王 勇，葉 榮， 張必敏， 柯 丹

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000）

近年來(lái)，以深穿透地球化學(xué)為理論支持的化探方法在隱伏礦床勘探中發(fā)揮了重要的作用［1-2］。地氣方法作為深穿透地球化學(xué)的重要方法之一，在戈壁覆蓋區(qū)、平原沉積物覆蓋區(qū)以及半干旱草原覆蓋區(qū)的化探工作中非常有效，能在隱伏礦體上方探測(cè)出良好的異常［3］。地氣方法是對(duì)土壤氣體中存在的微量微米、亞微米級(jí)及納米微粒的捕集和測(cè)量。這些顆粒所包含的微量成礦元素信息能夠反映深部的礦化現(xiàn)象。常用的地氣微粒捕集介質(zhì)有兩種，即固態(tài)的海綿泡塑和液態(tài)的超純稀酸溶液。兩種捕集介質(zhì)在捕集機(jī)理上存在著一些區(qū)別，因此使用兩種介質(zhì)的方法在異常表現(xiàn)形式上也有所不同。

1 礦區(qū)地質(zhì)及覆蓋層概況

本次地氣測(cè)量工作在位于新疆哈密的金窩子中型金礦田210金礦床進(jìn)行，礦體上方覆蓋層厚度約為5～40 m，為已知的隱伏金礦（圖1）。金礦體以石英硫化物脈群產(chǎn)于上泥盆統(tǒng)金窩子組糜棱巖化炭質(zhì)層凝灰?guī)r及凝灰角礫巖中，含礦構(gòu)造為剪切斷裂帶，方向NE 65°，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致［4］。礦體中含金礦物主要為顯微自然金及黃鐵礦等。

圖1 金窩子金礦田210礦床地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of deposit No.210 in Jinwozi gold orefield

地理學(xué)專家早已注意到戈壁層的垂向分帶現(xiàn)象，描述了黑色礫幕、孔泡結(jié)皮以及以碳酸鹽和石膏為主要成分的鈣積層由上到下的分帶現(xiàn)象。在戈壁覆蓋區(qū)勘查研究中，地球化學(xué)家們對(duì)戈壁層的性質(zhì)、成因以及它作為賦存和傳遞深部礦化信息的介質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為鈣積層及其上方的黏土層對(duì)深部的成礦物質(zhì)具有極強(qiáng)的吸附與阻擋作用［5-8］。

2 地氣測(cè)量方法及微粒中Au的存在方式

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4條垂直于210礦體走向的勘測(cè)線，橫跨礦體，從東到西測(cè)線號(hào)分別為 2、1、3、4。4條測(cè)線方向?yàn)?NW30°，線距200 m，點(diǎn)距50～100 m，長(zhǎng)度1 400 m，控制面積約0.84 km2。測(cè)區(qū)共設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)76個(gè)，每個(gè)采樣點(diǎn)分別取泡塑樣品、液體樣品，并在礦體上方的采樣點(diǎn)抽取微粒樣品。

泡塑在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室制取，再用10%酸溶液（按照王水組份配比，但濃度為10%）預(yù)處理，超純水清洗后用5%超純稀酸溶液浸泡（按照王水組分配比，但濃度為5%）。微粒捕集物質(zhì)為高純介質(zhì)（Ge、Al）。液體捕集劑采用5%稀酸溶液 （按照王水組份配比，但濃度為5%）。超純5%稀酸溶液在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院超純實(shí)驗(yàn)室以蒸餾方法制取。

以泡塑為捕集介質(zhì)的抽氣過(guò)程中使用大氣采樣器，以稀酸溶液為捕集介質(zhì)的抽氣過(guò)程中使用手提式采樣器。在每個(gè)采樣點(diǎn)上，用鋼釬打6個(gè)孔，孔深0.5～0.8 m。兩種采樣介質(zhì)各用3個(gè)孔，將螺旋采樣器旋于孔中，擰緊使孔封閉，用硅膠管連接安裝孔徑約為0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾器和捕集裝置。采用泡塑為捕集介質(zhì)的方法用大氣采樣器在3個(gè)孔中各采集2 min氣體，氣體流量控制在1.5 L·min-1。采用稀酸溶液為捕集介質(zhì)的方法用抽氣泵一次在3個(gè)孔中各抽取氣體3 L，通過(guò)U型瓶來(lái)進(jìn)行捕集。每個(gè)采樣點(diǎn)U型瓶中稀酸溶液的體積為20 mL［9-10］。每個(gè)采樣點(diǎn)上孔位之間的距離為1 m。微粒捕集高純介質(zhì)使用大氣采樣器進(jìn)行抽氣，在礦體上方采樣點(diǎn)進(jìn)行累計(jì)疊加采樣，回到實(shí)驗(yàn)室使用透射電鏡和能譜EDS進(jìn)行形態(tài)觀察及成分測(cè)定。

在對(duì)微粒的觀察、分析和總結(jié)中，筆者發(fā)現(xiàn)，Au元素在微粒中的存在主要呈Cu-Au等聚合體方式（圖2）和呈被吸附狀態(tài)的顯微自然金方式（圖3）。

圖2中，微粒為微米級(jí)微粒聚合體，微粒整體直徑在2 μm左右，并且棱角分明，說(shuō)明形成原因并不全是納米級(jí)的微粒聚合，而是由于原生成礦作用形成極細(xì)的金屬碎屑并經(jīng)歷后期部分的微粒間聚合作用。對(duì)比來(lái)說(shuō)，在圖3中的微粒聚合團(tuán)中，單個(gè)微粒半徑更小，粒徑小于100 nm，為典型的納米微粒。數(shù)個(gè)納米微粒經(jīng)后期聚合作用，形成稍大的微粒團(tuán)。

Au自身的化學(xué)性質(zhì)，使得其在地氣微粒中更多地存在于微米、亞微米級(jí)顆粒中。由于能譜EDS自身分辨率有限，無(wú)法計(jì)算兩個(gè)微?？傎|(zhì)量的大小。但對(duì)比圖2中微米級(jí)微粒中的Au元素多峰值突顯和圖3中納米微粒Au元素峰值幾乎不可見(jiàn)的現(xiàn)象可以看出，Au在圖2微米級(jí)微粒中所占比例要大于圖3中納米級(jí)微粒?？傮w上，Au在地氣微粒中還是主要存在于微米、亞微米級(jí)微粒聚合體中［11-12］。

圖2 微米級(jí)地氣微粒中Au的Cu-Au聚合體存在方式Fig.2 The Cu-Au polymer existence mode of gold in micron-order geogas particles

圖3 納米級(jí)地氣微粒中超細(xì)粒級(jí)黏土吸附AuFig.3 The Au adsorption by fine-grained clay in nano-order geogas particles

3 地氣測(cè)量Au元素異常特征

對(duì)野外所采集的稀酸溶液樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用ICP-MS進(jìn)行分析，泡塑樣品灰化重溶后也采用ICP-MS進(jìn)行分析，共分析了Au、Ag、Cu、Pb、Zn和REE等30項(xiàng)元素。

在平面空間上，使用兩種介質(zhì)的測(cè)量，在含礦構(gòu)造剪切帶上方都出現(xiàn)了異常。泡塑的Au異常主要分布在礦體與覆蓋層接觸部位的垂直投影上，酸溶液樣品的Au異常中心移向礦體的傾向方向（圖4）。在剖面上，這種分帶性更為直觀（圖5、6）。

圖4 地氣測(cè)量Au等值線圖Fig.4 The contour diagram of Au in geogas survey

圖5 1號(hào)測(cè)線Au元素含量圖Fig.5 The content of Au in measuring line No.1

兩種介質(zhì)單純對(duì)元素捕集能力的差別并不會(huì)造成Au異常部位分布位置不一致的現(xiàn)象，所以該現(xiàn)象是由兩種介質(zhì)在一定程度上對(duì)微粒的選擇性捕集造成的。

4 兩種介質(zhì)對(duì)微粒的選擇性捕集

兩種介質(zhì)由于本身存在差異，在捕集Au的機(jī)理上也存在著不同。

泡塑捕集介質(zhì)：在捕集過(guò)程中，泡塑介質(zhì)如同細(xì)粒級(jí)篩，主要通過(guò)泡塑中細(xì)微的呈固態(tài)的海綿的吸附作用使微粒停留下來(lái)。抽氣過(guò)程中，氣體負(fù)壓的作用使得停留在泡塑上但相對(duì)不夠穩(wěn)定的納米級(jí)微粒繼續(xù)移動(dòng)，而粒級(jí)相對(duì)大的質(zhì)量相對(duì)高的微米及亞微米級(jí)微粒則更多地停留在泡塑介質(zhì)中。

5%稀酸溶液介質(zhì)：呈酸性的H＋、氧化性的NO3-對(duì)微粒進(jìn)行化學(xué)方式的捕集，動(dòng)態(tài)的捕集使得反應(yīng)不完全，元素對(duì)酸的反應(yīng)劇烈程度不同，并且介質(zhì)對(duì)Au的溶解性遠(yuǎn)不如98%純王水，導(dǎo)致其對(duì)Au的捕集能力有限。因此，地氣微粒中粒徑相對(duì)小、比表面積大的納米微粒更容易與酸反應(yīng)。與泡塑介質(zhì)相反，粒徑大的微米、亞微米級(jí)微粒化學(xué)反應(yīng)不夠充分，隨氣流脫離溶液。

圖6 4號(hào)測(cè)線Au 元素含量圖Fig.6 The content of Au in measuring line No.4

由于微孔濾膜的孔徑約為0.45 μm，且具有不均一性，使得粒徑在1 μm左右的微粒都能進(jìn)入捕集裝置。由于粒徑比較小，無(wú)法做到定量測(cè)量，即使在能譜EDS下，也無(wú)法計(jì)算微粒質(zhì)量。故提出假設(shè)，將微觀微粒按相對(duì)趨勢(shì)分為兩類：微粒團(tuán)中粒徑、質(zhì)量相對(duì)小，比表面積大的納米微粒群組為A；粒徑、質(zhì)量相對(duì)大，比表面積小的微米及亞微米級(jí)微粒群組為B，Au相對(duì)更多地存在于B中。兩種介質(zhì)的捕集過(guò)程見(jiàn)圖7、8。

圖7 泡塑動(dòng)態(tài)捕集微粒的兩個(gè)環(huán)節(jié)Fig.7 Two steps of particles-trapping dynamically by foam

圖8 酸溶液動(dòng)態(tài)捕集微粒的兩個(gè)環(huán)節(jié)Fig.8 Two steps of particles-trapping dynamically by acid liquid

在兩種介質(zhì)的動(dòng)態(tài)捕集環(huán)節(jié)中，泡塑介質(zhì)由于動(dòng)態(tài)負(fù)壓的作用，使停留在泡塑表面的A類微粒相對(duì)B類微粒更易脫離并被抽取到抽氣筒中而排放到大氣中，因而造成對(duì)B類微粒的相對(duì)富集。而液態(tài)酸溶液的捕集過(guò)程中，比表面積相對(duì)大的A類微粒更容易迅速地溶入稀酸溶液形成陽(yáng)離子，而B類微粒雖然質(zhì)量大，但反應(yīng)卻不如A完全，酸溶液的濃度也很小，這樣，大部分微粒就被動(dòng)態(tài)氣體帶離酸溶液。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，B類大粒徑微粒聚合團(tuán)容易被泡塑介質(zhì)捕集，而小粒徑微粒團(tuán)容易被酸溶液捕集。這樣也就造成了泡塑對(duì)Au元素的捕集能力強(qiáng)于稀酸溶液介質(zhì)的捕集能力。

5 隱伏礦體上方微粒形成的分帶模式

在深部，地氣流經(jīng)過(guò)構(gòu)造剪切帶時(shí)，由于裂隙較大可以使地氣快速通過(guò)，其對(duì)微粒的作用力也相對(duì)加強(qiáng)。這樣在空間上，存在著同構(gòu)造剪切帶傾角方向相反的較大地氣作用力。納米微粒質(zhì)量較輕，不需要構(gòu)造剪切帶方向的作用力也能憑借垂向上的地氣作用擴(kuò)散到地表；而微米、亞微米級(jí)微粒與納米微粒相比，粒徑和質(zhì)量都比較大，僅憑借垂向作用力難以向上垂直遷移，就需要借助在含礦構(gòu)造剪切帶所匯聚的較大的地氣流的作用向上遷移，到達(dá)含礦構(gòu)造與覆蓋層的交匯處，再憑借這股大的地氣流向垂上方遷移。兩類微粒的不同遷移路徑造成其在礦體及剪切帶上方覆蓋層中的分帶現(xiàn)象（圖9）。

圖9 含礦構(gòu)造剪切帶上方地氣微粒的分帶Fig.9 Zonation of geogas particles in overburden above ore and shear zone

6 結(jié) 論

戈壁區(qū)覆蓋層中存在著來(lái)源于深部并由地氣流遷移至淺層土壤的微粒物質(zhì)。在新疆金窩子210金礦上方的地氣試驗(yàn)中，Au異常明顯。使用泡塑及稀酸溶液兩種捕集介質(zhì)方法呈現(xiàn)不同形式的異常，是由介質(zhì)對(duì)微粒的捕集機(jī)理不同及微粒自身差異造成。地氣微粒在礦體、構(gòu)造剪切帶上方存在著分帶現(xiàn)象：從隱伏礦體垂向投影位置到剪切帶與覆蓋層接觸位置，微粒隨粒徑由小變大分布。在金礦勘查應(yīng)用方面，使用泡塑介質(zhì)采樣速度快，效率高，適合大面積找尋靶區(qū)的工作。在確定靶區(qū)后，更適合使用稀酸溶液作為捕集介質(zhì)對(duì)深部礦床進(jìn)行大比例尺準(zhǔn)確定位的化探工作。

［1］王學(xué)求.深穿透勘查地球化學(xué)［J］.物探與化探，1998， 22（3）:165-169.

［2］王學(xué)求.深穿透地球化學(xué)遷移模型［J］.地質(zhì)通報(bào)，2005（Z1）:892-896.

［3］程志中，王學(xué)求，劉大文.地球氣組份與隱伏巖體的關(guān)系初探［J］. 地質(zhì)地球化學(xué)， 2002， 30（2）:90-94.

［4］王厚庭.金窩子金礦床的控礦元素分析［J］.新疆有色金屬，2009（增刊）:30-33.

［5］葉榮，王學(xué)求，趙倫山，等.金窩子礦帶戈壁覆蓋區(qū)化探深穿透找礦方法研究［J］.地質(zhì)與勘探，2003， 39（6）:90-93.

［6］葉榮，王學(xué)求，趙倫山，等.戈壁覆蓋區(qū)金窩子礦帶深穿透地球化學(xué)方法研究［J］.地質(zhì)與勘探，2004， 40（6）:65-70.

［7］張必敏.我國(guó)西部特殊景觀區(qū)化探方法研究進(jìn)展［J］.物探與化探， 2008， 32（5）:473-476.

［8］張必敏，王學(xué)求，遲清華，等.戈壁覆蓋區(qū)準(zhǔn)平原化過(guò)程中成礦元素的分散與遷移：以金窩子金礦為例［J］. 礦物學(xué)報(bào)， 2009（增刊）:513-514.

［9］劉應(yīng)漢，劉京秋，張華，等.納米微粒物質(zhì)測(cè)量中動(dòng)態(tài)累積法采樣技術(shù)［J］.物探與化探，2008，32（1）:61-65.

［10］劉應(yīng)漢，孔牧，孫忠軍，等.納米物質(zhì)測(cè)量的液態(tài)捕集 劑研究［J］.物探與化探， 2003，27（6）:456-457.

［11］葉榮，張必敏，姚文生，等.隱伏礦床上方納米銅顆粒存在形式與成因［J］.地學(xué)前緣，2012，19（3）:120-129.

［12］王學(xué)求，葉榮.納米金屬微粒發(fā)現(xiàn)：深穿透地球化學(xué)的微觀證據(jù) ［J］. 地球?qū)W報(bào)， 2011， 32（1）:7-12.