金屬活動態測量在東戈壁鉬礦找礦效果研究

楊剛剛，李方林，張雄華

（1.新疆地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國地質大學（武漢），湖北 武漢 430074）

近年來，隨著勘查程度的不斷提高，在地表找到新礦產的可能性越來越小，尋找隱伏礦成為近年來地球化學工作者關注的熱點[1]。20世紀70年代以來，國內外出現了大量能探測幾百米以下隱伏礦體的新理論和新方法。這些方法包括七十年代前蘇聯科學家Ryss和Goldberg提出的電地球化學方法(CHIM)[2]；八十年瑞典科學家Kristiansson和Malmqvis提出的地氣法(GEOGAS)[3]；九十年代美國地調所Clark等提出的酶提取法(ENZYMELEACH)[4]；九十年代澳大利亞Mann等提出的活動態金屬離子法(MMI)[5]；及中國八十年代末和九十年代初王學求等提出的金屬元素活動態提取方法(MOMEO)和動態地球氣納微金屬測量法(NAMEG)[6-7]。其中王學求等提出的金屬元素活動態提取方法(MOMEO)，經多年理論完善和實踐證明，逐漸走向成熟，并在礦產開發中發揮著重要作用。

前人曾運用金屬活動態測量法在我國不同景觀區、不同礦床上進行了一系列研究。如在西北干旱荒漠戈壁覆蓋區、黃土覆蓋區、東北原始森林覆蓋區、華北沖洪積物覆蓋區、南方濕潤第四系殘坡積層覆蓋區等分別展開過金、銅、鈾等多金屬礦床的找礦預測研究[8-17]，事實證明金屬活動態測量在指示隱伏礦體方面具其它傳統地球化學勘查方法無法比擬的優越性。東戈壁鉬礦是新疆發現的第一個大型隱伏斑巖型鉬礦，最大埋深達300多米，表層被幾十厘米至幾米的荒漠土和石質土所覆蓋，該礦床目前尚未開采，污染較少，是良好的實驗場地。筆者選取礦區蓋層中主成礦元素Mo，W和Cu進行了金屬活動態研究，詳細探討了金屬活動態測量法對隱伏斑巖型鉬礦指示效果及元素在土壤中活動態主要存在形式，為西北戈壁荒漠地區運用金屬活動態測量法尋找隱伏鉬礦床提供一定的參考依據。

1 金屬活動態測量法原理

王學求等認為金屬礦床及圍巖中[18]，與礦有關的超微細金屬或金屬離子、化合物會相應增多。這些超微細金屬或離子及化合物，在多種營力作用下(如地下水、離子擴散、氧化還原電位梯度、地氣流、蒸發作用、生物作用、毛細管作用等)向地表遷移。遷移到地表后，被上覆土壤或其它疏松物中的粘土礦物、鐵錳氧化物等地球化學障所捕獲，并在原介質元素含量的基礎上形成活動態疊加含量。使用適當提取劑將這些元素疊加含量提取出來，從而達到尋找和評價隱伏礦的目的。

表生條件下，金屬元素主要有以下存在形式：①水溶性鹽類(包括游離離子及可溶性化合物、絡合物)；②膠體形式或被膠體吸附；③呈離子或超微細顆粒吸附在粘土礦物表面，或呈可交換的離子態存在于粘土礦物之中；④有機絡合物及被有機質表面吸附；⑤游離自然金(對金而言)；⑥被鐵錳氧化物吸附或包裹；⑦碳酸鹽包裹；⑧與硫化物結合；⑨硅酸鹽晶格或缺陷中的金屬[6]。

上述形式中，①、②、③、④、⑥ 5種存在形式稱為活動態，這部分金屬易于遷移，有可能被各種營力長距離遷移，包括被上升氣體攜帶長距離遷移，從而反映深部礦化信息。這些形式的金屬可用較弱試劑提取出來。針對金屬活動態的提取，王學求等給出了金屬活動態兩個階段提取方案[15]。第一階段使用順序提取方法，將載體由弱到強依次溶解，使金屬元素釋放出來；第二階段是對提取液的處理過程，將第一階段釋放出的金屬溶解于溶液中。

金屬活動態提取主要包括以下4種形式：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有機質結合金屬；④鐵錳氧化物膜吸附或包裹金屬。金屬活動態提取流程如圖1[6]。

2 研究區景觀特征

研究區位于哈密市南110 km，雅滿蘇鎮西44 km處[19]，為典型荒漠戈壁區，屬大陸性干旱氣候，降雨量稀少，大部分地區年降雨量不足50 mm，蒸發量高達1 500 mm，在強蒸發作用下，土壤層形成堿性地球化學障。水源缺乏，幾乎無地表徑流，地下水位低，地勢較低的山區或低山丘陵區的干溝中有季節性洪流沖積物。寒暑變化劇烈，氣溫年差一般在40℃以上，夏季異常酷熱，最高氣溫達45℃，晝夜溫差大；植被稀少，風大沙多，干燥剝蝕作用和風力搬運作用強烈，地表普遍受到風塵沙影響。研究區地形南高北低，但起伏較小。地貌特點為低矮山地、丘陵和山間盆地交錯，在極端干旱條件下，經長期剝蝕作用和準平原化過程，該區逐漸演化為典型荒漠戈壁區。荒漠戈壁可分為以坡積物和殘積物為主的剝蝕戈壁、以沖積物和洪積物為主的堆積戈壁兩種亞景觀。研究區主要發育荒漠土、石質土和少量鹽土。土壤中水分和有機質含量極低，鹽漬化普遍，含有數量不等的易溶鹽分，土壤剖面中部易聚積成堅硬的鹽磐層。

3 研究區地質概況

研究區位于天山造山帶東段，覺羅塔格晚古生代島弧增生帶內。南部15 km為北天山與中天山分界斷裂帶阿奇克庫都克深大斷裂帶[20]。礦區出露下石炭統干墩組，為一套巨厚的陸源碎屑-碳酸鹽巖沉積建造，巖性主要為變質含礫砂巖、砂巖、泥質砂巖-砂質泥巖、泥巖、凝灰巖及安山巖。礦區南部溝谷中第四紀覆蓋層較發育。區內發育有NE、NW和近EW向3組斷裂，其中EW向斷裂最發育，與區域構造線方向一致。區內巖漿巖較發育，以花崗巖類為主，閃長巖類次之，可見部分安山巖出露，礦區中部有華力西晚期侵入的隱伏斑狀花崗巖體(圖2)[20]。礦體賦存于石炭系干墩組淺變質碎屑巖中，并分布于隱伏斑狀花崗巖體東側外接觸帶。礦體平面形態為不規則的近圓形，直徑1 500 m左右，面積1.58 km2。剖面中礦體呈似層狀-透鏡狀產出。礦石礦物主要由輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦、黑鎢礦和白鎢礦等組成。礦體埋深12.98～319.25 m，屬淺部隱伏礦床[20-21]。

圖1 金屬活動態提取流程Fig 1 Schematic of the MOMEO sequential leach scheme

4 樣品采集及測試分析

土壤剖面AA＇位于東戈壁鉬礦礦區東部1號主礦體之上，由南至北橫穿整個鉬礦區(圖2)。為防止污染，剖面已避開前人施工密集區域。每200 m采集一個樣，在礦體上方加密為100 m一個樣，剖面總長約6 km。為提高每個采樣點上的代表性并保證樣品重量，在采樣點附近20 m的范圍內進行3點采樣，并合并為一個樣品，采樣深度30～40 cm，即在弱膠結層中采集樣品，樣品重量不小于300 g，分別采集粗粒-4～+20目和細粒-160目兩種粒級的土壤樣品共70件，并測試樣品中Mo，Cu，W 3種元素全量含量；剖面AA＇中35件-160目細粒土壤樣品則進行元素活動態測試，元素活動態測試分析由中國地球物理地球化學勘查研究所實驗室完成，主要測試Mo，Cu，W 3種元素在水提取態、粘土吸附態、鐵錳氧化物態中含量。

圖2 東戈壁鉬礦地質簡圖Fig 2 Geological Sketch of the East Gobi Molybdenum Ore

5 研究區剖面異常特征

剖面AA＇地勢為南高北低，南部0～2.2 km主要為以沖-洪積物為主的第四紀堆積戈壁，覆蓋物相對較厚，弱膠結層細粒中粘土礦物含量最高達25%；北部2.2～6.0 km主要為以坡-殘積物為主的剝蝕戈壁，覆蓋物較薄，弱膠結層細粒中粘土礦物含量為10%左右(表1)。鉬礦體主要位于1.2～3.0 km，其中南部堆積戈壁區礦體埋深100 m以上(1.2～2.2 km)，剝蝕戈壁區埋深為20～50 m(2.2～3.0 km)(圖3中所示礦體僅反映相對延伸位置及發育程度，不表示深淺)。

由于研究區為典型戈壁荒漠區，植被稀少，土壤中有機質含量極低，因此，4種相態中僅測試-160目細粒土壤中Mo，W，Cu元素水提取態、粘土吸附態和鐵錳氧化物態3相態數據。

5.1 剖面AA＇元素活動態異常特征

由于各元素在不同相態中含量相差較大，且元素活動態與全量數據量級不同，為直觀反映同一坐標系中元素在不同相態和全量地球化學特征，采用各元素襯值含量（原始值/中值）替代原始含量作圖。同時為避免活動態在測試過程中由于偶然因素造成含量的高低跳躍，活動態數據采用兩點移動平均數據作圖。圖4、圖5均為元素相關含量襯值變化曲線圖。

從剖面AA＇元素活動態襯值變化曲線圖中可看到（圖4），Mo，W兩元素異常特征基本相似，三相態在剖面中均有一定的高值異常區。Mo，W兩種元素水提取態和粘土吸附態襯值變化曲線分布形態和元素異常強度基本一致，在礦體上方存在明顯的連續高值異常區，異常襯值最高分別為6.7和9.3，與礦體對應性好，但水提取態中Mo，W含量明顯高于粘土吸附態，在活動態總量中所占比例高達60.5%和51.1%，因此，水提取態為Mo，W元素主要存在相態，對礦體指示效果好。鐵錳氧化態中Mo含量低，僅為水提取態含量的1/5，襯值曲線呈鋸齒狀分布，波動性較強，與礦體對應性較差，對礦體指示意義不大。鐵錳氧化物態W襯值曲線為1.8～2.8 km，存在一個連續高值區，但曲線相對較平緩，含量和異常襯值較低，不適合作為指示相態。Cu元素活動態襯值曲線雖與Mo，W元素相似，但活動態Cu主要存在于鐵錳氧化物態中，該相態中Cu含量高，為活動態總量的91.2%，異常襯值最大為5.5，在礦體上方存在一個明顯的連續高值異常區，與礦體對應性好。水提取態和粘土吸附態中Cu含量相對較低，其中水提取態中Cu含量極低，平均值為0.09×10-6，僅為活動態總量的1.8%，襯值曲線變化平緩，無明顯高值區。粘土吸附態中Cu含量也較低，平均值僅0.33×10-6（表2），但在礦體上方存在一個相對平緩的連續高值區，與礦體對應性好，該相態對礦體也有一定指示意義。

表1 東戈壁鉬礦不同景觀區弱膠結層細粒級土壤中礦物含量統計表Table 1 Statistics of Mineral Content in Fine-grained Soil at Weak Cementation Layers in Different landscapes in the East Gobi Molybdenum Ore 單位：%

圖3 剖面AA＇地形景觀示意圖Fig 3 The schematic diagram of terrain and landscape in the Section AA＇

Mo，W，Cu元素活動態總量占土壤全量比例大小不同，其中W僅為2.3%，元素主要以穩定態形式存在于殘渣態中。其中Mo，Cu活動態所占比例相對較高，平均為12.3%和14.3%，最大比例達34%和27%。Mo主要存在于水提取態中，Cu主要存在于鐵錳氧化物態中，二者在礦體上方異常襯值大，與礦體對應性好，是良好的活動態指示元素。雖W元素活動態總量占土壤全量比例相對較低，一般僅為2.3%，最大比例也僅為3.4%，但W元素在水提取態中異常襯值大，異常連續性好，與礦體對應性較好，可作為良好的活動態指示元素（表2）。

5.2 剖面AA＇元素活動態與全量異常特征對比

從圖5中可看出，4-20目粗粒土壤中Mo，W，Cu 3種元素在剖面中有相似變化特征，即在礦體上方存在一個明顯的高值異常區（1.2～3.6 km），異常襯值高，連續性好，并在地勢高、覆蓋薄、礦體埋深淺的剝蝕戈壁區礦體上方2.2～2.8 km達到最大，該區域中Mo，W元素異常襯值最高12和24.5，明顯高于細粒級土壤中元素全量和活動態異常襯值。而-160目細粒土壤中Mo，W，Cu元素含量低，異常襯值小，襯值曲線變化平緩，沒有明顯的連續異常高值區。Mo，W元素僅在埋深淺的主礦體上方出現2～3個高值點，而Cu元素沒有明顯高值點，因此，-160目細粒級土壤全量不能有效反映礦區真實的地球化學特征。細粒級土壤中Mo，W水提取態和Cu鐵錳氧化物態襯值曲線在礦體上方存在一個明顯高值異常區，但存在兩個高峰異常區，第一個高峰異常區在剖面南部1.2～2.2 km的堆積戈壁區，異常襯值大，連續性好，異常強度明顯高于粗細兩粒級土壤全量在該區域中的強度。第二個高峰異常區位于中部2.4～2.8 km的剝蝕戈壁區，異常襯值小，明顯低于粗細兩粒級土壤全量在該區中的襯值。

元素活動態異常高值區與元素全量異常高值區所在位置相差較大，主要與礦體埋深、覆蓋層發育程度及弱膠結層中礦物組成有關。剖面南部堆積戈壁區隱伏礦體上方，由于覆蓋層較發育，弱膠結層細粒級土壤中粘土礦物、鐵錳氧化物含量都較高，在近地表形成了較強的地球化學障，能有效捕獲深部遷移上的活動性金屬元素，并以不同形式卸載于土壤中，形成元素活動態二次疊加，提取這部分活動性金屬元素含量能反映深部礦化信息。剖面中部剝蝕戈壁區隱伏礦體上方，雖礦體埋深淺，但地勢高、覆蓋層不發育，覆蓋物以坡-沖積物為主，弱膠結層土壤中可見大量粗粒巖屑顆粒，細粒級土壤所占比例小，且后生粘土礦物和鐵錳氧化物所占比重也較低，活動性金屬元素不能及時有效的被捕獲沉降下來，元素活動態二次疊加作用較弱，元素主要以穩定態形式存在于弱膠結層礦物中，因此，剝蝕戈壁區粗粒土壤全量更能有效反映區域地球化學異常。

圖4 東戈壁鉬礦剖面AA＇元素活動態襯值變化曲線圖Fig.4 Variation Curve of Contrast Values of the Mobile Forms of Elements in the Section AA＇of East Gobi Molybdenum Ore

表2 東戈壁鉬礦剖面異常區元素活動態含量統計表Table 2 Statistics of the Content of the Mobile Forms of Elements in Abnormal Areas of the Section of the East Gobi Molybdenum Ore

圖5 東戈壁鉬礦剖面AA＇元素活動態襯值與元素全量襯值變化曲線圖Fig 5 Variation Curve of Contrast Values of the Mobile Forms of Elements and Total Concentrations in the Section AA＇of East Gobi Molybdenum Ore

6 結論和認識

(1)從土壤中元素全量和元素活動態襯至變化曲線圖中可發現，4～20目粗粒中元素含量高，異常襯值大，礦體上方有明顯的連續高值異常區，并在剝蝕戈壁區主礦體上方達到最大，是剝蝕戈壁區良好的采樣粒級。鉬、鎢元素的水提取態和銅元素的鐵錳氧化物態與土壤全量相比，在埋藏深、覆蓋厚的堆積戈壁區礦體上方具更明顯的異常顯示，異常襯值高，連續性好，因此，金屬活動態測量法在堆積戈壁區對隱伏礦體具較好的指示效果。

(2)鉬、鎢元素主要以可溶性酸根離子形式存在于水提取態中，活動態銅則主要存在于鐵錳氧化物態中。據王學求的遷移模型，認為東戈壁鉬礦中成礦及指示元素在多種地質營力共同作用下，由礦體遷移至近地表基巖附近，并在強烈的蒸發作用下遷移至地表弱膠結層中，被粘土礦物、鐵錳氧化物等吸附并卸載于土壤中，在表生條件下轉化成可溶性酸根離子或離子團，被膠體吸附，形成活動態的二次疊加含量。元素活動態主要存在形式及疊加強度，與元素性質，礦體埋深，覆蓋層發育程度，區域景觀及氣候特征都具密切聯系。

(3)初步研究認為金屬活動態測量對堆積戈壁區隱伏鉬礦具有較好的指示效果，可在類似景觀找礦有利區中進行推廣和應用，尋找隱伏礦床。

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