靳職斌，周新鵬，張雙奎，張璐

（山西省地球物理化學勘查院，山西運城 044000）

深穿透地球化學多方法組合在中條山厚層黃土覆蓋區(qū)找礦試驗研究

靳職斌，周新鵬，張雙奎，張璐

（山西省地球物理化學勘查院，山西運城 044000）

在運城盆地厚層黃土覆蓋區(qū)所開展的深穿透地球化學找礦試驗，采用黏土吸附態(tài)金屬離子（Cu、Co、Ni、Zn等）、熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率（η%）、F離子選擇性電極四種方法同時進行。試驗對象是深埋在黃土下200～300 m以深兩個銅鎳多金屬硫化物礦床。通過本次試驗，所選四種方法均不同程度捕捉到巨厚黃土覆蓋200 m以深的金屬礦床成礦地球化學信息，初步證明所選方法是有效的、可行的。其中粘土吸附態(tài)金屬離子Co、Ni、Cu、Zn異常強度與在礦體中的濃集強度呈明顯的正相關關系，間接找礦信息熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率（η%）也有一致的趨勢。進一步將四種方法的異常信息進行疊加，所形成的組合異常更好地克服了單信息微弱、不穩(wěn)定的缺陷，可更有效地指示深埋隱伏多金屬礦體，明顯增大異常對礦體的反映率。本次所選的四種方法，野外采樣方法簡單，操作簡便，與常規(guī)土壤化探工作方法基本一致，生產與測試成本能為基層單位接受；對同類土壤覆蓋區(qū)開展深穿透地球化學方法找礦有推廣價值。

厚層黃土；深穿透地球化學；粘土吸附態(tài)金屬離子；熱釋碳酸鹽（△C）；電導率；氟離子選擇性電極；組合信息

我國黃土覆蓋面積達約45萬km2，在黃河流域形成大面積連續(xù)分布區(qū)，主要集中在甘肅東部、陜西北部、及山西、河北大部分地區(qū)。對于這些特殊景觀區(qū)的礦產資源，常規(guī)地質勘查手段基本上無能為力。近年來我國在厚層覆蓋區(qū)應用深穿透地球化學找礦取得了重要進展，多種方法得到了驗證[1]，如地氣法、土壤活動態(tài)金屬離子、土壤吸附態(tài)離子、地電化學、熱釋汞、熱釋鹵、熱釋碳酸鹽、氡氣、汞氣、鹵素、電導率、地下水、植物根系等。但在實際應用中，這些方法普遍存在一些問題：①采樣方法較復雜，實際操作難度大；②信息微弱不穩(wěn)定，干擾因素多，判別信息來源比較困難；③樣品處理和測試費用比較高[2]。這些問題直接制約了深穿透地球化學方法在生產中的普及應用。

在中條地區(qū)厚層黃土覆蓋下的隱伏礦區(qū)所開展的深穿透地球化學找礦試驗，選取了黏土吸附態(tài)金屬離子（Cu Co Ni Zn等）、熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率（η%）、F離子選擇性電極等四種方法同時進行，以期通過信息組合達到克服干擾，強化信息的目的。同時，所選方法操作相對簡便，測試成本比較低廉，試驗效果明顯。

試驗對象為運城盆地黃土覆蓋區(qū)中部的戶頭銅鎳礦和回坑銅鎳礦，在礦床覆蓋層上方布設試驗剖面，以淺表土壤為介質提取下伏礦床中有關礦致地球化學信息。

1 地質礦產概況

試驗地位于運城盆地厚層黃土覆蓋區(qū)中部，試驗剖面布置在隱伏礦床戶頭和回坑銅鎳礦的上方，剖面方向為EEN（129。），總長8.5 km（圖1）。

中條山地區(qū)是我國重要的銅礦集區(qū)之一，至上世紀九十年代以前已探明銅礦峪、胡家峪、篦子溝等大、中、小型銅礦床30余處，提交Cu金屬儲量900多萬噸。隨著長期開采，礦山保有儲量已所剩無幾，近20年來進行了大量的危機礦山研究與勘查工作，后續(xù)找礦始終未取得明顯進展，找礦注意力開始轉向占五分之四以上的第四系黃土覆蓋區(qū)，發(fā)現有新類型銅、鈷、鎳多屬礦多處[3]。

圖1 中條地區(qū)地質概況略圖Fig.1 Geological sketch map of the Zhongtiao area

中條山以北是廣闊的厚層黃土覆蓋區(qū)，屬新生代斷陷構造運動形成的運城盆地，地表淺層普遍分布風積黃土層（Q3），為一套成分單一層位穩(wěn)定的灰黃色、棕黃色粉砂質黏土。下伏蓋層以河流相、湖相沉積物為主，主體成分仍為砂質黏土。這套由風成和水成的巨厚黃土覆蓋層厚度一般為300～700 m，最厚達1000 m，堆積在以太古宇涑水群為主的古老基底上。前人根據航磁異常發(fā)現了深埋地下的戶頭鐵礦，繼而發(fā)現了與鐵礦共生的銅鎳礦，后又在戶頭西北發(fā)現了回坑銅鎳礦[4]。該礦床成因類型為基性－超基性巖漿巖型熔離－貫入式銅鎳礦，容礦巖石為太古宇涑水雜巖，主要由基性火山巖、基性－超基性侵入巖、中酸性侵入巖、古陸相沉積等變質而成的混合雜巖組成，含有豐富的、與幔源物質有關的Cu、Au、Ag、Ni、Co、Fe等成分。

2 試驗礦床特征

2.1 戶頭礦床

戶頭鐵鎳銅礦位于運城盆地中部，隱伏垂直埋深約220 m，其中黃土層厚約150 m，上部圍巖厚約70 m。該礦床最初以開采磁性鐵礦為主，后發(fā)現為富含銅、鎳、鈷等的多金屬礦床。礦體產狀近水平，產于構造裂隙中，呈脈狀和透鏡狀產出，容礦巖石為太古宇涑水雜巖，以變花崗閃長巖和變輝長巖為主（圖2）。礦床成因屬基性巖漿熔離礦漿貫入構造裂隙形成的銅鎳鐵鈷多金屬礦。礦脈厚度0.50～2.62 m，長300 m，礦化帶厚度47.45～65 m。礦石以斜長石化脈狀礦石、石英脈硫化物礦石為主，相互混雜交互產出。主要礦物有磁鐵礦、黃鐵礦、鎳黃鐵礦、藍銅礦、黃銅礦。非金屬礦物主要有方解石、石英及少量磷灰石。礦石中Cu含量一般為0.2%～1.2%，平均0.71%，最高含量3.62%；Zn平均含量只有0.01%；鎳含量為0.45%～0.98%，平均0.61%，鈷含量一般為0.17%～0.084%，平均0.11%。全鐵含量一般為20%～30%，平均25%。

圖2 戶頭鐵銅鎳鈷多金屬礦床剖面圖（戶頭礦井實測，山西物化院2012）Fig.2 Profile of the Hutou polymetallic (Fe Cu Ni Co)deposits

2.2 回坑礦床

回坑礦床位于戶頭北部6 km處，根據鉆探資料，礦床垂直深度約240 m，其中上覆黃土厚210 m，上部分圍巖厚約30 m。礦床類型與戶頭一致，產于下伏太古宇涑水雜巖中，容礦巖石為一套基性片麻雜巖，主要為斜長角閃巖、角閃二長片麻巖、變花崗閃長巖、石英閃長巖等（圖3）。礦床成因同樣為基性巖漿分異礦漿貫入式成礦，礦脈比較分散，由一系列薄層礦脈組成，總厚度約60 m。主要礦物組合為磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等。其中Cu含量平均0.27%，最高6.64%，Ni含量平均0.08%，最高0.69%，Co含量平均0.09%，最高達1.57%；Zn平均含量0.11%，最高0.29%，全鐵平均含量29%，最高含量49%。

3 試驗方法簡述

本次所選四種方法，統(tǒng)一以地表土壤為介質一

次性采集樣品進行測試，具體在戶頭－回坑礦床上方布設一過礦剖面。剖面長8.5 km，采樣點距100 m，從零點到末點共采集樣品86個。采樣深度統(tǒng)一控制在150～170 cm之間，以盡量排除表層物質的干擾。土壤樣采集量約1 kg，裝入棉布樣品袋自然晾干后，取過100目篩的細粒樣，送化驗室按照上述有關要求進行測試。

圖3 回坑鐵銅鎳鈷多金屬礦床剖面圖（根據回坑ZK301鉆孔，山西物化院2012）Fig.3 Profile of the Huikeng polymetallic (Fe Cu Ni Co)deposits

土壤吸附態(tài)測量是金屬元素活動態(tài)測量法之一，利用偏提取技術測試土壤吸附態(tài)金屬組分，是當前使用比較多的一種方法[5]，并且在地礦、冶金、有色等系統(tǒng)都開展了大量研究工作，取得了很多成果，也取得了較好找礦效果[6]。本次用5%檸檬酸銨和0.5%醋酸（1∶1）對土壤中Cu、Zn、Ni、Co、Ag等吸附態(tài)離子進行偏提取分析。

熱釋碳酸鹽（ΔC）法最早是由美國運用于石油、天然氣勘探的一種新方法[7-8]，后來發(fā)現在金屬礦床上方也能形成“后生碳酸鹽”，1985年美國地質學家Lovell在“土壤中二氧化碳測量可作為半干旱和干旱區(qū)域尋找隱伏礦的指標”一文，介紹了根據隱伏鉛鋅礦上方所獲得的Pb－Zn數據，能夠反映深埋盲礦的事實。上世紀九十年代我國有過多次試驗[9]，在第四系覆蓋層厚度130～180 m的一些鉛鋅礦等礦區(qū)得到良好的驗證效果。本次試驗就是參照前人做法，在500～600℃范圍內熱釋放土壤中的碳酸鹽，測試其中二氧化碳含量[10]。

土壤電導率測量屬地電化學范疇[11-12]，但不需要專門供電與接收設備，樣品采集與普通土壤化探采樣相同。桂林冶金地質學院對電導率尋找隱伏礦床進行了較系統(tǒng)和深入研究與應用[13]，先后對厚層基巖、坡積物覆蓋的鉛鋅等礦進行找礦試驗，皆取得了良好的效果。本次測試電導率方法是，取5 g過100目鋼絲篩土壤樣品，加入100 mL去離子水溶解，攪拌半小時后用電導率儀直接測試。

用鹵素作為指示元素，在厚層覆蓋條件下找盲礦,是目前正在探索的一種方法。利用F離子選擇電極在甘肅、江西、廣西、湖北、吉林和遼寧的一些已知礦床上進行了試驗，取得了一定成效。F離子選擇電極的應用基礎是測定電極在溶液中的薄膜電位，與參比電極（甘汞電極）組成原電池，進而測量其電池的電動勢。具體方法是準確稱取土壤樣品2 g置于100 mL燒杯中，加蒸餾水50 mL，在70℃下攪拌浸取30 min，將浸取液轉入100 ml容量瓶中，加入10 mL離子強度調節(jié)緩沖液，用蒸餾水稀釋至刻度線，F電極進行直接測試。

4 試驗結果

4.1 粘土吸附態(tài)金屬離子

本方法共測試了Co、Ni、Cu、Zn 4個黏土吸附態(tài)金屬離子，是與礦床有關的直接找礦信息。由圖4可見，Co異常對戶頭礦和回坑礦床都有反映，具有良好的對應關系；Ni與Zn在回坑礦區(qū)均有異常出現，其中Zn在測線左側出現兩個異常峰值，D2異常與礦床對應，D1異常部位礦床情況不明。Cu異常與回坑、戶頭礦床的對應性都不明顯，且曲線波動性較大。

4.2 其它三種方法

另三種方法熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率（η%）、離子選擇電極（F）是間接找礦信息。由圖5可見，熱釋碳酸鹽（ΔC）異常對回坑和戶頭礦床都有良好的反映，對戶頭礦床反映更為顯著。與戶頭礦床對應的D4異常集中程度更高，與回坑礦床對應的D2異常也較明顯。

電導率（η%）異常對戶頭礦床的反映較好，對回坑礦床沒有反映，其中異常D1與黏土吸附態(tài)Ni離子異常相疊合。D2異常強度相對較高，與黏土吸附態(tài)

Co及蝕變碳酸鹽（ΔC）異常一致，對戶頭礦床反映較好。

F離子異常與礦床的對應關系不明顯，異常形態(tài)也較分散，曲線波動性較大，總體上分高低值兩個臺階，高低值分界線陡變梯度部位與回坑礦床對應，也顯示出一定的對應關系。

圖4 粘土吸附態(tài)金屬離子異常剖面圖Fig.4 Abnormal profile of the clay absorption phase metal ions

5 影響異常的主要因素及信息組合效果

通過以上試驗，各類異常對隱伏礦床均有不同程度的反映，但效果不同。為進一步查明其原因，結合礦床品位特征進行了初步分析，結果如下：

表1是根據戶頭礦床和回坑礦床中Cu、Zn、Ni、Co平均含量與規(guī)范邊界品位所計算的比值，用以衡量元素濃集強度。其中Co濃集強度在兩礦區(qū)均最高，且戶頭更高，與圖4中Co異常特征基本一致；Cu在戶頭礦床中濃集強度很強，是回坑的近9倍，圖4中也只在戶頭礦區(qū)一方出現Cu異常；Zn在回坑礦床中濃集強度則是戶頭的10倍，圖4中也只在回坑礦區(qū)出現了Zn異常。由此不難看出，隱伏礦床中元素的濃集強度與上方異常呈正相關性。對于非直接信息來講，從圖5看出熱釋碳酸鹽（ΔC）和電導率（η%）異常也在戶頭礦床上方更明顯，與戶頭礦床品位較高相一致，也表現出與金屬元素含量之間的正相關特點。

由此初步認為，本區(qū)巨厚黃土覆蓋下的多金屬礦床中，有關元素含量達到一定濃度，在覆蓋層上方可顯示出相應元素直接信息異常，也可引起間接信息異常，符合元素濃度擴散的基本原理[14]。

本次試驗所用方法顯示效果趨勢一致，為了進一步克服單個信息弱和不夠穩(wěn)定的缺陷，將各方法所取得的信息進行疊加組合，具體方法是將所有數據標準化（原數據除以平均值）后進行累加，統(tǒng)一編制信息異常曲線圖（圖6）。

綜合信息曲線中有兩個顯著異常，對回坑和戶頭兩個已知礦床都有明顯反映，分別表現為D2、D4異常。對于D1、D3來講，由于地質工作程度所限，尚不能解釋其確切成因，但臨近已知礦異常D2、D4，可能存在更重要的找礦意義。

為進一步驗證本次深穿透地球化學試驗效果，在本試驗剖面上做了1∶2000音頻大地電磁測深和高精度磁測剖面（圖6），測量點距均為100 m。結果顯示，在D2與D4異常部位，分別對應出現了較明顯的M1和M2磁異常，同時在約250 m深處對應有AMT相對高阻異常R2和R4。礦區(qū)礦石以斜長石化脈狀礦石、石英脈硫化物礦石為主，根據礦石物性測量資料，主要礦石有高阻高磁的特點，因此M1、M2磁異

常與R2、R4高阻異?？赡苁菍V地質體的反映，進一步佐證了深穿透地球化學綜合信息異常的可靠性。

表1 回坑-戶頭礦床成礦元素濃集系數及強度比較Table 1 Comparison of metallogenic element concentration factors and intensity between the Huikeng and Hutou deposit

圖5 熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率（η%）、離子選擇電極（F）異常剖面圖Fig.5 Abnormal profile of the thermal released carbonates(ΔC), conductivity(η%),fluoride ion selective electrode

6 結論與討論

（1）通過本次試驗，所選四種方法（黏土吸附態(tài)金屬離子、熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率、F離子選擇性電極），均不同程度捕捉到巨厚黃土覆蓋200 m以深的多金屬礦床成礦地球化學信息，初步證明所選方法的有效性和可行性。

（2）以上各方法中，黏土吸附態(tài)金屬離子Co、Ni、Cu、Zn異常強度與在礦體中的濃集強度呈明顯的正相關關系，間接找礦信息熱釋碳酸鹽（ΔC）、電導率（η%）也有一致的趨勢，這一特點進一步增強深穿透地球化學應用的信心，只要隱伏礦體在達到一定品位，在覆蓋層上方可以形成相應的直接找礦信息和間接找礦信息。

（3）多方法信息疊加形成的組合異常，能夠較好地克服單一信息微弱、不穩(wěn)定的缺陷，可更有效地指示深埋隱伏多金屬礦體，明顯增大異常對礦體的反映率。

（4）本次所選的四種方法，野外采樣方法簡單，操作簡便，與常規(guī)土壤化探樣采集與加工方法基本一致，測試費用略高于常規(guī)土壤化探樣，能為基層地質單位接受。對同類土壤覆蓋區(qū)開展深穿透地球化學方法找礦有推廣的實用價值。

盡管本次試驗所得異常較好地反映了兩個已知多金屬深埋礦床，取得了較理想的效果，但仍存在一些具體問題，如Cu異常與礦床位置偏離，戶頭礦床含Ni高，但在上方卻沒有出現Ni異常，F異常

峰值不集中等問題。究其原因，Cu可能由于在地表氧化條件下的活性比Ni、Co大，容易遷移偏離主體位置。Ni與Co在土壤中易被黏土吸附，但由于黏土礦物對Ni和Co吸附有很大選擇性，常造成不同的Ni∶Co比值。戶頭礦區(qū)無Ni異常顯示，可能由于局部土壤差異性造成Ni流失所致?？傊瑏碜陨畈康V體的金屬離子在厚層風成黃土中存留的信息是十分微弱的，也容易受到地表多種因素干擾。依靠單一信息探測深部成礦，可靠性自然會大大降低。本次除了直接信息（Co Ni Cu Zn）外，配合熱釋碳酸鹽（ΔC）和電導率等方法，采取多方法多指標綜合信息，克服了偶然性，最終取得了較理想的效果。因此采取“多元素直接信息+多方法間接信息”的聯合方法，應該是今后開展深穿透地球化學找礦的一個重要途徑。

圖6 聯合信息綜合異常剖面圖Fig.6 Abnormal profile of the integrated information

致謝：本次應用試驗研究與成文過程中得到了中國地質大學（武漢）馬振東教授的悉心指導，在此深表感謝！

[1]謝學錦，王學求.深穿透地球化學新進展[J].地學前緣，2003, 10（1）：225-238.

[2]王學求.深穿透勘查地球化學[J].物探與化探，1998，22（3）：166-169.

[3]孫繼源，冀樹楷，真允慶.中條裂谷銅礦床[M].北京：地質出版社，1995,190.

[4]趙斌.2013.大中條地區(qū)火山-巖漿-成礦作用及成礦預測[D].長安大學，2013.

[5]陳希泉，羅先熔，文雪琴.內蒙古額爾古納虎拉林金礦區(qū)金屬元素活動態(tài)測量法找礦試驗[J]，礦產與地質，2006,20（4-5）：475-478.

[6]李惠，禹斌，李德亮，等.化探深部預測新方法綜述[J].礦產勘查，2010,1（2）：156-160.

[7]李生郁，鄭康樂，徐豐孚.土壤熱釋碳酸鹽（ΔC）測定法及其在油氣普查中的應用[J].物探與化探，1986,10（1）：18-27.

[8]侯以霆.應用化探熱釋CO2方法在桂東北找尋鉛－鋅礦床的一例[J].地質論評，1987,33（4）：381-384.

[9]張美娣.熱釋CO2找礦方法的試驗及其應用[J].礦產地質研究院學報，1986,（3）：62-72.

[10]敖巧慶.土壤ΔC碳酸鹽的分析方法及石油化探應用[J].石油實驗地質，1986,8（4）：386-396.

[11]侯冬梅，羅先熔，王建歷，文美蘭，歐陽菲，李兆誼.地球電化學法在中國-澳大利亞兩國尋找隱伏礦鈾礦中的對比研究[J].地質通報，2012,31（1）：126－135.

[12]羅先熔.厚層覆蓋區(qū)壤中電導率測量方法及其找礦效果[J].地質與勘探，1987,（3）：60-64.

[13]羅先熔.再論地球電化學測量法尋找隱伏礦床[J].桂林冶金地質學院學報，1994,14（3）：295-302.

[14]任天樣，劉應漢，汪明啟.納米科學與隱伏礦藏—一種尋找隱伏礦的新方法、新技術[J].科學導報，1995,8（3）：18-19.

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A

1672－4135（2014）03－0197-06

2014-07-10

山西省地勘局重點研究項目：山西省大中條地區(qū)成礦預測研究（晉地設發(fā)[2012]4號）

靳職斌（1964-），男，高級工程師，1987年畢業(yè)于中國地質大學（武漢），地球化學專業(yè)，長期從事礦產勘查，E-mail: jin27192@163.com。