新疆金窩子金礦田深穿透地球化學(xué)方法研究

新疆金窩子金礦田深穿透地球化學(xué)方法研究

0地氣、土壤活動(dòng)態(tài)異常物質(zhì)地球化學(xué)特征20世紀(jì)90年代，研究人員提出了一套完整的化學(xué)法，即以氣體為采樣手段的地氣性方法，并形成了幾種化學(xué)法，包括以氣體為采樣手段的氣候法[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14]和以土壤為采樣手段的選擇性提取方法。在地氣測(cè)量技術(shù)方法上,我國(guó)勘查地球化學(xué)形成了獨(dú)具特色的地球化學(xué)技術(shù),取得了良好的找礦效果。以土壤為采樣介質(zhì)的選擇性提取技術(shù),由于元素含量相對(duì)較高和在找礦實(shí)踐中操作簡(jiǎn)單,因而獲得廣泛應(yīng)用,并在覆蓋區(qū)礦產(chǎn)勘查上取得一定成效。在深穿透地球化學(xué)勘查實(shí)踐中,勘查地球化學(xué)工作者一直在試圖查明地氣和土壤中可選擇性提取的活動(dòng)態(tài)異常物質(zhì)是什么?以及異常物質(zhì)的存在形式以及遷移方式。有研究者推測(cè)地氣以微氣泡形式攜帶超微細(xì)金屬顆?；蚪饘偌{米微粒呈類(lèi)氣相直接遷移到達(dá)地表,并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了地氣物質(zhì)中的納米微粒。也有研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了納米Au被上升氣流攜帶遷移,被土壤顆粒吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文選擇戈壁覆蓋區(qū)新疆金窩子金礦田210金礦帶這一典型隱伏金礦,實(shí)測(cè)了成礦元素Au、Cu、Pb等在地氣、土壤活動(dòng)態(tài)的空間分布,研究土壤活動(dòng)態(tài)Au與粘土礦物的關(guān)系。在研究中同時(shí)采集礦體上方地氣和土壤樣品,使用透射電子顯微鏡,對(duì)樣品中微粒物質(zhì)進(jìn)行觀(guān)察,在地氣和土壤中觀(guān)測(cè)到了Au-Cu、Au-Bi納米微粒。地氣和土壤納米微粒成分、結(jié)構(gòu)、形貌相似,同為異常物質(zhì)。礦床中成礦物質(zhì)以納米微粒形式存在和遷移。微粒隨地氣流遷移,存在于土壤氣體中可形成地氣異常;被覆蓋層土壤地球化學(xué)障吸附滯留,可以形成礦體上方的土壤異常。1金礦床地質(zhì)特征金窩子金礦田位于甘肅與新疆交界的北山中帶東段,區(qū)域出露地層為上泥盆統(tǒng)金窩子組(D3j)。巖性為凝灰質(zhì)砂巖、碳質(zhì)板巖、鈣質(zhì)砂巖,巖石中夾有少量碳酸鹽巖、中酸性的火山巖及中基性火山巖。區(qū)域地層總體產(chǎn)狀為走向310°~340°,傾角40°~45°。金窩子金礦田空間上分為南北兩個(gè)礦帶,北礦帶為金窩子金礦帶,南礦帶為210金礦帶,典型礦床為210金礦。兩個(gè)礦帶的礦床類(lèi)型不同:北部的金窩子金礦產(chǎn)于金窩子花崗巖巖體內(nèi)及接觸帶附近,屬于石英脈型金礦,為剝露礦。南礦帶210金礦位于北帶金窩子金礦以南2~2.5km處的戈壁覆蓋區(qū),礦區(qū)地表被第四系戈壁覆蓋,覆蓋厚度從幾米至十幾米不等,為隱伏型金礦床。210金礦床的礦體主要以構(gòu)造蝕變巖型石英脈產(chǎn)出,含金礦脈產(chǎn)于區(qū)域北東向構(gòu)造剪切帶中,為構(gòu)造剪切帶型金礦床(圖1)。金礦體以大脈型石英硫化物脈群的形式產(chǎn)于上泥盆統(tǒng)金窩子組的糜棱巖化碳質(zhì)凝灰?guī)r和凝灰角礫巖中,含礦構(gòu)造為剪切帶型斷裂,方向?yàn)镹E65°,與區(qū)域上的構(gòu)造線(xiàn)方向一致。至今礦脈帶已查明有6條工業(yè)礦體。1號(hào)脈平均含金品位4.87g/t,2號(hào)脈金平均品位17.63g/t。已查明金總儲(chǔ)量為10t。210金礦床的礦石礦物主要為黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等。黃鐵礦為主要含金礦物,金呈自然金、銀金礦等以粒間金、裂隙金、包裹體金的形式產(chǎn)于黃鐵礦中。脈石礦物為石英,也有少量方解石、絹云母及綠泥石等。2礦化信息的介質(zhì)性質(zhì)地理學(xué)家早已注意到戈壁層的垂直分帶現(xiàn)象,描述了黑色礫幕、孔泡結(jié)皮,以及以碳酸鹽和石膏為主要成分的鈣質(zhì)層。在戈壁覆蓋區(qū)找礦工作中,勘查地球化學(xué)工作者進(jìn)行了戈壁層的性質(zhì)和成因以及它作為賦存和傳遞深部礦化信息的介質(zhì)性質(zhì)的研究。本項(xiàng)研究設(shè)計(jì)了一個(gè)位于210金礦體上穿透覆蓋層的鉆孔,鉆孔深度為24m。覆蓋層總體具有分層結(jié)構(gòu),覆蓋層分層性質(zhì)列于圖2。鉆孔剖面取樣方法是,自地表取樣,每1m進(jìn)尺為一個(gè)樣,連續(xù)取樣。從地表1m到終孔24m,取樣24件。截取小于120目的細(xì)粒級(jí)樣品,分2份平行樣品。一份采用活動(dòng)態(tài)金屬循序提取的分析方法,分析Au的以下相態(tài):水溶態(tài)、粘土態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。另一份分析Au活動(dòng)態(tài)總量。Au的含量單位為ng/g,檢出限0.05ng/g。結(jié)果列于表1和圖3。通過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)Au在礦體蝕變帶上方覆蓋層垂直剖面上有以下分布規(guī)律(表1,圖3)。2.1au水溶態(tài)形式含量表1列出的是礦體上方覆蓋層鉆孔中Au在各相態(tài)中的含量特征。在3種活動(dòng)態(tài)中,Au水溶態(tài)形式含量最高,平均值為0.63ng/g,鐵錳氧化物態(tài)含量平均值0.48ng/g,粘土態(tài)含量平均值為0.28ng/g。殘?jiān)鼞B(tài)是Au的主要賦存形態(tài),Au平均含量為7.19ng/g。2.2元素遷移規(guī)律及元素活動(dòng)態(tài)及養(yǎng)分積累規(guī)律圖3列出的是Au在覆蓋層剖面中的分布特征。從圖中可以看出,3種活動(dòng)態(tài)形式的Au含量特征為:覆蓋層底部基巖層、殘積層Au含量高,中間層低,近地表Au含量高,呈“C”型;覆蓋層中活動(dòng)態(tài)總量Au分布與活動(dòng)態(tài)形式Au相似;殘?jiān)鼞B(tài)Au在覆蓋層剖面分布與前兩者不同,高含量層在覆蓋層底部殘積層和基巖層。Au在各相態(tài)的空間分布形式與元素存在相態(tài)在表生覆蓋層產(chǎn)物中活動(dòng)性質(zhì)有關(guān)。元素水溶態(tài)遷移機(jī)理為:由于地下水的反復(fù)持續(xù)的蒸發(fā)作用,在戈壁干旱景觀(guān)條件下,蒸發(fā)量永遠(yuǎn)大于降水量,地下水在蒸發(fā)抽提下,有持續(xù)的上升能力。覆蓋層土壤粘土相態(tài)是戈壁表生作用的產(chǎn)物。粘土礦物因其結(jié)構(gòu)性質(zhì)和比表面積大的特點(diǎn),具有強(qiáng)吸附作用、離子交換作用和化學(xué)活性,覆蓋層土壤中粘土相態(tài)是元素活動(dòng)態(tài)的重要富集相態(tài)。表2列出的是剖面24件樣品中的粘土相與碎屑相含量比例。24件樣品截取小于120目粒級(jí),其組成確定采用X射線(xiàn)粉晶衍射方法。覆蓋層礦物組成可分為碎屑相和粘土相。碎屑相包括石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、赤鐵礦、角閃石,粘土相包括伊利石、高嶺石和綠泥石。表2數(shù)據(jù)表明,覆蓋層中活動(dòng)態(tài)Au含量與剖面粘土發(fā)育呈正相關(guān),Au在表層粘土相富集。此富集性質(zhì)與Au存在形式的兩個(gè)分量有關(guān):Au的活動(dòng)態(tài)形式,為各種營(yíng)力由下伏礦源區(qū)搬運(yùn)帶來(lái)的部分;粘土形成過(guò)程中由殘?jiān)噌尫诺牟糠?這個(gè)分量在粘土形成后不再增長(zhǎng)。粘土相對(duì)Au的富集的意義在于,粘土礦物相態(tài)具有離子交換、化學(xué)活性、吸附能力、對(duì)活動(dòng)態(tài)分量的持續(xù)累積的性質(zhì),表生粘土相是元素活動(dòng)態(tài)富集相態(tài)。殘?jiān)鼞B(tài)中Au的高含量出現(xiàn)在鉆孔揭露的礦化基巖層和殘積層位置,含量在幾十ng/g。在近地表及中間層殘?jiān)鼞B(tài)中含量變化不大。殘?jiān)鼞B(tài)Au主要為硅酸鹽相態(tài),與碎屑有關(guān)。3210金礦床地板氣體和活動(dòng)狀態(tài)的測(cè)量3.1采樣方法及采樣點(diǎn)設(shè)置本次實(shí)驗(yàn)共安排4條垂直于210礦體走向的測(cè)線(xiàn),橫跨礦體,從東到西測(cè)線(xiàn)號(hào)分別為L(zhǎng)2、L1、L3、L4。4條測(cè)線(xiàn)方向?yàn)镹W30°,線(xiàn)距200m,點(diǎn)距50~100m,長(zhǎng)度1400m,控制面積1.12km2(圖4)。測(cè)區(qū)共設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)76個(gè),樣品每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別取泡塑樣品及液體樣品。本次地氣采樣工作采用王水溶液捕集和泡沫塑料捕集兩種方法。王水溶液捕集劑采用5%王水溶液,超純的5%王水溶液在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院超純實(shí)驗(yàn)室以蒸餾方法制取;泡塑捕集介質(zhì)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室制取,之后用10%王水預(yù)處理,超純水清洗后用5%超純王水浸泡。王水溶液捕集法的抽氣使用手提式采樣器;泡沫塑料捕集法的抽氣使用大氣采樣器。在每個(gè)采樣點(diǎn)上,用鋼釬打6個(gè)孔,孔深在0.5~0.8m。兩種采樣法各用3個(gè)孔,將螺旋采樣器旋于孔中,擰緊使孔封閉,用硅膠管與安裝微孔濾膜的過(guò)濾器和捕集裝置連接。王水捕集法用抽氣泵一次在3個(gè)孔中各抽取氣體3L,用U型瓶捕集地氣。每個(gè)采樣點(diǎn)U型瓶中王水捕集液體的體積為20mL;泡塑捕集法用大氣采樣器在3個(gè)孔各采集氣體2min,氣體流量控制在1.5L/min。每個(gè)采樣點(diǎn)上孔位之間的距離為1m。對(duì)野外所采樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用ICP-MS方法,分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn等元素(表3,表4)。3.2地氣異?？臻g分布特征本項(xiàng)研究進(jìn)行了測(cè)區(qū)Au地氣和活動(dòng)態(tài)的地球化學(xué)測(cè)量。實(shí)測(cè)了成礦元素Au在地氣和活動(dòng)態(tài)的分布,測(cè)量結(jié)果列于表3—表5、圖5—圖7。表3和表4分別列出了泡塑和液體兩種捕集介質(zhì)Au和成礦元素的含量。圖5給出了地氣測(cè)量Au等值線(xiàn),由圖5看出,兩種介質(zhì)地氣測(cè)量,在礦體剪切斷裂帶上方都出現(xiàn)了異常。泡塑的Au異常主要分布在礦體與覆蓋層接觸部位的垂直投影上,王水溶液的Au異常中心移向礦體的傾向方向。根據(jù)本次測(cè)量資料,選擇測(cè)區(qū)覆蓋層淺的1線(xiàn)和覆蓋層深的4線(xiàn),繪出成礦元素在水平剖面上的分布(圖6)。兩條測(cè)線(xiàn)均在礦體斷裂蝕變帶地表投影位置處出現(xiàn)Au和成礦伴生元素Ag、Hg、Cu、Pb、Zn多元素地球化學(xué)異常。4線(xiàn)北側(cè)出現(xiàn)Cu、Zn的異常。測(cè)量所獲得的地氣異?？臻g分布,與礦化斷裂蝕變帶的產(chǎn)狀和礦化斷裂蝕變帶抬升時(shí)形成的古地形有關(guān)。通過(guò)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩種介質(zhì)對(duì)元素捕集能力強(qiáng)弱有區(qū)別,對(duì)微粒的選擇性吸收也有區(qū)別,表現(xiàn)在異常空間分布出現(xiàn)差異,泡塑介質(zhì)所反映的礦化蝕變帶Au、Ag、Hg、Cu、Pb、Zn元素異常位置,相對(duì)王水溶液介質(zhì),移向古盆地中心。4線(xiàn)土壤活動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果列于表5和圖7。本研究活動(dòng)態(tài)測(cè)量采用細(xì)粒級(jí)土壤測(cè)量(截取小于120目粒級(jí)測(cè)量),分析所得的Au含量為樣品活動(dòng)態(tài)Au的全量,這部分Au在深穿透地球化學(xué)上將其作為活動(dòng)態(tài)Au。測(cè)量表明Au、Ag、Hg3元素均在礦體上方出現(xiàn)了異常。4地氣和土壤中的金礦床存4.1測(cè)定項(xiàng)目及方法本項(xiàng)研究在礦體上方同時(shí)采集了地氣中納米金屬微粒和覆蓋層土壤金屬微粒。在地氣和土壤中都觀(guān)測(cè)到金和成礦元素的納米金屬微粒。地氣中金屬微粒的采集,分別采用了主動(dòng)抽氣法和被動(dòng)累積捕集法。主動(dòng)抽氣法,捕獲游離于土壤空隙氣體中的納米金屬物質(zhì),用鋼釬在覆蓋層中打一80cm深的抽氣孔,將螺旋取樣鉆擰入孔中,連結(jié)手提式氣體采樣筒,抽取氣體,讓氣體通過(guò)0.5μm微孔濾膜后進(jìn)入捕集器,捕集器內(nèi)置有捕獲微粒金屬載體,載體材料基質(zhì)不含成礦元素或預(yù)測(cè)目標(biāo)元素。微粒被阻擋和吸附在載體上,制成TEM觀(guān)測(cè)樣品。被動(dòng)累積捕集法,在礦體上方距地表60cm處安放捕集器,內(nèi)裝有吸附微粒載體,累積吸收地氣微粒。本次觀(guān)測(cè)的樣品在野外放置時(shí)間為10個(gè)月。覆蓋層土壤金屬微粒的采集與制備過(guò)程為:采集礦化帶上方距地表40~60cm深的土壤樣品,在室溫下干燥,篩取400目以下樣品,采用電磁振蕩微米篩使樣品分散,分散時(shí)大氣采樣器抽取可揚(yáng)起的微粒,通過(guò)捕集器吸附到載體上,制成TEM觀(guān)測(cè)樣品。納米微粒的觀(guān)測(cè)使用北京大學(xué)透射電子顯微鏡,型號(hào)為日立公司生產(chǎn)的H9000NAR,點(diǎn)分辨率0.18nm,晶格分辨率0.1nm,最小束斑徑0.8nm。工作時(shí)的加速電壓為300kV,儀器配有X射線(xiàn)能譜儀(EDS),探測(cè)儀具有超薄窗口,能鑒定從硼(原子序數(shù)為5)到鈾(原子序數(shù)為92)的所有元素。本文微粒成分用能譜儀測(cè)定,儀器能譜無(wú)內(nèi)標(biāo),對(duì)所測(cè)顆粒成分不能給出其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在本文觀(guān)測(cè)中,儀器束斑徑<0.2μm。4.2不同覆蓋層土壤中nnau-cu-bi、hg-微納米粒子的地球化學(xué)遷移在礦體上方地氣和土壤中同時(shí)觀(guān)測(cè)到金與成礦元素形成的復(fù)合金屬納米微粒,列于圖8、圖9。地氣和土壤中的納米微粒在粒徑、形貌、成分、結(jié)構(gòu)上具有下列特點(diǎn):(1)透射電鏡(TEM)下單個(gè)金屬微粒粒徑主體在幾十nm,也有個(gè)別小到幾個(gè)nm;(2)單個(gè)金屬微粒呈球形或橢球形或多邊形,多個(gè)微粒聚集在一起,呈簇團(tuán)狀聚集體(圖8B,圖9C);(3)透射電鏡帶有X射線(xiàn)能譜儀(EDS)進(jìn)行微粒原位成分分析。微粒成分可分為:(1)金屬?gòu)?fù)合成分Au-Zn,Au-Cu-Bi,Au-Cu-Fe-Ti,Fe-Co,Fe-Cu,Hg-Cu納米微粒(圖8A,B,C;圖9A,B,C);(2)含有Si、Na、K復(fù)雜成分的Cu-Fe-Co納米微粒(圖9C)。在地氣和土壤中觀(guān)測(cè)到金與成礦元素銅、鉍的納米微粒。圖8A為地氣中的Au-Cu-Bi納米微粒,采用被動(dòng)吸附法取樣。圖9A,B是覆蓋層土壤中Au-Zn,Au-Cu-Fe-Ti納米金微粒。在隱伏礦地表覆蓋層地氣中和通過(guò)物理分散法從土壤樣品中的納米微粒,都具有圓球形、橢球形形貌性質(zhì),此形貌是地氣流攜帶納米微粒金屬的常見(jiàn)形態(tài)和穩(wěn)定形態(tài)。本次研究從覆蓋層土壤中分離出含Au-Cu-Bi以及成礦元素Cu-Bi的納米微粒,表明納米微粒是以物理形式被吸附在土壤顆粒表面,在其遷移過(guò)程中被地球化學(xué)障所滯留。納米金屬微?？捎缮畈康V化形成[32,33,34,35,36,37],由上升地氣流攜帶遷移。觀(guān)察到的地氣和土壤顆粒中的微粒為同源物質(zhì),納米微粒物質(zhì)是深穿透地球化學(xué)物質(zhì)遷移和存在形式。已有通過(guò)對(duì)地氣、土壤和礦石中納米微粒成分、結(jié)構(gòu)、微觀(guān)形貌同源性對(duì)比研究,確定礦體上方覆蓋層地氣和土壤納米微粒來(lái)自其下伏礦體的研究結(jié)果,本次研究沒(méi)有采集到礦石中的成礦元素納米微粒,但所采集觀(guān)測(cè)的地氣和土壤樣品,取自礦體上方,位于地表測(cè)量異常范圍。含Au、Cu、Bi、Hg成礦元素納米微粒在其形貌、微觀(guān)結(jié)構(gòu)上,可與已確定成因的納米微粒對(duì)比,據(jù)此可以認(rèn)為,氣體、土壤介質(zhì)中納米微粒來(lái)源應(yīng)是覆蓋層下伏礦體。納米微粒在土壤氣體介質(zhì)中形成地氣異常,在土壤介質(zhì)中形成土壤活動(dòng)態(tài)異常。納米微?？蓮耐寥李w粒表面分離的性質(zhì),表明納米微粒具有地球化學(xué)活性,在其向上遷移過(guò)程中可從吸附固定狀態(tài)解吸,此性質(zhì)可用于解釋活動(dòng)態(tài)異常在鉆孔垂直剖面上的“C”型分布。5地