西藏羊八井—青龙地区水系沉积物元素背景值及分布特征

2014-08-01席明杰马生明樊连杰

岩矿测试 2014年1期

席明杰，马生明，赵波，樊连杰

(1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083;3.河南省地质调查院，河南郑州 450001)

水系沉积物作为地球表层物质的重要组成部分，是地质体及其风化产物经剥蚀、迁移进入水系并沉积于活动水系底部的天然组合物质，其化学元素组成反映了上游汇水域内地质体化学元素的分布特征，对其进行研究可从宏观上掌握化学元素的区域分布特征。世界各国科学家已针对地球表层水系沉积物中化学元素分布特征与背景值进行了广泛研究，如美国、欧洲一些国家早在20世纪60年代和80年代开展了水系沉积物及其他表层物质中化学元素基准值及含量研究[1-3]。我国科学家从20世纪90年代开始，先后对国内不同地区水系沉积物中的金、汞、铂族元素及其他化学元素的丰度值及平均含量进行了研究[4-8]。1998年任天祥等[9]统计了全国不同景观区39个元素的平均含量；近年来程志中等[10-11]和朱弟成等[12]给出了中国南方地区水系沉积物中76个元素的丰度值及Te元素的分布特征。这些研究在不同时期随着现代分析测试技术的发展，已发表的化学元素种类及数据取得了显著性进步，而且都在各领域的生产与科研工作中发挥着重要作用，如我国不同景观区39个元素平均含量数据，至今仍在1∶20万区域化探异常评价中具有参考意义。

我国自20世纪60年代开展1∶20万区域化探扫面计划以来，水系沉积物测量工作已覆盖东部等大多数地区，但西藏地区由于自然条件限制，基础地质工作相对滞后。目前部分地区已经完成或正在开展的1∶20万和1∶5万化探扫面工作，以往工作中多以全国水系沉积物中39个元素平均值[9]作为参考数据，缺少以西藏微景观区表层物质为基础建立的多元素背景值数据，在一定程度上限制了对已有水系沉积物异常的认知水平和甄别能力。为此，本文在羊八井—青龙地区开展调查，分析了研究区约12000 km2内2800件水系沉积物组合样品中69个元素的背景值，并初步探讨了元素在区内的分布特征，为今后研究区内表层介质中化学元素的地球化学行为提供了依据，也为西藏地区开展大规模地质找矿工作提供了基础参考数据。

图1 西藏羊八井—青龙地区地质简图(据文献[13-15]修编)

1 研究区地质特征

羊八井—青龙地区位于西藏特提斯构造域冈底斯—念青唐古拉地块中南部，南北分别为雅鲁藏布江(YZSZ)、班公湖—怒江(BZSZ)两条缝合带所限[12](图1a)。研究区地处冈底斯—腾冲地层区内不同地层分区的交汇部位，存在三个地层分区(图1b)：①北部为班戈—八宿分区，区内大面积出露中-上侏罗统、下白垩统及第四系；②中部为隆格尔—南木林分区，前震旦系念青唐古拉变质岩群、下石炭统出露，主要分布下白垩统及第四系；③南部为拉萨—察隅分区，主要出露前震旦系念青唐古拉变质岩群、石炭系、下二叠统、下白垩统、上新统及第四系。根据地层分区不同，将全区分为班戈—八宿、隆格尔—南木林、拉萨—察隅三个地球化学分区。区内岩浆-构造活动频繁，中酸性侵入岩分布广泛，总体可划分为燕山期和喜马拉雅期。燕山期花岗闪长岩出露广泛，呈“V”字型横亘于北部班戈—八宿分区；燕山期蛇绿岩小面积出露于中部隆格尔—南木林分区(纳木错湖西岸)；喜马拉雅期巨型花岗岩基(念青唐古拉山)分布于南部拉萨—察隅分区。区内断裂构造以北西西向和近东西向为主，次级构造为北西向和北东向，构造切割强烈，形成宽大的构造带(图1b)。

2 样品采集与元素分析

2.1 样品采集及处理

研究区自然景观以高寒山地湖泊丘陵和宽阔河谷次级景观为主，多发育二、三级水系，水系沉积物主要以基岩风化碎屑为主。研究样品采自区内一级水系口、一级水系交汇口、二级水系中、二级水系交汇口和三级水系上游区段的活动性流水线上，采样位置一般选择在水系沉积物中各种粒级物质汇集、粗细粒混杂、砾石成分复杂的地段，如河床底部、河道岸边与水面接触处。根据水系发育情况，采样密度约1.6点/4 km2，为提高样品的代表性，在采样点附近20～50 m范围内3～5处采集子样，合并为1个样品，样品截取粒级为10～60目。样品经自然风干后，用10～60目不锈钢筛充分过筛截取后，经缩分将4 km2格子内所有采样点样品等质量组合成1个送分析样品。

2.2 元素分析测试

元素分析测试工作由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室承担，69个元素分析方法及方法检出限见表1。由于西藏地区地势落差较大，物理风化强烈，河流较长，水系沉积物搬运距离远，在此过程中元素分散严重，除少部分元素残留在水系沉积物中外，其余大部分元素均进入水系中流失，导致水系沉积物中的个别元素测试结果较低，如Te元素测试结果接近检出限。但所有元素分析检出限均在《区域地球化学勘查样品分析方法》提供的“多目标76元素标准方法分析检出限参考值”可控范围之内，符合勘查地球化学样品分析质量要求。

表1 69个元素分析方法与检出限

元素分析中，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)和冷蒸气原子荧光光谱(CV-AFS)等测试技术的样品前期处理方法简述如下。

(1)电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)：称取样品0.25 g置于50 mL聚四氟乙烯烧杯中，用几滴水润湿，加入5 mL 15.2 mol/L硝酸、10 mL 22.6 mol/L氢氟酸、2 mL 18.4 mol/L硫酸，将聚四氟乙烯烧杯置于200℃电热板上蒸发至硫酸冒烟尽。趁热加入8 mL王水，在电热板上加热至溶液体积剩余 2～3 mL，用约10 mL去离子水冲洗杯壁，微热5～10 min至溶液清亮，取下冷却；将溶液转入25 mL有刻度值带塞的聚乙烯试管中，用去离子水稀释至刻度，摇匀，澄清。移取清液1.00 mL于聚乙烯试管中，用3%的硝酸稀释至10 mL，摇匀，备上机测定。

(2)电感耦合等离子体发射光谱分析(ICP-AES)：称取样品0.25 g置于50 mL聚四氟乙烯烧杯中，用几滴水润湿，加入5 mL 15.2 mol/L硝酸、10 mL 22.6 mol/L氢氟酸、2.0 mL 12.5 mol/L高氯酸，将聚四氟乙烯烧杯置于200℃电热板上蒸发至高氯酸冒烟约3 min，取下冷却；再依次加入5 mL 15.2 mol/L硝酸、10 mL 22.6 mol/L氢氟酸、2.0 mL 12.5 mol/L高氯酸，置于电热板上加热10 min后关闭电源，放置过夜后，再次加热至高氯酸烟冒尽。趁热加入8 mL王水，在电热板上加热至溶液体积剩余2～3 mL，用约10 mL去离子水冲洗杯壁，微热5～10 min至溶液清亮，取下冷却；将溶液转入25 mL有刻度值带塞的聚乙烯试管中，用去离子水稀释至刻度，摇匀，放置澄清，备上机测定。

(3)冷蒸气原子荧光光谱分析(CV-AFS)：称取样品1 g置于25 mL聚四氟乙烯试管中，用几滴水润湿，加入10 mL王水，摇散样品，置于沸水浴中保持1 h，期间摇动一次，取出冷却后，加入1 mL 0.063 mol/L高锰酸钾溶液，摇匀后放置30 min，用0.111 mol/L草酸溶液稀释至刻度，摇匀，放置澄清，备上机测定。

3 元素测量数据统计分析

元素分析与统计结果见表2，统计参数分为中位值(50%值)、75%值、95%值、算术平均值和标准离差。其中分位值为原始数据从小到大排序后的百分位值，平均值和标准离差数据为原始数据经反复迭代剔除大于x±2δ后的标准离差和算术平均值，此处的算术平均值即为背景值。依据刘英俊等[16](1984)对地球化学元素分类的方案，结合近年来常用分类习惯，本文将69个元素划分为造岩元素、铁族元素、稀有元素、稀土元素、钨钼族元素、亲铜成矿元素、分散元素、矿化剂及卤素元素和放射性元素共9类。另外，关于Sr、Ba的分类，以往岩石地球化学研究中将其当作微量元素处理，作者未查到明确的归类，因此暂时依据刘英俊等(1984)分类方案将其归为稀有元素。

3.1 造岩元素

造岩元素包括Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和SiO2等6种。区内造岩元素含量平均值普遍低于或接近全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值，仅K2O、Na2O、SiO2平均值略高，是全国水系沉积物和中国南方地区水系沉积物平均值的1.30～3.04倍。不同地球化学分区内造岩元素平均含量存在差异：班戈—八宿分区相对富集SiO2(74.2%)，隆格尔—南木林分区的CaO(3.48%)、MgO(0.86%)含量平均值相对偏高，拉萨—察隅分区富集Al2O3(11.8%)、K2O(3.95%)、Na2O(2.26%)和SiO2(77.0%)。

3.2 铁族元素

铁族元素包括Fe、Ti、V、Cr、Mn、Co和Ni等7种。与全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值相比，区内水系沉积物中铁族元素含量普遍偏低。不同地球化学分区间铁族元素含量变化较大，尤其是隆格尔—南木林分区，Fe2O3(3.52%)、Ti(1804 ug/g)、V(46.9 ug/g)、Cr(29.2 ug/g)、Mn(525 ug/g)、Co(8.39 ug/g)和Ni(17.4 ug/g)元素含量平均值均偏高。

3.3 稀有元素

稀有元素包括Li、Be、Cs、Hf、Nb、Rb、Sr、Ba、Ta和Zr等10种。除Rb元素外，区内其他稀有元素含量普遍低于全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值。但不同地球化学分区内水系沉积物中稀有元素的含量变化较大。班戈—八宿分区Li(30.0 ug/g)、Sr(157 ug/g)元素含量平均值相对偏高，隆格尔—南木林分区富集Zr(141 ug/g)和Sc(6.11 ug/g)，而拉萨—察隅分区Cs(9.62 ug/g)、Ba(476 ug/g)、Be(3.45 ug/g)、Rb(209 ug/g)、Nb(8.90 ug/g)、Ta(1.25 ug/g)、Hf(4.82 ug/g)等元素含量平均值偏高。

3.4 稀土元素

稀土元素包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu等16种。除Sc元素含量平均值略高于中国南方地区水系沉积物平均值外，区内其他稀土元素含量平均值均低于中国南方地区水系沉积物平均值。不同地球化学分区内稀土元素含量略有差异，隆格尔—南木林分区Sc(6.11 ug/g)、Er(1.87 ug/g)、Tm(0.32 ug/g)、Yb(2.00 ug/g)、Lu(0.32 ug/g)元素含量平均值较高，拉萨—察隅分区La(33.7 ug/g)、Ce(62.2 ug/g)、Pr(6.83 ug/g)、Nd(23.9 ug/g)、Sm(4.36 ug/g)、Eu(0.77 ug/g)、Gd(3.57 ug/g)、Tb(0.62 ug/g)、Dy(3.32 ug/g)、Y(18.3 ug/g)、Ho(0.69 ug/g)等元素含量平均值偏高。

3.5 钨钼族元素

钨钼族元素包括Mo、Sn、W和Bi 等4种。与全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物相比，羊八井—青龙地区水系沉积物中钨钼族元素含量普遍偏低，特别是Mo，含量差异达3倍左右。研究区不同地球化学分区水系沉积物中钨钼族含量变化甚微，仅拉萨—察隅分区富集Mo(0.57 ug/g)、Sn(3.08 ug/g)、W(1.92 ug/g)和Bi(0.40 ug/g)。

表2 羊八井—青龙地区水系沉积物中69个元素测量数据统计

(续表2)

3.6 亲铜成矿元素

亲铜成矿元素包括Cu、Zn、As、Sb、Ag、Au、Hg和Pb 等8种。与全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值相比，羊八井—青龙地区水系沉积物中亲铜成矿元素含量普遍偏低。不同地球化学分区内水系沉积物中亲铜成矿元素含量平均值变化较大：隆格尔—南木林分区Cu(9.58 ug/g)、Zn(43.6 ug/g)、As(16.6 ug/g)、Sb(0.77 ug/g)和Ag(55 ng/g)元素含量相对偏高，拉萨—察隅分区Zn(42.2 ug/g)、Au(0.41 ng/g)和Pb(36.7 ug/g)元素含量相对偏高。

3.7 分散元素

分散元素包括Ga、Ge、In、Cd、Tl、Se和Te 等7种，与中国南方地区水系沉积物平均值相比，研究区水系沉积物中分散元素平均含量极低，个别元素含量级差达10～30倍。不同地球化学分区内分散元素平均含量总体变化不大，仅拉萨—察隅分区Ga(15.9 ug/g)、Ga(1.36 ug/g)、In(0.046 ug/g)、Tl(1.23 ug/g)和Cd(89.2 ng/g)含量相对偏高。

3.8 矿化剂及卤素元素

矿化剂包括全碳、B、N、F、P和S等6种元素，卤素元素包括Cl、Br和I等3种。与全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值相比，区内水系沉积物中矿化剂及卤素元素平均含量普遍偏低，个别元素(如S)平均含量差异达4倍多。不同地球化学分区内矿化剂及卤素元素平均含量变化较大：班戈—八宿分区B(31.9 ug/g)、N(215 ug/g)、Cl(73.4 ug/g)元素含量偏高，隆格尔—南木林分区全碳(0.88%)、S(100 ug/g)、Br(1.18 ug/g)和I(0.45 ug/g)元素含量偏高，拉萨—察隅分区P(285 ug/g)和F(397 ug/g)，两个元素含量相对偏高。

3.9 放射性元素

研究区放射性元素包括Th和U两种，区内水系沉积物中Th、U元素含量与全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值相近，仅U元素平均含量略低。不同地球化学分区内水系沉积物中放射性元素平均含量变化较明显，拉萨—察隅分区相对富集Th(17.4 ug/g)和U(3.23 ug/g)元素含量相对偏高。

4 研究区的元素分布特征与来源分析

与全国水系沉积物和中国南方地区水系沉积物中元素平均值相比，羊八井—青龙地区水系沉积物中除SiO2含量普遍偏高外，三个地球化学分区间水系沉积物中元素含量亦存在差异，以下就影响区内SiO2富集的因素和不同地球化学分区内元素分布特征及来源进行讨论。

4.1 全区富集SiO2的影响因素

研究区水系沉积物中SiO2含量普遍偏高(介于68.6%～77.0%)，高于全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值，特别是在班戈—八宿和拉萨—察隅地球化学分区。主要是由于两方面原因造成的：第一，研究区属高寒山区，风化剥蚀强烈，基岩以物理风化为主，岩石、矿物风化后进入水系中，随水系搬运距离较远，其他元素易被溶解进入水中，在水系沉积物中仅留下了难溶解的Si—O结合体(石英)，从而导致区内水系沉积物中SiO2含量增高；第二，研究区南、北两个地球化学分区中，花岗岩分布广泛，特别是拉萨—察隅分区内念青唐古拉山巨型花岗岩基的出露，增加了岩体外围汇水域水系沉积物中SiO2的含量，从而导致区内SiO2含量高于全国水系沉积物平均值和中国南方地区水系沉积物平均值。

4.2 班戈—八宿分区富集元素及来源

班戈—八宿分区相对富集稀有元素(Li、Sr)，矿化剂(B、N)及卤素元素(Cl)，这5个元素均与高温热液或气液作用有关，与岩浆作用密切。结合地质背景来看，区内除大面积出露中-上侏罗统和下白垩统页岩、砂岩和灰岩外，还广泛发育燕山期花岗闪长岩，因此推测燕山期岩浆活动可能是导致元素富集的主要因素。

4.3 隆格尔—南木林分区富集元素及来源

隆格尔—南木林分区相对富集造岩元素(CaO、MgO、Fe2O3)，铁族元素(Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni)、稀有元素(Zr)，稀土元素(Sc、Tm、Yb、Lu)，亲铜成矿元素(Cu、Zn、As、Sb、Ag)和矿化剂元素(全碳、S)及卤素元素(Br、I)。区内大面积出露白垩系泥晶灰岩，导致水系沉积物中CaO(3.48%)、MgO(0.86%)含量相对偏高。同时局部地区发育较大规模燕山期基性岩(蛇绿岩)，岩石中富含Cr、Fe、Ni等元素[17]，伴随燕山期超基性-基性岩产出多处铬铁矿和磁铁矿矿化点(如拉达磁铁矿)。这些地质体的产出与风化，为区内水系沉积物中铁族元素的富集提供了丰富的物质。Zr元素在溶液中迁移形式主要有机械破碎物和被某些黏土矿物吸附[16]，属于稳定元素。纳木错湖南岸底然地区北东方向约10 km处约7～10 m高的湖岸堤上有数层以石榴石[X3Y2(SiO)4，X=Ca，Mg，Fe；Y=Al，Fe，Cr]为主(含量35%～45%)的暗红褐色砂层，富集锆石、独居石、锡石(含Sc矿物)，其中锆石(ZrO4)、独居石[(Ce，La，Nd)PO4]均已达工业品位[14]。由此推测水系沉积物中的Zr、Sc等元素与底然地区锆石砂矿有关。另外，隆格尔—南木林分区地处冈底斯银多金属成矿带之内，为Ag、Pb、Zn元素高背景区[18]，区内Cu、Zn、Ag等元素富集是由高背景地质体引起的。

4.4 拉萨—察隅分区富集元素及来源

拉萨—察隅分区相对富集造岩元素(Al2O3、K2O、Na2O、SiO2)，稀有元素(Be、Sc、Rb、Nb、Cs、Hf、Ta、Ba)，稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er)，钨钼族元素(Mo、Sn、W、Bi)，亲铜成矿元素(Au、Pb)，分散元素(Ga、Ge、In、Tl、Cd)，矿化剂元素(F、P)和放射性元素(Th、U)。念青唐古拉山巨大花岗岩基横贯拉萨—察隅分区西北部，导致造岩元素大规模富集；已知区内除产出著名的羊八井地热田外，在当雄县和堆龙德庆县境内亦产出多处地热资源(如宁中地热田等)，地热田范围内地下热(卤)水活动强烈，常形成广泛的热水蚀变现象，在热泉喷溢口与热水流经处形成强烈的硅华和钙华，热水与蚀变物质中富含丰富的S、Cs、Li、Rb、B、Bi、Cl、F、P、K、Na、Ca、Pb、Zn、Cu等元素[19-21]，在地热田及其附近形成多处放射性、稀土、稀有贵金属以及自然硫、明矾石、高岭土、硼酸盐、泥炭及石墨等非金属矿化点，这些含矿地质体及矿物经风化破坏后进入水系沉积物中，为区内水系沉积物中造岩元素、稀有、稀土、放射性、矿化剂及卤素元素和亲铜成矿元素(Au)的富集提供了丰富的物质来源。

拉萨—察隅分区东南角二叠系洛巴堆组地层富含Pb、Zn元素，且产出洛巴堆铅锌矿，为区内亲铜成矿元素Pb的富集提供了物质来源[22]；分散元素富集成矿具有典型的矿床类型和矿物类型专属性[23-24]，多数情况下，分散元素就像稀土元素或铂族元素一样具有一定的共生关系，或“三三俩俩”或更多元素共生在一起，并一起伴生于主金属矿床中，如Cd、In、Ga、Ge与Pb、Zn矿化关系密切[25-31]。已知二叠系地层区水系沉积物中富集Cd、In元素，且与洛巴堆铅锌矿关系密切，由此推测区内分散元素Cd、In、Ga、Ge的富集与二叠系洛巴堆组和洛巴堆铅锌矿有关；Tl元素主要富集于第四系覆盖区(松散沉积物、冰碛物和泉华)，与羊八井—宁中地区地热资源的热水沉积作用有关，反映了区内热水资源的地球化学特征[22]。钨钼族元素W、Sn、Bi、Mo与高温岩浆热液活动有关，推测其富集与区内喜马拉雅期花岗岩侵入有关。

5 结语

在勘查地球化学工作中，“背景值”反映一个区域内地球化学元素含量的整体水平，作为区内局部地段元素富集或亏损的评价标尺，与丰度、基准值等相近，为区域内资源、环境评价工作提供地球化学依据。本次研究以西藏羊八井—青龙地区2800件水系沉积物组合样品为基础，采用先进的分析技术，准确测试了69个元素含量，利用2800件样品实测结果研究区内元素背景值与分布特征，具有广泛的代表性。

羊八井—青龙地区水系沉积物中69个元素分析统计结果表明，班戈—八宿、隆格尔—南木林、拉萨—察隅三个地球化学分区中元素分布既有相似性又有一定差异。相似性是三个分区内SiO2含量普遍偏高；差异性体现在北部班戈—八宿分区以富集与高温热液或气液有关的Li、Sr、B、N、Cl元素为特征，中部隆格尔—南木林分区以富集铁族元素、稀有元素(Zr)、稀土元素(Sc)为特征，南部拉萨—察隅分区以富集轻稀土、稀有、分散元素及亲铜成矿元素为特征。各地球化学分区内元素含量的高低与区内分布的地层、岩体、矿床和矿化点密切相关。同时，本文给出了羊八井—青龙地区水系沉积物中69个元素的背景值，丰富了西藏微景观区水系沉积物中元素背景值资料，为今后羊八井—青龙地区及其邻区区域地质研究和勘查找矿工作提供了参考依据。

由于受各种客观因素限制，本次研究未能给出部分分散元素(Re)，贵金属元素(Pt、Pd、Os、Ir、Rb、Rh)的背景值与分布特征，期待后续研究工作进行补充完善。另外，本文数据为1∶20万区域化探扫面结果，样品密度较小，只能反映区内元素分布趋势，初步推断源区，而距离实际找矿仍有很多工作有待进一步开展。

致谢：感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所张振海教授级高级工程师、刘海良教授级高级工程师、聂兰仕博士、张必敏博士、曾道明工程师，中国地质科学院申伍军博士研究生、陈晓峰博士研究生、梁胜跃硕士研究生，河南省地质调查院宁福正高级工程师、谢庆峰工程师和裴瑞亮工程师在野外工作中给予的鼎力相助。感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室张勤主任及多位同事在数据测试工作中给予的帮助。

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