金属活动态测量在东戈壁钼矿找矿效果研究

杨刚刚，李方林，张雄华

（1.新疆地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.中国地质大学（武汉），湖北 武汉 430074）

近年来，随着勘查程度的不断提高，在地表找到新矿产的可能性越来越小，寻找隐伏矿成为近年来地球化学工作者关注的热点[1]。20世纪70年代以来，国内外出现了大量能探测几百米以下隐伏矿体的新理论和新方法。这些方法包括七十年代前苏联科学家Ryss和Goldberg提出的电地球化学方法(CHIM)[2]；八十年瑞典科学家Kristiansson和Malmqvis提出的地气法(GEOGAS)[3]；九十年代美国地调所Clark等提出的酶提取法(ENZYMELEACH)[4]；九十年代澳大利亚Mann等提出的活动态金属离子法(MMI)[5]；及中国八十年代末和九十年代初王学求等提出的金属元素活动态提取方法(MOMEO)和动态地球气纳微金属测量法(NAMEG)[6-7]。其中王学求等提出的金属元素活动态提取方法(MOMEO)，经多年理论完善和实践证明，逐渐走向成熟，并在矿产开发中发挥着重要作用。

前人曾运用金属活动态测量法在我国不同景观区、不同矿床上进行了一系列研究。如在西北干旱荒漠戈壁覆盖区、黄土覆盖区、东北原始森林覆盖区、华北冲洪积物覆盖区、南方湿润第四系残坡积层覆盖区等分别展开过金、铜、铀等多金属矿床的找矿预测研究[8-17]，事实证明金属活动态测量在指示隐伏矿体方面具其它传统地球化学勘查方法无法比拟的优越性。东戈壁钼矿是新疆发现的第一个大型隐伏斑岩型钼矿，最大埋深达300多米，表层被几十厘米至几米的荒漠土和石质土所覆盖，该矿床目前尚未开采，污染较少，是良好的实验场地。笔者选取矿区盖层中主成矿元素Mo，W和Cu进行了金属活动态研究，详细探讨了金属活动态测量法对隐伏斑岩型钼矿指示效果及元素在土壤中活动态主要存在形式，为西北戈壁荒漠地区运用金属活动态测量法寻找隐伏钼矿床提供一定的参考依据。

1 金属活动态测量法原理

王学求等认为金属矿床及围岩中[18]，与矿有关的超微细金属或金属离子、化合物会相应增多。这些超微细金属或离子及化合物，在多种营力作用下(如地下水、离子扩散、氧化还原电位梯度、地气流、蒸发作用、生物作用、毛细管作用等)向地表迁移。迁移到地表后，被上覆土壤或其它疏松物中的粘土矿物、铁锰氧化物等地球化学障所捕获，并在原介质元素含量的基础上形成活动态叠加含量。使用适当提取剂将这些元素叠加含量提取出来，从而达到寻找和评价隐伏矿的目的。

表生条件下，金属元素主要有以下存在形式：①水溶性盐类(包括游离离子及可溶性化合物、络合物)；②胶体形式或被胶体吸附；③呈离子或超微细颗粒吸附在粘土矿物表面，或呈可交换的离子态存在于粘土矿物之中；④有机络合物及被有机质表面吸附；⑤游离自然金(对金而言)；⑥被铁锰氧化物吸附或包裹；⑦碳酸盐包裹；⑧与硫化物结合；⑨硅酸盐晶格或缺陷中的金属[6]。

上述形式中，①、②、③、④、⑥ 5种存在形式称为活动态，这部分金属易于迁移，有可能被各种营力长距离迁移，包括被上升气体携带长距离迁移，从而反映深部矿化信息。这些形式的金属可用较弱试剂提取出来。针对金属活动态的提取，王学求等给出了金属活动态两个阶段提取方案[15]。第一阶段使用顺序提取方法，将载体由弱到强依次溶解，使金属元素释放出来；第二阶段是对提取液的处理过程，将第一阶段释放出的金属溶解于溶液中。

金属活动态提取主要包括以下4种形式：①水提取金属(包括金属离子、可溶性化合物、可溶性胶体和可溶性盐类中的金属元素)；②粘土吸附和可交换金属；③有机质结合金属；④铁锰氧化物膜吸附或包裹金属。金属活动态提取流程如图1[6]。

2 研究区景观特征

研究区位于哈密市南110 km，雅满苏镇西44 km处[19]，为典型荒漠戈壁区，属大陆性干旱气候，降雨量稀少，大部分地区年降雨量不足50 mm，蒸发量高达1 500 mm，在强蒸发作用下，土壤层形成碱性地球化学障。水源缺乏，几乎无地表径流，地下水位低，地势较低的山区或低山丘陵区的干沟中有季节性洪流冲积物。寒暑变化剧烈，气温年差一般在40℃以上，夏季异常酷热，最高气温达45℃，昼夜温差大；植被稀少，风大沙多，干燥剥蚀作用和风力搬运作用强烈，地表普遍受到风尘沙影响。研究区地形南高北低，但起伏较小。地貌特点为低矮山地、丘陵和山间盆地交错，在极端干旱条件下，经长期剥蚀作用和准平原化过程，该区逐渐演化为典型荒漠戈壁区。荒漠戈壁可分为以坡积物和残积物为主的剥蚀戈壁、以冲积物和洪积物为主的堆积戈壁两种亚景观。研究区主要发育荒漠土、石质土和少量盐土。土壤中水分和有机质含量极低，盐渍化普遍，含有数量不等的易溶盐分，土壤剖面中部易聚积成坚硬的盐磐层。

3 研究区地质概况

研究区位于天山造山带东段，觉罗塔格晚古生代岛弧增生带内。南部15 km为北天山与中天山分界断裂带阿奇克库都克深大断裂带[20]。矿区出露下石炭统干墩组，为一套巨厚的陆源碎屑-碳酸盐岩沉积建造，岩性主要为变质含砾砂岩、砂岩、泥质砂岩-砂质泥岩、泥岩、凝灰岩及安山岩。矿区南部沟谷中第四纪覆盖层较发育。区内发育有NE、NW和近EW向3组断裂，其中EW向断裂最发育，与区域构造线方向一致。区内岩浆岩较发育，以花岗岩类为主，闪长岩类次之，可见部分安山岩出露，矿区中部有华力西晚期侵入的隐伏斑状花岗岩体(图2)[20]。矿体赋存于石炭系干墩组浅变质碎屑岩中，并分布于隐伏斑状花岗岩体东侧外接触带。矿体平面形态为不规则的近圆形，直径1 500 m左右，面积1.58 km2。剖面中矿体呈似层状-透镜状产出。矿石矿物主要由辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、黑钨矿和白钨矿等组成。矿体埋深12.98～319.25 m，属浅部隐伏矿床[20-21]。

图1 金属活动态提取流程Fig 1 Schematic of the MOMEO sequential leach scheme

4 样品采集及测试分析

土壤剖面AA＇位于东戈壁钼矿矿区东部1号主矿体之上，由南至北横穿整个钼矿区(图2)。为防止污染，剖面已避开前人施工密集区域。每200 m采集一个样，在矿体上方加密为100 m一个样，剖面总长约6 km。为提高每个采样点上的代表性并保证样品重量，在采样点附近20 m的范围内进行3点采样，并合并为一个样品，采样深度30～40 cm，即在弱胶结层中采集样品，样品重量不小于300 g，分别采集粗粒-4～+20目和细粒-160目两种粒级的土壤样品共70件，并测试样品中Mo，Cu，W 3种元素全量含量；剖面AA＇中35件-160目细粒土壤样品则进行元素活动态测试，元素活动态测试分析由中国地球物理地球化学勘查研究所实验室完成，主要测试Mo，Cu，W 3种元素在水提取态、粘土吸附态、铁锰氧化物态中含量。

图2 东戈壁钼矿地质简图Fig 2 Geological Sketch of the East Gobi Molybdenum Ore

5 研究区剖面异常特征

剖面AA＇地势为南高北低，南部0～2.2 km主要为以冲-洪积物为主的第四纪堆积戈壁，覆盖物相对较厚，弱胶结层细粒中粘土矿物含量最高达25%；北部2.2～6.0 km主要为以坡-残积物为主的剥蚀戈壁，覆盖物较薄，弱胶结层细粒中粘土矿物含量为10%左右(表1)。钼矿体主要位于1.2～3.0 km，其中南部堆积戈壁区矿体埋深100 m以上(1.2～2.2 km)，剥蚀戈壁区埋深为20～50 m(2.2～3.0 km)(图3中所示矿体仅反映相对延伸位置及发育程度，不表示深浅)。

由于研究区为典型戈壁荒漠区，植被稀少，土壤中有机质含量极低，因此，4种相态中仅测试-160目细粒土壤中Mo，W，Cu元素水提取态、粘土吸附态和铁锰氧化物态3相态数据。

5.1 剖面AA＇元素活动态异常特征

由于各元素在不同相态中含量相差较大，且元素活动态与全量数据量级不同，为直观反映同一坐标系中元素在不同相态和全量地球化学特征，采用各元素衬值含量（原始值/中值）替代原始含量作图。同时为避免活动态在测试过程中由于偶然因素造成含量的高低跳跃，活动态数据采用两点移动平均数据作图。图4、图5均为元素相关含量衬值变化曲线图。

从剖面AA＇元素活动态衬值变化曲线图中可看到（图4），Mo，W两元素异常特征基本相似，三相态在剖面中均有一定的高值异常区。Mo，W两种元素水提取态和粘土吸附态衬值变化曲线分布形态和元素异常强度基本一致，在矿体上方存在明显的连续高值异常区，异常衬值最高分别为6.7和9.3，与矿体对应性好，但水提取态中Mo，W含量明显高于粘土吸附态，在活动态总量中所占比例高达60.5%和51.1%，因此，水提取态为Mo，W元素主要存在相态，对矿体指示效果好。铁锰氧化态中Mo含量低，仅为水提取态含量的1/5，衬值曲线呈锯齿状分布，波动性较强，与矿体对应性较差，对矿体指示意义不大。铁锰氧化物态W衬值曲线为1.8～2.8 km，存在一个连续高值区，但曲线相对较平缓，含量和异常衬值较低，不适合作为指示相态。Cu元素活动态衬值曲线虽与Mo，W元素相似，但活动态Cu主要存在于铁锰氧化物态中，该相态中Cu含量高，为活动态总量的91.2%，异常衬值最大为5.5，在矿体上方存在一个明显的连续高值异常区，与矿体对应性好。水提取态和粘土吸附态中Cu含量相对较低，其中水提取态中Cu含量极低，平均值为0.09×10-6，仅为活动态总量的1.8%，衬值曲线变化平缓，无明显高值区。粘土吸附态中Cu含量也较低，平均值仅0.33×10-6（表2），但在矿体上方存在一个相对平缓的连续高值区，与矿体对应性好，该相态对矿体也有一定指示意义。

表1 东戈壁钼矿不同景观区弱胶结层细粒级土壤中矿物含量统计表Table 1 Statistics of Mineral Content in Fine-grained Soil at Weak Cementation Layers in Different landscapes in the East Gobi Molybdenum Ore 单位：%

图3 剖面AA＇地形景观示意图Fig 3 The schematic diagram of terrain and landscape in the Section AA＇

Mo，W，Cu元素活动态总量占土壤全量比例大小不同，其中W仅为2.3%，元素主要以稳定态形式存在于残渣态中。其中Mo，Cu活动态所占比例相对较高，平均为12.3%和14.3%，最大比例达34%和27%。Mo主要存在于水提取态中，Cu主要存在于铁锰氧化物态中，二者在矿体上方异常衬值大，与矿体对应性好，是良好的活动态指示元素。虽W元素活动态总量占土壤全量比例相对较低，一般仅为2.3%，最大比例也仅为3.4%，但W元素在水提取态中异常衬值大，异常连续性好，与矿体对应性较好，可作为良好的活动态指示元素（表2）。

5.2 剖面AA＇元素活动态与全量异常特征对比

从图5中可看出，4-20目粗粒土壤中Mo，W，Cu 3种元素在剖面中有相似变化特征，即在矿体上方存在一个明显的高值异常区（1.2～3.6 km），异常衬值高，连续性好，并在地势高、覆盖薄、矿体埋深浅的剥蚀戈壁区矿体上方2.2～2.8 km达到最大，该区域中Mo，W元素异常衬值最高12和24.5，明显高于细粒级土壤中元素全量和活动态异常衬值。而-160目细粒土壤中Mo，W，Cu元素含量低，异常衬值小，衬值曲线变化平缓，没有明显的连续异常高值区。Mo，W元素仅在埋深浅的主矿体上方出现2～3个高值点，而Cu元素没有明显高值点，因此，-160目细粒级土壤全量不能有效反映矿区真实的地球化学特征。细粒级土壤中Mo，W水提取态和Cu铁锰氧化物态衬值曲线在矿体上方存在一个明显高值异常区，但存在两个高峰异常区，第一个高峰异常区在剖面南部1.2～2.2 km的堆积戈壁区，异常衬值大，连续性好，异常强度明显高于粗细两粒级土壤全量在该区域中的强度。第二个高峰异常区位于中部2.4～2.8 km的剥蚀戈壁区，异常衬值小，明显低于粗细两粒级土壤全量在该区中的衬值。

元素活动态异常高值区与元素全量异常高值区所在位置相差较大，主要与矿体埋深、覆盖层发育程度及弱胶结层中矿物组成有关。剖面南部堆积戈壁区隐伏矿体上方，由于覆盖层较发育，弱胶结层细粒级土壤中粘土矿物、铁锰氧化物含量都较高，在近地表形成了较强的地球化学障，能有效捕获深部迁移上的活动性金属元素，并以不同形式卸载于土壤中，形成元素活动态二次叠加，提取这部分活动性金属元素含量能反映深部矿化信息。剖面中部剥蚀戈壁区隐伏矿体上方，虽矿体埋深浅，但地势高、覆盖层不发育，覆盖物以坡-冲积物为主，弱胶结层土壤中可见大量粗粒岩屑颗粒，细粒级土壤所占比例小，且后生粘土矿物和铁锰氧化物所占比重也较低，活动性金属元素不能及时有效的被捕获沉降下来，元素活动态二次叠加作用较弱，元素主要以稳定态形式存在于弱胶结层矿物中，因此，剥蚀戈壁区粗粒土壤全量更能有效反映区域地球化学异常。

图4 东戈壁钼矿剖面AA＇元素活动态衬值变化曲线图Fig.4 Variation Curve of Contrast Values of the Mobile Forms of Elements in the Section AA＇of East Gobi Molybdenum Ore

表2 东戈壁钼矿剖面异常区元素活动态含量统计表Table 2 Statistics of the Content of the Mobile Forms of Elements in Abnormal Areas of the Section of the East Gobi Molybdenum Ore

图5 东戈壁钼矿剖面AA＇元素活动态衬值与元素全量衬值变化曲线图Fig 5 Variation Curve of Contrast Values of the Mobile Forms of Elements and Total Concentrations in the Section AA＇of East Gobi Molybdenum Ore

6 结论和认识

(1)从土壤中元素全量和元素活动态衬至变化曲线图中可发现，4～20目粗粒中元素含量高，异常衬值大，矿体上方有明显的连续高值异常区，并在剥蚀戈壁区主矿体上方达到最大，是剥蚀戈壁区良好的采样粒级。钼、钨元素的水提取态和铜元素的铁锰氧化物态与土壤全量相比，在埋藏深、覆盖厚的堆积戈壁区矿体上方具更明显的异常显示，异常衬值高，连续性好，因此，金属活动态测量法在堆积戈壁区对隐伏矿体具较好的指示效果。

(2)钼、钨元素主要以可溶性酸根离子形式存在于水提取态中，活动态铜则主要存在于铁锰氧化物态中。据王学求的迁移模型，认为东戈壁钼矿中成矿及指示元素在多种地质营力共同作用下，由矿体迁移至近地表基岩附近，并在强烈的蒸发作用下迁移至地表弱胶结层中，被粘土矿物、铁锰氧化物等吸附并卸载于土壤中，在表生条件下转化成可溶性酸根离子或离子团，被胶体吸附，形成活动态的二次叠加含量。元素活动态主要存在形式及叠加强度，与元素性质，矿体埋深，覆盖层发育程度，区域景观及气候特征都具密切联系。

(3)初步研究认为金属活动态测量对堆积戈壁区隐伏钼矿具有较好的指示效果，可在类似景观找矿有利区中进行推广和应用，寻找隐伏矿床。

[1]施俊法,唐金荣,周平，等,隐伏矿勘查经验与启示—从《信息找矿战略与勘查百例》谈起[J].地质通报，2008,27(4)：433-450.

[2]Ryss Y S,Goldberg I S.The partial extraction of metals(CHIM)method in mineral exploration[J].Method and Technique,ONTI,VITR,1973,84:5-19.

[3]Kristiansson K,Malmqvist L.EVIDENCE FOR NONDIFFUSIVE TRANSPORT OF RN-86(222)IN THE GROUND AND A NEW PHYSICAL MODEL FOR THE TRANSPORT[J].GEOPHYSICS.1982,47(10):1444-1452.

[4]Clark J R.Enzyme-induced leaching of B-horizon soils for mineral exploration in areas of glacial overburden[J].Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy.Section B.Applied Earth Science,1993,102.

[5]Mann A W,Birrell R D,Mann A T.Partial extractions and mobile mentalions[Z].Camuti K S:Extended abstracts of the 17th IGES[C],1995,31-34.

[6]Wang Xueqiu,Leaching of mobile forms of metals in overburden:development and application.Journal of Geochemical Exploration,1998,39-55

[7]王学求,刘占元,白金峰，等,深穿透地球化学对比研究两例[J].物探化探计算技术,2005,(3):250-255.

[8]赵波,龚敏,熊燃等,湿润中低山景观条件下土壤金属活动态找矿试验[J].物探与化探,2012,(3):902-906.

[9]程志中,王学求,喻劲松等,深穿透地球化学方法在黄土覆盖区的应用——张全庄金矿试验实例[J].矿床地质,2002,(3):1124-1127.

[10]姚文生,王学求,张必敏等,鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿深穿透地球化学勘查方法实验[J].地学前缘,2012,(3):167-176.

[11]高阳,张寿庭,彭翼等,黄土覆盖区金矿勘查评价技术方法研究——以豫西申家窑金矿邻区为例[J].地质通报,2012,(3):969-975.

[12]文雪琴,金活动态测量法在红壤区与干旱黄土区找矿中的应用[J].地球科学与环境学报,2007,(4):369-373.

[13]叶荣.戈壁覆盖区金窝子矿带深穿透地球化学方法研究[J].地质与勘探,2004,(3):65-70.

[14]文雪琴.荒漠戈壁区深穿透地球化学的理论方法及应用研究[J].长安大学学报，2008.

[15]文雪琴.金属活动态提取法及其在黑龙江大兴安岭森林覆盖区的应用[J].地球科学与环境学报,2006,(3):43-48.

[16]Wang,X.Q.,Delineation of geochemical blocks for undiscovered large ore deposits using deep-penetrating methods in alluvial terrains of eastern China[J].JOURNAL OF GEOCHEMICAL EXPLORATION,2003,7(1):p.15-24.

[17]胡忠贤,于援帮.森林沼泽区从区域到矿区有效寻找隐伏矿的地球化学方法组合[J].物探与化探,2009,(3):35-42.

[18]王学求.深穿透地球化学迁移模型[J].地质通报,2005,(Z1):18-22

[19]刘桂枝、郭建新.东戈壁钼矿区地球化学特征及找矿标志[J].现代矿业,2011,(7):58-60.

[20]王斌.新疆哈密东戈壁钼矿床物化探异常特征及找矿模型[J].中国钼业,2011,(5):7-10.