劉 斌,周四春,葛良全,胡 波,唐曉川,唐 楨,楊宇奇

成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院,四川成都 610059

湘南千里山—騎田嶺礦集區(qū)黃沙坪型鉛鋅礦地氣異常特征及找礦意義

劉 斌,周四春,葛良全,胡 波,唐曉川,唐 楨,楊宇奇

成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院,四川成都 610059

本文介紹了地氣測量的原理和裝置。根據(jù)黃沙坪—廖家灣剖面開展地氣測量獲取的37種元素數(shù)據(jù),應(yīng)用聚類分析總結(jié)歸納了黃沙坪及騎田嶺地區(qū)地氣異常特征,并結(jié)合該區(qū)域 Eu異常情況,對獲取的地氣異常進行了分析判斷。本文的工作不僅為黃沙坪—廖家灣剖面控制區(qū)域進一步找礦提供了新的找礦靶區(qū),也為相鄰區(qū)域應(yīng)用地氣測量尋找深部隱伏礦床提供了科學(xué)依據(jù)。

地氣測量;地氣異常特征;聚類分析;微量元素異常

騎田嶺巖體及其相鄰區(qū)域地處南嶺成礦帶,是我國重要的有色金屬礦集區(qū)。該巖體西側(cè)與黃沙坪鉛鋅礦、寶山鉛鋅銅多金屬礦為鄰,北緣產(chǎn)出有新田嶺鎢錫多金屬礦,東側(cè)有瑤崗仙鎢錫鉛鋅多金屬礦(圖1),結(jié)合地質(zhì)條件和成礦條件綜合考慮,該區(qū)域是值得進一步開展找礦工作的重點區(qū)域(王登紅等,2007;謝學(xué)錦等,2009)。

為了對該區(qū)域進行綜合研究,厘定進一步找礦靶區(qū),我們布設(shè)了從黃沙坪到廖家灣,長 60km的地氣測量剖面(以下表述為“黃沙坪—廖家灣剖面”),完成了418個測點的地氣測量工作。

1 測區(qū)地質(zhì)概況

黃沙坪—廖家灣剖面位于湘南著名的千里山—騎田嶺礦集區(qū),西起黃沙坪礦山之西側(cè)約1000 m處,東至廖家灣,大致呈北西西向穿越騎田嶺巖體(圖1)。該區(qū)位于南嶺構(gòu)造帶中段北緣,郴州—藍(lán)山北東向基底構(gòu)造巖漿巖帶與郴州—邵陽北西向基底構(gòu)造巖漿巖帶的交匯部位,耒陽—臨武南北向構(gòu)造帶中段。斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,構(gòu)造線總體呈北東向展布(許以明等,2007)。

黃沙坪及其外圍的地層主要有,石炭系上統(tǒng)船山組,中統(tǒng)黃龍組,下統(tǒng)梓門橋組、測水組、石磴子組、天鵝坪組,泥盆系上統(tǒng)孟公坳組、錫礦山組、余田橋組,二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、棲霞組。巖性以灰?guī)r、泥巖、砂巖、砂頁巖、碎屑巖等為主。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要有英安斑巖、石英斑巖、花斑巖和花崗斑巖4種,屬淺成至超淺成中-酸性巖體。其中英安斑巖、石英斑巖出露于地表,花崗斑巖、花斑巖為隱伏巖體,屬燕山早期巖體(谷俐,1997)。

騎田嶺巖體周圍出露的地層主要有早石炭世至早二疊世濱海沼澤相粉砂巖建造、海相碳酸鹽巖,早二疊世至早三疊世閉塞臺地相硅質(zhì)巖建造及濱海相砂頁巖建造,早白堊世山麓湖泊相碎屑、泥質(zhì)建造及第四紀(jì)洪積、殘坡積建造等(鄧希光等,2005)。騎田嶺巖體主要巖性為晚侏羅世中粒斑狀角閃石黑云母二長花崗巖,細(xì)粒含斑正長花崗巖,中粒斑狀黑云母正長花崗巖,中粒多斑角閃石黑云母二長花崗巖;中三疊世晚中期(細(xì))粒斑狀角閃石黑云母正長(二長)花崗巖。同時還有花崗斑巖、石英斑巖和細(xì)?；◢弾r脈侵入到巖體接觸帶和巖體內(nèi)部(丁正興等,2007)。

2 地氣測量探測機理

地氣測量是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的一種尋找深部隱伏礦的新方法(Kristiansson et al.,1990)。多年的研究已經(jīng)證實,地球內(nèi)部普遍存在著一種垂直上升的氣流,這些氣流在向地表遷移的過程中,會攜帶走遷移路徑上以納米顆粒尺寸形式存在的固體顆粒,形成含有多種元素的地氣流(童純菡等,1997;王學(xué)求等,1995,2011a,b)。當(dāng)深部存在礦體時,地氣能將呈納米級的礦體元素帶至地表,從而在礦(化)體的正上方地表形成礦致地氣異常(Kristiansson et al.,1990;童純菡等,1997;王學(xué)求等,2011a,b)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)其探測深度最大可望達(dá)1500 m (Kristiansson et al.,1990)。

圖1 黃沙坪—廖家灣地氣測量測線及地質(zhì)簡圖Fig.1 Huangshaping-Liaojiawan geogas prospecting line and geological map

3 測量方法及技術(shù)

3.1 采樣方法與分析設(shè)備

地氣法分為積累式和快速地氣測量,本文采用快速地氣測量。

快速地氣測量的采樣裝置由采樣器、干燥器、捕集器和抽氣泵組成,各部分用硅膠導(dǎo)管連接(圖2)。

地氣樣品分析使用 Perkin-Elmer公司制造的ELAN DRC-e型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。

圖2 快速地氣采樣裝置示意圖Fig.2 Rapidly sampling device of geogas

3.2 地氣工作部署與樣品分析

根據(jù)前期開展高精度磁測的資料,磁正常區(qū)按250 m點距;異常區(qū),點距加密到20～40 m。

本次工作中所用的快速地氣采樣,是用氣泵和液態(tài)捕集劑在地表捕集地氣物質(zhì)。采樣時,先用鋼釬在地表覆蓋層比較封閉的地方,打一個深約50cm的采樣孔,然后將采樣器插入鉆孔,用采樣器上部的圓錐部分堵住鉆孔的上部,以阻擋地表大氣進入采氣鉆孔,打開抽氣泵抽取覆蓋層空隙內(nèi)的氣體;抽取的氣體先經(jīng)過干燥器干燥和除塵,再進入捕集器被液態(tài)捕集劑俘獲,每個采樣點連續(xù)抽氣30min。捕集劑是由低本底的BV-III級的純硝酸和高純水(三次水)配置的5%稀硝酸,單次采樣使用20ml。

地氣樣品分析測量工作由成都理工大學(xué)的質(zhì)譜分析實驗室完成。測量的目標(biāo)元素包括Cu、Zn、Pb、W、Mo、Bi、Mn、Th、U、Ag、Au、As、Hg、稀土等37種元素。

4 結(jié)果與分析

4.1 地氣測量結(jié)果

先期以主要尋找鉛鋅礦為目標(biāo),先選擇Pb、Zn、Cu三種元素,對其數(shù)據(jù)進行歸一化,在歸一化時先求單個元素的平均值,然后刪除大于平均值 2倍的值,重復(fù)前兩步(重復(fù)的次數(shù)視情況而定,最終保證進行相關(guān)運算的元素歸一化值在同一個數(shù)量級范圍內(nèi)),最后用原始數(shù)據(jù)除以最后求得的平均值得到歸一化值(表1)。然后根據(jù)三元素相加后的數(shù)據(jù),繪制了三元素累加剖面(圖3)。

表1 Cu、Zn、Pb含量和歸一化值Table 1 Cu,Zn,Pb content and normalized value

圖3 黃沙坪-廖家灣剖面（H-H’側(cè)線）Cu+Pb+Zn異常示意圖Fig.3 Cu + Pb + Zn anomalies along Huangshaping-Liaojiawan profile

按傳統(tǒng)地化測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計法,在剔除異常數(shù)據(jù)后,根據(jù)圖3所示背景值具有直觀差異,并結(jié)合地質(zhì)界線,分區(qū)對黃沙坪-廖家灣剖面地氣測量結(jié)果進行統(tǒng)計。取其平均值為背景,背景值加 3倍標(biāo)準(zhǔn)差為異常下限,劃分出6個異常區(qū)(圖3)。其中1號異常區(qū)為已知礦(黃沙坪鉛鋅礦)異常區(qū),2號異常區(qū)位于靠近騎田嶺巖體的灰?guī)r區(qū),異常 3到6分布在騎田嶺花崗巖體內(nèi)。

4.2 聚類分析

本文采用的是聚類分析中的系統(tǒng)聚類方法,系統(tǒng)聚類的基本思想是:首先將n個樣品看成n類,即每一類只包括一個樣品,然后將性質(zhì)最接近的兩類合并成一個新類,這樣得到n-1類,再從n-1類中找出性質(zhì)最接近的兩類加以合并,變成n-2類,如此進行下去,直到所有的樣品為一類為止。

首先在劃分的異常區(qū)的基礎(chǔ)上,在各區(qū)選取異常點進行所測 37種元素的聚類分析,本文應(yīng)用SPSS軟件進行聚類分析,先對數(shù)值進行標(biāo)準(zhǔn)化,即把元素含量數(shù)值化為0到1之間,聚類時選用Euclid距離來進行元素間的聚類(郭科等,2003)。

通過對所測得的全部元素做聚類分析,從中挑選出和Pb,Zn相關(guān)性較好的元素,并對6個異常區(qū)的聚類結(jié)果對比分析,挑出相同的相關(guān)性較好的Bi、Cu、Mn、Cd、Au、Ag、As、Hg 共 10 種元素。

然后在異常區(qū)1、2區(qū)選取異常點,并在二者之間的非異常區(qū)選取測量點進行聚類,聚類結(jié)果如圖4所示,可以將這10種元素分為三組。在異常1區(qū)和2區(qū)這三組元素的組成比較相近,目標(biāo)元素Zn和Mn、As、Bi相關(guān)性較好,Pb和Cd較為相關(guān),而在非異常區(qū)除Pb和Cd較為相關(guān)外,和異常區(qū)共性較小。這說明異常區(qū)1和2在元素組合上有著共同的特性,而且和非異常區(qū)有著較明顯的區(qū)別。

對分布在騎田嶺花崗巖區(qū)的3到6號異常,也進行相同的聚類分析,結(jié)果表明,各異常都不存在與 Zn元素相關(guān)性比較好的元素,也不具有與異常1、2區(qū)相似的特性。而Pb元素在所有異常區(qū)與Cd元素的相關(guān)性都較好。

圖4 元素聚類圖Fig.4 Cluster diagram of elements

4.3 微量元素異常分析

微量元素的數(shù)量大大多于常量元素,且微量元素的含量變化范圍大于常量元素。地球不同構(gòu)造環(huán)境形成的巖漿,其微量元素(及其同位素)組成具有相對對應(yīng)的地球化學(xué)配分形式,為認(rèn)識地球演化和識別構(gòu)造事件提供了重要手段。因此,微量元素可對地質(zhì)過程和環(huán)境提供靈敏的指示。

稀土元素是微量元素的重要組成部分,在地球化學(xué)研究中具有重要地位。在不同的源巖性質(zhì)和構(gòu)造巖漿條件下,稀土元素具有不同的地球化學(xué)特征,因此可對地質(zhì)事件進行示蹤研究。

Eu異常值在稀土元素地球化學(xué)參數(shù)中占有較重要的地位,它常常作為劃分同一大類巖石的亞類和討論成巖成礦條件的重要參數(shù)之一。

根據(jù)Cullers and Graf(1984)用Eu/Sm表示Eu的異常,以球粒隕石的Eu/Sm的比值0.35為標(biāo)準(zhǔn),大于此值為Eu正異常,小于此值為Eu負(fù)異常,與此值近似為無異常(Cullers et al.,1984;王中剛等,1989)。

本文采用Eu/Sm對測區(qū)Eu異常進行分析。在以上6個異常區(qū)域選取異常點分別求出Eu/Sm的值(表2),并對各異常區(qū)的Eu/Sm求出了平均值(表3)。

表2 異常1區(qū)Eu、Sm含量和Eu/Sm值Table 2 Eu and Sm content and Eu/Sm ratios in No.1 anomaly area

表3 異常區(qū)Eu/Sm比值Table 3 Eu/Sm ratios in the anomaly area

由表3中可以看出,在異常1區(qū)Eu呈負(fù)異常,在異常區(qū)2也有跟1區(qū)相似程度的Eu負(fù)異常,說明1區(qū)和2區(qū)成巖條件很相似。在騎田嶺地區(qū)的3、4區(qū)及5、6區(qū)也存在近似程度的Eu負(fù)異常,但這些區(qū)域的Eu異常程度和1區(qū)是有較明顯差別。

5 結(jié)論與建議

綜上研究結(jié)果,可以得出以下結(jié)論:

1)根據(jù)位于黃沙坪鉛鋅礦上方的1號地氣異常,可以總結(jié)出黃沙坪型鉛鋅礦地氣異常的基本特征為:異常區(qū)中Zn和Mn、As、Bi相關(guān)性較好,在異常區(qū)和非異常區(qū) Pb和 Cd相關(guān)性都較好;微量元素 Eu為負(fù)異常,Eu/Sm值為0.26左右。

2)位于騎田嶺巖體西側(cè)1～2km處的2號異常,地質(zhì)條件與黃沙坪鉛鋅礦所處位置類似,是形成鉛鋅礦的有利位置,且具有與黃沙坪鉛鋅礦基本一致的地氣異常特征,是尋找黃沙坪型鉛鋅礦的有利找礦靶區(qū),值得優(yōu)先加以解剖。

3)分布在騎田嶺巖體內(nèi)的3至6號異常,地氣異常特征明顯有別于黃沙坪型鉛鋅礦地氣異常,這些異常是否為其他類型礦床的指示,尚需進一步做工作。

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Geogas Anomaly Characteristics of the Huangshaping Lead-Zinc Deposit in the Qianlishan-Qitianling Ore Concentration Area and Their Prospecting Significance in South Hunan

LIU Bin,ZHOU Si-chun,GE Liang-quan,HU Bo,TANG Xiao-chuan,TANG Zhen,YANG Yu-qi
College of Nuclear Technology and Automation Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059

The basic theory and device of geogas prospecting are described in this paper.Using the cluster analysis method,the authors summarized the geogas anomaly characteristics of Huangshaping and Qitianling areas according to the data of 37 elements obtained by geogas prospecting in the Huangshaping-Liaojiawan area,and analyzed the geogas anomalies in combination with the Eu anomalies in this region.The results have not only delineated a new target for further prospecting in Huangshaping-Liaojiawan area but also provided scientific evidence of geogas prospecting in search for deep concealed ore deposits.

geogas prospecting;geogas anomaly characteristics;cluster analysis;trace element anomalies

P618.4;P632.5

A

10.3975/cagsb.2011.04.04

本文由國土資源部公益性行業(yè)科研專項(編號:201011046)和國家自然科學(xué)基金項目(編號:41074094)聯(lián)合資助。

2011-04-10;改回日期:2011-06-04。責(zé)任編輯:閆立娟。

劉斌,男,1986年生。碩士研究生。現(xiàn)主要從事核技術(shù)在地學(xué)及相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用研究。通訊地址:610059,成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院。E-mail:liubinsdau@163.com。

周四春,男,1954年生。教授。從事核勘查儀器與探測技術(shù)研究。通訊地址:610059,成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院。電話:028-84077917。E-mail:zsc@cdut.edu.cn。

致謝:本文研究工作得到中國地質(zhì)科學(xué)院李建康博士以及湘南地質(zhì)勘查院張怡軍工程師的大力協(xié)助,特此致以誠摯謝意！