藺強(qiáng)強(qiáng)，蘇永紅，鄭 琪

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

0 引言

地氣測(cè)量通過提取與礦化相關(guān)元素的微弱異常，使這些微弱異常更清晰地表達(dá)出來[1]，并從中獲取深部礦化信息的方法，實(shí)質(zhì)上是對(duì)賦存于土壤氣體中的微量亞微米級(jí)至納米級(jí)金屬微粒的測(cè)量[2-5]。這些微粒包含著與成礦有關(guān)的元素信息，并能夠反映深部礦化[6-7]。

隨著礦產(chǎn)資源的需求日漸上升及地表找礦難度的逐步加大，運(yùn)用深穿透地球化學(xué)方法在覆蓋區(qū)尋找隱伏礦顯得越來越重要，多年來我國(guó)科學(xué)家在地氣測(cè)量理論探索、方法有效性、實(shí)驗(yàn)不同礦種、不同覆蓋條件等方面已做了許多的研究工作[8-15]。

甘肅省華家?guī)X—黃家窯地區(qū)黃土廣布(圖1)，是典型的黃土覆蓋地球化學(xué)景觀區(qū)，大地構(gòu)造屬于祁連造山帶東段中祁連巖漿弧和走廊南山島弧。成礦帶屬于阿爾金-祁連成礦省北祁連金-銅-鉛-鋅-鉻-鐵-鎢-稀土成礦帶會(huì)寧-莊浪銅-鉛-鋅-金成礦亞帶和中祁連鐵-銅-鉻-金-銅成礦帶興隆山鎢-鉬-銅-鉛-鋅成礦亞帶，成礦條件十分優(yōu)越，尋找隱伏礦的潛力巨大，筆者以通過地氣測(cè)量發(fā)現(xiàn)的華家?guī)X大墩村鎢礦化體為例，探討地氣測(cè)量尋找黃土覆蓋區(qū)隱伏礦的應(yīng)用。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of the study area1—第四系沖洪積 2—第四系午城組、離石組、馬蘭組、風(fēng)積黃土 3—新近系甘肅群 4—三疊系似斑狀中粗粒黑云二長(zhǎng)花崗巖 5—三疊系中粗粒黑云二長(zhǎng)花崗巖 6—地質(zhì)界線 7—推測(cè)斷層及編號(hào) 8—研究區(qū)范圍

1 野外采樣方法

本次試驗(yàn)在黃土覆蓋區(qū)布置了5條測(cè)線，測(cè)線間距100～200 m，點(diǎn)距20～40 m，實(shí)際采樣點(diǎn)位見圖2。

圖2 地氣測(cè)量采樣點(diǎn)位圖Fig.2 Sampling sites of the geogas survey1—第四系馬蘭組 2—薊縣系高家灣組 3—地層產(chǎn)狀 4—地氣測(cè)量線號(hào)及點(diǎn)位 5—推測(cè)斷層及編號(hào)

本次采用負(fù)高壓預(yù)富集法進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)采樣，或稱為主動(dòng)法[16-19]。其采樣裝置主要由螺紋采樣器、硅膠管、過濾器、捕集器和減壓器組成[20](圖3)

圖3 地氣采樣裝置示意圖Fig.3 The measurement device chart for geogas sampling

野外工作時(shí)用鋼釬在測(cè)點(diǎn)打孔至0.5～1.0 m旋入螺紋采樣器，用硅膠管連接好過濾器、捕集器和減壓器，采用人力為動(dòng)力的裝置進(jìn)行采樣。由于氣體穩(wěn)定性差，為增加樣品代表性，每處采樣點(diǎn)打孔3個(gè)，孔距2～3 m，每孔采樣5 L，每點(diǎn)總抽氣量15 L[21]。

2 分析方法

地氣測(cè)量樣品的分析測(cè)試工作由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所分析實(shí)驗(yàn)室使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀[22-24](ICP-MS)完成。ICP-MS工作條件采用跳峰模式，進(jìn)樣時(shí)間10 s，測(cè)量的目標(biāo)元素包括Na、Mg、Al、P、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Au、Tl、Pb、Bi、Th、U等51種元素。

由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)監(jiān)控分析質(zhì)量，為評(píng)價(jià)高分辨率質(zhì)譜對(duì)地氣樣品金屬元素分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性，監(jiān)控分析質(zhì)量，在所有樣品分析完成后，按10%比例每10件樣品抽取1件樣品在相同測(cè)試條件下進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，共分析重復(fù)樣品123件，并計(jì)算兩次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差(RE%)，結(jié)果見表1。

由表1可知，地氣樣品中含量高的元素重現(xiàn)性較好，絕大多數(shù)元素兩次測(cè)量平均相對(duì)誤差均小于20%；特別是成礦元素Cu、Ni、Pb、Zn、Ag、Bi、Mo平均相對(duì)誤差分別為2.76%、5.88%、4.8%、3.76%、9.44%、9.22%、17.83%，且這些元素最大相對(duì)誤差均小于60%，表明這些元素分析質(zhì)量較好，完全滿足地氣測(cè)量精度要求。

表1 樣品重復(fù)分析結(jié)果(n=51)Table 1 Analysis data of repeated samples (n =51)

一些含量較低的元素(如Au、Cd、In、Ga及重稀土元素等)由于含量太低，其平均誤差較大，且最大相對(duì)誤差大于100%，因?yàn)閷?duì)于質(zhì)量濃度為0.001 ng/L和0.002 ng/L的兩個(gè)樣品，含量極低，在地質(zhì)意義上沒有什么差別，但從分析相對(duì)誤差角度看，RE卻是100%。因此，上述元素的分析數(shù)據(jù)可信度相對(duì)較低，對(duì)地氣找礦指示意義不大。

通過以上分析可以看出，本次地氣測(cè)量總體分析質(zhì)量較高，基本滿足地氣測(cè)量要求。

3 地氣中元素分布特征

太陽(yáng)系元素的豐度較之原子序數(shù)相近的其他元素的豐度可以相差上百或上千倍，說明太陽(yáng)系的元素的分布是極不均勻的。然而，太陽(yáng)系元素豐度存在一些明顯的規(guī)律，其中之一就是服從奧多—哈根斯(Oddo-Harkins)法則，即原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)的元素，具有偶數(shù)質(zhì)子數(shù)或偶數(shù)中子數(shù)的核素豐度總是高于具有奇數(shù)質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)的核素。

為研究工作區(qū)地氣中51種元素分布規(guī)律，將地氣中這些元素含量對(duì)原子序數(shù)作圖，并與上地殼元素豐度進(jìn)行比較(圖4)。發(fā)現(xiàn)無論是地氣背景樣品還是地氣異常樣品，其分布都基本服從奧多—哈根斯法則。但與背景相比，異常元素中某些親銅元素打破了該規(guī)則，顯然這些元素受到了礦化影響。

圖4 地氣樣品中元素平均含量-原子序數(shù)分布圖Fig.4 Element average content-atomic number distribution diagram of the geogas samples(a)地氣背景 (b)地氣異常

將地氣樣品元素含量與上地殼元素分布進(jìn)行對(duì)比(圖5)，可以看出兩者存在較大相似性。對(duì)于地氣背景樣品雖然兩者元素含量單位不同，但曲線形態(tài)比較一致，只是地氣背景樣品所有元素分布在地殼曲線之下。而對(duì)于地氣異常樣品雖然分布曲線仍然比較一致，但不同的是Cu、Pb、Zn等親銅元素明顯富集，導(dǎo)致這些元素分布在地殼曲線之上，揭示異常樣品可能受到多金屬礦化的影響。

圖5 地殼與地氣樣品元素平均含量-原子序數(shù)分布圖Fig.5 Element average content-atomic number distribution diagram of geogas samples and those in the crust

4 地氣中元素相互關(guān)系

由R型聚類分析譜系(圖6)可見，大墩村地區(qū)51種地氣元素大致可分為三類，以Na、K為代表的親氧元素，以La、Ce為代表的稀土元素和以Cu為代表的親硫元素，在聚類分析圖上基本各成一類，其中親硫元素類各元素之間的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，稀土元素類各元素之間的相關(guān)性次之，相關(guān)系數(shù)均在0.8以上；親氧元素則相關(guān)性較差。

對(duì)該地區(qū)主要元素做相關(guān)系數(shù)矩陣，由圖6可見，按樣品數(shù)228、置信度0.05、相關(guān)系數(shù)臨界值0.5為標(biāo)準(zhǔn)，Cu與Pb、Zn、Ni、Cd、In、Sn、Sb、Tl之間元素相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，與W、Bi、Mo等元素之間相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)均在0.3以下，與W相關(guān)性最差。這一數(shù)據(jù)結(jié)果恰恰表明，在該區(qū)域內(nèi)存在巖漿熱液活動(dòng)的地球化學(xué)過程，造成親硫元素存在一定的富集。

5 地氣異常特征

對(duì)工區(qū)中Cu、Pb、Zn、Sn、Sb、Ni、In、Tl等8種元素做元素空間分布圖(圖7)。由圖7可知，全區(qū)元素分布不均勻，北部地氣異常明顯優(yōu)于南部，因此，各元素異常主要出現(xiàn)在北部，其中以Cu、Pb、Zn為代表，異常濃集中心主要分布在中北部異常形態(tài)、規(guī)?；疽恢拢籛、Mo異常分布特征類似，呈散點(diǎn)狀分布于測(cè)區(qū)。

圖7 地氣中元素空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of geogas element contents

對(duì)中北部異常區(qū)進(jìn)行查證過程中發(fā)現(xiàn)了一小型鎢礦體，經(jīng)采樣剖面控制，基本確定了2條礦體的存在，與本區(qū)地氣異常位置基本吻合(圖8)。測(cè)區(qū)中部異常位于鎢礦體西北部，一方面是因?yàn)殒u礦體所在位置基巖出露地表，故地氣異常并不明顯；另一方面是因?yàn)殒u礦化帶傾向272°，傾向方向上延伸長(zhǎng)度較大，地氣垂向遷移穿過礦體，攜帶成礦元素，最后在地表卸載；也有可能是因?yàn)樯畈磕骋坏V段更加富礦，因此地氣異常位于該段深部礦體的垂直投影之上。故表現(xiàn)為在礦體正上方未能捕獲到顯著的地氣異常[25]。

圖8 W元素地球化學(xué)圖Fig.8 Geochemical anomaly map of W element1—第四系馬蘭組 2—薊縣系高家灣組 3—地層產(chǎn)狀 4—地氣測(cè)量點(diǎn)位及線號(hào) 5—推測(cè)斷層及編號(hào) 6—鎢礦體及編號(hào)

地氣測(cè)量結(jié)果顯示，在礦體出露地段，背景具有直觀差異，分區(qū)對(duì)大墩村剖面地氣結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖9)，其中在1號(hào)異常區(qū)為一已知的小型鎢礦化體，2號(hào)異常區(qū)為黃土覆蓋區(qū)。在已知鎢礦體正上方捕獲到低緩的地氣異常，異常與礦體在平面投影上的位置基本一致，地氣測(cè)量呈現(xiàn)的異常除了目標(biāo)元素W以外，還有Pb、Cu、Bi等元素，表明利用地氣測(cè)量勘查黃土覆蓋區(qū)的金屬礦產(chǎn)是完全可行的。故推測(cè)2號(hào)異常區(qū)可能為隱伏金屬礦產(chǎn)異常區(qū)。

圖9 大墩村DQ0線地氣試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Geogas test result of geological profile DQ0 in Daduncun1—第四系馬蘭組 2—薊縣系高家灣組 3—黃土 4—大理巖 5—云英巖化含泥鈣質(zhì)絹云長(zhǎng)石片巖 6—絹云長(zhǎng)石片巖 7—鎢礦化帶及推測(cè)礦體位置

6 初步找礦成果

在綜合分析原始資料基礎(chǔ)上，經(jīng)野外異常查證，在華家?guī)X大墩村初步發(fā)現(xiàn)華家?guī)X大墩村鎢礦。

通過本次異常查證工作，新發(fā)現(xiàn)鎢礦體2條。礦體均在溝谷內(nèi)出露，深部未施工鉆探工程，礦體編號(hào)分別為Ⅰ-1、Ⅰ-2礦體。

Ⅰ-1鎢礦體：位于大墩村一帶，地表由采樣剖面CP1和CP2控制，礦體產(chǎn)狀為272°∠39°～48°，目前地表控制礦體長(zhǎng)度約26 m，厚度為1.00～1.44 m，平均厚度為1.22 m，鎢的品位為0.14%～2.09%，鎢的平均品位為0.94%，含礦巖性為碎裂狀云英巖化含泥鈣質(zhì)絹云長(zhǎng)石片巖，礦體產(chǎn)出明顯受層間小斷裂控制，產(chǎn)狀與斷裂一致，礦體地表見褐鐵礦化、赤鐵礦化、黃鉀鐵釩化、碳酸鹽化、硅化等蝕變。

Ⅰ-2鎢礦體，位于大墩村一帶，地表由采樣剖面CP3和CP4控制，與Ⅰ-1礦體近平行產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀為240°～256°∠24°～52°，目前地表控制礦體長(zhǎng)度約45 m，厚度為0.80～1.20 m，平均厚度為1.00 m，鎢的品位為0.34%～0.50%，鎢的平均品位為0.44%，含礦巖性為碎裂狀長(zhǎng)石石英片巖，礦體產(chǎn)出明顯受層間小斷裂控制，產(chǎn)狀與斷裂一致，礦化蝕變與I-1礦體相似。

7 結(jié)論

通過對(duì)工作區(qū)化探元素分布特征研究，獲得如下認(rèn)識(shí)：

1)在黃土覆蓋地球化學(xué)景觀區(qū)，常規(guī)土壤化探在中大比例尺礦產(chǎn)勘查中難以發(fā)揮重要作用。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)，地氣測(cè)量能夠提供一定的參考找礦信息；

2)通過對(duì)研究區(qū)地氣中51種元素含量原子序數(shù)關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)地氣中元素分布類似于地殼元素分布規(guī)律，均服從奧多—哈根斯法則；地氣樣品元素與上地殼元素含量存在較大相似性。而地氣異常樣品中Cu、Pb、Zn等親硫元素明顯富集，可能受到多金屬礦化的影響；

3)從R型聚類分析譜系圖可以看出，51種地氣元素大致可分為三類，以Na、K為代表的親氧元素，以La、Ce為代表的稀土元素和以Cu為代表的親硫元素，在聚類分析圖上基本各成一類，其中親硫元素類各元素之間的相關(guān)性較好，稀土元素類各元素之間的相關(guān)性次之，親氧元素則相關(guān)性較差；

4)通過綜合分析發(fā)現(xiàn)，Cu、Pb、Zn、Sn、Sb、Ni、In、Tl等親硫元素對(duì)找礦有指示意義；

5)經(jīng)野外異常查證，在華家?guī)X大墩村初步發(fā)現(xiàn)華家?guī)X大墩村鎢礦體2條，與地氣異常位置基本吻合。