內(nèi)蒙古東烏旗半干旱草原淺覆蓋區(qū)土壤地球化學(xué)測量采樣方法技術(shù)探討

張榮國， 潘北斗

(中國冶金地質(zhì)總局 第一地質(zhì)勘查院 河北 燕郊 065201)

0 引言

土壤測量是地球化學(xué)探礦的經(jīng)典方法之一，其核心是必須采集到能夠反映下伏礦化信息的樣品，才能取得良好的地質(zhì)找礦效果。因此，土壤測量采樣方法技術(shù)是取得工作成功的最關(guān)鍵一環(huán)。

內(nèi)蒙古東部半干旱草原區(qū)土壤層厚度變化很大，成因類型復(fù)雜，有殘積、殘坡積、風(fēng)積、沖洪積等眾多成因和大量混合成因的土壤層，特別是遠(yuǎn)源古風(fēng)成沙的存在，造成土壤層與下伏基巖的關(guān)系確定困難。要取得該區(qū)土壤地球化學(xué)測量的成功，對土壤樣品采集方法技術(shù)的研究十分必要。

有鑒于此，選擇處于半干旱草原景觀核心區(qū)的東烏旗迪彥欽阿木鉬銀多金屬礦區(qū)，開展了半干旱草原淺覆蓋區(qū)土壤地球化學(xué)測量方法技術(shù)研究工作。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗額仁高比蘇木。是內(nèi)蒙古東部草原區(qū)的核心地帶，植被很發(fā)育，為大面積天然草原牧場。年平均降雨量為317.44 mm，多集中在7月、8月，占全年降雨的60%。區(qū)內(nèi)季風(fēng)明顯，最大風(fēng)力8級以上[1]。

區(qū)內(nèi)草場多生長在粒度很均勻的沙土層之上，形成略顯黑色的腐殖層。其下大多地段都是數(shù)十厘米到數(shù)米的粒度很均勻的含粘土黃色沙土，根據(jù)前人研究，認(rèn)為其成因主要為風(fēng)成，即古風(fēng)成沙[2]。

在迪彥欽阿木鉬銀多金屬礦區(qū)內(nèi)，第四系(Q)不同成因的砂礫、粉細(xì)砂和砂質(zhì)粘土廣泛分布于山間溝谷及洼地中。侏羅系上統(tǒng)查干諾爾組凝灰質(zhì)角礫巖、安山巖、晶屑巖屑凝灰?guī)r分布在礦區(qū)北部。奧陶系中統(tǒng)漢烏拉組(O2h)凝灰質(zhì)砂巖、變質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖、晶屑巖屑凝灰?guī)r、熔巖角礫巖構(gòu)成礦區(qū)地層主體，其中夾有結(jié)晶灰?guī)r(h)和硅質(zhì)巖(Si)透鏡體。多金屬礦體主要賦存在此地層中(圖1)。

圖1 內(nèi)蒙古東烏旗迪彥欽阿木鉬銀多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖[3]Fig.1 Geological map of Diyanqinamu Molybdenum-Silver Polymetallic mine area in Dongwu banner, inner mongolia

礦區(qū)主要出現(xiàn)NE、NW、NNW、EW向張性斷裂，其中充填著輝長玢巖脈(μ)和石英脈(q)。NW向斷裂是礦區(qū)的主要控礦構(gòu)造(圖1)。

礦區(qū)具有兩種類型的礦化：①以Mo為主，伴生有Pb、Zn；②以Pb-Zn-Ag為主，伴生有Cu、Mn。兩類礦化均分布于奧陶系中統(tǒng)漢烏拉組粉砂質(zhì)板巖中。礦體NW向展布，受NW向構(gòu)造控制；礦化蝕變帶呈NW和NE兩種方向展布，往往成組出現(xiàn)。無論礦體還是礦化蝕變帶，明顯受多期次活動的疊加構(gòu)造控制，特別是NW向構(gòu)造，既是導(dǎo)礦構(gòu)造又是容礦空間，具多期次活動的特點(diǎn)。礦化規(guī)模、蝕變強(qiáng)度與斷裂活動期次具有一定的關(guān)聯(lián)性[3]。

表1 內(nèi)蒙古東烏旗迪彥欽阿木鉬銀多金屬礦區(qū)氧化礦體地球化學(xué)特征

邊界品位據(jù)參考文獻(xiàn)[4]；鄰區(qū)異常下限據(jù)參考文獻(xiàn)[1]

圖2 研究區(qū)不同地段土壤層位組成及采樣點(diǎn)分布圖Fig.2 Soil layer composition and sampling point distribution mapin different areas of the research Area(a)山脊和山坡上；(b)溝谷中

礦石礦物主要有自然銀、輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、硬錳礦、軟錳礦等，其他金屬礦物以黃鐵礦為主，其次有毒砂、磁黃鐵礦等。圍巖蝕變以硅化為主，次為高嶺土化、綠泥石化、褐鐵礦化及黃鐵礦殘骸[3]。

不同類型氧化礦體的地球化學(xué)特征列于表1中。從表1可見，多金屬礦體礦化元素為Ag、Pb、Zn、Cu、Mn，它們的含量都接近或超過了礦體邊界品位的要求。礦體指示元素還有Mo、Sn、Co、Sb、W、Bi、As，這些元素的含量也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鄰區(qū)異常下限。鉬礦(化)體礦化元素只有Mo；其他元素含量均距邊界品位很遠(yuǎn)，僅構(gòu)成了礦體指示元素。上述12種元素共同構(gòu)成了礦區(qū)不同類型礦體的指示元素組合。

礦區(qū)土壤分布具有以下特點(diǎn)：土壤層厚度變化很大，山脊處常常出露基巖，緩坡上經(jīng)常深達(dá)數(shù)米，溝谷中則深達(dá)10 m以上。不同地段的土壤成因類型不同，山脊及其附近以殘坡積土壤為主，與下伏基巖具有成生聯(lián)系(圖2)；山坡上和溝谷中多數(shù)為復(fù)合成因，殘坡積層之上為風(fēng)積+殘坡積層(山坡上，見圖2DS4-DS8控制部位)或古風(fēng)積成因沙土層(圖2中部分地段含沖洪積物或鈣積層)，全為遠(yuǎn)程運(yùn)積而來，與下伏基巖沒有成生聯(lián)系；靠近基巖面附近為殘積成因，為下伏基巖風(fēng)化而成。

圖3 土壤不同粒級元素分布圖(DS剖面，樣品數(shù)24個(gè))Fig.3 Distribution maps of elements in different soil grades (DS profile, 24 samples)(a)主礦化元素；(b)礦化批元素

2 樣品采集和分析

利用兩個(gè)探槽對研究區(qū)不同地段土壤層的揭露，開展研究工作。在槽壁上分別采集土壤粒級和土壤不同層位研究樣品。

土壤粒級研究在DS剖面(圖2(a))上進(jìn)行，樣品采自基巖上方不同土壤層中，每個(gè)垂直剖面上，每層各采集1個(gè)樣品，共采集土壤垂直剖面8條、樣品24個(gè)；每個(gè)樣品篩分為-4目(全樣)、-4目～+20目、20目～40目、40目～80目、-80目5個(gè)子樣，分別送分析。

層位研究樣品按照土壤層位分別采集(圖2(a))。在山坡上，每個(gè)垂直剖面每個(gè)層位采集一個(gè)樣品，共采集剖面8條，計(jì)樣品24個(gè)。在溝谷中，每個(gè)垂直剖面的腐殖層和殘坡積層各采集一個(gè)樣品，古風(fēng)積層考慮到厚度較大(>10m)，上部和下部各采集一個(gè)樣品，共采集剖面7條，樣品28個(gè)(圖2(b))。

樣品由中國冶金地質(zhì)總局一局測試中心測試。根據(jù)礦化體指示元素種類，樣品選擇測試Pb、Zn、Ag、Mo、Mn、Cu、Sn、Co、Sb、W、Bi、As等12個(gè)元素。

3 結(jié)果討論

3.1 土壤不同粒級中元素分布特點(diǎn)

研究區(qū)土壤不同粒級中礦化指示元素分布特征示于圖3中。從圖3中可見，多金屬礦體主礦化元素Pb、Zn和Mn的高值均出現(xiàn)在-4目～+20目粒級中，其他粒級中的含量都大幅度降低，特別是40目以下的三個(gè)粒級中，含量只剩三分之一左右。礦化指示元素Sb、As也有類似的表現(xiàn)。

主礦化元素Ag、Mo的高值依然出現(xiàn)在-4～+20目粒級中，但其他粒級中各元素含量降低的幅度明顯減緩，尚有一半左右的含量。

礦化指示元素Bi、Sn、W、Cu、Co等亦有類似的表現(xiàn)(圖3)。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因初步認(rèn)為主要是研究區(qū)內(nèi)廣泛存在的現(xiàn)代和古代風(fēng)成沙的影響。根據(jù)前人的研究，內(nèi)蒙古東部的現(xiàn)代風(fēng)成沙的粒度主要都集中在-20目～ +120目粒級中[5]，且其中Cu、Pb、Zn、Ag、Co、Mn的含量大大低于其地殼豐度(表2)。古風(fēng)成沙的粒級全在-20目以下[2]。據(jù)此推論，-20目以下各粒級中元素含量不同程度的降低，是混入土壤中的現(xiàn)代和古代風(fēng)成沙稀釋了殘坡積土壤中的元素含量而導(dǎo)致的。

表2 內(nèi)蒙古東部草原區(qū)風(fēng)成沙中元素含量Tab.2 Element Content in aeolian sand in eastern inner Mongolia grassland ×10-6

據(jù)文獻(xiàn)資料[5-6]總結(jié)歸納上述討論表明，研究區(qū)中開展土壤地球化學(xué)測量的最佳采樣粒級為-4 目～ +20目。這樣的粒級可以最大限度的消除風(fēng)成沙的干擾，獲得比較客觀真實(shí)的地球化學(xué)規(guī)律，從而大大提高地質(zhì)找礦效果。

3.2 不同層位中元素分布特點(diǎn)

研究區(qū)不同類型礦體上方土壤不同層位中，礦化指示元素分布特征示于圖4、圖5和表3中。

從圖4中可見，以Pb-Zn礦化為主的多金屬礦體上方土壤中，于礦體及其附近(圖4中1號～3號垂直剖面)，從殘坡積層(PbC，其他元素類推)到有風(fēng)成沙混入的殘坡積層(PbB，其他元素類推)，主礦化元素Pb、Zn和Mn以及礦化指示元素Co、Sb、As出現(xiàn)明顯的降低，幅度達(dá)到50%左右進(jìn)入腐殖層(PbA，其他元素類推)以后，這些元素含量進(jìn)一步降低到只有殘坡積層的1/5左右；礦化伴生元素Ag、Cu和礦化指示元素Bi也有類似表現(xiàn)(表3)。表明在風(fēng)積+殘坡積土的腐殖化過程中，發(fā)生了這些元素的進(jìn)一步流失和現(xiàn)代風(fēng)成沙大量的摻入。遠(yuǎn)離礦體的非礦地段(圖4中4號～8號垂直剖面)，三個(gè)層位中各元素含量趨勢一致，但差別程度大幅度縮?。槐砻黠L(fēng)成沙的摻入對背景地段地球化學(xué)規(guī)律影響甚微。

圖4 以Pb-Zn為主礦體上方土壤不同層位中主要礦化指示元素分布特征Fig.4 Distribution characteristics of major mineralization indicator elements in different strata of soil over Pb-Zn Ore body(a)Co元素分布特征;(b)Pb元素分布特征;(c)Zn元素分布特征;(d)Sb元素分布特征;(e)As元素分布特征;(f)Mn元素分布特征;(g)山脊和山坡上

Mo、W、Sn等3個(gè)元素在土壤不同層位中的分布差別很小(表3)。表明這3個(gè)元素對以Pb-Zn為主的礦體的指示作用有限，因此風(fēng)成沙的混入對它們的含量水平?jīng)]有明顯的影響。

從圖4中還可以發(fā)現(xiàn)，只有殘坡積層中采集的樣品(PbC，其他元素類推)的礦化指示元素Pb、Zn、Mn、As、Sb、Co異常對上坡方向的多金屬礦體有明確的指示作用，沿坡向有規(guī)律的遷移和衰減。有風(fēng)成沙摻入的風(fēng)積+殘坡積層的樣品(PbB，其他元素類推)中的Pb、Zn、Mn、As、Sb、Co異常對上坡方向多金屬礦體的指示作用大不如前，難有明確的指示。到了腐殖層采集的樣品(PbA，其他元素類推)中，所有礦化指示元素異常均消失，對上坡方向存在的多金屬礦體完全失去了指示作用。因此，研究區(qū)土壤地球化學(xué)測量的最佳采樣層位是殘坡積層。

土壤覆蓋層厚度大于10 m的研究工作在DY探槽中進(jìn)行(圖2)，結(jié)果示于圖5中。從中可見，在殘積層(圖5(a))中，于鉬礦體分布地段(DY-2剖面)，鉬礦化主要指示元素Mo、Pb、Zn、Sn的含量都是幾千；進(jìn)入古風(fēng)成沙層下部(圖5(b))以后，各元素含量驟降到幾百，基本上降低了一個(gè)數(shù)量級；到古風(fēng)成沙層上部(圖5(c))各元素含量再次降低了一個(gè)數(shù)量級左右，與腐殖層(圖5(d))基本上持平。表明古風(fēng)成沙是研究區(qū)土壤地球化學(xué)測量的主要干擾因素。

表3 以Pb-Zn為主礦體上方土壤不同層位(-4目～+20目樣品)中元素元素分布特征

從圖5還可以發(fā)現(xiàn)，只有在殘積層(圖5(a))中，各元素異常對隱伏礦體的賦存部位有明確的指示。而且由于古地形比較平坦，異常側(cè)向運(yùn)移距離很小，運(yùn)移的方向也和現(xiàn)代地表地形相反，向DY-1剖面方向運(yùn)移。進(jìn)入古風(fēng)成沙層下部(圖5(b))以后，Mo、Pb、Zn仍有弱的異常顯示，可以勉強(qiáng)指示隱伏礦體的存在，但位置已經(jīng)偏離礦體，移向DY-3的方向，表明這時(shí)的主風(fēng)向已經(jīng)和現(xiàn)代地形有了關(guān)聯(lián)。Sn異常則已經(jīng)消失。進(jìn)入古風(fēng)成沙層上部(圖5(c))和腐殖層(圖5(d))以后，所有元素異常全部消失。表明在古風(fēng)成沙層存在的地段，必須穿過古風(fēng)成沙層，采集殘坡積層的土壤樣品才能取得地質(zhì)找礦效果，否則將一事無成。據(jù)此認(rèn)為：以往草原區(qū)開展的常規(guī)土壤地球化學(xué)測量的成果需要重新評估和認(rèn)識，才能避免漏礦的悲劇。

上述討論表明，現(xiàn)代風(fēng)成沙的混入可以造成與隱伏礦化有關(guān)的地球化學(xué)異常大幅度弱化，古風(fēng)成沙層的存在甚至造成礦致異常的消失。因此，在與研究區(qū)景觀類似的地區(qū)開展土壤地球化學(xué)測量時(shí)，必須采集殘坡積層的樣品，才能夠比較客觀地評價(jià)

圖5 以Mo為主礦體上方土壤不同層位主要礦化指示元素分布特征圖Fig.5 Distribution characteristics of main mineralization indicator elements in soils at different layers over Mo-Main ore body(a)殘積層;(b)風(fēng)積+殘積層;(c)古風(fēng)積層;(d)腐殖層;(e)溝谷中

測區(qū)的找礦前景。

4 結(jié)論

通過本次研究，得到的主要結(jié)論如下。

1)內(nèi)蒙古東部半干旱草原區(qū)廣泛存在的現(xiàn)代和古風(fēng)成沙對土壤地球化學(xué)測量有明顯干擾，大幅度降低了殘坡積層中礦化指示元素的異常強(qiáng)度，大大提高了異常找礦前景評估出現(xiàn)失誤的風(fēng)險(xiǎn)。特別是地形平坦地段存在厚度大于10 m的古風(fēng)成沙層時(shí)，直接使礦化指示元素異常在近地表土壤中徹底消失，使土壤地球化學(xué)測量找礦工作功虧一簣。

2)草原區(qū)開展土壤地球化學(xué)測量的最佳采樣粒級為-4 目～ +20目。這樣的粒級可以最大限度的消除各類風(fēng)成沙的干擾，獲得比較客觀真實(shí)的地球化學(xué)規(guī)律和明顯地地質(zhì)找礦效果。

3)從殘(坡)積層到有風(fēng)成沙混入的殘(坡)積層，礦化指示元素Pb、Zn、Mn、Ag、Mo、Sb、As出現(xiàn)大幅度的降低；進(jìn)入腐殖層以后，這些元素含量進(jìn)一步降低到只有殘(坡)積層的1/2～1/5左右，表明在風(fēng)積+殘坡積土的腐殖化過程中，發(fā)生了這些元素的進(jìn)一步流失。在厚度大于10 m的古風(fēng)成沙層上部及其上發(fā)育的腐殖層中，所有元素異常全部消失。表明各類風(fēng)成沙的混入可以造成礦致地球化學(xué)異常的大幅度弱化甚至消失。因此，在草原區(qū)開展土壤地球化學(xué)測量時(shí)，必須采集殘坡積層的樣品，才能獲得比較客觀真實(shí)的地球化學(xué)規(guī)律，對測區(qū)的找礦前景才能作出比較客觀的評價(jià)。

4)本次研究成果表明，在土壤厚度1 m～2 m的山脊、山坡地段，多數(shù)土壤以殘坡積層為主，以往進(jìn)行的常規(guī)土壤地球化學(xué)測量成果可以繼續(xù)使用；在土壤厚度大于2 m，且有古風(fēng)成沙層存在的地段，以往完成的常規(guī)土壤地球化學(xué)測量成果漏礦的風(fēng)險(xiǎn)極大，不可再用。因此，有必要對以往草原區(qū)開展的常規(guī)土壤地球化學(xué)測量的成果進(jìn)行重新評估和認(rèn)識，以避免漏礦的悲劇。