何旺，羅先熔，歐陽菲，劉攀峰，蘇藝懷，黃文斌，王東，游軍，張小明

(1．桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 隱伏礦床預(yù)測研究所，廣西 桂林 541004； 2．陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

0 引言

勘查地球化學(xué)是地質(zhì)勘查的核心技術(shù)之一，在礦產(chǎn)勘查中有著不可替代的地位，近年來，隨著地表出露及淺部找礦進入獲取深部信息的找礦時代，發(fā)展了一系列新的勘查地球化學(xué)方法，在隱伏礦床勘查實踐中經(jīng)受了考驗，已經(jīng)開始走向成熟[1-2]。而地電化學(xué)作為其中一種非常規(guī)的地球化學(xué)勘查技術(shù)手段，經(jīng)過多年不斷的實踐與創(chuàng)新，已發(fā)展為尋找深部隱伏礦床的利器[3-5]。為解決陜西省略陽何家埡地區(qū)深部找礦問題，在該區(qū)開展地電化學(xué)測量工作。何家埡地區(qū)位于陜南，氣候溫暖而多雨，屬于濕潤溫暖的中低山地石質(zhì)森林覆蓋區(qū)，易形成地質(zhì)災(zāi)害，山體滑坡隨處可見，因此對地表元素的遷移影響較大。筆者將利用地電化學(xué)法在研究區(qū)已知鎳礦點上方開展可行性試驗研究，并與傳統(tǒng)的土壤地球化學(xué)方法進行對比，以探討分析地電化學(xué)在中低山地石質(zhì)森林覆蓋區(qū)尋找銅鎳礦的有效性。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于揚子板塊北緣碧口地塊東段，地處秦嶺造山帶、松潘一甘孜造山帶以及揚子板塊交接部位，是秦嶺造山帶內(nèi)最復(fù)雜也最有爭議的地區(qū)，總體夾持于勉略構(gòu)造帶、青川—陽平關(guān)斷裂帶、岷山—虎牙斷裂帶之間，并呈楔形向東尖滅(圖1)[6-7]。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育，巖漿活動強烈，變質(zhì)變形復(fù)雜，成礦作用顯著，為重要的多金屬礦集區(qū)[8]。研究區(qū)出露地層為新元古界碧口巖群巨亭巖組第一巖段，下部為變基性熔巖(Pt3j1β)、上部為基性凝灰?guī)r(Pt3j1btf)。出露巖漿巖為白雀寺—石甕子基性雜巖體的東南部分，主要由輝長巖與花崗巖組成。輝長巖呈灰綠色，輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；花崗巖呈灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造?？傮w來看，輝長巖呈大巖株狀，構(gòu)成侵入體的主體部分，花崗巖呈小巖株或巖脈狀產(chǎn)出，出露規(guī)模不大，二者相伴產(chǎn)出。另出露少量的閃長巖、輝石閃長巖以及角閃巖，規(guī)模不大，均呈巖脈狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)斷裂及韌性變形帶發(fā)育，主構(gòu)造方向以NE、NNE向為主，該構(gòu)造方向控制著區(qū)內(nèi)火山巖帶及巖漿巖以及礦產(chǎn)的展布形態(tài)，是區(qū)內(nèi)最重要的構(gòu)造方位。發(fā)育一條鈦磁鐵礦礦化帶和一處鎳銅礦化點，鈦磁鐵礦化帶位于研究區(qū)北側(cè)的黑石巖一帶蝕變輝長巖中，走向為NE向；鎳銅礦化點位于研究區(qū)中部，出露巖性主要為蝕變輝長巖與花崗巖，鎳銅礦化主要賦存在NE向展布的構(gòu)造片理化帶中，賦礦巖石為強蝕變角閃輝長巖[9]。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造略圖(a)和研究區(qū)地質(zhì)圖(b)Fig.1 Regional geotectonic sketch map (a) and geological map of the study area (b)

2 樣品采集與分析測試

2.1 樣品采集

本次工作首先選擇穿越何家埡已知鎳礦化點布置試驗性剖面一條，剖面方位300°，長1.72 km，按點距40 m(礦化點兩側(cè)加密至20 m)布置共45個樣點。然后依據(jù)試驗情況，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)及礦化特征，在已知剖面的兩側(cè)一共布置了5條測線，線距100 m，總長度4.56 km，按照勘探工程間距布置測網(wǎng)，采取40 m點距，100 m線距，重點地段加密到20 m點距，于每個采樣點同時采取地電樣品和土壤樣品。地電化學(xué)提取采用桂林理工大學(xué)隱伏礦床研究所研制的獨立供電低電壓偶極子CHIM提取裝置，提取時間24 h，提取液1 000 mL，電壓9 V。電極埋藏于B層，埋深30～40 cm。提取電極間距為100 cm，提取材料采用高密度泡沫塑料和濾紙進行處理。土壤取樣深度與電極相同，用40～80目篩網(wǎng)篩取樣品。

2.2 分析測試

本次樣品送往桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有色金屬桂林礦產(chǎn)地質(zhì)測試中心，測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)，分析Ti、V、Cr、Mn、As、Cu、Co、Ni共8種元素。方法檢出限見表1[10]。

表1 方法檢出限Table 1 Detection limits of the method

3 結(jié)果與討論

3.1 剖面特征

為檢驗地電化學(xué)方法在本次研究區(qū)的適宜性與有效性，在已知2號剖面上開展方法找礦可行性試驗研究，并在相同剖面針對性的布置土壤地球化學(xué)采樣點，對比與驗證地電提取的效果，并為其離子來源的討論提供依據(jù)。

原始數(shù)據(jù)顯示(表2)，兩種不同方法提取的元素含量之間存在著量級差異，如地電化學(xué)樣品中元素As含量的最大值為0.61×10-6，而在土壤地球化學(xué)樣品中As含量的最低值為0.8×10-6，其最高值更是高達55.2×10-6。筆者認為產(chǎn)生這種量級差異主要有兩種原因：首先兩種方法提取的信息來源不同，土壤地球化學(xué)測量分析的是所采集土壤樣品中元素的含量，而地電化學(xué)提取的是該采樣點附近具有電活動性的金屬離子、金屬絡(luò)合物及納米級金屬微粒中元素的含量[10]；另一種原因則是由地電化學(xué)提取的時間所導(dǎo)致，本團隊以往采用的提取時間是48 h，而本次研究設(shè)置的提取時間是24 h，其提取的元素含量還未接近飽和。因此筆者認為以往部分地電化學(xué)研究者利用地電提取的含量與元素豐度或某區(qū)域元素背景值的比值作為評價異常的指標(biāo)是不合理的。

但即便如此，在本研究區(qū)地電化學(xué)提取異常的效果卻比土壤地球化學(xué)更好。如圖2所示，Cu、Ni、Co、Cr、Mn、As共6種元素在已知剖面上方檢測出清晰的地電化學(xué)異常曲線，異常形態(tài)多為陡直的雙峰式或三峰式，異常強度大，并且在23～36號點間與下方的已知銅鎳礦點呈現(xiàn)出良好的對應(yīng)關(guān)系，同時也指示了66號點下方的鈦磁鐵礦化帶，50號點處Cu存在一個較高的單峰異常，根據(jù)野外記錄在該點未見礦化跡象，推測可能為假異常，有待后續(xù)查證。土壤地球化學(xué)測量中，雖然除Cr外都在礦點上方顯示出了異常，但異常清晰度不高，異常形態(tài)也多為單峰狀，異常套合性較弱。是什么原因?qū)е峦寥赖厍蚧瘜W(xué)的效果受到干擾呢？

表2 2線剖面部分原始數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of original data of line 2 section

注：各元素含量單位為10-6

圖2 何家埡地區(qū)2號線地球化學(xué)試驗剖面Fig.2 Geochemical test profile of line 2 in Hejiaya area

研究認為在濕潤溫暖的中低山地石質(zhì)森林覆蓋區(qū)，位于淺部礦體、礦化或原生暈中的元素經(jīng)過次生富集作用而形成的次生暈易受到地形以及表生作用的二次影響，其反應(yīng)異常的效果也同樣受到了影響，使得異常的分布顯得略微雜亂，清晰度降低。而由于地電化學(xué)的作用范圍不僅僅局限于采樣坑的范圍，其提取的深度和廣度都遠大于土壤地球化學(xué)，因此地電化學(xué)異常的分布受地形以及表生作用影響較小，對環(huán)境的免疫能力大。

綜上認為，地電化學(xué)法在本研究區(qū)具有較好的有效性和適用性。

3.2 平面特征

剖面對比可以評估地電化學(xué)的有效性，并通過元素含量和曲線形態(tài)來指示異常與礦體的對應(yīng)關(guān)系。而元素特征、異?？臻g分布、元素強度和范圍等信息則是通過對元素含量和異常元素平面的統(tǒng)計，在平面比較的基礎(chǔ)上得到的。

箱型圖可以直觀地觀察元素含量的變化特征，其最大的優(yōu)點就是不受異常值的影響，能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地描繪出各元素的離散分布情況，既可從中鑒別出相似性，又可識別出差異性，較之常規(guī)的單一參數(shù)(如均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等)方法更直觀、客觀、更具優(yōu)勢[12]。箱型圖判斷異常值的標(biāo)準(zhǔn)以四分位數(shù)和四分位距為基礎(chǔ)，四分位數(shù)能夠抵抗異常數(shù)據(jù)的干擾，其兩端的異常數(shù)據(jù)可以變得任意遠而不會很大地擾動四分位數(shù)，所以箱型圖的數(shù)據(jù)形狀也不會受到異常值的影響[13]。因此，箱型圖在識別異常值方面有一定的優(yōu)勢(圖3)。

為消除各元素含量之間的量級差異，這里使用各元素的單點襯值(即各采樣點中元素的原始值與背景值之比)進行箱型圖統(tǒng)計。圖4為各元素的箱型圖對比分布特征，在兩種方法中元素含量皆表現(xiàn)出不同程度的右偏，即異常值主要集中在較大一側(cè)，普遍為高強數(shù)據(jù)。地電化學(xué)異常值數(shù)量整體上比土壤地球化學(xué)多，異常強度高，并且分布比較連續(xù)，說明地電化學(xué)異常值較為穩(wěn)定，顯示元素在研究區(qū)中分布不均一，容易在局部富集成礦，其中元素Cu、Co、Ni、Mn更是表現(xiàn)出強烈的不均一性，說明具有較強的成礦潛力。相比而言，土壤地球化學(xué)中異常強度低，連續(xù)性差，并且不穩(wěn)定，顯示元素在研究區(qū)分布較為均一，成礦潛力小。由此可見，地電化學(xué)在一定程度上能強化異常，放大異常效果，易于總結(jié)出元素的分散和富集規(guī)律。

圖3 箱型圖示意Fig.3 Box diagram intention

圖4 不同方法中各元素的箱型圖對比特征Fig.4 Contrastive characteristics of box diagrams of elements in different methods

3.3 找礦預(yù)測

根據(jù)前文分析結(jié)果，地電化學(xué)在本研究區(qū)具有較好的有效性和適應(yīng)性，并且一定程度上可以強化異常，提取穩(wěn)定的異常信息，因此這里采用了地電化學(xué)測量進行找礦預(yù)測。表3為元素Ni、Co、Cu以及元素組合Cr-Mn-Cu-Co-Ni的箱型圖統(tǒng)計參數(shù)，其中元素Ni、Co、Cu統(tǒng)計數(shù)據(jù)為單點襯值，元素組合Cr-Mn-Cu-Co-Ni統(tǒng)計數(shù)據(jù)則由相關(guān)性較強的元素襯值累加而得。表中Me為中位數(shù)，Q1和Q3分別為上四分位數(shù)和下四分位數(shù)，IQR為四分位距，其范圍IQR=Q3-Q1。Fu和Fl分別為溫和異常值上限和極端異常值上限，其中Fu=Q3+1.5×IQR，F(xiàn)l=Q3+3×IQR。

為直觀了解異常在平面空間上的分布信息，分別以Fu和Fl為等值界限做各元素異常分布圖(圖5、圖6)。從圖中可知，各元素異常分布較為集中，且主要集中于研究區(qū)中部及北西處，分別對應(yīng)區(qū)內(nèi)銅鎳礦化點及鈦磁鐵礦化帶附近。同時，由于區(qū)內(nèi)巖體傾向為NW向，而異常較之地表礦化點向NW偏離，因此推測異常來源于深部。結(jié)合異常分布特征、地質(zhì)條件和物探測量結(jié)果，在研究區(qū)內(nèi)圈定兩個找礦靶區(qū)(圖7)。

Ⅰ號找礦靶區(qū)位于研究區(qū)中部銅鎳礦化點附近，出露巖體主要為蝕變輝長巖以及強蝕變花崗巖，靶區(qū)南東側(cè)發(fā)育NE向斷層，傾向為NW向，且經(jīng)過銅鎳礦化點。礦化(體)賦存于蝕變輝長巖中，對其中的金屬礦物經(jīng)鏡下鑒定與電子探針分析，均證實為黃銅礦化、鎳黃鐵礦化、磁鐵礦化，且顯示可能為熱液成因，預(yù)示深部可能存在銅鎳硫化物的物質(zhì)基礎(chǔ)。物探測量結(jié)果顯示，銅鎳礦化點在電磁綜合剖面上具有“低阻高極化”特征，同時在靶區(qū)深部約300～400 m處存在較大規(guī)模低阻體[9]。地電化學(xué)異常連續(xù)并且套合性好，主要集中于靶區(qū)北西側(cè)及礦化點附近，因此結(jié)合地質(zhì)和物探測量結(jié)果，該靶區(qū)于深部具有較好的找礦潛力，為本研究區(qū)尋找隱伏銅鎳礦床的有利地段，有待進行深部工程驗證。

Ⅱ號找礦靶區(qū)位于研究區(qū)北西處鈦磁鐵礦化帶附近，出露巖體主要為蝕變輝長巖，礦化帶走向為NE向，且大致穿過地表磁異常帶。礦石經(jīng)過鏡下鑒定及電子探針分析，金屬礦物成分主要為鈦鐵礦、磁鐵礦，其次有褐鐵礦等。該礦化帶與區(qū)域上的中壩子磁鐵礦有著相同的成因[14]，同時地電異常以及物探磁異常均很好地套合在靶區(qū)內(nèi)，因此Ⅱ號找礦靶區(qū)同樣具有較好的成礦潛力。此外，地電異常在四線北西側(cè)尾部有良好的顯示，建議在研究區(qū)北西側(cè)開展下一步工作。

表3 箱型圖統(tǒng)計參數(shù)Table 3 Statistical parameters of box diagram

圖5 元素Ni(a)、Co(b)異常平面分布Fig.5 Plane distribution map of element Ni(a) and Co(b) anomalies

綜合分析，研究區(qū)總體處于新元古代時期揚子板塊北緣裂解的構(gòu)造背景，其代表的基性巖漿與區(qū)域上的煎茶嶺鎳礦成礦亦同屬于這一時期幔源巖漿事件[7,15-16]。煎茶嶺鎳礦屬于巖漿熔離—熱液改造型礦床，巖漿融離作用成為形成鎳物質(zhì)成礦物質(zhì)來源，后經(jīng)熱液改造作用使其富集成礦[17-18]。而對比研究區(qū)基性雜巖體，其中同時代的花崗巖以及在蝕變輝長巖中發(fā)現(xiàn)的熱液型銅鎳礦化，說明研究區(qū)可能存在相似的成礦巖漿巖條件。此外，張小明等認為新疆香山西鈦鐵—銅鎳礦巖體中不典型的韻律層狀可能是鈦鐵礦與銅鎳硫化物礦共生的原因[9]。而研究區(qū)雜巖體同樣具備不典型的韻律層狀構(gòu)造，且在地表已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了鈦磁鐵礦化帶以及銅鎳礦化，推測研究區(qū)可能同樣具備鈦磁鐵礦與銅鎳硫化物礦共生的條件。因此，結(jié)合地電化學(xué)研究成果，研究區(qū)內(nèi)處于有利于成礦的地質(zhì)構(gòu)造部位和地球化學(xué)背景區(qū)，是尋找隱伏銅鎳礦床的重點部位，找礦潛力較大。

圖6 元素Cu(a)、Cr-Mn-Cu-Co-Ni(b)異常平面分布Fig.6 Plane distribution map of element Cu(a) and Cr-Mn-Cu-Co-Ni(b) anomalies

圖7 找礦靶區(qū)Fig.7 Prospecting target map

4 結(jié)論

1) 通過在陜西何家埡地區(qū)已知剖面二線上方開展地電化學(xué)方法可行性試驗研究，并在相同剖面針對性的布置土壤地球化學(xué)采樣點，對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地電化學(xué)剖面顯示清晰的異常曲線，異常形態(tài)多為陡直的雙峰式或三峰式，異常強度大，與下方的已知銅鎳礦點呈現(xiàn)出良好的對應(yīng)關(guān)系；土壤地球化學(xué)剖面異常清晰度不高，異常形態(tài)也多為單峰狀，異常套合性較弱。因此，地電化學(xué)法在本研究區(qū)具有較好的有效性和適用性。

2) 運用箱型圖對各元素進行異常統(tǒng)計，對比地電化學(xué)與土壤地球化學(xué)的平面異常特征，結(jié)果顯示地電化學(xué)異常值數(shù)量整體上比土壤地球化學(xué)多，異常強度高，并且分布比較連續(xù)，說明地電化學(xué)異常值較為穩(wěn)定，顯示元素在研究區(qū)中分布不均一，容易在局部富集成礦。由此可見，地電化學(xué)在一定程度上能強化異常，放大異常效果，易于總結(jié)出元素的分散和富集規(guī)律。

3) 通過地電化學(xué)與土壤地球化學(xué)對比效果，采用了地電化學(xué)測量進行找礦預(yù)測。利用箱型圖進行參數(shù)統(tǒng)計，分別以Fu和Fl為等值界限做各元素異常分布圖，并結(jié)合異常分布特征、地質(zhì)條件和物探測量結(jié)果，在研究區(qū)內(nèi)圈定了兩個有利的找礦靶區(qū)。其中Ⅰ號靶區(qū)于深部具有較好的找礦潛力，為本研究區(qū)尋找隱伏銅鎳礦床的有利地段，有待進行工程驗證。