卡鲁安伟晶岩锂矿的地气场特征及找矿意义

2019-08-01杨吉成周四春刘晓辉

岩石矿物学杂志 2019年4期

杨吉成,周四春,刘晓辉,胡波

(成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川成都 610059)

随着经济的快速发展，电子产业、新能源汽车、化学工业、核聚变研究等对锂的需求与日剧增(游清治， 2016)，促使人们加大对锂矿资源的勘查和研究(胡波， 2012; Lietal. ， 2015; 陈阳等， 2016)。对于我国的主要锂矿类型——伟晶岩锂矿，由于其母岩伟晶岩的物性特征与花岗岩、片岩及片麻岩差异不明显(王登红等， 2017)，而且成矿规模一般都比较小，因此开展如重力、磁法、电法等常规物探方法一般不能达到理想效果。地球化学方法对勘查伟晶岩型锂矿也有一定的局限性。探寻一种既能快速圈定异常又能直接获取深部锂矿信息，且快速、准确、有效的方法是十分有意义的。地气测量技术在寻找隐伏矿床的应用中有很多成功的例子(周四春等, 2014; Yuanetal. ， 2014; Caoetal. ， 2015)，如广东仁化某隐伏铀矿、广西大厂某隐伏锌铜矿等。虽然应用地气测量技术目前还不能准确获得隐伏矿体的品位，但在寻找隐伏矿床的找矿应用中依然有着重要意义。将地气法(Malmqvist and Kristansson， 1984; 唐桢等， 2011)引入伟晶岩型锂矿勘查，有可能达到这一目的。为此，笔者在国家重点研发计划与国家自然科学基金项目的支持下，以新疆卡鲁安伟晶岩锂矿勘查区为研究区，开展了国内外首例地气测量探测隐伏伟晶岩锂矿研究工作。

1 研究区地质概况

研究区位于新疆维吾尔自治区阿勒泰地区中部，属中温带大陆性气候，地形、地貌复杂多样，地形总趋势北高南低，由北而南依次分布有山地、丘陵、戈壁等多种地貌。

该区域岩浆活动强烈，主要由火山岩、沉积岩和花岗岩等组成。哈龙-阿祖拜伟晶岩矿田包围在中阿尔泰哈龙-青河早古生代生成的岩浆弧之中(图1)，地处哈龙河与阿祖拜河两侧。在哈龙背斜的倾没端、东西向断裂和南西向断裂的复合地带等构造中，都分布着大量的伟晶岩脉。花岗伟晶岩脉赋存于中上志留统库鲁木提群变质的片岩系中，矿区范围内地层主要为中上志留统变质的片岩系，褶皱构造不明显，但次一级构造裂隙十分发育，对矿区内伟晶岩的形成创造了很好的条件。研究区内先后发现了805、806、650、807等多条伟晶岩锂矿脉，目前，仍有很好的找矿前景。

图 1 卡鲁安研究区地质简图(附地气测量工程布置图)(据郭旭吉等， 2015)Fig. 1 Geological sketch map of Kalu’an study area(with the arrangement of geogas survey)(after Guo Xuji et al.， 2015)

2 地气测量原理与基本工作方法

2. 1 地气测量原理

20世纪80年代末，童纯菡教授将地气测量技术引入国内。地球物理学家们早就注意到，地球内部在温度差和压力差作用下，普遍存在着一种垂直上升的气流(童纯菡等，1997)。童纯菡等人通过实验与找矿实践证实了这种上升气流作为载体，可以将成矿物质的纳米微粒垂直携带到地表(汪明启等， 2006)。地球内部垂直上升的气流与气流携带的成矿物质纳米微粒宏观上统称为地气场，采集并分析这些通过地气流由地下深部迁移到地表的纳米微粒，可以获得来自地下深部地质体的元素含量信息，这就是地气测量。不同测点地气测量值都存在差异，这就是地气测量异常；而地气场异常是相对不同区域而言的，指的是研究区与附近区域或其它地方地气测量整体出现差异。在分析地气数据时常常会用到地气异常，地气异常是指某测点与其它测点地气测量值不同，也指研究区与其它地方地气测量整体值出现差异。由于地气流是垂直向上迁移的，因此，当地下深部赋存有某种矿体时，进行地气测量就可以在矿体的上方捕获到成矿元素、伴(共)生元素的地气异常。隐伏矿体地气测量原理可参见图2所示。

图 2 隐伏矿体地气测量原理图Fig. 2 Geogas measurement principle map of concealed orebody

2.2 地气基本工作方法

地气测量基本工作由两方面构成：采样和样品处理与分析。

本研究工作采用动态式地气装置采样，其装置见图3所示。其中，捕集剂由BV-Ⅲ级的纯硝酸和高纯水配置的5%稀硝酸组成(柯丹等， 2016)，用量20 mL。采用动态地气采样装置采集样品时，先用钢钎在测点周围沿竖直方向打一个约70 cm的孔；拔出钢钎后，迅速将采样器插入孔中至采样器圆锥处，并将与采样器圆锥附近的土壤踩实；再连接好干燥器、捕集器及抽气泵；最后打开抽气泵进行抽气。每个测点的抽气时间定为30 min。

图 3 动态式地气装置简图(据刘斌等, 2011)Fig. 3 Simplified diagram of dynamic geogas device(after Liu Bin et al.， 2011)

地气样品采集完成后将样品送专业实验室分析，从而提取出深部矿体信息。研究区采集的各测点的地气样品统一浓缩至5 mL，送至核工业北京地质研究院，采用电感耦合等离子体质谱仪，依据《水检测方法——等离子体质谱法测定锂等39个元素》标准，分析得出Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li等39种元素的含量信息。

3 野外工作部署

根据研究区的具体概况，依据新疆七〇六大队在该地区所取得的物探、化探成果，按测线基本垂直伟晶岩锂矿脉走向和构造线走向为原则，布设了两条测线，分别记为L1线和L2 线(图1)。两条测线总共长6 605 m，其中L1测线长度为4 606 m，测点124个，方向为ES111°，横穿已知813、814、807、650号等伟晶岩锂矿脉。L2 测线长度为1 999 m，测点67个，方向为E90°，横穿已知806、809号伟晶岩锂矿脉。野外采用罗盘定向、GPS加测绳定距。

为保证覆盖范围和工作效率，在背景区域测点点距为40 m或80 m，在已知矿体周边区域测点点距为20 m，在矿体上方及相邻区域测点点距为10 m(在矿体平面投影位置两边100 m范围内)。在样品采集和运输过程中，有部分样品发生撒漏、污染等，对这种样品事后通过检查、去除，加之由于地形条件的复杂有不能获取的地气样，最终获取有效样品177个。

4 可靠性检验

为了检验地气测量工作的质量及自身的可靠性，对L2线12个测点进行了重复测量，即在基本测点周围1 m的位置进行重复采样，并对重复样做同条件处理、分析，通过重复测量来考查地气测量数据的可靠性。

以12个具有重复测量数据测点的Li、Cs为代表元素，逐一计算了重复测量含量相对于基本测量含量的相对偏差ΔS，具体结果详见表1。

表 1 12个测点Li、Cs重复测量与基本测量相对偏差统计表ng/L
Table 1 12-point Li, Cs statistics of relative deviations between repeated measurement and basic measurement

样品号 LiCs 基本测量重复测量相对偏差基本测量重复测量相对偏差L2-12601 275 1 321 1.77% 95 85 5.56%L2-12701 032 1 202 7.61% 61 55 5.17%L2-12801 584 1 432 5.05% 99 77 12.50%L2-1290 1 422 1 245 6.64% 134 93 18.06%L2-1300 1 284 1 103 7.58% 81 60 14.89%L2-1310 1 165 1 185 0.85% 116 84 16.00%L2-1320 1 305 1 241 2.51% 136 99 15.74%L2-1330 947 1 116 8.19% 80 72 5.26%L2-1340 1 880 1 582 8.61% 97 88 4.87%L2-1350 1 274 1 412 5.14% 151 97 21.77%L2-1360 1 211 1 099 4.85% 179 150 8.81%L2-1380 1 075 1 075 0.00% 66 101 20.96%平均相对偏差 4.90% 12.47%

从表1可见，对于Li元素，12个对比数据间的ΔS都小于10%，平均相对偏差为4.90%；而Cs元素，ΔSmax<22%，平均相对偏差为12.47%。其它元素也有相似的测试结果，这表明，本文研究工作获取的地气数据是可靠的。

5 地气测量异常特征研究及找矿意义

L1、L2 两条剖面共计177个有效测点，每个测点获取了包括 Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li等39种元素的含量。经过分析筛选，选出了基本可以反映伟晶岩锂矿地气异常特征的6种元素(Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li)，L1、L2 两条剖面各测点的元素含量分别见表2、表3，两条剖面的地气测量综合剖面图分别见图4和图5。

根据所得地气测量综合剖面图对异常区域进行了进一步的划分和分析。根据图4和图5，可以分别划分出L1-Ⅰ、L1-Ⅱ、L1-Ⅲ和L2-Ⅰ、L2-Ⅱ、L2-Ⅲ共6个异常区。其中L1-Ⅰ、L1-Ⅱ、L2-Ⅰ、L2-Ⅲ为矿致异常区，L1-Ⅲ、L2-Ⅱ为未知异常区。由地气测量技术原理可知，它是通过分析地下气流所携带的致矿元素纳米微粒，从而判断地表下矿体的大致空间方位和规模。随着矿体向地下延伸，地气异常向着矿体延伸的方向越来越明显，且矿体越深，地气异常幅度越大；而在矿体延伸方向的反方向和矿体露头区域无异常表现。下面就L1、L2测线的异常特征做一简单分析和解释。

对两条测线L1-Ⅰ、L1-Ⅱ、L2-Ⅰ、L2-Ⅲ这4个矿致异常区，在伟晶岩锂矿脉的倾斜方向一侧，均能捕获包含Li、Rb、Be、Cs、Nb、Y等多种元素的显著地气异常；对L1-Ⅲ而言，在无矿(化)伟晶岩上方，只有Rb元素的地气异常显著，Be不出现地气异常；其它岩性上方，没有显著地气异常表现。对未知异常区L2-Ⅱ(910～1 110 m)，地气异常显著，与矿致异常区地气异常表现相似。由此，可推测该地区可能存在一条新的伟晶岩锂矿脉，也可能是已知806号伟晶岩锂矿脉延伸至该区域的结果。

卡鲁安两条研究剖面的地气异常区与已知伟晶岩锂矿脉都有很好的空间对应关系，表明地气法对卡鲁安伟晶岩锂矿的寻找是有效的。通过对卡鲁安含矿伟晶岩矿脉的地气研究，再由未知地气异常区寻找新的锂矿脉，为寻找卡鲁安伟晶岩锂矿提供了理论参考和技术支持，也为寻找其它地区的伟晶岩锂矿找到了新的思路。本次只研究了卡鲁安地区伟晶岩锂矿脉的地气特征，下一步将研究其它地区的伟晶岩锂矿脉的地气异常特征，从而得出一套寻找伟晶岩锂矿的完整方法。

虽然地气法解决了常规物、化探方法对寻找隐伏锂矿效果不佳的问题，但是，它自身也有局限性：第一，由于布设测线要基本垂直伟晶岩锂矿脉走向和构造线，遇到崎岖的地方不能采集到地气，会造成数据缺失；第二，会受到环境和天气的影响，风沙环境容易造成对样品的污染；第三，部分地区有些采样点很难打孔或是孔深不够，会造成数据的缺失和不准确。

表 2 L1 线地气测试分析部分元素含量ng/L
Table 2 Analyses of some elements in L1 line geogas test

样品号 Li Nb Cs Be Rb Y 样品号Li Nb Cs Be RbYL1-16001 34819.91590.00973 135L1-17201 3367.0 173 1.98 1 254 137L1-18401 32414.11873.961 535139L1-19601 67718.318319.40 1 440 310L1-20401 42215.92001.781 095231L1-20801 71134.823919.90 1 529 181L1-21201 74747.228220.801 391434L1-21401 58441.916313.20 1 271 522 L1-21601 10412.91235.59 61789 L1-2180 9699.4 49 1.94 391100L1-22001 99327.31512.59 988141L1-22202 70539.233814.10 1 710 170L1-22401 42115.019016.80 1 214282 L1-22601 14612.1 89 3.28 664 206L1-22801 85427.129541.002 421365 L1-23001 39917.9177 6.51 1 19087L1-23201 20113.31149.96 795 81L1-23301 118 9.5 69 4.16 69467L1-23401 46229.426216.301 183128L1-23501 83122.2344 17.10 1 702 103L1-23602 44241.034535.902 428702L1-23701 14310.6 86 7.75 520248L1-23801 1766.9 1405.56 670110 L1-2390 2 10330.717221.40 1 139 147L1-24001 37716.91188.38 732134 L1-2410 1 31816.812310.70 788396L1-24201 40524.813813.90968516 L1-2430 1 1599.4 77 7.22 1 234 100 L1-24401 57618.11746.681 203172 L1-2450 1 61017.910312.10 798118L1-24601 14313.01467.14 735112 L1-2470 1 28316.81984.49 1 100115L1-24801 29618.31187.34 730198 L1-2490 1 19316.71029.37 650 537L1-25001 85619.117718.301 261567 L1-2510 2 99536.224015.502 008 109L1-25201 34021.21064.2387882L1-2530 1 38131.2 1359.57 850 91L1-25401 42141.116314.90822101 L1-2560 1 91933.8 25726.101 245 120L1-25801 62327.617317.40956898 L1-2600 1 32721.3 89 8.60 667 1 675L1-26201 53811.213515.90832813L1-2640 1 42414.3 13615.00805 125L1-26601 05314.575 5.34802116L1-2680 1 66122.0 2148.401 167 908L1-27001 02010.0677.42 521103L1-2720 2 10325.4 97 6.96945 162L1-27401 15614.4849.80 554458L1-2760 2 47724.7 35919.802 939 285L1-27802 12237.914326.501 4932 429 L1-2800 1 40024.8 73 5.90606 437 L1-28201 40739.01018.60 693300L1-2840 1 41453.1 12811.30780 163L1-28601 65635.1 9914.70757132L1-2880 1 89717.1 7118.10733 101L1-29001 38927.5 8716.401 5481 433 L1-2920 1 34921.4 998.371 023 192L1-29401 63019.4 6913.10700136 L1-2960 1 23411.9 6812.90738 130 L1-29802 31721.8 10110.50874129 L1-3000 1 80419.7171 11.802 297 203L1-30201 65615.5 5610.601 224122 L1-3040 1 11310.4 12313.601 150145L1-30601 56014.7 8017.70562230 L1-3080 3 02828.3 27541.402 250518L1-31002 32725.822331.101 798338 L1-3180 1 62523.2 17120.801 346 158L1-32001 61233.022623.501 139457 L1-3220 1 098 19.410114.50 590115L1-3240953 8.4 669.73 354 45L1-3250 1 162 16.8155 7.14 1 817147L1-32601 36313.5835.30 967 119 L1-3270 1 371 20.3959.85 571 87L1-32801 56912.6 6410.70645319 L1-3300 1 511 16.48613.90809 389L1-33201 61120.4 769.15926 91L1-3340 1 461 16.9695.85 677 81L1-33601 32013.3 622.54428 71L1-3400 1 631 15.795 13.00891125L1-34401 2519.9 10212.90 55172 L1-3480 1 119 11.47210.40 535155L1-35201 4698.0855.28 896143 L1-3560 1 890 22.499 6.69827396L1-36402 31722.09312.20 958220 L1-3720 1 414 16.71087.27633110L1-38002 02827.110112.20 84874 L1-3920 1 720 10.576 11.10 781975L1-40401 56632.910213.90 907205 L1-4200 1 412 10.79021.40762239 L1-43601 3839.712115.00 928 110 L1-4480 1 172 14.773 12.7070779L1-46001 66423.013110.901 5191 591L1-4760 1 610 22.5122 15.401 130910 L1-49201 55622.011219.80 741 229 L1-5080 1 341 19.5171 20.801 0341 500L1-52401 23313.011710.301 005 142 L1-5400 1 180 14.5126 16.10986156L1-55601 15314.517314.001 201 642 L1-5720 1 126 17.680 16.30605121L1-5760 7358.54117.70 335 73 L1-58001 790 16.4118 9.209071 571L1-58401 74024.016816.30 1 1713 566 L1-5880 1 472 15.5100 1.10834135L1-59201 77820.113815.70 829 2 285L1-6000 1 896 26.1235 15.101 323266L1-60801 42213.310813.30 691 111 L1-6200 1 366 14.2106 7.34 711833L1-6320919 9.06511.50 551 359 L1-6440 1 521 23.0162 17.301 341366L1-65001 22024.4116 18.001 5521 761

表 3 L2 线地气测试部分元素含量ng/L
Table 3 Analyses of some elements in L2 line geogas test

样品号Li Nb Cs Be Rb Y 样品号Li Nb Cs Be RbYL2-00002 29734.212530.90158269L2-00802 67020.1 8218.10 651 148 L2-01601 92312.04315.70 725 218 L2-02402 21313.6 57 6.56 637 232L2-02602 13714.578 1.29666 108 L2-0280 2 03012.7 61 10.70491 301L2-03002 50224.3101<0.01 1 506 200 L2-03202 21721.658 17.60 1 172 984L2-03402 01811.850 5.81360 69L2-03601 84810.139 10.26329 60L2-03801 6778.4 2814.70 297 51 L2-04002 01814.880 25.90 575 144L2-05202 1574.5 70 2.07 510 118 L2-06002 47716.967 9.46 654 122 L2-06802 27715.711720.30 995 204 L2-07602 25318.1111 14.92 864 600L2-08002 22920.4105 9.54733 415 L2-08401 63515.461 3.60505 118 L2-08801 2804.9 42 1.24365 86L2-09001 57511.9 76 11.30793 204L2-09201 60015.367 25.30 633 318 L2-09402 42213.5 94 12.40664 142L2-0960127512.388 18.00 483 99L2-09801 47315.7 1249.83 1 909 120L2-10001 67019.1159 1.653 335140 L2-10205 69916.2 30233.30 807 371L2-10402 80818.459119.803 0162315L2-10602 28315.9 29314.302 242 344L2-10806 63435.746435.903 059 464L2-11001 51017.2 35013.80914 93L2-11207 79421.8194 7.712 0202 353 L2-11402 03018.3 9516.40 855 105L2-11601 11111.083 11.20622 73 L2-11801 69817.3 82 24.20 600 118L2-11901 74012.2151 9.60 852 146L2-1200101312.0 98 3.21 661 79L2-12102 34118.6107 33.60838 929L2-12201 29713.3124 35.302 935 187L2-12301 34014.1119 23.90815 84 L2-12401 22211.0130 28.10 576 68L2-12501 37713.6102 16.90752 136L2-12601 27515.0 95 12.501 186 145L2-1270 1 032 17.0 61 30.201 048 57 L2-1280 1 58417.7 99 27.90576 83L2-1290 1 422 21.6134 18.501 741 151L2-1300 1 28418.7 81 7.40 751 152L2-1310 1 165 7.7 116 11.90 888 125L2-1320 1 30512.2 136 20.701 2282 353L2-1330 947 16.080 18.60 529 117L2-1340 1 88012.6 97 35.901 580106L2-1350 1 274 13.7151 18.402 802 108L2-1360 1 21110.8 179 13.902 75075L2-1380 1 075 9.0 66 8.08 407 73 L2-1400 1 10615.6 73 10.60490 271L2-1440 1 312 38.616210.80 799 539L2-1480 1 42524.3 22624.002 665109L2-1500 1 212 8.1 92 6.94 5012 260L2-1520 1 156 8.2 30 7.38 274 42L2-1540 2 009 19.351 27.30 661 60 L2-1560869 8.8 67 28.20 631 68L2-1600 1 048 22.659 24.30 466 397L2-1640 1 445 14.8 74 29.50 559 63L2-1680 1 210 12.346 21.30 518 455L2-1760 1 098 11.2 103 14.50 384 97L2-1880 1 083 11.1 80 11.10434 251 L2-2000 1 068 10.9 57 7.49 484 206

6 结论

通过对新疆卡鲁安伟晶岩锂矿地气的研究，得出以下几点结论：

(1) 在矿致异常区上方都有较高的Li地气异常表现，并伴生一批与Li相关性好的异常地气元素，说明地气测量对研究新疆卡鲁安伟晶岩锂矿是有效的。

(2) 由地气测量数据发现，Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li这6种元素的含量与矿体之间有很好的空间关联，地气异常区往往出现在伟晶岩矿脉倾斜方向。在无矿(化)伟晶岩上方，只有Rb元素的地气异常幅度显著，Be不出现地气异常；其它岩性上方，没有显著地气异常。因此，可将Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li这6种元素作为寻找伟晶岩锂矿的指示元素。

(3) 根据伟晶岩锂矿脉区、无矿(化)伟晶岩脉区和其它岩性区不同的地气异常特点，推断L2测线的未知异常区L2-Ⅱ(910～1 110 m)具有很好的找矿前景。

(4) 卡鲁安矿伟晶岩矿脉的地气研究为寻找卡鲁安伟晶岩锂矿提供了理论参考和技术支持，具有重要的现实意义，同时也为寻找其它地区的伟晶岩锂矿找到了新的思路。