活化金属离子方法在加拿大瑞查得颂多金属矿勘查中的应用研究

韩国胜，段 旦，刘东升，苏雅拉吐，吴思桐

（正元国际矿业有限公司，北京 101300）

地球表生、浅表生矿床资源日益枯竭，而深部隐伏矿床受覆盖物的影响，使得勘探工作更加具有挑战性。有限于此，研究人员开始在传统地球化学方法的基础上寻找一些有效的深穿透方法来探测隐伏矿床，获取隐伏矿体的探测数据，活化金属离子测量方法（MMI）就是在此基础上发展起来的一种新兴的地球化学勘探方法[1]。

加拿大安大略省瑞查得颂地区历史工作较少，本次通过介绍MMI方法在瑞查得颂VMS型铜多金属矿产勘查中的应用实例，为同类型隐伏矿床勘查工作总结了一些经验。

1 研究区概况

研究区位于加拿大安大略省北部重要的桑德贝铜金成矿带上（图1），地表几乎完全由植被覆盖，区内广泛分布镁铁质火山岩，岩性复杂多样，构造较发育。岩层主要出露太古界的镁铁质变火山岩和新生界沼泽、湖泊和河流沉积物[2]。

1.1 地质概况

研究区处于以太古宇绿岩带为代表的加拿大地盾区。绿岩带主要由两部分岩层，下部为钙碱系列的基性到酸性变火山岩；上部由浅变质沉积岩以及化学沉积的条带状含铁建造层和燧石等组成，其中主要岩性为镁铁质变质火山岩，占绿岩带的80%以上，主要为块状或枕状熔岩、玄武岩、凝灰岩、火山砾凝灰岩、凝灰角砾岩、斜长石斑岩等。

绿岩带在研究区中部表现为形状不规则、东西走向的向斜结构，断裂构造主要受控于东～西向Quetico断裂带和北东～南西向Steep Rock-Red paint Lake断裂带。区内绿岩带主要被三类岩体侵入穿切，分别是构造期前的长英质斑状侵入岩、镁铁质或非镁铁质侵入岩；构造期或构造期后的两次花岗岩侵入以及向斜轴部构造期或构造期后侵入的小型斑状岩株[3]。

图1 研究区地质图（据 Buse et al,2009）

1.2 矿化带

太古宙是研究区内一个重要的成矿期，形成的矿产很丰富，绿岩带中矿产尤为丰富， 在中部的镁铁质火山岩内及与长英质火山岩之间发育有金、银、铜和锌等矿产，条带状含铁建造等则主要产于上部沉积岩中。

研究区内分布的矿种主要为铁、金和贱金属。金矿化主要发育在含铁沉积岩建造中，而铜、铅、锌的勘查则主要集中在超镁铁质橄榄岩中的铜镍硫化物矿床和绿岩带中的火山块状硫化矿床内。

2 活化金属离子测量方法（MMI）

MMI方法最早是由澳大利亚于1995年第十七届国际化探会议上正式提出，目前已在全世界范围多国家上百个实际案例中得到成功应用[4，5]。该方法适用于多种气候、地形条件，最深勘探深度达到700米，覆盖的矿床种类包括金矿床、贱金属矿床，镍矿，铀矿，稀土矿和稀有金属矿，以及金伯利岩侵入体矿床等，并在石油天然气等方面进行了一些尝试，甚至在农业土壤调查中用来评价土壤元素的生物有效性。

活化金属离子描述的是从地下深部埋藏矿（化）体中释放出来传输到地表，并被地表土壤颗粒吸附的金属离子。离子从矿（化）体中释放，部分溶解于蒸发岩、孔隙水等物质中，处于一种游离状态，我们称之为未吸附或移动金属。

与之相反，与铁氧化物或者强吸附物质结合后的金属离子，则称之为被吸附金属离子。MMI方法采用具有强配位体的溶液，从土壤颗粒的外部将未吸附金属离子分离提取出来，同时降低离子的再吸附作用，通过等离子质谱分析（ICP-MS）测量未吸附金属离子含量以达到测量金属离子在地表聚集程度的目的[9]。

通过对地表土壤中活化状态的金属离子进行偏提取分析，矿（化）体中心位置正上方的地表土壤中因未结合的活化金属离子含量远高于周边环境，在含量分布曲线上形成远高于背景值具有明显脉冲状的异常形态，从而达到确定矿（化）体中心位置的目的。MMI的异常指示一般用异常响应比来表示[6]。

3 方法测量

3.1 试验

在地表出露的矿化区域上方开展试验工作，试验覆盖矿化区域、周边矿化带边缘位置和无矿区域。点距25米，取样点选取在有机覆盖层底部界线以下40cm，以10cm间距垂直连续取4个层位的试验样，观察不同取样深度的移动金属响应变化。

图2 Cu和Au元素垂向取样分析结果

结果显示MMI方法能有效区分多种活化金属离子的响应值。确定取样的最佳层位为腐殖层以下30cm～40cm层位（见图2）。在研究区试验剖面不同位置Cu和Au等元素具有较好异常响应（见图3）。

图3 实验点金属元素含量叠加图

3.2 采样

采样点距为50m，测量线距为100m。取样深度为有机覆盖层以下30cm～40cm垂向刻槽连续取样，样品重250g。所有样品由温哥华SGS实验室进行MMI-M8元素分析，最终分析结果由SGS矿业服务公司（多伦多）给出。

3.3 成果

所有MMI样品数据分析至ppb级别，对研究区范围内所有样品数据的极限值、平均值以及背景值进行统计，部分数据分析值显示出低于检出值的结果采用检出值取半处理（表1）。选取全部数据中单值最小的25%数据参与计算后得出区域背景值，最终获得研究区全部分析元素的异常响应比分布图。

表1 MMI数据统计分析表

Fedikow等通过多年研究，对加拿大冰蚀地形区域MMI方法测量数据解释的最终元素响应值（Calculated Response Ratios，简称“RR”）给出如下定义[7]：

①1-10RR （极低或无意义）；②11-20RR（低比值）；③21-50RR（中等比值）；④＞50RR （高比值）。

根据对异常的定义原则，对所有元素的异常响应比成图。结果显示出对各元素的分布情况有了很好的识辨度（图4）。

MMI异常响应比结果解释出在研究区内有两个Zn异常带，Cu和Au的异常带各一个。研究区中心位置主体为一个北西～南东走向的Zn异常带，与该主Zn异常带对应位置有一条约100米长的金异常带，显示为较高的金异常响应；研究区内Cu异常在研究区东北角聚集，与Cu异常相对应的位置同时存在有部分高值Zn异常，显示的走向为北西～南东向，并向外呈开放状态。

从研究区内挑选金异常点位最突出的3条测线完成异常响应比叠加对比图（图5），反映出同测线上不同取样点位各种元素相对关系。元素的部分单点异常响应比明显高于周边其它取样点所获数据，形成尖锐的异常峰值，相邻的不同测线中各异常单点在空间上具有一定的连续性，显示出地下含矿地质体的走向以及分布范围。

4 讨论

（1）MMI方法的样品采集工作应尽可能避免金属物品对样品的污染，样品取样层位的确定亦是影响工作质量的关键。土壤样品的成分也同样对金属离子的聚集有很大的制约或促进作用。有机物、粘土或水合金属氧化物等容易影响金属离子的聚集。土壤的粘土的含量或潮湿程度将成为影响金属离子在样品中吸附能力的主要干扰。

（2）不同层位取样，分析的离子含量不同，但并不表明取样层位的选取会直接造成最终数据分析存在极大差距。不同层位进行取样存在的差异在一定程度上会影响分析结果，样品数据的整体变化趋势主要仍由其取样位置决定，而取样层位的优选则是对分析结果精确度的支持。

图4 研究区MMI方法Au、Cu及Zn异常响应图

图5 测线元素响应比叠加图

（3）元素的离子价位同样是影响其分布的一个因素。低离子价位元素如Cu、Zn等易形成阳离子，具有较强的活动性，容易吸附在土壤颗粒的表面。而相对的高离子价位的元素如Au等则活动性较差或不活动，因此在土壤中吸附的含量比例相比较小，这也解释了Cu、Zn等离子相比于Au有更广泛的聚集。

（4）区内钻探结果获得3个非连续的石英岩心，总长度为3米，金品味为4.82g/t（4829ppb），位于富含石英的含铁建造内。Au矿化带分布走向与区域含燧石磁铁硫化物建造走向相同。Zn和Au在走向上上覆于燧石磁铁硫化物建造，存在有零星的贱金属和稀有金属异常的可能性，且异常具有明显的连续性，为进一步的工作提供较为可靠的勘查目标。

5 结论

（1）研究结果表明，在冰蚀地形、黄土覆盖等厚覆盖区域，采用MMI方法圈定异常可有效缩小了工作范围，进一步指导勘查工作。

（2）MMI方法取得的响应比具有陡倾、高对比度的形态，在深部矿体的上方测量到了很好的异常显示，对寻找隐伏矿有更好的指示。

（3）MMI方法采集简单，应用效果明显，异常响应比具有高灵敏度，是一种有效探测地下深部隐伏矿床的地表探测工具。