南方厚覆蓋層區(qū)土壤熱磁組分測量技術(shù)參數(shù)試驗研究

陳云華，彭亮華，張靜鴻，朱 勇，劉 玉，李依婷

(湖南省國土空間調(diào)查監(jiān)測所，湖南 長沙 410129)

0 引言

熱磁法是前蘇聯(lián)于20世紀70年代提出的一種偏提取技術(shù)，它是用物理化學(xué)方法提取樣品中可能含有找礦信息的那部分物質(zhì)并進行測試的一種新的地球化學(xué)找礦方法，主要應(yīng)用于常規(guī)化探方法效果不佳的厚層運積覆蓋區(qū)。基本原理是土壤中存在非晶質(zhì)鐵錳質(zhì)物質(zhì)，具有很強的吸附金屬離子能力，通過加熱使非晶質(zhì)鐵錳質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成帶磁性的物質(zhì)，再通過分離并分析測試，可達到強化異常發(fā)現(xiàn)礦體目的。經(jīng)中國地質(zhì)科學(xué)院物化探研究所等單位[1-5]在新疆、內(nèi)蒙、青海等省份已知礦床試驗證實，該方法效果較好，并獲得一套技術(shù)參數(shù)。但該方法在南方地區(qū)試驗較少，特別是南方白堊系、侏羅系“紅層”覆蓋區(qū)。南方地區(qū)白堊系、侏羅系等“紅層”覆蓋區(qū)分布廣泛，在這些覆蓋層之下隱伏有原生金屬礦床，如湖南衡陽康家灣鉛鋅銀金礦[6]、沅陵沃溪金礦[7]以及近年發(fā)現(xiàn)的平江江東金礦[8]等，但以往常規(guī)化探方法無法開展，如能尋找到一種方法突破這一禁區(qū)，將會大大拓展找礦空間，意義重大。為此，在湖南省地質(zhì)院科研基金支持下，筆者選擇湖南柳塘嶺鉛鋅銀礦、康家灣鉛鋅銀金礦、江東金礦等隱伏礦床開展了方法試驗，以期獲得適合南方覆蓋物類型的最佳技術(shù)參數(shù)。

1 試驗礦床地質(zhì)簡況

柳塘嶺為一鉛鋅銀礦床[6]，礦體呈隱伏狀賦存于一次級背斜核部石磴子組中，其上被一推覆體覆蓋，推覆體由測水組、梓門橋組及壺天群構(gòu)成。礦體隱伏深度最淺處386 m，最深處575 m。礦體呈脈狀、透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，走向與構(gòu)造線一致，為北東走向，傾向SEE，傾角約45°，厚0.18～5.66 m，平均厚1.34 m。Pb的品位范圍為1.03%～16.76%，平均品位為2.85%，Zn的品位范圍為1.15%～24.66%，Ag的品位范圍為(60.14～825)×10-6，平均品位為100×10-6。

康家灣鉛鋅金銀礦床[9-11]是位于白堊系紅層下部的隱伏礦床，隱伏深度為380～580 m。主礦體產(chǎn)于二疊系當沖組下段泥巖與棲霞組碳酸鹽巖的層間硅化破碎帶中，受康家灣隱伏倒轉(zhuǎn)背斜與F22推覆斷層的共同控制。礦體形態(tài)呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出。平均品位：Pb 2.37%～2.69%，Zn 3.81～3.89%，Au (3.01～8.18)×10-6，Ag (48.01～49.73)×10-6。

江東金礦[10]金礦脈產(chǎn)于青白口系大藥菇組NWW向?qū)娱g破碎帶中，傾向NNE，傾角50°～70°。有些地段礦體沿傾向延伸到白堊系之下。1線試驗剖面地表為白堊系紫色砂巖、含礫砂巖，鉆孔在815 m深處白堊系紅層之下見到青白口系大藥菇組板巖、砂質(zhì)板巖，于830 m深處見產(chǎn)于青白口系大藥菇組層間破碎帶中的金礦體，厚1 m，Au的品位為2.65×10-6。

2 試驗內(nèi)容

1)土壤采樣粒度試驗：主要試驗-20目～+60目、-60目～+100目、-100目三種粒度，確定最佳采樣粒度。

2)樣品加熱焙燒溫度試驗：試驗650℃、750℃、850℃三個溫度級，確定最佳加熱焙燒溫度。

3)樣品加熱焙燒時間試驗：同一溫度下，試驗40 min、60 min焙燒時間。

4)電磁分選儀分選電流試驗：試驗1 A、2 A、3 A，確定最佳分選電流。

3 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備主要有馬弗爐、電磁分選儀。馬弗爐主要用于焙燒樣品，選用北京永光明醫(yī)療儀器廠生產(chǎn)的SX-4-10型箱式電阻爐。電磁分選儀主要用于實驗室干法分選磁性礦物，采用武漢恒樂礦物工程設(shè)備有限公司生產(chǎn)XCGⅡ型輥式干法磁選機。

4 試驗方法

4.1 土壤熱磁組分樣品采集方法

采樣方法與常規(guī)土壤地球化學(xué)測量方法基本相同。采集層位為B層。具體采集時，先刨開表層腐質(zhì)層，見到B層新鮮土壤后，用采樣鋤或鐵鍬挖出30 cm深采樣坑，去除土中碎塊及根系，取新鮮土樣裝袋，樣重大于3 kg。

樣品自然曬干后，野外按-20目至+60目、-60目至+100目、-100目三種粒度加工，每種粒度取150 g裝袋供試驗前元素含量測試用，另各取大于200 g的樣品裝袋，用于試驗及試驗后元素含量測試。

4.2 參數(shù)試驗

由于試驗項目較多，所需要的樣品量較多，單一個礦床同一粒度樣品均無法滿足所有試驗樣品量需求，為此采取逐項試驗法，先選擇一個礦床試驗粒度，當最佳粒度確定后，以該粒度再試驗另一項目，當一個礦床樣品量不夠時，選擇另一礦床樣品試驗，直到所有試驗內(nèi)容完畢。論文選擇的柳塘嶺、康家灣、江東代表推覆體厚覆蓋物、侏羅系、白堊系厚覆蓋物等典型南方地區(qū)厚覆蓋物類型。各試驗內(nèi)容及選擇礦床見表1。

表1 試驗內(nèi)容及選擇礦床

粒度試驗：選擇柳塘嶺、康家灣礦床，對所加工出來的三種粒度樣品，先測定磁化率參數(shù)，然后送樣分析測試，獲得試驗前的磁化率及元素含量。然后用備份樣再選擇這三種粒度的樣品50 g，固定焙燒溫度650℃，焙燒時間40 min，在馬弗爐進行焙燒，為了保證焙燒在還原環(huán)境下進行，用填縫劑封堵馬弗爐后面的小孔，并加活性炭與樣品一起焙燒，焙燒完成后冷卻2 h，然后取出樣品，用電磁分離儀分離樣品中的磁性物質(zhì)，分離電流選擇3 A，分離后的帶磁性樣品稱重并測定磁化率參數(shù)，然后細磨后送化驗室分析測試。比較焙燒前后不同粒度磁化率及元素含量，確定最佳采樣粒度。

焙燒溫度試驗：選擇柳塘嶺礦床，選取-20目至+60目粒度樣品，分別稱取50 g，放馬弗爐焙燒，溫度分別選擇650℃、750℃、850℃三個溫度級，焙燒時間固定為40 min，焙燒后樣品分別用電磁分選儀進行磁性物質(zhì)分離，電流選擇3 A。分選后的磁性物質(zhì)分別稱重并測定磁化率參數(shù)，并分送化驗室測定元素含量。

分選電流試驗：選擇柳塘嶺礦床，對-20目至+60目粒度、650℃焙燒出來的樣品，分別按1 A、2 A、3 A分離電流試驗，根據(jù)分離出來的磁性礦物量來確定最佳分離電流。

焙燒時間試驗：選擇江東礦床，選取-20目至+60目粒度樣品，焙燒溫度設(shè)定850℃，焙燒時間分別按40 min、60 min兩個時間進行試驗(因60 min焙燒樣品有部分熔結(jié)，沒有進行80 min、100 min試驗)，分離電流設(shè)定3 A，分離出的樣品測定重量、磁化率并送實驗室測定元素含量。根據(jù)不同焙燒時間所分離出的磁性物質(zhì)量、磁化率及元素含量確定最佳焙燒時間。

4.3 分析測試

樣品送具有甲級資質(zhì)的湖南省有色地質(zhì)勘查研究院測試中心測試，分析元素為Au、As、Sb、Cu、Pb、Zn、Ag，其中Au采用泡沫塑料富集火焰法測定，其他元素采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定。部分批次樣品As、Sb采用原子熒光光譜法，Ag采用發(fā)射光譜分析。分析結(jié)果經(jīng)標樣檢驗，分析精度達到要求。

5 試驗分析與結(jié)果

5.1 土壤粒度試驗

根據(jù)試驗前后土壤磁化率及元素含量變化來確定。

5.1.1 焙燒前磁化率

柳塘嶺22線不同粒度土壤樣品在焙燒前磁化率對比圖見圖1。由圖1可知，柳塘嶺22線不同粒度土壤焙燒前磁化率多數(shù)在(0.2～1)×10-3SI之間，最高為2.224×10-3SI。不同粒度比較，三種粒度樣品的磁化率相差不大，-20目至+60目樣品的磁化率略高于其他粒度，-60目至+100目樣品的磁化率多數(shù)情況下略低于其他粒度。

圖1 柳塘嶺22線焙燒前不同粒度土壤磁化率對比

5.1.2 焙燒前元素含量

柳塘嶺焙燒前元素含量見圖2。由圖2可知，Cu、Pb、Zn等主要成礦元素三種粒度含量差別不大，-20目至+60目略高于其他粒度，Ag多數(shù)點位三種粒度含量無大的差別，僅個別點-20目至+60目顯著高于其他粒度。伴生元素As、Sb三種粒度含量無大的差別，Au的-100目粒度含量要高于其他粒度含量。

圖2 柳塘嶺焙燒前不同粒度(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量對比

5.1.3 焙燒后磁化率

柳塘嶺焙燒后磁化率變化范圍多數(shù)在(0.1～4)×10-3SI間，最高26.967×10-3SI，與焙燒前相比，整體上提高了一個數(shù)量級?？导覟潮簾蟠呕识嘣?1～5)×10-3SI間，最高12.7×10-3SI，與焙燒前相比整體上也提高了一個數(shù)量級。

焙燒后不同粒度對比(圖3)，多數(shù)點三種粒度磁化率差別不大，局部點-20目至+60目粒度略優(yōu)于其他粒度。

圖3 柳塘嶺22線焙燒后不同粒度土壤磁化率對比

5.1.4 焙燒后元素含量

柳塘嶺22線不同粒度土壤焙燒后元素含量見圖4。

由圖4可知，經(jīng)650℃焙燒后，不同粒度含量差別并不大，但個別點Ag、Pb、Zn、As、Sb元素含量-20目至+60目高于其他粒度，特別是Ag。Cu個別地段-60目至+100目粒度顯著高于其他粒度，個別地段-20目至+60目高于其他粒度。

圖4 柳塘嶺22線土壤樣品650℃焙燒后不同粒度(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量對比

康家灣礦床100線焙燒前后不同粒度磁化率、元素含量變化規(guī)律與柳塘嶺礦床相似。

綜合柳塘嶺、康家灣兩個礦區(qū)試驗結(jié)果認為，不同粒度樣品無顯著差異，個別點-20目～+60目略優(yōu)于其他粒度，因此確認最佳粒度為-20目或-20目至+60目。

5.2 焙燒溫度試驗

選擇柳塘嶺礦區(qū)開展試驗。試驗參數(shù)：粒度-20目至+60目，焙燒溫度分別選擇650℃、750℃、850℃，焙燒時間固定為40 min，分選電流固定為3 A。分離出的磁性物質(zhì)測定磁化率并送化驗室測定元素含量。

5.2.1 磁化率參數(shù)

柳塘嶺不同溫度磁化率參數(shù)結(jié)果見圖5。由圖5可知，不同地段不同溫度磁化率有所不同，有些地段650℃磁化率高于其他溫度，有些地段850℃要高于其他溫度。

圖5 柳塘嶺22線土壤樣品不同溫度焙燒后磁化率對比

5.2.2 元素含量

柳塘嶺不同溫度焙燒后元素含量比較見圖6。由圖6可知，柳塘嶺多數(shù)點位不同溫度元素含量差別不大，相較而言，850℃溫度略高于其他溫度，個別點位元素含量顯著高于其他溫度，因此從元素含量角度，850℃焙燒溫度優(yōu)于其他溫度。

試驗結(jié)果表明：從磁化率來看，650℃焙燒溫度優(yōu)于其他溫度；從元素含量看，850℃要優(yōu)于其他溫度。由于元素含量是判斷優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，因此認為850℃焙燒溫度為最佳溫度。

圖6 柳塘嶺22線土壤樣品不同焙燒溫度(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量對比

5.3 焙燒時間試驗

選擇江東礦區(qū)。試驗條件：粒度-20目至+60目，焙燒溫度850℃，焙燒時間按照40 min、60 min試驗，分選電流為3 A 。依據(jù)磁化率及元素含量來確定最佳焙燒時間。

5.3.1 磁化率

850℃溫度下，40 min與60 min焙燒時間磁化率對比見圖7。由圖7可知，在850℃溫度下，焙燒60 min所產(chǎn)生磁性物質(zhì)磁化率要明顯高于焙燒40 min所產(chǎn)生的磁性物質(zhì)磁化率。

圖7 江東金礦1線850℃下不同焙燒時間磁化率對比

5.3.2 元素含量

在850℃溫度下，焙燒時間分別按40 min、60 min實驗，所產(chǎn)生的磁性物質(zhì)元素含量見圖8。從圖8來看，不同元素表現(xiàn)不盡相同。Ag含量60 min焙燒時間明顯優(yōu)于40 min，Zn含量60 min略優(yōu)于40 min，Pb含量多數(shù)點40 min優(yōu)于60 min，Cu含量兩者相差不大，個別點60 min優(yōu)于40 min，個別點40 min優(yōu)于60 min，As、Sb含量 40 min要優(yōu)于60 min。

圖8 江東金礦1線850℃下不同焙燒時間(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量對比

綜合來看，在850℃焙燒溫度條件下，40 min為最佳焙燒時間。

5.4 分選電流試驗

選擇柳塘嶺礦區(qū)樣品，在650℃溫度、40 min焙燒時間條件下，對焙燒后樣品分別選擇1 A、2 A、3 A電流試驗，看哪種電流條件下分選的磁性物質(zhì)最多。試驗結(jié)果表明，在磁性物質(zhì)較強情況下，1 A與2 A、3 A電流結(jié)果相差不大，3 A電流所分選的磁性物質(zhì)略高于其他電流；當磁性較弱情況下，1 A與2 A電流分選的磁性物質(zhì)較少，3 A最多。因此，3 A電流分選效果最好。

6 結(jié)論

綜合上述試驗結(jié)果，認為-20目至+60目、-60目至+100目、-100目三種粒度無明顯差異，因此最佳采樣粒度可選擇-20目，或者-20目至+60目。結(jié)合試驗礦區(qū)特點，得出：

最佳焙燒溫度：850℃。

最佳焙燒時間：銻礦40 min，鉛鋅銅礦40～60 min。

最佳分選電流：3 A。

亦即如尋找低溫?zé)嵋轰R礦，可選擇-20目粒度土壤樣品，850℃焙燒溫度，40 min焙燒時間，3 A分選電流；如果尋找中溫鉛鋅銅礦，可選擇-20目粒度土壤樣品，850℃焙燒溫度，40 min或60 min焙燒時間，3 A分選電流。