便攜式XRF在有色金屬礦山地質勘查中的應用范圍與方法
——以沙溪斑巖型銅礦為例

李孜騰，肖福權

（1.安徽省地質調查院，安徽 合肥 230001；2.銅陵有色金屬集團股份有限公司礦產資源中心，安徽 銅陵 244000）

便攜式XRF分析儀是一種使用能量色散X射線熒光分析的儀器，具有輕便、快速、高效、低投入等優勢。現場分析中能夠實時獲取數據的特點，目前還難用其它方法予以替代。但表面污染、礦化不均勻等因素影響了測試結果的精度，致使便攜式XRF在有色金屬礦山地質勘查工作中的應用尚處于探索階段。

本文通過在沙溪斑巖型銅礦的礦體邊界圈定工作中引入便攜式XRF分析儀，探索便攜式XRF在有色金屬礦山地質勘查中的應用場景與方法。

1 背景及研究對象

1960年～1970年，英國地質調查所、原子能局、美國原子能委員會合作，研制出攜帶式放射性同位素X射線熒光儀[1]。1983年能量色散X熒光分析技術于首次應用于國內某火山巖型金礦，并取得了一定的效果。此后，便攜式XRF逐步引入礦產勘查[2,3]：貴州某金礦遠景區，通過應用便攜式XRF較為快速的圈定了找礦靶區[4]；四川省會理縣通安區老廠地區學者應用便攜式XRF進行了快速靶區圈定。

由于礦化的不均勻性，前人研究多局限于小比例尺的靶區、遠景區圈定，大比例尺的礦山地質工作、樣品分析等較為罕見。

近年來，隨著低品位資源開發利用率越來越高，礦山地質勘查愈發依賴實驗室分析。圈定礦體往往需要全工程取樣，導致成本高企、效率低下。如沙溪銅礦就是一個品位低、共伴生有用組分復雜的斑巖型銅礦床，工業礦體的邊部及中心常見低品位礦石，礦體邊界難以判定，只能通過樣品測試圈定礦體。傳統的取樣、化驗分析方法工作量大、效率低。若能將現場X熒光分析技術應用于沙溪銅礦床的地質巖心和坑道巖壁的化學分析，并控制其可靠程度，將極大程度提高礦山地質工作的效率。因此，以沙溪斑巖型銅礦床作為基于便攜式XRF的有色金屬礦山地質勘查研究對象具有較好的代表性。

2 研究方法

研究步驟：①確定儀器讀數穩定性及測試樣品時長；②國家標準含銅樣品的測試；③巖心粉末樣品測試；④巖芯樣品測試；⑤坑道刻槽粉末樣測試；⑥坑道巖壁測試。通過將XRF試驗結果與傳統化驗結果對比評價其測試成果的準確性和實用性。同時，試驗過程中探索獲取穩定測試數據的方法。

本次研究使用的儀器為NITON XL3t XRF Analyzer手持式元素分析儀，由美國Thermo Niton公司生產。該儀器具有體積小、分析速度快、功能多、可對各種礦石進行多元素分析，研究采用儀器分析類型中提供的礦石Cu/Zn分析模式進行各類樣品中元素的分析；國家標準樣品來源于武漢綜合巖礦測試中心，樣品具備《礦石成份分析標準物質證書》；粉末樣品試驗階段的樣品選用分析樣品的正樣，數據可靠。

本次的測試方法分兩種。粉末樣：①將待測樣品按順序擺放對應的袋裝樣品；②將封口的樣袋置于儀器專用的臺式測試架樣盒內，保證樣品完全遮蓋探測器窗口，且樣袋下表面與儀器探頭貼平；③合上樣盒上蓋，壓實盒中樣袋；④啟動設備分析；⑤對全部樣品重復以上測試步驟，對測試結果進行統計分析。巖心與巖壁：直接對巖心表面及巖壁刻槽進行測試，每段測試區間1.5m，測試點300個，取平均數為對應樣品分析結果，其余步驟不變。

3 分析測試結果

儀器采樣時間是可變的。需根據測試對象的特點、測試精度要求及時間效率來確定采樣時長。為方便數據對比，需保持所有樣品數據讀取節點一致。本次共采集了15個測點（樣品）的數據，對同一個測點分別用6、8、10、12、14、、16、18、20、25、30秒共十個時間長度進行測試，并記錄各測點的讀數。

考慮到含量高低的變化對測試穩定時間的影響，選擇了含量大致均勻分布（0.012%～4.51%）的樣品。試驗結果顯示，沙溪銅礦樣品測試取20秒激發和讀數時間可較好的兼顧樣品品位變化和測試效率，達到較好的測試效果（圖1）。

圖1 采樣時長與元素分析結果變化趨勢圖

為驗證XRF儀器測量精度是否達到要求，對五個國家標準含銅樣品進行了測試。樣品狀態為粉末狀，礦石類型有銅礦石、鉛礦石、鋅礦石和鎢礦石。

由表1可知：便攜式XRF元素儀對國家標準樣品的測試可取得符合要求的結果，認為后續試驗研究具有良好的基礎。

表1 國家標樣測試成果及誤差表

隨后筆者分別對巖心粉末、巖心表面、坑道刻槽粉末、坑道巖壁四項內容進行了測試，分析統計后得到結果，如表2。

表2 分析結果對比表

由表2可知粉末樣分析結果合格，但塊狀樣品分析結果合格率較低，不能滿足地質樣品測試需求，僅能提供半定量分析。

為節約測試成本，取得巖心、巖壁半定量分析最低所需點密度，對二者測試結果進行數據抽稀。將抽稀后數據相關性控制在80%以上，得到結論：一個地質樣段采用40～50個均勻分布的測點即可代表該樣品的平均品位。

4 結果分析

由上述實驗結果可知，粉末樣實驗結果可達到定量要求，但對地質對象的直接測量結果多僅達半定量水平，原因如下：厚度約1mm巖石薄片，一面分布黃銅礦，另一面沒有銅礦分布，用XRF分別對兩面進行測試，其結果差別很大。便攜式XRF分析儀只能反映分析對象表面的元素含量，射線穿透能力很弱。

因此在用XRF方法分析時，直接對巖芯和巖壁的分析方式看，儀器給出的僅僅是面的含量甚至是線含量，它無法反映巖石內部的含量情況，數據采集和處理方式直接決定其最終結果的代表性。

故在大比例尺有色金屬地質勘查中，采取多點測試、均勻取點、綜合平均的測試和處理方法對巖芯及巖壁的試驗結果具有一定的穩定性作用。重點地段可現場初步粉碎樣品測試，獲得數值可直接用于礦體圈定。

5 主要結論

通過上述分析研究，明確了便攜式XRF分析儀在沙溪斑巖型銅礦大比例尺地質勘查、礦體圈定工作中的適用范圍，總結了獲得合格數據與穩定數據的操作方法。可進一步推廣至其他有色金屬礦床。

①樣品測試取20秒激發時間可兼顧樣品品位變化和測試效率，達到較好的測試效果；②便攜式XRF的粉末樣檢測效果較好，可達到定量分析的要求，應于重點地段開展；③使用XRF直接讀取巖芯、巖壁表面的數據，可滿足定性或半定量分析需求；④用XRF分析巖芯時，獲取穩定樣段含量的最低樣點密度為每段40個～50個均勻采樣點。