卤族找矿法在豫北安林地区石膏找矿的应用与效果

2021-04-05穆启超徐文超常云真刘运华刘宗彦

中国金属通报 2021年1期

穆启超，徐文超*，常云真，刘运华，刘宗彦，李想

（1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南洛阳 471000；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南洛阳 471023；3.自然资源部贵金属分析与勘查技术重点实验室，河南洛阳 471023）

卤素找矿法是一种寻找隐伏矿化探方法。该方法属地球化学找矿活动组分提取法的一种。其技术原理是：深埋藏隐伏矿体中存在着卤族元素，这些卤族元素容易在水动力作用、浓度差造成的扩散作用、毛细管作用及电动力作用等动力的驱动下，从地下深部运移到地表进入土壤，被土壤中的胶体、铁锰氧化物、粘土矿物和有机质等所吸附，形成后生地球化学异常。通过对卤族元素进行测试可以发现它的异常，从而达到找矿的目的。该方法在金属矿产应用较广(田俊杰,1988；冯育新,1989；张忠等,1989；潘家永等,1998a、1998b、1199c；邵树勋等,1999a、1999；张乾等,2001；]Qian Zhang et al,2001；陈彩萍和王双猗,2005；R.G.Osichkina,2006；R.G.Osichkina et al.2009a,2010b；陈意等,2014；Li-Chuan Pan et al.2016；)，技术方法也比较成熟，在非金属沉积矿产方面鲜有使用，但可以卤族元素富集状况判断热卤盆地的存在，确定古老盐湖的范围，从而预测与古老盐湖有关的沉积矿产(R.G.Osichkina.2006)。笔者在豫北安林地区小南海开展石膏矿勘查时，通过层序地层学研究及沉积环境分析，确定马家沟组一、三、四段角砾状泥灰质白云岩是石膏矿的赋存层位，二、五段厚层灰岩为溶剂灰岩和水泥灰岩的赋存层位(刘运华等，2020a)；为确定膏盐赋存空间位置，开展卤族元素土壤测量，通过卤族元素异常分布情况及卤族元素活动态分析，圈定盐盆的大致位置，进行了成矿预测和石膏矿找矿靶区圈定。根据卤族元素在地表土壤中的富集情况圈定盐盆的大致位置在预查区的东部，结合层序地层研究建立了层位控矿+卤族元素富集的膏盐成矿模式和定位找矿模型(刘运华等,2020b)，并进行了钻探验证，在圈定的盐盆范围内通过钻探控制，以最小的投入，提交了石膏大型矿床(刘运华等，2020a,2020b)，实现了绩效最大化，取得了较好的找矿效果。

1 矿区地质概况

华北地区早古生代沉积了一套以海相沉积为主的碳酸盐建造，豫北安林地区中奥陶世处于滨浅海环境，有六次海进过程，在台地潮坪相的潮上蒸发环境形成了多期含石膏碳酸盐台地蒸发岩带（马家沟组一、三、四、六、七段）。

勘查区主要出露奥陶系马家沟组五段厚层巨厚层灰质、生物碎屑灰岩、花斑状灰岩，上部夹泥质条带灰岩和白云质灰岩，小南海水库西沟谷底部有四段角砾状含膏泥灰质白云岩出露，局部山顶残留有六段薄层白云质灰岩和灰质白云岩。大面积五段之下一至四段层位齐全。第四系松散堆积物仅沿沟谷少量发育（图1）。

小南海石膏矿勘查区地表大面积为马家沟组五段厚层灰岩，含矿层位为下覆的泻湖相含膏岩层位，因此可以应用卤素找矿法圈定泻湖范围，确定含膏层位的平面位置。我们采用F、Cl、Br、I卤族元素活动态分析进行1∶1万土壤剖面测量，圈出5个卤族元素综合异常，根据元素异常套合圈出了盐盆的大致位置，通过钻孔验证石膏矿基本在圈出的盐盆内，盐盆外相应层位基本无矿，普查续作后，在圈出的盐盆内马家沟组一段、三段各探获一大型石膏矿体，提交了一大型石膏矿床。因此卤素找矿法对石膏等盐类矿产找盲指导作用效果明显，对类似沉积矿产勘查具有借鉴意义。

2 样品采集及数据处理

图1 小南海矿区地质、卤族综合异常、推断盐盆位置及钻孔验证图

安阳县小南海石膏矿勘查区地表大面积为马家沟组五段厚层灰岩，下覆的泻湖相含膏岩盐盆中卤族元素可以在地表土壤层中形成卤族活动态顶晕，因此可以应用卤素元素在地表覆土的异常情况圈定泻湖范围，确定含膏层位的平面位置。在预查区范围内布设1：1万土壤剖面测量8条19.5km，剖面横向与勘探线剖面一致，纵向与勘探线垂直，网状布设，线距800m，点距40 m。样品采自无污染的B层或BC层，采样深度一般为10 cm～20 cm，在采样点3 m～5 m范围内由2～3个坑内土壤组成一个样。样品由国土资源部郑州矿产资源监督检测中心(又名河南省岩石矿物测试中心)分析测试，分析项目为F、Cl、Br、I。

以均值加2离差取异常下限（表1），圈定了单元素异常（表2，图2），并进一步圈出了5个综合异常（图1），其中4-甲-Cl、Br、F、I：异常面积0.3 km2，似圆状，由Cl、Br、F、I四种元素组成，具外浓度带，异常区在东部套合较好。Cl最高值为493ppm，平均值112.52ppm；Br最高值为16.5ppm，平均值8.06ppm；F最高值为1618ppm，平均值717.23ppm；I最高值为10.10ppm，平均值5.77ppm。

表1 小南海矿区卤族元素组分相关地球化学参数

表2 小南海矿区卤族元素组单元素异常特征

图2 卤族元素土壤测量地球化学图

3 靶区圈定、钻孔验证及找矿效果

通过卤族元素异常分布情况及卤族元素活动态分析，圈定盐盆的大致位置在勘查区的东部（图1），确定石膏矿找矿重点靶区为预查区东部圈定的盐盆大致位置。钻探验证，在勘查区东部施工验证钻孔ZK403在马家沟组三段见到98米巨厚层石膏矿层；在0勘查线西部无异常地段施工的ZK009虽然也打到了马家沟组一、三、四段的角砾状泥灰质白云岩，但几乎不含石膏，通过钻孔验证石膏矿基本在圈出的盐盆内，盐盆外相应层位基本无矿（图1）。根据钻孔验证情况，续作普查工作把钻探工作有效的投放在圈定的盐盆内，在圈定的盐盆内经钻探控制在马家沟组一段和三段中圈出3个矿体，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，各矿体面积、埋深及空间分布情况见表3，Ⅰ、Ⅲ号为主矿体，并分别达到大型规模，Ⅰ号矿体（图3）石膏工业矿体厚5.03m～55.65m，平均厚度32.05m。石膏品位（CaSO4·2H2O+CaSO4）55.05%～77.73%，平均品位64.99%，估算石膏矿（333）类型石膏矿资源量4620.35万吨；Ⅲ号矿体石膏工业矿体厚3.55m～68.10 m，矿层平均厚20.23m；石膏品位（CaSO4·2H2O+CaSO4）54.78%～74.15%，平均品位63.37%；估算石膏矿（333）资源量4411.83万吨。普查续作下达钻探7500m，实际施工16个钻孔进尺3470.24m，避免了重型探矿工程部署的盲目性，降低了投资风险，实现了效益最大化，普查工作用53.5%的下达勘查资金超额完成了任务书下达的石膏矿石量8000万吨找矿目标任务，提交一大型石膏矿床，找矿效果显著。