甘肅北山地區(qū)460金礦床植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)機制

宋慈安宋瑋++丁汝福++雷良奇

摘要：為探討旱區(qū)荒漠植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)機制，選擇甘肅北山地區(qū)460金礦床作為研究對象，進(jìn)行了從基巖（礦）→覆蓋層→植物的系統(tǒng)采樣和多項目試驗研究。結(jié)果表明：旱區(qū)荒漠覆蓋條件下，金礦床地下水和土壤水?dāng)y帶的各種可溶性成分和成礦伴生元素在外界潛在蒸發(fā)力、含水量及其變化梯度和植物吸收蒸騰等驅(qū)動力的作用下垂直向上運移；在垂向上，K、Na、Cl、Ca等元素淀積在上部，Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo等成礦伴生元素淀積在下部；在橫向上，礦體及其上部覆蓋層形成的相對氧化酸性環(huán)境形成了Au、Ag、Cu、Zn、As、Sb、Mo等元素相對高含量區(qū)，兩側(cè)基巖及其上部覆蓋層形成的相對還原堿性環(huán)境形成了K、Na、Cl、Ca、Mg、Mn等元素相對高含量區(qū)；生長在礦體上部的植物吸收了較多的Au、Ag、Cu、As、Mo等元素，形成了植物地球化學(xué)異常；由于不同根深的植物吸取水分及元素的深度和基質(zhì)類型不同，所以它們吸收的元素組合及含量也不相同；旱區(qū)荒漠覆蓋條件下，植物地球化學(xué)異常的形成主要與地下水和土壤水將下部成礦伴生元素搬運到上部植物根系所能達(dá)到的部位有關(guān)；不同根深的植物產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合、強度等特征具有一定的差異。

關(guān)鍵詞：植物地球化學(xué)異常；金礦床；紅沙；梭梭；地學(xué)機制；水鹽運移；荒漠；甘肅

中圖分類號：P593文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Formation Geomechanism of Botanogeochemical Anomaly of 460 Au Deposit in Beishan Area of Gansu

SONG Cian1，2， SONG Wei3， DING Rufu4， LEI Liangqi1，2

（1. Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration， Guilin University of Technology，

Guilin 541004， Guangxi， China； 2. College of Earth Sciences， Guilin University of Technology，

Guilin 541004， Guangxi， China； 3. School of Computers， Guangdong University of Technology，

Guangzhou 510006， Guangdong， China； 4. Beijing Research Institute of Geology for

Mineral Resources， Beijing 100145， China）

Abstract： In order to understand the formation geomechanism of botanogeochemical anomaly in arid desert， the samples were collected from bedrock （ore）， cover and plants of 460 Au deposit in Beishan area of Gansu， and the contents of water， pH and Eh values， element contents were measured， and the formation geomechanism model was built. The results show that a variety of soluble components， oreforming and associated elements carried by groundwater and soil water move upward vertically by the action of driving forces including the external potential evaporation， water content and its gradient， and absorption and transpiration of plants in Au deposit covered by arid desert； K， Na， Cl and Ca are vertically rich in the upper part， and the oreforming and associated elements （Au， Ag， Cu， Pb， Zn， As， Sb and Mo， etc.） are vertically rich in the lower part； laterally， the ore body and its upper covering layers， which are relative oxydic and acidic， are relatively high content areas of Au， Ag， Cu， Zn， As， Sb and Mo， but the bilateral bedrock and its upper covering layers， which are relative reductive and alkaline， are relatively high content areas of K， Na， Cl， Ca， Mg and Mn； the plants in the upper part of the ore body absorb more elements （Au， Ag， Cu， As and Mo， etc.）， and the botanogeochemical anomaly is formed； the depths and matrix types of elements and water absorbed by plants with different depths of roots are not the same， so that the element association and contents absorbed by plants are different； the formation of botanogeochemical anomaly in arid desert is mainly related with the underground and soil waters which transport oreforming and associated elements from the lower part to the upper part， so that the root of plant can absorb the elements； the element combination and strength of geochemical anomaly in the plants with different depths of root are different.

Key words： botanogeochemical anomaly； Au deposit； Reaumuria soongrica； Haloxylon ammodendron； geomechanism； warersalt transport； desert； Gansu

0引言

利用植物地球化學(xué)在旱區(qū)荒漠尋找隱伏礦已在世界許多國家和地區(qū)得到應(yīng)用并取得積極成效。澳大利亞西部、北部旱區(qū)利用一種耐干耐鹽的灌木找金，異常反映的礦體深度可達(dá)40 m，還能反映深部礦體的形態(tài)和規(guī)模大小[14]。南美洲玻利維亞和阿根廷安第斯山脈高原旱區(qū)應(yīng)用的一種作為植物化探的“Thola”灌木找礦效果極為顯著[57]。北美洲美國西南和墨西哥沙漠，非洲摩洛哥、埃及到撒哈拉沙漠以及博茨瓦納、尼日爾等旱區(qū)也開展了許多植物化探研究，至少總結(jié)出這些旱區(qū)35種以上的找礦有效植物 [812]。中國新疆、甘肅、青海、內(nèi)蒙古等荒漠區(qū)也開展過少量植物找礦試驗：鉛鋅礦區(qū)植物中Pb異常能準(zhǔn)確指示鉛鋅礦位置；銅礦區(qū)植物中Cu異?？梢苑从陈裆?0～500 m的盲礦體；金礦區(qū)植物中Au異常可以反映70 m深處的金礦信息[1322]。國內(nèi)外實踐說明，在旱區(qū)荒漠應(yīng)用植物化探找礦是一種有效可行的方法。但是直到現(xiàn)在，旱區(qū)荒漠植物化探依然沒有成為國內(nèi)外化探的主流方法。在中國荒漠區(qū)的化探普查主要是應(yīng)用地表巖屑化探，植物化探僅有極少數(shù)的試驗工作。究其原因，客觀上可能是因為該方法比巖屑化探復(fù)雜，同時從技術(shù)理論上來說，對荒漠區(qū)植物地球化學(xué)異常的形成機理、找礦深度等理論模型的研究基本上還屬于“空白”，這在一定程度上影響了對植物地球化學(xué)異常的科學(xué)解釋和評價，使得植物化探方法難以得到廣泛的推廣應(yīng)用。本文選擇甘肅北山荒漠區(qū)460金礦床作為試驗場所，在已發(fā)現(xiàn)礦床上植物地球化學(xué)異常的基礎(chǔ)上，通過淺井開展從基巖（礦）→覆蓋層→植物系統(tǒng)采樣及多項目測試工程，以荒漠特殊水熱條件、剖面土壤地質(zhì)物化特征研究為背景，重點研究荒漠植物系統(tǒng)元素的分布分配與遷移轉(zhuǎn)化，剖析植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)原因和條件，旨在從理論上探討干旱荒漠景觀植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)機制。

1區(qū)域地質(zhì)概況

1.1地貌特征

460金礦床位于甘肅省肅北縣馬鬃山鎮(zhèn)境內(nèi)，北山地區(qū)西北部，屬典型大陸性溫帶干旱氣候，降水量小，蒸發(fā)量大，干燥多風(fēng)，冬季嚴(yán)寒，夏季酷熱，晝夜溫差大。該區(qū)年降水量不到75 mm，而潛在年蒸發(fā)量大于2 300 mm [2325]。該區(qū)屬山前平原荒漠戈壁及殘山丘陵地貌，海拔高度約1 800 m，比高為5～50 m。區(qū)內(nèi)無常年性地表溪流，只有夏季暴雨短暫性洪水沖刷形成的沙溝?；哪瓯趶V泛分布第四系松散堆積覆蓋物，主要由風(fēng)積沙土和沖、洪積砂礫組成，呈半松散—半膠結(jié)狀。風(fēng)積沙土一般為砂泥質(zhì)；沖、洪積砂礫從細(xì)砂到礫石（粒徑為10～20 cm）均有，呈次棱角狀。覆蓋物厚度為05～300 m，一般厚度為2～5 m。第四系覆蓋物下的基巖風(fēng)化強烈，殘積及風(fēng)化層厚度為05～150 m，裂隙極為發(fā)育。地下水為第四紀(jì)堆積孔隙水和基巖裂隙潛水，地下水位深一般為3～6 m，最淺為05～2.0 m，最深大于50 m。深部基巖斷裂破碎裂隙發(fā)育時，則與其上第四系孔隙水、基巖裂隙潛水發(fā)生水力聯(lián)系，可形成構(gòu)造含水體。土壤類型主要有灰棕漠土、含砂礫灰漠土、山地灰棕漠土及鹽土，pH值為7.5～95，其多為堿性土，有機質(zhì)含量低[2526]。

該區(qū)自然植被是以溫帶半灌木和荒漠灌木為主[20]。占優(yōu)勢的植物群落為紅沙（Reaumuria soongrica），次為梭梭（Haloxylon ammodendron）。伴生植物有霸王（Zygophyllum xanthoxylon）、 膜果麻黃（Ephedra przewalskii）、小白果刺（Nitraria sibirica）、合頭草（Sympegma regelu）、木本豬毛菜（Salsola arbuscula）、松葉豬毛菜（Salsola laricif olia）、泡泡剌（Nitraria sphaerocarpa Maxim）、細(xì)枝鹽爪爪（Kalidium gracile）、白莖鹽生草（Halogeton arachnoideus Moq.）等。植物總覆蓋度為15%～20%。紅沙屬檉柳科紅沙屬， 為半灌木，垂直根深可超過2 m；梭梭屬藜科梭梭屬，為小喬木，垂直根深可超過4 m。二者均為典型的旱生植物，耐旱、耐鹽、耐堿、耐貧瘠[2729]。

1.2地質(zhì)背景

460金礦床大地構(gòu)造位置處于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊碰撞形成的板塊縫合線上，緊鄰紅石山—黑鷹山地體。地層主要為下石炭統(tǒng)白山組中酸性變質(zhì)火山巖及碎屑沉積巖。巖漿巖主要為花崗閃長巖，呈巖基、巖株狀產(chǎn)出。構(gòu)造以近NW向斷裂為主，為礦區(qū)的主要控礦容礦構(gòu)造。含金石英脈主要產(chǎn)于花崗閃長巖內(nèi)接觸帶及外接觸帶變質(zhì)巖的斷裂或裂隙中；單脈長200～400 m，最長900 m；厚04～10 m，最厚3.5 m；傾向NNE或SSW，傾角70°～80°，局部近直立。礦石礦物組合主要為黃鐵礦、黃銅礦、輝銅礦及石英、長石、綠泥石、絹云母等；Au以自然金及斜方碲金礦、針碲金銀礦等碲化物的形式存在。礦石構(gòu)造有細(xì)脈狀—網(wǎng)脈狀及條帶狀、團塊狀等；結(jié)構(gòu)有半自形—他形結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。圍巖蝕變有硅化、碳酸鹽化、絹云母化、綠泥石化、綠簾石化等。成礦階段可劃分為石英黃鐵礦階段、石英多金屬硫化物階段和石英碳酸鹽階段。該礦床屬于淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床[3032]。礦區(qū)中變質(zhì)火山巖、碎屑巖及花崗閃長巖等巖石的Au、Ag含量較高，平均含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）分別為142×10-9和1.41×10-6，是區(qū)域背景相應(yīng)巖石平均含量的157.8倍和10.1倍。

2試驗方法

2.1試驗地段選擇

在已發(fā)現(xiàn)礦床植物地球化學(xué)異常的基礎(chǔ)上，選擇具有一定厚度的第四系覆蓋、地表植被較發(fā)育且已被工程證實其深部存在有金礦體的地段開挖淺井進(jìn)行試驗。該區(qū)曾開展過植物地球化學(xué)異常剖面工作，在花崗閃長巖和變質(zhì)巖中的金礦體上方均發(fā)育Au、Ag、Cu、Sb、Mn、V等植物地球化學(xué)異常。Au異常強度為（4196～7589）×10-9，峰值為（520～738）×10-9[33]。

2.2淺井工程編錄

淺井長4 m，深5.87 m。淺井?dāng)嗝孀陨隙驴煞譃?層（圖1），分別為A0、A、B1、B2、B3、C、D層。

A0層為硝鹽殼層，厚0002～0040 m。

A層主要為風(fēng)積中—細(xì)粒砂及泥，底部沖積洪積物增多，呈半松散狀，厚約1.6 m。紅沙、梭梭等植物側(cè)根可達(dá)該層，主根已穿過該層。

B1層為沖、洪積含中礫中—細(xì)粒砂及泥，呈半膠結(jié)狀，厚約10 m。紅沙主根到達(dá)該層，梭梭主根穿過該層。

B2層為沖、洪積含巨礫中—細(xì)粒砂及泥，呈半膠結(jié)狀，厚約115 m。梭梭主根穿過該層，在該層上部還發(fā)現(xiàn)少數(shù)紅沙細(xì)根。

B3層為沖、洪積含巨—中礫中—細(xì)粒砂及泥，呈半膠結(jié)狀，厚約0.7 m。梭梭主根穿過該層。

C層主要為殘積，具有片理化的大小不一巖石碎塊及砂泥。該層可見石英脈大的碎塊，石英孔洞中褐鐵礦銹斑發(fā)育，厚約0.4 m。梭梭主根穿過該層。

D層為弱風(fēng)化綠泥石石英片巖，產(chǎn)狀近直立，均已蝕變，主要為硅化、含鐵碳酸鹽化、黃鐵礦化（部分已氧化為褐鐵礦），近礦蝕變較強，向遠(yuǎn)處逐漸減弱。巖石中順層片理及裂隙發(fā)育。石英脈型金礦體產(chǎn)于片巖中，礦體厚約08 m，傾向20°，傾角70°～85°。礦石為被褐鐵礦強烈污染呈深褐色的石英塊體，塊體中見大量黃鐵礦流失孔，硅質(zhì)隔膜及絹云母、綠泥石、黃鐵礦、含鐵碳酸鹽等礦物。梭梭部分主根插入到基巖（礦）裂隙中。

A0為硝鹽殼層；A為風(fēng)積物層；B1為沖、洪積物上層；B2為沖、洪積物中層；B3為沖、洪積物下層；C為殘積層；D為基巖層（石炭系下統(tǒng)白山組火山變質(zhì)巖系及金礦體）

2.3樣品采集

（1）覆蓋層及基巖樣品采集。采樣間距：淺井?dāng)嗝嫔纤介g距0.5 m，垂直間距約10 m（保證各層至少有一組樣品）（圖1）。樣品類型及數(shù)量：①巖礦鑒定標(biāo)本，尺寸為3 cm×6 cm×9 cm（共6塊）；②覆蓋層、基巖（礦）含水量、pH值測定樣品，覆蓋層每一采樣點采取砂泥（土），質(zhì)量約200 g（共54件），基巖（礦）每一采樣點采取粒徑為1～2 cm的巖（礦）碎塊數(shù)塊，質(zhì)量約200 g（共20件）。③覆蓋層、基巖（礦）元素分析樣品，刻槽取樣，槽尺寸為10 cm×20 cm×5 cm，質(zhì)量約1 kg（共74件），樣品粉碎至粒徑為0074 mm，稱樣50 g包裝待分析。

（2）植物樣品采集。在淺井?dāng)嗝?、1、2、3、4 m處（圖1），覆蓋層上方沿290°方向（即礦體走向）約10 m距離內(nèi)，采集紅沙和梭梭各5株，紅沙和梭梭植株地上部分長度要求分別大于10 m和15 m，植株年齡均在3年左右，分根、莖、葉3部分采取（共30件）。樣品采集后，立即用當(dāng)?shù)厥秤盟磧?、晾干、截斷、烘干?0 ℃），并粉碎至粒徑為02 mm，稱樣50 g包裝待分析。

2.4樣品分析

（1）基巖（礦）、覆蓋物含水量（W）測定：在現(xiàn)場采集覆蓋物砂泥和基巖（礦）碎塊樣品后，立即用感量為0.01 g的天平稱取濕重為M1的樣品，在105 ℃下烘干24 h后取出，在干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱取干重M2。按公式W =（M1/M2-1）×100%計算覆蓋物、基巖（礦）含水量（質(zhì)量比，下同）。

（2）基巖（礦）、覆蓋物pH值測定：半膠結(jié)覆蓋物砂泥和基巖（礦）碎塊粉碎過2 mm篩孔之后，稱取10 g置燒杯中，按1∶1的固水比例加入蒸餾水，攪拌靜置30 min，用pH計測定懸浮液pH值。

（3）植物、覆蓋物和基巖（礦）元素分析：用濕法消化處理植物、覆蓋物和基巖（礦）樣品之后進(jìn)行元素定量分析，得到了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo、Co、Ni、Ti、V、Cr、Mn、K、Na、Ca、Mg、Cl等元素含量；Au元素分析方法為泡塑吸附電感耦合等離子體質(zhì)譜法，As、Sb元素為原子熒光光譜法，Ag元素為發(fā)射光譜法，Ca、Mg、K、Na元素為原子吸收分光光度法，Cl元素為離子色譜法，其他元素為電感耦合等離子質(zhì)譜法。

（4）基巖（礦）、覆蓋層Fe3+和Fe2+測定及Eh值計算：利用重鉻酸鉀容量法分析各覆蓋層、基巖（礦）Fe3+和Fe2+含量，通過Nernst方程計算求出各采樣點的Eh值。

近地表條件下，常見Fe2+→Fe3++e-反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為0771 V，則Eh=0771+0059log（Co/Cr）。Co和Cr分別為氧化態(tài)Fe3+和還原態(tài)Fe2+含量，由此可計算得到Eh值。

3結(jié)果分析與討論

3.1元素在基巖（礦）及覆蓋層中的分布特征

試驗淺井基巖（礦）及各覆蓋層元素的平均含量見表1。淺井?dāng)嗝嬖睾康戎稻€見圖2、3。元素在基巖（礦）和殘積層（C+D層）中的分布可分為3類：一類是成礦元素Au及主要伴生元素Ag、Cu、As、Mo（Ti）含量在殘積層中含量較高，礦體中的含量高于基巖2倍以上，以礦體為中心形成了原生異常；第二類是在礦體中心部位的含量高于基巖不到2倍，沒有形成原生異常，如元素Pb、Zn、Sb、Co、Ni、V、Cr、Mn、Mg；第三類是基巖中元素含量高于礦體中的含量，主要是鹽類元素Ca、K、Na、Cl。這可以認(rèn)為是元素分布的原始基礎(chǔ)狀態(tài)。整個斷面（基巖（礦）及其上部各覆蓋層）上元素的分布特征為：元素Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo、（Ti、Cr）在C+D層含量最高，從C+D→B3→B2→B1→A層呈降低趨勢，有些元素到A層稍有增高；鹽類元素Ca、Mg、K、Na、Cl及Mn從C+D→B3→B2→B1→A層有規(guī)律或波浪式升高；元素分布從C+D層由下向上大致形成了元素Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo→元素Ti、Cr、V、Co、Ni→元素Ca、Mg、K、Na、Cl、Mn的分帶。從元素分布的發(fā)育狀態(tài)（圖2、3）來看，元素Au、Ag、Cu、Zn、As、Sb、Mo、Ti、V、Cr、Co、Ni、Mn含量在礦體及上部各層形成一個高值區(qū)，富集中心在D層礦體，在基巖及其上部各層為低值區(qū)，而元素Ca、Mg、K、Na、Cl含量在礦體及上部各層形成一個低值區(qū)，在基巖上部各層為高值區(qū)，富集中心主要在A層。綜上所述，元素的遷移富集既受到基巖和礦體中元素原始分布的影響，也受到元素本身活動性的影響，成礦及伴生元素主要富集在下部C+D層，鹽類元素主要富集在上部A層。在整體上，無論哪類元素都是以垂向方向上的遷移為主。

3.2基巖（礦）及覆蓋層含水量、pH值和Eh值的變化特征

試驗淺井基巖（礦）及各覆蓋層含水量、pH值、Fe3+ 和Fe2+含量及計算的Eh值見表2。淺井?dāng)嗝婧?、pH值和Eh值等值線見圖3?；鶐r（礦）及覆蓋層含水量由下至上從基巖C+D層的15.06%～1524%有規(guī)律降低到上部風(fēng)成砂泥A層的815%～840%，含水量等值線呈舒緩波狀。含水量與各類元素含量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：①覆蓋層元素Cr、As、Sb、Pb、V、Ti、Ni、Au、Mo與含水量呈非線性正相關(guān)關(guān)系，這些元素含量由下至上隨著含水量的降低而不同程度地降低；②覆蓋層元素Cl、K、Mg、Ca、Na、Mn、Cu、Zn與含水量呈非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，這些元素含量由下至上隨著含水量的降低而不同程度地增加；③有些元素（如Ag、Co）與含水量的相關(guān)性不顯著，近乎零相關(guān)。這表明不同元素在覆蓋層中的分布同含水量有著密切的關(guān)系。

基巖（礦）及覆蓋層pH值和Eh值分布特征差別很大。Eh值在中部礦體及向上覆蓋層中較高，兩側(cè)基巖及其上部較低，而pH值正好相反，因此，礦體及其上部覆蓋層是一個相對氧化酸性的環(huán)境，而其周圍基巖及其上部是一個相對還原堿性的環(huán)境。這可能同礦體產(chǎn)出部位（斷面中部）及水垂直向上位

移有一定關(guān)系。pH值和Eh值與各類元素含量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：①基巖（礦）及上部覆蓋層元素Mo、Co、Ni、Ti、V、Cu、Au、Ag、Pb、Zn、As、Sb、Cr、Mn含量與Eh值呈非線性正相關(guān)關(guān)系，與pH值呈非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，反映出這些元素含量從兩側(cè)基巖上部覆蓋層相對還原堿性的環(huán)境→中部礦體上部覆蓋層相對氧化酸性的環(huán)境是增高的，說明這些元素的富集環(huán)境主要是相對氧化酸性的環(huán)境；②基巖（礦）及上部覆蓋層元素Cl、Na、K、Ca與Eh值呈非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，與pH值呈非線性正相關(guān)關(guān)系，反映出這些元素含量從兩側(cè)基巖上部覆蓋層相對還原堿性的環(huán)境→中部礦體上部覆蓋層相對氧化酸性的環(huán)境是降低的，說明這些元素的主要富集環(huán)境是相對還原堿性的環(huán)境；③有些元素（如Mg）與pH值和Eh值的相關(guān)性不顯著，近乎零相關(guān)。

3.3生長在基巖（礦）及覆蓋層地表的植物中元素含量特征

試驗淺井地表生長的紅沙和梭梭中元素含量見表3。紅沙和梭梭中元素含量特征基本上繼承了其生長的基質(zhì)中元素含量分布特征。在礦體及其上覆蓋層中形成的元素Au、Ag、Cu、Zn、As、Sb、Mo、Ti、V、Cr、Co、Ni等含量高值區(qū)，其地表生長的紅沙和梭梭中這些元素的含量也相對較高，其中元素Au、Ag、Cu、As、Mo含量高于基巖及其上覆蓋層地表生長的紅沙和梭梭中元素含量2倍以上，形成了植物地球化學(xué)異常；而在基巖及其上覆蓋層中形成的元素Ca、Mg、K、Na、Cl、Mn含量高值區(qū)，其地表生長的紅沙和梭梭中這些元素的含量也相對較高?？傮w上，多數(shù)元素含量在紅沙和梭梭根、葉部較高，在莖部較低。元素Au、Ag、Cu、Ti、V、Cr、Mn、Ca含量，根部最大，葉部居中，莖部最少；元素Zn、Mo、Co、Mg、K、Na、Cl含量，葉部最大，根部居中，莖部最少；元素Pb、As、Ni含量，根部最大，莖部居中，葉部最少。這反映出營養(yǎng)性元素向葉部積聚的能力較強，而毒性較大的元素主要積聚在根部。比較而言，在礦體及其上覆蓋層中生長的梭梭中元素Au、Ag、As、Sb、Mo、Zn異常的含量要高于紅沙，這可能與這些元素在C+D層礦體中心部位含量高而梭梭的根又能達(dá)到C+D層有關(guān)。梭梭的根可以直接接觸到礦體或巖石地球化學(xué)異常，可能形成了“固生物地球化學(xué)異?！保欢t沙的根最多只能到達(dá)B層上部，其形成的這些元素“異?！笨赡苤饕c水化學(xué)異常中的元素有關(guān)，屬于“液生物地球化學(xué)異常”[3436]。同時，對于一些傾向于在剖面中上部富集的元素（如Mn、Co、Ni、Cl、Ca、Mg、K、Na等），根部相對較淺的紅沙元素含量都高于根部相對較深的梭梭。由此可見，不同植物的根深不同，其接觸到的基質(zhì)中元素組合、元素含量不同，對不同植物產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合、強度和發(fā)育程度有著重要的影響。

4植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)機制

土壤水鹽運移理論認(rèn)為：在干旱少雨強烈蒸發(fā)的地區(qū)，土壤水中的可溶性鹽類通過水的垂直運動向地表累積是土壤積鹽化過程最為普遍的形式，土壤水是鹽分遷移的重要載體[3739]。本次試驗金礦的成礦和伴生元素在荒漠覆蓋層中的遷移與這種水鹽運移過程的機制極為相似。蒸發(fā)條件下，土壤水鹽運移的數(shù)學(xué)方程模型為[3839]

（θc）t=z（D（θ）（θc）z）±（kc）z-S

式中：θ為土壤體積含水量；t為時間；z為垂向坐標(biāo)，向下為正，向上為負(fù)；D（θ）為水?dāng)U散系數(shù)函數(shù)；k為水滲流系數(shù)；c為土壤水溶液質(zhì)量濃度；S為根系吸水項。

在蒸發(fā)條件下，土壤水溶液向上運移的量隨時間的變化與土壤水溶液的擴散系數(shù)、滲流系數(shù)、質(zhì)量濃度及植物根系對水的吸收作用有關(guān)。土壤水向上運移的動力有外界的蒸發(fā)能力（由外界氣象條件決定的潛在蒸發(fā)量）和土壤水向上輸送的能力（主要取決于土壤含水量及其對擴散系數(shù)、滲流系數(shù)產(chǎn)生影響的變化梯度），植物根系對水的吸收也是重要的因素。試驗區(qū)年降水量不到75 mm，而潛在年蒸發(fā)量大于2 300 mm，蒸發(fā)是該區(qū)土壤水向上運移的最重要動力；基巖（礦）及覆蓋物中含水量由下至上從15.06%～15.24%降低到8.15%～8.40%，含水量變化梯度約-05，說明土壤水向上輸送能力提供了一定動力來源。試驗區(qū)植物的覆蓋度雖然有限（植物總覆蓋度為15%～20%），但根系對土壤中水分及元素的吸取并通過蒸騰作用向大氣揮發(fā)仍然是導(dǎo)致土壤水向上運移的重要動力。

根據(jù)水鹽運移的基本理論，結(jié)合試驗剖面基巖（礦）及覆蓋層含水量、pH值、Eh值的分布特征以及元素遷移特點，不同根深植物接觸到的基質(zhì)類型以及產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合和強度差異，可以初步建立該區(qū)干旱荒漠覆蓋條件下植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)機制模型（圖4）。

在干旱荒漠覆蓋條件下，由于強大的外界潛在蒸發(fā)力、含水量及其變化梯度、植物吸收蒸騰等驅(qū)動力，地下水土壤水?dāng)y帶的各種可溶性成分和成礦伴生元素垂直向上運移，隨著土壤水的減少，到達(dá)覆蓋層上部后，作為溶劑的水分被蒸發(fā)，而作為溶質(zhì)的各種元素被截留下來。總體來說，在垂向上溶度積較大的鹽類元素K、Na、Cl、Ca淀積在上部，溶度積相對較小的成礦伴生元素Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo等在下部。同時，由于礦體產(chǎn)出部位的影響，在橫向上礦體及其上部覆蓋層形成的相對氧化酸性的環(huán)境形成了Au、Ag、Cu、Zn、As、Sb、Mo等元素相對高含量的淀積區(qū)，兩側(cè)基巖及其上部覆蓋層形成的相對還原堿性的環(huán)境形成了K、Na、Cl、Ca、Mg、Mn等元素相對高含量的淀積區(qū)。生長在礦體部位的植物吸收了較多的Au、Ag、Cu、As、Mo等元素，形成了植物地球化學(xué)異常。不同根深的植物對土壤中水分及元素的吸取深度和基質(zhì)類型不同，導(dǎo)致植物吸收的元素組合及含量不同，形成的植物地球化學(xué)異?！俺梢颉辈煌?。因此，在旱區(qū)荒漠覆蓋條件下，植物地球化學(xué)異常的形成主要與水鹽運移將下部成礦伴生元素搬運到上部植物根系所能吸收的部位有關(guān)，不同根深的植物產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合、強度等特征具有一定的差異。

5結(jié)語

（1）460金礦床地處甘肅北山西北部，屬典型大陸性溫帶干旱氣候，地貌為山前平原荒漠戈壁及殘山丘陵，植被是以溫帶半灌木和灌木荒漠為主的植被類型，占優(yōu)勢的植物群落為紅沙（Reaumuria soongrica），次為梭梭（Haloxylon ammodendron），二者均為典型的旱生植物。

（2）試驗區(qū)年降水量不到75 mm，潛在年蒸發(fā)量大于2 300 mm，因此，蒸發(fā)是該區(qū)土壤水向上運移的最重要動力；基巖及其上部覆蓋物中含水量變化梯度約-05，為土壤水向上運移提供了一定的動力；植物總覆蓋度為15%～20%，其根系對土壤中水分及元素的吸取蒸騰也是導(dǎo)致土壤水向上運移的重要動力。在這些驅(qū)動力的作用下，荒漠覆蓋條件下金礦床的地下水和土壤水?dāng)y帶的各種可溶性成分和成礦伴生元素在垂直方向上運移。

（3）元素的遷移富集既受到礦體和基巖中元素原始分布的影響，也受到元素所處環(huán)境及本身活動性的影響。在垂向上，Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Mo等成礦伴生元素主要富集在下部C+D層，K、Na、Cl、Ca等鹽類元素主要富集在上部A層。在橫向上，礦體及其上部覆蓋層形成的相對氧化酸性環(huán)境形成了Au、Ag、Cu、Zn、As、Sb、Mo等元素相對高含量區(qū)，兩側(cè)基巖及其上部覆蓋層形成的相對還原堿性環(huán)境形成了K、Na、Cl、Ca、Mg及Mn等元素相對高含量區(qū)。

（4）在礦體上部地表生長的紅沙和梭梭中元素Au、Ag、Cu、As、Mo含量是兩側(cè)基巖上部地表生長的紅沙和梭梭的2倍以上，形成了植物地球化學(xué)異常，而在基巖上部地表生長的紅沙和梭梭中元素Ca、Mg、K、Na、Cl、Mn含量相對較高，表明紅沙和梭梭中元素含量基本上繼承了其生長的基質(zhì)中元素含量分布的特征。多數(shù)元素在紅沙和梭梭根、葉部含量較高，營養(yǎng)性元素（如Zn、Mo、Mg、K、Na、Cl等）向葉部積聚的能力較強，而毒性較大的元素（如Pb、As、Ni）主要積聚在根部。

（5）礦體上部生長的梭梭中元素Au、Ag、As、Sb、Mo、Zn異常的含量要高于紅沙。這可能與梭梭的根（深4 m以下）能達(dá)到C+D層并直接接觸到礦體或巖石地球化學(xué)異常有關(guān)，梭梭可能形成了“固生物地球化學(xué)異?！?，而紅沙的根（深2 m以下）最多只能到達(dá)B層上部，其形成的元素“異?！笨赡苤饕c水化學(xué)異常有關(guān)，屬于“液生物地球化學(xué)異?！薄Ｒ虼?，不同植物的根深不同，其接觸到的基質(zhì)中元素組合、元素含量不同，對不同植物產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合、強度和發(fā)育程度有著重要影響。

（6）本次試驗金礦的成礦伴生元素在荒漠覆蓋層中的遷移同蒸發(fā)條件下水鹽運移過程的機制極為相似。結(jié)合試驗剖面氧化還原和酸堿性條件、元素分布特征和遷移特點、不同根深的植物接觸到的基質(zhì)類型以及產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合和強度差異，初步建立了干旱荒漠覆蓋條件下植物地球化學(xué)異常形成的地學(xué)機制模型。旱區(qū)荒漠植物地球化學(xué)異常的形成主要與水鹽運移將下部成礦伴生元素搬運到上部植物根系所能吸收的部位有關(guān)，不同根深的植物產(chǎn)生的地球化學(xué)異常元素組合、強度等特征具有一定的差異。

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