土壤離子電導率法在青藏高原凍土覆蓋區(qū)尋找隱伏金礦研究

索林娜

(桂林理工大學，廣西 桂林 541004)

土壤離子電導率法是地電化學集成技術的一種方法，利用測定土壤中總電導率高低來判斷研究介質中元素在受到電場作用后發(fā)生的變化。目前在我國已發(fā)展應用30多年，利用該方法在尋找金礦、鈾礦、銅鎳礦、銻礦、錫礦、鎢錫礦等不同類型隱伏礦床上取得良好的找礦效果[1-3]，尤其是在青藏高原凍土覆蓋區(qū)，在其他常規(guī)方法尋找隱伏礦體效果不理想條件下，應用土壤離子電導率法顯示其突出找礦效果[4-5]。 前人對土壤離子電導率異常特征離子成份的研究認為電導率的含量變化主要是由SO42-、Ca2+、HCO3-、Cl-、Fe3+、Mg2+、Na+、K+、Mn2+、F-等一套水可溶性離子組成所控制的[6-12]，由此得出，土壤離子電導率異常是由多種離子成暈作用的總產物，是一個物理化學綜合指標，反映的礦體信息遠比單元素要強。國外學者研究地電化學驅動作用使得離子從厚層冰湖沉積物下穿透遷移到地表的能力增加，在冰層所覆蓋的塊狀銅鋅硫化物礦床上進行了實地試驗研究。試驗利用常規(guī)的土壤測量法未能發(fā)現(xiàn)隱伏礦體，而用土壤離子電導率測量法則揭示了隱伏礦體的存在[13-16]；國內學者利用土壤離子電導率法在青海凍土覆蓋區(qū)進行找礦研究取得良好效果。但缺少對土壤離子電導率法在凍土覆蓋區(qū)離子遷移方式和異常特征的研究。目前由于在西藏凍土覆蓋的邦卓瑪金礦開展外圍找尋隱伏金礦床的難度較大，選用傳統(tǒng)的物化探技術手段并未取得一定突破,因此本研究將土壤離子電導率法首次應用在西藏凍土覆蓋區(qū), 目的利用該方法反映出的綜合示礦信息來解決在凍土覆蓋區(qū)尋找隱伏金礦難的問題，提出土壤離子電導率法在凍土覆蓋區(qū)其可溶性離子以垂直遷移方式上升至礦體上方形成陡峭山峰狀異常特征，快速準確圈定出凍土覆蓋下的隱伏金礦體或礦化，為找礦指明方向。

1 研究區(qū)地理、地質概況

青藏高原是世界上中低緯度海拔最高、面積最大的凍土區(qū)，現(xiàn)存多年凍土面積約1.26×106km2，暖季為5～8月，冷季為9～4月，是全球最主要的高海拔凍土區(qū)[17-18]。本次研究凍土覆蓋區(qū)是西藏隆子縣邦卓瑪金礦，該礦區(qū)東距西藏隆子縣城20 km，北距曲松縣城15 km，區(qū)內有省道202穿過，交通較為便利道。區(qū)內溝谷發(fā)育，海拔4 700～5 000 m，屬典型荒漠寒漠大陸性氣候，具有干燥、寒冷、低氣壓、風大、日照時間長、降水量集中等特點。年平均氣溫0℃以下，霜凍期長，凍土發(fā)育，屬于常年凍土地區(qū)。邦卓瑪金礦區(qū)大地構造位置處于特提斯喜馬拉雅前陸斷褶帶，由印度板塊與亞洲板塊俯沖、碰撞形成。區(qū)域內構造主要為一系列復式倒轉褶皺，配套大量逆沖斷層組成，斷層多具分支復合現(xiàn)象，次級斷裂發(fā)育。礦區(qū)位于藏南金銻成礦帶上，區(qū)域成礦條件良好，蘊藏著豐富的金、銻礦資源及多金屬資源。礦區(qū)出露地層相對簡單，有曲德貢巖組上巖段(Pzq2)，上三疊統(tǒng)涅如組(T3n)以及第四系(Q)。礦體主要產于上三疊統(tǒng)涅如組二段中，涅如組二段巖性主要為灰黑色薄層狀絹云母粉砂質板巖。礦石主要為含金蝕變巖型，礦石中金屬礦物主要有毒砂、黃鐵礦、方鉛礦。礦化主要有毒砂化、黃鐵礦化、褐鐵礦化，蝕變主要有硅化、碳酸鹽化。礦體明顯受東西向次級斷裂構造帶控制，構造破碎帶走向近東西，寬度為1～3 m，同時發(fā)育多條平行的破碎帶[19-20]，見圖1。

1 第四系； 2 上三疊統(tǒng)涅如組四段； 3 上三疊統(tǒng)涅如組三段； 4 上三疊統(tǒng)涅如組二段； 5 曲德貢巖組； 6 輝綠巖； 7 地質界限； 8 斷層

圖1 邦卓瑪金礦區(qū)綜合地質圖(據陳東太2016修)

2 工作方法

2.1 野外采樣與加工

在西藏邦卓瑪金礦0號剖面線及外圍寧拉預測區(qū)使用便攜式GPS定位儀按實際工作設計要求布設采樣點，采取20～30 cm 深的B層土壤，將所采取的土壤樣品進行曬干、拌碎處理后，選擇0.15 mm(100目)粒度篩統(tǒng)一加工，所得每個樣品重量不低于20 g。

2.2 室內實驗測試

在桂林理工大學勘查地球化學實驗室進行土壤離子電導率測試分析。使用電子稱稱取1 g 樣品，置于純凈的燒杯中，加入 100 mL 去離子水(或蒸餾水)，用磁力攪拌器攪拌 1 min，靜置 30 s。使用 DDS-11c 型電導率儀測定電導率數(shù)值。為確保測量精度，電極使用前應用0.2～0.5 μs/cm去離子水(或蒸餾水)沖洗3次，然后將被測試樣沖洗后方可測量。將最后測試的數(shù)據利用spss軟件處理，應用Mapgis軟件編制成圖件。

3 尋找隱伏金礦可行性對比試驗

為研究土壤離子電導率法在凍土覆蓋區(qū)礦體在電化學溶解作用下產生的可溶性離子的遷移方向。在西藏隆子縣邦卓瑪?shù)V區(qū)已知0號剖面線采樣做對比實驗研究。在0號線礦體垂直上方剖面和平行0號剖面線偏離5 m位置分別采樣。剖面長均為1 000 m，點距為40 m，各采取土壤樣26個點。0號線經鉆探工程驗證有礦體存在，礦體真厚度 0.77 ～ 2.99 m，Au品位 1.02×10-6～3.15×10-6，Ag 品位 1.43×10-6～ 8.65×10-6，Pb 品位 0.04%～0.69%，投入的土壤離子電導率法在礦體垂直上方有不同程度的異常反映，而在偏離礦體上方5 m位置處則反映異常微弱，在礦體垂直正上剖面線1～15號點的平均強度為2.6 μs/cm，16～26號點的平均強度為1.7 μs/cm。而礦體斜上方剖面線1～15號點的平均強度為1.9 μs/cm，16～26號點的平均強度為1.6 μs/cm。可見礦體正上方反映的電導率平均異常強度大于礦體斜上方平均強度。表明在凍土覆蓋區(qū)電化學溶解的可溶性離子以垂直遷移方式上升，見圖2。礦體垂直正上存在著2個異常，1號異常位于 2～4號點，異常明顯，寬 80 m，異常強度為 3.8～4.1 μs/cm，為背景值(2.52 μs/cm)的1.49～1.6倍，2號點和4號點異常峰值高呈陡峭山峰狀，可能指示該位置之下淺部有隱伏金礦體或金礦化存在，需要進一步的工程驗證；2號異常位于7～15號點，寬約280 m，強度為3.1～3.6 μs/cm，為背景值的1.21～1.42倍，異常范圍與礦體位置對應，在已知礦體的垂直上方(11～15號)得到了清晰的土壤離子電導率異常，異常呈陡峭雙峰狀大致反應出礦體的產狀，異常強度由強到弱，礦體埋深由淺部到深部。說明利用土壤離子電導率方法在西藏凍土帶覆蓋區(qū)尋找隱伏金礦是可行的，值得在凍土覆蓋區(qū)推廣利用。

1 礦體；2 上三疊統(tǒng)涅如組二段；3 礦脈；4 探槽及編號；5 鉆孔及編號

圖2 西藏邦卓瑪?shù)V區(qū)0號剖面土壤離子電導率異常對比研究

4 可溶性離子遷移及電導率異常特征分析

4.1 凍土覆蓋區(qū)可溶性離子遷移方式

凍土覆蓋區(qū)特殊的地球化學景觀與普通的覆蓋區(qū)電化學溶解的離子遷移方式存有差異。國內學者研究表明在莫玲粘土單向開放性凍結過程中,水分和鹽分向著正凍區(qū)遷移，優(yōu)勢可溶性陰離子的含量相對增加[21]。國外學者研究表明地電化學作用可促使離子在冰凍環(huán)境下加速遷移速度。這就使得土壤離子電導率法在凍土覆蓋區(qū)條件下有其突出的異常特征。常年凍土覆蓋下的深部隱伏礦體在電化學溶解下產生的可溶性活動態(tài)離子以垂直遷移方式主要通過電動力作用和毛細管水上升作用源源不斷促使可溶性離子上升在礦體垂直上方匯聚成離子暈。

4.2 凍土覆蓋區(qū)電導率異常特征

由于高原凍土帶年平均溫度低于0℃，使得礦體電化學溶解作用產生可溶性離子具有在垂直礦體上方不斷匯聚成暈而不易向四周擴散的特征。因此在凍土覆蓋下的隱伏金礦體垂直正上方呈現(xiàn)的電導率異常為陡峭的山峰狀，其顯示的異常峰值高且陡。這種電導率異常特征是凍土覆蓋區(qū)找隱伏金礦的突出示礦特征。

5 未知區(qū)研究及找礦預測

在邦卓瑪金礦外圍寧拉預測區(qū)進行尋找隱伏金礦，采用 200 m×40 m 網度，由東至西布置 10 條采樣線，采取B層土壤樣品共270個。通過對預測區(qū)的樣品測試分析所得數(shù)據按背景值加上1，1.5，2倍標準差劃分外、中、內帶勾繪異常平面圖(見圖3)，異常外帶值為 2.73 μs/cm， 異常中帶值為 3.14 μs/cm，異常內帶值為5.43 μs/cm。

1 上三疊統(tǒng)涅如組三段；2 上三疊統(tǒng)涅如組四段；3 輝綠巖；4 工程探槽；5 河流；6 礦脈；7 采樣點；8 內帶；9 中帶；10 外帶

圖3 西藏邦卓瑪?shù)V區(qū)寧拉預測區(qū)土壤離子電導率異常圖

5.1 寧拉測區(qū)電導率異常特征

從邦卓瑪金礦外圍寧拉預測區(qū)土壤離子電導率異常平面圖上分析，在預測區(qū)內共圈出5個異常區(qū)，見表1。

表1 寧拉測區(qū)電導率異常特征

Ⅰ異常區(qū)位于測區(qū)的西北部，形態(tài)不規(guī)整，規(guī)模較大，分布沿涅如組三段地層延伸，長約700 m，寬約300 m，面積約0.21 km2。異常主要集中在2～5測線，高值在4線5號點為34.9 μs/cm，且在該點發(fā)現(xiàn)褐鐵礦化，在2線7號點電導率值為13 μs/cm，可見褐鐵礦化，該點對應TC072探槽位置。Ⅱ異常區(qū)位于該測區(qū)東南部，形態(tài)呈山峰狀，規(guī)模較大，面積約0.21 km2。異常主要集中在9號、10號測線。異常高值在10號測線的17號、18號測點分別為92.4 μs/cm和69.3 μs/cm。Ⅲ異常區(qū)位于測區(qū)東北部，規(guī)模中等，面積約0.15 km2。10號測線7號點電導率數(shù)據為95.3 μs/cm，異常值最高。Ⅳ異常區(qū)規(guī)模小，呈條帶狀，面積約0.09 km2，橫跨6號至8號測線，異常最大值為7.9 μs/cm。Ⅴ異常區(qū)規(guī)模較小，面積約0.07 km2。4號測線20號點和23號點電導率值分別為20.4 μs/cm和31.9 μs/cm。預測區(qū)電導率異常值均較高，與已知剖面0號線異常最大值對比。Ⅰ異常區(qū)最大值34.9 μs/cm是0號線異常最大值4.1 μs/cm的8.5倍；Ⅱ異常區(qū)是其22.5倍；Ⅲ異常區(qū)是其23.2倍；Ⅳ異常區(qū)是其1.9倍；Ⅳ異常區(qū)是其7.7倍，說明寧拉測區(qū)具有較大的找礦潛力。

5.2 寧拉測區(qū)找礦預測

根據電導率異常強度、規(guī)模、形態(tài)變化與地質情況、工程探槽吻合程度共圈定了5個找礦靶區(qū)，按照找礦潛力大小分5個等級，即Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類(見圖3)。Ⅰ號靶區(qū)在應用土壤電導率方法之前已存有工程探槽驗證的金礦脈。探槽TC072控制的金礦脈金品位4.78 g/t，礦脈走向EW，長度約為150 m，該礦脈明顯受近東西向次級構造控制；由探槽TC026和TC067控制的金礦脈其品位0.16 g/t，金礦脈走向NW，長度約為150 m，說明土壤電導率方法在該區(qū)對金礦體有良好指示作用。Ⅰ號靶區(qū)反映出預測區(qū)內含礦破碎帶或礦化近東西走向，這與邦卓瑪金礦礦體受近東西向次級構造控制表現(xiàn)一致。推測Ⅰ號靶區(qū)是有已知探槽TC072礦脈的延伸引起，該異常區(qū)處多為次級控礦構造交匯處，有利于熱液成礦階段金的富集，可作為重點勘查靶區(qū)。由探槽TC027和TC070控制的金礦脈在Ⅱ號靶區(qū)范圍內，礦脈金品位0.56 g/t的金礦脈，礦脈走向NE，長度約150 m，Ⅱ號靶區(qū)推測存有近北東走向含礦破碎帶或礦化。Ⅲ號靶區(qū)靠近輝綠巖，推測該異常區(qū)是有已知探槽CT027和CT070控制的礦脈向北東向延伸引起。Ⅳ號靶區(qū)反映出預測區(qū)內含礦破碎帶或礦化近東西走向，該異常區(qū)尋找隱伏金礦不容忽視。Ⅴ號靶區(qū)規(guī)模較小，推測可能存在金礦化。

綜上所述，由電導率異?？煞从吵鰧幚A測區(qū)含礦破碎帶或礦化總體呈近東西走向和近北東走向。這與地質構造情況相符，測區(qū)內有以近東西向為主的一系列壓性、壓扭性逆沖推覆斷裂構造和軸向近東西的一系列褶皺構造，另有北西向和北東向剪切斷裂構造，這些斷裂構造和褶皺為成礦提供了動力支持和空間支持。近東西向壓扭性構造為區(qū)內主要構造之一，由于受SN向擠壓應力的作用，常產生剪切、擠壓、破碎、層間滑動，并派生高角度次級逆沖斷層，巖石被壓碎、破裂或角礫巖化，形成有利于金礦沉淀富集的破碎帶和裂隙帶，金礦體常賦存于該組斷裂構造或該組斷裂派生的次級構造裂隙中。應用土壤離子電導率法為該區(qū)下一步尋找隱伏金礦體指明方向。

6 結 論

1)在凍土覆蓋區(qū)條件下，礦體正上方反映的電導率平均異常強度大于礦體斜上方平均異常強度。礦體在電化學溶解產生的可溶性離子，以垂直遷移方式上升，在礦體垂直上方形成的電導率異常特征呈陡峭山峰狀，應用土壤離子電導率法在青藏高原凍土覆蓋區(qū)尋找隱伏金礦效果良好。

2) 在未知區(qū)的找礦預測中，根據土壤離子電導率異常圈定出 5個有利找礦靶區(qū)，為在凍土覆蓋區(qū)尋找金礦體指明方向。

[1] 侯林慧,譚克仁. 土壤離子電導率測量在可地浸砂巖鈾礦找礦勘查中的實驗研究[J]. 大地構造與成礦學,2002(4):448-451.

[2] 胡云滬,曾少尉,羅紅波,等. 土壤離子電導率法在甘肅花石山尋找隱伏金礦中的應用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè),2012(4):35-37.

[3] 羅先熔．地球電化學勘查及深部找礦[M]. 北京： 冶金工業(yè)出版社，1996．

[4] 邱煒,王文,任二峰. 土壤離子電導率法和地電提取法在青藏高原凍土區(qū)尋找隱伏金礦的對比研究[J]. 黃金科學技術,2012(3):46-49.

[5] 黃學強,羅先熔,王光洪,等. 深穿透勘查集成技術在高原寒冷區(qū)找礦預測中的應用——以甘肅南部碌曲地區(qū)忠曲金礦為例[J]. 地質通報,2012(1):112-119.

[6] LUO Xianrong, HOU Baohong, WEN Meilan, et al. CHIM-geoelec-trochemical method in exploring for concealed mineralisation in China and Australia[J].Chinese Journal of Geochemistry,2008, 27 (2):198-202.

[7] LUO Xianrong,WEN Meilan,SHU Lixia, et al. Ionic conductivity anomaly in soil cover -Exploration of blind mineralization beneath regolith cover[J]. Science China: Earth Sciences, 2010,53(5):649-656.

[8] 羅先熔. 廣西平桂地區(qū)隱伏鎢錫礦床土壤離子電導率異常特征[J]. 桂林冶金地質學院學報,1989(1):99-104.

[9] 羅先熔,周濤發(fā). 大興安嶺森林覆蓋區(qū)金礦土壤離子電導率異常特征離子成份的研究及找礦預測[J]. 地質與勘探,2005(2):46-50.

[10] 文美蘭,歐陽菲. 廣西平桂地區(qū)錫礦土壤離子電導率異常特征和離子成分及找礦預測[J]. 地質通報,2013(5):784-789.

[11] 郭彩華. 土壤溶液常規(guī)分析中離子含量和電導率之間的關系[J]. 科技情報開發(fā)與經濟,2006(14):153-154+165.

[12] 王艷忠,李勝榮,歐陽菲,等. 黑龍江東寧金廠金礦土壤離子電導率異常特征、離子成分及找礦預測[J]. 地質與勘探,2013(3):469-474.

[13] Govett G J S. Soil conductivity assessment of an electro-chemicaltechnique[J]. Geochemical Exploration，1974(4): 101-118．

[14] Govett G J S. Detection of deeply buried sulphide deposits by meas-urement of H+and conductivity of closely spaced surface soilsamples[J]. Geochemical Exploration，1976(6): 359-392.

[15] Ryss Yu S, Goldberg I S. The method of partial extraction of metals (CHIM) for exploration of ore deposits[J]. Methods Tech. Explor., 1973(84): 5-19.

[16] Alexeev S G, Veikher A A, Goldberg I S. Possibilities of the CHIM method for searching deep-seated gold-bearing objects[J]. Methods Techn. Explor., 1978(84): 5-19.

[17] 程國棟,金會軍. 青藏高原多年凍土區(qū)地下水及其變化[J]. 水文地質工程地質,2013(1):1-11.

[18] 王飛. 淺談對青藏高原凍土的幾點認識[J]. 甘肅科技,2007(10):109-110.

[19] 鄭有業(yè),趙永鑫,王蘋,等. 藏南金銻成礦帶成礦規(guī)律研究及找礦取得重大進展[J]. 地球科學,2004(1):44-68.

[20] 陳東太,陳武,胡可衛(wèi),等. 西藏隆子縣邦卓瑪金礦床地質特征及地球化學異常特征[J]. 黃金,2016(8):25-28.

[21] 邱國慶,E.張伯倫,I.伊斯坎達. 莫玲粘土凍結過程中的離子遷移、水分遷移和凍脹[J]. 冰川凍土,1986(1):1-14.