劉曉輝,周四春,王亞棟,韓若浦,樊新勝

(1. 成都理工大學 地學核技術(shù)四川省重點實驗室,四川 成都 610059;2. 青海省地質(zhì)調(diào)查院,青海 西寧 810012)

0 引言

稀有金屬是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源,在高端裝備制造業(yè)和新能源汽車領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用,鋰、鈹、鉭是當前稀有金屬中關(guān)注度最高的3個礦種[1]。綜合考慮鋰、鈹?shù)膬α考翱辈殚_發(fā)狀況、技術(shù)研發(fā)進展、工業(yè)需求動向等因素,日本將其看作優(yōu)先考慮的“戰(zhàn)略礦產(chǎn)”,英國將其作為“風險清單礦產(chǎn)”,美國將其納入“危機礦產(chǎn)清單”,我國不少學者也建議將其列入“關(guān)鍵礦產(chǎn)”或“戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)”[2-4]。青海省的關(guān)鍵礦產(chǎn)種類豐富,近年在茶卡北山地區(qū)偉晶巖型鋰鈹?shù)V找礦取得重大突破,新發(fā)現(xiàn)一定規(guī)模的含礦偉晶巖脈密集帶,圈定礦化體 130 余條,初步估算鋰礦資源量1.42萬t,鈹?shù)V資源量 7 500 t,達中型規(guī)模[5]。近年來,茶卡北山礦區(qū)內(nèi)陸續(xù)開展了高精度磁法測量、伽馬能譜測量等物探方法和常規(guī)地球化學測量。1∶2.5萬化探可快速圈定異常,濃縮找礦有利地段,但無法指示深部礦體。由于礦體與圍巖物性差異不明顯, 1∶1萬磁法測量圈定的弱正磁異常的梯度帶和轉(zhuǎn)折部位與地表發(fā)現(xiàn)的偉晶巖雖具有一定對應(yīng)性,但無明顯規(guī)律,無法有效提取找礦要素;1∶1萬伽馬能譜測量和1∶1萬放射性異常中的K高值段與偉晶巖也有一定的對應(yīng)性,但該方法受第四系覆蓋區(qū)影響,測量效果不佳,無法有效圈定異常。該地區(qū)鋰鈹?shù)V找礦工作目前依然停留在地表找礦的階段,需要可獲取深部找礦信息的手段。

近年來,地氣測量技術(shù)先后被應(yīng)用于金礦、鈾礦、鉛鋅礦等礦產(chǎn)資源勘查,在尋找隱伏礦方面取得了一定的成果[6-10]。本課題組通過在新疆卡魯安偉晶巖型鋰礦勘查區(qū)開展地氣測量應(yīng)用研究,發(fā)現(xiàn)地氣中Li、Be等6種元素的含量異常與隱伏鋰礦體之間有很好的空間關(guān)聯(lián),可作為指礦元素,并據(jù)此推測了一處找礦前景區(qū)[11]。茶卡北山地區(qū)偉晶巖型鋰鈹?shù)V的成礦條件與卡魯安相近,本課題組在茶卡北山已探明的含礦偉晶巖脈上,開展了多剖面地氣測量實驗,研究指礦元素組合及其異常與隱伏礦體的聯(lián)系,以期為當?shù)厣畈亢V性預測提供參考。

1 工作區(qū)地質(zhì)概況

茶卡北山鋰鈹?shù)V勘查區(qū)位于青海省海西內(nèi)蒙古族藏族自治州烏蘭縣境內(nèi),坐落于青海南山的西端,區(qū)域構(gòu)造上處于南祁連地塊與全吉地塊(又稱歐龍布魯克地塊接合部)的宗務(wù)隆山構(gòu)造帶東段,秦—祁—昆結(jié)合部的北端。

勘查區(qū)內(nèi)最主要、分布最廣泛的巖脈為花崗偉晶巖脈,也是主要的含礦地質(zhì)體。按照其空間分布特征,自北向南劃分出3條偉晶巖礦脈帶(依次編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。其中Ⅱ號偉晶巖帶規(guī)模最大,NW-SE向延伸約7 km,寬度200～700 m。目前該帶圈定偉晶巖脈144條,其中有60條含礦,礦化類型以鈹為主。偉晶巖脈主要向NE傾,地表延伸10～200 m,寬0.2～20 m。經(jīng)鉆探工程驗證,偉晶巖脈深部最厚可達37.29 m,但從整體驗證情況來看,多數(shù)脈體在斜深150 m以內(nèi)迅速變薄,個別脈體在變薄之后在斜深300 m左右又出現(xiàn)膨大趨勢。本次地氣測量實驗主要以Ⅱ號偉晶巖礦脈帶為目標。

2 地氣測量方法

2.1 測線布置

橫跨Ⅱ號偉晶巖礦脈帶布置了兩條平行地氣測量剖面(分別編號為DP1和DP2),方向NE30°,線長800 m, 線距650 m,如圖1所示。每條剖面上布置81個測點,點距10 m。DP1測線西南段有明顯偉晶巖脈出露,最大寬度約40 m;該測線鉆探成果充分,已探明多條含有鈹?shù)V體或鈹?shù)V化體的隱伏偉晶巖脈。DP2測線巖脈出露不明顯,第四系覆蓋物較厚,鉆探成果有限,已探明有埋深度近500 m的隱伏鈹?shù)V體。

1—實測地質(zhì)界線;2—實測斷層;3—偉晶巖脈;4—地氣測線及編號;5—偉晶巖礦脈帶;Qb-O3c—茶卡北山片巖組;C-P2g—石炭-二疊系果可山組;δoO3—奧陶系石英閃長巖;C-P2t—石炭—二疊系土爾根大坂組;Qhpal—全新統(tǒng)沖積物

2.2 地氣測量工作方法

鑒于Ⅱ號偉晶巖帶主要礦體的BeO品位并不高(0.04%～0.07%)且鋰礦化很少,本次實驗采用了提高探測靈敏度的動態(tài)地氣測量方法[12]。快速地氣采樣裝置由采樣器、干燥器、捕集器和抽氣泵組成,各部分用硅膠導管連接。采樣時,利用泵的抽吸作用,使游離于覆蓋層空隙內(nèi)的地氣物質(zhì)經(jīng)采樣器進入捕集器,被液態(tài)捕集劑俘獲,成為地氣樣品。地氣采樣深度在地表覆蓋層50 cm深處,采用雙捕集劑串聯(lián)以增加采樣量,抽氣速度為2 L/min,每個測點采樣時間30 min。

地氣樣品經(jīng)濃縮和定容后,送至核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析中心作電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析,得到Li、Be、Nb、Ta、Rb、稀土等40余種元素的含量信息。分析方法依據(jù)《水質(zhì) 65種元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》(HJ 700—2014)標準。

3 地氣異常分析

地氣測量數(shù)據(jù)中,Ta、Au、Tl、Ho等元素多個測點(超過測點總數(shù)20%)的含量小于檢出限,其余30余種元素的測量結(jié)果有效。選擇其中12種典型元素(包括成礦元素、稀有元素、有色金屬元素和稀土元素),統(tǒng)計其背景區(qū)平均值和標準差,以平均值加2倍標準差作為異常下限,可確定地氣異常點位,具體見表1。這些元素的分析方法檢出限和其在空白中的含量也列入表1。依據(jù)地氣測量結(jié)果和現(xiàn)有的勘查成果,繪制兩條測線的綜合剖面,如圖2、圖3所示。

表1 地氣測量結(jié)果(部分元素)統(tǒng)計Table 1 Geogas survey results (some elements) statistics

1—第四系殘坡積物; 2—石英閃長巖; 3—二云母石英片巖; 4—斷層; 5—偉晶巖脈; 6—鈹?shù)V體; 7—鈹?shù)V化體; 8—鉆孔及其編號

1—第四系殘坡積物; 2—二云母石英片巖; 3—偉晶巖脈; 4—鈹?shù)V體; 5—鈹?shù)V化體; 6—鉆孔及其編號

3.1 地氣異常特征

與本課題組在新疆卡魯安偉晶巖型鋰礦勘查區(qū)得到的地氣測量結(jié)果相比[11],Li、Be、Cs、Nb、Rb的測量值范圍均在同一量級,只是茶卡北山勘查區(qū)的Be異常值更高,而Li的異常值較低。這與本勘查區(qū)以鈹?shù)V化為主的情況相對應(yīng)。

每條測線上分布有多個元素異常點,以Be異常分布特點為主,結(jié)合其余大部分元素的異常分布共性,將連續(xù)或集中出現(xiàn)的多點異常劃分為異常區(qū)。如圖2所示,在DP1測線上劃分出3個異常區(qū),依次編號為①(據(jù)測線起點距離130～300 m)、②(330～450 m)、③(600～710 m)。對比地質(zhì)剖面,①號異常區(qū)位于大型偉晶巖脈及其傾向上方,該偉晶巖脈最大厚度約40 m,在其埋深約100 m的隱伏段上方出現(xiàn)了Be弱異常和其他所有元素的強異常。①號異常區(qū)內(nèi),該偉晶巖脈北東測有多條隱伏鈹?shù)V化體,在其埋深150～200 m的上方出現(xiàn)了Be、Ti強異常,Cs、Pb中等異常和Nb、Rb、Cu弱異常。②號異常區(qū)位于多條有一定規(guī)模的隱伏鈹?shù)V體和礦化體上方,出現(xiàn)有Be、Nb、Cu中等異常和Rb、Cs、Ti弱異常,其他元素無明顯異常。Be異常對應(yīng)的最大鈹?shù)V體埋深近300 m。③號異常區(qū)位于多條小規(guī)模隱伏鈹?shù)V化體上方,出現(xiàn)有Be、Nb、Rb、Cs、Ti弱異常,其他元素無明顯異常。Be異常對應(yīng)的最大鈹?shù)V化體埋深約150 m。

如圖3所示,在DP2測線上也可劃分出3個異常區(qū),依次編號為④(據(jù)測線起點距離80～130 m)、⑤(190～430 m)、⑥(620～780 m)。對比地質(zhì)剖面圖,④號異常區(qū)位于含鈹?shù)V化的中型偉晶巖脈上方,出現(xiàn)了Be、Rb、Cs、Ti、Pb弱異常,Be異常對應(yīng)的最大鈹?shù)V化體埋深約180 m。⑤號異常區(qū)內(nèi)有多條小型偉晶巖脈和一定規(guī)模的隱伏鈹?shù)V體(礦化體),出現(xiàn)有Li弱異常以及Be和其他所有元素的中等和強異常。Be異常對應(yīng)的最大鈹?shù)V體埋深近480 m。⑥號異常區(qū)出現(xiàn)有Be、Rb、Cs、Ti、Pb弱異常和Nb、W、Th、Cu強異常,由于未開展鉆探工程,異常原因不明,可能反映下方有未探明的鈹?shù)V(化)體,但規(guī)模應(yīng)該不大。

3.2 指示元素組合

綜合對比兩條測線上各元素異常點的分布特征,Li和Be有明顯區(qū)別。Li異常集中出現(xiàn)在偉晶巖脈(不一定含礦)上方,其強異常與鈹?shù)V體關(guān)系不大;而Be異常主要出現(xiàn)在鈹?shù)V體、鈹?shù)V化體或含有鈹?shù)V化的偉晶巖脈上方,其強異常與鈹?shù)V體有明確的對應(yīng)關(guān)系。該現(xiàn)象與茶卡北山的成礦模式和控礦因素相吻合,即偉晶巖形成過程中,Li、Be與Rb、Nb、Ta共生,但由于Li是最活躍的元素,其在聚集成礦后,如果受到強大的外界壓力會很容易向圍巖中逸散,導致Be與其他共生元素相對富集。

從地氣測量結(jié)果來看,La、Ce的異常分布與Li相近,也可以指示偉晶巖脈位置,這可能是因為當?shù)貍ゾr類具有輕稀土相對重稀土富集的特征[13]。王建國等[14]對茶卡北山偉晶巖的地球化學特征研究表明:研究區(qū)采集的所有樣品Rb、Th、Cs、Ce和 Pb元素富集,Ba、Zr、Hf、Nb、Ta和Li元素中等富集,部分樣品TiO2含量大于0.5%。與之對應(yīng),地氣測量結(jié)果顯示,Rb、Th、Cs、Pb、Nb、Ti都能指示隱伏偉晶巖脈,其中Rb、Nb、Cs、Pb、Ti與Be相似,還能較好地指示鈹?shù)V(化)體。此外Cu異常對鈹?shù)V(化)體也有一定反映。

4 結(jié)論

通過在茶卡北山鋰鈹?shù)V勘查區(qū)開展地氣測量實驗,得出以下幾點結(jié)論:

1)多元素地氣異?？梢杂行е甘倦[伏偉晶巖脈和鈹?shù)V(化)體,地氣異常點會連續(xù)或集中出現(xiàn)在目標地質(zhì)體及其傾向上方。

2)指示偉晶巖脈的地氣元素組合包括Li、Rb、Th、Cs、Pb、Nb、Ti、La、Ce,而Be、Rb、Nb、Cs、Pb、Ti、Cu組合可用于直接指示隱伏鈹?shù)V(化)體。

3)礦體指示元素異常幅度與隱伏鈹?shù)V(化)體的埋深和規(guī)模有一定聯(lián)系,規(guī)模越大,異常幅度越大,地氣中的Be異?？梢灾甘韭裆?80 m以內(nèi)的鈹?shù)V(化)體。

4)深部偉晶巖脈的含礦性可以通過是否出現(xiàn)成礦元素地氣異常來判斷。

綜上所述,地氣異常信息直接來源于深部地質(zhì)體,地氣異常位置與隱伏目標地質(zhì)體有較精準的空間對應(yīng)關(guān)系,地氣異常成分與目標地質(zhì)體含礦性有聯(lián)系,地氣測量技術(shù)可以為茶卡北山地區(qū)深部含礦性預測提供重要支持。