湖南大根壟鎢多金屬礦地電提取法機(jī)理

歐陽菲，羅先熔，付立春

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室/桂林理工大學(xué)隱伏礦床預(yù)測研究所，廣西 桂林 541004 3.黑龍江有色金屬地質(zhì)勘查研究總院,哈爾濱 150046

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湖南大根壟鎢多金屬礦地電提取法機(jī)理

歐陽菲1，2，羅先熔2，付立春3

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室/桂林理工大學(xué)隱伏礦床預(yù)測研究所，廣西 桂林 541004 3.黑龍江有色金屬地質(zhì)勘查研究總院,哈爾濱 150046

筆者以湖南大根壟鎢多金屬礦為試驗研究區(qū)，以20 m點距在已知礦體上方取土壤樣，并按照24 h提取時間、1 000 mL HNO3提取液、50 cm電極間距等工作條件進(jìn)行了地電提取試驗。結(jié)果表明，地電提取前后土壤中的元素含量變化不大，被提取到的金屬元素應(yīng)屬土壤金屬總量的一部分。次生暈與地電提取的異常形態(tài)對比發(fā)現(xiàn)：Co、Ni較清晰，W次之，Cr無異常；元素的異常特征主要取決于土壤中該元素的活性形式所占比例。綜合分析認(rèn)為地電提取異常與礦體的相對位置有關(guān)：礦體的下坡位置以及控礦斷裂附近容易形成異常，距離原生礦體太近則會對異常有明顯干擾。在本礦區(qū)，礦體風(fēng)化程度越高對Co、Ni的地電提取異常越有利；其異常寬度一般比次生暈窄。

地電提?。绘u多金屬礦；湖南大根壟；異常特征

0 引言

地電提取法是一種非常規(guī)的勘查地球化學(xué)方法，已在我國應(yīng)用多年，并取得了許多實際應(yīng)用成果[1-8]。該方法是由前蘇聯(lián)提出的，被稱為部分金屬提取，20世紀(jì)70年代我國學(xué)者費錫銓[9]將之引入國內(nèi)，在多個礦山進(jìn)行了試驗，并建立了一套高電壓、小電流和長時間的地電提取方法。1996年羅先熔[1]對地電提取工作方法進(jìn)行了系統(tǒng)論述，并介紹了在不同類型金屬礦床的試驗效果，在這些礦區(qū)的已知礦體上方均取得了較明顯的提取元素異常;高云龍[10]在東北各類型鈾礦和砂金礦區(qū)進(jìn)行了試驗研究，取得了良好效果;2007年羅先熔等[2]系統(tǒng)地對比了地電提取的工作條件并取得最優(yōu)值，對不同覆蓋類型、不同金屬礦床、不同勘查階段的應(yīng)用成果進(jìn)行了對比與總結(jié)。這些實際應(yīng)用成果為地電提取法的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。

然而, 地電提取法的理論機(jī)制和異常成因等一直是大家爭論的熱點，這方面至今未獲得統(tǒng)一的認(rèn)識。物理、化學(xué)風(fēng)化和電化學(xué)溶解是礦體風(fēng)化的重要作用，在復(fù)雜的地質(zhì)作用過程中，在地表形成地電提取異常，這是大家所公認(rèn)的；但地電提取法所提取的元素究竟是來自深部礦體，還是來自提取點的周圍土壤，是有爭議的。許多人認(rèn)為被提取的金屬元素來自地表土壤，其測量的是次生暈中元素的含量，不能反映深部礦體的存在。李金銘等[11]經(jīng)過模擬計算和實驗表明離子淌度一般不超過幾個cm2·h-1·V-1單位，這樣的遷移速度不足以在一兩天的短時間內(nèi)將元素離子從深部遷移到地表來；但同時也指出盡管地電提取異常主要是對淺部那些已存在的離子暈的反映，但淺部離子暈是經(jīng)過漫長地質(zhì)年代在各種力的作用下由深部運移上來的，因此與深部隱伏礦有著成因上的聯(lián)系。羅先熔[3]也有類似結(jié)論，認(rèn)為地電提取法提取的金屬離子深度約20 cm；盡管人工電場直接提取的深度很小，但地表的離子暈來自深部礦體。王文龍等[12]試算了某金礦區(qū)電提取離子法所得異常的離子來源深度,認(rèn)為地電提取法中所提取的離子來源深度不超過1 m。

筆者認(rèn)為地表土壤中金屬元素的來源有多種可能，不能排除來自淺部其他地質(zhì)體(包括巖石和其他礦體)風(fēng)化后產(chǎn)物的可能。不同的來源會導(dǎo)致元素賦存形式及元素含量的差異，在解釋地電提取異常時應(yīng)根據(jù)具體情況加以區(qū)分。要解決地電提取異常機(jī)制問題，有一系列問題亟待解決，需要先弄清楚提取過程所發(fā)生的變化、提取對象所具有的地質(zhì)特征。

筆者前期在瑤崗仙鎢礦田的已知礦體上方進(jìn)行了地電提取W的試驗研究[13],在此基礎(chǔ)上,本文通過對比提取前后土壤中元素含量的變化，以及分析地電提取和次生暈異常特征，討論了元素賦存狀態(tài)對地電提取的影響，并以此為依據(jù)進(jìn)行異常解釋，最后對地電提取的機(jī)理進(jìn)行了探討。

1 方法原理

地電提取法的原理是：通過人工電場的作用使得土壤中特定形態(tài)的金屬離子及其絡(luò)合物遷移到電極中，通過測試提取電極中的元素含量來進(jìn)行找礦[14]。然而，由于土壤中元素賦存狀態(tài)的復(fù)雜性，目前并沒有研究成果表明所提取到的金屬元素具體是來自土壤中的哪一種賦存形態(tài)。從土壤學(xué)的角度[15]，主要的存在形式有水可溶態(tài)、離子可交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)等幾種。除殘渣態(tài)以外，其他的形態(tài)在特定條件下均較容易轉(zhuǎn)換。本次試驗試圖從土壤元素含量變化方面來探討這一問題。

通過在已知礦體上方的土壤層中進(jìn)行地電提取試驗，分析提取前后土壤中元素含量的變化，來評價地電提取法所提取的元素含量相對土壤中金屬總含量的比例，并且將地電提取異常與土壤次生暈異常進(jìn)行對比，評價兩種方法的優(yōu)缺點和影響因素。

2 樣品采集

所選已知礦體為瑤崗仙鎢礦田內(nèi)的大根壟鎢礦區(qū)0線的4號礦體(圖1)，主要為一條分布在棋子橋組(D2q)白云巖中的脈狀礦體。成礦熱液從瑤崗仙巖體中分異出來，沿NW向斷裂不斷運移，在有利條件下以不同方式析出成礦物質(zhì)，形成矽卡巖型白鎢礦、石英脈型黑鎢礦、石英脈型(鎢)鉬礦等類型礦床。在大根壟鎢礦區(qū)主要以石英脈型黑鎢礦為主。成礦熱液運移至棋子橋組白云巖中，以充填方式為主形成Pb、Zn、Au、Ag等多金屬礦床。

在大根壟0號線的地表B層土壤中進(jìn)行了地電提取試驗，取樣位置見圖1。該剖面的中部地表出露4號礦體，因探槽揭露地表土壤不多，含較多碎石，其他部位為土壤覆蓋。對地電提取前后的B層土壤進(jìn)行了取樣，樣品經(jīng)過室內(nèi)晾干、過篩后，送實驗室分析了Cr、Co、Ni、W 4種元素；同時，按照24 h時間、1 000 mL提取液、50 cm電極間距等工作條件進(jìn)行了地電提取，分析了電極中泡塑的相應(yīng)4種金屬元素含量。土壤樣品和地電提取樣品全部由桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院采用化學(xué)光譜法分析。

圖1 取樣位置Fig.1 Sampling position

3 異常特征

3.1 提取前后金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比

對地電提取前后土壤中金屬元素含量變化進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：與總量相比，除個別點外(如Co在30號點)，提取前后各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大(圖2，表1)，表明本次地電提取法的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)只占土壤中元素總量的極少部分。在土壤中，一般Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10×10-6[16]，并且Co/ Ni<0.1。30號點在提取之后w(Co)高達(dá)38.3×10-6，而w(Ni)卻只有29.1×10-6。推測此點可能是在取樣或分析過程中產(chǎn)生了污染，其他3種元素的變化沒有如此大，所以在下文的討論中忽略了此點。

圖2 研究區(qū)提取前后土壤中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比Fig.2 Mass fraction contrast in soil before and after extraction

整個0號線剖面的21個樣品中:w(W)只在0號、8號和16號點變化稍大(圖2a)；w(Cr)只在8、14、22、26、30號點變化大(圖2b)；w(Co)的跳躍較為頻繁(圖2c)；w(Ni)變化最大，24號點以前都有一定程度波動(圖2d)。

可以用表1、表2的統(tǒng)計學(xué)參數(shù)來反映各元素之間的差異。表1對比的是土壤中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征：w(W)的標(biāo)準(zhǔn)離差最大，平均值比標(biāo)準(zhǔn)離差小，表明W在土壤中含量變化大、且分布極不均勻；w(Cr)的標(biāo)準(zhǔn)離差最小但平均值最高，表明Cr在土壤中分布穩(wěn)定、含量高；w(Co)的平均值最小，表明Co在土壤中含量最低。表2對比的是地電提取前后的變化特征，反映的是地電提取過程對元素的影響。均值和標(biāo)準(zhǔn)離差表明了變化較小的是Cr、Co，其次為W、Ni。δw(Cr)、δw(Co)的均值小，說明它們在地電提取前后變化小，因此它們不容易被提取;δw(W)、δw(Ni)的均值大，且標(biāo)準(zhǔn)離差大于均值，說明這2種元素在地電提取過程中發(fā)生了明顯變化，因此它們相對容易被提取。將表2中的δ均值與表1中的平均值相比，發(fā)現(xiàn)W的δ均值只占平均值的19.5%，Cr占10.1%，Co占19.7%，Ni占20.9%。這些數(shù)據(jù)表明了在地電提取過程中能被提取出來的、活性金屬元素的比例，其中W、Ni是相對容易提取的元素，而Cr不容易提取。Co的提取比例高，但δw(Co) 的均值小，因此，Co的提取應(yīng)比W、Ni難，但是比Cr容易。

表1 研究區(qū)各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計參數(shù)

Table 1 Statistical parameters of element mass fraction in the study area

wB/10-6

表2 研究區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化值的統(tǒng)計參數(shù)

Table 2 Statistical parameters of mass fraction variation in the study area

δwB/10-6

綜上所述，4種元素的特征各不相同。Cr在土壤中較穩(wěn)定、含量高、變化小，故次生暈異常不好,并且由于不容易被提取出來，地電提取異常也不明顯。Ni在土壤中含量高，且受樣品位置影響其含量有變動，其次生暈異常明顯；同時Ni較容易被提取，其地電提取效果好。Co、Ni在表生作用下性質(zhì)相似，因此二者不但次生暈形態(tài)相似，而且地電提取形態(tài)也較相似。但由于w(Co)的平均值和δ均值都較低，因此Co地電提取異常比Ni要弱些(圖3)，其次生暈異常比地電提取明顯。W在土壤中分布不均勻、跳躍性大，盡管容易被提取，但地電提取異常對礦體位置的指示效果不是很理想(圖3)。

另外，從剖面特征來看，4種元素含量變化規(guī)律分為3個區(qū)間(圖2)：1)24號點以后，提取前后的元素含量變化最小(Cr除外)，對應(yīng)的取樣位置為礦體尖滅的東北邊，是不含礦體的圍巖；2)13--24號點之間，元素含量有增有減，沒有明顯規(guī)律，對應(yīng)的取樣位置為地表出露的礦體附近；3)13號點之前，W提取后含量增加，而其他3種元素在提取后含量減少了，該位置是控礦斷層F5-2的附近(圖3)。

圖3 研究區(qū)地電提取與次生暈異常對比Fig.3 Anomaly contrast between geoelectrochemical extraction and secondary halo in the study area

通常情況下，土壤中各金屬元素含量并不高，提取之后土壤中元素因被提取而減少。但是，在地電提取過程中元素首先被富集到提取電極周圍的土壤中，然后才被電極提取進(jìn)入吸附材料。因此，提取之后土壤中金屬元素含量取決于兩個因素：提取前的富集程度、地電提取的提取量。如果提取量不大，而且提取前的富集程度明顯，則會使提取后的土壤中元素含量增加;如果提取量足夠大，土壤元素含量則會減少。

提取過程中元素的活性成分起著決定性作用。如果活性成分的元素含量多，則提取前后土壤中元素含量增減明顯，否則差異不大。在無礦的地方，例如圖2中24號點以后，土壤中沒有太多的活性金屬，因此提取前后元素含量變化很小。在礦體出露地表的地方殘留的原生礦物較多，風(fēng)化程度不一致，分布也極不均勻。地電提取過程中，在電場的催化下，元素會從不活潑形式轉(zhuǎn)化為活潑的形式;因此，提取后土壤中元素含量的變化很大。當(dāng)然，并不是所有活潑的金屬元素都能被提取走，也有可能造成提取后土壤中元素含量增加的現(xiàn)象。

3.2 次生暈與地電提取對比

結(jié)合4種元素在提取前后的變化特征和土壤中元素的賦存特點，對比了次生暈與地電提取兩種方法的應(yīng)用結(jié)果(圖3)，發(fā)現(xiàn)次生暈和地電提取都有異常反映，但是各有特點：

1)地電提取、次生暈異常特征均為：Co、Ni明顯，W次之，Cr無異常。

以Co、Ni為例，次生暈的異常范圍包括了地表礦體、控礦斷裂和斷裂下盤的埋藏礦體；地電提取異常卻遠(yuǎn)離了地表礦體，而是在控礦斷裂和斷裂下盤的埋藏礦體的正上方。因此，次生暈的異常范圍寬，而地電提取異常范圍窄。

在前文中提到的Co、Ni元素能轉(zhuǎn)化為活性成分的比例高;且Co、Ni在表生條件下性質(zhì)相近，主要以絡(luò)合物形式存在于土壤中，其賦存形式是活性的，容易被提取。因此，這兩種元素的地電提取異常均較明顯。

W卻呈現(xiàn)不同的異常形態(tài)。W的次生暈在礦體下坡位置富集、含量變高，表現(xiàn)出明顯受地形影響的特征，這與W在表生作用下的性質(zhì)有關(guān)，即其以黑鎢礦的形式進(jìn)行物理遷移和風(fēng)化為主。而W的地電提取異常則是跳躍式的，這與前文的特征相符：W在提取前后δ均值較大，為11.93，標(biāo)準(zhǔn)離差也大，為17.84(表2)。

Cr在土壤中含量高、分布穩(wěn)定，且不易被提取，因此次生暈、地電提取均無異常。

2)將兩種方法進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)次生暈元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要比地電提取高；與礦體的相對位置不同，兩者的差異也不同。

不含礦的土壤中，地電提取、次生暈均為低值區(qū)，其原因是土壤中以活性成分存在的元素并不多，無法被提取出來而使得地電提取元素含量發(fā)生明顯變化。

靠近原生礦體的半風(fēng)化層中次生暈明顯比地電提取穩(wěn)定且含量高。地電提取能夠提取到的只是元素土壤總量的極少部分，因此，在原生礦體附近次生暈含量占優(yōu)勢。

原生礦床出露地表之后，礦物遭受風(fēng)化，其中金屬元素會向坡下的低處遷移，被坡下的地表土壤所吸附。在0--13號點之間元素經(jīng)風(fēng)化作用從礦體附近被搬運至此。從圖3中可以看出該區(qū)間土壤中元素含量不比13--24號點之間低，但其含量出現(xiàn)較明顯的波動，說明元素賦存形式產(chǎn)生一定變化。而地電提取在此區(qū)間的異常最為明顯，表明經(jīng)過風(fēng)化之后，土壤中的元素賦存狀態(tài)有利于地電提取的進(jìn)行。

根據(jù)以上特征，可以得出以下認(rèn)識：1)無礦部位，地電提取含量和次生暈的含量都是低值。2)在礦體出露地表的位置，土壤中大量殘留的原生礦物影響了地電提取異常，使地電提取異常規(guī)律不明顯。3)在礦體下坡、地勢低的位置，地電提取異常出現(xiàn)明顯優(yōu)勢。4)由于地球化學(xué)行為的不同，各元素呈現(xiàn)不同特征：W的含量具有跳躍性；Cr在土壤中分布穩(wěn)定，活性成份不高，地電提取異常不明顯；Co、Ni的活性成份較高，有利于地電提取異常的形成。

4 結(jié)論

1)地電提取前后土壤中金屬元素含量變化不大，表明能夠被提取的金屬只占土壤金屬總量的極小部分，即本地質(zhì)剖面的土壤中活性金屬元素比例不高。

2)在大根壟礦區(qū)中，4種元素的次生暈、地電提取異常特征各不相同。Cr的次生暈異常、地電提取異常均不明顯；Co、Ni的兩種異常都明顯；W呈現(xiàn)了地電提取異常，但對礦體位置的指示性不好，W的次生暈異常明顯受地形影響。

3)對于Co、Ni而言，礦體的風(fēng)化程度越高，越有利于地電提取異常,其地電提取異常范圍相對次生暈要窄些。

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Mechanism of Geoelectrochemical Extraction from Dagenlong Tungsten Deposit in Hunan

Ouyang Fei1，2，Luo Xianrong2，F(xiàn)u Lichun3

1.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China2.GuangxiKeyLaboratoryofConcealedMetallicOreDepositExploration/ResearchInstituteofConcealedDepositForecast,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004,Guangxi,China3.HeilongjiangGeneralProspectingInstituteofGeologicalExploration,Harbin150046,China

In order to discover the mechanism and anomaly origin of geoelectrochemical extraction, an experimental study has already been conducted in Dagenlong Tungsten deposit in Hunan. We take soil samples by interval of 20 m, and implement the geoelectrochemical extraction under the working conditions of the following three: the extracting time is 24 hours, the dose of HNO3is 1 000 mL, and the distance between two electrodes is 50 cm. The result shows that the variation of metal element content is insignificant in soil after extracting, and the extracted metal elements are proportional to the whole metal in the soil. The morphology comparison of anomaly between the geoelectrochemical extraction and the secondary halo shows that Ni and Co is clear, W is less, and Cr has no anomaly. The characteristics of anomaly mainly depend on the content proportion of element which is active in soil. Comprehensive analysis shows that the anomalies of geoelectrochemical extraction related to the relative position of the ore body. It is easy to form anomaly at downhill position, and distance too close to native ore body have obvious interference to anomaly. In this ore deposit area, the higher weathering degree, the better Co，Ni anomaly of geoelectrochemical extraction. The anomaly width of geoelectrochemical extraction is smaller than secondary halo.

geoelectrochemical extraction; tungsten deposit; Dagenlong in Hunan Province; characteristics of anomalies

10.13278/j.cnki.jjuese.201506306.

2015-03-01

中國地質(zhì)調(diào)查局項目(2011-01-58-03);廣西地質(zhì)工程中心重點實驗室開放基金項目(桂科能07109011-K013)

歐陽菲(1980--)，男，講師,博士研究生，主要從事勘查地球化學(xué)的研究及教學(xué)工作，E-mail:ouyf@glut.edu.cn

羅先熔(1953--)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事勘查地球化學(xué)的研究及教學(xué)工作，E-mail:lxr811@glut.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506306

P632.1

A

歐陽菲，羅先熔，付立春.湖南大根壟鎢多金屬礦地電提取法機(jī)理.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版,2015,45(6):1879-1885.

Ouyang Fei，Luo Xianrong，F(xiàn)u Lichun.The Mechanism of Geoelectrochemical Extraction from Dagenlong Tungsten Deposit in Hunan.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1879-1885.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506306.