热带雨林区地质填图方法技术实践

马一奇，和成忠，姜昕，杨朝磊

(中国地质调查局 昆明自然资源综合调查中心，云南 昆明 650000)

0 引言

特殊地质地貌区往往是矿产资源富集、自然环境脆弱、科学问题交汇、经济活动活跃、需要为社会提供符合多目标需求的基础地质调查成果的地区[1-4]。热带雨林区作为特殊地质地貌区的类型之一，对该类型区域开展地质矿产调查技术方法研究，解决制约找矿突破的重大地质问题，提高地质填图能力，加大对特殊地区的区调精度，产出更多基础性地质调查成果，是现代地质调查工作支撑服务国家重大发展战略的必然要求。

近年来，随着基岩出露区找矿难度的增大，热带雨林区等浅覆盖区的地质矿产调查技术方法研究开始受到越来越多地质工作者的关注。由于覆盖层发育，浅覆盖区的地质出露信息往往较差，严重影响了地质填图与找矿工作，因此，如何快速有效获取地质信息，实现找矿突破，是当前浅覆盖区地质填图与地质找矿工作中十分重要的基础研究内容。从前人资料来看，目前，针对覆盖区的地质填图工作方法可分为两类，一是综合利用物探、化探、遥感、工程揭露等手段，探测基岩、构造等覆盖层之下的地质体信息[5-15]；二是关注覆盖层本身，如第四系自身填图法[16-17]，围绕覆盖层的结构特征、基岩属性等地质特征，采用多种技术方法组合研究不同深度的有效地质填图技术方法[1,18-20]，围绕风化壳覆盖层的元素分布特征进行成因、风化程度、找矿研究[21-23]。从资料来看，前人对浅覆盖区的地质调查方法研究虽然较多，但针对热带雨林区的技术方法实践与探索还相对薄弱，专题研究尚属空白，具有借鉴价值的是2014 年中国地质调查局设立的特殊地质地貌区填图试点项目，其中的南方强风化层覆盖区子项目[1]与热带雨林区有相似之处。

西双版纳位于我国西南边陲，是典型的热带雨林区，该地区常年降雨量大，气候炎热，植被发育，化学风化强烈，风化层覆盖较厚，基岩出露较差，地质找矿信息提取困难，严重影响了地质矿产调查的速度和精度[24]。开展热带雨林区地质填图技术研究，首要问题是如何有效“剥离”覆盖层，显然具有穿透性的有效探测技术手段是关键[25]。覆盖层是人类活动最频繁的层位，热带雨林区很多风化型矿床往往是在该层位发现的，区域上，勐满中型金矿、勐啊大型磷钇矿都是在风化壳中被发现的。在热带雨林景观区，由于地表强烈的风化淋滤作用，岩石露头相对较少，土壤测量便可作为一种重要的勘探手段，有效圈定并缩小找矿靶区[26]，同时，在特殊地貌景观区恰当选择地球化学方法来判别未知地质体信息也是行之有效的填图技术方法之一[20]。笔者在西双版纳勐海县勐满镇南罕寨开展研究，选择岩浆岩、沉积岩、变质岩3大岩类均有发育的地段进行1∶2.5万土壤地球化学剖面测量和浅层取样钻工作，据此研究不同地球化学元素在不同地质单元横向剖面上的富集变化规律，探索“土壤化探测量+浅层取样钻”方法在热带雨林浅覆盖区填图的适用性。

1 地质背景

1.1 研究区概况

研究区位于我国最典型的热带雨林区——西双版纳热带雨林区范围之内，是我国森林生物多样性最丰富的地区[27]，属典型的季风气候，年平均气温15.1～21.7 ℃，降水量1 200～2 500 mm。11月至次年4月为明显的旱季，大雾频发，5～10月雨季降水量占全年降水量的80%以上。研究区具体位于勐海县勐满镇东侧南罕寨一带，面积约17 km2，区内森林覆盖率适中，土壤覆盖厚，沿路才能见基岩露头，同时3大岩类均有出露，断裂构造发育，南侧有已知小型金矿一处。总体来说，研究区代表性较强，适宜开展相关研究。

1.2 研究区地质特征

图1 研究区区域大地构造(a)及区域构造位置(b)(据文献[28]修改)Fig.1 Regional tectonic(a) and regional tectonic location(b) in the study area(modified according to [28])

通过《云南幸福展幅、南段幅、曼燕幅1∶5万区域地质矿产调查报告》[29]发现，在幸福展子项目开展过程中，除路线地质调查外，1∶5万遥感地质解译、1∶5万水系沉积物测量也覆盖全研究区，1∶5万高精度磁法测量只覆盖了研究区东面一部分，由于植被覆盖的原因，区内解译的地质界线与实际情况相差较大。研究区位于《云南幸福展幅、南段幅、曼燕幅1∶5万水系沉积物测量报告》[30]中所圈定的HS-6-甲1和HS-4-乙3两个综合异常的交界位置，整体位于曼蚌—旧豪铁、金(锑)、铅锌Ⅰ级找矿找矿远景区内，南部区域位于曼纳金(锑)A类找矿靶区中。区内Au、Sb、As等异常强烈，异常形态与地层片理走向以及断裂分布基本一致，根据1∶5万化探异常情况，结合研究区南侧有曼纳金矿、东侧有勐满金矿分布，区内接触带岩石蚀变强烈，普遍遭受硅化、褐铁矿化。研究区内具有较好的找金(锑)矿前景，可以进一步加强地质找矿工作，确定找矿潜力。

2 工作方法

2.1 工作思路

在覆盖区开展地质填图工作，不仅要关注基岩层，也要关注覆盖层，热带雨林区很多风化型矿床往往在该层位发现的，所以调查覆盖层对于热带雨林区地质矿产勘查也是必要的。本次采用“土壤地球化学测量+浅层取样钻”融合路线地质调查的方式进行实验填图，总体的工作思路为：① 选择有代表性的填图研究区域，针对不同的岩类开展填图工作；② 开展土壤地球化学测量，得出区内元素的分布规律，总结不同元素在不同地层的分布特征，结合已有地质图获取地质界线，利用各元素异常分布圈定异常区；③ 用取样钻对化探方法画出的界线加以验证和控制；④ 掌握不同地质单元覆盖层的横向变化特征，总结“化探+浅层取样钻”在指导地质填图、地质找矿方面的效果。

2.2 方法技术选择

1) 采用1∶2.5万土壤地球化学剖面测量技术，获取元素在不同地层上覆的覆盖层中的分布特征。参照《土壤地球化学测量规程》(DZT 0145—2017)，研究区共完成土壤地球化学剖面测量72.8 km，点距50 m，线距250 m，采集B层或B+C层土壤，在半径5 m范围内采集3个子样混合组合成一个样品作为该点样品，共采集样品1 493件(包含33件重复样)。

2) 采用土壤取样钻验证地质体和地质界线，并获取土壤垂向剖面揭露覆盖层信息，查明元素在不同层位的分布特征。取样钻主要布设在典型地质体和地质界线周边，样品分层采集，参考《固体矿产勘查原始地质编录规程》(DZT 0078—2015)执行，在研究区共布设19个取样钻。

3) 综合分析1∶2.5万土壤地球化学剖面测量结果，对比区内地质图和各元素分布特征，找出符合能区别不同地层单元和地质体的元素或元素组合，初步对地层单元和地质体进行划分，最后结合取样钻所验证的地质信息进行结果修正和界线的控制。

2.3 样品分析测试

样品分析测试工作由武警黄金第十支队实验室承担，分析质量要求及监控办法按照《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T 0130—2006)、《区域地球化学勘查样品分析方法》(DZG 20.05—2004)、《岩石矿物分析(第四版)地球化学调查样品分析》(DZG 20.01—2011 84.2)、《1∶5万地球化学普查规范》(DZ/T 0011-91)执行。1 493件土壤样品分析Au、Ag、As、Sb、Hg、Co、W、Th、Zn、U、Mn、Cr、Y、Pb、TFe2O3等15个项目，分析方法为：Au采用原子吸收分光光度法，Ag采用发射光谱法，As、Sb、Hg采用原子荧光分光光度法，Pb、Cr、Y、Mn(MnO2)、TFe2O3采用X射线荧光光谱法，Zn、W、Co、U、Th采用等离子体质谱法。Cr报出率为98.5%，其他元素报出率均在99.9%以上，总报出率满足分析测试要求。微量元素分析插入密码样件数为89件，比例为5%，合格件数除Ag为81件，Sb为85件，As为86件，Th为86件以外，其他密码样合格率均为100%；微量元素分析插入异常样件数均在105件以上，比例在6%以上，合格件数均在102件以上，合格率均在97%以上。样品分析质量可靠，数据可信。

3 地质填图结果

3.1 覆盖层地球化学特征

土壤是陆地生态系统的重要组成要素[31]，一般分为A、B、C三层，分别对应淋溶层、淀积层和母质层，其中，A 层土壤容易受自然和人为因素影响，元素含量往往不能真实地代表采样点的地球化学信息，而B层土壤则具有相对稳定、真实、采样经济的特点，因此对于推测下覆基岩地球化学特征是较优的样品采集层位[32]。在此次研究中，先通过元素地球化学剖面采集B层土壤，挑选各地层的特征元素成图，再通过浅层取样钻钻进至土壤C层，对地质界线进行验证和控制。

此次研究中的元素地球化学剖面样品采集主要以B层为主，少数为B+C层，采样深度>30 cm，结合表层取样钻揭露的土壤分层结果，取样钻钻进深度范围在3.4～8.0 m，平均深度5.42 m，分层厚度为：土壤A层厚0.13～0.45 m，平均厚度0.30 m；土壤B层厚1.1～4.0 m，平均厚度1.54 m；土壤C层未完全揭穿，揭露厚度0.60～4.0 m，平均厚度2.8 m；表明B层、B+C层土壤可以代表该地区的真实地球化学信息。

各地层的Au、Ag、As、Co、Cr等15种化学元素实验分析测试结果见表1。从表中可以看出，研究区内的元素含量与云南省幸福展幅、南段幅、曼燕幅水系沉积物元素平均含量相比，相对富集系数最低为0.91，说明区内基本没有相对贫化的元素；Au、As、Pb、Sb、Th、U、W等的相对富集系数均大于1.5，其中Au、Sb、As的相对富集系数较大，分别为2.92、3.20、3.46，显示该区较好的找金潜力；Cr、Zn的相对富集系数小于1，分别为0.91、0.99。从变化系数来看，系数大于1的元素有Au、As、Pb、Sb，以Au、As的变化系数最大，分别为2.82、2.61，说明这些元素在研究区内的分布极不均匀，变化起伏大，这可能与矿化地质体的影响有关。

表1 研究区土壤B层元素含量特征值(N=1460)Table 1 Characteristic value of element content in soil B layer in the study area

对比不同地质单元元素含量特征，U、Sb、W、Pb、Th、Y、Ag、Co、Zn在花岗岩区含量高，但各元素的变化系数都不高，体现了花岗岩的元素高背景值但分布相对均匀的特征，成矿潜力不高；Au、As、Sb无论富集系数还是变化系数在各地质单元中都较高，这与金矿化有关，也反映了研究区的浅成热液型金矿床对于围岩没有偏好性，主要受断裂等热液通道的控制。各元素的横向变化特征在研究区中穿过3大岩类的18号线地质—地球化学联合剖面中也有直观的体现(图2)。

图2 研究区18号线地质—地球化学联合剖面Fig.2 Geological-geochemical joint section of line 18 in the study area

3.2 地质填图效果

通过本次研究工作，可以看到相对1∶20万地质图，1∶5万地质图地质界线有较大的改进(图3)，与《云南幸福展、南段、曼燕幅1∶5万区域地质矿产调查报告》[29]结果基本一致，取得了较好的应用效果。

a—研究区1∶20万地质图； b—研究区1∶5万地质图a—1∶200 000 Geological map of the study area; b—1∶50 000 Geological map of the study area图3 研究区地质填图效果对比Fig.3 Comparison of the effect of geological mapping in the study area

在研究区，Th、Y、U、W相关性较高，其在花岗岩分布区含量最高，在变质岩区次之，沉积岩区最低。该元素组合对基岩层的识别效果较好，图4显示Th、Y、U地球化学分布特征与本次实测填绘的地质图相似度较高，W次之。总体上看在花岗岩区4个元素都表现为高值特征，但在南罕新寨北侧有近WE向的区域Th、Y显示低值，实际查证过程中发现，由于坡积等作用，该地区覆盖层有加厚的情况，颜色呈红色(即含铁量较大)的土壤层厚度在10 m以上，土层中夹球状花岗岩巨砾，加厚的红色土壤层使得Th、Y等元素值较低，但对U的影响较小。U在覆盖层较厚的区域内也能较好地反映花岗岩体，但它对地质体识别的敏感度没有Y、Th高，其高值区相较于实测地质界线有明显扩大情况。为消除覆盖层厚度对单元素特征判别地质体准确度的影响， 综合各元素识别地质体的优点，利用SPSS软件在主成份因子分析和方差极大法对矩阵进行旋转的基础之上，计算每件样品的因子得分，其中F1因子主要载荷元素为Y、Th、U、W，用F1因子得分做等量线图(图4b)，代表了该组元素的组合特征。从结果上看，F1因子得分特征能够消除Y、Th由于覆盖层较厚带来的影响，敏感度比U要高，能更好地识别地质体界线。同时利用浅层取样钻对地质界线进行控制和验证，实际界线与推测界线相差在0～100 m内。

a—研究区地质图；b—F1因子得分图；c—Th地球化学图；d—Y地球化学图；e—U地球化学图；f—W地球化学图a—geological map of the study area;b—F1 factor score map;c—Th geochemical map;d—Y geochemical map;e—U geochemical map;f—W geochemical map图4 研究区地质—地球化学对比(图例同图3)Fig.4 Geology-geochemical comparison of the study area(the legend is the same as Fig.3)

3.3 指导找矿效果

通过R型聚类分析(图5)、因子分析讨论元素组合特征，可将15个元素分为5组，第一组为Cr-TFe2O3，二者相关性最高；第二组为Mn-Co-Zn，高值区主要分布于接触带上，可能与风化壳有关；第三组为Y-Th-U-W，是比较典型的花岗岩元素组合；第四组为Ag-Pb-Sb-Hg，为低温热液成矿元素，是找矿指示元素组合；第五组Au-As则是金矿的找矿指示元素。

图5 研究区元素聚类分析Fig.5 Elements cluster analysis diagram of study area

土壤地球化学测量所圈定的元素异常对于指导浅覆盖区地质找矿具有较直接的效果，结合研究区地质背景，本次主攻矿种为金矿。以累计频率90%的值为参考确定异常下限，在此基础之上，异常中带、内带分别取异常下限的2倍、4倍值。根据元素组合特征，对找金矿具有指示意义的是Au-As-Ag-Sb-Pb-Hg组合异常，该组异常主要在花开左组与花岗岩接触带和曼来组内分布，指示异常位置具有找矿潜力(图6)，同时，F2因子(主控元素Ag-Pb-Sb-Hg)、F5因子(主控元素Au-As)得分高值区对与异常区分布一致(图6b、c)，同样具有较好的找矿指示效果。

圈定了7个土壤综合异常(图6d)，其中3个具有进一步找矿价值。土壤地球化学NHT-7-甲1综合异常面积较小，但异常值、衬度较高，其中Au极值为160×10-9，异常位于曼纳小型金矿采矿区北侧，主要反映的是金矿的异常特征。NHT-4-乙2综合异常位于侏罗系花开左组与岩体的接触带上，总体呈NW向条带状展布，异常面积大，异常元素多且相互套合较好，其中Au、Sb异常强度、衬度较高，Au极值为228×10-9,异常检查中，在接触带两侧发现有透镜状褐铁矿化带、矿化带,层宽约30 m,与异常走向一致,呈NW向。NHT-5-乙3综合异常位于曼来岩组a段，异常呈NNW向，与片理走向一致，异常元素较多，其中Au异常显示较好，Au极值为145×10-9，异常面积较大，在1∶5万水系沉积物异常中该Au-Sb-W-As异常沿片理走向呈条带状向北东方向延伸达16 km，异常带内发现多处黄铁矿化线索发现。建议该3个异常可做进一步找矿工作。

a—研究区地质图；b—F2因子得分图；c—F5因子得分图；d—Au-As-Ag-Pb-Sb-Hg组合异常图a—geological map of the study area; b—F2 factor score map; c—F5 factor score map;d—Au-As-Ag-Pb-Sb-Hg combined anomaly map图6 研究区找矿效果(其他图例同图3)Fig.6 Prospecting effect map of study area(the legend is the same as Fig.3)

3.4 “土壤地球化学测量+浅层取样钻”应用分析与讨论

研究区探索的“土壤地球化学测量+浅层取样钻”融合地质路线调查的方法组合在热带雨林区地质矿产勘查工作中取得了较好的应用效果。该项工作在充分研究利用前人资料，特别是物、化、遥调查或矿区大比例尺地质调查成果的基础上，在成矿有利或重要地质界线区域，根据需要开展合适比例尺的土壤地球化学测量。由于成土母质是表层土壤元素地球化学背景值的主控因素，母岩是表层土壤最直接的物质来源，母岩在风化过程中具有遗传性(母岩到产物)和继承性(风化产物到母岩)[33-38]，不同的母岩类型有着不同的元素类型。研究表明沉积岩母质区土壤富集重金属元素，岩浆岩区富集稀土元素及放射性元素，变质岩区土壤富集半金属元素和矿化剂元素[33]。研究区沉积岩区富集Hg，岩浆岩区富集Th、U、W、Y，变质岩区富集Au、As，这与前人研究结果一致。而不活动元素的稳定性使得风化岩石、土壤和水系沉积物等风化产物能够保留新鲜母岩的元素特征，能够反映产物母岩的特征信息，是可靠原岩组成的化学指标。Fe2O3、Th、Y、U等常被用来识别风化产物的母岩[33,36,38-39]，因此利用土壤B层(淀积层)的地球化学特征推测下覆基岩岩性或矿产是可行的。为验证元素圈定地质体的准确性，研究区进行的浅层取样钻钻进到土壤C层，能直接揭露下伏基岩信息，利用揭露的地质信息可以对所圈定的地质界线进行验证和控制，使得填图更精准。

Fe2O3、Th、Y、U是研究区的稳定性元素，Th、Y、U及其元素的组合因子得分值在沉积岩、变质岩、酸性侵入岩3类地质体的覆盖层中含量依次呈梯度增高，再结合侵入岩中含量较高的W，Th-Y-U-W的元素组合能较好地指示下覆地质体的分布范围，比单个元素的指示效果明显，结合浅层取样钻揭穿覆盖层对地质界线进行验证，较好地提高了覆盖区填图精度。由于研究区黄铁矿化较多，利用Fe2O3填图的成图效果不明显，原因是研究区各类基岩风化层中TFe2O3的含量差别小，且黄铁矿矿化强烈对表层土中的Fe影响较大。其他微量元素由于受风化作用影响较大，在热带雨林等强风化区内元素成图效果不明显。研究区内Au-As-Ag-Sb-Pb-Hg组合异常以及这些元素对应的因子得分高值区，能较好指示与研究区外围勐满、曼纳金矿类型相似的金矿。

4 结语

“土壤地球化学测量+浅层取样钻”结合路线调查的方法组合在热带雨林区地质矿产勘查工作中具有较好的应用效果，在强风化区可以采用化学性质稳定的Th、Y、U元素组合追溯地质体进行填图，但该种方法对于岩性差别较小的地层逆推地质信息效果不明显，需进一步研究，可通过基岩和风化剖面对比得到更好的元素组合。总体上看，该方法对于岩性差别大的区域性覆盖区及强风化区地质填图具有一定借鉴价值，可为热带雨林区地质填图方法技术指南的编写提供参考。