地球電化學方法在秦嶺柳梢溝金礦找礦預測中的應用

張有軍，羅先熔，段煥春，韓彩云，苑鴻慶，宋艷偉，李智芳，高楊

(1.桂林理工大學a.地球科學學院;b.隱伏礦床預測研究所;c.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室，廣西桂林541004;2.華北地質勘查局，天津300170;3.武警黃金部隊第九支隊，?？?71127)

地球電化學勘查法不同于常規的物化探法，它是把兩者有效結合起來而組成的一種方法。國內外學者運用地球電化學開展了大量的找礦可行性實驗研究[1－6]。其自20世紀80年代引入我國后，運用在不同覆蓋區進行找礦研究[7－14]，如華東沖積平原、華南第四紀覆蓋區、東北原始森林覆蓋區、西北干旱的荒漠和戈壁區、內蒙草原覆蓋區等，開展了金、銀、銅鎳、鉛鋅等金屬礦的找礦，取得了良好的效果。

為了在秦嶺造山帶尋找盲礦和已知礦體外緣找礦，選取秦嶺及秦祁昆地區3個礦區開展地電提取研究工作。結合礦區地質背景，通過對柳梢溝等不同礦區地電提取的主成礦元素分析，采用襯度異常法等多種地質統計學方法對主成礦元素進行處理，探究單元素異常和襯度累加異常的示礦效果和在靶區圈定中的作用，進而探討地球電化學找礦方法的可行性和有效性。

1 地質背景

秦嶺造山帶是中國大陸華南、華北板塊之間歷經長期多次復雜演化形成的大陸造山帶，大體經歷了晚太古代—中元古代造山帶結晶基底形成發育、晚元古代—中三疊世板塊構造演化及全面碰撞造山、中新生代強烈的陸內構造作用的3個主要演化階段[15－17]。伴隨造山帶復雜的形成演化活動而發生了成礦作用，其以成礦時間跨度大、礦床類型繁多、成礦規模大、分布范圍廣、儲存條件復雜為特征[18]。其中，西秦嶺地區是重要的金、銀、鉛、鋅等多金屬成礦帶，柳梢溝金礦集區位于該多金屬成礦帶中。

柳梢溝金礦集區位于太陽寺斷裂和黃家坪斷裂之間(圖1)，東、南、西側分別有磨扇溝巖體、太白巖體和天子山巖體。區內基底為元古代秦嶺群，出露的主要地層為下古生界丹鳳群和泥盆系的大草灘群。其中，丹鳳群的黑灣里巖組、木其灘組為該區的主要賦礦地層[19]，區內大量發育斷裂構造和晚三疊紀的侵入巖，巖體主要以中酸性為主，且與成礦作用在時空上有密切聯系。

圖1 西秦嶺柳梢溝礦集區地質簡圖[19]Fig.1 Sketch geogogy map of Liushaogou district，West Qinling Orogen

2 方法技術

2.1 原理與測試

地電化學方法是借助外加電場作用，將有效域內呈活動態的金屬離子遷移到指定接收器，并分析接收器上吸附的電解物，可以發現與礦有關的金屬元素異常[20－21]。地電提取技術規范[5]:①離子接收器，由導電能力強的碳棒和除去雜質泡塑組成;②電提取技術參數:供電電壓9 V，提取極距1 m，提取液為15%硝酸，供電時間48 h。

2.2 數據處理

為了研究地電提取的主成礦元素數據能否更清晰地指示隱伏礦體的賦存位置，在甘肅柳梢溝銀多金屬礦集區開展了試驗研究，并對本研究組在尕大阪和周庵礦區的地電提取數據(表1)一并利用異常襯度法等多種方法進行處理。異常襯度法具有強化弱異常、突出多元素套合異常的特征[22]。襯度異常法處理后的數據為無量綱的數值，而且平均值為1。筆者在對地球電化學數據進行襯度處理時，不僅考慮單元素的襯度異常，而且進一步探究了累加襯度異常的作用，更好地利用累加元素這一地化指標的優勢。

2.2.1 單點襯度值單點襯度值(K，無量綱量)是指每個采樣點的某一元素原始值與該元素的背景值之比。當K＞1時，為相對富集;當K＜1時，為相對貧化。因此，該值可以用來指示元素的相對富集和貧化的程度。

2.2.2 單點襯度累加值在不同類型的礦床中，同種元素的單點襯度值K變化范圍非常大。但是統計結果表明，對于同一礦床中的主伴生元素，單點襯度值的變化不大，符合正態分布。因此，通過對同一礦區地電提取元素的單點襯度值求其背景值，同一研究區不同元素單點襯度值的背景值變化范圍不大(圖2)。因此，結合主成礦元素的伴生關系、地電提取元素的相關性分析、聚類分析及因子分析，合理地把主成礦及伴生元素的單點襯度值進行累加(如表1中帶*元素)，探究襯度累加值的示礦效果和累加主成礦元素襯度異常在圈定靶區中作用。

單點襯度累加值(∑K)指同一研究區不同測試元素的單點襯度值(K)之和，即∑K=K1+K2+…Kn(K為不同元素的單點襯度值，n為自然數)。在圈定靶區時，可以再對單點襯度累加值(∑K)求其背景值及異常下限，探尋累加襯度異常法在已知礦體上和靶區圈定中的指示意義。

表1 不同研究區地電提取元素數據Table 1 Geo-electrochemical datum from different study areas

圖2 不同礦區單點襯度值的背景值變化特征Fig.2 Background value of simple point contract values in different ore district

3 已知礦體上方的可行性試驗

分別對3個礦區已知剖面上的地電提取單元素異常、襯度累加異常特征進行分析。

3.1 東秦嶺周庵礦集區

周庵銅鎳－鉑族礦床位于南陽盆地西南緣，構造上屬于秦嶺造山帶東段商丹斷裂帶以南的南秦嶺造山帶[22－27]。如圖3所示，在12號勘探線剖面線上，B區段明顯出現了較大規模和強度的Cu、Ni、Cr、Co和Ag單元素地電提取異常，呈鋸齒狀，且異常較為同步、吻合程度較高;在A和C異常區段，也出現強度不等的單元素異常，可能是由于礦體兩側邊緣帶引起的。然而，A、B、C、D這4個規模和強度不同的異常，其單元素異常不能清晰地反映出礦體所賦存的位置。而單點襯度累加值(∑K)在B異常區段明顯出現了較大規模和較大強度的組合異常(圖3c)，異常呈“山”型，異常強度及規模比兩側A和C異常區段明顯，表明礦體上方的異常強度比礦化(帶)的異常強度大，對于指示礦體位置具有一定的優勢。

圖3 周庵礦區12號測線地電數據處理前后異常對比剖面圖(據文獻[24]修改)Fig.3 Anomalies comparison of Line 12 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Zhou'an mine

3.2 青海尕大阪銅多金屬礦集區

尕大阪礦區位于秦祁昆晚加里東造山系祁連造山亞帶[30]，成礦區帶屬于北祁連成礦帶走廊南山銅多金屬成礦亞帶[31]。如圖4所示，單元素異常和累加襯度異常都集中在4～9號測點，出現了Cu、Pb、Zn和Au地電提取異常，異常呈單峰出現，強度較大，且異常吻合程度較高，示礦效果明顯。在礦體的上方，單點襯度累加值(∑K)異常形態出現了明顯的高強度單峰異常，異常位于主礦體的垂直投影上方，可以清晰指示礦體所在位置(圖4c)。

3.3 西秦嶺柳梢溝礦區

在西秦嶺柳梢溝礦區1000號勘探線的已知礦體(圖5)，單元素和襯度累加異常都集中在剖面7～16號測點(A區段)和24～30號測點(B區段)。在A區段，Au、Ag、Cu和Pb單元素電化學異常(圖5b)強度和規模較大，呈單峰分布，且異常吻合程度較高;在B區段，Au、Ag、Cu、Pb和Zn單元素異常單峰分布，且異常吻合程度較高，但異常強度和規模明顯比A區段的異常弱。單點襯度累加值在A區段和B區段也出現了異常，A區段的異常強度較高，呈偏“兔耳狀”，有明顯的示礦優勢(圖5c);在B區段也出現了弱的異常，異常形狀也呈偏“兔耳狀”，經工程驗證，在深部見到細小的礦脈。因此，可以看出襯度累加異常的強度與礦體的規模成正相關。

圖4 青海尕大阪7號測線地電數據處理前后異常對比剖面圖(據文獻[23]修改)Fig.4 Anomalies comparison of Line 7 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Gadaban

圖5 柳梢溝1000測線地電數據處理前后異常對比剖面圖Fig.5 Anomalies comparison of Line 1000 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Liushaogou ore district

4 柳梢溝金礦找礦標志和找礦預測

4.1 找礦標志

(1)地質標志:從柳梢溝金礦成礦條件和控礦因素可知，丹鳳群的黑灣里巖組、木其灘組的黃鐵礦化石英巖、絹云母石英片巖、糜棱巖、碎裂巖等是在該地區找礦的地層標志;區域大斷裂附近的EW向、NE向次級斷裂蝕變構造帶、片理化帶內，是主要的控礦構造，也是找金的重要標志。

(2)化探異常標志:土壤地球化學測量Au、Ag、Cu、Pb、Zn異常帶為有利找礦地段。

(3)地球電化學標志:地電提取以Au、Ag、Cu、Pb、Zn異常為主，在已知礦體上方，具有較好的示礦效果。

已知礦體上方的地電提取試驗結果表明，單元素和襯度累加異常地化指標示礦效果較好。因此，綜合上述找礦標志和礦區地質特征，建立柳梢溝金礦地質－地電化學找礦模型如圖6。

4.2 找礦預測

按照研究思路，從已知到未知，由點到線及面，根據已知剖面的研究，在柳梢溝礦區外圍開展了地區電提取找礦預測。

4.2.1 平面異常特征地球電化學異常中，Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素異常規模較大，三級濃度分帶明顯，異常主要位于賦礦地層丹鳳群的黑灣里組e層((Z－O)he)絹云石英片巖與d層((ZO)hd)綠泥綠簾片巖夾絹云石英片巖內，有斷層F15穿過，各元素異常套合較好，異常軸線延伸方向與斷裂走向一致(圖6a～6e)。在F16斷裂的分支交匯處，均有Au、Ag、Cu、Pb、Zn異常的分布。

利用襯度累加異常，結合地質背景圈定了5處內中外帶發育完整的異常帶(圖6f):∑-1異常帶內有兩個濃集中心，位于斷裂的交匯處;∑-2異常帶位于(Z－O)he與泥盆系何家店組(Dh3)之間的韌性剪切帶內;∑-3主要位于(Z－O)hd中，其南邊為斷層F15穿過;∑-4和∑-5分別位于(ZO)he和(Z－O)hd中。

4.2.2 找礦預測根據地電提取單元素和襯度累加異常特征，結合研究區的地質條件，按照找礦潛力的大小，在該區劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類找礦靶區(圖7)。其中:Ⅰ類靶區1個;Ⅱ類靶區2個(Ⅱ－1、Ⅱ－2);Ⅲ類靶區1個。

Ⅰ類靶區位于研究區的西南側，跨越PⅠ、PⅡ、PⅢ3條測線，面積約0.048 km2。Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素和襯度累加值均出現較為明顯的異常，二者吻合程度較高，異常所處地質部位成礦條件優越，推測在Ⅰ類靶區深部是尋找隱伏礦的最佳有利部位，建議加大在Ⅰ類靶區找礦的地質研究工作，達到尋找隱伏礦目的。

Ⅱ－1類找礦靶區的北部，橫跨PⅢ、PⅣ、PⅤ3條測線，面積約0.027 km2。Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素和襯度累加值均出現較為明顯的異常，二者吻合程度中等，異常所處地質部位成礦條件優越，推測在Ⅱ類靶區深部是尋找隱伏礦的有利部位，建議加大在Ⅱ類靶區找礦的地質研究工作。

Ⅱ－2類找礦靶區的北部，橫跨PⅤ、PⅥ2條測線，面積約0.018 km2。Au、Ag、Cu、Pb單元素和襯度累加值均出現較為明顯的異常，吻合程度中等，位于(Z－O)he絹云石英片巖與何家店組第三段(Dh3)絹云母板巖、變長石石英砂巖分界的斷層(F16)破碎帶內，軸線延伸與斷層破碎帶走向一致。

Ⅲ類找礦靶區位于研究區中部，斷層F15與F16之間。Au、Cu、Zn單元素和襯度累加值均出現明顯的異常，二者吻合程度一般，異常位于黑灣里組e層絹云石英片巖中。

總之，該區處于西秦嶺重要的金、銀、鉛、鋅等多金屬成礦帶上，褶皺、斷裂較為發育，斷裂有區域性東峪－太陽寺斷裂等，褶皺主要發育于店子上－太陽寺推覆體內，總體為一復式向斜。礦區的西北、南部、北東側分別與天子山、太白牙、磨扇壩等具多期侵入活動的中酸性、酸性的侵入體相鄰，賦礦地層為丹鳳群木其灘巖組和黑灣里巖組，長期持續的變質作用和構造運動，可以說本區有良好的成礦“源－運－儲”地質條件。

5 結束語

研究地球化學異常是化探找礦的最基本、最重要的任務之一，不僅具有重要的理論意義，而且具有重要的實際找礦意義。前人研究表明，在找礦工作中綜合利用組合元素異常，使勘查地球化學找礦信息更加可靠。然而，同一研究區不同測試元素的單位量綱不同，不利于進行不同數量級的指示元素組合研究。因此，筆者在常規的數據處理方法的基礎上，首先進行襯度處理，然后結合礦石中成礦元素的伴生關系、地電提取元素的相關性分析、聚類分析及因子分析，把不同元素的襯度值進行累加，再對累加襯度值求取背景值及異常下限，更加深入地探究累加襯度異常在找礦中的效果。

圖6 西秦嶺柳梢溝礦區地球電化學提取異常平面圖Fig.6 Anomalies of geo-electrochemical elements in Liushaogou district，west Qinling

圖7 西秦嶺柳梢溝礦區地球電化學找礦預測靶區Fig.7 Geo-electrochemical prospecting predicting target in Liushaogou district，west Qinling

(1)在秦嶺地區開展地球電化學提取試驗，單元素異常和累加襯度異常綜合分析表明，地球電化學找礦方法在該地區尋找隱伏金銀銅等金屬礦床是可行、有效的。

(2)通過示范研究，總結出地球電化學的找礦指標，建立了柳梢溝地質－地球電化學找礦模型，在該地區尋找類似的隱伏礦床是適用的。

(3)在柳梢溝礦區，綜合利用單元素異常、單點襯度異常和累加襯度異常，圈定了4個規模不等異常靶區。靶區的軸線延伸方向與該區的斷裂走向一致，與秦嶺造山帶的主構造線方向一致，推測其具有較大的找礦遠景。

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