李帥,孫彬彬,文美蘭,吳超,賀靈,曾道明,成曉夢,溫銀維

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，自然資源部 地球化學(xué)探測重點實驗室，河北 廊坊 065000； 3.聯(lián)合國教科文組織全球尺度地球化學(xué)國際研究中心，河北 廊坊 065000; 4.內(nèi)蒙古興業(yè)集團股份有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

0 引言

地電化學(xué)測量方法起源于前蘇聯(lián)，于20世紀(jì)80年代引入我國，它是利用地球物理手段獲取地球化學(xué)數(shù)據(jù)的一種找礦方法，其原理是通過外加電場收集土壤層中電活動態(tài)顆粒信息并分析成礦元素含量，發(fā)現(xiàn)異常，以達(dá)到找礦的目的。受技術(shù)原理認(rèn)識限制，早期地電化學(xué)測量使用大功率發(fā)電機組，技術(shù)裝置笨重，勘查效率較低，僅適合開展礦區(qū)大比例尺勘查工作[1-4]。經(jīng)過幾十年發(fā)展，隨著技術(shù)原理認(rèn)識的改變[5-6]，地電化學(xué)測量野外裝置已發(fā)展為便攜、偶極式技術(shù)裝置，工作效率大大提升[7-12]，也具備了開展面積性中小比例尺勘查的技術(shù)裝置條件。但當(dāng)前地電化學(xué)測量中小比例尺面積性勘查有效性試驗仍相對較少，急需針對不同地球化學(xué)景觀區(qū)、礦種、礦床類型開展相應(yīng)試驗，確定方法技術(shù)有效性，總結(jié)方法技術(shù)應(yīng)用條件，為覆蓋區(qū)礦產(chǎn)資源勘查提供技術(shù)支撐。

筆者在內(nèi)蒙古洛恪頓風(fēng)成砂淺覆蓋鉛鋅多金屬礦區(qū)約40 km2范圍內(nèi)開展了1∶5萬地電化學(xué)測量試驗，同時配套常規(guī)土壤測量，對兩種方法的測量效果進(jìn)行了對比研究，以期為類似區(qū)域開展地電測量工作提供參考。

1 試驗區(qū)簡況

洛恪頓礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東烏珠穆沁旗境內(nèi)，大地構(gòu)造位置在西伯利亞板塊東南邊緣增生帶，位于天山—內(nèi)蒙地槽褶皺系，內(nèi)蒙華力西中期褶皺帶，二連—東烏旗復(fù)背斜的北翼，額仁高比復(fù)式向斜北東端，屬內(nèi)蒙古—興安嶺晚古生代—中生代銅、鉛、鋅、金、銀、錫、鉻(鉬)成礦區(qū)，NE向延伸，與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。試驗區(qū)第四系大面積覆蓋，高山地帶有NE向展布的古生界泥盆系中統(tǒng)塔爾巴格特組下段(D2t)和位于礦區(qū)西南部的中生界侏羅系上統(tǒng)滿課頭鄂博組(J3mk)地層出露，其中泥盆統(tǒng)塔爾巴格特組下段在出露地層中分布最廣，是與成礦有關(guān)的直接圍巖，巖性為變質(zhì)粉砂巖、白云母石英片巖。新進(jìn)系上新統(tǒng)僅見于鉆孔和淺井中，在礦區(qū)內(nèi)分布最廣，但地表未見出露(圖1)。

試驗區(qū)已發(fā)現(xiàn)礦體均為隱伏礦，總體走向NE20°～60°，傾向NW，傾角50°～70°，礦石類型以鉛鋅礦為主。試驗區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造有NW向、NE向斷裂，雁行排列斷裂和試驗區(qū)西南部的環(huán)形斷裂構(gòu)造[13-14]。

試驗區(qū)開展過1∶1萬土壤化探及物探激電中梯測量工作，以物化探異常為依據(jù)，通過開展鉆探工程在區(qū)內(nèi)共圈出隱伏礦體、礦化體25條。目前礦床正處于勘探階段，沒有礦區(qū)污染，礦區(qū)地勢較為平坦，巖石露頭較少，地表95%以上被腐植土、風(fēng)成砂土、砂礫石、湖積物、沖洪積物以及殘坡積物等覆蓋，厚度1～70 m不等，對常規(guī)勘查工作限制較大，適合開展地電化學(xué)測量試驗。

圖1 內(nèi)蒙古自治區(qū)東烏珠穆沁旗洛恪頓礦區(qū)鉛鋅多金屬礦地質(zhì)簡圖Fig.1 Generalized geologic map of the lead-zinc polymetallic ore in Loukedun exploration area,Dong Ujimqin Banner, Inner Mongolia Autonomous Region

2 樣品采集及分析測試

2.1 樣品采集

地電化學(xué)測量樣品采集密度為16點/km2，以250 m×250 m網(wǎng)度均勻布設(shè)。實際采樣時，避開明顯可見污染源，選擇地表植被無明顯異常且土壤較發(fā)育處開展樣品采集工作，每點均配套采集土壤樣品。

地電化學(xué)測量裝置使用中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所研制的“時控固體載體型元素提取器”[15]。測量提取條件為：電源電壓9 V，提取液為當(dāng)?shù)鼐?，供電時間24 h，載體物質(zhì)為降空白處理后的高密度聚氨酯泡塑。每個采樣點提取完成后將泡塑樣品取出，裝入紙樣袋中，自然晾干，送實驗室檢測。

土壤樣品采集深度為10～30 cm，采集3～5點的組合樣品，采樣時剔除地表及坑內(nèi)雜物，將采集好的樣品裝入清洗過的新布樣袋中，風(fēng)干后過20目篩，混勻、縮分后送實驗室分析測試。

2.2 樣品分析測試

共采集地電化學(xué)泡塑及土壤樣品各542件，同步分析了Au、Ag、Al、As、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、La、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Ti、U、Zn等20種元素含量。測試工作由中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實驗室完成，元素含量測定方法見表1。

土壤樣品分析測試實驗室內(nèi)部質(zhì)量控制參照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查樣品分析要求進(jìn)行。分析結(jié)果表明，所有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和重復(fù)分析樣品合格率均滿足規(guī)范要求。

地電化學(xué)泡塑樣品分析測試采用灰化法。具體流程為：首先將泡塑樣品平均分為4份，取對角線2份作為分析樣；將分析樣卷緊，放入石英坩堝中，滴加2滴無水乙醇，炭化；待炭化完成，自然冷卻后，置于馬弗爐中，將馬弗爐從室溫升至520～530 ℃，保持2 h(中間打開爐門兩次供氧，保證灼燒完全)；灼燒殘渣冷卻后，加少量去離子水潤濕殘渣，加入6 mL新配制王水，于電熱板上低溫溶解殘渣，蒸至近干后，稍冷；加入2 mL王水和少量去離子水繼續(xù)溶解殘渣，至溶液清亮；將溶液轉(zhuǎn)移至比色管中，定容到20 mL后上儀器檢測。分析測試過程中按5%比例對泡塑副樣進(jìn)行了重復(fù)分析測試 ，除As、Cd、Sb等元素合格率略低外，其他元素合格率均達(dá)90%以上，可以滿足本項研究需求。

表1 地電化學(xué)及土壤測量樣品含量測定方法Table 1 Determination methods for samples of electro-geochemistry and soil survey

3 結(jié)果與討論

3.1 地電化學(xué)與土壤測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比

元素測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征可以大致反映試驗區(qū)元素富集分散狀態(tài)[16]。地電化學(xué)測量數(shù)據(jù)通常為泡塑載體中元素的絕對含量，而土壤測量數(shù)據(jù)通常為元素相對含量，不能直接對比數(shù)據(jù)差異，故利用變異系數(shù)(Cv)來消除測量尺度和量綱的影響[17]。一般來講，當(dāng)Cv<0.5時，表明元素空間分布較均勻；當(dāng)0.5≤Cv<1時，表明元素空間分布局部存在不均勻現(xiàn)象，可能存在一定異常；當(dāng)Cv≥1時，表明元素空間分布很不均勻，可能存在較強異常[18]。統(tǒng)計結(jié)果表明(表2)，土壤測量數(shù)據(jù)中As、Bi兩種元素變異系數(shù)大于1，屬強分異；Au、Cd、Mo、Sb、Se五種元素變異系數(shù)介于0.5～1之間，在試驗區(qū)內(nèi)有一定程度的分異。地電化學(xué)測量數(shù)據(jù)中Al、Cu兩種元素變異系數(shù)大于1，屬強分異；Ag、As、Au、Bi、Cd、Co、Cr、Fe、K、La、Ni、Pb、Se、Ti、Zn等15種元素變異系數(shù)介于0.5～1之間，在試驗區(qū)內(nèi)有一定程度的分異。其中，在呈現(xiàn)較高變異系數(shù)的元素中，Ag、As、Bi、Pb、Zn、Cd等元素組合與本礦區(qū)主伴生成礦元素組合 Pb-Zn-Ag-As-Bi-Cd一致。因此，從元素含量變異系數(shù)方面看，地電化學(xué)測量效果可能優(yōu)于土壤測量。

3.2 地形及土壤pH特征

在采樣過程中使用手持GPS測量了試驗區(qū)每個采樣點的高程參數(shù)，使用便攜式pH、電導(dǎo)率儀(型號520M-01A)測量了每個采樣點土壤的pH值(表3)。

表2 地電化學(xué)與土壤測量元素變異系數(shù)統(tǒng)計(n=542)Table 2 Statistical table for Cv of element content of electro-geochemistry and soil survey(n=542)

表3 試驗區(qū)地形及土壤電參數(shù)特征統(tǒng)計(n=542)Table 3 Statistical table for terrain and electron parameters of soil in the test area(n=542)

試驗區(qū)整體地勢較平緩，西北部地勢高，東南部地勢低，高程變化范圍為874～1 003 m，試驗區(qū)東南部為沼澤，中部偏西南及東北處地勢較高，并有零星基巖出露，西南角有溝谷分布(圖2)。

區(qū)內(nèi)土壤pH值變化范圍為5.63～9.54，酸性及堿性土壤均有分布，以堿性土壤為主(圖2)。pH值空間分布受地形影響較大，分帶性明顯，在臨近沼澤區(qū)域，土壤中可溶性鹽基離子通過淋濾作用運移到地勢較低處，使土壤呈弱酸性分布，同時可溶性鹽基離子在沼澤區(qū)內(nèi)大量沉淀，使土壤呈堿性分布。試驗區(qū)中部和西北部pH值變化范圍為7.5～8.5，呈現(xiàn)出典型的北方風(fēng)成砂土壤pH值特征。

3.3 電導(dǎo)率及初始電流特征

電流和電導(dǎo)率通常是地電化學(xué)測量工作的兩項基礎(chǔ)電參數(shù)，其可反映土壤的綜合導(dǎo)電狀況，受到土壤理化性質(zhì)及與深部礦體有關(guān)的電活動態(tài)信息的綜合影響。本次研究除分析土壤及泡塑樣品元素含量外，還使用便攜式pH、電導(dǎo)率儀(型號520M-01A)測量了每個采樣點土壤的電導(dǎo)率，并記錄了每個采樣點的地電化學(xué)測量初始電流(統(tǒng)計結(jié)果見表3)，并根據(jù)數(shù)據(jù)繪制了地球化學(xué)圖(圖3)。

通過表3及圖3可以看出：電流和電導(dǎo)率在試驗區(qū)西南部與見礦鉆孔具有較好的空間對應(yīng)關(guān)系，表明在該景觀及礦床類型條件下，這兩個電化學(xué)參數(shù)對尋找隱伏礦具有一定的指示作用。由于測量這兩項電參數(shù)成本較低，且可在野外快速獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，因此在經(jīng)費受限的情況下，可考慮使用這兩項電參數(shù)進(jìn)行地電化學(xué)測量效果評價。

此外，受淋濾作用影響，試驗區(qū)東南部沼澤區(qū)有大量可溶性鹽類離子沉淀，導(dǎo)致土壤電流和電導(dǎo)率參數(shù)在此區(qū)域出現(xiàn)大面積正異常分布。

3.4 地電化學(xué)與土壤測量效果對比

分別制作了各元素地電化學(xué)與土壤測量地球化學(xué)圖，以及地球化學(xué)異常圖，以進(jìn)行地電化學(xué)與土壤測量效果對比，數(shù)據(jù)處理及圖件制作均使用中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所研制的“化探數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)(Geochem Studio 3.5.3)”完成。

地球化學(xué)圖的繪制采用13種累積頻率分級，分別為1.5%、5%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、92%、95%、98.5%、100%。

圖2 試驗區(qū)高程和pH等值線Fig.2 Contour of elevation and pH in the test area

圖3 試驗區(qū)電流和電導(dǎo)率等值線Fig.3 Contour of current and conductivity in the test area

地球化學(xué)異常圖的繪制分級使用迭代剔除后的平均值(X)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)予以確定，以X+1.5S作為異常下限，再按X+2S、X+4S、X+8S統(tǒng)計后，共分4級。地電化學(xué)及土壤測量各元素分級結(jié)果見表4、表5。

圖4為采用累積頻率分級繪制的地電化學(xué)及土壤測量主成礦元素Pb、Zn分布圖。由圖可見，土壤元素含量由西北向東南逐漸降低，呈現(xiàn)出明顯的分帶特征，與工作區(qū)地形及土壤pH的分布規(guī)律基本一致，表明了淋濾作用對Pb、Zn等微量元素的影響特征；在試驗區(qū)西南部見礦鉆孔東部、礦區(qū)中部及礦區(qū)東北部有強異常顯示，異常位置與1∶10 000土壤化探異常一致，與見礦鉆孔具有一定的空間對應(yīng)關(guān)系。通過查詢地形可知，這些強異常分布區(qū)均為小山頭殘積土出露區(qū)。

地電化學(xué)測量元素含量分布未呈現(xiàn)出受地形變化影響的特征。在試驗區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多處高值異常，其中西南部和東北部異常與見礦鉆孔及物探激電中梯異常的空間分布較一致；在試驗區(qū)中部出現(xiàn)東西向帶狀異常，異常東側(cè)與激電中梯異?？臻g分布一致，兩端與土壤化探異常分布一致，表明地電化學(xué)測量受風(fēng)成砂覆蓋影響較?。辉谠囼瀰^(qū)東南部沼澤分布區(qū)域，地電化學(xué)測量呈現(xiàn)出明顯的Pb、Zn異常，表明淋濾作用所形成的外來金屬離子運移可對地電化學(xué)測量形成較大干擾，也可能表明地電化學(xué)測量方法會在湖積物區(qū)受到較大限制。

通過圖4還可以看出，用累積頻率分級方法制作的土壤地球化學(xué)圖元素含量級差很小，元素含量差異實際并不顯著。因此，為了更好地對比地電化學(xué)和土壤測量成果的優(yōu)劣，采用統(tǒng)一原則劃定異常下限，并限定元素濃度分級(表4、表5)，制作了地球化學(xué)異常圖(圖5、圖6)。

從圖5、圖6可以看出：在累積頻率地球化學(xué)圖中出現(xiàn)的Pb、Zn異常大部分消失，僅在一些小山頭殘積土出露區(qū)有較強的Pb異常顯示，表明累積頻率地球化學(xué)圖中所顯示的土壤元素異常大部分為巖性異常(西北部呈現(xiàn)出受淋濾作用影響較小的風(fēng)成砂元素含量特征)，Ag、As、Bi、Cd等伴生元素呈現(xiàn)出與Pb類似的異常分布特征；地電化學(xué)測量Pb、Zn元素異常仍較大規(guī)模出現(xiàn)，異常濃度分帶性較好，主成礦元素Pb、Zn及伴生元素Ag、As、Bi、Cd等的套合關(guān)系也較好，且與已見礦鉆孔、激電中梯異常及1∶10 000土壤測量異常等均具有較好的空間對應(yīng)關(guān)系；此外，Co、Cr、Ni、Ti、La、K等也呈現(xiàn)出與上述元素較為一致的異常分布特征，僅在異常規(guī)模、強度及濃度分帶性方面稍差；就Fe、Al等常量元素而言，試驗區(qū)土壤測量未呈現(xiàn)出明顯的常量元素異常，而地電化學(xué)測量呈現(xiàn)出與主成礦及伴生元素空間分布高度一致的Fe、Al異常，這可能表明地電化學(xué)異常的形成與土壤中存在的具有高吸附性能的粘土礦物及鐵鋁膠體物質(zhì)有緊密的成因聯(lián)系[13,19]。

綜上所述，從異常濃度分帶性、異常元素套合關(guān)系及與已知礦體、物探異常的空間對應(yīng)關(guān)系來看，地電化學(xué)測量效果均遠(yuǎn)優(yōu)于土壤測量，表明其在風(fēng)成砂淺覆蓋區(qū)具有較好的勘查適用性。

表4 試驗區(qū)地電化學(xué)測量異常下限及濃度分級Table 4 Anomaly threshold classification of contents for elements of electro-geochemistry survey in the test area

注：Ag、Au、Cd含量單位為ng，Al、Fe、K含量單位為mg，其余元素含量單位為μg

表5 試驗區(qū)土壤測量異常下限及濃度分級Table 5 Anomaly threshold classification of contents for elements of soil survey in the test area

注：Au、Ag、Cd含量單位為10-9，其余元素含量單位為10-6，氧化物含量單位為%

圖4 試驗區(qū)土壤元素累積頻率地球化學(xué)分布Fig.4 Geochemical distribution of cumulative frequency of soil elements in the test area

圖5 地電化學(xué)與土壤測量Pb、Zn、Ag、As地球化學(xué)異常分布Fig.5 Geochemical anomaly distribution of Pb、Zn、Ag、As of electro-geochemistry and soil survey

圖6 地電化學(xué)與土壤測量Bi、Cd、Fe、Al地球化學(xué)異常分布Fig.6 Geochemical anomaly distribution of Bi、Cd、Fe、Al of electro-geochemistry and soil survey

3.5 找礦突破

通過地電化學(xué)測量試驗發(fā)現(xiàn)，在試驗區(qū)西北部風(fēng)成砂覆蓋區(qū)域發(fā)現(xiàn)了地電化學(xué)多元素組合異常，異常規(guī)模及強度較大，元素套合關(guān)系較好，與見礦鉆孔分布區(qū)異常元素組合規(guī)律一致(圖5、圖6)。在異常區(qū)域開展了1∶10 000激電中梯掃面工作，發(fā)現(xiàn)了多處與地電化學(xué)測量異常對應(yīng)較好的激電中梯異常(圖7),其中DJ-10號激電中梯異常經(jīng)鉆探施工，在540余米深度發(fā)現(xiàn)約6 m厚的Ag、Cu富礦體，礦體品位Ag 53～340 g/t，Cu 0.57%，實現(xiàn)了找礦突破。

實例表明，通過開展1∶50 000地電化學(xué)測量工作，可在風(fēng)成砂淺覆蓋區(qū)有效圈定找礦靶區(qū)，服務(wù)于找礦工作。

4 結(jié)論

通過在洛恪頓鉛鋅多金屬礦區(qū)開展地電化學(xué)和土壤測量效果對比試驗，得出以下結(jié)論：

1) 地電化學(xué)測量圈定的Pb-Zn-Ag-As-Bi-Cd等多元素綜合異常與試驗區(qū)已知礦體主伴生元素組合相同，且異常位置與見礦鉆孔空間分布范圍較一致。

2) 土壤測量異常呈點狀分布，僅在小山頭殘積土出露區(qū)有出現(xiàn)，異常范圍、襯度及連續(xù)性均遠(yuǎn)差于地電化學(xué)測量。

3) 在試驗區(qū)西北部風(fēng)成砂覆蓋區(qū)發(fā)現(xiàn)新的地電化學(xué)多元素組合異常，通過激電中梯掃面及鉆探驗證工作，在540余米深處發(fā)現(xiàn)6 m厚富Ag、Cu礦體，實現(xiàn)找礦突破。

綜上所述，1∶50 000地電化學(xué)測量在風(fēng)成砂淺覆蓋區(qū)較土壤測量具有更好的勘查適用性，可有效圈定找礦靶區(qū)，在今后礦產(chǎn)勘查工作中應(yīng)加以推廣應(yīng)用。

致謝：興業(yè)集團股份有限公司地質(zhì)總工溫銀維、吳云峰在地質(zhì)與勘探資料收集、物探與鉆探驗證等方面給予了大力支持，在此表示誠摯感謝。

圖7 試驗區(qū)激電中梯視充電率等值線分布Fig.7 Induced electric medium ladder scanning surface in the test area