大兴安岭中北段森林沼泽丘陵景观区的1∶5万化探方法技术研究

徐仁廷，孔 牧，杨少平，喻劲松，王乔林，韩 伟，郭志鹃，宋云涛，王成文

(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)

0 引 言

大兴安岭中北段是我国重要成矿带之一的大兴安岭成矿带的一部分，地球化学景观主要为森林沼泽景观，其中森林沼泽丘陵亚景观占有一定比例。开展重要成矿区带1∶5万地球化学勘查全覆盖是中国地质调查局的重要规划之一。全面完成1∶5万地球化学勘查技术支撑工作是化探界的重要任务之一。

森林沼泽的丘陵亚景观区水系不太发育，1∶5万地球化学勘查一般适宜开展土壤测量。需要解决的主要问题是部分区段有黏土层覆盖，采样部位判别较为困难，采样粒级有待进一步研究确定。进入1∶5万地球化学勘查阶段后，随着采样密度的增加，采样位置变化，次级景观特征对化探方法技术选择的影响越来越大。在黑龙江省的多宝山附近地区开展1∶5万地球化学勘查(土壤测量)时发现，部分地区有1～3 m厚的黏土覆盖，对化探工作有很大的影响。

对于森林沼泽景观1∶5万化探方法技术前人研究中已经认识到了有机质的干扰[1-5]，进行水系沉积物测量时，进入一级水系后采样介质选择，提出了不同的解决方法，对于采样粒级倾向于采-10～+60目，采样介质目前有沟谷沉积物和混杂堆积物等[4]。对于土壤测量采样层位多数主张为残积层，采样粒级多种多样[6-9]。

针对1∶5万地球化学勘查中遇到的实际问题，选择黑龙江省多宝山地区的八车力河岩金矿点开展了相应的研究工作(图1)，本文是研究获得的主要成果。

1 研究区概况

1.1 研究区景观特征

大兴安岭中北段属北寒温带湿润气候，冬季严寒，夏季湿热。年平均气温在-1℃左右，最低气温-40.7℃，无霜期较短，约3个月。每年10月初开始降雪结冰。年降雨量约500 mm，冬季降雪量大，冰雪融化水是该区春季地表水的主要来源。夏季降雨多集中在6～8月，降雨较急，易形成洪水[10-12]。

该区地势多为丘陵山地，山体浑圆，高差较小，沟谷开阔平缓，地势总体呈北高南低、中间高两侧低的趋势，在宽缓的山间谷地及山坡发育大面积的沼泽。有岛状多年冻土发育。

该区土壤较发育，土壤层位齐全，分层明显。土壤的类型属于棕色针叶林土。区内土壤的腐殖质分布广泛，厚度不均，富含有机质，厚度多在0.2～1.5 m之间。黏土分布与地形地势有关，随着地势变化黏土厚度发生变化，从山顶到沟谷沼泽地逐渐变厚，厚度不等，试验区黏土厚度多在0～2.5 m之间。

1.2 研究区地质矿产特征

八车力河岩金矿点是研究区的主要矿产地，位于东西向洪湖吐复背斜东端南翼。矿点附近地层为库纳尔河组、龙江组、白土山组及全新世现代河谷堆积。侵入岩为华力西晚期闪长岩和斜长花岗岩(图1)。金矿化主要分布在库纳尔河组与华力西早期斜长花岗岩内接触带附近的北东东向破碎带中，破碎带长约1.5 km，宽约50 m，岩石破碎强烈，普遍具有高岭土化、硅化、绿帘石化、绿泥石化蚀变。

金矿化主要指示元素为Au、Ag、As、Pb、Cd、Sb。

研究区也产砂金。砂金赋存于下更新统白土山组含砾泥砂层中,分布在八车力河中下游各支流及河床中，含金层厚一般10～40 cm，埋深1～3 m，最深达5 m。

图1 黑龙江省八车力河试验区地质略图

2 采样和分析方法

在八车力河岩金矿区开展了不同土壤层位不同粒级元素分布特征的研究；残坡积土、黄黏土、腐殖土3种介质对比研究(残坡积土采样粒级为-10～+60目，黏土为-60目，腐殖土为-60目)，基本采样密度9点/km2，共计采样点146个，控制面积15 km2。

测试了Au、As、Ag、Bi、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Zn、K2O、MgO、Na2O、SiO2、Cd、Co指标。由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所的中心试验室完成分析测试工作，采用无火焰原子吸收光谱法(AAN)分析Au；原子荧光光谱法(AFS)分析As、Hg；发射光谱法(ES)分析Ag、Bi、Sn;等离子体质谱法(ICP-MS)分析Mn;等离子体光谱法(ICP-OES)分析其他元素。一级标准物质合格率和重复样合格率均为100%，测得数据可靠。

3 试验结果讨论

3.1 不同层位土壤粒级和元素分布特征

3.1.1 不同层位土壤粒级分布特征

土壤研究样品分别筛分出+4目、-4～+10目、-10～+20目、-20～+40目、-40～+60目、-60～+80目、-80～+160目、-160目8个粒级。

黏土层、残坡积层及残积层3个不同土壤层位中，不同粒级的质量变化具有相似的变化趋势，均为“U”型分布，+10目和-160目为优势粒级(表1)。其中残坡积层和残积层质量具有相似的分配比例，+10目粒级比例分别达到45.8%和42.9%，-160目比例分别达到34.4%和27.2%；黏土层中-160目比例高达43.6%，但值得注意的是其中的+10目粒级也有32.6%。

表1 八车力河试验区不同层位样品粒级质量对比表

从3层土壤的质量比例对比来看，随着粒级从粗到细，总体上比例逐渐减小，在-60～+80目3种土壤都达到最小值(±1%)，构成比例的转折点；然后开始进入上升段，在-160目粒级达到最大值。从粒级构成比例出发，3种土壤样品采集的难度有别，在残积层和残坡积层里-10～+60目粒级较容易取得样品，-160目粒级次之；在黏土层中-160目粒级容易获取，-10～+60目粒级次之。从样品代表性和适宜生产角度来综合考虑，残坡积土以采集-10～+60目粒级为宜，黏土以采集-160目粒级为宜。

3.1.2 不同层位土壤中元素分布特征

研究工作采用相同样点分别采集残坡积土(D9a)、黏土(D9b)、腐殖土(D9c)样品的方法进行，残坡积土样品采样粒级为-10～+60目，黏土和腐殖土样品采样粒级为-60目。

结果显示(图2)：①残积土Ag元素在高含量段(>100×10-9)，同点采集的黏土层样品和腐殖层样品中，元素含量与残坡积层样品相比较没有明显的规律，几乎贫化和富集的数量相当，这将严重影响对异常找矿前景的正确评价；在中低含量段(<100×10-9),残积土中Ag元素含量多数明显小于同点黏土层、腐殖土层元素含量，而且含量越低，富集程度越高；Au、Cu等元素存在类似的规律。也就是说，研究区的背景地段存在着表生富集Au、Ag、Cu等元素的地球化学条件。②在3种介质中，K2O呈现出与Au、Ag等元素完全相反的规律，在大于2.5%的含量段，残积土样品中K2O元素含量高于黏土和腐殖土，且含量越高差异越大；在小于2.5%的含量段，黏土层和腐殖层中出现了十分明显的富集。③Mn元素在3种介质中的含量分布无明显对应规律，总体上在腐殖土层中相对富集。

为了研究黏土层和腐殖土层元素含量存在的关系，以每个采样点腐殖土样品元素含量为纵坐标，黏土样品元素含量为横坐标做散点图(图3)，从中可以看出黏土和腐殖土元素含量具有一定的线性关系，说明黏土和腐殖土具有比较密切的继承关系,即腐殖层主要自黏土层发育而来。

综上所述，在研究区开展土壤测量时，以选择残坡积土作为采样介质最好。

3.2 地球化学参数特征

统计得到的残坡积土、腐殖土、黏土3种不同介质样品中的元素地球化学参数示于表2中。

不同介质中各元素平均值可见如下特点：①Ag、Cd、Co、Mo等4元素在3种采样介质中含量相近。②残积土中As、Au、CaO、K2O、Na2O、Pb、Sb等7元素含量高于黏土、腐殖土中含量，仅占测试元素的1/3；这些元素在黏土和腐殖土中发生贫化。③残积土中Bi、Cr、Cu、Fe2O3、MgO、Mn、Ni、Sn、W、Zn等10元素含量明显低于黏土、腐殖土中含量，占测试元素的半数；在黏土和腐殖土中这些元素表现出富集的特征。④黏土中Bi、Cr、Fe2O3、MgO、Mo、Sn、W、Zn等8元素含量平均值最大，占测试元素的1/3强；这些元素在黏土中得到了富集。⑤腐殖土中Ag、Cd、Co、Cu、Mn、Ni等6元素平均值出现了3种介质中的最大值。这些现象表明，3种介质中各元素的表现各不相同，都可以作为采样介质来考虑。

不同介质中各元素变化系数(标准离差/平均值)可见如下特点：①残积土中绝大部分元素都具有最大的变化系数，表明采集残积土可以获得最高强度的异常，对准确评价异常的找矿意义至关重要。②仅有Mn、Mo两个元素最大变化系数出现在黏土中。③腐殖土中各元素的变化系数最小，表明它对地球化学异常具有极大的均夷作用，最不适宜作为土壤测量的采样介质。

综上所述，在表生环境下，在土壤的黏土和腐殖土层中多数元素发生了不同程度的富集或贫化，发生“均匀化”，使元素含量变化范围变小，异常衬度大幅度降低，对土壤异常的形成产生重要影响，不利于提取异常，区别矿化和背景。因此，研究区土壤测量的采样介质首选应为-10～+60目的残积土。

图2 黑龙江省八车力河试验区黏土、腐殖土、残积土元素含量散点对比图

图3 黑龙江省八车力河试验区腐殖土、黏土中元素含量散点图

表2 黑龙江省八车力河研究区不同采样介质地球化学参数对比统计表

3.3 不同采样介质和采样密度的结果对比

用不同采样介质和采样密度结果进行对比研究，以累频的方法编制地球化学图，残积层采集-10～+60目样品，腐质层和黏土层采集-60目样品。

对于主成矿元素Au来说，在基本采样密度下(9点/km2)，残坡积土反映出北东向展布的高含量异常带，具有两个浓集中心，与已知含金破碎带基本上吻合(图4a1,c1)；而黏土、腐殖土中没有明显的北东向分布特点，且仅有一个浓集中心(图4b1，c1)。金矿化伴生指示元素Mo、Ag、As、Mo、Cd、Pb等元素高值区也有类似的分布模式(图4a2,b2,c2,d2,e2),表明选择残积土作为土壤测量的采样介质是最佳的。

采样密度研究设定了两种密度(4点/km2和9点/km2)，以地球化学图进行对比。以残坡积土为采样介质时，对于主成矿元素Au来说，两种采样密度均有明显异常显示已知矿化的存在，均能看出明显的北东向展布的高含量异常带，以9点/km2采样密度时获得的元素分布特征细节更多，显示出更多高值点区(图4a1,d1)。Mo、Ag、Pb、Cd、Sb等元素也有类似的表现(图4a2,d2),表明4点/km2的采样密度可以控制规模大的异常，但相对于9点/km2的采样密度会丢失元素分布特征的许多细节，特别是区域异常分布特征和弱小异常浓集中心。因而会影响进一步靶区的优选。

残坡积土、黏土、腐殖土3种不同采样介质1∶5万土壤试点测量地球化学异常对比图见图5。从图5中可以看到，采集不同介质时,Au、Ag、Pb等主要成矿及伴生元素的异常形态和衬度不同。残坡积土中异常范围与已知矿化点对应关系好，异常细节多和衬度高；而黏土和腐殖土中异常范围和衬度及对已知金矿化的反映均较差，浓集中心少、浓集浓度低。如Au元素在残坡积土中衬度为5、黏土中衬度为4、腐殖土中衬度为2。反映出元素从残坡积土—黏土—腐殖土Au元素含量值变化范围逐渐变小，趋于“均匀化”。As、Mo、Sb、W、Hg等金矿化指示元素异常也有类似表现。

通过以上讨论认为，在本区开展土壤测量，最佳采样介质为残坡积土；采样密度以选择9点/km2为宜。

图4 黑龙江八车力河试验区不同介质不同采样密度Au、Mo地球化学对比图

图5 八车力河1∶5万土壤测量不同采样介质Ag、Au等元素地球化学异常对比图

图6 八车力河试验区1∶5万土壤测量地球化学组合异常图

3.4 试点测量成果

在八车力河开展的1∶5万土壤试点测量，采用的方法技术如下：采样介质为残坡积土，采样粒级为-10～+60目，采样密度为9点/km2。试点测量成果示于图6中。从图中可以看出，Ⅰ号异常Au、Ag、Mo、As、Pb、K2O多元素异常叠加区域很好地反映了已知金矿化点的存在；Ⅰ—Ⅱ号异常形态与北东向展布的已知含金矿化破碎带的方向一致，异常规模显示出该异常区具有良好的找矿前景。

试点测量还发现了北东向和北西向展布的Ⅲ和Ⅳ号两个综合异常带。其中位于试点区东南角、处在北西向异常带上的Ⅳ号异常，Mo、W、Sb、Hg、K2O元素异常叠加在一起；该异常与已知钼矿化点具有相近的成矿指示元素组合，处在相似的地质背景条件下，都在花岗斑岩与其他地层接触带附近，显示出具有找Mo矿的元素组合条件和地质条件，该区为找Mo矿的远景靶区。

4 结 论

在大兴安岭中北段森林沼泽丘陵亚景观区，存在一定厚度的腐殖土和黏土浅覆盖，并且随着地势变化厚度发生变化，从山顶到沟谷沼泽地逐渐变厚。对开展1∶5万地球化学调查产生重大影响。

景观区的地势平缓、水系不发育，开展1∶5万地球化学调查适于采用土壤测量法。不同采样介质的元素含量值有一定差异，黏土和腐殖土层元素发生“均一化”，最佳采样介质为残坡积土，采样粒级为-10～+60目，采样密度为9点/km2，采样布局为333 m×333 m测网；野外样品加工方法为过水筛(强风化样品可不过水筛)，防止黏土和腐殖土假颗粒的混入。推荐分析元素Au、Ag、Pb、Zn等为可能成矿和伴生元素及成岩指示元素。

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