甲基卡稀有金屬礦區(qū)北方雪層杜鵑植物地球化學(xué)特征及對(duì)隱伏鋰礦的指示

劉 婷，梁 斌，段嘉欣，徐志強(qiáng)，蔣 卉，王秋波

西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，綿陽(yáng) 621010

植物一般具有發(fā)達(dá)的根系，在覆蓋層較淺的地區(qū)，其主根或側(cè)根常能穿透覆蓋層，接觸到風(fēng)化的基巖及與基巖有關(guān)的地下水，從而吸收礦物表面或地下水中的多種元素，并儲(chǔ)存于其根、莖、葉以及果實(shí)之中，化學(xué)成分能反映地下一定深度的礦化物質(zhì)特征，因而是重要的地球化學(xué)采樣介質(zhì)（Anand et al., 2007; Kовалевский, 1987; 孔令韶 , 1988; 任天祥等, 1993; Brooks et al., 1995; 伍靜, 2003; Reid et al., 2009）。對(duì)于被風(fēng)化物或運(yùn)積物覆蓋的隱伏礦（化）體，常規(guī)地球化學(xué)勘探方法常常受到限制，需要運(yùn)用一些具備穿透性的地球化學(xué)勘查方法（王學(xué)求等, 2012, 2016；謝學(xué)錦和王學(xué)求, 2003; 張必敏等, 2018），而植物地球化學(xué)方法是已經(jīng)被實(shí)踐證明了的具有一定穿透性的找礦方法（Anand et al.,2007; Dunn and Angelica, 2000; Parduhn et al., 1991;Brooks et al., 1995），并應(yīng)用于不同地球化學(xué)景觀區(qū)來尋找隱伏礦床（胡西順等, 1992; 北良行和李適齡, 1992; 權(quán)恒等, 1998; Anand and Paine, 2002;Anand et al., 2007; 宋慈安等, 2012, 2016; 賈大成等，2013）。

位于青藏高原東部的四川省甘孜州甲基卡花崗偉晶巖型稀有金屬礦區(qū)，是我國(guó)規(guī)模最大的以鋰為主的稀有金屬礦床富集區(qū)，形成了完整的Li-Be-Nb-Ta成礦系列（付小方等，2015; 2017）。礦區(qū)平均海拔在4500 m左右，屬高寒丘狀高原地球化學(xué)景觀區(qū)。由于礦區(qū)地表不同成因的第四系覆蓋嚴(yán)重，以往地質(zhì)找礦工作主要局限在基巖出露區(qū)，對(duì)于極具找礦潛力的第四系覆蓋區(qū)的隱伏礦體的找礦工作進(jìn)展緩慢。雖然常規(guī)的水系沉積物、土壤化探等勘查地球化學(xué)方法對(duì)出露區(qū)找礦靶區(qū)的圈定效果很好，但難以較準(zhǔn)確地指示第四系覆蓋物之下的礦體（付小方等，2017）。因此，要在第四系覆蓋區(qū)取得新的找礦突破，必須探索新的找礦技術(shù)方法，植物地球化學(xué)找礦方法是值得嘗試的方法之一，而前人在該區(qū)尚未進(jìn)行此種方法的研究。另外，該區(qū)是少數(shù)民族聚居地，土壤化探采樣常常受到阻擾，而植物地球化學(xué)測(cè)量以植物作為采樣介質(zhì)，綠色環(huán)保易采取，也符合當(dāng)今綠色勘探的找礦理念。

本文以甲基卡稀有金屬礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)灌叢植物——北方雪層杜鵑（Rhododendron nivaleHook. f.subsp. boreale Philipson et M. N. Philipson）為采樣介質(zhì)，對(duì)礦區(qū)內(nèi)804號(hào)、燒炭溝（ST）等代表性隱伏鋰礦體上方杜鵑的植物地球化學(xué)異常特征，以及對(duì)隱伏礦體的指示進(jìn)行了研究，以期為甲基卡稀有金屬礦區(qū)覆蓋區(qū)的找礦突破提供新的技術(shù)方法。

1 自然景觀及地質(zhì)概況

甲基卡稀有金屬礦區(qū)位于青藏高原東緣四川甘孜州康定市境內(nèi)，海拔4200～4500 m，地形起伏較小，為高寒丘狀自然景觀，屬大陸高原山地氣候。該區(qū)土壤以山地草甸土和山地中性棕壤為主，植被為高山草甸植被類型，以草甸、灌叢和墊狀植被為主。常見的草甸植物以禾本科為主，其次為菊科、毛莨科、玄參科和豆科等。灌叢主要為北方雪層杜鵑（Rhododendron nivaleHook. f. subsp. boreale Philipson et M. N. Philipson），是礦區(qū)內(nèi)分布最為廣泛的灌木植物群落；墊狀植被限于山脊或有裸巖地段。

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于青藏高原東緣松潘—甘孜造山帶的雅江被動(dòng)陸緣殘余海盆褶皺—推覆帶中段，為花崗巖穹隆控制的稀有金屬礦區(qū)（付小方等，2015，2017）。穹隆中心為二長(zhǎng)花崗巖侵入體，侵入體周圍為上三疊統(tǒng)西康群砂板巖經(jīng)動(dòng)熱變質(zhì)形成的云母片巖，圍繞花崗巖侵入體分布有千余條花崗偉晶巖脈，規(guī)模較大的有509條，其中工業(yè)礦體和礦化偉晶巖114條（付小方等，2017）。以花崗巖侵入體為中心，微斜長(zhǎng)石型、微斜長(zhǎng)石—鈉長(zhǎng)石型、鈉長(zhǎng)石型、鈉長(zhǎng)石—鋰輝石型和鈉長(zhǎng)石—鋰（白）云母型偉晶巖脈呈環(huán)帶分布（圖1）。礦區(qū)內(nèi)地表主要被殘坡積物、沼澤堆積物等不同成因的第四系廣泛覆蓋，覆蓋面積達(dá)80%以上，一般厚度在2～10 m左右，最厚可達(dá)20 m。

圖1 甲基卡稀有金屬礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及研究礦體位置圖Fig. 1 Simplified geological map showing the Jiajika rare metal deposits and the location of studied ore bodies

2 試驗(yàn)方法

2.1 采樣介質(zhì)的選取

甲基卡稀有金屬礦區(qū)內(nèi)草本植物分布雖然十分廣泛，但種類復(fù)雜，且多為根系深度很淺的一年生植物，不適合作為植物地球化學(xué)找礦的采樣介質(zhì)。北方雪層杜鵑幾乎不同密度地分布于全礦區(qū)，為多年生常綠灌叢，根系發(fā)育相對(duì)較深，一般在50～100 cm左右，部分根系可達(dá)2 m以上，且易于識(shí)別，生物量大，便于樣品采集。北方雪層杜鵑屬杜鵑花科杜鵑屬的多年生常綠小灌木（圖2），分枝多而稠密，常平臥成墊狀，高60～ 90 cm。幼枝褐色，密被黑銹色鱗片，葉簇生與小枝頂端或散生，長(zhǎng)3.5～9 mm，寬2～5 mm?；ㄐ蝽斏?，有1～3朵，果呈圓形至卵圓形，花期5～8月，果期8～9月。

圖2 礦區(qū)中的北方雪層杜鵑Fig. 2 Rhododendron nivale Hook. f. in the mining area

因此，本次植物地球化學(xué)找礦試驗(yàn)選取北方雪層杜鵑作為采樣對(duì)象，在對(duì)杜鵑根、莖、葉不同器官成礦元素富集特征研究的基礎(chǔ)上（劉婷，2020），確定采集其上部的細(xì)枝條和葉。

2.2 試驗(yàn)隱伏礦體的選擇及樣品的采集

本次試驗(yàn)是首次在甲基卡稀有金屬礦區(qū)選用北方雪層杜鵑作為采樣介質(zhì)，研究其植物地球化學(xué)特征對(duì)隱伏鋰礦體的指示。因此，試驗(yàn)選取已做了地質(zhì)勘探、礦床地質(zhì)資料較詳細(xì)的代表性804、燒炭溝（ST）等隱伏鋰礦體為試驗(yàn)對(duì)象。

804號(hào)鋰礦體位于礦區(qū)東北部（圖1），是一條被第四系覆蓋、通過地球物理手段發(fā)現(xiàn)，并經(jīng)過鉆探驗(yàn)證的隱伏礦脈。該礦脈長(zhǎng)470 m，厚度約5～16 m，Li2O平均品位1.2%，脈體西傾，約60°左右，礦體頂部埋深約3～8 m，沿傾向方向埋深大于100 m。在804號(hào)礦體中部布置了一條東西走向的采樣剖面，全長(zhǎng)204 m，在礦體頂部及傾向方向采樣間距為5～10 m，礦外為20～50 m，由東向西共采集15件植物樣品（圖3）。

燒炭溝鋰礦體（ST）位于礦區(qū)東南部（圖1），是最近發(fā)現(xiàn)的位于地表以下50～100 m的一條隱伏礦體，礦體傾向65°左右，大致呈南北走向，控制長(zhǎng)度約300 m，平均厚度約5 m左右，傾角20°～30°，Li2O 平均品位 1.15%。沿 131號(hào)勘探線（長(zhǎng)340 m，勘探線方向65°），在礦體上方按10 m間距、礦外20～40 m間距，采集植物樣品22件（圖5）。

植物樣品的采集方式為：在采樣點(diǎn)周圍5～10 m2范圍內(nèi)取2～3株生長(zhǎng)狀況較一致的植株，采集上部莖、葉組合為一個(gè)樣，濕重約500 g。

2.3 樣品的處理及測(cè)試

所有植物樣品采集后在當(dāng)?shù)赜米詠硭磧魵埩舻耐寥李w粒和灰塵，自然晾干后帶回實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步處理。在室內(nèi)依次用自來水和去離子水反復(fù)沖洗，洗凈后將樣品置于60℃的烘箱內(nèi)干燥至衡重，再分別將烘干的植物樣品粉碎至20目以下。取粉碎后的樣品粉末0.25 g置于聚四氟乙烯坩堝中，加入適量濃度為68%的硝酸、30%的過氧化氫和高濃度氫氟酸，于電熱板上150℃高溫消解，蒸至近干透明小液滴狀態(tài)后，用2%稀硝酸定容至10 mL。

將處理好的植物樣品送四川地礦局成都綜合巖礦測(cè)試中心分析測(cè)試，采用ICP-MS測(cè)試Li、Be、Rb、Cs、Nb、Ta、W、Sn、Sr等元素。

3 礦體上方植物地球化學(xué)異常特征

3.1 804號(hào)礦體

由植物地球化學(xué)異常參數(shù)表（表1）和異常剖面圖（圖3）可見，在804號(hào)鋰礦體上方Li、Be、Rb、Cs、Ta、W、Sn、Sr等元素出現(xiàn)了較為明顯的植物地球化學(xué)綜合異常，異常寬度約為50 m。成礦元素Li、Be、Cs等異常襯度均在2和5之間，異常峰值分別達(dá)到了 0.33×10-6、9.8×10-9、4.285×10-6，Ta的異常襯度達(dá)到7.9，異常峰值為72×10-9。上述成礦元素及伴生元素的異常均出現(xiàn)在隱伏礦體上方，能夠較好地指示804號(hào)鋰礦體的存在。

圖3 804號(hào)鋰礦體上方植物地球化學(xué)剖面圖Fig. 3 The cross-section of the botano-geochemical anomaly of the 804 ore body

表1 不同礦床植物地球化學(xué)異常參數(shù)Table 1 Botano-geochemical anomaly parameters of different deposits

以Li、Be、Rb、Cs、Ta等成礦元素的背景值作為標(biāo)準(zhǔn)，除相應(yīng)元素的含量，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行取整，求得各個(gè)元素的響應(yīng)率（Response Ratios）。從上述元素的累積響應(yīng)率（圖4）可以看出，這些成礦及伴生元素的累積響應(yīng)率與隱伏礦體也具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同樣也指示了隱伏礦體的存在。

圖4 804號(hào)礦體上方植物地球化學(xué)元素累積響應(yīng)率圖Fig. 4 The multi-element cumulative response ratios of the 804 ore body

3.2 燒炭溝鋰礦床（ST）

由表1和圖5可見，在燒炭溝鋰礦床上方Li、Be、Rb、Cs、Nb、Ta、W、Sn等成礦及伴生元素發(fā)育了明顯的植物地球化學(xué)綜合異常，綜合異常寬度約150 m，與下伏隱伏礦體相對(duì)應(yīng)。Li、Be、Rb、Cs等成礦元素組成連續(xù)的多峰異常，異常襯度在1.5～3.7之間，其中Li和Be的異常襯度分別為2.3、3.7，異常峰值達(dá)到了5.250×10-6、13.615×10-6。W、Sn、Ta等元素在勘探線上均只形成一個(gè)明顯的異常峰值。Nb元素在礦體上方的異常相較于其余集中異常元素比較弱，且沿勘探線往北東方向該元素的含量呈上升趨勢(shì)，可能受北東方向湖邊沼澤影響。上述Li、Be、Rb、Cs等成礦及伴生元素的異常均出現(xiàn)在隱伏礦體上方，能夠較好地指示地下100 m左右的隱伏鋰礦體的存在。

圖5 燒炭溝礦體上方植物地球化學(xué)剖面圖Fig. 5 The cross-section of botano-geochemical anomaly of the ST ore body

燒炭溝鋰礦體Li、Be、Rb、Cs、Ta等成礦及伴生元素的累積響應(yīng)率圖（圖6），上述元素的累積響應(yīng)率與隱伏礦體也具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，元素組合異常更加明顯，同樣也指示了隱伏礦體的存在。

圖6 燒炭溝礦體上方植物地球化學(xué)異常元素累積響應(yīng)率圖Fig. 6 The multi-element cumulative response ratios of the ST ore body

4 植物地球化學(xué)異常成因探討

植物地球化學(xué)測(cè)量法之所以能用來尋找隱伏礦體，主要有兩方面的原因，一是植物根系具有較大的穿透力，在極淺覆蓋區(qū)，可以深入到覆蓋層之下；二是隱伏礦體周圍，與礦化有關(guān)的元素形成高濃度的離子暈，在多種營(yíng)力的作用下經(jīng)過漫長(zhǎng)時(shí)間，被遷移到地表附近，形成鹽類擴(kuò)散暈或水化學(xué)暈，只要植物根系達(dá)到該暈圈范圍，就有可能形成植物地球化學(xué)異常（胡西順等，1993；Dunn and Angelica, 2000；Dunn et al., 1996; Kovalevsky and Kovalevskaya, 1989）。對(duì)于隱伏礦體來說，在大多數(shù)情況下植物根系并未與礦體直接接觸，而是與礦體上方或礦體附近形成的高濃度離子暈或水文地球化學(xué)暈接觸（譚秋明，1999 ；Kовалевский，1987；胡西順，1993）。

甲基卡礦區(qū)能夠指示隱伏礦體的北方雪層杜鵑的根系深度并不足以穿透覆蓋層，無法直接從深部捕獲礦化信息，其植物地球化學(xué)異常應(yīng)是植物根系吸收地表附近鹽類擴(kuò)散暈或水文地球化學(xué)暈形成的。耿艷（2019a，b）在研究甲基卡稀有金屬礦區(qū)土壤金屬活動(dòng)態(tài)異常對(duì)隱伏礦體指示性時(shí)，通過采用0.2 mol/L硫酸鉀提取了804號(hào)礦體上方土壤中Li、Be、Cs等元素的金屬活動(dòng)態(tài)，包括水溶態(tài)和吸附態(tài)等以離子形式存在元素，很好地指示了隱伏礦體的存在，而這部分元素正是從深部遷移至地表被土壤捕獲的。將同采樣點(diǎn)位的植物中Li、Be、Cs等元素的異常與土壤中Li、Be、Cs等元素的金屬活動(dòng)態(tài)相對(duì)比（圖7），兩者之間具有很好的一致性。因此可以推測(cè)，北方雪層杜鵑植物地球化學(xué)異常是植物吸收了土壤溶液中來源于從深部礦體遷移至地表附近的呈水溶態(tài)和吸附態(tài)等離子形式存在的元素所形成的。

圖7 804號(hào)礦體脈植物地球化學(xué)異常與元素活動(dòng)態(tài)對(duì)比（土壤元素活動(dòng)態(tài)結(jié)果引自耿艷，2019b）Fig. 7 Elements in mobile forms of the 804 vein contrasting with the botano-geochemical anomaly

5 結(jié)論

通過以甲基卡稀有金屬礦區(qū)優(yōu)勢(shì)植物種屬—北方雪層杜鵑為采樣介質(zhì)，開展了植物地球化學(xué)異常尋找隱伏鋰礦的試驗(yàn)工作，得到以下認(rèn)識(shí)：

（1）北方雪層杜鵑是甲基卡稀有金屬礦區(qū)中的優(yōu)勢(shì)植物種屬，在隱伏鋰礦體的上方形成了明顯的Li、Be、Rb、Cs等成礦元素植物地球化學(xué)異常，能夠指示地表以下100 m左右的隱伏礦體，是該礦區(qū)以及川西高原類似地區(qū)尋找隱伏鋰礦值得進(jìn)一步探索的方法之一。

（2）引起隱伏鋰礦體上方植物地球化學(xué)異常，可能是植物吸收了土壤溶液中來源于從深部礦體遷移至地表附近的呈水溶態(tài)和吸附態(tài)等離子形式存在的元素所形成的。