內(nèi)蒙古準蘇吉花銅鉬礦區(qū)土壤熱磁組分地球化學異常特征及意義

席明杰，馬生明，胡樹起，湯麗玲，郭志娟

(1.中國地質(zhì)科學院 地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000；2.中國地質(zhì)科學院 研究生院，北京 100037；3.中國地質(zhì)大學(北京) 地球科學與資源學院，北京 100083)

0 引言

準蘇吉花銅鉬礦床是內(nèi)蒙古中北部新近發(fā)現(xiàn)的重要銅鉬多金屬礦床之一，屬典型的斑巖型銅鉬礦床，形成時代為早二疊世(303.2 Ma±6.1 Ma)，成礦物質(zhì)主要來源于花崗閃長巖，僅少部分來源于寶力高廟組變質(zhì)粉砂巖，礦石沉淀于高溫、低氧的相對還原環(huán)境[1]。與區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的達來敖包、烏蘭德勒等鉬銅多金屬礦床共同構(gòu)成了內(nèi)蒙古中北部重要的多金屬礦產(chǎn)資源基地[2-5]。2010年～2011年，中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所以該礦區(qū)作為野外實驗基地，開展了物化探勘查技術(shù)示范研究，認為區(qū)內(nèi)具有良好的勘查前景。常規(guī)土壤地球化學測量結(jié)果顯示，礦區(qū)地表介質(zhì)受風成沙影響較大，異常強度低、規(guī)模小、分布零散，對已知礦體外圍成礦前景指示效果不明顯[6]。土壤熱磁組分地球化學方法最早是由前蘇聯(lián)地質(zhì)學家A.H.波戈留波夫等人于上世紀70年代提出的一種偏提取技術(shù)，后經(jīng)我國學者[7-8]引進并在覆蓋區(qū)找礦中取得了良好的試驗效果[9-10]，但是目前還沒有面積性試驗結(jié)果來驗證其可行性。本研究將土壤熱磁組分地球化學方法應(yīng)用到準蘇吉花礦區(qū)，與常規(guī)土壤地球化學測量同點位開展試驗研究，同時引入“多重分形(含量-求和法)”、“地質(zhì)累積指數(shù)”等指標對試驗區(qū)土壤熱磁組分地球化學異常特征進行評價，通過對試驗區(qū)多元素組合異常特征及方法有效性進行分析，闡明了土壤熱磁組分測量在風成沙覆蓋區(qū)找礦中的有效性，為準蘇吉花地區(qū)，乃至我國北方風成沙覆蓋區(qū)地球化學勘查提供了有效的方法技術(shù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

準蘇吉花銅鉬礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)蘇尼特左旗境內(nèi)，大地構(gòu)造位置處于西伯利亞板塊東南大陸邊緣晚古生代寶力高廟弧增生帶[2]。

礦區(qū)東部和南部大面積出露上石炭—下二疊統(tǒng)寶力高廟組變質(zhì)粉砂巖，北部與南部低洼地帶分布第四系(圖1)。試驗區(qū)整體產(chǎn)于北東向展布的單斜構(gòu)造中。主體控巖構(gòu)造呈北東向產(chǎn)出，容礦構(gòu)造為一系列北西向的次級斷裂，多被后期石英脈充填。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，主要為海西晚期花崗閃長巖體和后期酸性巖脈的侵入，花崗閃長巖呈舌狀侵入變質(zhì)粉砂巖地層中，使得局部地層發(fā)生角巖化和矽卡巖化，區(qū)內(nèi)輝鉬礦化多與后期石英脈關(guān)系密切。

圖1 準蘇吉花銅鉬礦區(qū)地質(zhì)圖[12]Fig．1 Geological map of the Zhunsujihua copper-molybdenum deposit[12]

礦區(qū)圍巖蝕變發(fā)育，多見硅化、云英巖化、絹云母化、綠泥石化和高嶺土化。礦體主要產(chǎn)于花崗閃長巖巖體中，少量產(chǎn)于變質(zhì)粉砂巖地層中，多呈透鏡狀。礦石呈細脈浸染狀、網(wǎng)脈狀和細脈狀，金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦和輝鉬礦為主，伴生輝銅礦、斑銅礦和黝銅礦等；脈石礦物主要有斜長石、鉀長石、石英、黑云母、絹云母、綠泥石、綠簾石和碳酸巖等。

2 試驗原理與方法

土壤熱磁組分測量的基本原理是，通過熱磁化處理將土壤中的無磁性非晶質(zhì)鐵錳氧化物轉(zhuǎn)化為具有磁性的組分，利用電磁分選的方法將其從土壤中提取出來，分析磁性組分中的元素含量，從而達到強化異常，指導(dǎo)找礦的目的。野外土壤樣品采集方法與常規(guī)土壤測量樣品采集方法相同[10]。樣品加工過程包括粒級截取、熱磁化處理和電磁分選三個環(huán)節(jié)，具體方法參見文獻[13]。通過電磁分選出來的磁性組分即為本次研究所需試驗樣品，該組分是由土壤中肉眼不可見的非晶質(zhì)鐵氧化物在熱磁化處理過程中轉(zhuǎn)化而來的，土壤中部分非晶質(zhì)錳的氧化物也參與了該過程，其顯微結(jié)構(gòu)顯示出疏松、多孔的片狀結(jié)構(gòu)和微顆粒突起[14]。

本次研究中Mo、Cu等14項化學元素的分析測試由中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所中心實驗室承擔，其中As用原子熒光光譜法(AFS)分析，Mn、TFe2O3用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)分析，Ag、Bi、Cd、Cu、In、Mo、Pb、Sb、Te、W和Zn用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤熱磁組分中元素含量特征

在樣品分析測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對準蘇吉花銅鉬試驗區(qū)560件土壤熱磁組分中元素的平均值(X)、標準離差(б)、襯值和變異系數(shù)進行了統(tǒng)計(襯值=平均值/土壤豐度、變異系數(shù)=標準偏差/平均值)，并利用多重分析模型(含量-求和法)方法計算了各元素的異常下限。統(tǒng)計結(jié)果顯示(表1)，元素Ag、Cd、Cu、Mn、Mo、Pb和Zn的標準離差較大， Bi、Cu、In、Mo、Te、W和Cd的襯值較大，Bi、In、Mo、Sb和Te的變化系數(shù)較大，說明在試驗區(qū)地表土壤熱磁組分中，Mo、Cu、W、Bi、Cd、Ag、In、Te等元素可能發(fā)生了較強的次生富集，局部形成異常。

元素相關(guān)關(guān)系研究結(jié)果顯示(表2)，主成礦元素Mo與Mn、Pb成負相關(guān)，與其他元素均呈正相關(guān)，其中Mo與Te的相關(guān)系數(shù)最大，與Pb的相關(guān)系數(shù)最小。

表1 土壤熱磁組分中元素含量特征參數(shù)

注：w(Ag、Cd)/10-9；w(其他元素)/10-6；土壤豐度引自參考文獻[15]。

表2 土壤熱磁組分中14元素相關(guān)系數(shù)矩陣

區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分中14種元素的R型聚類分析結(jié)果顯示(圖2)，依據(jù)元素聚類次序可將其分為4個組合：①Ag、Cu、Fe、Mo、Te元素組合，反映了與Mo、Cu等高溫成礦過程有關(guān)的元素組合；②As、Mn、Pb元素組合；③Cd、In、Zn、W、Bi元素組合，第①、③組合為與中低溫元素(如Pb、Zn)成礦過程有關(guān)的元素組合；④單元素Sb，與區(qū)內(nèi)成礦關(guān)系不大。

圖2 土壤熱磁組分中14元素R型聚類分析譜系圖Fig．2 Pedigree chart of R-type clustering analysis of 14 elements in soil therommagnetic components

3.2 元素異常特征

3.2.1 異常下限

由于準蘇吉花地區(qū)地表土壤受風成沙影響較大，土壤熱磁組分樣品分析數(shù)據(jù)多呈偏態(tài)分布，應(yīng)用常規(guī)異常下限計算方法(T=X+nδ)導(dǎo)致異常下限值相對偏高，難以圈定多元素組合異常。因此，文章引入“多重分析(含量-求和法)”的方法統(tǒng)計區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量元素的異常下限。具體方法見文獻[16-17]。

文中應(yīng)用多重分形(含量-求和法)方法計算出區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分中14元素的異常下限值(表1)，其中Mo、Co元素的log(r)-log[N(r)]散點圖如圖3所示，臨界值分別為Mo(io)=1.18，Cu(io)=1.83。

3.2.2 元素異常特征

由圖4可以看出，試驗區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量元素異常以Mo、Cu為主，伴生Ag、W、Te、In、Zn、Cd和Fe2O3，局部疊加As和Bi元素的異常，其中Mo、Cu、Fe2O3、W、Te、Bi、In、Zn、Cd異常形態(tài)規(guī)則，濃度分帶清晰，具多個濃集中心，異常多分布于二疊紀花崗閃長巖邊緣及其與圍巖的接觸帶附近，濃集中心多與花崗閃長巖內(nèi)石英脈、花崗細晶巖脈的產(chǎn)出位置相吻合；In、Zn、Cd三元素異常除在二疊紀花崗閃長巖中分布外，在上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)寶力高廟組圍巖中也有大面積產(chǎn)出，且異常濃度分帶清晰，濃集中心明顯。Ag、As、Pb、Mn、Sb等元素異常規(guī)模小，分布零散；除Ag外，As、Pb、Mn和Sb元素異常主要集中于變質(zhì)粉砂巖地層中，距Mo、Cu異常較遠，與變質(zhì)粉砂巖地層關(guān)系密切。Fe2O3異常規(guī)模最大，濃度分帶清晰，異常濃集中心與鉬礦化脈產(chǎn)出范圍一致。

對比分析后發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)Mo、Cu、W、Te、Bi等元素異常套合好，與深部1 080 m標高揭示的礦體群產(chǎn)出范圍一致，有效反映了深部礦體的產(chǎn)出位置。同時，在已知礦體群外圍，亦有較大規(guī)模的主成礦元素及其伴生元素異常分布，暗示已知礦體群外圍仍具有廣闊的找礦前景。

另外，區(qū)內(nèi)主成礦元素及其伴生元素異常在平面上呈現(xiàn)明顯的分帶性，以Mo、Cu異常為核心，由內(nèi)向外依次為Mo-Cu-W-Te帶、Ag-Bi-In-Zn-Cd帶和As-Pb-Mn-Sb帶，所有異常均包含在Fe2O3異常范圍之內(nèi)，充分突顯了鐵錳氧化物的載體作用。

3.3 多元素組合異常特征

為了探討土壤熱磁組分測量綜合異常特征及規(guī)律，文中引入了地質(zhì)累積指數(shù)(Index of geoaccumulation)指標。該指數(shù)亦稱為Muller指數(shù)，以往研究中通常用來評價環(huán)境污染異常等級[18-20]，近年來有研究者將其引入到礦產(chǎn)勘查中，用來圈定多元素綜合異常、提供有利找礦靶區(qū)[6,21-24]。

地質(zhì)累積指數(shù)表達公式為：

式中：Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；Cn為樣品中元素n的含量；BEn為研究區(qū)內(nèi)元素n的地球化學背景值；1.5為常數(shù)，用于消除由于成巖作用引起地球化學背景值的變動[25]。

根據(jù)試驗區(qū)土壤熱磁組分測量元素含量變化特征、元素間相關(guān)性、R型聚類以及元素異常分布等特征，文中選擇Mo、Cu、Ag、Te和W 等5個元素進行多元素綜合異常研究，采用“綜合地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)”對區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量Mo、Cu、Ag、Te和W多元素綜合異常進行評價[6]，經(jīng)計算統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分測量綜合地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)最大值為-2.49，最小值為-29.9，平均值為-15.6。利用多重分型(含量-求和法)確定以綜合地質(zhì)累積指數(shù)IGEO=-15為異常下限，當IGEO>-15時即為異常，圈定區(qū)內(nèi)綜合地質(zhì)累積指數(shù)異常如圖5所示。

結(jié)合圖1、圖5所示試驗結(jié)果可以看出，土壤熱磁組分測量多元素綜合地質(zhì)累計指數(shù)異常(IGEO)主要產(chǎn)于花崗閃長巖內(nèi)部及其外接觸帶，主體異常近北東向和東西向展布，在變質(zhì)粉砂巖中也有少量分布，但異常強度、規(guī)模差異較大。這反映出區(qū)內(nèi)土壤熱磁組分中Mo、Cu等5元素綜合異常的產(chǎn)出與花崗閃長巖體分布密切相關(guān)。

圖3 土壤熱磁組分中Mo、Cu元素logr-log[N(r)]散點圖及一元線性擬合結(jié)果

圖4 土壤熱磁組分地球化學異常圖Fig．4 Geochemical anomaly maps of soil thermomagnetic components

圖5 準蘇吉花礦區(qū)土壤熱磁組分綜合地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)異常圖Fig．5 Anomaly map of aggregative IGEO from soil thermo-magnetic in the Zhunsujihua copper-molybdenum deposit

準蘇吉花銅鉬礦床為一典型的斑巖型鉬(銅)礦床，鉬礦體主要產(chǎn)于花崗閃長巖體內(nèi)部北西向和北北西向斷裂部位，以及其與圍巖變質(zhì)粉砂巖的接觸帶部位，巖體內(nèi)部其他次級斷裂亦為成礦提供了有利空間。深部鉬礦體產(chǎn)出范圍(1 080 m中段礦體投影范圍)與Mo、Cu多元素組合異常(IGEO)產(chǎn)出位置基本一致，表明土壤熱磁組分測量多元素綜合異常為有效的地質(zhì)異常。

綜合考慮區(qū)內(nèi)地質(zhì)、地球化學特征，共圈出7個多元素組合異常(圖5)，其中TM-1、TM-2、TM-3和TM-4異常與常規(guī)土壤測量組合異常[10]基本一致，且TM-1、TM-2異常已被實際勘探工程驗證。TM-5、TM-6和TM-7為新發(fā)現(xiàn)的三個組合異常，其中TM-5異常強度高，規(guī)模大，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征分析，初步確定其為有利的找礦地段。

3.4 方法有效性分析

與常規(guī)土壤測量相比，土壤熱磁組分測量起到了消除風成沙干擾、強化異常的作用。相對土壤地球化學異常[6]而言，土壤熱磁組分異常規(guī)模更大，強度更高，濃度分帶清晰，除在已知礦(化)體位置發(fā)育強異常外，在已知礦體群外圍未知區(qū)也有明顯異常顯示，異常產(chǎn)出位置與已知礦體產(chǎn)出位置吻合，地表異常檢查過程中發(fā)現(xiàn)，多元素組合異常區(qū)內(nèi)存在不同規(guī)模礦化或礦化跡象，這表明土壤熱磁組分測量所圈定的多元素綜合異常為有效的地質(zhì)異常，同時也表明，土壤熱磁組分測量方法可以應(yīng)用到風成沙覆蓋區(qū)地質(zhì)找礦工作中，成為解決風成砂覆蓋區(qū)地球化學勘查找礦難題的有效手段。結(jié)合多重分形(含量-求和法)、“地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)”等統(tǒng)計方法，可快速、有效的確定異常下限，圈定多元素綜合異常，提供有利找礦靶區(qū)。

4 結(jié)論

1)準蘇吉花銅鉬礦區(qū)土壤熱磁組分測量元素異常在平面上呈現(xiàn)明顯的分帶性，以地表礦化露頭為核心，由內(nèi)向外依次為Mo-Cu-W-Te帶、Ag-Bi-In-Zn-Cd帶和As-Pb-Mn-Sb帶，所有元素異常均包含在Fe2O3異常之內(nèi)。

2)通過土壤熱磁組分測量，共圈出7個多元素組合異常，經(jīng)與已知礦體產(chǎn)出部位地質(zhì)特征的對比分析，初步確定TM-5異常為找礦有利地段，建議對其進行工程驗證，以期發(fā)現(xiàn)新的礦化體，在查明土壤熱磁組分地球化學為有效的地質(zhì)異常的同時，驗證了土壤熱磁組分測量的有效性和實用性。

3)土壤熱磁組分測量元素異常為有效的地質(zhì)異常，在風成沙覆蓋區(qū)通過土壤熱磁組分測量，配合多重分形(含量-求和法)和“地質(zhì)累積指數(shù)(IGEO)”等統(tǒng)計方法，可最大限度消除風成沙的干擾，快速、有效的確定異常下限，圈定多元素綜合異常，提供有利找礦靶區(qū)。

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