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        內(nèi)蒙古準(zhǔn)蘇吉花銅鉬礦區(qū)土壤熱磁組分地球化學(xué)異常特征及意義

        2014-06-27 03:14:36席明杰馬生明胡樹起湯麗玲郭志娟
        物探化探計(jì)算技術(shù) 2014年6期
        關(guān)鍵詞:鉬礦組分土壤

        席明杰,馬生明,胡樹起,湯麗玲,郭志娟

        (1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所,廊坊 065000;2.中國地質(zhì)科學(xué)院 研究生院,北京 100037;3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083)

        0 引言

        準(zhǔn)蘇吉花銅鉬礦床是內(nèi)蒙古中北部新近發(fā)現(xiàn)的重要銅鉬多金屬礦床之一,屬典型的斑巖型銅鉬礦床,形成時(shí)代為早二疊世(303.2 Ma±6.1 Ma),成礦物質(zhì)主要來源于花崗閃長巖,僅少部分來源于寶力高廟組變質(zhì)粉砂巖,礦石沉淀于高溫、低氧的相對還原環(huán)境[1]。與區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的達(dá)來敖包、烏蘭德勒等鉬銅多金屬礦床共同構(gòu)成了內(nèi)蒙古中北部重要的多金屬礦產(chǎn)資源基地[2-5]。2010年~2011年,中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所以該礦區(qū)作為野外實(shí)驗(yàn)基地,開展了物化探勘查技術(shù)示范研究,認(rèn)為區(qū)內(nèi)具有良好的勘查前景。常規(guī)土壤地球化學(xué)測量結(jié)果顯示,礦區(qū)地表介質(zhì)受風(fēng)成沙影響較大,異常強(qiáng)度低、規(guī)模小、分布零散,對已知礦體外圍成礦前景指示效果不明顯[6]。土壤熱磁組分地球化學(xué)方法最早是由前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家A.H.波戈留波夫等人于上世紀(jì)70年代提出的一種偏提取技術(shù),后經(jīng)我國學(xué)者[7-8]引進(jìn)并在覆蓋區(qū)找礦中取得了良好的試驗(yàn)效果[9-10],但是目前還沒有面積性試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證其可行性。本研究將土壤熱磁組分地球化學(xué)方法應(yīng)用到準(zhǔn)蘇吉花礦區(qū),與常規(guī)土壤地球化學(xué)測量同點(diǎn)位開展試驗(yàn)研究,同時(shí)引入“多重分形(含量-求和法)”、“地質(zhì)累積指數(shù)”等指標(biāo)對試驗(yàn)區(qū)土壤熱磁組分地球化學(xué)異常特征進(jìn)行評價(jià),通過對試驗(yàn)區(qū)多元素組合異常特征及方法有效性進(jìn)行分析,闡明了土壤熱磁組分測量在風(fēng)成沙覆蓋區(qū)找礦中的有效性,為準(zhǔn)蘇吉花地區(qū),乃至我國北方風(fēng)成沙覆蓋區(qū)地球化學(xué)勘查提供了有效的方法技術(shù)。

        1 礦區(qū)地質(zhì)概況

        準(zhǔn)蘇吉花銅鉬礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)蘇尼特左旗境內(nèi),大地構(gòu)造位置處于西伯利亞板塊東南大陸邊緣晚古生代寶力高廟弧增生帶[2]。

        礦區(qū)東部和南部大面積出露上石炭—下二疊統(tǒng)寶力高廟組變質(zhì)粉砂巖,北部與南部低洼地帶分布第四系(圖1)。試驗(yàn)區(qū)整體產(chǎn)于北東向展布的單斜構(gòu)造中。主體控巖構(gòu)造呈北東向產(chǎn)出,容礦構(gòu)造為一系列北西向的次級斷裂,多被后期石英脈充填。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁,主要為海西晚期花崗閃長巖體和后期酸性巖脈的侵入,花崗閃長巖呈舌狀侵入變質(zhì)粉砂巖地層中,使得局部地層發(fā)生角巖化和矽卡巖化,區(qū)內(nèi)輝鉬礦化多與后期石英脈關(guān)系密切。

        圖1 準(zhǔn)蘇吉花銅鉬礦區(qū)地質(zhì)圖[12]Fig.1 Geological map of the Zhunsujihua copper-molybdenum deposit[12]

        礦區(qū)圍巖蝕變發(fā)育,多見硅化、云英巖化、絹云母化、綠泥石化和高嶺土化。礦體主要產(chǎn)于花崗閃長巖巖體中,少量產(chǎn)于變質(zhì)粉砂巖地層中,多呈透鏡狀。礦石呈細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)脈狀和細(xì)脈狀,金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦和輝鉬礦為主,伴生輝銅礦、斑銅礦和黝銅礦等;脈石礦物主要有斜長石、鉀長石、石英、黑云母、絹云母、綠泥石、綠簾石和碳酸巖等。

        2 試驗(yàn)原理與方法

        土壤熱磁組分測量的基本原理是,通過熱磁化處理將土壤中的無磁性非晶質(zhì)鐵錳氧化物轉(zhuǎn)化為具有磁性的組分,利用電磁分選的方法將其從土壤中提取出來,分析磁性組分中的元素含量,從而達(dá)到強(qiáng)化異常,指導(dǎo)找礦的目的。野外土壤樣品采集方法與常規(guī)土壤測量樣品采集方法相同[10]。樣品加工過程包括粒級截取、熱磁化處理和電磁分選三個(gè)環(huán)節(jié),具體方法參見文獻(xiàn)[13]。通過電磁分選出來的磁性組分即為本次研究所需試驗(yàn)樣品,該組分是由土壤中肉眼不可見的非晶質(zhì)鐵氧化物在熱磁化處理過程中轉(zhuǎn)化而來的,土壤中部分非晶質(zhì)錳的氧化物也參與了該過程,其顯微結(jié)構(gòu)顯示出疏松、多孔的片狀結(jié)構(gòu)和微顆粒突起[14]。

        本次研究中Mo、Cu等14項(xiàng)化學(xué)元素的分析測試由中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實(shí)驗(yàn)室承擔(dān),其中As用原子熒光光譜法(AFS)分析,Mn、TFe2O3用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)分析,Ag、Bi、Cd、Cu、In、Mo、Pb、Sb、Te、W和Zn用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分析。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 土壤熱磁組分中元素含量特征

        在樣品分析測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,對準(zhǔn)蘇吉花銅鉬試驗(yàn)區(qū)560件土壤熱磁組分中元素的平均值(X)、標(biāo)準(zhǔn)離差(б)、襯值和變異系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(襯值=平均值/土壤豐度、變異系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值),并利用多重分析模型(含量-求和法)方法計(jì)算了各元素的異常下限。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(表1),元素Ag、Cd、Cu、Mn、Mo、Pb和Zn的標(biāo)準(zhǔn)離差較大, Bi、Cu、In、Mo、Te、W和Cd的襯值較大,Bi、In、Mo、Sb和Te的變化系數(shù)較大,說明在試驗(yàn)區(qū)地表土壤熱磁組分中,Mo、Cu、W、Bi、Cd、Ag、In、Te等元素可能發(fā)生了較強(qiáng)的次生富集,局部形成異常。

        元素相關(guān)關(guān)系研究結(jié)果顯示(表2),主成礦元素Mo與Mn、Pb成負(fù)相關(guān),與其他元素均呈正相關(guān),其中Mo與Te的相關(guān)系數(shù)最大,與Pb的相關(guān)系數(shù)最小。

        表1 土壤熱磁組分中元素含量特征參數(shù)

        注:w(Ag、Cd)/10-9;w(其他元素)/10-6;土壤豐度引自參考文獻(xiàn)[15]。

        表2 土壤熱磁組分中14元素相關(guān)系數(shù)矩陣

        區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分中14種元素的R型聚類分析結(jié)果顯示(圖2),依據(jù)元素聚類次序可將其分為4個(gè)組合:①Ag、Cu、Fe、Mo、Te元素組合,反映了與Mo、Cu等高溫成礦過程有關(guān)的元素組合;②As、Mn、Pb元素組合;③Cd、In、Zn、W、Bi元素組合,第①、③組合為與中低溫元素(如Pb、Zn)成礦過程有關(guān)的元素組合;④單元素Sb,與區(qū)內(nèi)成礦關(guān)系不大。

        圖2 土壤熱磁組分中14元素R型聚類分析譜系圖Fig.2 Pedigree chart of R-type clustering analysis of 14 elements in soil therommagnetic components

        3.2 元素異常特征

        3.2.1 異常下限

        由于準(zhǔn)蘇吉花地區(qū)地表土壤受風(fēng)成沙影響較大,土壤熱磁組分樣品分析數(shù)據(jù)多呈偏態(tài)分布,應(yīng)用常規(guī)異常下限計(jì)算方法(T=X+nδ)導(dǎo)致異常下限值相對偏高,難以圈定多元素組合異常。因此,文章引入“多重分析(含量-求和法)”的方法統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量元素的異常下限。具體方法見文獻(xiàn)[16-17]。

        文中應(yīng)用多重分形(含量-求和法)方法計(jì)算出區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分中14元素的異常下限值(表1),其中Mo、Co元素的log(r)-log[N(r)]散點(diǎn)圖如圖3所示,臨界值分別為Mo(io)=1.18,Cu(io)=1.83。

        3.2.2 元素異常特征

        由圖4可以看出,試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量元素異常以Mo、Cu為主,伴生Ag、W、Te、In、Zn、Cd和Fe2O3,局部疊加As和Bi元素的異常,其中Mo、Cu、Fe2O3、W、Te、Bi、In、Zn、Cd異常形態(tài)規(guī)則,濃度分帶清晰,具多個(gè)濃集中心,異常多分布于二疊紀(jì)花崗閃長巖邊緣及其與圍巖的接觸帶附近,濃集中心多與花崗閃長巖內(nèi)石英脈、花崗細(xì)晶巖脈的產(chǎn)出位置相吻合;In、Zn、Cd三元素異常除在二疊紀(jì)花崗閃長巖中分布外,在上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)寶力高廟組圍巖中也有大面積產(chǎn)出,且異常濃度分帶清晰,濃集中心明顯。Ag、As、Pb、Mn、Sb等元素異常規(guī)模小,分布零散;除Ag外,As、Pb、Mn和Sb元素異常主要集中于變質(zhì)粉砂巖地層中,距Mo、Cu異常較遠(yuǎn),與變質(zhì)粉砂巖地層關(guān)系密切。Fe2O3異常規(guī)模最大,濃度分帶清晰,異常濃集中心與鉬礦化脈產(chǎn)出范圍一致。

        對比分析后發(fā)現(xiàn),區(qū)內(nèi)Mo、Cu、W、Te、Bi等元素異常套合好,與深部1 080 m標(biāo)高揭示的礦體群產(chǎn)出范圍一致,有效反映了深部礦體的產(chǎn)出位置。同時(shí),在已知礦體群外圍,亦有較大規(guī)模的主成礦元素及其伴生元素異常分布,暗示已知礦體群外圍仍具有廣闊的找礦前景。

        另外,區(qū)內(nèi)主成礦元素及其伴生元素異常在平面上呈現(xiàn)明顯的分帶性,以Mo、Cu異常為核心,由內(nèi)向外依次為Mo-Cu-W-Te帶、Ag-Bi-In-Zn-Cd帶和As-Pb-Mn-Sb帶,所有異常均包含在Fe2O3異常范圍之內(nèi),充分突顯了鐵錳氧化物的載體作用。

        3.3 多元素組合異常特征

        為了探討土壤熱磁組分測量綜合異常特征及規(guī)律,文中引入了地質(zhì)累積指數(shù)(Index of geoaccumulation)指標(biāo)。該指數(shù)亦稱為Muller指數(shù),以往研究中通常用來評價(jià)環(huán)境污染異常等級[18-20],近年來有研究者將其引入到礦產(chǎn)勘查中,用來圈定多元素綜合異常、提供有利找礦靶區(qū)[6,21-24]。

        地質(zhì)累積指數(shù)表達(dá)公式為:

        式中:Igeo為地質(zhì)累積指數(shù);Cn為樣品中元素n的含量;BEn為研究區(qū)內(nèi)元素n的地球化學(xué)背景值;1.5為常數(shù),用于消除由于成巖作用引起地球化學(xué)背景值的變動(dòng)[25]。

        根據(jù)試驗(yàn)區(qū)土壤熱磁組分測量元素含量變化特征、元素間相關(guān)性、R型聚類以及元素異常分布等特征,文中選擇Mo、Cu、Ag、Te和W 等5個(gè)元素進(jìn)行多元素綜合異常研究,采用“綜合地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)”對區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量Mo、Cu、Ag、Te和W多元素綜合異常進(jìn)行評價(jià)[6],經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì),區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量綜合地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)最大值為-2.49,最小值為-29.9,平均值為-15.6。利用多重分型(含量-求和法)確定以綜合地質(zhì)累積指數(shù)IGEO=-15為異常下限,當(dāng)IGEO>-15時(shí)即為異常,圈定區(qū)內(nèi)綜合地質(zhì)累積指數(shù)異常如圖5所示。

        結(jié)合圖1、圖5所示試驗(yàn)結(jié)果可以看出,土壤熱磁組分測量多元素綜合地質(zhì)累計(jì)指數(shù)異常(IGEO)主要產(chǎn)于花崗閃長巖內(nèi)部及其外接觸帶,主體異常近北東向和東西向展布,在變質(zhì)粉砂巖中也有少量分布,但異常強(qiáng)度、規(guī)模差異較大。這反映出區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分中Mo、Cu等5元素綜合異常的產(chǎn)出與花崗閃長巖體分布密切相關(guān)。

        圖3 土壤熱磁組分中Mo、Cu元素logr-log[N(r)]散點(diǎn)圖及一元線性擬合結(jié)果

        圖4 土壤熱磁組分地球化學(xué)異常圖Fig.4 Geochemical anomaly maps of soil thermomagnetic components

        圖5 準(zhǔn)蘇吉花礦區(qū)土壤熱磁組分綜合地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)異常圖Fig.5 Anomaly map of aggregative IGEO from soil thermo-magnetic in the Zhunsujihua copper-molybdenum deposit

        準(zhǔn)蘇吉花銅鉬礦床為一典型的斑巖型鉬(銅)礦床,鉬礦體主要產(chǎn)于花崗閃長巖體內(nèi)部北西向和北北西向斷裂部位,以及其與圍巖變質(zhì)粉砂巖的接觸帶部位,巖體內(nèi)部其他次級斷裂亦為成礦提供了有利空間。深部鉬礦體產(chǎn)出范圍(1 080 m中段礦體投影范圍)與Mo、Cu多元素組合異常(IGEO)產(chǎn)出位置基本一致,表明土壤熱磁組分測量多元素綜合異常為有效的地質(zhì)異常。

        綜合考慮區(qū)內(nèi)地質(zhì)、地球化學(xué)特征,共圈出7個(gè)多元素組合異常(圖5),其中TM-1、TM-2、TM-3和TM-4異常與常規(guī)土壤測量組合異常[10]基本一致,且TM-1、TM-2異常已被實(shí)際勘探工程驗(yàn)證。TM-5、TM-6和TM-7為新發(fā)現(xiàn)的三個(gè)組合異常,其中TM-5異常強(qiáng)度高,規(guī)模大,結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征分析,初步確定其為有利的找礦地段。

        3.4 方法有效性分析

        與常規(guī)土壤測量相比,土壤熱磁組分測量起到了消除風(fēng)成沙干擾、強(qiáng)化異常的作用。相對土壤地球化學(xué)異常[6]而言,土壤熱磁組分異常規(guī)模更大,強(qiáng)度更高,濃度分帶清晰,除在已知礦(化)體位置發(fā)育強(qiáng)異常外,在已知礦體群外圍未知區(qū)也有明顯異常顯示,異常產(chǎn)出位置與已知礦體產(chǎn)出位置吻合,地表異常檢查過程中發(fā)現(xiàn),多元素組合異常區(qū)內(nèi)存在不同規(guī)模礦化或礦化跡象,這表明土壤熱磁組分測量所圈定的多元素綜合異常為有效的地質(zhì)異常,同時(shí)也表明,土壤熱磁組分測量方法可以應(yīng)用到風(fēng)成沙覆蓋區(qū)地質(zhì)找礦工作中,成為解決風(fēng)成砂覆蓋區(qū)地球化學(xué)勘查找礦難題的有效手段。結(jié)合多重分形(含量-求和法)、“地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)”等統(tǒng)計(jì)方法,可快速、有效的確定異常下限,圈定多元素綜合異常,提供有利找礦靶區(qū)。

        4 結(jié)論

        1)準(zhǔn)蘇吉花銅鉬礦區(qū)土壤熱磁組分測量元素異常在平面上呈現(xiàn)明顯的分帶性,以地表礦化露頭為核心,由內(nèi)向外依次為Mo-Cu-W-Te帶、Ag-Bi-In-Zn-Cd帶和As-Pb-Mn-Sb帶,所有元素異常均包含在Fe2O3異常之內(nèi)。

        2)通過土壤熱磁組分測量,共圈出7個(gè)多元素組合異常,經(jīng)與已知礦體產(chǎn)出部位地質(zhì)特征的對比分析,初步確定TM-5異常為找礦有利地段,建議對其進(jìn)行工程驗(yàn)證,以期發(fā)現(xiàn)新的礦化體,在查明土壤熱磁組分地球化學(xué)為有效的地質(zhì)異常的同時(shí),驗(yàn)證了土壤熱磁組分測量的有效性和實(shí)用性。

        3)土壤熱磁組分測量元素異常為有效的地質(zhì)異常,在風(fēng)成沙覆蓋區(qū)通過土壤熱磁組分測量,配合多重分形(含量-求和法)和“地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)”等統(tǒng)計(jì)方法,可最大限度消除風(fēng)成沙的干擾,快速、有效的確定異常下限,圈定多元素綜合異常,提供有利找礦靶區(qū)。

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