖3)，從中可以看出黏土和腐殖土元素含量具有一定的線性關(guān)系，說(shuō)明黏土和腐殖土具有比較密切的繼承關(guān)系,即腐殖層主要自黏土層發(fā)育而來(lái)。

綜上所述，在研究區(qū)開(kāi)展土壤測(cè)量時(shí)，以選擇殘坡積土作為采樣介質(zhì)最好。

3.2 地球化學(xué)參數(shù)特征

統(tǒng)計(jì)得到的殘坡積土、腐殖土、黏土3種不同介質(zhì)樣品中的元素地球化學(xué)參數(shù)示于表2中。

不同介質(zhì)中各元素平均值可見(jiàn)如下特點(diǎn)：①Ag、Cd、Co、Mo等4元素在3種采樣介質(zhì)中含量相近。②殘積土中As、Au、CaO、K2O、Na2O、Pb、Sb等7元素含量高于黏土、腐殖土中含量，僅占測(cè)試元素的1/3；這些元素在黏土和腐殖土中發(fā)生貧化。③殘積土中Bi、Cr、Cu、Fe2O3、MgO、Mn、Ni、Sn、W、Zn等10元素含量明顯低于黏土、腐殖土中含量，占測(cè)試元素的半數(shù)；在黏土和腐殖土中這些元素表現(xiàn)出富集的特征。④黏土中Bi、Cr、Fe2O3、MgO、Mo、Sn、W、Zn等8元素含量平均值最大，占測(cè)試元素的1/3強(qiáng)；這些元素在黏土中得到了富集。⑤腐殖土中Ag、Cd、Co、Cu、Mn、Ni等6元素平均值出現(xiàn)了3種介質(zhì)中的最大值。這些現(xiàn)象表明，3種介質(zhì)中各元素的表現(xiàn)各不相同，都可以作為采樣介質(zhì)來(lái)考慮。

不同介質(zhì)中各元素變化系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)離差/平均值)可見(jiàn)如下特點(diǎn)：①殘積土中絕大部分元素都具有最大的變化系數(shù)，表明采集殘積土可以獲得最高強(qiáng)度的異常，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)異常的找礦意義至關(guān)重要。②僅有Mn、Mo兩個(gè)元素最大變化系數(shù)出現(xiàn)在黏土中。③腐殖土中各元素的變化系數(shù)最小，表明它對(duì)地球化學(xué)異常具有極大的均夷作用，最不適宜作為土壤測(cè)量的采樣介質(zhì)。

綜上所述，在表生環(huán)境下，在土壤的黏土和腐殖土層中多數(shù)元素發(fā)生了不同程度的富集或貧化，發(fā)生“均勻化”，使元素含量變化范圍變小，異常襯度大幅度降低，對(duì)土壤異常的形成產(chǎn)生重要影響，不利于提取異常，區(qū)別礦化和背景。因此，研究區(qū)土壤測(cè)量的采樣介質(zhì)首選應(yīng)為-10～+60目的殘積土。

圖2 黑龍江省八車(chē)力河試驗(yàn)區(qū)黏土、腐殖土、殘積土元素含量散點(diǎn)對(duì)比圖

圖3 黑龍江省八車(chē)力河試驗(yàn)區(qū)腐殖土、黏土中元素含量散點(diǎn)圖

表2 黑龍江省八車(chē)力河研究區(qū)不同采樣介質(zhì)地球化學(xué)參數(shù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

3.3 不同采樣介質(zhì)和采樣密度的結(jié)果對(duì)比

用不同采樣介質(zhì)和采樣密度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，以累頻的方法編制地球化學(xué)圖，殘積層采集-10～+60目樣品，腐質(zhì)層和黏土層采集-60目樣品。

對(duì)于主成礦元素Au來(lái)說(shuō)，在基本采樣密度下(9點(diǎn)/km2)，殘坡積土反映出北東向展布的高含量異常帶，具有兩個(gè)濃集中心，與已知含金破碎帶基本上吻合(圖4a1,c1)；而黏土、腐殖土中沒(méi)有明顯的北東向分布特點(diǎn)，且僅有一個(gè)濃集中心(圖4b1，c1)。金礦化伴生指示元素Mo、Ag、As、Mo、Cd、Pb等元素高值區(qū)也有類(lèi)似的分布模式(圖4a2,b2,c2,d2,e2),表明選擇殘積土作為土壤測(cè)量的采樣介質(zhì)是最佳的。

采樣密度研究設(shè)定了兩種密度(4點(diǎn)/km2和9點(diǎn)/km2)，以地球化學(xué)圖進(jìn)行對(duì)比。以殘坡積土為采樣介質(zhì)時(shí)，對(duì)于主成礦元素Au來(lái)說(shuō)，兩種采樣密度均有明顯異常顯示已知礦化的存在，均能看出明顯的北東向展布的高含量異常帶，以9點(diǎn)/km2采樣密度時(shí)獲得的元素分布特征細(xì)節(jié)更多，顯示出更多高值點(diǎn)區(qū)(圖4a1,d1)。Mo、Ag、Pb、Cd、Sb等元素也有類(lèi)似的表現(xiàn)(圖4a2,d2),表明4點(diǎn)/km2的采樣密度可以控制規(guī)模大的異常，但相對(duì)于9點(diǎn)/km2的采樣密度會(huì)丟失元素分布特征的許多細(xì)節(jié)，特別是區(qū)域異常分布特征和弱小異常濃集中心。因而會(huì)影響進(jìn)一步靶區(qū)的優(yōu)選。

殘坡積土、黏土、腐殖土3種不同采樣介質(zhì)1∶5萬(wàn)土壤試點(diǎn)測(cè)量地球化學(xué)異常對(duì)比圖見(jiàn)圖5。從圖5中可以看到，采集不同介質(zhì)時(shí),Au、Ag、Pb等主要成礦及伴生元素的異常形態(tài)和襯度不同。殘坡積土中異常范圍與已知礦化點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系好，異常細(xì)節(jié)多和襯度高；而黏土和腐殖土中異常范圍和襯度及對(duì)已知金礦化的反映均較差，濃集中心少、濃集濃度低。如Au元素在殘坡積土中襯度為5、黏土中襯度為4、腐殖土中襯度為2。反映出元素從殘坡積土—黏土—腐殖土Au元素含量值變化范圍逐漸變小，趨于“均勻化”。As、Mo、Sb、W、Hg等金礦化指示元素異常也有類(lèi)似表現(xiàn)。

通過(guò)以上討論認(rèn)為，在本區(qū)開(kāi)展土壤測(cè)量，最佳采樣介質(zhì)為殘坡積土；采樣密度以選擇9點(diǎn)/km2為宜。

圖4 黑龍江八車(chē)力河試驗(yàn)區(qū)不同介質(zhì)不同采樣密度Au、Mo地球化學(xué)對(duì)比圖

圖5 八車(chē)力河1∶5萬(wàn)土壤測(cè)量不同采樣介質(zhì)Ag、Au等元素地球化學(xué)異常對(duì)比圖

圖6 八車(chē)力河試驗(yàn)區(qū)1∶5萬(wàn)土壤測(cè)量地球化學(xué)組合異常圖

3.4 試點(diǎn)測(cè)量成果

在八車(chē)力河開(kāi)展的1∶5萬(wàn)土壤試點(diǎn)測(cè)量，采用的方法技術(shù)如下：采樣介質(zhì)為殘坡積土，采樣粒級(jí)為-10～+60目，采樣密度為9點(diǎn)/km2。試點(diǎn)測(cè)量成果示于圖6中。從圖中可以看出，Ⅰ號(hào)異常Au、Ag、Mo、As、Pb、K2O多元素異常疊加區(qū)域很好地反映了已知金礦化點(diǎn)的存在；Ⅰ—Ⅱ號(hào)異常形態(tài)與北東向展布的已知含金礦化破碎帶的方向一致，異常規(guī)模顯示出該異常區(qū)具有良好的找礦前景。

試點(diǎn)測(cè)量還發(fā)現(xiàn)了北東向和北西向展布的Ⅲ和Ⅳ號(hào)兩個(gè)綜合異常帶。其中位于試點(diǎn)區(qū)東南角、處在北西向異常帶上的Ⅳ號(hào)異常，Mo、W、Sb、Hg、K2O元素異常疊加在一起；該異常與已知鉬礦化點(diǎn)具有相近的成礦指示元素組合，處在相似的地質(zhì)背景條件下，都在花崗斑巖與其他地層接觸帶附近，顯示出具有找Mo礦的元素組合條件和地質(zhì)條件，該區(qū)為找Mo礦的遠(yuǎn)景靶區(qū)。

4 結(jié) 論

在大興安嶺中北段森林沼澤丘陵亞景觀區(qū)，存在一定厚度的腐殖土和黏土淺覆蓋，并且隨著地勢(shì)變化厚度發(fā)生變化，從山頂?shù)綔瞎日訚傻刂饾u變厚。對(duì)開(kāi)展1∶5萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查產(chǎn)生重大影響。

景觀區(qū)的地勢(shì)平緩、水系不發(fā)育，開(kāi)展1∶5萬(wàn)地球化學(xué)調(diào)查適于采用土壤測(cè)量法。不同采樣介質(zhì)的元素含量值有一定差異，黏土和腐殖土層元素發(fā)生“均一化”，最佳采樣介質(zhì)為殘坡積土，采樣粒級(jí)為-10～+60目，采樣密度為9點(diǎn)/km2，采樣布局為333 m×333 m測(cè)網(wǎng)；野外樣品加工方法為過(guò)水篩(強(qiáng)風(fēng)化樣品可不過(guò)水篩)，防止黏土和腐殖土假顆粒的混入。推薦分析元素Au、Ag、Pb、Zn等為可能成礦和伴生元素及成巖指示元素。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汪明啟，孔牧，任天祥，等.黑龍江森林沼澤區(qū)異常追蹤和查證方法研究[J].物探與化探，2002，26(2)：97-101.

[2] 汪明啟，孔牧.黑龍江大興安嶺森林沼澤區(qū)區(qū)域化探異常追蹤和查證方法研究 [R].河北廓坊:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，1998.

[3] 孔牧，楊少平，劉應(yīng)漢.有機(jī)質(zhì)在中國(guó)東北部森林沼澤區(qū)異常追蹤和查證中的應(yīng)用[J].物探與化探，2003，27(6)：452-454.

[4] 馬曉陽(yáng)，崔玉軍，李祥佑.大興安嶺北部森林沼澤區(qū)1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量方法研究[J].物探與化探，2002，26(6)：433-435.

[5] 孔牧.試論中國(guó)東北部森林沼澤景觀區(qū)化探工作的發(fā)展[J].物探與化探，2003，27(3)：165-167.

[6] 金浚，丁汝福，陳偉民.森林沼澤區(qū)礦產(chǎn)資源地球化學(xué)勘查[J].物探與化探，2003，27(6)：431-434.

[7] 金浚，陳偉民，丁汝福.森林沼澤區(qū)景觀地球化學(xué)特征與勘查方法[J].地質(zhì)與勘探，2006，42(1)：51-58.

[8] 金浚，丁汝福，陳偉民.森林沼澤景觀元素存在形式及化探方法研究[J].地質(zhì)與勘探，2002，38(4)：50-55.

[9] 邵軍，王世稱，張炯飛，等.大興安嶺原始森林覆蓋區(qū)化探異常查證方法研究與實(shí)踐[J].地質(zhì)與勘探，2004，40(2)：66-70.

[10] 耿衛(wèi)華，楊乃峰，馬曉陽(yáng).黑龍江森林沼澤區(qū)地球化學(xué)亞景觀類(lèi)型劃分[J].物探與化探，2006，30(4)：293-297.

[11] 孔牧.東北森林沼澤景觀區(qū)表生地球化學(xué)特征及勘查地球化學(xué)技術(shù)方法研究[D] .北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2003：38-46.

[12] 馬曉陽(yáng).我國(guó)東北森林沼澤區(qū)化探異常查證方法技術(shù)研究[D] .北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2006：29-60.