干旱草原覆蓋區(qū)非礦致化探異常的識(shí)別與解釋—以內(nèi)蒙古洪根尼乎都格草原D2選區(qū)為例

于 桑，向 武，李啟立，謝淑云，徐啟東

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074;2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢 430074)

干旱草原覆蓋區(qū)非礦致化探異常的識(shí)別與解釋—以內(nèi)蒙古洪根尼乎都格草原D2選區(qū)為例

于 桑1，向 武1，李啟立1，謝淑云1，徐啟東2

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074;2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢 430074)

受自然因素的影響，干旱草原覆蓋區(qū)化探異常往往存在多解性和不確定性，如何對(duì)非礦致化探異常進(jìn)行有效識(shí)別和解釋對(duì)降低勘探風(fēng)險(xiǎn)具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。內(nèi)蒙古洪根尼乎都格干旱草原景觀覆蓋區(qū)(D2選區(qū))為烏日尼圖式找礦預(yù)測(cè)重點(diǎn)驗(yàn)證區(qū)。通過(guò)1∶2.5萬(wàn)的常規(guī)化探工作，在該區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了明顯的Cu、Mo、W異常。結(jié)合已有的化探資料，以及典型土壤樣品主微量元素測(cè)試，礦物成分分析，Cu、Mo相態(tài)分析的結(jié)果，對(duì)該覆蓋區(qū)覆蓋物的物源進(jìn)行了初步判斷并研究了重點(diǎn)成礦元素Cu、Mo的異常成因：發(fā)現(xiàn)Cu、Mo異常區(qū)與背景區(qū)內(nèi)覆蓋物來(lái)源有明顯差異，判斷該區(qū)Cu、Mo異常為非礦致異常。同時(shí)在此研究基礎(chǔ)上提出了在覆蓋區(qū)化探工作中識(shí)別與解釋非礦致異常的思路和方法。

干旱草原覆蓋區(qū) 非礦致異常 異常解釋 覆蓋物物源 Cu、Mo相態(tài)分析

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隨著覆蓋區(qū)找礦工作的不斷深入，國(guó)內(nèi)外先后對(duì)化探新方法與新技術(shù)開展了大量研究。特別在深穿透地球化學(xué)找礦方法方面取得了一定進(jìn)展，如汞氣測(cè)量法、地電化學(xué)法、地氣法、元素活動(dòng)態(tài)提取、選擇性提取、烴氣測(cè)量等找礦新方法均在國(guó)內(nèi)外多類覆蓋區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)研究(楊桂蓮等，2002；邱煒等，2013；王艷忠等，2013；王學(xué)求等，1995；劉紅艷等，2006；David L.Kelleyetal.，2002;張爽等，2012)，并在深穿透地球化學(xué)遷移理論機(jī)制研究方面均取得了一定的成果(羅先熔，1991；王學(xué)求等，1996，2012；張善明等，2011；曹建勁，2012，)。這些研究成果對(duì)覆蓋區(qū)找礦工作均起到了很大的推動(dòng)作用，但從實(shí)際找礦工作來(lái)看，仍然沒(méi)有一種新的深穿透找礦方法能夠替代常規(guī)化探。然而，常規(guī)化探方法受覆蓋區(qū)自然因素的干擾顯著，大大影響了覆蓋區(qū)化探找礦效果。如何基于常規(guī)化探工作，有效識(shí)別非礦致異常，判明異常的成因和來(lái)源，對(duì)于排除非礦致因素干擾，降低勘探風(fēng)險(xiǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

成秋明教授主持的“覆蓋區(qū)礦產(chǎn)綜合預(yù)測(cè)”項(xiàng)目進(jìn)行大量研究工作后(Cheng，2007，2012)確定位于內(nèi)蒙古洪根尼乎都格草原D2選區(qū)為烏日尼圖式(似斑巖型為主的鉬多金屬礦)成礦要素重點(diǎn)驗(yàn)證區(qū)(徐啟東，2012)。本文以該區(qū)為研究對(duì)象，在1∶2.5萬(wàn)土壤化探工作基礎(chǔ)上，選取相應(yīng)的土壤樣品進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，著重對(duì)D2選區(qū)主要成礦元素Cu、Mo的異常進(jìn)行了成因分析，以期在干旱草原覆蓋區(qū)建立化探異常的識(shí)別技術(shù)和工作方法。

1 研究區(qū)概況和化探工作基礎(chǔ)

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古洪根尼乎都格草原D2選區(qū)位于內(nèi)蒙古二連浩特北部約80 km處，面積約25 km2，該區(qū)屬于干旱草原景觀覆蓋區(qū)，年降雨量小，地表植被覆蓋稀少。

1.1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)所在區(qū)域的大地構(gòu)造位置為西伯利亞板塊東南邊緣的晚古生代陸緣增生帶，屬古亞洲成礦域內(nèi)蒙古大興安嶺成礦省二連-東烏旗晚古生代-中生代成礦帶(肖偉等，2010)。

圖1 洪根尼乎都格草原D2選區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(根據(jù)相關(guān)1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖修編)Fig.1 Geological map of the D2 area in Honggennihuduge Steppe (modified from 1∶200000 geological map)1-第三系；2-下白堊統(tǒng)；3-上侏羅統(tǒng)；4-下泥盆統(tǒng)；5-下奧陶統(tǒng)；6-華力西晚期侵入巖；7-華力西晚期侵入巖過(guò)渡相；8-花崗巖脈；9-花崗斑巖脈；10-石英脈；11-D2選區(qū)范圍；12-國(guó)界；13-地質(zhì)不整合界線1-Tertiary；2-lower Cretaceous；3-upper Jurassic；4-lower Devonian；5-lower Ordovician；6-late Variscian Epoch intrusive rock；7-transition phase of the late Variscian intrusive rock；8-granite vein；9-granite prophyry dyke；10-quartz vein；11-boundary of the D2 area；12-national boundaries；13-unconformity

區(qū)域內(nèi)地層出露主要有:下奧陶統(tǒng)烏賓敖包組灰色變質(zhì)粉砂巖、灰紫色安山巖、淺綠色薄層狀板巖；下泥盆統(tǒng)泥鰍河組灰綠色變質(zhì)不等粒狀硬砂巖、灰黃色變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖；下白堊統(tǒng)褐黃色含礫砂巖、長(zhǎng)石細(xì)砂巖、黃色頁(yè)巖。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育，根據(jù)時(shí)代分為華力西期和燕山期。主要為花崗巖類，其中以華力西期巖漿活動(dòng)更為強(qiáng)烈。選區(qū)附近以華力西晚期侵入巖體為主，主要是細(xì)粒閃長(zhǎng)巖和似斑狀黑云母花崗巖(圖1)。

1.1.2 研究區(qū)地質(zhì)概況

D2選區(qū)內(nèi)以第三系、第四系覆蓋物為主，在西南部出露少量地層為下泥盆統(tǒng)的砂巖。區(qū)內(nèi)有一條干溝自東往西穿過(guò)整個(gè)區(qū)域(圖2)。

1.2 常規(guī)土壤化探工作基礎(chǔ)

選區(qū)內(nèi)已開展了1∶2.5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量(Cu、Pb、Zn、W、Mo、Bi、Sb、Sn)，其中Cu、Mo、W異常規(guī)模較大，但異常濃度分帶性差。W元素異常范圍廣且異常襯度大，具有一定的濃度分帶，但是與其他元素異常套合關(guān)系差。其它伴生元素如Bi、Zn、Sb等異常均集中于基巖出露區(qū)(圖3)。

2 工作方法

由于本區(qū)綜合預(yù)測(cè)的礦種主要是銅鉬礦，我們重點(diǎn)針對(duì)Cu、Mo異常進(jìn)行了地球化學(xué)研究。筆者利用土壤測(cè)量的分析副樣開展了測(cè)試工作。根據(jù)野外調(diào)查情況，我們選擇干溝內(nèi)外各元素異常區(qū)與背景區(qū)的土壤樣品共30件(圖3)，進(jìn)行主微量元素的測(cè)試(Na、K、Ca、Mg、Al、Si、P、Mn、Fe、Ti、Sc、Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Sr、Ba、Rb、Cr)，對(duì)重點(diǎn)樣品進(jìn)行了Cu、Mo相態(tài)分析和礦物成分鑒定。

圖2 D2選區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the D2 area1-第四系全新統(tǒng)；2-第四系更新統(tǒng)；3-第三系中新統(tǒng)；4-下泥盆統(tǒng)；5-地質(zhì)不整合界線；6-Mo異常區(qū)選樣位置；7-Cu、Mo異常區(qū)(干溝)選樣位置；8-背景區(qū)選樣位置；9-背景區(qū)(干溝)選樣位置；10-W異常區(qū)選樣位置1-Quaternary Holocene;2-Quaternary Pleistocene Series;3-Tertiary Miocene;4-lower Devonian;5-unconformable boundary line;6- sampling location of Mo anomaly area;7-sampling location of Cu and Mo anomaly area(in the riverbed);8-sampling location of background region;9-sampling location of background region (background region);10-sampling location of W anomaly area

圖3 D2選區(qū)單元素地球化學(xué)異常圖(濃度單位10-6)Fig.3 geochemical anomaly maps of single elements in the D2 area(×10-6)

3 結(jié)果和討論

3.1 主微量元素特征和礦物組成

結(jié)果表明(表1)，各樣品中主量元素與微量元素含量分布具有明顯的規(guī)律性。在干溝內(nèi)外樣品中各元素的含量有顯著差異，其中主微量元素在干溝外背景區(qū)樣品中的分布比在干溝內(nèi)樣品中的分布更加均勻。

礦物鑒定結(jié)果顯示(表2)，背景區(qū)和Cu、Mo異常區(qū)內(nèi)樣品的礦物組成有著較大的差異。異常區(qū)中樣品含有大量的蒙脫石，方解石也有所增加，而石英含量明顯下降。

3.2 主微量元素特征判斷覆蓋物來(lái)源的意義

不同區(qū)域樣品中主微量元素的差異反映了其組成物質(zhì)的不同。干溝外的覆蓋區(qū)物質(zhì)來(lái)源較為單一，而干溝內(nèi)異常區(qū)的覆蓋物具有多源性，且與干溝外覆蓋物物源并不相同。

表1 D2選區(qū)土壤樣品主微量元素測(cè)試結(jié)果Table 1 Analysis results of major and trace elements for soil samples in the D2 area

注：合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心測(cè)試(2013)。

表2 D2選區(qū)土壤樣品礦物成分分析測(cè)試結(jié)果(%)Table 2 Mineral composition test result of the pedotheque from D2 area(%)

利用Al/Si與Ca作圖發(fā)現(xiàn)(圖4)，Cu、Mo異常區(qū)所在干溝內(nèi)明顯高Ca和高Al/Si，而干溝背景區(qū)雖然也有相對(duì)較高的Al/Si，但Ca含量較低；而干溝外的W、Mo異常區(qū)和背景區(qū)Al/Si和Ca均較低。這說(shuō)明Cu、Mo異常所在干溝中富含高鈣的礦物。

圖4 D2選區(qū)不同區(qū)域代表性樣品Al/Si-Ca關(guān)系圖Fig.4 Al/Si-Ca diagram of typical pedotheque from different parts of D2 area1-W異常區(qū)；2-背景區(qū)；3-Cu、Mo異常區(qū)(干溝內(nèi))；4-背景區(qū)(干溝內(nèi))；5-Mo異常區(qū)1-W anomaly area；2-background region；3- Cu and Mo anomaly area(in the riverbed)；4-background region (in the riverbed)；5-Mo anomaly area

圖5 D2不同區(qū)域代表性土壤樣品礦物組成和比例Fig.5 Mineral composition and ratios of typical pedotheque from different parts of D2 area

礦物成分鑒定結(jié)果進(jìn)一步印證了干溝內(nèi)外覆蓋物在物源上的差異。如圖5顯示，干溝內(nèi)樣品比背景區(qū)具有更加復(fù)雜的礦物組成，其中最突出的就是蒙脫石含量顯著增加，其成因與基性火成巖有關(guān)(趙珊茸等，2004)，可能反映測(cè)區(qū)附近基性火成巖的存在。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)覆蓋物主微量元素特征的分析，輔以礦物成分鑒定的結(jié)果，基本可以判斷出Cu、Mo異常區(qū)物質(zhì)來(lái)源主要是以干溝所攜帶的高鈣含量的運(yùn)積物為主，而背景區(qū)物源與異常區(qū)不同，且來(lái)源較為單一。

3.3 Cu、Mo賦存相態(tài)特征

為了查明Cu、Mo元素的具體賦存形式，我們利用Tisser提取法進(jìn)行了Cu、Mo元素的相態(tài)分析，其中，碳酸鹽態(tài)元素含量多未檢出。

3.3.1 Cu的賦存相態(tài)特征

結(jié)果表明，選區(qū)內(nèi)Cu元素主要是以殘?jiān)鼞B(tài)形式存在于土壤中。在Cu異常區(qū)，土壤樣品中Cu元素的高值也只是體現(xiàn)在殘?jiān)鼞B(tài)Cu(圖6)。這說(shuō)明本區(qū)Cu異常不太可能是由來(lái)自深部礦體Cu元素在表層運(yùn)積物中疊加，因此Cu含量較高的運(yùn)積物應(yīng)該是形成本區(qū)Cu異常的主要原因。

圖6 D2選區(qū)典型土壤樣品Cu的相態(tài)分布特征Fig.6 Phase distribution of Cu in typical pedotheque from D2 area1-殘?jiān)鼞B(tài)；2-強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)；3-鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)；4-腐殖酸結(jié)合態(tài)；5-離子交換態(tài)；6-水溶態(tài)1-residual form；2-organic combined form；3-Fe-Mn oxide combined form；4-humic acid combined form；5-ion-ex changeable form；6-water-soluble form

3.3.2 Mo的賦存相態(tài)特征

本區(qū)內(nèi)Mo元素賦存形式也是以殘?jiān)鼞B(tài)為主，但不同區(qū)域樣品中Mo的存在形式有所不同(圖7)，以殘?jiān)鼞B(tài)、強(qiáng)有機(jī)態(tài)(含硫化物態(tài))的差異最為突出。其中，干溝內(nèi)及背景區(qū)樣品中Mo元素的相態(tài)分布形式與Cu基本一致，含量變化主要受殘?jiān)鼞B(tài)影響；而干溝外Mo異常區(qū)樣品中強(qiáng)有機(jī)態(tài)(含硫化物態(tài))Mo含量明顯升高。

圖7 D2選區(qū)典型土壤樣品Mo的相態(tài)分布特征Fig.7 Phase distribution of Mo in typical pedotheque from D2 area1-殘?jiān)鼞B(tài)；2-強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)；3-鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)；4-腐殖酸結(jié)合態(tài)；5-離子交換態(tài)；6-水溶態(tài)1-residual form；2-organic combined form；3-Fe-Mn oxide combined form；4-humic acid combined form；5-ion-exchangeable form；6-water-soluble form

3.4Cu、Mo賦存相態(tài)特征對(duì)識(shí)別非礦致異常的 意義

通過(guò)相態(tài)分析，我們可以看出選區(qū)內(nèi)Cu、Mo元素主要是以殘?jiān)鼞B(tài)的形式賦存于覆蓋物中，異常區(qū)的高值主要受殘?jiān)鼞B(tài)含量升高的影響。而選區(qū)內(nèi)存在厚覆蓋層，成礦元素很難以殘?jiān)鼞B(tài)的形式遷移至地表，所形成的異常應(yīng)為運(yùn)積物本身具有高含量Cu、Mo元素所致，基本可以排除該區(qū)域內(nèi)Cu、Mo元素異常為礦致異常的可能。同時(shí)，Mo元素異常的形成機(jī)制具有多樣性，Mo在干溝內(nèi)外異常區(qū)土壤中相態(tài)分布特征是有明顯區(qū)別的，干溝內(nèi)Mo異常的形成主要受運(yùn)積物影響，與Cu異常來(lái)源相似；而干溝外的Mo異常區(qū)，其異常形成可以認(rèn)為是受干溝中運(yùn)積物與其他來(lái)源物質(zhì)共同影響，其具體成因有待進(jìn)一步的探究。

3.5 D2工作區(qū)化探異常的綜合解釋和驗(yàn)證

根據(jù)以上分析可知，Cu、Mo元素異常區(qū)干溝內(nèi)區(qū)域異常的形成主要受運(yùn)積物影響，不是深部礦化疊加的結(jié)果；同時(shí)Mo元素在異常區(qū)干溝內(nèi)外土壤樣品中賦存形態(tài)的差異在一定程度上反映了Mo元素的異常不僅僅是由運(yùn)積物造成的非礦致異常，殘?jiān)鼞B(tài)以外其他相態(tài)含量的高值說(shuō)明在異常區(qū)及周邊可能存在隱伏礦體或其他高M(jìn)o含量的地質(zhì)體。而Cu、Mo異常區(qū)蒙脫石的大量出現(xiàn)反映測(cè)區(qū)附近基性火成巖的存在。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，筆者進(jìn)行了深穿透地球化學(xué)測(cè)量(熱釋汞測(cè)量)，3條穿過(guò)選區(qū)內(nèi)預(yù)測(cè)的重點(diǎn)成礦元素Cu、Mo元素的異常區(qū)的熱釋汞測(cè)線結(jié)果表明：D2選區(qū)各元素的異常區(qū)均無(wú)熱釋汞異常(圖8)，進(jìn)一步說(shuō)明Cu、Mo元素異常的形成主要與干溝內(nèi)運(yùn)積物有關(guān)，異常區(qū)下伏存在礦床的可能很小。

圖8 D2選區(qū)熱釋汞布線及測(cè)試結(jié)果Fig.8 Line layout and result sketch map of heat-releasde mercury test in D2 area1-第四系全新統(tǒng)；2-第四系更新統(tǒng)；3-第三系中新統(tǒng)；4-下泥盆統(tǒng)；5-地質(zhì)不整合界線；6-Cu異常區(qū)；7-Mo異常區(qū)；8-W異常區(qū)1-Quaternary Holocene;2-Quaternary Pleistocene Series;3-Tertiary Miocene;4-lower Devonian;5-unconformable boundary line;6-anomaly area of Cu;7-anomaly area of Mo;8-anomaly area of W

此外，后期的鉆探驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)了Cu、Mo異常區(qū)內(nèi)的干溝上游附近的覆蓋層下面存在基性火山巖，也證實(shí)了本文對(duì)D2選區(qū)化探異常的綜合解釋。

4 結(jié)論

通過(guò)上述D2選區(qū)的研究工作，針對(duì)該區(qū)的成礦元素異常評(píng)價(jià)可以得出以下結(jié)論：

(1) D2選區(qū)的覆蓋物來(lái)源具有多源性，Cu、Mo異常區(qū)物質(zhì)來(lái)源主要是以干溝所攜帶的高鈣含量的運(yùn)積物為主，而背景區(qū)物源與異常區(qū)不同，且來(lái)源較為單一。

(2) Cu、Mo元素異常區(qū)干溝內(nèi)區(qū)域異常的形成主要受運(yùn)積物影響，異常區(qū)內(nèi)土壤中成礦元素含量的高值主要以殘?jiān)鼞B(tài)的形式體現(xiàn)，不是深部礦化疊加的結(jié)果。

同時(shí)根據(jù)所做工作，筆者對(duì)在干旱草原覆蓋區(qū)開展化探異常評(píng)價(jià)工作，特別是對(duì)非礦致異常的識(shí)別查證得有了以下認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

(1) 在覆蓋區(qū)進(jìn)行常規(guī)化探異常查證工作中覆蓋物的來(lái)源對(duì)異常解釋與評(píng)價(jià)有較大影響，而通過(guò)分析覆蓋物的主微量元素和礦物組成特征，可以有效反映出不同區(qū)域覆蓋物來(lái)源上的差異。

(2) 在探明覆蓋物來(lái)源的基礎(chǔ)上，通過(guò)選擇典型區(qū)域的典型樣品進(jìn)行相關(guān)成礦元素的賦存相態(tài)分析，可以判斷成礦元素在覆蓋層中的賦存形態(tài)，而元素的賦存形態(tài)則是有效識(shí)別覆蓋區(qū)化探非礦致異常的有效依據(jù)。

通過(guò)判斷覆蓋物物源→解析成礦元素在覆蓋物中賦存形態(tài)→根據(jù)成礦元素賦存形態(tài)判斷異常是否反映深部礦化信息這樣一種技術(shù)方法，可以在覆蓋區(qū)化探異常評(píng)價(jià)工作中有效識(shí)別與解釋非礦致異常。

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[附中文參考文獻(xiàn)]

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Identification and Interpretation of Non-Ore-Causative Geochemical Anomalies in Arid Grassland-Covered Regions: An Example of the D2 Area in Hongennihuduge Steppe，Inner Mongolia

YU Sang1，XIANG Wu1，LI Qi-li1，XIE Shu-yun1，XU Qi-dong2

(1.FacultyofEarthSciences，ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan,Hubei430074;2.FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan,Hubei430074)

Because of the natural factors, multiple solutions and uncertainty exist in explanations of geochemical anomalies from areas covered by arid steppe. To reduce the risk of ore exploration, it is necessary to study the recognition and interpretation of non-ore-causative geochemical anomalies. The arid grassland-covered region (D2 area) in the Honggennihuduge steppe，Inner Mongolia is a key verification zone of the Wurinitu-style deposit. Obvious geochemical anomalies of Cu，Mo，and W are found through the geochemical exploration on a scale 1∶25000. Based on the existing geochemical data, we have made preliminary judgments about sources of the cover materials. Furthermore, we have studied the causes for geochemical anomalies of the metallogenetic elements Cu and Mo through analyses of major and trace elements, mineral composition, and phase of Cu-Mo. The results reveal a marked difference of sources between the geochemical anomaly area and background area. And we suggest that these anomalies are not caused by minerals. Based on this case study, we propose a line of thought and method to identify and interpret non-ore-causative geochemical anomalies in covered regions.

arid grassland-covered region,non-ore-causative geochemical anomalies, geochemical anomaly interpretation,sources of the cover, phase analysis of Cu and Mo

2014-01-07；[修改日期]2014-08-15；[責(zé)任編輯]郝情情。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目(No.12120113088900)資助。

于 桑(1989年-)，男，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)碩士研究生，主要從事勘查地球化學(xué)研究。E-mail:yusang1989@126.com。

P632.1+P595

A

0495-5331(2014)06-1118-08