冲积平原区隐伏金属矿地气法试验研究

高玉岩，汪明启，夏修展，王 涛

（中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083）

0 引言

随着寻找露头矿难度的加大，目前国内外找矿的重点已由寻找近地表矿逐步向寻找隐伏、半隐伏矿转变。我国覆盖区面积巨大（约占全国陆地总面积的1/3以上），而且许多地区具有良好的成矿远景。这类地区由于覆盖原因，只有能穿透覆盖层影响的特殊找矿方法才可能发挥作用。地气法正是利用了覆盖层能保存由下部迁移上来携带矿体信息的地气物质这一特性，是颇具广泛应用前景的隐伏矿勘查方法之一［1－2］。

地气法于20世纪80年代末引入我国，并在理论探索、方法有效性、试验不同矿种、不同覆盖条件等方面作了许多研究工作［3－10］。自2000年以来，随着采用液体捕集剂和ICP-MS分析方法［11］，使得地气物质捕集效率和重现性大大提高［12－13］，测试数据的可靠性也得到进一步提高，地气现象的存在得到肯定。

近年来，在国家自然科学基金项目、国家863计划项目和中国地质调查局项目的资助下，通过试剂提纯、使用超静环境和捕集装置的改进，使得地气测量方法得到进一步完善，不仅可测定其元素含量，而且可测定其同位素组成并示踪其物质来源［14］。这为地气法的理论研究和实际找矿方面提供了技术上的有力支持。

目前学界比较认可的地气物质形成和迁移机制是：隐伏矿体及围岩或伴生的指示元素，经某种机制（如氧化作用）形成纳米级微颗粒，在一种或几种机制共同作用下，垂向向上迁移至覆盖层形成上置晕［15］。

本文将通过介绍地气法在冲积平原区（山东王家庄铜矿区）实验测量结果，并对比常规土壤测量结果，讨论地气方法在覆盖区用于矿产勘查的优越性及其意义。

1 王家庄铜矿概况

1.1 地理－地质概况

王家庄铜矿地处山东邹平县，鲁中泰沂山区与鲁北黄泛平原的叠交地带，海拔高度多为20～40 m。在地球化学景观上属湿润冲积平原区。矿区处于华北板块东南部，郯庐深大断裂（沂沭断裂）西侧，是山东省铜、金、钼等金属矿产重要产地之一。地表为第四系冲、洪积物覆盖，仅在矿区西部及南部可见下白垩统青山组的中亚组和上亚组部分火山－次火山岩出露。

王家庄铜矿床产于邹平火山岩盆地中偏北部的会仙山破火山口中心部位，火山通道构造是主要控岩控矿构造，其外围发育放射状断裂。含矿岩体为王家庄石英闪长岩－石英二长岩体。矿体被第四系黄河冲积物所掩埋，覆盖层厚度一般为80～120 m。

1.2 矿石组分

矿石类型主要有伟晶状含金富铜矿石和细脉浸染状铜矿石。矿石结构为他形－半自形粒状结构、填隙结构、交代残余结构等；矿石构造为伟晶状构造、晶洞状构造、角砾－砂状构造、细脉浸染状构造等。矿石的矿物成分：金属矿物主要有黄铜矿、砷黝铜矿、斑铜矿、辉钼矿、黄铁矿等。矿石平均品位w（Cu）＝3.99％，属富铜矿石；w（S）＝7.22％［16］。其中，伟晶状含金富铜矿石平均品位w（Cu）＝6.19％～9.05％，细脉浸染状铜矿石平均品位w（Cu）＝0.51％～0.6％，一般在铜矿化厚度大的地段矿石中铜品位较高。

为了解王家庄岩（矿）石指示元素的特征，对矿石和矿体围岩进行了采样分析（表1）。从表1可以看出，与矿体围岩相比，矿石中的Cu，Pb，Zn，Bi和Ag等明显富集，Cu的富集倍数大于67，Bi的富集倍数大于103。矿石与围岩的金属元素含量有明显的界线，Cu，Pb，Zn，Bi和Ag可以作为地气试验的主要指示元素。

2 土壤测量结果

选择王家庄矿区穿过主矿体的15勘探线作为实验剖面。剖面线长450 m，点距25 m。以矿体为中心，向两侧布点。15勘探线矿化体出露基岩面覆盖厚度为80～120 m。

为全面了解土壤中元素含量特征，对其中62种元素含量进行了测定，包括Ag，Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Cr，Ni，Co，Fe，Mn，Sn，REE等元素。其中，w（Cu）＝38.4×10－6～60×10－6，w（Pb）＝21.8×10－6～70.5×10－6，w（Zn）＝65.3×10－6～95.7×10－6。在测线东部的13号采样点，部分元素的质量分数出现极值，如w（Cu）＝2 619.20×10－6，w（Ag）＝1 540.9×10－6。经检查，系采矿污染所致。

表1 山东王家庄矿区岩矿元素含量特征Table 1 Elements contents in ore rock of Wangjiazhuang deposit

从主要元素曲线图（图1）可以看出，土壤中元素Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Ag，Sb等元素在铜矿体上方没有异常显示。虽然在远离矿体的测线东侧出现了有极高Cu和Ag的单点异常，但该点异常系采矿污染所致。说明在冲积物厚覆盖条件下，常规的土壤测量无法发挥指示作用。

3 地气测量

3.1 地气法测量

图1 王家庄铜矿区15勘探线土壤测量Fig.1 Soil geochemical survey at line 15 of Wangjiazhunag

液态捕集剂是地气测量的关键之一。这要求捕集剂本底中金属元素含量要极低而且均匀。在超净环境下采用特殊方法处理容器、高纯试剂提纯、捕集剂封装等技术，成功控制了捕集剂本底元素含量（表2）。比如部分金属元素ρ（Ag）＜0.002 ng/ml，ρ（Cu）＜0.263 ng/ml，ρ（Pb）＜0.56 ng/ml，ρB（Zn）＜2.326 ng/ml。捕集剂本底金属元素质量浓度大大降低，接近甚至低于ICP-MS检出限（10－12），常量元素的质量浓度也控制在10 ng/l以下，满足了地气测量的技术要求。

采样方法采用主动法。采样过程时间短（每个采样点几分钟至十几分钟），操作条件易于控制，有利于在生产中推广应用。

样品分析采用等离子质谱仪分析。等离子质谱仪使用液态捕集剂分析，分析灵敏度达10－9～10－12级，灵敏度高，一次可测定多种元素，是目前最有效的地气样品分析方法。测定元素有Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Bi，Sb，Cr，Ni，Co，Fe，Mn，Sn，REE等40余种。

表2 液态捕集剂部分元素本底含量特征Table 2 Concentrations of elements in blank collectors

3.2 地气测量结果

本次地气测量实验共分析了43种元素，但仅Pb，Zn，Ag，Bi，Cu，Co，Ni，Sb等10元素在矿体上方有异常显示。图2为15勘探线上Pb，Zn，Ag，Bi，Cu元素分布情况。可以看出，在矿体上方Cu，Pb，Zn，Ag，Bi等元素均出现了不同强度的异常，异常清晰，异常峰值出现在矿体上方的钻孔ZK166—ZK164之间，元素质量浓度最高ρ（Cu）＞4 000 ng/l，ρ（Zn）＞6 000 ng/l。异常与矿体空间位置基本吻合。从异常与矿体空间位置看，不同元素有所差异：Co，Ni，Bi，Mo，Cr异常形态类似，强异常出现在主矿体头部，虽然强度高，但异常范围小；Cu，Bi，Ag，Pb，Zn异常范围宽，异常峰值出现在主矿体上方。在钻孔ZK164下为规模小、埋藏更深的铜矿体，该部位Cu，Bi，Ag，Pb，Zn等也显示出较主矿体相对较弱的清晰异常。这说明在冲积平原区常规化探无明显指示效果的情况下，地气异常能有效地指示深部隐伏矿体。

图2 王家庄铜矿区15勘探线地气测量Fig.2 Geogas survey at line 15 of Wangjiazhaung Cu deposit

王家庄铜矿的试验研究说明，在冲积平原区厚覆盖条件下，地气法也能很好地指示深部的隐伏矿体，为我国东部平原区矿产勘查提供了一种有效手段。

4 结论

通过在冲洪积平原区开展的地气法实验研究，获得如下结论：

（1）在不同覆盖条件、常规土壤测量无效的情况下，地气测量均发现了清晰的金属元素异常，异常强度高且与矿体空间位置吻合。说明地气法在运积物厚覆盖的条件下，对寻找隐伏金属矿能发挥指示作用，为覆盖区的矿产勘查提供了有效地球化学勘查手段。

（2）液体捕集剂和ICP-MS分析方法的采用，使得地气法捕集效率和分析测试水平大大提高，测试数据的可靠性也进一步提高。同时为地气法走向标准化和工程化提供技术上的支持，为在实际找矿中的推广提供了保证。

［1］ 汪明启.国际勘查地球化学现状和发展趋势［J］.地球科学进展，2005，20（4）：477-478.

［2］ 汪明启，刘应汉，高玉岩.地气测量在北祁连盆地区找矿突破及其意义［J］.物探与化探，2006，30（1）：7-12.

［3］ 任天祥，刘应汉，汪明启.纳米科学与隐伏矿藏——一种寻找隐伏矿的新方法、新技术［J］.科技导报，1995（8）：18-19.

［4］ 刘应汉，任天祥，汪明启，等.隐伏矿区地气测量试验及效果［J］.有色金属矿产与勘查，1995（6）：355-360.

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［15］ 汪明启.从第一届国际应用地球化学会议看国际应用地球化学现状和发展趋势［J］.地球科学进展，2006，21（1）：83-84.

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