喻勁松，荊 磊，王喬林，韓 偉，劉華忠，郜曉亮

(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖物化探技術(shù)應(yīng)用

喻勁松，荊 磊，王喬林，韓 偉，劉華忠，郜曉亮

(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

基于物化探技術(shù)方法在特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，介紹從區(qū)域物化探數(shù)據(jù)提取地質(zhì)填圖信息的方法，指出重磁與氡-汞氣測聯(lián)合應(yīng)用是覆蓋區(qū)探測隱伏巖體、斷裂的高效低成本物化探技術(shù)組合。運(yùn)用基于地球化學(xué)理論方法的元素地球化學(xué)判別技術(shù)，在強(qiáng)烈風(fēng)化區(qū)定量劃分風(fēng)化等級(jí)為：基巖—弱風(fēng)化—中度風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化—全風(fēng)化—?dú)埛e土等；指出風(fēng)化殼元素地球化學(xué)行為對(duì)原生礦物分解、次生礦物形成具有示蹤效應(yīng)；不同風(fēng)化層稀土元素富集分異顯著，強(qiáng)烈富集于全風(fēng)化層(巖土界面或風(fēng)化巖石頂界)中的稀土元素分布模式，可作為界定風(fēng)化殼分層的重要地球化學(xué)判別指標(biāo)。

地質(zhì)填圖；物化探技術(shù)；元素地球化學(xué)；判別；應(yīng)用

“特殊地質(zhì)地貌區(qū)”是指由于地表基巖被第四系松散沉積或其他風(fēng)化堆積物大范圍覆蓋、或地形環(huán)境險(xiǎn)惡、或巖性單一等原因，采用傳統(tǒng)填圖方法難于開展填圖或者填圖目標(biāo)任務(wù)需要拓展的區(qū)域，如：戈壁荒漠、森林沼澤、平原等基巖被第四系松散沉積或其他風(fēng)化堆積物大面積覆蓋區(qū)、高山峽谷地形環(huán)境險(xiǎn)惡的艱險(xiǎn)區(qū)、巖性單一的巖溶區(qū)等。鑒于此，在該類地區(qū)填圖客觀上需要借助非傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查的其他有效技術(shù)方法揭示未明地質(zhì)信息，物化探技術(shù)便是其中之一。本文從地球物理地球化學(xué)視角出發(fā)，應(yīng)用成熟的勘查地球物理地球化學(xué)技術(shù)方法，基于特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖工程試點(diǎn)圖幅的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，提出在該類地區(qū)填圖可資借鑒的物化探技術(shù)。

1 區(qū)域物化探數(shù)據(jù)提取地質(zhì)信息

國外利用計(jì)算機(jī)處理如航磁和遙感等大面積數(shù)據(jù)的物探資料、提取多元信息的研究程度較高[1～8]，區(qū)域化探用于地質(zhì)填圖鮮有報(bào)導(dǎo)[9]。區(qū)域物化探揭示的區(qū)域地球物理地球化學(xué)分布規(guī)律，是對(duì)復(fù)雜地質(zhì)作用的客觀反映，利用計(jì)算機(jī)處理海量區(qū)域物化探數(shù)據(jù)，從中提取蘊(yùn)含豐富的地質(zhì)信息，無疑對(duì)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作具有重要的參考意義[10～19]。

1.1 應(yīng)用實(shí)例

本文以特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖工程之“廣東1∶50000筋竹圩(F49E007014)、連灘鎮(zhèn)(F49E007015)、泗綸圩(F49E008014)、羅定縣(F49E008015)幅強(qiáng)烈風(fēng)化區(qū)填圖試點(diǎn)”區(qū)為例，該填圖區(qū)地處華南溫暖濕潤景觀，巖石物理風(fēng)化較弱，化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)，元素淋失明顯，風(fēng)化產(chǎn)物中難覓原生礦物碎屑及巖屑，區(qū)內(nèi)廣泛分布花崗巖類巖體，經(jīng)強(qiáng)烈風(fēng)化作用形成巨厚紅色風(fēng)化殼。

采用區(qū)域物化探正負(fù)異常場特征分析、元素標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析及重力異常增強(qiáng)反演推斷等方法，對(duì)本填圖區(qū)及其外圍1∶250000區(qū)域物化探數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取試點(diǎn)填圖區(qū)相應(yīng)地質(zhì)信息，編制構(gòu)造巖體解譯推斷分布圖(見圖1)。

a—區(qū)域重力剩余重力異常圖；b—重力一階垂向?qū)?shù)異常圖；c—重力水平模量圖圖1 區(qū)域物化探數(shù)據(jù)推斷構(gòu)造巖體分布圖Fig.1 Structure and rock mass distributions inferred from regional geophysical and geochemical data

重力異常線性過渡帶增強(qiáng)反演推斷出本區(qū)大的構(gòu)造格架，剩余重力低異常清晰指示了中三疊世二長花崗巖的分布范圍，西段的剩余重力正值區(qū)域有新元古界云開巖群二組地層少量出露，說明中三疊世二長花崗巖的覆蓋厚度西段較薄，東段較厚；從剩余重力異常的正負(fù)異常分界線、等值線同向扭曲及水平模量極大值、垂向?qū)?shù)的等值線同向扭曲，能夠比較清晰地推斷出本區(qū)的斷裂構(gòu)造格架(見圖1)。元素區(qū)域地球化學(xué)分布可細(xì)分出二長花崗巖與花崗斑巖的不同元素組合指標(biāo)，提取出以SiO2、Al2O3、La、Zr、Th(及未示出的Y、Be、U)等元素組合指示二長花崗巖分布的地球化學(xué)標(biāo)志，以La、Zr、Th(及未示出的Fe2O3、P)等元素組合指示花崗斑巖。從區(qū)域物化探數(shù)據(jù)分析提取的相關(guān)地質(zhì)信息，可為本區(qū)填圖工作布置提供參考。

1.2 技術(shù)應(yīng)用分析

區(qū)域物化探反演地質(zhì)體技術(shù)雖可用于特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖，但受限于填圖區(qū)物化探數(shù)據(jù)資料的不完整性(1∶250000區(qū)域物化探數(shù)據(jù)普遍不完整，缺少填圖區(qū)1∶50000物化探數(shù)據(jù))，對(duì)物化探數(shù)據(jù)提取的地質(zhì)信息精度與準(zhǔn)確度造成影響。同時(shí)區(qū)域物化探數(shù)據(jù)提取地質(zhì)信息受方法本身的限制存在局限性：①區(qū)域物探(重力)的優(yōu)勢(shì)在于推斷隱伏斷裂及巖體范圍，但對(duì)于巖石密度相同而化學(xué)成分不同的地質(zhì)體則難以區(qū)分；區(qū)域化探優(yōu)勢(shì)在于反映淺表層地質(zhì)信息，但對(duì)于形成時(shí)代不同而具有相同巖石類型和物質(zhì)組分的地質(zhì)體則難以區(qū)分。②區(qū)域物化探數(shù)據(jù)采集方式及密度與地質(zhì)填圖精度要求之間存在技術(shù)方法的差異，可能導(dǎo)致區(qū)域物化探推斷的地質(zhì)構(gòu)造單元位置出現(xiàn)偏差。③區(qū)域物化探數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的地質(zhì)填圖信息也需要地質(zhì)工程驗(yàn)證。

2 隱伏地質(zhì)體的物化探探測技術(shù)

覆蓋區(qū)在特殊地質(zhì)地貌區(qū)占比最大，地質(zhì)信息多被隱伏。探測深部隱伏地質(zhì)體的方法較多，對(duì)其中隱伏斷裂巖體的探測常采用快速經(jīng)濟(jì)的重磁(重力+磁法)和壤中氣氡-汞(Rn-Hg)聯(lián)測的物化探方法[20～37]。

2.1 應(yīng)用實(shí)例

本文以特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖工程之“內(nèi)蒙古1∶50000呼勒斯太蘇木(K48E017024)、塔爾湖鎮(zhèn)(K48E018024)、復(fù)興城(K48E019024)、吉爾嘎朗圖鄉(xiāng)幅(K48E020024)填圖試點(diǎn)”區(qū)為例，該填圖區(qū)北部為近東西走向的色爾騰山，中部為河套泛濫沖積平原，南部為庫布齊沙漠，主體為新構(gòu)造活動(dòng)非?；钴S的河套沖積平原。第四紀(jì)以來，河套斷陷帶各邊界斷裂的活動(dòng)仍強(qiáng)烈，河套盆地是一條重要的地震構(gòu)造帶，地震活動(dòng)震級(jí)大、頻度高。查明填圖區(qū)隱伏斷裂是平原區(qū)填圖的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在本區(qū)開展了重磁和壤中氣Rn-Hg聯(lián)測探查隱伏地質(zhì)體的物化探實(shí)驗(yàn)。

從12 km長的W1-P5物化探聯(lián)合剖面測量結(jié)果(見圖2)可以看出：測線W1-P5方向?yàn)楸逼?5.5°，橫跨狼山—色爾騰山山前大斷裂。重磁W1線布格異常幅值變化范圍約為75×10-5m/s2，異常曲線總體呈現(xiàn)北高南低。測線北段為高值異常段，位于色爾騰山中；南段為低值異常段，位于河套平原中。磁法曲線整體呈現(xiàn)由南向北線性增高的趨勢(shì)，主要是對(duì)深部磁性基底的反映。

圖2 內(nèi)蒙試點(diǎn)填圖區(qū)重磁和氡-汞氣測聯(lián)合剖面測量結(jié)果Fig.2 Combination of gravity-magnetic and Rn-Hg gas survey results in the pilot mapping area, Inner Mongolia

相對(duì)布格重力異常曲線視密度顯示0～8 km為負(fù)視密度、8～12 km為正視密度區(qū)段，分別對(duì)應(yīng)第四系覆蓋和色爾騰山山區(qū)，在8 km附近出現(xiàn)強(qiáng)烈的正負(fù)視密度梯級(jí)變化帶，是對(duì)南傾的狼山—色爾騰山山前大斷裂的清晰指示；9.5～11.0 km區(qū)段出現(xiàn)淺部負(fù)視密度區(qū)域，且對(duì)應(yīng)磁法數(shù)據(jù)為局部高值(推測為花崗巖體產(chǎn)生的弱磁異常)區(qū)段，綜合判斷在9.5～11.0 km區(qū)段存在東側(cè)已出露花崗巖體向西南延伸部位，且埋藏較淺。

相對(duì)布格重力異常曲線視密度圖在0～8 km負(fù)視密度區(qū)段的淺部異常信息不明顯；剩余重力異常視密度圖中，測線6 km處出現(xiàn)低視密度段與高視密度段梯級(jí)帶，推測該處存在南傾隱伏斷裂；測線2 km處的高低視密度段分界線與遙感解譯位置大體吻合，推斷為出露地表的局部小斷裂。4 km左右的剩余重力高異?？赡苁怯苫茁∑鹨鸬摹?/p>

與重磁同剖面的Rn-Hg聯(lián)測顯示，從041/P5—101/P5測點(diǎn)范圍(對(duì)應(yīng)重磁測線7～10 km)出現(xiàn)較為連續(xù)的Hg氣異常，而Rn氣異常則在051/P5—101/P5測點(diǎn)范圍(對(duì)應(yīng)重磁測線7.0～9.5 km)顯示連續(xù)寬緩的變化趨勢(shì)，說明第四系覆蓋層下部存在花崗巖體西延的巖脈和(或)較大的次級(jí)斷裂構(gòu)造。近1000 m的寬緩Rn異常支持了東側(cè)已出露的華力西晚期花崗巖體(γ)在此處第四系覆蓋之下有向西延的可能。

在色爾騰山山前深大斷裂左近位置即從076/P5—086/P5測點(diǎn)(對(duì)應(yīng)重磁測線7.5～8.5 km)出現(xiàn)了寬近1000 m、連續(xù)寬緩變化的高強(qiáng)度Rn-Hg氣體異常，驗(yàn)證了狼山—色爾騰山山前大斷裂的存在。該區(qū)段出現(xiàn)的連續(xù)強(qiáng)Rn-Hg異常與重磁異常高度吻合，表明互證式的物化探聯(lián)合探測隱伏斷裂巖體具有較高的可信度。與重磁在2 km處出現(xiàn)的異常相對(duì)應(yīng)，Rn-Hg在1～2 km處出現(xiàn)連續(xù)異常，表明該處存在隱伏斷裂的可能極大。在2～6 km范圍Rn-Hg異常為跳躍不連續(xù)分布，Rn異常較連續(xù)且強(qiáng)度高于Hg，與重力在該范圍顯示的寬緩弱異常吻合，推測與隱伏未明地質(zhì)體有關(guān)，因Rn與活動(dòng)斷層巖體密切相關(guān)，故不排除存在隱伏巖體或斷層的可能。

2.2 技術(shù)應(yīng)用分析

特殊地質(zhì)地貌區(qū)大部為覆蓋區(qū)，查明不同的隱伏地質(zhì)信息是不同填圖目標(biāo)的具體要求，目前看在隱伏地質(zhì)體的探測方面，采用重磁+氡-汞聯(lián)測的物化探聯(lián)合探測技術(shù)，可以有效避免重磁多解性和氡-汞氣測易受環(huán)境干擾的缺陷，是提高探測精度、增強(qiáng)準(zhǔn)確性的成熟經(jīng)濟(jì)快速的技術(shù)方法。此外，在活動(dòng)斷層的探測方面，氡-汞聯(lián)測已是地震部門用來監(jiān)測活動(dòng)構(gòu)造的重要技術(shù)方法[30～37]，可作為覆蓋區(qū)活動(dòng)構(gòu)造調(diào)查的參考借鑒手段。

3 巖石風(fēng)化過程的地球化學(xué)判別方法

地球化學(xué)的理論方法早已被廣泛應(yīng)用于解決各類基礎(chǔ)地質(zhì)問題，分類地球化學(xué)的研究已很豐富深刻。在特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖工作中，恰當(dāng)選用地球化學(xué)的方法判別未明地質(zhì)信息，也是行之有效的填圖技術(shù)方法之一[38～41]。

3.1 應(yīng)用實(shí)例

以特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖工程之“廣東1∶50000筋竹圩(F49E007014)、連灘鎮(zhèn)(F49E007015)、泗綸圩(F49E008014)、羅定縣(F49E008015)幅強(qiáng)烈風(fēng)化區(qū)填圖試點(diǎn)”區(qū)所采不同地層、巖體風(fēng)化剖面為研究對(duì)象，運(yùn)用地球化學(xué)方法揭示風(fēng)化程度、強(qiáng)度、厚度、元素與巖石礦物的變化分布等地質(zhì)信息，有助于對(duì)強(qiáng)風(fēng)化覆蓋層的組成、結(jié)構(gòu)、厚度和強(qiáng)風(fēng)化層斷面圖等本區(qū)填圖目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文以采集的那蓬中細(xì)粒黑云母二長花崗巖不同部位不同深度4條垂直風(fēng)化剖面66件樣品分析結(jié)果，闡明刻畫巖石風(fēng)化過程的地球化學(xué)方法。

巖石風(fēng)化過程可用地球化學(xué)風(fēng)化蝕變指數(shù)定量描述。風(fēng)化指數(shù)分歸一化指數(shù)和非歸一化指數(shù)2類，歸一化指數(shù)的計(jì)算需要原巖元素含量數(shù)據(jù)，一般風(fēng)化剖面難以采到新鮮基巖，故廣泛應(yīng)用的是10多種非歸一化指數(shù)。針對(duì)不同風(fēng)化地質(zhì)單元，選擇適宜的地球化學(xué)風(fēng)化蝕變指數(shù)是研判前提。經(jīng)計(jì)算檢驗(yàn)認(rèn)為CIA、WIP、WIC是適合表征那蓬巖體化學(xué)風(fēng)化蝕變過程的非歸一化指數(shù)(見圖3)。

圖3 那蓬巖體14D029、D2200剖面風(fēng)化指數(shù)CIA-WIP-WIC靈敏性對(duì)比Fig.3 Sensitivity comparison of weathering index CIA-WIP-WIC from 14D029 and D2200 sections in Nampong rock mass

CIA(Chemical Index of Alteration)作為一個(gè)能夠反映源區(qū)風(fēng)化程度的指數(shù)被Nesbitt等[42]在研究加拿大古元古代碎屑巖時(shí)提出，CIA=100×Al2O3/(Al2O3+Na2O+K2O+CaO*)，其中CaO*僅為硅酸鹽中的CaO。若樣品中含有碳酸鹽礦物或磷灰石，可用CaO*=CaO-CO2-(10/3)P2O5來計(jì)算硅酸鹽中CaO含量。CIA指數(shù)表示不活動(dòng)元素與活動(dòng)元素的摩爾分子比，它假定Al2O3、Na2O、K2O和CaO只存在于長石中，而在風(fēng)化過程中Al2O3為不活動(dòng)元素。

WIP(Weathering Index of Parker)指數(shù)1970年由Parker[43]提出，主要用于判斷硅酸巖的風(fēng)化程度，認(rèn)為硅酸巖的風(fēng)化作用主要是水解作用，以風(fēng)化過程中的活動(dòng)性元素Na2O、K2O、MgO和CaO的摩爾分子比定義：WIP=100×(2Na2O/0.35+2K2O/0.25+MgO/0.9+ CaO*/0.7)。

WIC指數(shù)1982年由Colman[44]提出，也是以摩爾分?jǐn)?shù)定義：WIC=100×(Na2O+K2O+CaO+MgO)/(Al2O3+Fe2O3+TiO2)。WIC指數(shù)也是用不活動(dòng)元素和活動(dòng)元素的摩爾分子比來計(jì)算風(fēng)化程度。CIA指數(shù)與WIP指數(shù)涉及4種氧化物，而WIC指數(shù)則涉及7種氧化物，相對(duì)于WIC指數(shù)，CIA與WIP指數(shù)顯示出更小的變化區(qū)間，表明WIC指數(shù)比CIA、WIP指數(shù)更加靈敏(見圖3)。

從14D029和D2200風(fēng)化剖面CIA、WIP和WIC值變化分布(見圖3)可看出，CIA、WIP和WIC數(shù)值變化范圍均為0～100，CIA值越大、WIP和WIC數(shù)值越小，表示巖石風(fēng)化程度越高越完全。WIC指標(biāo)相比CIA、WIP顯示出對(duì)風(fēng)化過程的指示更加靈敏。將那蓬巖體不同采樣點(diǎn)4個(gè)剖面66件樣品的CIA值投點(diǎn)(見圖4)，全部樣品CIA值大于70，大部分樣品位于80～90之間，表明那蓬巖體整體化學(xué)風(fēng)化蝕變程度很高。

圖4 那蓬巖體風(fēng)化剖面樣品CIA指數(shù)變化分布Fig.4 Distribution of CIA index from weathering section of Nampong rock mass

Nesbitt等[42]在研究巖石化學(xué)風(fēng)化過程中元素和礦物成分變化時(shí)指出，巖石風(fēng)化早期階段是斜長石最先風(fēng)化分解，Ca、Na迅速流失，而鉀長石相對(duì)穩(wěn)定，伊利石、高嶺石和蒙脫石是該風(fēng)化階段的主要次生礦物；風(fēng)化到中等程度(CIA值大于70)時(shí)，斜長石幾乎風(fēng)化殆盡，礦物成分以高嶺石、伊利石、鉀長石和石英為主；風(fēng)化作用持續(xù)增強(qiáng)將導(dǎo)致含K礦物(黑云母、伊利石和鉀長石)分解，次生黏土礦物以高嶺石、埃洛石及三水鋁石為主。

與礦物分解相應(yīng)元素地球化學(xué)行為的變化(見圖5)也反映出巖石風(fēng)化過程中原生礦物蝕變分解、次生礦物或新生礦物形成演化的礦相學(xué)意義。構(gòu)成巖石的主量元素(Si、Al、K、Na、Ca、Mg、Fe)向地表隨著風(fēng)化強(qiáng)度加深(WIC值變小)，表現(xiàn)出脫Si富Al、Fe和快速淋失K、Na、Ca、Mg的變化特點(diǎn)，主量元素的變化反映巖石主成分長石類礦物的分解。微量元素的地球化學(xué)行為也指示了礦物分解演變的行跡，如親石元素Be在花崗巖中主要分布于黑云母(Be含量1～37 μg/g)、白云母(Be含量10～56 μg/g)、角閃石(Be含量5～10 μg/g)中[45]，D2200剖面中Be最高含量為3.56 μg/g，平均值2.95μg/g，與上列礦物中的含量相比已大為降低。剖面上Be表現(xiàn)為向地表淋失的分布特點(diǎn)，表明抗風(fēng)化力較強(qiáng)的云母類、閃石類礦物已經(jīng)分解，絹云母、簾石類礦物開始形成。具有緊密類質(zhì)同象的Zn與Cd發(fā)生分離(Zn向表層富集，Cd則向地表貧化)，表明副礦物中的重礦物已經(jīng)分解，Zn、Cd被解離釋放。親硫元素Ag、Hg、Sb、Bi剖面上表現(xiàn)出向表層強(qiáng)烈的富集趨勢(shì)，判斷巖石組成副礦物中存在輝銻礦、閃鋅礦、方鉛礦(輝鉍礦)等。微量元素Be、Ba、Cd、Ag、Zn、Hg、Sb、Bi(及未列出的W、Sn、Co、Si等)在剖面上貧化或富集的變化分布的示蹤作用推斷地質(zhì)信息如下：那蓬巖體形成于中高溫環(huán)境，后期存在構(gòu)造作用改造或自變質(zhì)作用，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，整體處于中淺剝蝕階段。依此判斷，那蓬巖體出露地表部分處于中—強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)。

含量：Ag,Hg,Cd為ng/g，Zn,Bi,Sb,Ba,Be為μg/g，主量元素為%；WIC—風(fēng)化指數(shù)圖5 那蓬巖體D2200風(fēng)化剖面元素遷移分布Fig.5 Distribution of elemental transportation in the weathered section D2200 of Nampong rock mass

采用Parker[43]提出的表征硅酸鹽巖石風(fēng)化強(qiáng)度的歸一化指數(shù)(WI)：

利用嚴(yán)成文[46]的那蓬巖體基巖數(shù)據(jù)(Na2O為2.65%，MgO為1.13%，K2O為3.99%，CaO為1.98%)計(jì)算WI基巖并以此作為參比標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算每件風(fēng)化剖面樣品的WI風(fēng)化值以及每件樣品WI風(fēng)化與WI基巖的比值。以該比值(風(fēng)化強(qiáng)度)和剖面深度(風(fēng)化層厚度)變化，制作風(fēng)化強(qiáng)度與距基巖面距離的趨勢(shì)判別圖(見圖6)。經(jīng)歸一化標(biāo)準(zhǔn)化處理，WI風(fēng)化與WI基巖比值可作為風(fēng)化強(qiáng)度劃分的標(biāo)準(zhǔn)，參照巖土工程勘察對(duì)花崗巖風(fēng)化強(qiáng)度的分級(jí)(未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化和殘積土)標(biāo)準(zhǔn)[47～50]，結(jié)合本區(qū)風(fēng)化特點(diǎn)(化學(xué)風(fēng)化為主導(dǎo))采用巖石化學(xué)風(fēng)化指數(shù)計(jì)算，提出本區(qū)巖石風(fēng)化分級(jí)方案：新鮮基巖(未風(fēng)化)—弱風(fēng)化—中度風(fēng)化—高度風(fēng)化—全風(fēng)化—?dú)埛e土等6級(jí)，對(duì)應(yīng)的WI風(fēng)化與WI基巖比值變化范圍：0.8～1.0(基巖未風(fēng)化)，0.7～0.8(弱風(fēng)化)，0.5～0.7(中度風(fēng)化)，0.3～0.5(強(qiáng)風(fēng)化)，0.15～0.30(全風(fēng)化土壤形成演化階段)，≤0.15(土壤發(fā)育殘積土形成階段)。

圖6 那蓬巖體風(fēng)化強(qiáng)度與厚度變化關(guān)系圖Fig.6 The relationship between the weathering intensity and the thickness of Nampong rock mass

巖石風(fēng)化過程分為巖石風(fēng)化成土和土壤發(fā)育演化2個(gè)階段。巖石風(fēng)化成土階段對(duì)應(yīng)風(fēng)化等級(jí)為弱風(fēng)化—中度風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化，原生礦物向蝕變礦物演化，主量元素如Si、K淋失，但巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造保留；土壤發(fā)育演化階段對(duì)應(yīng)風(fēng)化等級(jí)為全風(fēng)化—?dú)埛e土，原巖結(jié)構(gòu)消失，黏土礦物次生礦物形成，主量元素Fe、Al富集而K、Na、Ca淋失，可偶見殘留原生礦物。圖6和野外剖面采樣觀察記錄表明，那蓬巖體風(fēng)化殼厚度不均，由地表向基巖面可劃分為：0～4 m為全面風(fēng)化+殘積土層，4～10 m為強(qiáng)風(fēng)化區(qū)，10～18 m為強(qiáng)風(fēng)化向中度風(fēng)化過渡區(qū)，18 m以下進(jìn)入中—弱風(fēng)化區(qū)。

稀土元素的分異行為也是風(fēng)化強(qiáng)度分級(jí)、界定風(fēng)化層的判別標(biāo)志。稀土元素富集分異的地球化學(xué)形變示蹤(見圖7a)顯示，曲線形態(tài)為具弱負(fù)銪異常右傾的分布模式，表明那蓬巖體是殼源為主變質(zhì)交代型混合源類花崗巖，由強(qiáng)風(fēng)化層至表土層的風(fēng)化殼稀土元素相對(duì)基巖總體富集、分布型式整體上顯示出對(duì)源巖的繼承性，但由于風(fēng)化作用致稀土元素發(fā)生分餾，出現(xiàn)輕稀土富集和負(fù)鈰異常加強(qiáng)，在表土層和殘積層中相對(duì)貧化，而全風(fēng)化層高度富集。進(jìn)一步研究稀土元素在風(fēng)化殼中的遷移分布規(guī)律(見圖7b)表明，中稀土(Sm-Ho)富集，輕稀土(La、Ce、Pr)和重稀土(Yb)存在富集或貧化的活化分異現(xiàn)象，說明稀土在風(fēng)化殼的活化度很高，呈現(xiàn)出向表土層和殘積層淋失貧化而向全風(fēng)化層聚集的遷移分布規(guī)律。

基巖數(shù)據(jù)引自嚴(yán)成文等[46]，球粒隕石數(shù)據(jù)引自Masuda等[51]，上陸殼數(shù)據(jù)引自Taylor等[52]圖7 D2200剖面不同風(fēng)化層稀土元素球粒隕石與上陸殼標(biāo)準(zhǔn)化分布模式Fig.7 REE distribution pattern after chondrites and upper continental crust normalized of different weathered layers in section D2200

稀土元素在由基巖至殘積土層風(fēng)化體系中的變化分布規(guī)律可作為界定風(fēng)化層的定量判別標(biāo)志，如稀土元素強(qiáng)烈富集區(qū)對(duì)應(yīng)指示著全風(fēng)化層部位，即巖土界面分界點(diǎn)的標(biāo)志，而相對(duì)強(qiáng)烈貧化區(qū)則是對(duì)殘積層所在部位的指示。

3.2 技術(shù)應(yīng)用分析

巖石地球化學(xué)判別方法是通過主量、微量、稀土元素以及同位素等的變化分布示蹤，從微觀逆向推斷宏觀地質(zhì)信息的方法，可用于解決諸如巖石成因、時(shí)代、物源、巖石類型、礦物種屬及微相等更為精細(xì)的地質(zhì)填圖問題。方法上多基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的數(shù)值計(jì)算，是一種存在不確定性或多解性的估算方法。因方法種類并不唯一而是眾多，給技術(shù)選用上造成一定難度或困惑。這種判別方法可用于強(qiáng)烈風(fēng)化區(qū)、巖溶區(qū)、森林淺覆蓋區(qū)和艱險(xiǎn)區(qū)等特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖，應(yīng)根據(jù)具體需要選擇相應(yīng)技術(shù)方法，有針對(duì)性地采集地球化學(xué)樣品。

4 討論與展望

特殊地質(zhì)地貌區(qū)存在有別于傳統(tǒng)填圖區(qū)的“特殊”之處，客觀上需要采用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)方法或多技術(shù)組合實(shí)現(xiàn)填圖目標(biāo)，引入物化探技術(shù)解決填圖問題，對(duì)長于資源勘查的物化探本身也是一項(xiàng)新領(lǐng)域。目前比較成熟的物化探技術(shù)方法甚多，如物探在傳統(tǒng)的“重磁電震”方法體系內(nèi)派生出很多分支技術(shù)，化探從區(qū)域化探發(fā)展到非常規(guī)化探及至地球化學(xué)領(lǐng)域也是技術(shù)眾多。本文僅只介紹了部分物化探技術(shù)方法，相信針對(duì)不同特殊地質(zhì)地貌區(qū)出現(xiàn)的具體填圖問題，完全能夠從充足的物化探技術(shù)儲(chǔ)備中選取到有效適用的技術(shù)方法。

應(yīng)當(dāng)看到，對(duì)于新近興起的特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖工作，不同方法技術(shù)的選配也需技術(shù)應(yīng)用的檢驗(yàn)與完善，從特殊地質(zhì)地貌區(qū)之半干旱山前盆地覆蓋區(qū)(內(nèi)蒙古呼勒斯太試點(diǎn)區(qū))到強(qiáng)烈風(fēng)化區(qū)(廣東筋竹圩試點(diǎn)區(qū))的物化探技術(shù)應(yīng)用效果看，在探測深部隱伏地質(zhì)信息、恢復(fù)原巖建造等方面，物化探技術(shù)均能發(fā)揮作用。但對(duì)地質(zhì)填圖而言物化探技術(shù)也是一種間接方法，本身存在一定的約束性、局限性或多解性，其推斷結(jié)果也需經(jīng)歷證偽與證實(shí)的檢驗(yàn)。

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查正從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代，面臨著調(diào)查領(lǐng)域、方式和方法的轉(zhuǎn)型，客觀上需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)體系，從而形成一套適合特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖的技術(shù)方法；更新填圖理念、跟進(jìn)服務(wù)社會(huì)需求，為特殊地質(zhì)地貌區(qū)拓展填圖目標(biāo)、納入社會(huì)需求要素于基礎(chǔ)地質(zhì)圖中預(yù)留出潛在空間，這也是現(xiàn)代地質(zhì)調(diào)查的自變要求。在地質(zhì)調(diào)查方式轉(zhuǎn)型過程中，物化探技術(shù)無疑將是不可或缺的重要?jiǎng)?chuàng)新驅(qū)動(dòng)力之一。

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APPLICATION OF GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL PROSPECTING TECHNIQUES IN SPECIAL GEOLOGICAL AND GEOMORPHIC AREAS

YU Jin-song， JING Lei， WANG Qiao-lin， HAN Wei， LIU Hua-zhong， GAO Xiao-liang

(InstituteofGeophysicalandGeochemicalExploration,CAGS,Langfang065000,Hebei,China)

Based on the application experiment of geophysical and geochemical prospecting technique in special geological and geomorphic areas mapping, this paper introduces the methods of extracting geologic information from regional geophysical and geochemical data. It is pointed out that the combination of gravity and Rn-Hg survey is efficient and low-cost for detecting concealed rock and fault in coverage areas. The weathering grades of intensely weathered areas can be clarified into bedrock, weak weathering, moderate weathering, strong weathering, total weathering, residual soil, and so on. Besides that, the geochemical behavior of weathered crust has a trace effect on the decomposition of primary minerals and the formation of secondary minerals. Due to the significant differentiation of REE in different weathered layers, the distribution pattern of REE which are strongly enriched in the whole weathering layer (rock-soil interface or weathering rock top) can be used as an important geochemical identification index for delimiting weathering crust.

geological mapping; geophysical and geochemical exploration technique; element geochemistry; discrimination; application

1006-6616(2016)04-0893-14

2016-09-16

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖試點(diǎn)”(DD20160060)

喻勁松(1968-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，從事物化探綜合研究。E-mail：yujinsong@igge.cn

P623

A