沙泉子隱伏銅鎳礦地球化學(xué)勘查方法試驗

劉漢糧，王學(xué)求，張必敏，劉東盛，郭守棟

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊，065000；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，蘭州，730020)

隨著礦產(chǎn)勘查程度的日益提高，淺表礦特別是出露礦已發(fā)現(xiàn)殆盡，地質(zhì)找礦的主體對象逐步轉(zhuǎn)向深部及覆蓋區(qū)，這就要求地質(zhì)工作者轉(zhuǎn)變思路，應(yīng)用更有針對性的勘查技術(shù)和方法。近十幾年來，深穿透地球化學(xué)已被證明是有效尋找隱伏礦的方法。其被定義為研究能探測深部隱伏礦體發(fā)出的直接信息的勘查地球化學(xué)理論與方法技術(shù)[1]。這些方法技術(shù)包括瑞典Kristiansson等[2]首先提出的地氣(Geogas)方法，美國Clarke等[3]提出的酶提取方法，前蘇聯(lián)的電地球化學(xué)方法(CHIM)、元素有機(jī)態(tài)法(MRF)[4]，澳大利亞Mann等[5]提出的活動金屬離子法(MMI)，以及中國提出的金屬活動態(tài)法(MOMEO)[6-7]。研究表明，土壤中細(xì)粒級物質(zhì)的吸附作用和可交換性能是活動態(tài)元素的天然“捕獲井”，可以將深部遷移的信息捕獲，因此，細(xì)粒級物質(zhì)測量雖說是一種常規(guī)地球化學(xué)勘查方法，但其具有一定程度的深穿透特征[8]。在干旱戈壁荒漠區(qū)，由于受風(fēng)成砂土的影響，很難獲知覆蓋層下方的礦化信息，也就無法探測到深部隱伏礦體。在沙泉子隱伏銅鎳礦開展微細(xì)粒全量測量、粘土吸附態(tài)測量和地電化學(xué)測量，研究各種勘查方法在該區(qū)的有效性。

1 研究區(qū)景觀及地質(zhì)特征

干旱戈壁荒漠景觀是我國一種特殊的地球化學(xué)景觀，其分布范圍較廣，主要包括祁連山、阿爾金山、西昆侖山以北，賀蘭山以西區(qū)域，總面積約為210×104km2。該區(qū)處于我國古亞洲金屬礦成礦域，找礦尤其是找隱伏礦的潛力巨大。但大片的戈壁覆蓋區(qū)多年來系統(tǒng)的勘查和研究工作不足[9]，針對當(dāng)?shù)馗采w特點的化探找隱伏礦技術(shù)和方法亟待開發(fā)。

沙泉子銅鎳礦區(qū)位于新疆哈密市東南方向170 km，有312國道穿過，國道至礦區(qū)有7 km便道，交通較為方便，礦區(qū)為起伏的低山丘陵區(qū)，海拔高度約1 500 m～2 375.2 m，相對高差一般數(shù)十至數(shù)百米，最大相對高差700 m左右。

礦區(qū)地處中天山地塊星星峽隆起帶。出露的地層主要為中元古界長城系星星峽群(Chx)、局部地勢低洼處有第四系沖積砂礫石覆蓋。長城系星星峽群整體為一套淺海-濱海相正常沉積碎屑巖與其后中基性-酸性侵入巖經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用形成，為區(qū)內(nèi)基性-超基性雜巖體的主要圍巖。該區(qū)構(gòu)造較復(fù)雜，主要為斷裂、褶皺和單斜構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要為沙泉子深大斷裂及其次級斷裂，北部及中部表現(xiàn)為單斜構(gòu)造，南部褶皺構(gòu)造主要為白虎關(guān)復(fù)背斜。侵入巖在該區(qū)分布廣泛，以華力西期侵入巖為主，次為加里東期侵入巖。其中加里東期侵入巖主要為片麻狀花崗巖，分布于該區(qū)中部，呈北東向不規(guī)則巖枝狀產(chǎn)出，在地貌上形成北東向山脊[10-13]。

圖1 沙泉子銅鎳礦地質(zhì)簡圖及工作部署圖Fig．1 Geological map of Cu-Ni deposit, Shaquanzi, Xinjiang

2 樣品采集與分析

本次試驗工作共完成一條精測剖面SY1(4.0 km)和一處面積試驗(2.5 km×1.5 km，共約3.75 km2)。精測剖面SY1，作為方法技術(shù)有效性試驗及精測剖面，開展土壤微細(xì)粒測量、金屬活動態(tài)測量(粘土吸附態(tài))、地電化學(xué)測量的有效性試驗，按點距80m采樣。面積試驗開展土壤微細(xì)粒測量、金屬活動態(tài)測量(粘土吸附態(tài))、地電化學(xué)測量的地球化學(xué)勘查方法研究，按線距為200 m，點距為160 m采樣。

土壤樣品采樣深度為5 cm～20 cm，采樣粒級為-120目，樣品由采樣點周圍5 m距離范圍內(nèi)的3～5個子樣組合而成，每個樣品重不少于500 g。地電化學(xué)勘查方法采樣裝置為“固體載體型元素提取器”。分析元素包括Cu、Ni、Co、Cr、Ti、As、Sb、Hg、Mo等9種元素。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 土壤組分及粒級試驗分析

元素在表生環(huán)境下的分散、富集與土壤組分和理化性質(zhì)具有密切關(guān)系。對試驗區(qū)內(nèi)10件土壤樣品進(jìn)行了X射線粉晶衍射分析，結(jié)果見表1。從結(jié)果可以看出，覆蓋層-120目細(xì)粒級土壤主要由石英、方解石、斜長石、鉀長石、伊利石、角閃石、綠泥石、高嶺石等礦物組成。

在背景區(qū)和礦體上方各采集1件組合大樣(采集深度：5 cm-20 cm；采集點位：>10處)開展粒級試驗，將組合樣品篩分成8個粒級區(qū)間，分別是4目-20目(SQ1-1、SQ2-1)、20目-40目(SQ1-2、SQ2-2)、40目-60目(SQ1-3、SQ2-3)、60目-80目(SQ1-4、SQ2-4)、80目-100目(SQ1-5、SQ2-5)、100目-120目(SQ1-6、SQ2-6)、120目-200目(SQ1-7、SQ2-7)、-200目(SQ1-8、SQ2-8)。

對背景區(qū)和礦體上方不同粒級土壤樣品進(jìn)行元素全量分析，結(jié)果見圖2?？梢钥闯?無論在背景區(qū)還是礦體上方Cu、Ni元素的含量與土壤粒級呈明顯的相關(guān)關(guān)系，即粒級越細(xì)，元素含量越高。

表1 土壤X射線粉晶衍射分析結(jié)果

注：單位%。

圖2 粒級試驗元素含量柱狀圖Fig．2 The histogram map of the gradation test

3.2 精測剖面試驗對比

為研究地球化學(xué)勘查方法的有效性，在穿越礦體上方和找礦靶區(qū)開展精測剖面(SY1，長度4 km，采樣點距80 m)的試驗研究。

通過對精測剖面折線圖(圖3)的對比研究可得出：

1)Cu元素在銅鎳礦體上方(即SY1-9、SY1-10、SY1-11)土壤微細(xì)粒全量、粘土吸附態(tài)、地電化學(xué)出現(xiàn)明顯異常，效果較好；在Σ19號靶區(qū)上方(即SY1-19，超基性巖體上方，銅鎳礦體就產(chǎn)于該時代的巖體內(nèi))土壤微細(xì)粒全量、粘土吸附態(tài)、地電化學(xué)也均有異常顯現(xiàn)，但強(qiáng)度不一。

2)Ni元素在銅鎳礦體上方(即SY1-9、SY1-10、SY1-11)土壤微細(xì)粒全量、粘土吸附態(tài)、地電化學(xué)均出現(xiàn)明顯異常，效果較好；在Σ19號靶區(qū)上方(即SY1-19、SY20、SY1-21，超基性巖體上方，)土壤微細(xì)粒全量、粘土吸附態(tài)、地電化學(xué)也存在異常。

3.3 面積試驗對比

在沙泉子銅鎳礦開展面積試驗示范(2.5 km×1.5 km，共約3.75 km2)，對各種地球化學(xué)方法分析結(jié)果做等值線圖，并將礦體平剖圖疊加在等值線圖上方，以呈現(xiàn)元素的地球化學(xué)分布特征，以及異常與礦體的對應(yīng)關(guān)系(圖4-圖6)。

圖3 Cu、Ni精測剖面折線圖Fig．3 The Cu-Ni broken line graph of precision measurement profile

圖4 Cu、Ni、Cr、Co土壤微細(xì)粒全量地球化學(xué)圖Fig．4 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the fine particle total measurement

圖5 Cu、Ni、Cr、Co粘土吸附態(tài)地球化學(xué)圖Fig．5 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the clay-absorbed form

圖6 Cu、Ni、Cr、Co地電化學(xué)地球化學(xué)圖Fig．6 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the electro-geochemistry

從圖4可以看出，土壤微細(xì)粒全量成礦元素地球化學(xué)分布基本一致，地球化學(xué)圖形狀相似，主要分布在實驗區(qū)東南部，呈條帶狀分布，異常對應(yīng)的下部巖體為以輝石巖、橄輝巖、橄欖巖為主的基性-超基性巖，形狀與該巖體垂直投影區(qū)域完全一致，異常將該巖體包裹其中，已知銅鎳礦就產(chǎn)在該巖體內(nèi)，同時該異常濃集中心高，同時在實驗區(qū)東西邊側(cè)都未閉合。同時在實驗區(qū)中部顯現(xiàn)1處異常，分帶清晰，濃集中心較高，此處異常與Σ19號靶區(qū)相吻合，同樣該處也為基性-超基性巖體。礦體上方和Σ19號靶區(qū)均有Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合。土壤微細(xì)粒全量測量能很好地反映出深部銅鎳礦體的產(chǎn)出位置和產(chǎn)出形態(tài)，并可以提供靶區(qū)找礦線索。

從圖5可以看出，粘土吸附態(tài)Cu、Ni元素地球化學(xué)分布基本一致，異常主要分布在實驗區(qū)東南部，異常面積大，異常將巖體(以輝石巖、橄輝巖、橄欖巖為主的基性-超基性巖)包圍其中，而已知銅鎳礦就產(chǎn)于該巖體內(nèi)，濃集中心高且處在礦體上方，在實驗區(qū)東側(cè)未閉合，異常形狀與礦體走向基本一致，礦體上方具Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合。

從圖6可以看出，地電化學(xué)測量成礦元素地球化學(xué)分布較為一致，異常主要分布在實驗區(qū)東南部，異常面積大，濃集中心高，異常將巖體(以輝石巖、橄輝巖、橄欖巖為主的基性-超基性巖)包裹其中，Σ19號靶區(qū)和礦體異常連成一片，形成整體異常。礦體上方和Σ19號靶區(qū)具Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合。實驗區(qū)北角和東南角也顯現(xiàn)異常，濃集中心高且異常未閉合，這兩處異常是土壤微細(xì)粒測量和活動態(tài)測量未發(fā)現(xiàn)的異常，有待查證。

4 結(jié)論

1)試驗區(qū)內(nèi)-120目細(xì)粒級土壤主要由石英、斜長石、鉀長石、伊利石、高嶺石、綠泥石等礦物組成；粒級試驗表明土壤中Cu、Ni元素含量與粒級呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，即粒級越細(xì)，元素含量越高。

2)成礦元素在實驗區(qū)內(nèi)有兩處Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合，一處為已知礦所在區(qū)域(實驗區(qū)東南部)，一處為Σ19號靶區(qū)(實驗區(qū)中部)，兩處異常都與以輝石巖、橄輝巖、橄欖巖為主的基性-超基性巖相對應(yīng)。

3)土壤微細(xì)粒全量測量、粘土吸附態(tài)測量和地電化學(xué)測量的成礦元素地球化學(xué)異常分布與礦體分布均一致，且具有Cu-Ni-Cr-Co的元素異常組合；土壤微細(xì)粒全量測量和地電化學(xué)測量能夠圈定Σ19號靶區(qū)，同時也具有Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合。相比較而言土壤微細(xì)粒全量測量的成礦元素地球化學(xué)異常分布與礦體和找礦靶區(qū)吻合度最高。

4)在該區(qū)尋找隱伏銅鎳礦中，可利用土壤微細(xì)粒測量、地電化學(xué)測量和粘土吸附態(tài)測量相結(jié)合的方法縮小找礦靶區(qū)，并根據(jù)化探異常特征，結(jié)合異常所處的地質(zhì)環(huán)境，對異常進(jìn)行評價，初步判斷主要成礦元素，從而為確定主攻礦種提供重要依據(jù)。

5)本研究主要開展了微細(xì)粒全量測量、粘土吸附態(tài)測量和地電化學(xué)測量勘查方法研究，但對于元素在覆蓋層中的遷移過程和遷移機(jī)理缺乏深入探討。

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