地球電化學(xué)方法在秦嶺柳梢溝金礦找礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

張有軍，羅先熔，段煥春，韓彩云，苑鴻慶，宋艷偉，李智芳，高楊

(1.桂林理工大學(xué)a.地球科學(xué)學(xué)院;b.隱伏礦床預(yù)測(cè)研究所;c.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004;2.華北地質(zhì)勘查局，天津300170;3.武警黃金部隊(duì)第九支隊(duì)，海口571127)

地球電化學(xué)勘查法不同于常規(guī)的物化探法，它是把兩者有效結(jié)合起來(lái)而組成的一種方法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用地球電化學(xué)開(kāi)展了大量的找礦可行性實(shí)驗(yàn)研究[1－6]。其自20世紀(jì)80年代引入我國(guó)后，運(yùn)用在不同覆蓋區(qū)進(jìn)行找礦研究[7－14]，如華東沖積平原、華南第四紀(jì)覆蓋區(qū)、東北原始森林覆蓋區(qū)、西北干旱的荒漠和戈壁區(qū)、內(nèi)蒙草原覆蓋區(qū)等，開(kāi)展了金、銀、銅鎳、鉛鋅等金屬礦的找礦，取得了良好的效果。

為了在秦嶺造山帶尋找盲礦和已知礦體外緣找礦，選取秦嶺及秦祁昆地區(qū)3個(gè)礦區(qū)開(kāi)展地電提取研究工作。結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)背景，通過(guò)對(duì)柳梢溝等不同礦區(qū)地電提取的主成礦元素分析，采用襯度異常法等多種地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)主成礦元素進(jìn)行處理，探究單元素異常和襯度累加異常的示礦效果和在靶區(qū)圈定中的作用，進(jìn)而探討地球電化學(xué)找礦方法的可行性和有效性。

1 地質(zhì)背景

秦嶺造山帶是中國(guó)大陸華南、華北板塊之間歷經(jīng)長(zhǎng)期多次復(fù)雜演化形成的大陸造山帶，大體經(jīng)歷了晚太古代—中元古代造山帶結(jié)晶基底形成發(fā)育、晚元古代—中三疊世板塊構(gòu)造演化及全面碰撞造山、中新生代強(qiáng)烈的陸內(nèi)構(gòu)造作用的3個(gè)主要演化階段[15－17]。伴隨造山帶復(fù)雜的形成演化活動(dòng)而發(fā)生了成礦作用，其以成礦時(shí)間跨度大、礦床類(lèi)型繁多、成礦規(guī)模大、分布范圍廣、儲(chǔ)存條件復(fù)雜為特征[18]。其中，西秦嶺地區(qū)是重要的金、銀、鉛、鋅等多金屬成礦帶，柳梢溝金礦集區(qū)位于該多金屬成礦帶中。

柳梢溝金礦集區(qū)位于太陽(yáng)寺斷裂和黃家坪斷裂之間(圖1)，東、南、西側(cè)分別有磨扇溝巖體、太白巖體和天子山巖體。區(qū)內(nèi)基底為元古代秦嶺群，出露的主要地層為下古生界丹鳳群和泥盆系的大草灘群。其中，丹鳳群的黑灣里巖組、木其灘組為該區(qū)的主要賦礦地層[19]，區(qū)內(nèi)大量發(fā)育斷裂構(gòu)造和晚三疊紀(jì)的侵入巖，巖體主要以中酸性為主，且與成礦作用在時(shí)空上有密切聯(lián)系。

圖1 西秦嶺柳梢溝礦集區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖[19]Fig.1 Sketch geogogy map of Liushaogou district，West Qinling Orogen

2 方法技術(shù)

2.1 原理與測(cè)試

地電化學(xué)方法是借助外加電場(chǎng)作用，將有效域內(nèi)呈活動(dòng)態(tài)的金屬離子遷移到指定接收器，并分析接收器上吸附的電解物，可以發(fā)現(xiàn)與礦有關(guān)的金屬元素異常[20－21]。地電提取技術(shù)規(guī)范[5]:①離子接收器，由導(dǎo)電能力強(qiáng)的碳棒和除去雜質(zhì)泡塑組成;②電提取技術(shù)參數(shù):供電電壓9 V，提取極距1 m，提取液為15%硝酸，供電時(shí)間48 h。

2.2 數(shù)據(jù)處理

為了研究地電提取的主成礦元素?cái)?shù)據(jù)能否更清晰地指示隱伏礦體的賦存位置，在甘肅柳梢溝銀多金屬礦集區(qū)開(kāi)展了試驗(yàn)研究，并對(duì)本研究組在尕大阪和周庵礦區(qū)的地電提取數(shù)據(jù)(表1)一并利用異常襯度法等多種方法進(jìn)行處理。異常襯度法具有強(qiáng)化弱異常、突出多元素套合異常的特征[22]。襯度異常法處理后的數(shù)據(jù)為無(wú)量綱的數(shù)值，而且平均值為1。筆者在對(duì)地球電化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行襯度處理時(shí)，不僅考慮單元素的襯度異常，而且進(jìn)一步探究了累加襯度異常的作用，更好地利用累加元素這一地化指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)。

2.2.1 單點(diǎn)襯度值單點(diǎn)襯度值(K，無(wú)量綱量)是指每個(gè)采樣點(diǎn)的某一元素原始值與該元素的背景值之比。當(dāng)K＞1時(shí)，為相對(duì)富集;當(dāng)K＜1時(shí)，為相對(duì)貧化。因此，該值可以用來(lái)指示元素的相對(duì)富集和貧化的程度。

2.2.2 單點(diǎn)襯度累加值在不同類(lèi)型的礦床中，同種元素的單點(diǎn)襯度值K變化范圍非常大。但是統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，對(duì)于同一礦床中的主伴生元素，單點(diǎn)襯度值的變化不大，符合正態(tài)分布。因此，通過(guò)對(duì)同一礦區(qū)地電提取元素的單點(diǎn)襯度值求其背景值，同一研究區(qū)不同元素單點(diǎn)襯度值的背景值變化范圍不大(圖2)。因此，結(jié)合主成礦元素的伴生關(guān)系、地電提取元素的相關(guān)性分析、聚類(lèi)分析及因子分析，合理地把主成礦及伴生元素的單點(diǎn)襯度值進(jìn)行累加(如表1中帶*元素)，探究襯度累加值的示礦效果和累加主成礦元素襯度異常在圈定靶區(qū)中作用。

單點(diǎn)襯度累加值(∑K)指同一研究區(qū)不同測(cè)試元素的單點(diǎn)襯度值(K)之和，即∑K=K1+K2+…Kn(K為不同元素的單點(diǎn)襯度值，n為自然數(shù))。在圈定靶區(qū)時(shí)，可以再對(duì)單點(diǎn)襯度累加值(∑K)求其背景值及異常下限，探尋累加襯度異常法在已知礦體上和靶區(qū)圈定中的指示意義。

表1 不同研究區(qū)地電提取元素?cái)?shù)據(jù)Table 1 Geo-electrochemical datum from different study areas

圖2 不同礦區(qū)單點(diǎn)襯度值的背景值變化特征Fig.2 Background value of simple point contract values in different ore district

3 已知礦體上方的可行性試驗(yàn)

分別對(duì)3個(gè)礦區(qū)已知剖面上的地電提取單元素異常、襯度累加異常特征進(jìn)行分析。

3.1 東秦嶺周庵礦集區(qū)

周庵銅鎳－鉑族礦床位于南陽(yáng)盆地西南緣，構(gòu)造上屬于秦嶺造山帶東段商丹斷裂帶以南的南秦嶺造山帶[22－27]。如圖3所示，在12號(hào)勘探線剖面線上，B區(qū)段明顯出現(xiàn)了較大規(guī)模和強(qiáng)度的Cu、Ni、Cr、Co和Ag單元素地電提取異常，呈鋸齒狀，且異常較為同步、吻合程度較高;在A和C異常區(qū)段，也出現(xiàn)強(qiáng)度不等的單元素異常，可能是由于礦體兩側(cè)邊緣帶引起的。然而，A、B、C、D這4個(gè)規(guī)模和強(qiáng)度不同的異常，其單元素異常不能清晰地反映出礦體所賦存的位置。而單點(diǎn)襯度累加值(∑K)在B異常區(qū)段明顯出現(xiàn)了較大規(guī)模和較大強(qiáng)度的組合異常(圖3c)，異常呈“山”型，異常強(qiáng)度及規(guī)模比兩側(cè)A和C異常區(qū)段明顯，表明礦體上方的異常強(qiáng)度比礦化(帶)的異常強(qiáng)度大，對(duì)于指示礦體位置具有一定的優(yōu)勢(shì)。

圖3 周庵礦區(qū)12號(hào)測(cè)線地電數(shù)據(jù)處理前后異常對(duì)比剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[24]修改)Fig.3 Anomalies comparison of Line 12 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Zhou'an mine

3.2 青海尕大阪銅多金屬礦集區(qū)

尕大阪礦區(qū)位于秦祁昆晚加里東造山系祁連造山亞帶[30]，成礦區(qū)帶屬于北祁連成礦帶走廊南山銅多金屬成礦亞帶[31]。如圖4所示，單元素異常和累加襯度異常都集中在4～9號(hào)測(cè)點(diǎn)，出現(xiàn)了Cu、Pb、Zn和Au地電提取異常，異常呈單峰出現(xiàn)，強(qiáng)度較大，且異常吻合程度較高，示礦效果明顯。在礦體的上方，單點(diǎn)襯度累加值(∑K)異常形態(tài)出現(xiàn)了明顯的高強(qiáng)度單峰異常，異常位于主礦體的垂直投影上方，可以清晰指示礦體所在位置(圖4c)。

3.3 西秦嶺柳梢溝礦區(qū)

在西秦嶺柳梢溝礦區(qū)1000號(hào)勘探線的已知礦體(圖5)，單元素和襯度累加異常都集中在剖面7～16號(hào)測(cè)點(diǎn)(A區(qū)段)和24～30號(hào)測(cè)點(diǎn)(B區(qū)段)。在A區(qū)段，Au、Ag、Cu和Pb單元素電化學(xué)異常(圖5b)強(qiáng)度和規(guī)模較大，呈單峰分布，且異常吻合程度較高;在B區(qū)段，Au、Ag、Cu、Pb和Zn單元素異常單峰分布，且異常吻合程度較高，但異常強(qiáng)度和規(guī)模明顯比A區(qū)段的異常弱。單點(diǎn)襯度累加值在A區(qū)段和B區(qū)段也出現(xiàn)了異常，A區(qū)段的異常強(qiáng)度較高，呈偏“兔耳狀”，有明顯的示礦優(yōu)勢(shì)(圖5c);在B區(qū)段也出現(xiàn)了弱的異常，異常形狀也呈偏“兔耳狀”，經(jīng)工程驗(yàn)證，在深部見(jiàn)到細(xì)小的礦脈。因此，可以看出襯度累加異常的強(qiáng)度與礦體的規(guī)模成正相關(guān)。

圖4 青海尕大阪7號(hào)測(cè)線地電數(shù)據(jù)處理前后異常對(duì)比剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[23]修改)Fig.4 Anomalies comparison of Line 7 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Gadaban

圖5 柳梢溝1000測(cè)線地電數(shù)據(jù)處理前后異常對(duì)比剖面圖Fig.5 Anomalies comparison of Line 1000 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Liushaogou ore district

4 柳梢溝金礦找礦標(biāo)志和找礦預(yù)測(cè)

4.1 找礦標(biāo)志

(1)地質(zhì)標(biāo)志:從柳梢溝金礦成礦條件和控礦因素可知，丹鳳群的黑灣里巖組、木其灘組的黃鐵礦化石英巖、絹云母石英片巖、糜棱巖、碎裂巖等是在該地區(qū)找礦的地層標(biāo)志;區(qū)域大斷裂附近的EW向、NE向次級(jí)斷裂蝕變構(gòu)造帶、片理化帶內(nèi)，是主要的控礦構(gòu)造，也是找金的重要標(biāo)志。

(2)化探異常標(biāo)志:土壤地球化學(xué)測(cè)量Au、Ag、Cu、Pb、Zn異常帶為有利找礦地段。

(3)地球電化學(xué)標(biāo)志:地電提取以Au、Ag、Cu、Pb、Zn異常為主，在已知礦體上方，具有較好的示礦效果。

已知礦體上方的地電提取試驗(yàn)結(jié)果表明，單元素和襯度累加異常地化指標(biāo)示礦效果較好。因此，綜合上述找礦標(biāo)志和礦區(qū)地質(zhì)特征，建立柳梢溝金礦地質(zhì)－地電化學(xué)找礦模型如圖6。

4.2 找礦預(yù)測(cè)

按照研究思路，從已知到未知，由點(diǎn)到線及面，根據(jù)已知剖面的研究，在柳梢溝礦區(qū)外圍開(kāi)展了地區(qū)電提取找礦預(yù)測(cè)。

4.2.1 平面異常特征地球電化學(xué)異常中，Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素異常規(guī)模較大，三級(jí)濃度分帶明顯，異常主要位于賦礦地層丹鳳群的黑灣里組e層((Z－O)he)絹云石英片巖與d層((ZO)hd)綠泥綠簾片巖夾絹云石英片巖內(nèi)，有斷層F15穿過(guò)，各元素異常套合較好，異常軸線延伸方向與斷裂走向一致(圖6a～6e)。在F16斷裂的分支交匯處，均有Au、Ag、Cu、Pb、Zn異常的分布。

利用襯度累加異常，結(jié)合地質(zhì)背景圈定了5處內(nèi)中外帶發(fā)育完整的異常帶(圖6f):∑-1異常帶內(nèi)有兩個(gè)濃集中心，位于斷裂的交匯處;∑-2異常帶位于(Z－O)he與泥盆系何家店組(Dh3)之間的韌性剪切帶內(nèi);∑-3主要位于(Z－O)hd中，其南邊為斷層F15穿過(guò);∑-4和∑-5分別位于(ZO)he和(Z－O)hd中。

4.2.2 找礦預(yù)測(cè)根據(jù)地電提取單元素和襯度累加異常特征，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)條件，按照找礦潛力的大小，在該區(qū)劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)找礦靶區(qū)(圖7)。其中:Ⅰ類(lèi)靶區(qū)1個(gè);Ⅱ類(lèi)靶區(qū)2個(gè)(Ⅱ－1、Ⅱ－2);Ⅲ類(lèi)靶區(qū)1個(gè)。

Ⅰ類(lèi)靶區(qū)位于研究區(qū)的西南側(cè)，跨越PⅠ、PⅡ、PⅢ3條測(cè)線，面積約0.048 km2。Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素和襯度累加值均出現(xiàn)較為明顯的異常，二者吻合程度較高，異常所處地質(zhì)部位成礦條件優(yōu)越，推測(cè)在Ⅰ類(lèi)靶區(qū)深部是尋找隱伏礦的最佳有利部位，建議加大在Ⅰ類(lèi)靶區(qū)找礦的地質(zhì)研究工作，達(dá)到尋找隱伏礦目的。

Ⅱ－1類(lèi)找礦靶區(qū)的北部，橫跨PⅢ、PⅣ、PⅤ3條測(cè)線，面積約0.027 km2。Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素和襯度累加值均出現(xiàn)較為明顯的異常，二者吻合程度中等，異常所處地質(zhì)部位成礦條件優(yōu)越，推測(cè)在Ⅱ類(lèi)靶區(qū)深部是尋找隱伏礦的有利部位，建議加大在Ⅱ類(lèi)靶區(qū)找礦的地質(zhì)研究工作。

Ⅱ－2類(lèi)找礦靶區(qū)的北部，橫跨PⅤ、PⅥ2條測(cè)線，面積約0.018 km2。Au、Ag、Cu、Pb單元素和襯度累加值均出現(xiàn)較為明顯的異常，吻合程度中等，位于(Z－O)he絹云石英片巖與何家店組第三段(Dh3)絹云母板巖、變長(zhǎng)石石英砂巖分界的斷層(F16)破碎帶內(nèi)，軸線延伸與斷層破碎帶走向一致。

Ⅲ類(lèi)找礦靶區(qū)位于研究區(qū)中部，斷層F15與F16之間。Au、Cu、Zn單元素和襯度累加值均出現(xiàn)明顯的異常，二者吻合程度一般，異常位于黑灣里組e層絹云石英片巖中。

總之，該區(qū)處于西秦嶺重要的金、銀、鉛、鋅等多金屬成礦帶上，褶皺、斷裂較為發(fā)育，斷裂有區(qū)域性東峪－太陽(yáng)寺斷裂等，褶皺主要發(fā)育于店子上－太陽(yáng)寺推覆體內(nèi)，總體為一復(fù)式向斜。礦區(qū)的西北、南部、北東側(cè)分別與天子山、太白牙、磨扇壩等具多期侵入活動(dòng)的中酸性、酸性的侵入體相鄰，賦礦地層為丹鳳群木其灘巖組和黑灣里巖組，長(zhǎng)期持續(xù)的變質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，可以說(shuō)本區(qū)有良好的成礦“源－運(yùn)－儲(chǔ)”地質(zhì)條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

研究地球化學(xué)異常是化探找礦的最基本、最重要的任務(wù)之一，不僅具有重要的理論意義，而且具有重要的實(shí)際找礦意義。前人研究表明，在找礦工作中綜合利用組合元素異常，使勘查地球化學(xué)找礦信息更加可靠。然而，同一研究區(qū)不同測(cè)試元素的單位量綱不同，不利于進(jìn)行不同數(shù)量級(jí)的指示元素組合研究。因此，筆者在常規(guī)的數(shù)據(jù)處理方法的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行襯度處理，然后結(jié)合礦石中成礦元素的伴生關(guān)系、地電提取元素的相關(guān)性分析、聚類(lèi)分析及因子分析，把不同元素的襯度值進(jìn)行累加，再對(duì)累加襯度值求取背景值及異常下限，更加深入地探究累加襯度異常在找礦中的效果。

圖6 西秦嶺柳梢溝礦區(qū)地球電化學(xué)提取異常平面圖Fig.6 Anomalies of geo-electrochemical elements in Liushaogou district，west Qinling

圖7 西秦嶺柳梢溝礦區(qū)地球電化學(xué)找礦預(yù)測(cè)靶區(qū)Fig.7 Geo-electrochemical prospecting predicting target in Liushaogou district，west Qinling

(1)在秦嶺地區(qū)開(kāi)展地球電化學(xué)提取試驗(yàn)，單元素異常和累加襯度異常綜合分析表明，地球電化學(xué)找礦方法在該地區(qū)尋找隱伏金銀銅等金屬礦床是可行、有效的。

(2)通過(guò)示范研究，總結(jié)出地球電化學(xué)的找礦指標(biāo)，建立了柳梢溝地質(zhì)－地球電化學(xué)找礦模型，在該地區(qū)尋找類(lèi)似的隱伏礦床是適用的。

(3)在柳梢溝礦區(qū)，綜合利用單元素異常、單點(diǎn)襯度異常和累加襯度異常，圈定了4個(gè)規(guī)模不等異常靶區(qū)。靶區(qū)的軸線延伸方向與該區(qū)的斷裂走向一致，與秦嶺造山帶的主構(gòu)造線方向一致，推測(cè)其具有較大的找礦遠(yuǎn)景。

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