沙泉子隱伏銅鎳礦地球化學勘查方法試驗

劉漢糧，王學求，張必敏，劉東盛，郭守棟

(1.中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所，廊坊，065000；2.甘肅省地質礦產勘查開發局 第二地質礦產勘察院，蘭州，730020)

隨著礦產勘查程度的日益提高，淺表礦特別是出露礦已發現殆盡，地質找礦的主體對象逐步轉向深部及覆蓋區，這就要求地質工作者轉變思路，應用更有針對性的勘查技術和方法。近十幾年來，深穿透地球化學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出的直接信息的勘查地球化學理論與方法技術[1]。這些方法技術包括瑞典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，前蘇聯的電地球化學方法(CHIM)、元素有機態法(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法(MOMEO)[6-7]。研究表明，土壤中細粒級物質的吸附作用和可交換性能是活動態元素的天然“捕獲井”，可以將深部遷移的信息捕獲，因此，細粒級物質測量雖說是一種常規地球化學勘查方法，但其具有一定程度的深穿透特征[8]。在干旱戈壁荒漠區，由于受風成砂土的影響，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粒全量測量、粘土吸附態測量和地電化學測量，研究各種勘查方法在該區的有效性。

1 研究區景觀及地質特征

干旱戈壁荒漠景觀是我國一種特殊的地球化學景觀，其分布范圍較廣，主要包括祁連山、阿爾金山、西昆侖山以北，賀蘭山以西區域，總面積約為210×104km2。該區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多年來系統的勘查和研究工作不足[9]，針對當地覆蓋特點的化探找隱伏礦技術和方法亟待開發。

沙泉子銅鎳礦區位于新疆哈密市東南方向170 km，有312國道穿過，國道至礦區有7 km便道，交通較為方便，礦區為起伏的低山丘陵區，海拔高度約1 500 m～2 375.2 m，相對高差一般數十至數百米，最大相對高差700 m左右。

礦區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-酸性侵入巖經受區域變質作用形成，為區內基性-超基性雜巖體的主要圍巖。該區構造較復雜，主要為斷裂、褶皺和單斜構造。斷裂構造主要為沙泉子深大斷裂及其次級斷裂，北部及中部表現為單斜構造，南部褶皺構造主要為白虎關復背斜。侵入巖在該區分布廣泛，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，分布于該區中部，呈北東向不規則巖枝狀產出，在地貌上形成北東向山脊[10-13]。

圖1 沙泉子銅鎳礦地質簡圖及工作部署圖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，作為方法技術有效性試驗及精測剖面，開展土壤微細粒測量、金屬活動態測量(粘土吸附態)、地電化學測量的有效性試驗，按點距80m采樣。面積試驗開展土壤微細粒測量、金屬活動態測量(粘土吸附態)、地電化學測量的地球化學勘查方法研究，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距離范圍內的3～5個子樣組合而成，每個樣品重不少于500 g。地電化學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 試驗結果與討論

3.1 土壤組分及粒級試驗分析

元素在表生環境下的分散、富集與土壤組分和理化性質具有密切關系。對試驗區內10件土壤樣品進行了X射線粉晶衍射分析，結果見表1。從結果可以看出，覆蓋層-120目細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)。

對背景區和礦體上方不同粒級土壤樣品進行元素全量分析，結果見圖2。可以看出,無論在背景區還是礦體上方Cu、Ni元素的含量與土壤粒級呈明顯的相關關系，即粒級越細，元素含量越高。

表1 土壤X射線粉晶衍射分析結果

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

為研究地球化學勘查方法的有效性，在穿越礦體上方和找礦靶區開展精測剖面(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)土壤微細粒全量、粘土吸附態、地電化學出現明顯異常，效果較好；在Σ19號靶區上方(即SY1-19，超基性巖體上方，銅鎳礦體就產于該時代的巖體內)土壤微細粒全量、粘土吸附態、地電化學也均有異常顯現，但強度不一。

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

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)，對各種地球化學方法分析結果做等值線圖，并將礦體平剖圖疊加在等值線圖上方，以呈現元素的地球化學分布特征，以及異常與礦體的對應關系(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土壤微細粒全量地球化學圖Fig．4 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the fine particle total measurement

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

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

從圖4可以看出，土壤微細粒全量成礦元素地球化學分布基本一致，地球化學圖形狀相似，主要分布在實驗區東南部，呈條帶狀分布，異常對應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域完全一致，異常將該巖體包裹其中，已知銅鎳礦就產在該巖體內，同時該異常濃集中心高，同時在實驗區東西邊側都未閉合。同時在實驗區中部顯現1處異常，分帶清晰，濃集中心較高，此處異常與Σ19號靶區相吻合，同樣該處也為基性-超基性巖體。礦體上方和Σ19號靶區均有Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合。土壤微細粒全量測量能很好地反映出深部銅鎳礦體的產出位置和產出形態，并可以提供靶區找礦線索。

從圖5可以看出，粘土吸附態Cu、Ni元素地球化學分布基本一致，異常主要分布在實驗區東南部，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，而已知銅鎳礦就產于該巖體內，濃集中心高且處在礦體上方，在實驗區東側未閉合，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，地電化學測量成礦元素地球化學分布較為一致，異常主要分布在實驗區東南部，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號靶區和礦體異常連成一片，形成整體異常。礦體上方和Σ19號靶區具Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合。實驗區北角和東南角也顯現異常，濃集中心高且異常未閉合，這兩處異常是土壤微細粒測量和活動態測量未發現的異常，有待查證。

4 結論

1)試驗區內-120目細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關系，即粒級越細，元素含量越高。

2)成礦元素在實驗區內有兩處Cu-Ni-Cr-Co多元素異常組合，一處為已知礦所在區域(實驗區東南部)，一處為Σ19號靶區(實驗區中部)，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。

3)土壤微細粒全量測量、粘土吸附態測量和地電化學測量的成礦元素地球化學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；土壤微細粒全量測量和地電化學測量能夠圈定Σ19號靶區，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粒全量測量的成礦元素地球化學異常分布與礦體和找礦靶區吻合度最高。

4)在該區尋找隱伏銅鎳礦中，可利用土壤微細粒測量、地電化學測量和粘土吸附態測量相結合的方法縮小找礦靶區，并根據化探異常特征，結合異常所處的地質環境，對異常進行評價，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。

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

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