沙泉子隐伏铜镍矿地球化学勘查方法试验

刘汉粮，王学求，张必敏，刘东盛，郭守栋

(1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，廊坊，065000；2.甘肃省地质矿产勘查开发局 第二地质矿产勘察院，兰州，730020)

随着矿产勘查程度的日益提高，浅表矿特别是出露矿已发现殆尽，地质找矿的主体对象逐步转向深部及覆盖区，这就要求地质工作者转变思路，应用更有针对性的勘查技术和方法。近十几年来，深穿透地球化学已被证明是有效寻找隐伏矿的方法。其被定义为研究能探测深部隐伏矿体发出的直接信息的勘查地球化学理论与方法技术[1]。这些方法技术包括瑞典Kristiansson等[2]首先提出的地气(Geogas)方法，美国Clarke等[3]提出的酶提取方法，前苏联的电地球化学方法(CHIM)、元素有机态法(MRF)[4]，澳大利亚Mann等[5]提出的活动金属离子法(MMI)，以及中国提出的金属活动态法(MOMEO)[6-7]。研究表明，土壤中细粒级物质的吸附作用和可交换性能是活动态元素的天然“捕获井”，可以将深部迁移的信息捕获，因此，细粒级物质测量虽说是一种常规地球化学勘查方法，但其具有一定程度的深穿透特征[8]。在干旱戈壁荒漠区，由于受风成砂土的影响，很难获知覆盖层下方的矿化信息，也就无法探测到深部隐伏矿体。在沙泉子隐伏铜镍矿开展微细粒全量测量、粘土吸附态测量和地电化学测量，研究各种勘查方法在该区的有效性。

1 研究区景观及地质特征

干旱戈壁荒漠景观是我国一种特殊的地球化学景观，其分布范围较广，主要包括祁连山、阿尔金山、西昆仑山以北，贺兰山以西区域，总面积约为210×104km2。该区处于我国古亚洲金属矿成矿域，找矿尤其是找隐伏矿的潜力巨大。但大片的戈壁覆盖区多年来系统的勘查和研究工作不足[9]，针对当地覆盖特点的化探找隐伏矿技术和方法亟待开发。

沙泉子铜镍矿区位于新疆哈密市东南方向170 km，有312国道穿过，国道至矿区有7 km便道，交通较为方便，矿区为起伏的低山丘陵区，海拔高度约1 500 m～2 375.2 m，相对高差一般数十至数百米，最大相对高差700 m左右。

矿区地处中天山地块星星峡隆起带。出露的地层主要为中元古界长城系星星峡群(Chx)、局部地势低洼处有第四系冲积砂砾石覆盖。长城系星星峡群整体为一套浅海-滨海相正常沉积碎屑岩与其后中基性-酸性侵入岩经受区域变质作用形成，为区内基性-超基性杂岩体的主要围岩。该区构造较复杂，主要为断裂、褶皱和单斜构造。断裂构造主要为沙泉子深大断裂及其次级断裂，北部及中部表现为单斜构造，南部褶皱构造主要为白虎关复背斜。侵入岩在该区分布广泛，以华力西期侵入岩为主，次为加里东期侵入岩。其中加里东期侵入岩主要为片麻状花岗岩，分布于该区中部，呈北东向不规则岩枝状产出，在地貌上形成北东向山脊[10-13]。

图1 沙泉子铜镍矿地质简图及工作部署图Fig．1 Geological map of Cu-Ni deposit, Shaquanzi, Xinjiang

2 样品采集与分析

本次试验工作共完成一条精测剖面SY1(4.0 km)和一处面积试验(2.5 km×1.5 km，共约3.75 km2)。精测剖面SY1，作为方法技术有效性试验及精测剖面，开展土壤微细粒测量、金属活动态测量(粘土吸附态)、地电化学测量的有效性试验，按点距80m采样。面积试验开展土壤微细粒测量、金属活动态测量(粘土吸附态)、地电化学测量的地球化学勘查方法研究，按线距为200 m，点距为160 m采样。

土壤样品采样深度为5 cm～20 cm，采样粒级为-120目，样品由采样点周围5 m距离范围内的3～5个子样组合而成，每个样品重不少于500 g。地电化学勘查方法采样装置为“固体载体型元素提取器”。分析元素包括Cu、Ni、Co、Cr、Ti、As、Sb、Hg、Mo等9种元素。

3 试验结果与讨论

3.1 土壤组分及粒级试验分析

元素在表生环境下的分散、富集与土壤组分和理化性质具有密切关系。对试验区内10件土壤样品进行了X射线粉晶衍射分析，结果见表1。从结果可以看出，覆盖层-120目细粒级土壤主要由石英、方解石、斜长石、钾长石、伊利石、角闪石、绿泥石、高岭石等矿物组成。

在背景区和矿体上方各采集1件组合大样(采集深度：5 cm-20 cm；采集点位：>10处)开展粒级试验，将组合样品筛分成8个粒级区间，分别是4目-20目(SQ1-1、SQ2-1)、20目-40目(SQ1-2、SQ2-2)、40目-60目(SQ1-3、SQ2-3)、60目-80目(SQ1-4、SQ2-4)、80目-100目(SQ1-5、SQ2-5)、100目-120目(SQ1-6、SQ2-6)、120目-200目(SQ1-7、SQ2-7)、-200目(SQ1-8、SQ2-8)。

对背景区和矿体上方不同粒级土壤样品进行元素全量分析，结果见图2。可以看出,无论在背景区还是矿体上方Cu、Ni元素的含量与土壤粒级呈明显的相关关系，即粒级越细，元素含量越高。

表1 土壤X射线粉晶衍射分析结果

注：单位%。

图2 粒级试验元素含量柱状图Fig．2 The histogram map of the gradation test

3.2 精测剖面试验对比

为研究地球化学勘查方法的有效性，在穿越矿体上方和找矿靶区开展精测剖面(SY1，长度4 km，采样点距80 m)的试验研究。

通过对精测剖面折线图(图3)的对比研究可得出：

1)Cu元素在铜镍矿体上方(即SY1-9、SY1-10、SY1-11)土壤微细粒全量、粘土吸附态、地电化学出现明显异常，效果较好；在Σ19号靶区上方(即SY1-19，超基性岩体上方，铜镍矿体就产于该时代的岩体内)土壤微细粒全量、粘土吸附态、地电化学也均有异常显现，但强度不一。

2)Ni元素在铜镍矿体上方(即SY1-9、SY1-10、SY1-11)土壤微细粒全量、粘土吸附态、地电化学均出现明显异常，效果较好；在Σ19号靶区上方(即SY1-19、SY20、SY1-21，超基性岩体上方，)土壤微细粒全量、粘土吸附态、地电化学也存在异常。

3.3 面积试验对比

在沙泉子铜镍矿开展面积试验示范(2.5 km×1.5 km，共约3.75 km2)，对各种地球化学方法分析结果做等值线图，并将矿体平剖图叠加在等值线图上方，以呈现元素的地球化学分布特征，以及异常与矿体的对应关系(图4-图6)。

图3 Cu、Ni精测剖面折线图Fig．3 The Cu-Ni broken line graph of precision measurement profile

图4 Cu、Ni、Cr、Co土壤微细粒全量地球化学图Fig．4 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the fine particle total measurement

图5 Cu、Ni、Cr、Co粘土吸附态地球化学图Fig．5 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the clay-absorbed form

图6 Cu、Ni、Cr、Co地电化学地球化学图Fig．6 The Cu,Ni,Cr,Co geochemical maps of the electro-geochemistry

从图4可以看出，土壤微细粒全量成矿元素地球化学分布基本一致，地球化学图形状相似，主要分布在实验区东南部，呈条带状分布，异常对应的下部岩体为以辉石岩、橄辉岩、橄榄岩为主的基性-超基性岩，形状与该岩体垂直投影区域完全一致，异常将该岩体包裹其中，已知铜镍矿就产在该岩体内，同时该异常浓集中心高，同时在实验区东西边侧都未闭合。同时在实验区中部显现1处异常，分带清晰，浓集中心较高，此处异常与Σ19号靶区相吻合，同样该处也为基性-超基性岩体。矿体上方和Σ19号靶区均有Cu-Ni-Cr-Co多元素异常组合。土壤微细粒全量测量能很好地反映出深部铜镍矿体的产出位置和产出形态，并可以提供靶区找矿线索。

从图5可以看出，粘土吸附态Cu、Ni元素地球化学分布基本一致，异常主要分布在实验区东南部，异常面积大，异常将岩体(以辉石岩、橄辉岩、橄榄岩为主的基性-超基性岩)包围其中，而已知铜镍矿就产于该岩体内，浓集中心高且处在矿体上方，在实验区东侧未闭合，异常形状与矿体走向基本一致，矿体上方具Cu-Ni-Cr-Co多元素异常组合。

从图6可以看出，地电化学测量成矿元素地球化学分布较为一致，异常主要分布在实验区东南部，异常面积大，浓集中心高，异常将岩体(以辉石岩、橄辉岩、橄榄岩为主的基性-超基性岩)包裹其中，Σ19号靶区和矿体异常连成一片，形成整体异常。矿体上方和Σ19号靶区具Cu-Ni-Cr-Co多元素异常组合。实验区北角和东南角也显现异常，浓集中心高且异常未闭合，这两处异常是土壤微细粒测量和活动态测量未发现的异常，有待查证。

4 结论

1)试验区内-120目细粒级土壤主要由石英、斜长石、钾长石、伊利石、高岭石、绿泥石等矿物组成；粒级试验表明土壤中Cu、Ni元素含量与粒级呈明显的正相关关系，即粒级越细，元素含量越高。

2)成矿元素在实验区内有两处Cu-Ni-Cr-Co多元素异常组合，一处为已知矿所在区域(实验区东南部)，一处为Σ19号靶区(实验区中部)，两处异常都与以辉石岩、橄辉岩、橄榄岩为主的基性-超基性岩相对应。

3)土壤微细粒全量测量、粘土吸附态测量和地电化学测量的成矿元素地球化学异常分布与矿体分布均一致，且具有Cu-Ni-Cr-Co的元素异常组合；土壤微细粒全量测量和地电化学测量能够圈定Σ19号靶区，同时也具有Cu-Ni-Cr-Co多元素异常组合。相比较而言土壤微细粒全量测量的成矿元素地球化学异常分布与矿体和找矿靶区吻合度最高。

4)在该区寻找隐伏铜镍矿中，可利用土壤微细粒测量、地电化学测量和粘土吸附态测量相结合的方法缩小找矿靶区，并根据化探异常特征，结合异常所处的地质环境，对异常进行评价，初步判断主要成矿元素，从而为确定主攻矿种提供重要依据。

5)本研究主要开展了微细粒全量测量、粘土吸附态测量和地电化学测量勘查方法研究，但对于元素在覆盖层中的迁移过程和迁移机理缺乏深入探讨。

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