新疆東戈壁鉬礦弱膠結(jié)層元素分布規(guī)律研究

楊剛剛，李方林，張雄華

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

荒漠戈壁是我國七大自然景觀區(qū)之一，分布面積約210×104km2，大部分地區(qū)被新生界戈壁覆蓋，由于覆蓋物、風(fēng)成沙較發(fā)育，化探工作程度較低。大面積未工作區(qū)仍具較好的找礦前景，但常規(guī)的化探方法在該景觀中找礦效果并不理想。前人運(yùn)用金屬活動態(tài)測量法在西北干旱荒漠戈壁覆蓋區(qū)、黃土覆蓋區(qū)、東北原始森林覆蓋區(qū)、華北沖洪積物覆蓋區(qū)、南方濕潤第四系殘坡積區(qū)等分別展開過金、銅、鈾等多種金屬礦床的找礦預(yù)測研究[1-5]，發(fā)現(xiàn)金屬活動態(tài)測量在指示覆蓋區(qū)礦體方面具傳統(tǒng)地球化學(xué)勘查方法無法比擬的優(yōu)越性，但對鉬礦床指示效果研究較少。東戈壁鉬礦是新疆發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)大型斑巖型鉬礦，最大埋深達(dá)300多米，表層被幾十厘米至幾米的荒漠土和石質(zhì)土覆蓋，是研究有利區(qū)域(圖1)。王學(xué)求在東天山研究發(fā)現(xiàn)[6]，含礦信息富集在強(qiáng)膠結(jié)鈣積層上部的弱膠結(jié)層細(xì)粒級中。以東戈壁鉬礦主礦體上方弱膠結(jié)層為研究對象，探討弱膠結(jié)層中不同粒級樣品中元素分布規(guī)律及成因，主成礦元素活動態(tài)賦存形式，為運(yùn)用金屬活動態(tài)測量法在戈壁荒漠區(qū)尋找鉬礦提供依據(jù)。圍巖中，與礦有關(guān)的超微細(xì)金屬或金屬離子、化合物也會相應(yīng)增多[7]。這些超微細(xì)金屬或離子及化合物，在多種營力的作用下(如地下水、離子擴(kuò)散、氧化還原電位梯度、地氣流、蒸發(fā)作用、生物作用、毛細(xì)管作用等)，向地表遷移，最后被上覆土壤或其它疏

1 金屬活動態(tài)測量法原理

王學(xué)求等人認(rèn)為在金屬礦床本身及其松物中的粘土礦物、鐵錳氧化物等地球化學(xué)障所捕獲，并在原介質(zhì)元素含量基礎(chǔ)上形成活動態(tài)疊加含量(即金屬活動態(tài)含量)。

在表生條件下，這些易遷移的超微細(xì)金屬或離子及化合物，最終以4種形式存在：①水提取金屬 (包括金屬離子、可溶性化合物、可溶性膠體和可溶性鹽類中的金屬元素)；②粘土吸附和可交換金屬；③有機(jī)質(zhì)結(jié)合金屬；④鐵錳氧化物膜吸附或包裹金屬[8]。使用適當(dāng)?shù)奶崛⑦@些元素活動態(tài)疊加含量提取出來，就可達(dá)到尋找和評價(jià)隱伏礦的目的。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于天山造山帶東段，覺羅塔格晚古生代島弧增生帶內(nèi)。礦區(qū)出露下石炭統(tǒng)干墩組，巖性主要為褐黃-灰黑色變質(zhì)含礫砂巖、砂巖、泥巖、凝灰?guī)r及安山巖。區(qū)內(nèi)發(fā)育NE、NW和近EW向3組斷裂，其中EW向斷裂最發(fā)育，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致。區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，以花崗巖類為主，閃長巖類次之，可見部分安山巖出露(圖1)。礦體賦存于石炭系干墩組淺變質(zhì)碎屑巖中，并分布于隱伏斑狀花崗巖體東側(cè)外接觸帶。礦體埋深12.98～319.25 m，屬于淺部隱伏礦床。區(qū)域化探成果顯示，東戈壁鉬礦普查區(qū)是一個(gè)以Mo，W，Bi為主的元素異常，元素組合為Mo，Bi，W，Sn，Cu，Pb，Zn，Li，Sb等[9，10]。

3 研究區(qū)景觀及覆蓋層分層特征

東戈壁鉬礦位于哈密市南110 km，雅滿蘇鎮(zhèn)西44 km[9]，為典型的荒漠戈壁區(qū)，屬大陸性干旱氣候，降雨稀少，大部分地區(qū)年降雨量不足50 mm，而蒸發(fā)量高達(dá)1 500 mm。在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，土壤層中部易聚積成堅(jiān)硬的鹽磐，形成堿性地球化學(xué)障；區(qū)內(nèi)植被稀少，風(fēng)大沙多，干燥剝蝕作用和風(fēng)力搬運(yùn)作用強(qiáng)烈，形成大面積荒漠土、石質(zhì)土和少量鹽土。

經(jīng)長期的物理化學(xué)風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積，覆蓋層具典型的垂直分帶特點(diǎn)。一般發(fā)育較好的土壤蓋層剖面，自上而下可分為：①孔泡結(jié)皮層。由細(xì)粒風(fēng)成土膠結(jié)而成，為多孔狀灰黃色或淺灰色荒漠土，可見附著較多白色鹽類顆粒，厚度3～8 cm；②弱膠結(jié)層，位于孔泡結(jié)皮以下，質(zhì)地相對疏松，蓋層較發(fā)育地區(qū)因受鐵質(zhì)染漬常呈紅色、紅褐色或紅棕色，其他區(qū)域主要為灰色、灰綠色、灰黃色等，粘土礦物含量達(dá)25%以上，深度5～40 cm，厚30～50 cm；③強(qiáng)膠結(jié)鈣積層。由強(qiáng)烈蒸發(fā)作用形成的堅(jiān)硬鹽磐層，主要由方解石及少量石膏構(gòu)成，含量大于38%，深度一般大于30 cm，厚度50～100 cm；④風(fēng)化殘積層。風(fēng)化砂巖、泥巖等碎屑物質(zhì)，主要為原地風(fēng)化產(chǎn)物，厚度40～60 cm；⑤基巖。由一些粗粒砂巖碎屑組成，主要為原地風(fēng)化產(chǎn)物(圖2)。

4 樣品采集及測試分析

樣品采集于東戈壁鉬礦東部礦區(qū)弱膠結(jié)層(圖1，2)。分別在1號主礦體正上方及北部非礦體上方(背景區(qū))，按等間距(10 m)設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)各4個(gè)，每個(gè)采樣點(diǎn)均采集弱膠結(jié)層土壤，分別篩成-4～+20目、-20～+40目、-40～+80目、-80～+120目、-120～+160目、-160目6種不同粒級，每件樣品不少于300 g。共采集不同粒級土壤樣品48件。礦體上方樣品采集時(shí)為避免污染，采樣位置已避開前人勘探密集區(qū)域。分別測試土壤中元素全量和活動態(tài)含量，由于戈壁荒漠覆蓋區(qū)中植被稀少，土壤有機(jī)含量非常低，本次不討論元素在有機(jī)態(tài)中的含量及賦存形式。元素活動態(tài)測試分析由中國地球物理地球化學(xué)勘查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，主要測試Mo，Cu，W 3種元素在水提取態(tài)、粘土吸附態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)中含量。元素全量測試分析由廣州澳實(shí)分析檢測有限公司完成，分析Mo，W，Sn，Bi，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Li，Be，Mn，Al2O3，F(xiàn)e2O3等14種元素。最終均取元素平均值進(jìn)行討論。

5 元素在不同粒級中分布特征

對比元素在不同粒級中含量分布特征可見，成礦元素Mo在粗細(xì)2種粒級中富集，即在-4～+20目、-20～+40目粗粒中含量最高，Mo含量分別為10.8×10-6、4.5×10-6，在-160目粒級中，Mo含量次之，為2.5×10-6，均明顯高于東天山地區(qū)Mo算數(shù)平均值1.2×10-6(圖3)?? 新疆地質(zhì)調(diào)查院.新疆東天山成礦帶中段1∶5萬區(qū)域地質(zhì)綜合調(diào)查,2014。中間粒級的樣品Mo含量相對較低，均在算數(shù)平均值附近，不能有效反映礦區(qū)中Mo元素的地球化學(xué)異常特征。Cu，Sn，Li，Be，Zn 5種元素分布規(guī)律與Mo基本相同，即在粗細(xì)2個(gè)粒級中富集，在大于40目的粗粒級樣品中含量最高，-160目次之，其它3個(gè)中間粒級中含量較低；而其他與成礦有關(guān)的W，Bi，Pb，As，Sb元素則表現(xiàn)出不同的分布特征，僅在粗粒中富集，其他粒級含量相差不大。Fe2O3，Mn雖然也在粗細(xì)兩粒級中富集，但二者在-160目的土壤中富集的更明顯，說明在弱膠結(jié)層中-160目的細(xì)粒級土壤中鐵錳氧化物含量可能更高；Al2O3在-80目的土壤中相對富集，3種粒級含量相差不大。

6 元素在不同粒級活動態(tài)分布特征

為研究弱膠結(jié)層中元素是否存在活動態(tài)二次疊加含量，對比分析了Mo，W，Cu 3種成礦及伴生元素在不同粒級中全量及活動態(tài)含量變化特征。由圖4可見，Mo元素在水提取態(tài)和粘土吸附態(tài)中含量具相似的分布特征，即在粗細(xì)粒級中相對富集，且在-4～+20目中含量最高，-160目次之，與全量分布特征類似。鐵錳氧化物態(tài)中Mo僅在粗粒(-4～+40目)中富集，其他粒級中含量均很低。各粒級中水提取態(tài)Mo含量明顯高于其他兩個(gè)相態(tài)，且占活動態(tài)總量的53.4%，該相態(tài)為Mo元素主要存在相態(tài)；W元素在水提取態(tài)中也表現(xiàn)出在粗細(xì)2種粒級中相對富集的特征。在粘土吸附態(tài)和鐵錳氧化物態(tài)中W元素含量相對較低，主要在大于40目粒級中富集。各粒級中水提取態(tài)W含量最高，占活動態(tài)總量的43.1%，該相態(tài)為W元素主要存在相態(tài)；水提取態(tài)中Cu在各粒級無明顯差異，且含量極低；粘土吸附態(tài)和鐵錳氧化物態(tài)中Cu元素在各粒級中分布規(guī)律相似，即在粗粒(-4～+20目)中含量最高，而小于40目中各粒級含量相差不大。但鐵錳氧化物態(tài)中Cu含量一般高出其他兩個(gè)相態(tài)1～2個(gè)數(shù)量級，占活動態(tài)總量的93.3%，該相態(tài)為Cu元素的主要存在相態(tài)。

圖3 東戈壁鉬礦上方不同粒級元素含量分布直方圖Fig.3 Content Distribution Histogram of Elements with Different Fractions in the Upper Molybdenum Ore

礦體上方弱膠結(jié)層中元素在粗粒中富集是因?yàn)榇至r屑為原巖半風(fēng)化后的產(chǎn)物，保留了大量原巖中的礦化信息，而元素在細(xì)粒中富集可能與土壤中存在金屬元素活動態(tài)二次疊加含量有關(guān)。通過背景區(qū)-20～+40目、-40～+80目、-80～+120目、-120～+160目、-160目5種粒級各元素主活動態(tài)含量與全量比對發(fā)現(xiàn)，在無元素活動態(tài)二次疊加的情況下，背景區(qū)Mo，W，Cu 3種元素主要存在相態(tài)含量與元素全量近似呈線性關(guān)系，其中Mo，W元素呈正相關(guān)，Cu元素呈負(fù)相關(guān)(圖5)。異常區(qū)上方不同粒級中元素主活動態(tài)含量與全量之間線性特征不明顯(圖6)，Mo，W元素變化最明顯，說明該區(qū)土壤中元素受外來活動態(tài)元素含量影響，破壞了元素全量與活動態(tài)含量之間的線性關(guān)系，因此，東戈壁鉬礦上方弱膠結(jié)層土壤中可能存在元素活動態(tài)二次疊加。

由表1可見，背景區(qū)粗粒級土壤中Mo，W，Cu 3種元素全量均略低于細(xì)粒級土壤，但粗粒級土壤中活動態(tài)所占比例明顯高于細(xì)粒級土壤，其中，Cu元素最明顯，粗粒級土壤中活動態(tài)所占比例是細(xì)粒級土壤的3.9倍。而在礦區(qū)粗粒級土壤中Mo，W，Cu 3種元素全量均明顯高于細(xì)粒級土壤，但細(xì)粒級土壤中Mo，W活動態(tài)所占比例明顯高于粗粒級土壤，Mo，W元素在細(xì)粒級土壤中活動態(tài)比例是粗粒級土壤的2.3和2.9倍。雖然粗粒級土壤中Cu活動態(tài)所占比例仍高于細(xì)粒級土壤，但僅為細(xì)粒級土壤的1.6倍，細(xì)粒級土壤中Cu活動態(tài)含量比例明顯增高，說明在礦區(qū)弱膠結(jié)層細(xì)粒級土壤中有外來的以活動態(tài)形式存在的Mo，W，Cu元素，疊加于背景含量之上，導(dǎo)致細(xì)粒級土壤中活動態(tài)元素比例明顯升高，進(jìn)一步證實(shí)東戈壁鉬礦上方弱膠結(jié)層土壤中存在元素活動態(tài)二次疊加的可能。

圖4 東戈壁鉬礦上方不同粒級元素活動態(tài)含量和全量分布直方圖Fig.4 Content Distribution Histogram of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements with Different Fractions in the Upper East Gobi Molybdenum Ore

圖5 背景區(qū)不同粒級元素活動態(tài)含量和全量散點(diǎn)圖Fig.5 The scatter diagram of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements with Different Fractions in the Background area

圖6 1號主礦體上方不同粒級元素活動態(tài)含量和全量散點(diǎn)圖Fig.6 The scatter diagram of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements with Different Fractions in the main Ore of No.1

表1主礦體及背景區(qū)粗細(xì)粒級元素全量、活動態(tài)含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 The statistics of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements in the main Ore and Background area

7 結(jié)論

(1)礦體上方弱膠結(jié)層中Mo，Cu在粗、細(xì)2粒級土壤中含量高。由鉬礦引起的異常進(jìn)行粗粒級和細(xì)粒級分析都能得到充分體現(xiàn)。在粗粒級中富集與粗粒巖屑保留了原巖礦化信息有關(guān)；在細(xì)粒級中富集與細(xì)粒土壤中粘土礦物、鐵錳氧化物能有效捕獲從深部礦體遷移上的活動態(tài)金屬元素，形成元素含量二次疊加有關(guān)。因此，在大面積基巖出露的戈壁區(qū)，粗粒巖屑樣品(-4～+20目)即能反映異常；在覆蓋區(qū)進(jìn)行鉬礦地球化學(xué)調(diào)查時(shí)，采集弱膠結(jié)層中細(xì)粒級(-160目)樣品為佳。

(2)東戈壁鉬礦主礦體上方，水提取態(tài)為Mo，W元素主要存在相態(tài)；鐵錳氧化物態(tài)為Cu的主要存在相態(tài)。弱膠結(jié)層中存在元素活動態(tài)二次疊加。

(3)在戈壁覆蓋區(qū)中，可采集弱膠結(jié)層細(xì)粒級(-160目)土壤樣品，運(yùn)用金屬活動態(tài)測量法，測試Mo，W水提取態(tài)及Cu鐵錳氧化態(tài)，對隱伏鉬礦開展找礦預(yù)測實(shí)驗(yàn)。