东天山玉海浅覆盖区机动浅钻化探方法技术研究

段星星，刘拓，董会，张钊熔，杨帆，梁楠

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054；2.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；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)

中国运积物覆盖厚度小于50 m的浅覆盖区大约有120万km2，主要分布在山地边缘、山间盆地、河谷两侧等，这些地区常常是构造活动地段，蕴藏着丰富的矿产资源(孔牧等，2015)。近年来，在东天山地区山丘与山间凹地过渡带或山间凹地等相对低地形的浅覆盖区(盖层厚度通常小于30 m)内，相继发现了玉海铜(钼)矿、白鑫滩铜镍矿、阿齐山铅锌矿、路北铜镍矿、沙西铜铅锌矿、哈西金矿等，充分显示了覆盖区具有很好的找矿潜力。据遥感影像初步分析，东天山地区除去吐哈和塔里木盆地北缘厚大覆盖区之外，有近3万km2中新生界覆盖区。这些地区在以往地质找矿过程中，常常重视不够或被忽略，尤其是常规化探。因此，探索和总结浅覆盖区找矿经验和有效的方法技术，对于开辟东天山地区新的找矿空间，实现找矿新突破具有重要意义。

2008年以来，中国地质科学院物化探研究所等单位针对浅覆盖区，采用国内研制生产的不同类型的机动浅钻(田树伟等，2008；李子章等，2009)，开展了一系列以覆盖区化探方法技术创新为目的的地球化学调查研究工作。试验检验了钻机设备的适用性，积累了丰富的钻进取样工艺方法技术，促进了钻机设备的改造和改型，提升了浅钻应用的深度和广度(赵建勤等，2008；卢予北等，2014)。针对东天山地球化学景观及地质特征，松散(软)层位采用三翼合金刮刀+空气正循环回转钻进工艺，坚硬完整层位采用冲击锤冲击+回转钻进工艺(徐美莲，2003)。综合前人取得的成果，笔者认为浅覆盖区机动浅钻化探的关键技术问题是层位识别、样品的采集和采样粒级选择等。针对这些关键技术问题，在项目实施过程中，围绕玉海铜(钼)矿这个典型浅覆盖矿区，选择最佳机动浅钻化探方法技术组合，补充开展了方法技术试验，探索完善了关键技术问题，为全面开展浅覆盖区地质找矿提供了方法技术支撑。

1 实验研究区概况

研究区大地构造位置位于东天山觉罗塔格晚古生代岛弧带中的哈尔里克-大南湖晚古生代岛弧带内，康古尔深大断裂带北缘。沿该带已发现有土屋-延东斑岩型铜矿、玉海斑岩型铜(钼)矿、三岔口斑岩型铜钼矿。区内出露地层自老到新有下石炭统盐池组(C1y)、上石炭兔子山组(C2t)和新近系葡萄沟组(N2p)，其中实验研究区内出露地层主要为新近系葡萄沟组钙质砂砾岩。区内岩浆岩侵入活动频繁，以华力西中期侵入的中-酸性岩体为主，主要为灰白-肉红色花岗岩和浅灰绿色石英闪长岩，其中第二期侵入的石英闪长岩与玉海铜(钼)矿的形成有关，出露面积约8 km2(张华等，2003)。

区内构造以区域性深大断裂(属康古尔-黄山深大断裂带的组成部分)为主，由研究区南侧通过，走向70°，南倾，属区内控岩构造；受其影响，派生出众多的次级断裂与大断裂斜交，走向为北西向或北东向。

玉海铜(钼)矿区地表80%的面积被第四系或新近系覆盖，矿区根据已有见矿钻孔圈出具有一定规模的铜矿体9个，主要赋存于石英闪长岩中，受构造控制明显。矿体呈多层沿倾向平行斜列，沿走向尖灭再现，矿体形态为似层状、透镜状，局部有分支复合现象。产状与含矿岩体基本一致，即走向280°，倾向10°。矿体长100～1 500 m，厚1～44.04 m；Cu品位为0.2%～2.18%，Mo品位为0.03%～0.18%。经初步估算累计探求333+334(?)资源量：矿石量为9 094.9万t，铜金属量为31.09万t，共伴生有用组分为钼和金。

研究区内松散沉积物覆盖很普遍，第四系砂、砾石盖层厚度为0.1～11 m；新近系葡萄沟组钙质砂砾岩层厚为1～47 m，其产状近水平产出。如果以研究区内零星出露的新近系下伏基岩为基准，随着地形增高新近系厚度也增大，从研究区地形高差来看，新近系最大厚度约为50 m。

综上所述，玉海铜(钼)矿属东天山荒漠戈壁覆盖区内典型矿床，矿区内覆盖区盖层厚度小于50 m、连续分布、范围较大，且与大面积基岩出露区紧邻，便于开展方法技术的对比试验。

2 方法技术实验

选择玉海铜矿区内贯穿主矿体的Y14号采样线(图1)，按点距250 m共布设施工4个钻孔，分别是Y1405、Y1406、Y1407、Y1408，开展层位识别、样品采集、采样粒级选择等方法技术试验。

1.第四系；2.新近系葡萄沟组；3.下石炭统盐池组；4.上石炭兔子山组；5.灰白-肉红色花岗岩；6.浅灰绿色石英闪长岩；7.矿点位置及名称；8.铜钼矿体；9.实验研究区及钻孔位置图1 新疆哈密玉海铜(钼)矿区地质矿产图Fig.1 The map of geology and mineral resources in Yuhai Cu-Mo orefield, Hami,Xinjiang

2.1 采样层位识别

玉海矿区自上而下可划分为6层，依次为第四系、新近系、强风化岩层、风化岩层、半风化基岩层和基岩层，各层之间具有一定的差异(李晓燕等，2009)。第四系：土黄色，松散，颗粒大小不一，包含颜色各异的具一定磨圆度的碎石颗粒物，手抄沙砾感较明显；新近系：红褐色，硬度大，和第四系一样包含颜色各异的具一定磨圆度的碎石颗粒，手抄沙砾感明显，使用三翼合金刮刀+空气正循环回转钻进工艺施工进度缓慢，且声音巨大，表现出尘土飞扬；强风化岩层：灰白色，松软，粉末状，手可捏成任意形状，采用冲击锤冲击+回转钻进工艺施工进度缓慢，且声音柔绵；风化岩层：浅绿色，粉末状，其中基本上无颗粒存在，手捏可聚集成型；半风化基岩层：土褐色，棱角不明显，与强风化蚀变层最大的区别是，混有大量的颗粒，大部分用手不可掰裂；基岩层：灰黑色，由大小较均匀的颗粒和粉末组成，棱角非常明显，手抄沙砾感明显，三翼合金刮刀+空气正循环回转钻进工艺(刘文武等，2014)施工进度非常慢，且声音巨大，随风排出大量粉尘。

根据该区取样试验结果，取样层位的识别可以利用以下3个方面进行识别判定。第一野外机动浅钻取样层位识别，首先可以利用目标岩层和盖层(包括第四系、新近系、侏罗系)之间存在的颜色差异(也可能差异不明显)，其次结合浅钻样品中大颗粒岩石碎块的岩性(直径最大可达1.0 cm)识别取样层位。第二综合研究区内地表出露的已知岩体类型与临近钻孔样品岩性鉴定的岩石类型，结合覆盖层与岩体之间存在的硬度差异、钻机钻进速度、钻进声音、排风携带的粉尘量等信息开展判别。第三利用覆盖层第四系和新近系中常含具有一定磨圆度且颜色大小各异的岩石颗粒，而钻机施工过程中破碎新形成的碎颗粒通常棱角非常明显，大小基本一致、且成分通常单一来判别。

2.2 采样粒级选择

围绕施工的钻孔Y1406、Y1407、Y1408选择风化岩层、半风化岩层和基岩层采集粒级实验样品，累计8组(其中Y1406未采集基岩层粒级样品)，样品经充分晾干混匀后，分别筛取全粒级、+4目、-4～+20目、-20～+40目、-40～+60目、-60～+80目、-80目共7组粒级实验样品(图2)。为更好的显示各粒级样品15种元素变化规律，选择7组数据的标准偏差作图(图3)。

1.风化岩层；2.半风化岩层；3.基岩层图2 玉海铜(钼)矿区ZK1407中3种层位各7组粒级样品图Fig.2 Seven Groups of sampling at drilling of ZK1407 in Yuhai Cu-Mo orefield

由图3可以看出，实验测试的15种元素含量在-4～+80目之间相对较稳定；+4目粗粒级样品中，各元素值表现出不稳定性，易形成突变值，这主要是因为大颗粒物质代表性不强；-80目较易出现低值，这主要是与当前的浅钻施工工艺特征有关系。空气正循环施工工艺中空气用于冷却钻头和提取样品的风是从钻杆内部进入后，经过钻头，然后顺着钻杆与孔壁之间的空隙排出。在此过程中钻杆持续与孔壁发生摩擦容易导致孔壁细颗粒物质混入样品中。综合以上因素选择-4～+80目。

2.3 样品采集试验

选择玉海铜矿区内贯穿主矿体的14号采样线(图1)，按点距250 m共布设施工4个钻孔，每个钻孔自地表至新鲜完整基岩层，1 m进尺采集一个样品，选取-4～+80目粒级样品进行采样，研究15种元素在不同层位和不同深度上的含量变化(表1)。

由表1可知，施工的4个钻孔中第四系和新近系中元素含量偏低。利用Grapher软件绘制15种元素垂向剖面变化图(图4)，可以明显看出钻孔Y1407内的强风化岩层里Cu、Pb、Zn、Au、W、Sn、Mo、Bi、Ag、Sb、Hg等元素与下覆岩体呈明显的台阶式突变，Cr、Ni、Co则表现的弱一些。结合孙承辕(1992)指出剖面岩石经水热淋滤作用后(孙承辕等，1992)，其中的Cu、Pb、Zn、Au、W、Sn、Mo、Bi、Ag、Sb、Hg等元素会发生明显的变化，而亲铁元素则相对较稳定，含量变化不大，因此笔者认为导致玉海矿区内强风化岩层元素含量变化的主要原因应该是由风化淋滤作用的结果。

综上所述，采样层位应避开第四系、新近系、强风化岩层后采集样品，采集半风化岩层、风化基岩层、基岩层样品。

表1 玉海铜(钼)矿区各钻孔中第四系和新近系元素含量(10-6)Tab.1 The content of samples elements in the Quaternary and Neogene layers of Yuhai Cu-Mo orefield(10-6)

续表1

样品编号岩石类型CuMoAuAgPbZnWSn(10-9)(10-9)Y1406第四系24.61.20.9501540.70.741.5新近系39.72.21.19710.641.812.2下覆岩体1282.90.9354.681.50.231.2Y1408第四系37.62.10.99718.2341.41.8下覆岩体6514.92.1594.149.81.12.2样品编号岩石类型BiAsSbHgGrNiCo(10-9)Y1405第四系0.2816.91.414.038.714.18.6下覆岩体0.064.40.328.611.718.513.2Y1407第四系0.368.60.5510.619.888下覆岩体0.081.80.157.23511.31.3Y1406第四系0.186.60.5416.227.18.55.5新近系0.1213.30.829.0428.211.17下覆岩体0.0412.30.557.568.16.88.1Y1408第四系576.10.3510.7206.75.7下覆岩体1.412.10.17.2139.618.722.5

1.第四系；2.强风化岩层；3.半风化岩层；4.风化基岩层；5.基岩层图4 玉海铜(钼)矿区Y1407钻孔各元素含量垂向变化图Fig.4 The vertical change of elements at the Y1407 drilling in Yuhai Cu-Mo orefield

3 应用示范效果

选取玉海矿区外围开展1∶5万浅覆盖区机动浅钻化探应用示范，面积约为56 km2，基岩出露区采样密度为8个样/km2，采样粒级为-4～+20目，覆盖区采样密度为4个样/km2；采样粒级为～4-+80目；采样层位为穿过第四系、新近系、强风化岩层，依次优选半风化岩层-风化基岩层-基岩层内1 m进尺的样品。图5为依据分析测试结果，以Cu为主成矿元素圈定的综合异常图，其中Cu异常下限取200×10-6。覆盖区中的已知玉海铜钼矿、三岔口铜矿西矿段、三岔口铜矿均具有明显的以Cu为主成矿元素的综合异常，依次对应HT02、HT03、HT04号综合异常，异常呈带状分布。三岔口铜钼矿-玉海铜(钼)矿向西进入覆盖区仍具有明显的异常且未圈闭，对应HT01综合异常。矿权所属单位施工ZK3901开展异常查证工作，新圈定铜矿体5个，单层铜矿体厚度达9.19 m，Cu平均品位为0.25%，异常查证结果证实该异常为矿致异常。这些结果均表明机动浅钻化探方法技术试验所确定的层位识别、样品采集、采样粒级等内容的准确性和有效性，能够在浅覆盖区实现找矿突破。

1.第四系；2.新近系葡萄沟组；3.下石炭统盐池组；4.上石炭兔子山组；5.灰白-肉红色花岗岩；6.浅灰绿色石英闪长岩；7.矿点位置及名称；8.铜钼矿体；9.实验研究区及钻孔位置； 10.综合异常位置及编号图5 玉海铜(钼)矿区及外围应用示范综合异常图Fig.5 The map of mineralization anomalies in Yuhai Cu-Mo orefield and its periphery

4 结论

根据应用示范区样品测试成果数据与区内已发现的矿床及地质特征综合分析结果，表明依据随风循环带出的颗粒物样品颜色、磨圆度、成分及钻机信息等识别采样层位，合格的样品通常表现出颜色单一、棱角明显、成分单一；机动浅钻穿过第四系、新近系及强风化黏土层后，依据各孔实际层位情况，依次优先选择风化岩层—半风化基岩层—基岩层采集机动浅钻1m进尺内的样品；采样粒级选择-4～+80目，所圈定的异常完全可以有效的反映成矿地段，可作为东天山及类似地区浅覆盖区1∶5万机动浅钻化探调查方法技术。