南方厚覆盖层区土壤热磁组分测量技术参数试验研究

陈云华，彭亮华，张静鸿，朱 勇，刘 玉，李依婷

(湖南省国土空间调查监测所，湖南 长沙 410129)

0 引言

热磁法是前苏联于20世纪70年代提出的一种偏提取技术，它是用物理化学方法提取样品中可能含有找矿信息的那部分物质并进行测试的一种新的地球化学找矿方法，主要应用于常规化探方法效果不佳的厚层运积覆盖区。基本原理是土壤中存在非晶质铁锰质物质，具有很强的吸附金属离子能力，通过加热使非晶质铁锰质物质转化成带磁性的物质，再通过分离并分析测试，可达到强化异常发现矿体目的。经中国地质科学院物化探研究所等单位[1-5]在新疆、内蒙、青海等省份已知矿床试验证实，该方法效果较好，并获得一套技术参数。但该方法在南方地区试验较少，特别是南方白垩系、侏罗系“红层”覆盖区。南方地区白垩系、侏罗系等“红层”覆盖区分布广泛，在这些覆盖层之下隐伏有原生金属矿床，如湖南衡阳康家湾铅锌银金矿[6]、沅陵沃溪金矿[7]以及近年发现的平江江东金矿[8]等，但以往常规化探方法无法开展，如能寻找到一种方法突破这一禁区，将会大大拓展找矿空间，意义重大。为此，在湖南省地质院科研基金支持下，笔者选择湖南柳塘岭铅锌银矿、康家湾铅锌银金矿、江东金矿等隐伏矿床开展了方法试验，以期获得适合南方覆盖物类型的最佳技术参数。

1 试验矿床地质简况

柳塘岭为一铅锌银矿床[6]，矿体呈隐伏状赋存于一次级背斜核部石磴子组中，其上被一推覆体覆盖，推覆体由测水组、梓门桥组及壶天群构成。矿体隐伏深度最浅处386 m，最深处575 m。矿体呈脉状、透镜状、似层状产出，走向与构造线一致，为北东走向，倾向SEE，倾角约45°，厚0.18～5.66 m，平均厚1.34 m。Pb的品位范围为1.03%～16.76%，平均品位为2.85%，Zn的品位范围为1.15%～24.66%，Ag的品位范围为(60.14～825)×10-6，平均品位为100×10-6。

康家湾铅锌金银矿床[9-11]是位于白垩系红层下部的隐伏矿床，隐伏深度为380～580 m。主矿体产于二叠系当冲组下段泥岩与栖霞组碳酸盐岩的层间硅化破碎带中，受康家湾隐伏倒转背斜与F22推覆断层的共同控制。矿体形态呈似层状、透镜状、脉状产出。平均品位：Pb 2.37%～2.69%，Zn 3.81～3.89%，Au (3.01～8.18)×10-6，Ag (48.01～49.73)×10-6。

江东金矿[10]金矿脉产于青白口系大药菇组NWW向层间破碎带中，倾向NNE，倾角50°～70°。有些地段矿体沿倾向延伸到白垩系之下。1线试验剖面地表为白垩系紫色砂岩、含砾砂岩，钻孔在815 m深处白垩系红层之下见到青白口系大药菇组板岩、砂质板岩，于830 m深处见产于青白口系大药菇组层间破碎带中的金矿体，厚1 m，Au的品位为2.65×10-6。

2 试验内容

1)土壤采样粒度试验：主要试验-20目～+60目、-60目～+100目、-100目三种粒度，确定最佳采样粒度。

2)样品加热焙烧温度试验：试验650℃、750℃、850℃三个温度级，确定最佳加热焙烧温度。

3)样品加热焙烧时间试验：同一温度下，试验40 min、60 min焙烧时间。

4)电磁分选仪分选电流试验：试验1 A、2 A、3 A，确定最佳分选电流。

3 试验设备

试验设备主要有马弗炉、电磁分选仪。马弗炉主要用于焙烧样品，选用北京永光明医疗仪器厂生产的SX-4-10型箱式电阻炉。电磁分选仪主要用于实验室干法分选磁性矿物，采用武汉恒乐矿物工程设备有限公司生产XCGⅡ型辊式干法磁选机。

4 试验方法

4.1 土壤热磁组分样品采集方法

采样方法与常规土壤地球化学测量方法基本相同。采集层位为B层。具体采集时，先刨开表层腐质层，见到B层新鲜土壤后，用采样锄或铁锹挖出30 cm深采样坑，去除土中碎块及根系，取新鲜土样装袋，样重大于3 kg。

样品自然晒干后，野外按-20目至+60目、-60目至+100目、-100目三种粒度加工，每种粒度取150 g装袋供试验前元素含量测试用，另各取大于200 g的样品装袋，用于试验及试验后元素含量测试。

4.2 参数试验

由于试验项目较多，所需要的样品量较多，单一个矿床同一粒度样品均无法满足所有试验样品量需求，为此采取逐项试验法，先选择一个矿床试验粒度，当最佳粒度确定后，以该粒度再试验另一项目，当一个矿床样品量不够时，选择另一矿床样品试验，直到所有试验内容完毕。论文选择的柳塘岭、康家湾、江东代表推覆体厚覆盖物、侏罗系、白垩系厚覆盖物等典型南方地区厚覆盖物类型。各试验内容及选择矿床见表1。

表1 试验内容及选择矿床

粒度试验：选择柳塘岭、康家湾矿床，对所加工出来的三种粒度样品，先测定磁化率参数，然后送样分析测试，获得试验前的磁化率及元素含量。然后用备份样再选择这三种粒度的样品50 g，固定焙烧温度650℃，焙烧时间40 min，在马弗炉进行焙烧，为了保证焙烧在还原环境下进行，用填缝剂封堵马弗炉后面的小孔，并加活性炭与样品一起焙烧，焙烧完成后冷却2 h，然后取出样品，用电磁分离仪分离样品中的磁性物质，分离电流选择3 A，分离后的带磁性样品称重并测定磁化率参数，然后细磨后送化验室分析测试。比较焙烧前后不同粒度磁化率及元素含量，确定最佳采样粒度。

焙烧温度试验：选择柳塘岭矿床，选取-20目至+60目粒度样品，分别称取50 g，放马弗炉焙烧，温度分别选择650℃、750℃、850℃三个温度级，焙烧时间固定为40 min，焙烧后样品分别用电磁分选仪进行磁性物质分离，电流选择3 A。分选后的磁性物质分别称重并测定磁化率参数，并分送化验室测定元素含量。

分选电流试验：选择柳塘岭矿床，对-20目至+60目粒度、650℃焙烧出来的样品，分别按1 A、2 A、3 A分离电流试验，根据分离出来的磁性矿物量来确定最佳分离电流。

焙烧时间试验：选择江东矿床，选取-20目至+60目粒度样品，焙烧温度设定850℃，焙烧时间分别按40 min、60 min两个时间进行试验(因60 min焙烧样品有部分熔结，没有进行80 min、100 min试验)，分离电流设定3 A，分离出的样品测定重量、磁化率并送实验室测定元素含量。根据不同焙烧时间所分离出的磁性物质量、磁化率及元素含量确定最佳焙烧时间。

4.3 分析测试

样品送具有甲级资质的湖南省有色地质勘查研究院测试中心测试，分析元素为Au、As、Sb、Cu、Pb、Zn、Ag，其中Au采用泡沫塑料富集火焰法测定，其他元素采用电感耦合等离子发射光谱法测定。部分批次样品As、Sb采用原子荧光光谱法，Ag采用发射光谱分析。分析结果经标样检验，分析精度达到要求。

5 试验分析与结果

5.1 土壤粒度试验

根据试验前后土壤磁化率及元素含量变化来确定。

5.1.1 焙烧前磁化率

柳塘岭22线不同粒度土壤样品在焙烧前磁化率对比图见图1。由图1可知，柳塘岭22线不同粒度土壤焙烧前磁化率多数在(0.2～1)×10-3SI之间，最高为2.224×10-3SI。不同粒度比较，三种粒度样品的磁化率相差不大，-20目至+60目样品的磁化率略高于其他粒度，-60目至+100目样品的磁化率多数情况下略低于其他粒度。

图1 柳塘岭22线焙烧前不同粒度土壤磁化率对比

5.1.2 焙烧前元素含量

柳塘岭焙烧前元素含量见图2。由图2可知，Cu、Pb、Zn等主要成矿元素三种粒度含量差别不大，-20目至+60目略高于其他粒度，Ag多数点位三种粒度含量无大的差别，仅个别点-20目至+60目显著高于其他粒度。伴生元素As、Sb三种粒度含量无大的差别，Au的-100目粒度含量要高于其他粒度含量。

图2 柳塘岭焙烧前不同粒度(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量对比

5.1.3 焙烧后磁化率

柳塘岭焙烧后磁化率变化范围多数在(0.1～4)×10-3SI间，最高26.967×10-3SI，与焙烧前相比，整体上提高了一个数量级。康家湾焙烧后磁化率多在(1～5)×10-3SI间，最高12.7×10-3SI，与焙烧前相比整体上也提高了一个数量级。

焙烧后不同粒度对比(图3)，多数点三种粒度磁化率差别不大，局部点-20目至+60目粒度略优于其他粒度。

图3 柳塘岭22线焙烧后不同粒度土壤磁化率对比

5.1.4 焙烧后元素含量

柳塘岭22线不同粒度土壤焙烧后元素含量见图4。

由图4可知，经650℃焙烧后，不同粒度含量差别并不大，但个别点Ag、Pb、Zn、As、Sb元素含量-20目至+60目高于其他粒度，特别是Ag。Cu个别地段-60目至+100目粒度显著高于其他粒度，个别地段-20目至+60目高于其他粒度。

图4 柳塘岭22线土壤样品650℃焙烧后不同粒度(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量对比

康家湾矿床100线焙烧前后不同粒度磁化率、元素含量变化规律与柳塘岭矿床相似。

综合柳塘岭、康家湾两个矿区试验结果认为，不同粒度样品无显著差异，个别点-20目～+60目略优于其他粒度，因此确认最佳粒度为-20目或-20目至+60目。

5.2 焙烧温度试验

选择柳塘岭矿区开展试验。试验参数：粒度-20目至+60目，焙烧温度分别选择650℃、750℃、850℃，焙烧时间固定为40 min，分选电流固定为3 A。分离出的磁性物质测定磁化率并送化验室测定元素含量。

5.2.1 磁化率参数

柳塘岭不同温度磁化率参数结果见图5。由图5可知，不同地段不同温度磁化率有所不同，有些地段650℃磁化率高于其他温度，有些地段850℃要高于其他温度。

图5 柳塘岭22线土壤样品不同温度焙烧后磁化率对比

5.2.2 元素含量

柳塘岭不同温度焙烧后元素含量比较见图6。由图6可知，柳塘岭多数点位不同温度元素含量差别不大，相较而言，850℃温度略高于其他温度，个别点位元素含量显著高于其他温度，因此从元素含量角度，850℃焙烧温度优于其他温度。

试验结果表明：从磁化率来看，650℃焙烧温度优于其他温度；从元素含量看，850℃要优于其他温度。由于元素含量是判断优劣的关键因素，因此认为850℃焙烧温度为最佳温度。

图6 柳塘岭22线土壤样品不同焙烧温度(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量对比

5.3 焙烧时间试验

选择江东矿区。试验条件：粒度-20目至+60目，焙烧温度850℃，焙烧时间按照40 min、60 min试验，分选电流为3 A 。依据磁化率及元素含量来确定最佳焙烧时间。

5.3.1 磁化率

850℃温度下，40 min与60 min焙烧时间磁化率对比见图7。由图7可知，在850℃温度下，焙烧60 min所产生磁性物质磁化率要明显高于焙烧40 min所产生的磁性物质磁化率。

图7 江东金矿1线850℃下不同焙烧时间磁化率对比

5.3.2 元素含量

在850℃温度下，焙烧时间分别按40 min、60 min实验，所产生的磁性物质元素含量见图8。从图8来看，不同元素表现不尽相同。Ag含量60 min焙烧时间明显优于40 min，Zn含量60 min略优于40 min，Pb含量多数点40 min优于60 min，Cu含量两者相差不大，个别点60 min优于40 min，个别点40 min优于60 min，As、Sb含量 40 min要优于60 min。

图8 江东金矿1线850℃下不同焙烧时间(Ag-Pb-Zn-Cu-As-Sb)元素含量对比

综合来看，在850℃焙烧温度条件下，40 min为最佳焙烧时间。

5.4 分选电流试验

选择柳塘岭矿区样品，在650℃温度、40 min焙烧时间条件下，对焙烧后样品分别选择1 A、2 A、3 A电流试验，看哪种电流条件下分选的磁性物质最多。试验结果表明，在磁性物质较强情况下，1 A与2 A、3 A电流结果相差不大，3 A电流所分选的磁性物质略高于其他电流；当磁性较弱情况下，1 A与2 A电流分选的磁性物质较少，3 A最多。因此，3 A电流分选效果最好。

6 结论

综合上述试验结果，认为-20目至+60目、-60目至+100目、-100目三种粒度无明显差异，因此最佳采样粒度可选择-20目，或者-20目至+60目。结合试验矿区特点，得出：

最佳焙烧温度：850℃。

最佳焙烧时间：锑矿40 min，铅锌铜矿40～60 min。

最佳分选电流：3 A。

亦即如寻找低温热液锑矿，可选择-20目粒度土壤样品，850℃焙烧温度，40 min焙烧时间，3 A分选电流；如果寻找中温铅锌铜矿，可选择-20目粒度土壤样品，850℃焙烧温度，40 min或60 min焙烧时间，3 A分选电流。