韓若浦,周四春,王登紅,劉曉輝,陳壽波,吳見新

(1. 成都理工大學(xué) 地學(xué)核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059;2. 中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;3. 新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七○四隊(duì),新疆 哈密 839000)

0 引言

新疆哈密境內(nèi)的紅嶺勘查區(qū)是新疆有色地質(zhì)局七○四隊(duì)所屬的銅(鉬)礦勘查區(qū)[1],在尋找銅(鉬)礦過程中,先后發(fā)現(xiàn)了多條偉晶巖脈。綜合分析勘查區(qū)地質(zhì)資料后發(fā)現(xiàn),該勘查區(qū)與相鄰的著名偉晶巖稀有金屬礦床——鏡兒泉鋰礦床同屬相同的大地構(gòu)造位置,區(qū)內(nèi)地層巖性也相似,地球化學(xué)環(huán)境相同,具有尋找偉晶巖型稀有金屬礦的前景。

在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC0602701)支持下,成都理工大學(xué)綜合地氣技術(shù)課題組與新疆有色地質(zhì)局七○四隊(duì)聯(lián)合組隊(duì),采用綜合地氣測量技術(shù)方法,對紅嶺勘查區(qū)的主要偉晶巖脈的含礦性進(jìn)行了評價(jià)。

1 勘查區(qū)地質(zhì)概況

紅嶺勘查區(qū)所處大地構(gòu)造位置位于天山興蒙造山系、準(zhǔn)噶爾—吐哈地塊、覺羅塔格晚古生代溝弧帶、Ⅳ級構(gòu)造單元康古爾海槽?？辈閰^(qū)成礦帶位于康古爾—土屋—黃山Cu-Ni-Ti-Au-Ag-Mo-Pb-Zn-稀有(RM)—硫鐵礦—硅灰石—玉石礦帶[1]。區(qū)域地層主要為古元古界星星峽組和第四系。勘查區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖主要以酸性的侵入巖為主,中性侵入巖次之,其中以中三疊世侵入巖為主,次為早石炭世二長花崗巖[2]。

目前勘查區(qū)圈定出偉晶巖脈32條,長10～320 m不等,寬2～40 m不等,走向在70°～90°之間。區(qū)內(nèi)偉晶巖脈絕大多數(shù)呈脈狀產(chǎn)出,正地形隆起,與圍巖呈侵入接觸,多順層產(chǎn)出,局部與圍巖呈切層。偉晶巖脈整體分帶性較好,由內(nèi)向外巖相分帶為塊體石英核、云母巢、云母石英長石帶、文象帶,個(gè)別脈體分帶性一般。圍巖以二長片巖為主,其次為斜長片麻巖、黑云長英質(zhì)角巖,巖脈與圍巖接觸部位多受風(fēng)化作用影響,坡積較多,界限不清(圖1)。

1—第四系; 2—二長片巖; 3—片麻巖; 4—長英角巖; 5—花崗偉晶巖脈及編號; 6—石英脈; 7—地質(zhì)界線; 8—綜合地氣測線位置及編號

2 勘查區(qū)工作部署及工作程序

2.1 紅嶺勘查區(qū)綜合地氣測量工作程序

紅嶺勘查區(qū)的找礦工作以剖面控制的方式開展,部署的所有剖面線上均采用同線共點(diǎn)方式同時(shí)開展土壤X射線熒光測量與動(dòng)態(tài)地氣測量,獲取綜合地氣測量所需的兩種探測信息。其中土壤X射線熒光測量用于評價(jià)偉晶巖脈淺部的含礦性,地氣測量用于評價(jià)偉晶巖脈深部的含礦性。

為了提供紅嶺勘查區(qū)綜合地氣測量資料評價(jià)依據(jù),紅嶺勘查區(qū)的綜合地氣測量工作分兩階段進(jìn)行:

第一階段,以相鄰的鏡兒泉鋰礦床為標(biāo)準(zhǔn),在鏡兒泉1號偉晶巖礦脈上布設(shè)穿越該礦體的剖面開展綜合地氣測量,獲取礦體上X射線熒光與地氣異常的元素組合特征、空間分布特征等信息,據(jù)此獲取紅嶺地區(qū)偉晶巖稀有金屬礦的綜合地氣異常識別依據(jù)與標(biāo)志。

第二階段,在紅嶺勘查區(qū)開展綜合地氣測量,并應(yīng)用鏡兒泉礦床上獲取的綜合地氣異常識別依據(jù)與標(biāo)志做判據(jù),對勘查區(qū)綜合地氣測量資料進(jìn)行評價(jià)解釋。

2.2 紅嶺勘查區(qū)綜合地氣測量工作部署

根據(jù)紅嶺勘查區(qū)的地質(zhì)情況,依據(jù)偉晶巖脈的走向,可以將區(qū)內(nèi)的主要偉晶巖脈分為兩組:第一組為賦存在測區(qū)西北部二長片巖中的偉晶巖脈,其走向大致為EW向(見圖1);第二組為賦存在測區(qū)東南部片麻巖中的偉晶巖脈,走向大致為NEE向。

紅嶺勘查區(qū)內(nèi)的地氣綜合探測工作以評價(jià)兩組偉晶巖脈的含礦性為目的,為此設(shè)計(jì)了2條綜合地氣測線。

為控制第一組偉晶巖脈,在測區(qū)西北部布設(shè)了HH-01測線。測線方位角90°,控制長度510 m,穿越地表見礦的γρ1、γρ2、γρ4、γρ12號偉晶巖脈(圖1)。HH-01測線按基本點(diǎn)距20 m,偉晶巖脈及其相鄰區(qū)域點(diǎn)距加密到10 m的方案,布設(shè)測點(diǎn)41個(gè)。

為控制第二組偉晶巖脈,在勘查區(qū)南部布設(shè)了HH-02測線。測線方位角120°,控制長度460 m,穿越γρ14、γρ16、γρ17、γρ18號偉晶巖脈(圖1)。HH-02測線亦按基本點(diǎn)距20 m,偉晶巖脈及其相鄰區(qū)域點(diǎn)距加密到10 m方案,布設(shè)測點(diǎn)42個(gè)。

3 勘查區(qū)綜合地氣測量技術(shù)方法

3.1 土壤X射線熒光測量技術(shù)方法

研究區(qū)地處戈壁灘干旱荒漠地球化學(xué)景觀區(qū),自然環(huán)境惡劣。為了減少現(xiàn)場開展X射線熒光測量時(shí)無法避免的不平度效應(yīng)、礦化不均勻效應(yīng)以及顆粒度效應(yīng),X射線熒光測量采用了取樣后稍作處理再在實(shí)驗(yàn)室開展測量的方案[3]。

根據(jù)土壤地球化學(xué)測量規(guī)范,野外工作時(shí),選擇采集B層土壤的細(xì)粒部分[4]。為了保證每個(gè)測點(diǎn)采樣條件的一致性,兼顧考慮戈壁地貌以及工作效率,在實(shí)際工作中,采用了統(tǒng)一的40 cm采樣深度,采集較粗粒樣品100 g。回野外駐地后,過篩分選出40～60目粒級土壤,直接裝杯成飽和厚樣品加以測量,每樣測量時(shí)間120 s。

X射線熒光測量采用了英國生產(chǎn)的牛津X-MET7500型手持式X射線熒光儀[5]。這是一種采用微功耗銠靶X射線光管為激發(fā)源與硅漂移探測器的數(shù)字多道手持式X射線熒光儀,樣品中某種元素的含量越高,單位體積內(nèi)該元素的原子數(shù)量也會(huì)越多,激發(fā)原子后發(fā)出的特征X射線也越多,因此儀器測量得到的特征X射線計(jì)數(shù)率與該元素在物質(zhì)中的含量成正比關(guān)系[6]。

經(jīng)對鏡兒泉與紅嶺已知礦體采樣點(diǎn)、背景區(qū)采樣點(diǎn)樣品實(shí)測X射線熒光譜線分析,儀器在該地區(qū)可檢測出K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Pb、Rb、Sr、Zr、Y、Nb、Ba元素的相關(guān)信息。從地球化學(xué)角度考慮,最后選擇Y、Ba、Zr、Sr、Rb、Zn、Ni、Fe、Mn、K為熒光指示元素。

3.2 地氣測量技術(shù)方法

地氣測量采集由地球內(nèi)部垂直上升的氣流所帶出的納米微粒[7],以獲取來自地下深處地質(zhì)體的元素含量信息。研究區(qū)地氣測量全套采用了文獻(xiàn)[8]提供的“提高探測靈敏度的動(dòng)態(tài)地氣測量”技術(shù)。該動(dòng)態(tài)地氣采樣裝置由采樣器、干燥器、雙捕集器和抽氣泵組成,各部分用硅膠導(dǎo)管連接。采樣時(shí),利用泵的抽吸作用,將游離于覆蓋層空隙內(nèi)的地氣物質(zhì)經(jīng)采樣器吸入捕集器,使之被液態(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,采用雙捕集器串聯(lián)以增加采樣量,抽氣速度為2 L/min,每個(gè)測點(diǎn)采樣時(shí)間30 min[8]。

采集的地氣樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后,經(jīng)濃縮處理后滴定成5 mL作為檢測樣品。然后統(tǒng)一送核工業(yè)北京地質(zhì)研究院檢測中心,采用最新一代ICP-MS (ELEMENT XR)等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行分析,共獲得目標(biāo)元素Cu、Zn、Pb、W、Mo、Bi、Mn、Co、Ni、Cr、Sr、Y、Cs、Li、Sc、Rb、Zr、Cd、Th、U、Ag、Au、As、Hg及稀土(La、Ce、Nd、Sm、Dy)等48種元素的濃度。

根據(jù)稀有金屬礦的地球化學(xué)原理[9],最后選擇全套稀土及Li、Be、Rb、Nb、Y、Ti元素為勘查區(qū)地氣指示元素。為了保證用于找礦的地氣測量結(jié)果的可靠性,對紅嶺地區(qū)84個(gè)測點(diǎn)的主要地氣指示元素Li、Be、Rb、Nb、Y、Ti測量結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果列于表1。

表1 紅嶺地區(qū)地氣樣品主元素分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 1 Main element analysis results of geogas samples in Hongling area

4 鏡兒泉偉晶巖稀有金屬礦綜合地氣異常識別依據(jù)與標(biāo)志研究

為研究礦致異常特征,建立適合紅嶺地區(qū)綜合地氣測量資料推斷解釋的異常評價(jià)依據(jù),在相鄰且具有相同地球化學(xué)景觀環(huán)境的鏡兒泉偉晶巖鋰礦床的Ⅰ號礦脈上布置了一條1 010 m的綜合地氣測線,命名為JH-1剖面(據(jù)前人資料,該剖面上僅Ⅰ號脈地表有礦化顯示)。

采用第3節(jié)介紹的X射線熒光與地氣測量技術(shù)方法,按基本點(diǎn)距20 m,偉晶巖脈及相鄰區(qū)域加密至10 m,總計(jì)獲得67個(gè)測點(diǎn)的X射線熒光與地氣測量數(shù)據(jù)。將實(shí)測數(shù)據(jù)做襯度處理后,繪制了JH-1測線的土壤多元素X射線熒光測量綜合剖面(圖2)與地氣測量綜合剖面(圖3)。

1—第四系;2—白云母花崗巖;3—石榴子石白云母花崗巖;4—鏡兒泉偉晶巖脈及編號;5—地質(zhì)界線;6—相變界線

1—第四系;2—白云母花崗巖;3—石榴子石白云母花崗巖;4—鏡兒泉偉晶巖脈及編號;5—地質(zhì)界線;6—相變界線

分析JH-1測線X射線熒光測量結(jié)果(圖2),發(fā)現(xiàn)Ⅰ號礦脈上方有Rb、Mn、Fe、Sr、Zn、Ba的X射線熒光異常,以及Ni的偏高值峰。其中,Rb、Mn、Fe、Sr呈U型峰異常,即在Ⅰ號礦脈頂部在地表的投影位置兩側(cè)的緊鄰區(qū)域都出現(xiàn)異常峰,Zn、Ba則為單峰異常。

這表明,可以將偉晶巖脈上出現(xiàn)空間位置契合的稀有金屬元素Rb與上述金屬元素的土壤X射線熒光異常,作為該偉晶巖脈淺部含礦的判斷標(biāo)志。

分析JH-1測線地氣測量結(jié)果(圖3),發(fā)現(xiàn)在Ⅰ號礦脈傾覆方向一側(cè)上捕獲了明顯的Li、Be、Nb、Rb、Y、Ti地氣異常,異常出現(xiàn)的位置符合地氣測量與礦體間的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系[6],即異常位于礦脈傾覆側(cè)的上方。

地氣探測結(jié)果說明了兩個(gè)問題:①地氣測量在該地球化學(xué)景觀條件下探測偉晶巖稀有金屬礦是有效的;②可以將符合前述空間位置捕獲到的Li、Be、Nb、Rb、Y、Ti地氣異常作為評價(jià)偉晶巖脈深部有礦(化)的依據(jù)。

5 紅嶺地區(qū)綜合地氣異常及意義

5.1 紅嶺HH-01測線綜合地氣測量資料分析

依據(jù)紅嶺HH-01測線綜合地氣測量獲取的數(shù)據(jù),分別編制了紅嶺地區(qū)HH-01測線X射線熒光測量綜合剖面(圖4),以及地氣測量綜合剖面(圖5)。

圖4 紅嶺地區(qū)HH-01測線X射線熒光測量綜合剖面Fig.4 HH-01 line X-ray fluorescence measurement comprehensive profile in Hongling area

圖5 紅嶺地區(qū)HH-01測線地氣測量綜合剖面Fig.5 Comprehensive profile of geogas survey of HH-01 survey line in Hongling area

X射線熒光測量捕獲了5個(gè)Rb元素的X射線熒光異常(圖4)。①、②、③、④號異常呈單峰形態(tài),分別位于γρ1、γρ2、γρ3、γρ4號偉晶巖脈頂部的正上方。在這些異常區(qū)內(nèi),伴生有 Zn、Mn、Ti、K元素的異常或偏高值。⑤號異常位于γρ12偉晶巖脈頂部上方。與Rb呈現(xiàn)吻合異常或偏高值的熒光元素有Ba、Zr、Ti,產(chǎn)出“U”字形異常的元素有Zn、Ni、Fe。綜上所述,依據(jù)X射線熒光測量資料分析表明,γρ1、γρ2、γρ3、γρ4、γρ12號偉晶巖脈與鏡兒泉Ⅰ號偉晶巖脈頂部出現(xiàn)的X射線熒光異常呈現(xiàn)的異常元素基本相同,可以評價(jià)這些偉晶巖脈淺部都含礦,與前期地質(zhì)工作認(rèn)識一致。

地氣測量給出了有別于X射線熒光測量的結(jié)果,僅在γρ2偉晶巖脈頂部與γρ4偉晶巖脈傾覆一側(cè)捕獲到符合反映礦脈規(guī)律的多種成礦元素的地氣異常(或偏高值)區(qū)(圖5)。

γρ2偉晶巖脈頂部①號地氣異常包括成礦元素Li、Be、Nb及Rb、Ti,與鏡兒泉鋰鈹?shù)V床的地氣異常元素組合完全一致。但該異?？臻g分布位置不是在γρ2偉晶巖脈傾覆側(cè),而是在其頂部,不符合礦脈頂部難以產(chǎn)生顯著成礦元素地氣異常的前期認(rèn)識[10-12],據(jù)此推測該異常很可能不是反映γρ2偉晶巖脈礦化的異常。分析紅嶺研究區(qū)地質(zhì)(圖1)可知,①號異常應(yīng)該是γρ3號偉晶巖脈向西延的隱伏段部分經(jīng)過HH-01測線所產(chǎn)生的結(jié)果,即①號異常的異常源是γρ3號偉晶巖脈。由于①號異常元素組合最好,且異常中6個(gè)指礦元素含量均較高,異常具有一定寬度(預(yù)示礦脈有相當(dāng)延伸),特別是Be含量為全區(qū)最高值,Li也較高,據(jù)此可以推斷,γρ3號脈具有找礦價(jià)值,特別是γρ3號脈的西端外延的隱伏部分,應(yīng)該在探尋Li、Be礦的同時(shí),注意關(guān)注Nb的尋找。

γρ4偉晶巖脈傾覆側(cè)的②號異常區(qū)呈現(xiàn)了包括成礦元素Nb、Be以及Ti的地氣異常,還有Li的偏高顯示,特別是Nb是區(qū)內(nèi)幅度最高的地氣異常,可以評定該偉晶巖脈深部含礦。根據(jù)各元素在該地氣異常區(qū)內(nèi)距離巖脈頂部出露位置的遠(yuǎn)近(與該元素的礦化深度有關(guān)),可以推測該礦脈有可能有垂向分帶,上部以Be礦化為主,深部以Nb礦化為主。

根據(jù)地氣測量資料評定,同樣地表含礦的γρ1、γρ12偉晶巖脈沒有反映深部礦化的成礦元素地氣異常,不具有進(jìn)一步找礦價(jià)值。

5.2 紅嶺HH-02測線綜合地氣測量資料分析

HH-02測線控制的γρ14、γρ16、γρ17、γρ18號4條偉晶巖脈為未知性質(zhì)偉晶巖脈。

從圖6可見,X射線熒光測量分別在γρ16、γρ17以及γρ18號偉晶巖脈上方捕獲到對應(yīng)的①與②號X射線熒光異常。①號異常區(qū)內(nèi)對應(yīng)γρ16與γρ17號偉晶巖脈分別有一個(gè)幅度不高的單異常峰,②號異常伴有Zn、Mn、Ti、K元素的異?；蚱咧?異常呈“U”字形。HH-02測線上的X射線熒光分析表明,γρ16、γρ17以及γρ18號偉晶巖脈在地表的X射線熒光元素組合特征明顯與鏡兒泉Ⅰ號脈基本相同,應(yīng)該評價(jià)為淺部含礦的偉晶巖脈。

圖6 紅嶺地區(qū)HH-02測線X射線熒光測量綜合剖面Fig.6 HH-02 line X-ray fluorescence measurement comprehensive profile in Hongling area

依據(jù)地氣測量資料,HH-02測線捕獲到2個(gè)可能有意義的地氣異常。

鑒于異常的空間分辨率不足,圖7中③號異常無法完全確認(rèn)異常源究竟來自γρ16還是γρ17號偉晶巖脈,推測異常源來自于γρ16號脈深部礦化的可能性較大。鑒于地氣異常元素組合中Rb、Ti異常幅度較明顯,成礦元素Li、Be處于異常邊緣,Nb沒有礦化顯示。結(jié)合X射線熒光與地氣異常依據(jù),推測γρ16號偉晶巖脈深部找礦意義不大。

圖7 紅嶺地區(qū)HH-02測線地氣測量綜合剖面Fig.7 Comprehensive profile of geogas survey of HH-02 survey line in Hongling area

很清楚,④號地氣異常均源自γρ18號偉晶巖脈,異常的元素組合為Nb、Li、Rb、Ti、Y、Be,其中Be的異常峰出現(xiàn)位置與其他元素有錯(cuò)位,更接近γρ18號偉晶巖脈位置,表明在該礦脈中成礦元素可能存在垂向分帶,Be可能主要富集在礦脈上部。

④號地氣異常元素組合中的Nb和Be異常表明γρ18號偉晶巖脈的礦化有較大延伸,淺部以Nb、Be富集為主,較深部則以Nb為主。由于在該礦脈上捕獲到的成礦元素的地氣異常幅值均不高,建議對該偉晶巖脈先從地表出露部分加以解剖,如果該脈近地表礦化部分能夠達(dá)到礦體工業(yè)品位,就值得向深部探尋儲量。

6 結(jié)論

1)在新疆哈密的戈壁干旱荒漠地球化學(xué)景觀區(qū),綜合地氣測量技術(shù)對于勘查類似于鏡兒泉的偉晶巖稀有金屬礦是有效的,其中土壤X射線熒光測量可以同時(shí)捕獲到反映偉晶巖脈淺部礦化的Rb,以及Mn、Fe、Sr、Zn的異常或偏高值,而在礦脈傾覆一側(cè),地氣測量可以同時(shí)捕獲到反映深部礦化的Li、Be、Nb、Y、Ti等元素的地氣異常,當(dāng)空間上同時(shí)在偉晶巖脈頂部出現(xiàn)X射線熒光異常、傾覆一側(cè)出現(xiàn)地氣異常,則可以評價(jià)該偉晶巖脈具有找礦價(jià)值。

2)紅嶺勘查區(qū)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注賦存于二長片巖中、呈EW向分布的偉晶巖脈群。地表含礦的γρ1、γρ2、γρ3、γρ4、γρ12號偉晶巖脈群,經(jīng)綜合地氣測量資料評價(jià),僅γρ3、γρ4號脈傾覆一側(cè)捕獲到反映偉晶巖脈深部礦化證據(jù)的成礦元素的地氣異常,可能具有找礦價(jià)值。其中隱伏通過測線的γρ3號偉晶巖脈具有與鏡兒泉礦床相同的異常元素組合,應(yīng)該是Li、Be礦脈;γρ4號偉晶巖脈可能以Nb礦化為主。

3)紅嶺勘查區(qū)賦存于片麻巖中,呈NEE向分布的γρ14、γρ16、γρ17、γρ18號偉晶巖脈群,經(jīng)綜合地氣測量資料評價(jià),γρ16、γρ18號偉晶巖脈頂部捕獲到Rb及Zn、Fe、Ti元素形成的X射線熒光異?；蚱咧?傾覆一側(cè)有成礦元素的地氣異常(γρ18號脈)或偏高顯示(γρ16號脈),故此可以評價(jià)γρ18號脈為含礦脈。γρ16號脈可能有礦化,但是否達(dá)到工業(yè)品位無法判斷。此外γρ14號脈雖頂部沒有X射線熒光異常,但其傾覆一側(cè)有成礦元素偏高顯示,與γρ16號脈地質(zhì)意義相同。