高玉巖，汪明啟，夏修展，王 濤

（中國地質(zhì)大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083）

0 引言

隨著尋找露頭礦難度的加大，目前國內(nèi)外找礦的重點已由尋找近地表礦逐步向?qū)ふ译[伏、半隱伏礦轉變。我國覆蓋區(qū)面積巨大（約占全國陸地總面積的1/3以上），而且許多地區(qū)具有良好的成礦遠景。這類地區(qū)由于覆蓋原因，只有能穿透覆蓋層影響的特殊找礦方法才可能發(fā)揮作用。地氣法正是利用了覆蓋層能保存由下部遷移上來攜帶礦體信息的地氣物質(zhì)這一特性，是頗具廣泛應用前景的隱伏礦勘查方法之一［1－2］。

地氣法于20世紀80年代末引入我國，并在理論探索、方法有效性、試驗不同礦種、不同覆蓋條件等方面作了許多研究工作［3－10］。自2000年以來，隨著采用液體捕集劑和ICP-MS分析方法［11］，使得地氣物質(zhì)捕集效率和重現(xiàn)性大大提高［12－13］，測試數(shù)據(jù)的可靠性也得到進一步提高，地氣現(xiàn)象的存在得到肯定。

近年來，在國家自然科學基金項目、國家863計劃項目和中國地質(zhì)調(diào)查局項目的資助下，通過試劑提純、使用超靜環(huán)境和捕集裝置的改進，使得地氣測量方法得到進一步完善，不僅可測定其元素含量，而且可測定其同位素組成并示蹤其物質(zhì)來源［14］。這為地氣法的理論研究和實際找礦方面提供了技術上的有力支持。

目前學界比較認可的地氣物質(zhì)形成和遷移機制是：隱伏礦體及圍巖或伴生的指示元素，經(jīng)某種機制（如氧化作用）形成納米級微顆粒，在一種或幾種機制共同作用下，垂向向上遷移至覆蓋層形成上置暈［15］。

本文將通過介紹地氣法在沖積平原區(qū)（山東王家莊銅礦區(qū)）實驗測量結果，并對比常規(guī)土壤測量結果，討論地氣方法在覆蓋區(qū)用于礦產(chǎn)勘查的優(yōu)越性及其意義。

1 王家莊銅礦概況

1.1 地理－地質(zhì)概況

王家莊銅礦地處山東鄒平縣，魯中泰沂山區(qū)與魯北黃泛平原的疊交地帶，海拔高度多為20～40 m。在地球化學景觀上屬濕潤沖積平原區(qū)。礦區(qū)處于華北板塊東南部，郯廬深大斷裂（沂沭斷裂）西側，是山東省銅、金、鉬等金屬礦產(chǎn)重要產(chǎn)地之一。地表為第四系沖、洪積物覆蓋，僅在礦區(qū)西部及南部可見下白堊統(tǒng)青山組的中亞組和上亞組部分火山－次火山巖出露。

王家莊銅礦床產(chǎn)于鄒平火山巖盆地中偏北部的會仙山破火山口中心部位，火山通道構造是主要控巖控礦構造，其外圍發(fā)育放射狀斷裂。含礦巖體為王家莊石英閃長巖－石英二長巖體。礦體被第四系黃河沖積物所掩埋，覆蓋層厚度一般為80～120 m。

1.2 礦石組分

礦石類型主要有偉晶狀含金富銅礦石和細脈浸染狀銅礦石。礦石結構為他形－半自形粒狀結構、填隙結構、交代殘余結構等；礦石構造為偉晶狀構造、晶洞狀構造、角礫－砂狀構造、細脈浸染狀構造等。礦石的礦物成分：金屬礦物主要有黃銅礦、砷黝銅礦、斑銅礦、輝鉬礦、黃鐵礦等。礦石平均品位w（Cu）＝3.99％，屬富銅礦石；w（S）＝7.22％［16］。其中，偉晶狀含金富銅礦石平均品位w（Cu）＝6.19％～9.05％，細脈浸染狀銅礦石平均品位w（Cu）＝0.51％～0.6％，一般在銅礦化厚度大的地段礦石中銅品位較高。

為了解王家莊巖（礦）石指示元素的特征，對礦石和礦體圍巖進行了采樣分析（表1）。從表1可以看出，與礦體圍巖相比，礦石中的Cu，Pb，Zn，Bi和Ag等明顯富集，Cu的富集倍數(shù)大于67，Bi的富集倍數(shù)大于103。礦石與圍巖的金屬元素含量有明顯的界線，Cu，Pb，Zn，Bi和Ag可以作為地氣試驗的主要指示元素。

2 土壤測量結果

選擇王家莊礦區(qū)穿過主礦體的15勘探線作為實驗剖面。剖面線長450 m，點距25 m。以礦體為中心，向兩側布點。15勘探線礦化體出露基巖面覆蓋厚度為80～120 m。

為全面了解土壤中元素含量特征，對其中62種元素含量進行了測定，包括Ag，Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Cr，Ni，Co，F(xiàn)e，Mn，Sn，REE等元素。其中，w（Cu）＝38.4×10－6～60×10－6，w（Pb）＝21.8×10－6～70.5×10－6，w（Zn）＝65.3×10－6～95.7×10－6。在測線東部的13號采樣點，部分元素的質(zhì)量分數(shù)出現(xiàn)極值，如w（Cu）＝2 619.20×10－6，w（Ag）＝1 540.9×10－6。經(jīng)檢查，系采礦污染所致。

表1 山東王家莊礦區(qū)巖礦元素含量特征Table 1 Elements contents in ore rock of Wangjiazhuang deposit

從主要元素曲線圖（圖1）可以看出，土壤中元素Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Ag，Sb等元素在銅礦體上方?jīng)]有異常顯示。雖然在遠離礦體的測線東側出現(xiàn)了有極高Cu和Ag的單點異常，但該點異常系采礦污染所致。說明在沖積物厚覆蓋條件下，常規(guī)的土壤測量無法發(fā)揮指示作用。

3 地氣測量

3.1 地氣法測量

圖1 王家莊銅礦區(qū)15勘探線土壤測量Fig.1 Soil geochemical survey at line 15 of Wangjiazhunag

液態(tài)捕集劑是地氣測量的關鍵之一。這要求捕集劑本底中金屬元素含量要極低而且均勻。在超凈環(huán)境下采用特殊方法處理容器、高純試劑提純、捕集劑封裝等技術，成功控制了捕集劑本底元素含量（表2）。比如部分金屬元素ρ（Ag）＜0.002 ng/ml，ρ（Cu）＜0.263 ng/ml，ρ（Pb）＜0.56 ng/ml，ρB（Zn）＜2.326 ng/ml。捕集劑本底金屬元素質(zhì)量濃度大大降低，接近甚至低于ICP-MS檢出限（10－12），常量元素的質(zhì)量濃度也控制在10 ng/l以下，滿足了地氣測量的技術要求。

采樣方法采用主動法。采樣過程時間短（每個采樣點幾分鐘至十幾分鐘），操作條件易于控制，有利于在生產(chǎn)中推廣應用。

樣品分析采用等離子質(zhì)譜儀分析。等離子質(zhì)譜儀使用液態(tài)捕集劑分析，分析靈敏度達10－9～10－12級，靈敏度高，一次可測定多種元素，是目前最有效的地氣樣品分析方法。測定元素有Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Cr，Ni，Co，F(xiàn)e，Mn，Sn，REE等40余種。

表2 液態(tài)捕集劑部分元素本底含量特征Table 2 Concentrations of elements in blank collectors

3.2 地氣測量結果

本次地氣測量實驗共分析了43種元素，但僅Pb，Zn，Ag，Bi，Cu，Co，Ni，Sb等10元素在礦體上方有異常顯示。圖2為15勘探線上Pb，Zn，Ag，Bi，Cu元素分布情況。可以看出，在礦體上方Cu，Pb，Zn，Ag，Bi等元素均出現(xiàn)了不同強度的異常，異常清晰，異常峰值出現(xiàn)在礦體上方的鉆孔ZK166—ZK164之間，元素質(zhì)量濃度最高ρ（Cu）＞4 000 ng/l，ρ（Zn）＞6 000 ng/l。異常與礦體空間位置基本吻合。從異常與礦體空間位置看，不同元素有所差異：Co，Ni，Bi，Mo，Cr異常形態(tài)類似，強異常出現(xiàn)在主礦體頭部，雖然強度高，但異常范圍?。籆u，Bi，Ag，Pb，Zn異常范圍寬，異常峰值出現(xiàn)在主礦體上方。在鉆孔ZK164下為規(guī)模小、埋藏更深的銅礦體，該部位Cu，Bi，Ag，Pb，Zn等也顯示出較主礦體相對較弱的清晰異常。這說明在沖積平原區(qū)常規(guī)化探無明顯指示效果的情況下，地氣異常能有效地指示深部隱伏礦體。

圖2 王家莊銅礦區(qū)15勘探線地氣測量Fig.2 Geogas survey at line 15 of Wangjiazhaung Cu deposit

王家莊銅礦的試驗研究說明，在沖積平原區(qū)厚覆蓋條件下，地氣法也能很好地指示深部的隱伏礦體，為我國東部平原區(qū)礦產(chǎn)勘查提供了一種有效手段。

4 結論

通過在沖洪積平原區(qū)開展的地氣法實驗研究，獲得如下結論：

（1）在不同覆蓋條件、常規(guī)土壤測量無效的情況下，地氣測量均發(fā)現(xiàn)了清晰的金屬元素異常，異常強度高且與礦體空間位置吻合。說明地氣法在運積物厚覆蓋的條件下，對尋找隱伏金屬礦能發(fā)揮指示作用，為覆蓋區(qū)的礦產(chǎn)勘查提供了有效地球化學勘查手段。

（2）液體捕集劑和ICP-MS分析方法的采用，使得地氣法捕集效率和分析測試水平大大提高，測試數(shù)據(jù)的可靠性也進一步提高。同時為地氣法走向標準化和工程化提供技術上的支持，為在實際找礦中的推廣提供了保證。

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