竇備，張必敏，葉榮，遲清華

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所 自然資源部地球化學(xué)探測重點實驗室，河北 廊坊 065000； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 3. 聯(lián)合國教科文組織 全球尺度地球化學(xué)國際研究中心，河北 廊坊 065000)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量也在日益增大，而在出露區(qū)找到新礦產(chǎn)地的可能性卻越來越小，尋找大型礦床的最大可能在覆蓋區(qū)[1]。黃土覆蓋區(qū)由于被大量外來物質(zhì)覆蓋，會將原有的地球化學(xué)異常信息掩蓋弱化，常規(guī)區(qū)域化探方法已明顯不適用于在這類地區(qū)進(jìn)行隱伏礦的勘查，因此需要發(fā)展能夠捕捉來自深部礦(化)體發(fā)出的直接找礦異常信息的深穿透地球化學(xué)勘查技術(shù)來實現(xiàn)找礦目的[2-3]。

目前已發(fā)展了包括地氣測量法[4]、酶提取法[5]、地電化學(xué)測量法[6]、元素有機(jī)態(tài)法[7]、活動金屬離子法[8]、金屬活動態(tài)法[9]、土壤微粒分離法[10]等多種深穿透地球化學(xué)技術(shù)。這些技術(shù)方法主要通過研究成礦元素及其伴生元素從深部礦體向地表遷移的機(jī)理和分散模式，含礦信息在地表的存在形式和富集規(guī)律，發(fā)展含礦信息采集、提取與分析、成果解釋技術(shù)，以達(dá)到尋找隱伏礦的目的[11]。

近幾年，在黃土覆蓋區(qū)利用地氣測量法、地電化學(xué)測量法、土壤微粒分離測量等方法進(jìn)行了探索性研究工作，取得了較好的試驗效果，但這些試驗在礦種上主要以金礦為主[10，12-13]，其他礦種較少。因此，本文選擇河南崤山中河堤銀多金屬礦區(qū)開展進(jìn)一步的試驗研究。崤山地區(qū)位于小秦嶺—崤山—熊耳山—外方山金銀鉬多金屬成礦帶上，但由于被外來黃土所覆蓋，與其相鄰的小秦嶺、熊耳山相比，找礦工作一直未有重要突破。近年來隨著在崤山地區(qū)東部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了中河、老里灣兩個大型銀鉛鋅礦，進(jìn)一步顯示了該區(qū)域巨大的找礦前景[14]。本文通過在崤山中河堤礦區(qū)開展土壤微粒分離測量和金屬活動態(tài)提取測量的深穿透地球化學(xué)技術(shù)試驗工作，希望為黃土覆蓋區(qū)尋找多金屬礦提供新的思路和技術(shù)方法。

1 方法介紹

1.1 金屬活動態(tài)提取測量

活動態(tài)提取技術(shù)是采用化學(xué)方法提取地表介質(zhì)中深部礦體發(fā)出礦化異常信息的分析技術(shù)。傳統(tǒng)的賤金屬提取方法是選用特定試劑破壞金屬的存在相，這樣就可將金屬提取出來，但對金而言，破壞載體并不能將其提取出來。因此金屬活動態(tài)提取，是針對金屬活動態(tài)本身的提取，而不只是對載體的提取[9]。故需研制專用提取劑將破壞載體后釋放出來的金屬溶解于溶液中[15]。

研究表明使用賤金屬活動態(tài)提取劑(MML-Cu)以及金屬活動態(tài)提取劑可以同時有效提取土壤中的納米微細(xì)顆粒、膠體、金屬離子，以及被土壤顆粒吸附或弱結(jié)合等形式存在的元素活動態(tài)[16]。

1.2 土壤微細(xì)粒測量

土壤是地球化學(xué)勘查中應(yīng)用最廣泛的采樣介質(zhì)，傳統(tǒng)的土壤全量測量技術(shù)已不適用于覆蓋區(qū)地球化學(xué)異常信息的識別。隨著在地氣、土壤和礦石中觀測到具有繼承性關(guān)系的納米金屬微粒，表明三者同為內(nèi)生成礦作用的產(chǎn)物，這為深穿透地球化學(xué)提供了直接的微觀證據(jù)[9,17]。

納米金屬微粒到達(dá)地表后，其中有一部分會被土壤地球化學(xué)障(黏土、膠體、氧化物等)所捕獲，這是因為納米金屬微粒帶有正電荷，而黏土礦物、鐵錳氧化物等具有負(fù)電性，使得黏土礦物、鐵錳氧化物等很容易吸附納米金屬微粒。另外黏土礦物顆粒具有極大的比表面積，更容易使其與土壤固、液、氣相中的微粒、離子、質(zhì)子、電子和分子等相互作用。因此，黏土礦物可認(rèn)為是從深部礦(體)遷移至地表的元素活動態(tài)的理想賦存載體。由于細(xì)粒級土壤中富含粘土礦物，從而可通過分析細(xì)粒級土壤全量或提取活動態(tài)的方法發(fā)現(xiàn)礦化異常，以達(dá)到從地表獲取含礦信息的目的。目前該技術(shù)在中國和澳大利亞已有較多成功案例[10,18-21]。

2 研究區(qū)地質(zhì)與地貌特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

河南崤山地處華北陸塊南緣，秦嶺造山帶東段北側(cè)，華熊臺隆中段的崤山斷隆。結(jié)晶基底為新太古—古元古代太華群變質(zhì)表殼巖，蓋層主要為中元古界熊耳群火山巖及少量官道口群、汝陽群碎屑巖(圖1)。該區(qū)域構(gòu)造演化復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，以近EW向的斷裂為主，疊加有NW、NE及SN向次級斷裂。區(qū)內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，自新太古代到中生代具有多次侵入的特點[22-23]。

圖1 崤山地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[24]修改)Fig.1 Sketch geological map of Xiaoshan area(modified according to reference[24])

崤山地區(qū)是小秦嶺—崤山—熊耳山—外方山金銀鉬多金屬成礦帶的重要組成部分。區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件良好，目前已發(fā)現(xiàn)有半寬金礦、申家窯金礦、葫蘆峪金礦、寺家溝金礦、大方山金礦、石寨溝金礦、銀家溝硫鐵多金屬礦、老李灣銀鉛鋅礦床、中河銀鉛鋅礦床等一系列金銀多金屬礦[25-33]。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)與地貌特征

研究區(qū)位于洛寧縣西北約20 km的中河堤村一帶，地貌單元為塬間河谷、黃土臺塬。自新生代以來，大量的黃土堆積，形成了崤山東部大面積的淺覆蓋區(qū)，除溝谷底部零星出露小面積的熊耳群安山巖，幾乎全被第四系離石黃土所覆蓋。測區(qū)中北部有第四系覆蓋隱伏二長花崗巖體，巖體在北部有3處零星剝露(圖2)。隱伏巖體產(chǎn)狀呈不規(guī)則帶狀，長軸方向大致與區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造走向一致。區(qū)內(nèi)隱伏NNW向斷裂構(gòu)造蝕變帶，測區(qū)淺部發(fā)育銀鉛鋅礦體，深部為斑巖鉬礦體[34]。銀鉛鋅礦體主要受NNW向斷裂控制，其次受巖體冷凝形成的近水平裂隙帶控制。礦體大部分地段被第四系黃土覆蓋，是一處覆蓋較淺的隱伏礦床。由于該礦化帶尚未開采，故是理想的試驗場所。

圖2 中河堤試驗區(qū)實際采樣點位Fig.2 Sampling sites in Zhonghedi test area

3 樣品采集與分析

3.1 野外樣品采集與處理

在洛寧縣西北布置了14條橫穿礦體的采樣剖面線進(jìn)行野外土壤樣品的采集，其中線距100 m，點距50～100 m，共布置采樣點160個，土壤采樣深度5～25 cm。樣品在野外自然風(fēng)干后直接用200目篩子篩取-200目微細(xì)粒土壤樣品。實際采樣點位圖見圖2。

3.2 樣品分析

野外采集的全部土壤樣品送至中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實驗室和河南省巖石礦物測試中心進(jìn)行分析，測試指標(biāo)包括Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb等共40種，其中中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所負(fù)責(zé)所有土壤樣品全量的分析測試工作，分析方法采用以等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、等離子體光譜法(ICP-AES)以及X射線熒光光譜法(XRF)為主的元素配套分析方法(表1)；河南省巖石礦物測試中心負(fù)責(zé)土壤活動態(tài)樣品的分析測試工作。活動態(tài)分析采用賤金屬元素專用提取劑進(jìn)行提取，該提取劑主要由六偏磷酸鈉、檸檬酸銨、乙二胺四乙酸鈉(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、氨基三乙酸(NTA)、三乙醇胺(TEA)和去離子水組成，pH值為7.8[17]，可有效提取土壤中的納米微粒顆粒、膠體、金屬離子以及被土壤顆粒吸附或以弱結(jié)合等形式存在的元素活動態(tài)。

表1 土壤樣品元素配套分析方法

4 試驗結(jié)果與討論

4.1 數(shù)據(jù)分析

采用中位值、平均值、背景值(剔除異常點后平均值)、異常強(qiáng)度、異常襯度等勘查地球化學(xué)統(tǒng)計參數(shù)對試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，土壤微粒分離測量及金屬活動態(tài)測量結(jié)果分別見表2、表3。所有測量結(jié)果以3倍標(biāo)準(zhǔn)離差剔除異常值，背景值采用迭代剔除3倍標(biāo)準(zhǔn)離差后的平均值，計算異常強(qiáng)度的異常下限為背景值加2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，異常強(qiáng)度為異常含量的平均值，異常襯度為異常強(qiáng)度和背景值之比。結(jié)果顯示：除Ag、Sb、Hg外，其余元素的活動態(tài)測量異常襯度較土壤全量測量結(jié)果都要有所提高，并且Pb、Zn、As的異常襯度均大于3，分別為3.69、4.01、3.33。

表2 中河堤土壤微細(xì)粒全量測量元素含量統(tǒng)計

表3 中河堤土壤活動態(tài)測量元素含量統(tǒng)計

4.2 研究區(qū)地球化學(xué)異常

僅以勘查地球化學(xué)統(tǒng)計參數(shù)從元素含量的變化方面進(jìn)行分析，雖在一定程度上可對成礦條件及勘查方法進(jìn)行評價，但具有局限性，而制作元素等值線圖可以進(jìn)一步從空間位置、強(qiáng)度、范圍等方面識別元素異常信息[35,36]。利用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展中心研制的Geoexpl軟件繪制了中河堤銀鉛鋅多金屬礦化區(qū)土壤微細(xì)粒分離全量測量和活動態(tài)測量Ag、Pb、Zn、As、Sb、Cu等成礦元素的地球化學(xué)圖(圖3、圖4)。數(shù)據(jù)采用克里格法進(jìn)行網(wǎng)格化，然后繪制等值線圖。成圖色階采用累頻劃分等值線間隔，累頻分別為2.5%、7.5%、15%、25%、50%、75%、85%、92.5%、97.5%、100%。

從土壤全量測量結(jié)果(圖3)可以看出，Ag、Pb、Zn這3種主成礦元素在異常形態(tài)上較為相近，且沿NNW方向分布的5組異常中均表現(xiàn)為南北兩端異常濃度最大，中間異常有所減弱，異常展布方向與礦化蝕變帶方向較為一致。同時在見礦鉆孔位置附近具有明顯的濃集中心，且多層套合。Ag、Pb、Zn異常分布在地表表現(xiàn)出的一致性反映深部礦化可能與中溫?zé)嵋旱V化作用有關(guān)。因此，Ag、Pb、Zn元素組合在該區(qū)可指示找礦。其余元素如Cu、As、Sb，雖然也有多處異常存在，但分布沒有太明顯的規(guī)律，且大都以單點異常分布。

圖3 土壤微細(xì)粒分離測量成礦元素Ag、As、Cu、Pb、Sb、Zn地球化學(xué)分布Fig.3 Geochemical maps of Ag、As、Cu、Pb、Sb and Zn in fine grain soils

而通過賤金屬專用提取試劑所獲得的活動態(tài)測量結(jié)果(圖4)表明，Ag、Pb、Zn這3種主成礦元素從異常形態(tài)上看雖然略有區(qū)別，但異常分布與NNW向的礦化蝕變帶分布仍然較為吻合，此外，經(jīng)提取劑提取后As、Sb、Cu較土壤全量測量結(jié)果所顯示的異常在NNW向分布更為規(guī)律。而As、Sb、Cu異常分布通常與低溫?zé)嵋旱V化作用有關(guān)，這與之前的研究結(jié)論中河堤銀鉛鋅礦體屬于斑巖—中低溫?zé)嵋好}型成礦系統(tǒng)的淺部礦化相印證[34]。

圖4 金屬活動態(tài)提取測量成礦元素Ag、As、Cu、Pb、Sb、Zn地球化學(xué)分布Fig.4 Geochemical maps of Ag、As、Cu、Pb、Sb and Zn in metal mobile extraction

以上結(jié)果表明，土壤微粒分離測量和活動態(tài)提取測量方法均能有效指示黃土淺覆蓋區(qū)下伏多金屬礦(化)體，同時活動態(tài)提取方法進(jìn)一步增強(qiáng)了As、Sb、Cu等成礦相關(guān)元素對礦體的異常指示。此外，反映的異常有向構(gòu)造蝕變帶兩側(cè)擴(kuò)散的趨勢，體現(xiàn)了一定的找礦潛力。

5 討論

本研究采用了兩種深穿透地球化學(xué)方法在黃土覆蓋區(qū)開展隱伏礦地球化學(xué)勘查試驗研究，均取得了很好的試驗效果。由于黃土膠結(jié)松散，孔隙發(fā)育，因此在深部成礦作用過程中生成的活動性物質(zhì)受到地下水循環(huán)、氧化還原電位梯度、地氣流等多營力作用影響下，極易沿著這些裂隙遷移至地表。同時黃土中具有一定比例的粘土礦物，由于這些礦物具有巨大的比表面積和陽離子交換能[37]，使其很容易吸附具活動性的帶正電荷的金屬陽離子、納米金屬微粒和金屬絡(luò)陽離子等[38]。因此，細(xì)粒級中所包含的異常信息是深部礦化作用的反映。土壤微細(xì)粒分離技術(shù)正是通過篩分吸附有活動性金屬物質(zhì)的粘土礦物顆粒，實現(xiàn)了對來自深部礦體的活性物質(zhì)的物理富集，從而可通過土壤微細(xì)粒分離測量和金屬活動態(tài)提取測量的方法發(fā)現(xiàn)礦化信息，以達(dá)到隱伏礦勘查的目的。此外，本文所使用的金屬活動態(tài)提取技術(shù)則是利用特定試劑提取這部分來自于深部的活動性物質(zhì)，通過測定其含量來獲知深部礦化情況。與土壤微細(xì)粒分離測量技術(shù)本身相比較，金屬活動態(tài)提取技術(shù)是一種化學(xué)分離的手段，而前者是一種物理分離的手段。在實際效果來看，兩種方法均較為有效，土壤微細(xì)粒分離測量技術(shù)掌握更為簡單，金屬活動態(tài)提取技術(shù)由于要用到特定的試劑，不容易掌握，但對于來自深部的活動性物質(zhì)分離得更為徹底，對于某些弱異常信息，反映效果更好。

6 結(jié)論

1) 從試驗結(jié)果可以得出，本文所使用的土壤微細(xì)粒分離全量測量和活動態(tài)測量都可以有效地發(fā)現(xiàn)黃土覆蓋區(qū)隱伏銀鉛鋅多金屬礦的地表地球化學(xué)異常。

2) 金屬活動態(tài)提取方法進(jìn)一步增強(qiáng)了As、Sb、Cu等成礦相關(guān)元素對礦體的異常指示，為該方法應(yīng)用于此類覆蓋區(qū)尋找隱伏礦提供了很好的示范。

3) 利用土壤微粒分離測量技術(shù)和活動態(tài)提取技術(shù)在崤山中河堤隱伏銀鉛鋅多金屬礦上方通過開展深穿透地球化學(xué)勘查技術(shù)試驗工作，發(fā)現(xiàn)Ag、Pb、Zn等在已知銀鉛鋅多金屬礦化帶區(qū)域出現(xiàn)了明顯的元素異常組合關(guān)系，各元素異常強(qiáng)度較大，且有向構(gòu)造蝕變帶兩側(cè)擴(kuò)散的趨勢，體現(xiàn)了一定的找礦潛力。