戈壁区210隐伏金矿上方地气中含Au微粒异常形成模式

王 勇，叶 荣， 张必敏， 柯 丹

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083；3.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000）

近年来，以深穿透地球化学为理论支持的化探方法在隐伏矿床勘探中发挥了重要的作用［1-2］。地气方法作为深穿透地球化学的重要方法之一，在戈壁覆盖区、平原沉积物覆盖区以及半干旱草原覆盖区的化探工作中非常有效，能在隐伏矿体上方探测出良好的异常［3］。地气方法是对土壤气体中存在的微量微米、亚微米级及纳米微粒的捕集和测量。这些颗粒所包含的微量成矿元素信息能够反映深部的矿化现象。常用的地气微粒捕集介质有两种，即固态的海绵泡塑和液态的超纯稀酸溶液。两种捕集介质在捕集机理上存在着一些区别，因此使用两种介质的方法在异常表现形式上也有所不同。

1 矿区地质及覆盖层概况

本次地气测量工作在位于新疆哈密的金窝子中型金矿田210金矿床进行，矿体上方覆盖层厚度约为5～40 m，为已知的隐伏金矿（图1）。金矿体以石英硫化物脉群产于上泥盆统金窝子组糜棱岩化炭质层凝灰岩及凝灰角砾岩中，含矿构造为剪切断裂带，方向NE 65°，与区域构造线方向一致［4］。矿体中含金矿物主要为显微自然金及黄铁矿等。

图1 金窝子金矿田210矿床地质图Fig.1 Geological map of deposit No.210 in Jinwozi gold orefield

地理学专家早已注意到戈壁层的垂向分带现象，描述了黑色砾幕、孔泡结皮以及以碳酸盐和石膏为主要成分的钙积层由上到下的分带现象。在戈壁覆盖区勘查研究中，地球化学家们对戈壁层的性质、成因以及它作为赋存和传递深部矿化信息的介质性质进行了研究，认为钙积层及其上方的黏土层对深部的成矿物质具有极强的吸附与阻挡作用［5-8］。

2 地气测量方法及微粒中Au的存在方式

本次试验共设计4条垂直于210矿体走向的勘测线，横跨矿体，从东到西测线号分别为 2、1、3、4。4条测线方向为 NW30°，线距200 m，点距50～100 m，长度1 400 m，控制面积约0.84 km2。测区共设计采样点数76个，每个采样点分别取泡塑样品、液体样品，并在矿体上方的采样点抽取微粒样品。

泡塑在中国地质大学（北京）地球化学实验室制取，再用10%酸溶液（按照王水组份配比，但浓度为10%）预处理，超纯水清洗后用5%超纯稀酸溶液浸泡（按照王水组分配比，但浓度为5%）。微粒捕集物质为高纯介质（Ge、Al）。液体捕集剂采用5%稀酸溶液 （按照王水组份配比，但浓度为5%）。超纯5%稀酸溶液在核工业北京地质研究院超纯实验室以蒸馏方法制取。

以泡塑为捕集介质的抽气过程中使用大气采样器，以稀酸溶液为捕集介质的抽气过程中使用手提式采样器。在每个采样点上，用钢钎打6个孔，孔深0.5～0.8 m。两种采样介质各用3个孔，将螺旋采样器旋于孔中，拧紧使孔封闭，用硅胶管连接安装孔径约为0.45 μm的微孔滤膜过滤器和捕集装置。采用泡塑为捕集介质的方法用大气采样器在3个孔中各采集2 min气体，气体流量控制在1.5 L·min-1。采用稀酸溶液为捕集介质的方法用抽气泵一次在3个孔中各抽取气体3 L，通过U型瓶来进行捕集。每个采样点U型瓶中稀酸溶液的体积为20 mL［9-10］。每个采样点上孔位之间的距离为1 m。微粒捕集高纯介质使用大气采样器进行抽气，在矿体上方采样点进行累计叠加采样，回到实验室使用透射电镜和能谱EDS进行形态观察及成分测定。

在对微粒的观察、分析和总结中，笔者发现，Au元素在微粒中的存在主要呈Cu-Au等聚合体方式（图2）和呈被吸附状态的显微自然金方式（图3）。

图2中，微粒为微米级微粒聚合体，微粒整体直径在2 μm左右，并且棱角分明，说明形成原因并不全是纳米级的微粒聚合，而是由于原生成矿作用形成极细的金属碎屑并经历后期部分的微粒间聚合作用。对比来说，在图3中的微粒聚合团中，单个微粒半径更小，粒径小于100 nm，为典型的纳米微粒。数个纳米微粒经后期聚合作用，形成稍大的微粒团。

Au自身的化学性质，使得其在地气微粒中更多地存在于微米、亚微米级颗粒中。由于能谱EDS自身分辨率有限，无法计算两个微粒总质量的大小。但对比图2中微米级微粒中的Au元素多峰值突显和图3中纳米微粒Au元素峰值几乎不可见的现象可以看出，Au在图2微米级微粒中所占比例要大于图3中纳米级微粒。总体上，Au在地气微粒中还是主要存在于微米、亚微米级微粒聚合体中［11-12］。

图2 微米级地气微粒中Au的Cu-Au聚合体存在方式Fig.2 The Cu-Au polymer existence mode of gold in micron-order geogas particles

图3 纳米级地气微粒中超细粒级黏土吸附AuFig.3 The Au adsorption by fine-grained clay in nano-order geogas particles

3 地气测量Au元素异常特征

对野外所采集的稀酸溶液样品在实验室内采用ICP-MS进行分析，泡塑样品灰化重溶后也采用ICP-MS进行分析，共分析了Au、Ag、Cu、Pb、Zn和REE等30项元素。

在平面空间上，使用两种介质的测量，在含矿构造剪切带上方都出现了异常。泡塑的Au异常主要分布在矿体与覆盖层接触部位的垂直投影上，酸溶液样品的Au异常中心移向矿体的倾向方向（图4）。在剖面上，这种分带性更为直观（图5、6）。

图4 地气测量Au等值线图Fig.4 The contour diagram of Au in geogas survey

图5 1号测线Au元素含量图Fig.5 The content of Au in measuring line No.1

两种介质单纯对元素捕集能力的差别并不会造成Au异常部位分布位置不一致的现象，所以该现象是由两种介质在一定程度上对微粒的选择性捕集造成的。

4 两种介质对微粒的选择性捕集

两种介质由于本身存在差异，在捕集Au的机理上也存在着不同。

泡塑捕集介质：在捕集过程中，泡塑介质如同细粒级筛，主要通过泡塑中细微的呈固态的海绵的吸附作用使微粒停留下来。抽气过程中，气体负压的作用使得停留在泡塑上但相对不够稳定的纳米级微粒继续移动，而粒级相对大的质量相对高的微米及亚微米级微粒则更多地停留在泡塑介质中。

5%稀酸溶液介质：呈酸性的H＋、氧化性的NO3-对微粒进行化学方式的捕集，动态的捕集使得反应不完全，元素对酸的反应剧烈程度不同，并且介质对Au的溶解性远不如98%纯王水，导致其对Au的捕集能力有限。因此，地气微粒中粒径相对小、比表面积大的纳米微粒更容易与酸反应。与泡塑介质相反，粒径大的微米、亚微米级微粒化学反应不够充分，随气流脱离溶液。

图6 4号测线Au 元素含量图Fig.6 The content of Au in measuring line No.4

由于微孔滤膜的孔径约为0.45 μm，且具有不均一性，使得粒径在1 μm左右的微粒都能进入捕集装置。由于粒径比较小，无法做到定量测量，即使在能谱EDS下，也无法计算微粒质量。故提出假设，将微观微粒按相对趋势分为两类：微粒团中粒径、质量相对小，比表面积大的纳米微粒群组为A；粒径、质量相对大，比表面积小的微米及亚微米级微粒群组为B，Au相对更多地存在于B中。两种介质的捕集过程见图7、8。

图7 泡塑动态捕集微粒的两个环节Fig.7 Two steps of particles-trapping dynamically by foam

图8 酸溶液动态捕集微粒的两个环节Fig.8 Two steps of particles-trapping dynamically by acid liquid

在两种介质的动态捕集环节中，泡塑介质由于动态负压的作用，使停留在泡塑表面的A类微粒相对B类微粒更易脱离并被抽取到抽气筒中而排放到大气中，因而造成对B类微粒的相对富集。而液态酸溶液的捕集过程中，比表面积相对大的A类微粒更容易迅速地溶入稀酸溶液形成阳离子，而B类微粒虽然质量大，但反应却不如A完全，酸溶液的浓度也很小，这样，大部分微粒就被动态气体带离酸溶液。

相对来说，B类大粒径微粒聚合团容易被泡塑介质捕集，而小粒径微粒团容易被酸溶液捕集。这样也就造成了泡塑对Au元素的捕集能力强于稀酸溶液介质的捕集能力。

5 隐伏矿体上方微粒形成的分带模式

在深部，地气流经过构造剪切带时，由于裂隙较大可以使地气快速通过，其对微粒的作用力也相对加强。这样在空间上，存在着同构造剪切带倾角方向相反的较大地气作用力。纳米微粒质量较轻，不需要构造剪切带方向的作用力也能凭借垂向上的地气作用扩散到地表；而微米、亚微米级微粒与纳米微粒相比，粒径和质量都比较大，仅凭借垂向作用力难以向上垂直迁移，就需要借助在含矿构造剪切带所汇聚的较大的地气流的作用向上迁移，到达含矿构造与覆盖层的交汇处，再凭借这股大的地气流向垂上方迁移。两类微粒的不同迁移路径造成其在矿体及剪切带上方覆盖层中的分带现象（图9）。

图9 含矿构造剪切带上方地气微粒的分带Fig.9 Zonation of geogas particles in overburden above ore and shear zone

6 结 论

戈壁区覆盖层中存在着来源于深部并由地气流迁移至浅层土壤的微粒物质。在新疆金窝子210金矿上方的地气试验中，Au异常明显。使用泡塑及稀酸溶液两种捕集介质方法呈现不同形式的异常，是由介质对微粒的捕集机理不同及微粒自身差异造成。地气微粒在矿体、构造剪切带上方存在着分带现象：从隐伏矿体垂向投影位置到剪切带与覆盖层接触位置，微粒随粒径由小变大分布。在金矿勘查应用方面，使用泡塑介质采样速度快，效率高，适合大面积找寻靶区的工作。在确定靶区后，更适合使用稀酸溶液作为捕集介质对深部矿床进行大比例尺准确定位的化探工作。

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