便攜式XRF在有色金屬礦山地質(zhì)勘查中的應(yīng)用范圍與方法
——以沙溪斑巖型銅礦為例

李孜騰，肖福權(quán)

（1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；2.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司礦產(chǎn)資源中心，安徽 銅陵 244000）

便攜式XRF分析儀是一種使用能量色散X射線熒光分析的儀器，具有輕便、快速、高效、低投入等優(yōu)勢?，F(xiàn)場分析中能夠?qū)崟r獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，目前還難用其它方法予以替代。但表面污染、礦化不均勻等因素影響了測試結(jié)果的精度，致使便攜式XRF在有色金屬礦山地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用尚處于探索階段。

本文通過在沙溪斑巖型銅礦的礦體邊界圈定工作中引入便攜式XRF分析儀，探索便攜式XRF在有色金屬礦山地質(zhì)勘查中的應(yīng)用場景與方法。

1 背景及研究對象

1960年～1970年，英國地質(zhì)調(diào)查所、原子能局、美國原子能委員會合作，研制出攜帶式放射性同位素X射線熒光儀[1]。1983年能量色散X熒光分析技術(shù)于首次應(yīng)用于國內(nèi)某火山巖型金礦，并取得了一定的效果。此后，便攜式XRF逐步引入礦產(chǎn)勘查[2,3]：貴州某金礦遠(yuǎn)景區(qū)，通過應(yīng)用便攜式XRF較為快速的圈定了找礦靶區(qū)[4]；四川省會理縣通安區(qū)老廠地區(qū)學(xué)者應(yīng)用便攜式XRF進(jìn)行了快速靶區(qū)圈定。

由于礦化的不均勻性，前人研究多局限于小比例尺的靶區(qū)、遠(yuǎn)景區(qū)圈定，大比例尺的礦山地質(zhì)工作、樣品分析等較為罕見。

近年來，隨著低品位資源開發(fā)利用率越來越高，礦山地質(zhì)勘查愈發(fā)依賴實驗室分析。圈定礦體往往需要全工程取樣，導(dǎo)致成本高企、效率低下。如沙溪銅礦就是一個品位低、共伴生有用組分復(fù)雜的斑巖型銅礦床，工業(yè)礦體的邊部及中心常見低品位礦石，礦體邊界難以判定，只能通過樣品測試圈定礦體。傳統(tǒng)的取樣、化驗分析方法工作量大、效率低。若能將現(xiàn)場X熒光分析技術(shù)應(yīng)用于沙溪銅礦床的地質(zhì)巖心和坑道巖壁的化學(xué)分析，并控制其可靠程度，將極大程度提高礦山地質(zhì)工作的效率。因此，以沙溪斑巖型銅礦床作為基于便攜式XRF的有色金屬礦山地質(zhì)勘查研究對象具有較好的代表性。

2 研究方法

研究步驟：①確定儀器讀數(shù)穩(wěn)定性及測試樣品時長；②國家標(biāo)準(zhǔn)含銅樣品的測試；③巖心粉末樣品測試；④巖芯樣品測試；⑤坑道刻槽粉末樣測試；⑥坑道巖壁測試。通過將XRF試驗結(jié)果與傳統(tǒng)化驗結(jié)果對比評價其測試成果的準(zhǔn)確性和實用性。同時，試驗過程中探索獲取穩(wěn)定測試數(shù)據(jù)的方法。

本次研究使用的儀器為NITON XL3t XRF Analyzer手持式元素分析儀，由美國Thermo Niton公司生產(chǎn)。該儀器具有體積小、分析速度快、功能多、可對各種礦石進(jìn)行多元素分析，研究采用儀器分析類型中提供的礦石Cu/Zn分析模式進(jìn)行各類樣品中元素的分析；國家標(biāo)準(zhǔn)樣品來源于武漢綜合巖礦測試中心，樣品具備《礦石成份分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書》；粉末樣品試驗階段的樣品選用分析樣品的正樣，數(shù)據(jù)可靠。

本次的測試方法分兩種。粉末樣：①將待測樣品按順序擺放對應(yīng)的袋裝樣品；②將封口的樣袋置于儀器專用的臺式測試架樣盒內(nèi)，保證樣品完全遮蓋探測器窗口，且樣袋下表面與儀器探頭貼平；③合上樣盒上蓋，壓實盒中樣袋；④啟動設(shè)備分析；⑤對全部樣品重復(fù)以上測試步驟，對測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。巖心與巖壁：直接對巖心表面及巖壁刻槽進(jìn)行測試，每段測試區(qū)間1.5m，測試點(diǎn)300個，取平均數(shù)為對應(yīng)樣品分析結(jié)果，其余步驟不變。

3 分析測試結(jié)果

儀器采樣時間是可變的。需根據(jù)測試對象的特點(diǎn)、測試精度要求及時間效率來確定采樣時長。為方便數(shù)據(jù)對比，需保持所有樣品數(shù)據(jù)讀取節(jié)點(diǎn)一致。本次共采集了15個測點(diǎn)（樣品）的數(shù)據(jù)，對同一個測點(diǎn)分別用6、8、10、12、14、、16、18、20、25、30秒共十個時間長度進(jìn)行測試，并記錄各測點(diǎn)的讀數(shù)。

考慮到含量高低的變化對測試穩(wěn)定時間的影響，選擇了含量大致均勻分布（0.012%～4.51%）的樣品。試驗結(jié)果顯示，沙溪銅礦樣品測試取20秒激發(fā)和讀數(shù)時間可較好的兼顧樣品品位變化和測試效率，達(dá)到較好的測試效果（圖1）。

圖1 采樣時長與元素分析結(jié)果變化趨勢圖

為驗證XRF儀器測量精度是否達(dá)到要求，對五個國家標(biāo)準(zhǔn)含銅樣品進(jìn)行了測試。樣品狀態(tài)為粉末狀，礦石類型有銅礦石、鉛礦石、鋅礦石和鎢礦石。

由表1可知：便攜式XRF元素儀對國家標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試可取得符合要求的結(jié)果，認(rèn)為后續(xù)試驗研究具有良好的基礎(chǔ)。

表1 國家標(biāo)樣測試成果及誤差表

隨后筆者分別對巖心粉末、巖心表面、坑道刻槽粉末、坑道巖壁四項內(nèi)容進(jìn)行了測試，分析統(tǒng)計后得到結(jié)果，如表2。

表2 分析結(jié)果對比表

由表2可知粉末樣分析結(jié)果合格，但塊狀樣品分析結(jié)果合格率較低，不能滿足地質(zhì)樣品測試需求，僅能提供半定量分析。

為節(jié)約測試成本，取得巖心、巖壁半定量分析最低所需點(diǎn)密度，對二者測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)抽稀。將抽稀后數(shù)據(jù)相關(guān)性控制在80%以上，得到結(jié)論：一個地質(zhì)樣段采用40～50個均勻分布的測點(diǎn)即可代表該樣品的平均品位。

4 結(jié)果分析

由上述實驗結(jié)果可知，粉末樣實驗結(jié)果可達(dá)到定量要求，但對地質(zhì)對象的直接測量結(jié)果多僅達(dá)半定量水平，原因如下：厚度約1mm巖石薄片，一面分布黃銅礦，另一面沒有銅礦分布，用XRF分別對兩面進(jìn)行測試，其結(jié)果差別很大。便攜式XRF分析儀只能反映分析對象表面的元素含量，射線穿透能力很弱。

因此在用XRF方法分析時，直接對巖芯和巖壁的分析方式看，儀器給出的僅僅是面的含量甚至是線含量，它無法反映巖石內(nèi)部的含量情況，數(shù)據(jù)采集和處理方式直接決定其最終結(jié)果的代表性。

故在大比例尺有色金屬地質(zhì)勘查中，采取多點(diǎn)測試、均勻取點(diǎn)、綜合平均的測試和處理方法對巖芯及巖壁的試驗結(jié)果具有一定的穩(wěn)定性作用。重點(diǎn)地段可現(xiàn)場初步粉碎樣品測試，獲得數(shù)值可直接用于礦體圈定。

5 主要結(jié)論

通過上述分析研究，明確了便攜式XRF分析儀在沙溪斑巖型銅礦大比例尺地質(zhì)勘查、礦體圈定工作中的適用范圍，總結(jié)了獲得合格數(shù)據(jù)與穩(wěn)定數(shù)據(jù)的操作方法?？蛇M(jìn)一步推廣至其他有色金屬礦床。

①樣品測試取20秒激發(fā)時間可兼顧樣品品位變化和測試效率，達(dá)到較好的測試效果；②便攜式XRF的粉末樣檢測效果較好，可達(dá)到定量分析的要求，應(yīng)于重點(diǎn)地段開展；③使用XRF直接讀取巖芯、巖壁表面的數(shù)據(jù)，可滿足定性或半定量分析需求；④用XRF分析巖芯時，獲取穩(wěn)定樣段含量的最低樣點(diǎn)密度為每段40個～50個均勻采樣點(diǎn)。