地气测量在黄土覆盖区的找矿试验及初步成果

2020-12-23蔺强强苏永红

矿产与地质 2020年5期

蔺强强，苏永红，郑琪

(甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃天水 741020)

0 引言

地气测量通过提取与矿化相关元素的微弱异常，使这些微弱异常更清晰地表达出来[1]，并从中获取深部矿化信息的方法，实质上是对赋存于土壤气体中的微量亚微米级至纳米级金属微粒的测量[2-5]。这些微粒包含着与成矿有关的元素信息，并能够反映深部矿化[6-7]。

随着矿产资源的需求日渐上升及地表找矿难度的逐步加大，运用深穿透地球化学方法在覆盖区寻找隐伏矿显得越来越重要，多年来我国科学家在地气测量理论探索、方法有效性、实验不同矿种、不同覆盖条件等方面已做了许多的研究工作[8-15]。

甘肃省华家岭—黄家窑地区黄土广布(图1)，是典型的黄土覆盖地球化学景观区，大地构造属于祁连造山带东段中祁连岩浆弧和走廊南山岛弧。成矿带属于阿尔金-祁连成矿省北祁连金-铜-铅-锌-铬-铁-钨-稀土成矿带会宁-庄浪铜-铅-锌-金成矿亚带和中祁连铁-铜-铬-金-铜成矿带兴隆山钨-钼-铜-铅-锌成矿亚带，成矿条件十分优越，寻找隐伏矿的潜力巨大，笔者以通过地气测量发现的华家岭大墩村钨矿化体为例，探讨地气测量寻找黄土覆盖区隐伏矿的应用。

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological sketch map of the study area1—第四系冲洪积 2—第四系午城组、离石组、马兰组、风积黄土 3—新近系甘肃群 4—三叠系似斑状中粗粒黑云二长花岗岩 5—三叠系中粗粒黑云二长花岗岩 6—地质界线 7—推测断层及编号 8—研究区范围

1 野外采样方法

本次试验在黄土覆盖区布置了5条测线，测线间距100～200 m，点距20～40 m，实际采样点位见图2。

图2 地气测量采样点位图Fig.2 Sampling sites of the geogas survey1—第四系马兰组 2—蓟县系高家湾组 3—地层产状 4—地气测量线号及点位 5—推测断层及编号

本次采用负高压预富集法进行野外现场采样，或称为主动法[16-19]。其采样装置主要由螺纹采样器、硅胶管、过滤器、捕集器和减压器组成[20](图3)

图3 地气采样装置示意图Fig.3 The measurement device chart for geogas sampling

野外工作时用钢钎在测点打孔至0.5～1.0 m旋入螺纹采样器，用硅胶管连接好过滤器、捕集器和减压器，采用人力为动力的装置进行采样。由于气体稳定性差，为增加样品代表性，每处采样点打孔3个，孔距2～3 m，每孔采样5 L，每点总抽气量15 L[21]。

2 分析方法

地气测量样品的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分析实验室使用电感耦合等离子体质谱仪[22-24](ICP-MS)完成。ICP-MS工作条件采用跳峰模式，进样时间10 s，测量的目标元素包括Na、Mg、Al、P、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Au、Tl、Pb、Bi、Th、U等51种元素。

由于缺乏标准物质监控分析质量，为评价高分辨率质谱对地气样品金属元素分析数据的稳定性和再现性，监控分析质量，在所有样品分析完成后，按10%比例每10件样品抽取1件样品在相同测试条件下进行重复测定，共分析重复样品123件，并计算两次测定结果的相对误差(RE%)，结果见表1。

由表1可知，地气样品中含量高的元素重现性较好，绝大多数元素两次测量平均相对误差均小于20%；特别是成矿元素Cu、Ni、Pb、Zn、Ag、Bi、Mo平均相对误差分别为2.76%、5.88%、4.8%、3.76%、9.44%、9.22%、17.83%，且这些元素最大相对误差均小于60%，表明这些元素分析质量较好，完全满足地气测量精度要求。

表1 样品重复分析结果(n=51)Table 1 Analysis data of repeated samples (n =51)

一些含量较低的元素(如Au、Cd、In、Ga及重稀土元素等)由于含量太低，其平均误差较大，且最大相对误差大于100%，因为对于质量浓度为0.001 ng/L和0.002 ng/L的两个样品，含量极低，在地质意义上没有什么差别，但从分析相对误差角度看，RE却是100%。因此，上述元素的分析数据可信度相对较低，对地气找矿指示意义不大。

通过以上分析可以看出，本次地气测量总体分析质量较高，基本满足地气测量要求。

3 地气中元素分布特征

太阳系元素的丰度较之原子序数相近的其他元素的丰度可以相差上百或上千倍，说明太阳系的元素的分布是极不均匀的。然而，太阳系元素丰度存在一些明显的规律，其中之一就是服从奥多—哈根斯(Oddo-Harkins)法则，即原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素，具有偶数质子数或偶数中子数的核素丰度总是高于具有奇数质子数或中子数的核素。

为研究工作区地气中51种元素分布规律，将地气中这些元素含量对原子序数作图，并与上地壳元素丰度进行比较(图4)。发现无论是地气背景样品还是地气异常样品，其分布都基本服从奥多—哈根斯法则。但与背景相比，异常元素中某些亲铜元素打破了该规则，显然这些元素受到了矿化影响。

图4 地气样品中元素平均含量-原子序数分布图Fig.4 Element average content-atomic number distribution diagram of the geogas samples(a)地气背景 (b)地气异常

将地气样品元素含量与上地壳元素分布进行对比(图5)，可以看出两者存在较大相似性。对于地气背景样品虽然两者元素含量单位不同，但曲线形态比较一致，只是地气背景样品所有元素分布在地壳曲线之下。而对于地气异常样品虽然分布曲线仍然比较一致，但不同的是Cu、Pb、Zn等亲铜元素明显富集，导致这些元素分布在地壳曲线之上，揭示异常样品可能受到多金属矿化的影响。

图5 地壳与地气样品元素平均含量-原子序数分布图Fig.5 Element average content-atomic number distribution diagram of geogas samples and those in the crust

4 地气中元素相互关系

由R型聚类分析谱系(图6)可见，大墩村地区51种地气元素大致可分为三类，以Na、K为代表的亲氧元素，以La、Ce为代表的稀土元素和以Cu为代表的亲硫元素，在聚类分析图上基本各成一类，其中亲硫元素类各元素之间的相关性较好，相关系数均在0.9以上，稀土元素类各元素之间的相关性次之，相关系数均在0.8以上；亲氧元素则相关性较差。

对该地区主要元素做相关系数矩阵，由图6可见，按样品数228、置信度0.05、相关系数临界值0.5为标准，Cu与Pb、Zn、Ni、Cd、In、Sn、Sb、Tl之间元素相关性最好，相关系数均在0.9以上，与W、Bi、Mo等元素之间相关性较弱，相关系数均在0.3以下，与W相关性最差。这一数据结果恰恰表明，在该区域内存在岩浆热液活动的地球化学过程，造成亲硫元素存在一定的富集。

5 地气异常特征

对工区中Cu、Pb、Zn、Sn、Sb、Ni、In、Tl等8种元素做元素空间分布图(图7)。由图7可知，全区元素分布不均匀，北部地气异常明显优于南部，因此，各元素异常主要出现在北部，其中以Cu、Pb、Zn为代表，异常浓集中心主要分布在中北部异常形态、规模基本一致；W、Mo异常分布特征类似，呈散点状分布于测区。

图7 地气中元素空间分布图Fig.7 Spatial distribution of geogas element contents

对中北部异常区进行查证过程中发现了一小型钨矿体，经采样剖面控制，基本确定了2条矿体的存在，与本区地气异常位置基本吻合(图8)。测区中部异常位于钨矿体西北部，一方面是因为钨矿体所在位置基岩出露地表，故地气异常并不明显；另一方面是因为钨矿化带倾向272°，倾向方向上延伸长度较大，地气垂向迁移穿过矿体，携带成矿元素，最后在地表卸载；也有可能是因为深部某一矿段更加富矿，因此地气异常位于该段深部矿体的垂直投影之上。故表现为在矿体正上方未能捕获到显著的地气异常[25]。

图8 W元素地球化学图Fig.8 Geochemical anomaly map of W element1—第四系马兰组 2—蓟县系高家湾组 3—地层产状 4—地气测量点位及线号 5—推测断层及编号 6—钨矿体及编号

地气测量结果显示，在矿体出露地段，背景具有直观差异，分区对大墩村剖面地气结果进行统计(图9)，其中在1号异常区为一已知的小型钨矿化体，2号异常区为黄土覆盖区。在已知钨矿体正上方捕获到低缓的地气异常，异常与矿体在平面投影上的位置基本一致，地气测量呈现的异常除了目标元素W以外，还有Pb、Cu、Bi等元素，表明利用地气测量勘查黄土覆盖区的金属矿产是完全可行的。故推测2号异常区可能为隐伏金属矿产异常区。

图9 大墩村DQ0线地气试验结果Fig.9 Geogas test result of geological profile DQ0 in Daduncun1—第四系马兰组 2—蓟县系高家湾组 3—黄土 4—大理岩 5—云英岩化含泥钙质绢云长石片岩 6—绢云长石片岩 7—钨矿化带及推测矿体位置

6 初步找矿成果

在综合分析原始资料基础上，经野外异常查证，在华家岭大墩村初步发现华家岭大墩村钨矿。

通过本次异常查证工作，新发现钨矿体2条。矿体均在沟谷内出露，深部未施工钻探工程，矿体编号分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2矿体。

Ⅰ-1钨矿体：位于大墩村一带，地表由采样剖面CP1和CP2控制，矿体产状为272°∠39°～48°，目前地表控制矿体长度约26 m，厚度为1.00～1.44 m，平均厚度为1.22 m，钨的品位为0.14%～2.09%，钨的平均品位为0.94%，含矿岩性为碎裂状云英岩化含泥钙质绢云长石片岩，矿体产出明显受层间小断裂控制，产状与断裂一致，矿体地表见褐铁矿化、赤铁矿化、黄钾铁钒化、碳酸盐化、硅化等蚀变。

Ⅰ-2钨矿体，位于大墩村一带，地表由采样剖面CP3和CP4控制，与Ⅰ-1矿体近平行产出，矿体产状为240°～256°∠24°～52°，目前地表控制矿体长度约45 m，厚度为0.80～1.20 m，平均厚度为1.00 m，钨的品位为0.34%～0.50%，钨的平均品位为0.44%，含矿岩性为碎裂状长石石英片岩，矿体产出明显受层间小断裂控制，产状与断裂一致，矿化蚀变与I-1矿体相似。