地气测量在茶卡北山锂铍矿勘查区深部含矿性预测中的应用

2024-01-08刘晓辉周四春王亚栋韩若浦樊新胜

物探与化探 2023年6期

刘晓辉,周四春,王亚栋,韩若浦,樊新胜

(1. 成都理工大学地学核技术四川省重点实验室,四川成都 610059;2. 青海省地质调查院,青海西宁 810012)

0 引言

稀有金属是战略性新兴产业的关键性矿产资源,在高端装备制造业和新能源汽车领域均发挥着不可替代的作用,锂、铍、钽是当前稀有金属中关注度最高的3个矿种[1]。综合考虑锂、铍的储量及勘查开发状况、技术研发进展、工业需求动向等因素,日本将其看作优先考虑的“战略矿产”,英国将其作为“风险清单矿产”,美国将其纳入“危机矿产清单”,我国不少学者也建议将其列入“关键矿产”或“战略性关键矿产”[2-4]。青海省的关键矿产种类丰富,近年在茶卡北山地区伟晶岩型锂铍矿找矿取得重大突破,新发现一定规模的含矿伟晶岩脉密集带,圈定矿化体 130 余条,初步估算锂矿资源量1.42万t,铍矿资源量 7 500 t,达中型规模[5]。近年来,茶卡北山矿区内陆续开展了高精度磁法测量、伽马能谱测量等物探方法和常规地球化学测量。1∶2.5万化探可快速圈定异常,浓缩找矿有利地段,但无法指示深部矿体。由于矿体与围岩物性差异不明显, 1∶1万磁法测量圈定的弱正磁异常的梯度带和转折部位与地表发现的伟晶岩虽具有一定对应性,但无明显规律,无法有效提取找矿要素;1∶1万伽马能谱测量和1∶1万放射性异常中的K高值段与伟晶岩也有一定的对应性,但该方法受第四系覆盖区影响,测量效果不佳,无法有效圈定异常。该地区锂铍矿找矿工作目前依然停留在地表找矿的阶段,需要可获取深部找矿信息的手段。

近年来,地气测量技术先后被应用于金矿、铀矿、铅锌矿等矿产资源勘查,在寻找隐伏矿方面取得了一定的成果[6-10]。本课题组通过在新疆卡鲁安伟晶岩型锂矿勘查区开展地气测量应用研究,发现地气中Li、Be等6种元素的含量异常与隐伏锂矿体之间有很好的空间关联,可作为指矿元素,并据此推测了一处找矿前景区[11]。茶卡北山地区伟晶岩型锂铍矿的成矿条件与卡鲁安相近,本课题组在茶卡北山已探明的含矿伟晶岩脉上,开展了多剖面地气测量实验,研究指矿元素组合及其异常与隐伏矿体的联系,以期为当地深部含矿性预测提供参考。

1 工作区地质概况

茶卡北山锂铍矿勘查区位于青海省海西内蒙古族藏族自治州乌兰县境内,坐落于青海南山的西端,区域构造上处于南祁连地块与全吉地块(又称欧龙布鲁克地块接合部)的宗务隆山构造带东段,秦—祁—昆结合部的北端。

勘查区内最主要、分布最广泛的岩脉为花岗伟晶岩脉,也是主要的含矿地质体。按照其空间分布特征,自北向南划分出3条伟晶岩矿脉带(依次编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。其中Ⅱ号伟晶岩带规模最大,NW-SE向延伸约7 km,宽度200～700 m。目前该带圈定伟晶岩脉144条,其中有60条含矿,矿化类型以铍为主。伟晶岩脉主要向NE倾,地表延伸10～200 m,宽0.2～20 m。经钻探工程验证,伟晶岩脉深部最厚可达37.29 m,但从整体验证情况来看,多数脉体在斜深150 m以内迅速变薄,个别脉体在变薄之后在斜深300 m左右又出现膨大趋势。本次地气测量实验主要以Ⅱ号伟晶岩矿脉带为目标。

2 地气测量方法

2.1 测线布置

横跨Ⅱ号伟晶岩矿脉带布置了两条平行地气测量剖面(分别编号为DP1和DP2),方向NE30°,线长800 m, 线距650 m,如图1所示。每条剖面上布置81个测点,点距10 m。DP1测线西南段有明显伟晶岩脉出露,最大宽度约40 m;该测线钻探成果充分,已探明多条含有铍矿体或铍矿化体的隐伏伟晶岩脉。DP2测线岩脉出露不明显,第四系覆盖物较厚,钻探成果有限,已探明有埋深度近500 m的隐伏铍矿体。

1—实测地质界线;2—实测断层;3—伟晶岩脉;4—地气测线及编号;5—伟晶岩矿脉带;Qb-O3c—茶卡北山片岩组;C-P2g—石炭-二叠系果可山组;δoO3—奥陶系石英闪长岩;C-P2t—石炭—二叠系土尔根大坂组;Qhpal—全新统冲积物

2.2 地气测量工作方法

鉴于Ⅱ号伟晶岩带主要矿体的BeO品位并不高(0.04%～0.07%)且锂矿化很少,本次实验采用了提高探测灵敏度的动态地气测量方法[12]。快速地气采样装置由采样器、干燥器、捕集器和抽气泵组成,各部分用硅胶导管连接。采样时,利用泵的抽吸作用,使游离于覆盖层空隙内的地气物质经采样器进入捕集器,被液态捕集剂俘获,成为地气样品。地气采样深度在地表覆盖层50 cm深处,采用双捕集剂串联以增加采样量,抽气速度为2 L/min,每个测点采样时间30 min。

地气样品经浓缩和定容后,送至核工业北京地质研究院分析中心作电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析,得到Li、Be、Nb、Ta、Rb、稀土等40余种元素的含量信息。分析方法依据《水质 65种元素的测定电感耦合等离子体质谱法》(HJ 700—2014)标准。

3 地气异常分析

地气测量数据中,Ta、Au、Tl、Ho等元素多个测点(超过测点总数20%)的含量小于检出限,其余30余种元素的测量结果有效。选择其中12种典型元素(包括成矿元素、稀有元素、有色金属元素和稀土元素),统计其背景区平均值和标准差,以平均值加2倍标准差作为异常下限,可确定地气异常点位,具体见表1。这些元素的分析方法检出限和其在空白中的含量也列入表1。依据地气测量结果和现有的勘查成果,绘制两条测线的综合剖面,如图2、图3所示。

表1 地气测量结果(部分元素)统计Table 1 Geogas survey results (some elements) statistics

1—第四系残坡积物; 2—石英闪长岩; 3—二云母石英片岩; 4—断层; 5—伟晶岩脉; 6—铍矿体; 7—铍矿化体; 8—钻孔及其编号

1—第四系残坡积物; 2—二云母石英片岩; 3—伟晶岩脉; 4—铍矿体; 5—铍矿化体; 6—钻孔及其编号

3.1 地气异常特征

与本课题组在新疆卡鲁安伟晶岩型锂矿勘查区得到的地气测量结果相比[11],Li、Be、Cs、Nb、Rb的测量值范围均在同一量级,只是茶卡北山勘查区的Be异常值更高,而Li的异常值较低。这与本勘查区以铍矿化为主的情况相对应。

每条测线上分布有多个元素异常点,以Be异常分布特点为主,结合其余大部分元素的异常分布共性,将连续或集中出现的多点异常划分为异常区。如图2所示,在DP1测线上划分出3个异常区,依次编号为①(据测线起点距离130～300 m)、②(330～450 m)、③(600～710 m)。对比地质剖面,①号异常区位于大型伟晶岩脉及其倾向上方,该伟晶岩脉最大厚度约40 m,在其埋深约100 m的隐伏段上方出现了Be弱异常和其他所有元素的强异常。①号异常区内,该伟晶岩脉北东测有多条隐伏铍矿化体,在其埋深150～200 m的上方出现了Be、Ti强异常,Cs、Pb中等异常和Nb、Rb、Cu弱异常。②号异常区位于多条有一定规模的隐伏铍矿体和矿化体上方,出现有Be、Nb、Cu中等异常和Rb、Cs、Ti弱异常,其他元素无明显异常。Be异常对应的最大铍矿体埋深近300 m。③号异常区位于多条小规模隐伏铍矿化体上方,出现有Be、Nb、Rb、Cs、Ti弱异常,其他元素无明显异常。Be异常对应的最大铍矿化体埋深约150 m。

如图3所示,在DP2测线上也可划分出3个异常区,依次编号为④(据测线起点距离80～130 m)、⑤(190～430 m)、⑥(620～780 m)。对比地质剖面图,④号异常区位于含铍矿化的中型伟晶岩脉上方,出现了Be、Rb、Cs、Ti、Pb弱异常,Be异常对应的最大铍矿化体埋深约180 m。⑤号异常区内有多条小型伟晶岩脉和一定规模的隐伏铍矿体(矿化体),出现有Li弱异常以及Be和其他所有元素的中等和强异常。Be异常对应的最大铍矿体埋深近480 m。⑥号异常区出现有Be、Rb、Cs、Ti、Pb弱异常和Nb、W、Th、Cu强异常,由于未开展钻探工程,异常原因不明,可能反映下方有未探明的铍矿(化)体,但规模应该不大。

3.2 指示元素组合

综合对比两条测线上各元素异常点的分布特征,Li和Be有明显区别。Li异常集中出现在伟晶岩脉(不一定含矿)上方,其强异常与铍矿体关系不大;而Be异常主要出现在铍矿体、铍矿化体或含有铍矿化的伟晶岩脉上方,其强异常与铍矿体有明确的对应关系。该现象与茶卡北山的成矿模式和控矿因素相吻合,即伟晶岩形成过程中,Li、Be与Rb、Nb、Ta共生,但由于Li是最活跃的元素,其在聚集成矿后,如果受到强大的外界压力会很容易向围岩中逸散,导致Be与其他共生元素相对富集。

从地气测量结果来看,La、Ce的异常分布与Li相近,也可以指示伟晶岩脉位置,这可能是因为当地伟晶岩类具有轻稀土相对重稀土富集的特征[13]。王建国等[14]对茶卡北山伟晶岩的地球化学特征研究表明:研究区采集的所有样品Rb、Th、Cs、Ce和 Pb元素富集,Ba、Zr、Hf、Nb、Ta和Li元素中等富集,部分样品TiO2含量大于0.5%。与之对应,地气测量结果显示,Rb、Th、Cs、Pb、Nb、Ti都能指示隐伏伟晶岩脉,其中Rb、Nb、Cs、Pb、Ti与Be相似,还能较好地指示铍矿(化)体。此外Cu异常对铍矿(化)体也有一定反映。