新疆东戈壁钼矿弱胶结层元素分布规律研究

杨刚刚，李方林，张雄华

(1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

荒漠戈壁是我国七大自然景观区之一，分布面积约210×104km2，大部分地区被新生界戈壁覆盖，由于覆盖物、风成沙较发育，化探工作程度较低。大面积未工作区仍具较好的找矿前景，但常规的化探方法在该景观中找矿效果并不理想。前人运用金属活动态测量法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区等分别展开过金、铜、铀等多种金属矿床的找矿预测研究[1-5]，发现金属活动态测量在指示覆盖区矿体方面具传统地球化学勘查方法无法比拟的优越性，但对钼矿床指示效果研究较少。东戈壁钼矿是新疆发现的第一个大型斑岩型钼矿，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覆盖，是研究有利区域(图1)。王学求在东天山研究发现[6]，含矿信息富集在强胶结钙积层上部的弱胶结层细粒级中。以东戈壁钼矿主矿体上方弱胶结层为研究对象，探讨弱胶结层中不同粒级样品中元素分布规律及成因，主成矿元素活动态赋存形式，为运用金属活动态测量法在戈壁荒漠区寻找钼矿提供依据。围岩中，与矿有关的超微细金属或金属离子、化合物也会相应增多[7]。这些超微细金属或离子及化合物，在多种营力的作用下(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，最后被上覆土壤或其它疏

1 金属活动态测量法原理

王学求等人认为在金属矿床本身及其松物中的粘土矿物、铁锰氧化物等地球化学障所捕获，并在原介质元素含量基础上形成活动态叠加含量(即金属活动态含量)。

在表生条件下，这些易迁移的超微细金属或离子及化合物，最终以4种形式存在：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[8]。使用适当的提取剂将这些元素活动态叠加含量提取出来，就可达到寻找和评价隐伏矿的目的。

2 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。矿区出露下石炭统干墩组，岩性主要为褐黄-灰黑色变质含砾砂岩、砂岩、泥岩、凝灰岩及安山岩。区内发育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(图1)。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。矿体埋深12.98～319.25 m，属于浅部隐伏矿床。区域化探成果显示，东戈壁钼矿普查区是一个以Mo，W，Bi为主的元素异常，元素组合为Mo，Bi，W，Sn，Cu，Pb，Zn，Li，Sb等[9，10]。

3 研究区景观及覆盖层分层特征

东戈壁钼矿位于哈密市南110 km，雅满苏镇西44 km[9]，为典型的荒漠戈壁区，属大陆性干旱气候，降雨稀少，大部分地区年降雨量不足50 mm，而蒸发量高达1 500 mm。在强烈的蒸发作用下，土壤层中部易聚积成坚硬的盐磐，形成碱性地球化学障；区内植被稀少，风大沙多，干燥剥蚀作用和风力搬运作用强烈，形成大面积荒漠土、石质土和少量盐土。

经长期的物理化学风化、搬运和沉积，覆盖层具典型的垂直分带特点。一般发育较好的土壤盖层剖面，自上而下可分为：①孔泡结皮层。由细粒风成土胶结而成，为多孔状灰黄色或浅灰色荒漠土，可见附着较多白色盐类颗粒，厚度3～8 cm；②弱胶结层，位于孔泡结皮以下，质地相对疏松，盖层较发育地区因受铁质染渍常呈红色、红褐色或红棕色，其他区域主要为灰色、灰绿色、灰黄色等，粘土矿物含量达25%以上，深度5～40 cm，厚30～50 cm；③强胶结钙积层。由强烈蒸发作用形成的坚硬盐磐层，主要由方解石及少量石膏构成，含量大于38%，深度一般大于30 cm，厚度50～100 cm；④风化残积层。风化砂岩、泥岩等碎屑物质，主要为原地风化产物，厚度40～60 cm；⑤基岩。由一些粗粒砂岩碎屑组成，主要为原地风化产物(图2)。

4 样品采集及测试分析

样品采集于东戈壁钼矿东部矿区弱胶结层(图1，2)。分别在1号主矿体正上方及北部非矿体上方(背景区)，按等间距(10 m)设计采样点各4个，每个采样点均采集弱胶结层土壤，分别筛成-4～+20目、-20～+40目、-40～+80目、-80～+120目、-120～+160目、-160目6种不同粒级，每件样品不少于300 g。共采集不同粒级土壤样品48件。矿体上方样品采集时为避免污染，采样位置已避开前人勘探密集区域。分别测试土壤中元素全量和活动态含量，由于戈壁荒漠覆盖区中植被稀少，土壤有机含量非常低，本次不讨论元素在有机态中的含量及赋存形式。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。元素全量测试分析由广州澳实分析检测有限公司完成，分析Mo，W，Sn，Bi，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Li，Be，Mn，Al2O3，Fe2O3等14种元素。最终均取元素平均值进行讨论。

5 元素在不同粒级中分布特征

对比元素在不同粒级中含量分布特征可见，成矿元素Mo在粗细2种粒级中富集，即在-4～+20目、-20～+40目粗粒中含量最高，Mo含量分别为10.8×10-6、4.5×10-6，在-160目粒级中，Mo含量次之，为2.5×10-6，均明显高于东天山地区Mo算数平均值1.2×10-6(图3)❶❶ 新疆地质调查院.新疆东天山成矿带中段1∶5万区域地质综合调查,2014。中间粒级的样品Mo含量相对较低，均在算数平均值附近，不能有效反映矿区中Mo元素的地球化学异常特征。Cu，Sn，Li，Be，Zn 5种元素分布规律与Mo基本相同，即在粗细2个粒级中富集，在大于40目的粗粒级样品中含量最高，-160目次之，其它3个中间粒级中含量较低；而其他与成矿有关的W，Bi，Pb，As，Sb元素则表现出不同的分布特征，仅在粗粒中富集，其他粒级含量相差不大。Fe2O3，Mn虽然也在粗细两粒级中富集，但二者在-160目的土壤中富集的更明显，说明在弱胶结层中-160目的细粒级土壤中铁锰氧化物含量可能更高；Al2O3在-80目的土壤中相对富集，3种粒级含量相差不大。

6 元素在不同粒级活动态分布特征

为研究弱胶结层中元素是否存在活动态二次叠加含量，对比分析了Mo，W，Cu 3种成矿及伴生元素在不同粒级中全量及活动态含量变化特征。由图4可见，Mo元素在水提取态和粘土吸附态中含量具相似的分布特征，即在粗细粒级中相对富集，且在-4～+20目中含量最高，-160目次之，与全量分布特征类似。铁锰氧化物态中Mo仅在粗粒(-4～+40目)中富集，其他粒级中含量均很低。各粒级中水提取态Mo含量明显高于其他两个相态，且占活动态总量的53.4%，该相态为Mo元素主要存在相态；W元素在水提取态中也表现出在粗细2种粒级中相对富集的特征。在粘土吸附态和铁锰氧化物态中W元素含量相对较低，主要在大于40目粒级中富集。各粒级中水提取态W含量最高，占活动态总量的43.1%，该相态为W元素主要存在相态；水提取态中Cu在各粒级无明显差异，且含量极低；粘土吸附态和铁锰氧化物态中Cu元素在各粒级中分布规律相似，即在粗粒(-4～+20目)中含量最高，而小于40目中各粒级含量相差不大。但铁锰氧化物态中Cu含量一般高出其他两个相态1～2个数量级，占活动态总量的93.3%，该相态为Cu元素的主要存在相态。

图3 东戈壁钼矿上方不同粒级元素含量分布直方图Fig.3 Content Distribution Histogram of Elements with Different Fractions in the Upper Molybdenum Ore

矿体上方弱胶结层中元素在粗粒中富集是因为粗粒岩屑为原岩半风化后的产物，保留了大量原岩中的矿化信息，而元素在细粒中富集可能与土壤中存在金属元素活动态二次叠加含量有关。通过背景区-20～+40目、-40～+80目、-80～+120目、-120～+160目、-160目5种粒级各元素主活动态含量与全量比对发现，在无元素活动态二次叠加的情况下，背景区Mo，W，Cu 3种元素主要存在相态含量与元素全量近似呈线性关系，其中Mo，W元素呈正相关，Cu元素呈负相关(图5)。异常区上方不同粒级中元素主活动态含量与全量之间线性特征不明显(图6)，Mo，W元素变化最明显，说明该区土壤中元素受外来活动态元素含量影响，破坏了元素全量与活动态含量之间的线性关系，因此，东戈壁钼矿上方弱胶结层土壤中可能存在元素活动态二次叠加。

由表1可见，背景区粗粒级土壤中Mo，W，Cu 3种元素全量均略低于细粒级土壤，但粗粒级土壤中活动态所占比例明显高于细粒级土壤，其中，Cu元素最明显，粗粒级土壤中活动态所占比例是细粒级土壤的3.9倍。而在矿区粗粒级土壤中Mo，W，Cu 3种元素全量均明显高于细粒级土壤，但细粒级土壤中Mo，W活动态所占比例明显高于粗粒级土壤，Mo，W元素在细粒级土壤中活动态比例是粗粒级土壤的2.3和2.9倍。虽然粗粒级土壤中Cu活动态所占比例仍高于细粒级土壤，但仅为细粒级土壤的1.6倍，细粒级土壤中Cu活动态含量比例明显增高，说明在矿区弱胶结层细粒级土壤中有外来的以活动态形式存在的Mo，W，Cu元素，叠加于背景含量之上，导致细粒级土壤中活动态元素比例明显升高，进一步证实东戈壁钼矿上方弱胶结层土壤中存在元素活动态二次叠加的可能。

图4 东戈壁钼矿上方不同粒级元素活动态含量和全量分布直方图Fig.4 Content Distribution Histogram of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements with Different Fractions in the Upper East Gobi Molybdenum Ore

图5 背景区不同粒级元素活动态含量和全量散点图Fig.5 The scatter diagram of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements with Different Fractions in the Background area

图6 1号主矿体上方不同粒级元素活动态含量和全量散点图Fig.6 The scatter diagram of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements with Different Fractions in the main Ore of No.1

表1主矿体及背景区粗细粒级元素全量、活动态含量统计表Table 1 The statistics of the Mobile Forms and Total Concentration of Elements in the main Ore and Background area

7 结论

(1)矿体上方弱胶结层中Mo，Cu在粗、细2粒级土壤中含量高。由钼矿引起的异常进行粗粒级和细粒级分析都能得到充分体现。在粗粒级中富集与粗粒岩屑保留了原岩矿化信息有关；在细粒级中富集与细粒土壤中粘土矿物、铁锰氧化物能有效捕获从深部矿体迁移上的活动态金属元素，形成元素含量二次叠加有关。因此，在大面积基岩出露的戈壁区，粗粒岩屑样品(-4～+20目)即能反映异常；在覆盖区进行钼矿地球化学调查时，采集弱胶结层中细粒级(-160目)样品为佳。

(2)东戈壁钼矿主矿体上方，水提取态为Mo，W元素主要存在相态；铁锰氧化物态为Cu的主要存在相态。弱胶结层中存在元素活动态二次叠加。

(3)在戈壁覆盖区中，可采集弱胶结层细粒级(-160目)土壤样品，运用金属活动态测量法，测试Mo，W水提取态及Cu铁锰氧化态，对隐伏钼矿开展找矿预测实验。