新疆喀拉通克铜镍矿区植物地球化学特征及找矿有效植物和元素的选择

宋　玮,雷良奇,宋慈安,丁汝福

(1.广东工业大学 计算机学院,广州　510006;2.桂林理工大学 a.广西矿冶与环境科学实验中心;b.地球科学学院,广西 桂林　541004;3.北京矿产地质研究院,北京　100145)



新疆喀拉通克铜镍矿区植物地球化学特征及找矿有效植物和元素的选择

宋玮1,雷良奇2,宋慈安2,丁汝福3

(1.广东工业大学 计算机学院,广州510006;2.桂林理工大学 a.广西矿冶与环境科学实验中心;b.地球科学学院,广西 桂林541004;3.北京矿产地质研究院,北京100145)

摘要：喀拉通克铜镍矿区植被属土砾质荒漠植被类型。优势植物群落为白茎绢蒿(Seriphidium terrae-albae(Krasch.) Poljak),主要伴生植物有小蓬(Nanophyton erinaceum(Pall.) Bunge)、冷蒿(Artemisia frigida Willd.)等。通过对该区植物地球化学及植物对元素的积聚性研究,发现本区植物主要为富Ca、Mg贫K、Na地球化学类型。从区域背景→矿区背景→矿床上部,植物群落总体和多数植物种属的成矿及伴生元素含量逐渐增高;概率分布曲线从单峰正态分布到多峰分布;元素在不同植物种属中的分配不均匀。区域背景植物中的Cu、Ni含量与大多数元素呈正相关的关系;矿床上部Cu、Ni与其他元素正相关程度降低甚至出现负相关。植物对元素的吸收具有选择性和屏障效应。植物中积聚系数大的元素其衬度反而降低,积聚系数小的其衬度反而增高。本区白茎绢蒿、小蓬、冷蒿等植物可作为植物地球化学勘查的重要采样介质;驼绒藜、角果藜等可作为辅助采样介质。Cu、Ni、Ag可作为优先选择的指示元素;Pb、As、Bi、Co、Au可作为一般性指示元素;Zn、Cr、Mn、Mo不宜作为指示元素。

关键词：植物地球化学;找矿有效植物和元素;荒漠;铜镍矿;喀拉通克；新疆

利用植物地球化学开展矿产普查和寻找被戈壁荒漠掩埋的隐伏矿床有着较长的历史[1-8],现在依然得到一些国家和地区的重视和应用,并显示出其独特的优越性[9-15]。国内这方面的研究相对较少,仅有少数学者在西北某些地区开展过一些植物地球化学找矿的试验工作[16-19]。北疆喀拉通克大型岩浆型铜镍矿床是准噶尔成矿区萨吾尔-二台Cu、Ni、Au、Mo成矿带中的标志性矿床。近年来, 笔者在该区开展植物地球化学找矿工作, 对喀拉通克矿床及其区域植物地球化学特征进行了研究, 旨在为该区利用植物地球化学方法进行找矿提供理论基础依据。

1地质概况

喀拉通克矿区位于新疆阿勒泰地区富蕴县境内,大地构造位置处于西伯利亚板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块的结合部位,即东准噶尔北部额尔齐斯深大断裂的南侧,萨吾尔-二台晚古生代岛弧带内。矿区地层主要为石炭系下统南明水组(C1n),其下段主要为凝灰质粉砂岩、 泥板岩、 硅质岩、 含砾粉砂岩等, 底部与下伏中泥盆统蕴都喀拉组(D2y)火山岩系呈不整合接触; 中段为沉火山角砾岩、 中粗屑凝灰岩、 沉凝灰岩等; 上段为中粗屑-粉屑沉凝灰岩、 含炭质凝灰(板)岩等, 其间夹多层安山岩。 区内断裂构造发育, 以NW和NNW向断裂为主， NW向断裂为本矿区的控岩断裂, 基性杂岩体呈带状沿该断裂带分布(图1)。 区内已发现11个基性杂岩体, 均侵位于晚石炭世南明水组中。 杂岩体岩相分带明显, 自下而上依次为: 黑云角闪辉绿辉长岩相、黑云角闪橄榄苏长岩相、 黑云角闪苏长岩相和黑云闪长岩相,各岩相呈过渡关系。晚期酸性岩脉发育,如钠长斑岩、花岗斑岩。矿床类型为岩浆熔离型铜镍矿,均为盲矿体。矿体呈巢状、船状、脉状,多产于岩体的中、下部。矿石构造从致密块状到稠密、中等稠密到稀疏浸染状均有,矿石矿物有50余种,其中以磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、黄铁矿、紫硫镍矿和磁铁矿等为最主要的矿物成分。成矿元素为Cu、 Ni, 伴生元素有Au、Ag、 Pt、 Pd、 Co、 Se、 Te、 S、 Pb、 Sb、 Bi、 As等。基性岩体的围岩在外接触带发育角岩化和碳质石墨化;内接触带发育围岩蚀变,主要为碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化、阳起石化、黝帘石化、蛇纹石化、滑石化等[20-21]。基性岩体及其围岩的成矿元素和主要伴生元素含量明显高于远离岩体的矿区背景地层岩石和晚期各种酸性岩脉,更高于区域背景地层岩石。如基性杂岩及其围岩Cu和Ni的含量分别是矿区背景的26.6倍和13.4倍,是区域背景的67.4倍和19.5倍;Au和Ag的含量分别是矿区背景的3.4倍和15.2倍,是区域背景的5.6倍和18.4倍(表1)。

图1　喀拉通克铜镍矿区地质略图Fig.1　Geological sketech map of Kalatongke Cu-Ni ore field in Xinjiang 1—早古生代花岗岩;2—晚古生代花岗岩;3—区域大断裂;4—基性杂岩体及编号;5—隐伏岩体及编号;6—地层界线;7—不整合界线;8—断层及编号;9—研究剖面;10—见矿钻孔及编号;Ⅰ—乌伦古海沟;Ⅱ—萨吾尔-二台岛弧(泥盆纪-石炭纪火山岩和火山碎屑岩);Ⅲ—克兰弧后盆地(泥盆纪细碧角斑岩建造);Ⅳ—可可托海岩浆弧(寒武纪-石炭纪变质复理石建造);Ⅴ—诺尔特断陷盆地(泥盆纪-石炭纪火山沉积岩);Q—第四系残坡积层和冲积层;C1n3—石炭系下统南明水组上段中粗屑-粉屑沉凝灰岩、含炭质凝灰(板)岩夹安山岩;C1n2—南明水组中段沉火山角砾岩、中粗屑凝灰岩、沉凝灰岩;C1n1—南明水组下段凝灰质粉砂岩、泥板岩、硅质岩等;φπ—钠长斑岩;γπ—花岗斑岩

2自然景观及植物群落特征

矿区位于准噶尔盆地东北缘, 属山前平原戈壁荒漠地貌,地形相对平坦, 高差不大, 海拔高程为900～980 m。 矿区北30 km有额尔齐斯河, 洪水期主要发生在春夏冰雪融化时期, 最大洪水流量为400 m3/s, 最高水位8.5 m, 一般流量40 m3/s。 该区属典型大陆性气候, 夏季炎热少雨、 冬季严寒多雪。 年平均气温在4～6 ℃, 极端最高气温39 ℃以上, 极端最低气温-20 ℃以下; 年降雨量在130～170 mm, 雨季在7～8月, 日最大降雨量16 mm;日蒸发量最高为18 mm,一般8～9 mm;积雪期在11月至次年4月。气候干燥,相对湿度小;昼夜温差显著,物理风化强烈;春季多风,风力强劲,可达8～10级。矿区内无常年性地表水体和地下水露头,残山丘陵发育有干沟,春季冰雪消融或夏季暴雨时, 有短暂性的流水。 地势平坦的戈壁荒漠广泛分布第四系松散堆积覆盖物, 主要由风积沙土、 冲洪积砂砾或二者混合组成, 呈半胶结状。 风积沙土通常为粉砂质; 砂砾石从细砂到粒径大于20 cm的漂石均有, 呈次棱角状, 磨圆度及分选性差。 覆盖物厚度0.5～50 m, 一般厚度3～5 m。 覆盖较厚处形成孔隙潜水, 其矿化度0.25 g/L, 水化学类型为SO4-K+Na·Ca型或CO3-K+Na·Ca型。第四系覆盖物下的基岩风化强烈,风化层厚度0～30 m,裂隙极为发育,形成贯通的裂隙网络而成为基岩裂隙潜水,其矿化度<0.3 g/L,水化学类型为HCO3-Ca型或HCO3-Ca·Mg型。深部基岩断裂破碎裂隙发育时,则与其上第四系孔隙潜水、基岩裂隙潜水发生水力联系,形成构造含水体。

表1　基性岩体及其围岩与矿区、区域背景岩石 微量元素的平均含量Table 1　Microelement mean contents in basic rock mass and its surrounding rocks and rocks of the mining area and regional background in KalatongkewB/10-6

注: 括号内为样品数。 ①基性杂岩样品为辉绿辉长岩、 辉长闪长岩、 辉长苏长岩、 黑云角闪苏长岩、 黑云角闪橄榄苏长岩及橄榄辉绿辉长岩; ②岩体围岩样品为蚀变的凝灰质粉砂岩、 中粗屑凝灰岩、 沉凝灰岩、 粉屑沉凝灰岩、 含炭质凝灰岩及硅质岩; ③矿区背景岩石样品为C1n沉凝灰岩、 硅质岩、 粗屑沉凝灰岩、 凝灰岩及安山岩; ④矿区酸性岩脉样品为石英斑岩、 花岗斑岩和钠长斑岩;⑤区域背景岩石样品为C1n沉凝灰岩、 安山质凝灰岩、 凝灰质粉砂岩、 安山岩及D2y安山质凝灰岩、 安山岩。测试单位: 桂林矿产地质研究院测试中心, 2015年。

矿区植被属土砾质荒漠植被类型, 具有植物群落种属组成少、 覆盖度低及旱生的特征。 广泛分布占优势的植物群落为白茎绢蒿(Seriphidiumterrae-albae(Krasch.) Poljak.), 其覆盖度为20%～25%。白茎绢蒿属菊科, 绢蒿属, 多年生小半灌木。主根粗, 木质, 根状茎粗大; 直立或斜向上生长, 高8～30 cm; 其根系发达, 叶片细小, 遍体柔毛, 是典型超旱生沙生植物, 具有极强的抗旱、 耐热、 抗风沙和耐土壤瘠薄的能力[22-25]。伴生植物主要有小蓬(Nanophytonerinaceum(Pall.) Bunge)(藜科, 小蓬属)、 冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.)(菊科, 苦蒿属)、 驼绒藜(Ceratoideslatens(J.F.Gmel.) Reveal & N.H.Holmgren)(藜科, 驼绒藜属)、 角果藜(CeratocarpusarenariusL.)(藜科, 角果藜属)、 骆驼蓬(PeganumharmalaL.)(蒺藜科, 骆驼蓬属)、 木地肤(Kochiaprostrata(L.) Schrad.)(藜科, 地肤属); 伴生植物还有梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey.) Bunge ex Fenzl)(菊科, 梭梭属)、 三界羊茅(FestucakurtschumicaE.B.Alexeev)(禾本科, 羊茅亚属)、 芨芨草(Achnatherumsplendens(Trin.)Nevski)(禾本科,芨芨草属)、苔草(Carextristachya)(莎草科, 苔草属)、 兔儿条(SpiraeahypericifoliaL.) (蔷薇科, 绣线菊属)以及盐生假木贼(Anabasissalsa(C.A.Mey.) Benth.ex Volkens)(藜科, 假木贼属)、 盐爪爪(Kalidiumfoliatum(Pall.) Moq.)(藜科, 盐爪爪属)、 红砂(Reaumuriasoongarica(Pall.) Maxim.)(怪柳科, 红砂属)、 红柳(TamarixramosissimaLedeb.)(怪柳科, 怪柳属)等[22-25]。有些植物在荒漠局部微景观中可形成局域的优势植物，如盐爪爪、 盐生假木贼等在荒漠中较低洼的盐碱化地带,骆驼蓬在溪沟台地或绿州边缘轻盐渍化沙地,芨芨草沿有地下水活动的断裂破碎裂隙带等都较发育。

3植物的地球化学特征

植物地球化学采样,矿床采用剖面法(点距 10～50 m)和随机布点相结合,矿区背景及区域背景区均采用随机布点;植物采集除优势植物白茎绢蒿外,还采集其他伴生植物。采集的植物器官为一二年生叶及细枝,采集时除去泥土,质量约400 g。共采集了15种植物。样品采集后, 适当截断,送加工房; 清洗、 晾干、烘干(60 ℃)、 粉碎(至 0.1～0.2 mm);称样、用硝酸-过氧化氢消解法处理后定量分析。测定元素含量以占植物干重表示。送样时, 密码插植物国家标样和重分析样各6个以监控分析质量[26-27]。检查结果均符合化探分析允许误差。

3.1植物中主要元素的含量

由表2可见,本区各种植物中的K、Na、Ca、Mg及P的含量所占的比例很大,它们是植物中的主要元素。 1)植物群落总体主要元素的平均含量(wB, 下同),K、Na、Ca、Mg及P的区域背景分别是1.66%、2.60%、1.36%、1.19%和0.130%, 矿区背景分别为0.75%、 1.32%、 1.21%、 1.08%和0.131%,矿床上部分别为0.79%、1.34%、1.05%、1.20%和0.120%。相对于世界植物元素的平均浓度值[28-29],Na、Ca、Mg尤其是Na明显偏高,而K、P偏低。2)同种的植物大多数无论是在区域、矿区背景，还是在矿床上部K、Na、Ca和Mg的量差别并不大;但不同种的植物其含量差别很大,如区域背景的盐爪爪K、Na含量分别是白茎绢蒿的21倍和31倍;矿区背景的梭梭K、Na含量分别是白茎绢蒿的8倍和19倍;矿床上部的梭梭K、Na含量分别是白茎绢蒿的7.9倍和19倍。3)根据植物的K+Na、Ca+Mg的含量及(K+Na)/(Ca+Mg)值, 可以将植物划分为富K、Na贫Ca、Mg和富Ca、Mg贫K、Na两种地球化学类型。在研究区特别是在矿床上部和矿区背景的范围内,富Ca、Mg贫K、Na型的植物种类占大多数。建群植物白茎绢蒿属于富Ca、Mg贫K、Na型,其K、Na含量低, K+Na含量也低于Ca+Mg含量,其在区域、矿区背景和矿床上部的(K+Na)/(Ca+Mg)值均小于1,仅为0.28、0.22和0.27。其他一些伴生植物如小蓬、冷蒿、驼绒藜、角果藜、三界羊茅、苔草、兔儿条、芨芨草也都属于富Ca、Mg贫K、Na型。富K、Na贫Ca、Mg型的植物主要产于区域背景一些局部较低洼的盐碱化地带或小绿洲的边缘,主要是盐爪爪、盐生假木贼、梭梭、红砂、骆驼蓬、木地肤等。它们不仅具有较高的K+Na含量,而且(K+Na)/(Ca+Mg)值远远大于1,如梭梭在区域、矿区背景和矿床上部(K+Na)/(Ca+Mg)值分别是2.99、 3.35和2.23; 骆驼蓬在区域、 矿区背景和矿床上部(K+Na)/(Ca+Mg)值分别是2.39、2.33和2.93。生于低洼盐碱地的盐爪爪和盐生假木贼(K+Na)/(Ca+Mg)值高达5.03和4.57。植物的不同地球化学类型是由它们生长的环境条件和本身的生理生态学特性所决定的。由于研究区主要属于山前平原土砾质荒漠,仅局部低洼地段出现盐碱化沙地,所以植物的地球化学类型主要是富Ca、Mg贫K、Na型。

3.2植物中微量元素的含量

由表2可见:1)植物群落总体微量元素的平均含量(wB/10-6),无论是区域背景、矿区背景还是矿床上部大多数都超过了世界植物平均浓度值[28-29]。低于世界植物平均值的区域背景仅有Ni、Zn、Mn、W、B,矿区背景仅有Zn、Mn、W、B,矿床上部仅有W、B。特别是从区域背景→矿区背景→矿床上部,植物群落总体成矿及主要伴生元素含量高于世界植物均值幅度逐渐增高。如Cu的含量从区域背景→矿区背景→矿床上部高于世界植物平均值的倍数是1.2→3.5→16.8;Ni是0.5→1.3→8.5;Au是19.5→22.0→70.0;Ag是13.5→24.5→139.5。Co、Pb、As、Bi、Hg等元素也具有类似的规律。因此,从大区域来说,研究区域是一个以喀拉通克矿床为中心的Cu、Ni、Au、Ag等元素的植物地球化学高背景区。2)从相同植物种属来看,大多数植物中成矿及主要伴生元素的含量,明显地表现出从区域背景→矿区背景→矿床上部逐渐增高的趋势,这说明植物体内元素含量的增高和矿化作用有着密切的关系。如从区域背景→矿区背景→矿床上部,建群植物白茎绢蒿中元素的含量(wB/10-6,下同):Cu为18、 57和247, Ni为32、 23和141, Au为0.003 3、0.004 7和0.014 7,Ag为0.030、0.065和0.304;伴生植物小蓬中元素的含量:Cu为19、43和252,Ni为16、20和181,Au为0.006 1、0.006 0和0.013 8,Ag为0.020、0.037和0.212;冷蒿中元素的含量:Cu为17、47和147;Ni为11、18和115;Au为0.004 3、0.006 1和0.017 1;Ag为0.056、0.071和0.261。3)从不同植物种属来看,无论是在区域背景、矿区背景还是在矿床上部,元素在不同植物种属中的分配是不均匀的。主要表现在不同种属中高含量元素(高于植物群落总体平均值50%左右的元素)的种数有较大差别。如区域背景中, 高含量元素种类较多的种属有小蓬(高含量元素种类14种， 下同)、白茎绢蒿(11)、 木地肤(7)、 骆驼蓬(6)、 冷蒿(5)、 三界羊茅(4)等; 矿区背景中, 只有白茎绢蒿(8)、 三界羊茅(8)、 小蓬(4)等; 在矿床的上部, 只有三界羊茅(8)、 白茎绢蒿(4)、 木地肤(4)等。从区域背景→矿区背景→矿床上部,不仅含高含量元素的植物种属减少,而且这些植物中高含量元素的种数也明显减少。有些植物种属无论是在区域或矿区背景还是在矿床上部,其体内高含量元素的种类都很少(如驼绒藜、果角藜),甚至没有一种元素的含量高(如苔草、芨芨草)。

表2　矿床上部、矿区及区域背景植物中元素的平均含量Table 2　Element mean contents in plants in the upper part of the deposit and the mining and regional background area

续表2

单位:w(K,Na,Ca,Mg,P)/10-2; 其余wB/10-6。括号内数字为样品数。

3.3植物中微量元素含量的概率分布

从植物群落总体中成矿及主要伴生元素含量的统计概率分布(图2)可以看出: 1)区域背景植物群落总体微量元素的含量较低,变化范围较小,概率分布基本呈单峰的正态分布,说明在区域背景区植物所吸收的各元素的含量应属于岩石土壤背景的含量, 反映的是植物中元素的初始本底含量, 这种含量是在岩石土壤的正常背景区植物的种属含量。2)矿区背景植物微量元素的含量及变化范围略有增加,概率分布呈单峰的正态分布略向右(含量高的方向)倾斜,有的元素在右侧出现一个小“峰”, 说明在矿区背景区植物所吸收的各元素的含量也基本属于岩石土壤中背景的含量,仅有极少量后期蚀变或成矿作用的叠加, 这种含量基本上还是在岩石土壤的正常背景区植物的种属含量。3)矿床上部植物微量元素的含量与区域及矿区背景明显不同,元素的平均含量明显增高,变化范围也增大, 且呈现多峰分布,说明矿区植物除吸收它本身的种属含量外, 还被胁迫较多地吸收了因后期蚀变或成矿作用岩石土壤中元素含量增大的那一部分含量。因此植物作为一种微量元素的自然赋存介质,同岩石土壤一样也遵从元素的概率分布一般性规律[30]。

图2　植物中微量元素含量的概率分布Fig.2　Probability distribution of microelement content in plants

3.4植物中Cu、Ni含量与其他元素含量之间的相关关系

研究区为铜镍矿区,是一个Cu、Ni的植物地球化学高背景区,因此Cu、Ni对其他元素的植物地球化学的赋存状态也有着重要影响。由图3可见:1)在区域背景,绝大多数元素同Cu、Ni呈曲线正相关关系(R>0.25), 其中As、 Co、 Au、 Pb、 Zn、 Sb、 Bi、 Cr、 V、 Ti、 Mn呈近线性的曲线正相关关系(R>0.50), 只有少数元素同Cu、 Ni呈近零相关(R<0.25)或曲线负相关(R<0),这些元素都是植物的主要元素K、Na、Ca、Mg、P以及Mo、W、B等。2)那些在区域背景同Cu、Ni呈曲线正相关特别是呈近线性的曲线正相关的元素,在矿区背景尤其是在矿床上部,其正相关关系的程度都有所降低,相关系数R>0.50的元素,从区域背景的10～11个,减少到矿区背景的5～6个,到矿床上部仅有2～3个。其中许多元素的R都降到0.50～0.25甚至到小于0，呈负相关。如Pb、Zn、Sb、Bi、Cr、V、Ti、Mn。3)那些在区域背景同Cu、 Ni呈近零相关或曲线负相关的元素, 在矿区背景尤其是在矿床上部, 其负相关关系的程度更为明显, 其中许多元素的R都降到0～-0.50甚至到小于-0.50。以上现象可能说明了植物吸收的元素之间存在着一定的互促互斥关系。在较正常的元素含量背景条件下, 植物对各种微量元素的吸收可能比较均衡, 因此Cu、 Ni同大多数元素呈曲线正相关的关系, 但到了矿区背景特别是矿床上部, 岩石和土壤中的Cu、 Ni成矿元素及各种伴生元素含量增多, 植物同时大量吸收这些元素将会影响其正常生长, 其中某些元素将会被拒绝过多吸收。这可能是矿床上部Cu、 Ni同其他元素正相关关系程度降低甚至出现负相关关系的原因。

4植物中元素积聚性能及有效指示植物和元素的选择

植物吸收积聚某元素的含量与其生长地岩石或土壤中该元素含量之比称为元素的生物积聚系数[30-32],积聚系数反映了植物对元素的积聚能力的大小,也反映了植物对元素吸收的选择性。研究植物对元素的积聚性能对于选择开展植物地球化学勘查的有效植物及元素,正确评价植物地球化学异常都有着重要的意义。由表1和表2计算出的矿床上部、矿区背景及区域背景植物中元素的生物积聚系数(KJJ)可以看出(表3): 1)在区域背景和矿区背景中,某种植物的不同元素的积聚系数,或者某种元素的不同植物的积聚系数差别都非常之大。如白茎绢蒿、小蓬、冷蒿等的大多数元素的积聚系数都较大,而驼绒藜、果角藜等的大多数元素的积聚系数都相对较小;Cu、Ni、Ag、Zn的大多数植物的积聚系数都较大,Co、Pb、As、Mn的大多数植物的积聚系数都相对较小。这说明在没有矿化影响的背景条件下, 植物对元素的吸收是有选择性的。2)植物群落总体及大多数植物种属中成矿及主要伴生元素除As外的积聚系数从区域背景→矿区背景→矿床上部,基本上都呈降低的趋势。这说明生长于岩石土壤成矿区及伴生元素较高的矿床上部的植物,具有一定的自我保护的机能, 即尽可能拒绝过多地吸收这些元素, 使其体内这类元素的浓度保持在一定的极限之下,其表现形式体现在降低其积聚系数。这种机能称为植物的地球化学屏障效应[30-34]。3)进一步考查矿床相对于矿区及区域背景岩石及植物中各元素含量之比(衬度)后(表 4),还发现植物中积聚系数大的元素其衬度反而有所降低,积聚系数小的其衬度反而有所增高。最典型的是白茎绢蒿和驼绒藜。白茎绢蒿的Cu在矿区及区域背景的积聚系数分别为1.500和1.200, 驼绒藜的Cu分别为0.789和0.533; 但前者矿床相对于矿区及区域背景Cu的衬度分别为4.33和13.72, 后者Cu的衬度分别为5.10和19.43。 白茎绢蒿的Ni在矿区及区域背景的积聚系数分别为1.438和2.909， 驼绒藜的Ni分别为0.625和0.273； 但前者矿床相对于矿区及区域背景Ni的衬度分别为6.13和4.40,后者Ni的衬度分别为12.70和42.33。4)有效指示植物的选择。 本区白茎绢蒿、 小蓬、 冷蒿等几种积聚性较强的植物, 它们又是优势植物或主要的伴生植物,易于采样。它们在矿床上部会吸收较多的元素而产生高积聚量,虽衬度略显降低,但仍可清晰辨认,可作为植物地球化学找矿的重要采样介质。对于积聚性较弱的一般性伴生植物如驼绒藜、角果藜等, 虽然在矿床上部它们产生的元素积聚量不及积聚性较强的植物,但衬度较高,异常良好,可用它们作为辅助采样对象。5)植物介质中指示元素的选择。在考查元素的积聚系数的同时,要重点考查它们的衬度。本区Cu、Ni、Ag在大多数植物中积聚系数都较大,而且在岩石和大多数植物的衬度也较高,是可优先选择的指示元素。另外Pb、As、Bi及Co、Au在背景中的积聚系数一般,但其衬度特别是相对于区域背景的衬度较高或一般,也是可供选择的指示元素。Zn、Cr、Mn、Mo虽然积聚系数较高或一般,但它们在岩石和大多数植物中的衬度普遍较低,在本区不适宜作为指示元素。

图3　植物中Cu(a)、Ni(b)含量与其他元素含量之间的相关关系Fig.3　Relationship between the contents of Cu(a) and Ni(b) in plants and other elements

表3　矿床上部、矿区及区域背景植物中微量元素的生物积聚系数(KJJ)Table 3　Biological accumulation coefficient (KJJ) of microelements in plants in the upper part of the deposit and the mining and regional background area

表4　矿床相对于矿区及区域背景岩石及植物中微量元素含量的衬度(KCD)Table 4　Microelement contents contrast(KCD)in plants in the upper part of the deposit relative to the mining and regional background area

5结论

(1)喀拉通克岩浆熔离型铜镍矿区地处准噶尔盆地东北缘,属典型大陆性气候;地貌为山前平原戈壁荒漠;植被属土砾质荒漠植被类型,具有植物群落种属组成少、覆盖度低及旱生的特征。占优势的植物群落为白茎绢蒿(Seriphidiumterrae-albae(Krasch.) Poljak.), 覆盖度为20%～25%。主要伴生植物有小蓬(Nanophytonerinaceum(Pall.) Bunge)、 冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.)等。

(2)根据植物的主要元素K+Na、 Ca+Mg的含量及(K+Na)/(Ca+Mg)值, 可以将植物划分为富K、Na贫Ca、Mg和富Ca、Mg贫K、Na两种地球化学类型。矿区内富Ca、Mg贫K、Na型的植物种类占大多数。建群植物白茎绢蒿属于富Ca、Mg贫K、Na型。

(3)从区域背景→矿区背景→矿床上部,植物群落总体的成矿及伴生元素含量高于世界植物平均值幅度逐渐增高;多数植物种属成矿及伴生元素的含量逐渐增高;元素含量的概率分布表现出含量变化范围增大,概率分布曲线从单峰正态分布到多峰分布的特征。无论是在区域背景、矿区背景还是在矿床上部,元素在不同植物种属中的分配是不均匀的。

(4)在元素含量较正常的区域背景下,植物对各种微量元素的吸收较为均衡,植物中Cu、Ni含量与大多数元素含量之间呈曲线正相关的关系;在矿区背景特别是矿床上部Cu、Ni及伴生元素含量增多时,某些元素将会被过多的拒绝吸收,造成Cu、Ni同其他元素正相关关系程度降低甚至出现负相关的关系。

(5)在区域背景和矿区背景中,白茎绢蒿、小蓬、冷蒿的大多数元素的积聚系数都较大,而驼绒藜、果角藜的大多数元素的积聚系数相对较小;Cu、Ni、Ag、Zn的大多数植物的积聚系数都较大,而Co、Pb、As、Mn的大多数植物的积聚系数相对较小,反映出植物对元素的吸收具有选择性;植物群落总体及多数植物种属中成矿及伴生元素的积聚系数从区域背景→矿区背景→矿床上部基本上呈降低的趋势,反映出植物对元素的吸收存在着地球化学屏障效应。植物中积聚系数大的元素其衬度反而降低(如白茎绢蒿),积聚系数小的其衬度反而增高(如驼绒藜)。

(6)本区白茎绢蒿、小蓬、冷蒿等植物对多数元素积聚性较强,在矿床上部具有元素高含量的积聚量,是优势植物或主要的伴生植物,虽衬度略显降低,但仍清晰可辨,可作为植物地球化学找矿的重要采样介质;一般性伴生植物驼绒藜、角果藜等虽积聚性较弱,产生的元素积聚量稍低,但可形成衬度较高的异常,可作为辅助采样介质。本区Cu、Ni、Ag在多数植物中积聚系数较大,且衬度较高,可作为优先选择的指示元素。Pb、As、Bi及Co、Au积聚系数一般,但其衬度较高或一般,也可作为指示元素。Zn、Cr、Mn、Mo在多数植物中衬度较低,不宜作为指示元素。

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文章编号:1674-9057(2016)02-0195-12

doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2016.02.001

收稿日期：2015-09-15

基金项目：国家自然科学基金项目(41363003; 40972220)

作者简介：宋玮(1978—), 女, 博士, 讲师, 研究方向: 分布式数据存储、 地球化学数据算法设计, color_unsw@126.com。

中图分类号：P632.4；P618.41

文献标志码：A

Characteristics of phytogeochemistry and prospecting choices of effective plants and elements in Kalatongke Cu-Ni ore field,Xinjiang

SONG Wei1, LEI Liang-qi2, SONG Ci-an2, DING Ru-fu3

(1.School of Computers, Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China;2.a.Guaugxi Scientific Experiment Center of Mining, Metallurgy and Environment;b.College of Earth Sciences, Guilin University of Technology,Guilin 541004,China;3.Beijing Research Institute of Geology for Mineral Resources, Beijing 100145,China)

Abstract:The vegetation in Kalatongke Cu-Ni ore field belongs to a type of soil gravel hungriness one. Seriphidium terrae-albae(Krasch.) Poljak. is a dominant floral community and Nanophyton erinaceum(Pall.) Bunge and Artemisia frigida Willd.,etc.major associated plants in the ore field.The main geochemical type of plants in this region are rich in Ca and Mg,but poor in K and Na. From the region background area, the mining area to the upper part of the deposit, contents of ore-forming elements and associated elements increase gradually and probability distribution curve changes from single peak normal distribution to multi peak distribution in plant community and most plant species. Distribution of elements in different plant species is uneven. Contents of Cu and Ni in plants have positive correlation relationships with most elements in the background area, but their positive correlation degree with other elements decreases and even appears negative correlation in the upper part of the deposit. Plant absorption of elements has selective and shielding effects. When the accumulation coefficient of elements is large, their contrast decreases, but the accumulation coefficient of elements is relatively small, their contrast increases in plants. In this ore field,Seriphidium terrae-albae(Krasch.) Poljak.,Nanophyton erinaceum(Pall.) Bunge and Artemisia frigida Willd.,etc.can be used as important sampling media and Ceratoides latens (J.F.Gmel.) Reveal & N.H.Holmgren and Ceratocarpus arenarius L.,etc.can be used as auxiliary sampling medium in phytogeochemistry prospecting. Cu,Ni and Ag can be used as preferred indicator elements, Pb,As,Bi,Co and Au can be used as general indicator elements and Zn,Cr,Mn and Mo should not be used as indicator elements.

Key words:characteristics of phytogeochemistry;effective prospecting indicator plant and element;desert area;Cu-Ni ore field;Kalatongke;Xinjiang

引文格式：宋玮,雷良奇,宋慈安,等.新疆喀拉通克铜镍矿区植物地球化学特征及找矿有效植物和元素的选择[J].桂林理工大学学报，2016,36(2):195-206.