東天山玉海淺覆蓋區(qū)機動淺鉆化探方法技術研究

段星星，劉拓，董會，張釗熔，楊帆，梁楠

(1.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054；2.長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；3.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000)

中國運積物覆蓋厚度小于50 m的淺覆蓋區(qū)大約有120萬km2，主要分布在山地邊緣、山間盆地、河谷兩側等，這些地區(qū)常常是構造活動地段，蘊藏著豐富的礦產資源(孔牧等，2015)。近年來，在東天山地區(qū)山丘與山間凹地過渡帶或山間凹地等相對低地形的淺覆蓋區(qū)(蓋層厚度通常小于30 m)內，相繼發(fā)現(xiàn)了玉海銅(鉬)礦、白鑫灘銅鎳礦、阿齊山鉛鋅礦、路北銅鎳礦、沙西銅鉛鋅礦、哈西金礦等，充分顯示了覆蓋區(qū)具有很好的找礦潛力。據(jù)遙感影像初步分析，東天山地區(qū)除去吐哈和塔里木盆地北緣厚大覆蓋區(qū)之外，有近3萬km2中新生界覆蓋區(qū)。這些地區(qū)在以往地質找礦過程中，常常重視不夠或被忽略，尤其是常規(guī)化探。因此，探索和總結淺覆蓋區(qū)找礦經驗和有效的方法技術，對于開辟東天山地區(qū)新的找礦空間，實現(xiàn)找礦新突破具有重要意義。

2008年以來，中國地質科學院物化探研究所等單位針對淺覆蓋區(qū)，采用國內研制生產的不同類型的機動淺鉆(田樹偉等，2008；李子章等，2009)，開展了一系列以覆蓋區(qū)化探方法技術創(chuàng)新為目的的地球化學調查研究工作。試驗檢驗了鉆機設備的適用性，積累了豐富的鉆進取樣工藝方法技術，促進了鉆機設備的改造和改型，提升了淺鉆應用的深度和廣度(趙建勤等，2008；盧予北等，2014)。針對東天山地球化學景觀及地質特征，松散(軟)層位采用三翼合金刮刀+空氣正循環(huán)回轉鉆進工藝，堅硬完整層位采用沖擊錘沖擊+回轉鉆進工藝(徐美蓮，2003)。綜合前人取得的成果，筆者認為淺覆蓋區(qū)機動淺鉆化探的關鍵技術問題是層位識別、樣品的采集和采樣粒級選擇等。針對這些關鍵技術問題，在項目實施過程中，圍繞玉海銅(鉬)礦這個典型淺覆蓋礦區(qū)，選擇最佳機動淺鉆化探方法技術組合，補充開展了方法技術試驗，探索完善了關鍵技術問題，為全面開展淺覆蓋區(qū)地質找礦提供了方法技術支撐。

1 實驗研究區(qū)概況

研究區(qū)大地構造位置位于東天山覺羅塔格晚古生代島弧帶中的哈爾里克-大南湖晚古生代島弧帶內，康古爾深大斷裂帶北緣。沿該帶已發(fā)現(xiàn)有土屋-延東斑巖型銅礦、玉海斑巖型銅(鉬)礦、三岔口斑巖型銅鉬礦。區(qū)內出露地層自老到新有下石炭統(tǒng)鹽池組(C1y)、上石炭兔子山組(C2t)和新近系葡萄溝組(N2p)，其中實驗研究區(qū)內出露地層主要為新近系葡萄溝組鈣質砂礫巖。區(qū)內巖漿巖侵入活動頻繁，以華力西中期侵入的中-酸性巖體為主，主要為灰白-肉紅色花崗巖和淺灰綠色石英閃長巖，其中第二期侵入的石英閃長巖與玉海銅(鉬)礦的形成有關，出露面積約8 km2(張華等，2003)。

區(qū)內構造以區(qū)域性深大斷裂(屬康古爾-黃山深大斷裂帶的組成部分)為主，由研究區(qū)南側通過，走向70°，南傾，屬區(qū)內控巖構造；受其影響，派生出眾多的次級斷裂與大斷裂斜交，走向為北西向或北東向。

玉海銅(鉬)礦區(qū)地表80%的面積被第四系或新近系覆蓋，礦區(qū)根據(jù)已有見礦鉆孔圈出具有一定規(guī)模的銅礦體9個，主要賦存于石英閃長巖中，受構造控制明顯。礦體呈多層沿傾向平行斜列，沿走向尖滅再現(xiàn)，礦體形態(tài)為似層狀、透鏡狀，局部有分支復合現(xiàn)象。產狀與含礦巖體基本一致，即走向280°，傾向10°。礦體長100～1 500 m，厚1～44.04 m；Cu品位為0.2%～2.18%，Mo品位為0.03%～0.18%。經初步估算累計探求333+334(?)資源量：礦石量為9 094.9萬t，銅金屬量為31.09萬t，共伴生有用組分為鉬和金。

研究區(qū)內松散沉積物覆蓋很普遍，第四系砂、礫石蓋層厚度為0.1～11 m；新近系葡萄溝組鈣質砂礫巖層厚為1～47 m，其產狀近水平產出。如果以研究區(qū)內零星出露的新近系下伏基巖為基準，隨著地形增高新近系厚度也增大，從研究區(qū)地形高差來看，新近系最大厚度約為50 m。

綜上所述，玉海銅(鉬)礦屬東天山荒漠戈壁覆蓋區(qū)內典型礦床，礦區(qū)內覆蓋區(qū)蓋層厚度小于50 m、連續(xù)分布、范圍較大，且與大面積基巖出露區(qū)緊鄰，便于開展方法技術的對比試驗。

2 方法技術實驗

選擇玉海銅礦區(qū)內貫穿主礦體的Y14號采樣線(圖1)，按點距250 m共布設施工4個鉆孔，分別是Y1405、Y1406、Y1407、Y1408，開展層位識別、樣品采集、采樣粒級選擇等方法技術試驗。

1.第四系；2.新近系葡萄溝組；3.下石炭統(tǒng)鹽池組；4.上石炭兔子山組；5.灰白-肉紅色花崗巖；6.淺灰綠色石英閃長巖；7.礦點位置及名稱；8.銅鉬礦體；9.實驗研究區(qū)及鉆孔位置圖1 新疆哈密玉海銅(鉬)礦區(qū)地質礦產圖Fig.1 The map of geology and mineral resources in Yuhai Cu-Mo orefield, Hami,Xinjiang

2.1 采樣層位識別

玉海礦區(qū)自上而下可劃分為6層，依次為第四系、新近系、強風化巖層、風化巖層、半風化基巖層和基巖層，各層之間具有一定的差異(李曉燕等，2009)。第四系：土黃色，松散，顆粒大小不一，包含顏色各異的具一定磨圓度的碎石顆粒物，手抄沙礫感較明顯；新近系：紅褐色，硬度大，和第四系一樣包含顏色各異的具一定磨圓度的碎石顆粒，手抄沙礫感明顯，使用三翼合金刮刀+空氣正循環(huán)回轉鉆進工藝施工進度緩慢，且聲音巨大，表現(xiàn)出塵土飛揚；強風化巖層：灰白色，松軟，粉末狀，手可捏成任意形狀，采用沖擊錘沖擊+回轉鉆進工藝施工進度緩慢，且聲音柔綿；風化巖層：淺綠色，粉末狀，其中基本上無顆粒存在，手捏可聚集成型；半風化基巖層：土褐色，棱角不明顯，與強風化蝕變層最大的區(qū)別是，混有大量的顆粒，大部分用手不可掰裂；基巖層：灰黑色，由大小較均勻的顆粒和粉末組成，棱角非常明顯，手抄沙礫感明顯，三翼合金刮刀+空氣正循環(huán)回轉鉆進工藝(劉文武等，2014)施工進度非常慢，且聲音巨大，隨風排出大量粉塵。

根據(jù)該區(qū)取樣試驗結果，取樣層位的識別可以利用以下3個方面進行識別判定。第一野外機動淺鉆取樣層位識別，首先可以利用目標巖層和蓋層(包括第四系、新近系、侏羅系)之間存在的顏色差異(也可能差異不明顯)，其次結合淺鉆樣品中大顆粒巖石碎塊的巖性(直徑最大可達1.0 cm)識別取樣層位。第二綜合研究區(qū)內地表出露的已知巖體類型與臨近鉆孔樣品巖性鑒定的巖石類型，結合覆蓋層與巖體之間存在的硬度差異、鉆機鉆進速度、鉆進聲音、排風攜帶的粉塵量等信息開展判別。第三利用覆蓋層第四系和新近系中常含具有一定磨圓度且顏色大小各異的巖石顆粒，而鉆機施工過程中破碎新形成的碎顆粒通常棱角非常明顯，大小基本一致、且成分通常單一來判別。

2.2 采樣粒級選擇

圍繞施工的鉆孔Y1406、Y1407、Y1408選擇風化巖層、半風化巖層和基巖層采集粒級實驗樣品，累計8組(其中Y1406未采集基巖層粒級樣品)，樣品經充分晾干混勻后，分別篩取全粒級、+4目、-4～+20目、-20～+40目、-40～+60目、-60～+80目、-80目共7組粒級實驗樣品(圖2)。為更好的顯示各粒級樣品15種元素變化規(guī)律，選擇7組數(shù)據(jù)的標準偏差作圖(圖3)。

1.風化巖層；2.半風化巖層；3.基巖層圖2 玉海銅(鉬)礦區(qū)ZK1407中3種層位各7組粒級樣品圖Fig.2 Seven Groups of sampling at drilling of ZK1407 in Yuhai Cu-Mo orefield

由圖3可以看出，實驗測試的15種元素含量在-4～+80目之間相對較穩(wěn)定；+4目粗粒級樣品中，各元素值表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，易形成突變值，這主要是因為大顆粒物質代表性不強；-80目較易出現(xiàn)低值，這主要是與當前的淺鉆施工工藝特征有關系?？諝庹h(huán)施工工藝中空氣用于冷卻鉆頭和提取樣品的風是從鉆桿內部進入后，經過鉆頭，然后順著鉆桿與孔壁之間的空隙排出。在此過程中鉆桿持續(xù)與孔壁發(fā)生摩擦容易導致孔壁細顆粒物質混入樣品中。綜合以上因素選擇-4～+80目。

2.3 樣品采集試驗

選擇玉海銅礦區(qū)內貫穿主礦體的14號采樣線(圖1)，按點距250 m共布設施工4個鉆孔，每個鉆孔自地表至新鮮完整基巖層，1 m進尺采集一個樣品，選取-4～+80目粒級樣品進行采樣，研究15種元素在不同層位和不同深度上的含量變化(表1)。

由表1可知，施工的4個鉆孔中第四系和新近系中元素含量偏低。利用Grapher軟件繪制15種元素垂向剖面變化圖(圖4)，可以明顯看出鉆孔Y1407內的強風化巖層里Cu、Pb、Zn、Au、W、Sn、Mo、Bi、Ag、Sb、Hg等元素與下覆巖體呈明顯的臺階式突變，Cr、Ni、Co則表現(xiàn)的弱一些。結合孫承轅(1992)指出剖面巖石經水熱淋濾作用后(孫承轅等，1992)，其中的Cu、Pb、Zn、Au、W、Sn、Mo、Bi、Ag、Sb、Hg等元素會發(fā)生明顯的變化，而親鐵元素則相對較穩(wěn)定，含量變化不大，因此筆者認為導致玉海礦區(qū)內強風化巖層元素含量變化的主要原因應該是由風化淋濾作用的結果。

綜上所述，采樣層位應避開第四系、新近系、強風化巖層后采集樣品，采集半風化巖層、風化基巖層、基巖層樣品。

表1 玉海銅(鉬)礦區(qū)各鉆孔中第四系和新近系元素含量(10-6)Tab.1 The content of samples elements in the Quaternary and Neogene layers of Yuhai Cu-Mo orefield(10-6)

續(xù)表1

樣品編號巖石類型CuMoAuAgPbZnWSn(10-9)(10-9)Y1406第四系24.61.20.9501540.70.741.5新近系39.72.21.19710.641.812.2下覆巖體1282.90.9354.681.50.231.2Y1408第四系37.62.10.99718.2341.41.8下覆巖體6514.92.1594.149.81.12.2樣品編號巖石類型BiAsSbHgGrNiCo(10-9)Y1405第四系0.2816.91.414.038.714.18.6下覆巖體0.064.40.328.611.718.513.2Y1407第四系0.368.60.5510.619.888下覆巖體0.081.80.157.23511.31.3Y1406第四系0.186.60.5416.227.18.55.5新近系0.1213.30.829.0428.211.17下覆巖體0.0412.30.557.568.16.88.1Y1408第四系576.10.3510.7206.75.7下覆巖體1.412.10.17.2139.618.722.5

1.第四系；2.強風化巖層；3.半風化巖層；4.風化基巖層；5.基巖層圖4 玉海銅(鉬)礦區(qū)Y1407鉆孔各元素含量垂向變化圖Fig.4 The vertical change of elements at the Y1407 drilling in Yuhai Cu-Mo orefield

3 應用示范效果

選取玉海礦區(qū)外圍開展1∶5萬淺覆蓋區(qū)機動淺鉆化探應用示范，面積約為56 km2，基巖出露區(qū)采樣密度為8個樣/km2，采樣粒級為-4～+20目，覆蓋區(qū)采樣密度為4個樣/km2；采樣粒級為～4-+80目；采樣層位為穿過第四系、新近系、強風化巖層，依次優(yōu)選半風化巖層-風化基巖層-基巖層內1 m進尺的樣品。圖5為依據(jù)分析測試結果，以Cu為主成礦元素圈定的綜合異常圖，其中Cu異常下限取200×10-6。覆蓋區(qū)中的已知玉海銅鉬礦、三岔口銅礦西礦段、三岔口銅礦均具有明顯的以Cu為主成礦元素的綜合異常，依次對應HT02、HT03、HT04號綜合異常，異常呈帶狀分布。三岔口銅鉬礦-玉海銅(鉬)礦向西進入覆蓋區(qū)仍具有明顯的異常且未圈閉，對應HT01綜合異常。礦權所屬單位施工ZK3901開展異常查證工作，新圈定銅礦體5個，單層銅礦體厚度達9.19 m，Cu平均品位為0.25%，異常查證結果證實該異常為礦致異常。這些結果均表明機動淺鉆化探方法技術試驗所確定的層位識別、樣品采集、采樣粒級等內容的準確性和有效性，能夠在淺覆蓋區(qū)實現(xiàn)找礦突破。

1.第四系；2.新近系葡萄溝組；3.下石炭統(tǒng)鹽池組；4.上石炭兔子山組；5.灰白-肉紅色花崗巖；6.淺灰綠色石英閃長巖；7.礦點位置及名稱；8.銅鉬礦體；9.實驗研究區(qū)及鉆孔位置； 10.綜合異常位置及編號圖5 玉海銅(鉬)礦區(qū)及外圍應用示范綜合異常圖Fig.5 The map of mineralization anomalies in Yuhai Cu-Mo orefield and its periphery

4 結論

根據(jù)應用示范區(qū)樣品測試成果數(shù)據(jù)與區(qū)內已發(fā)現(xiàn)的礦床及地質特征綜合分析結果，表明依據(jù)隨風循環(huán)帶出的顆粒物樣品顏色、磨圓度、成分及鉆機信息等識別采樣層位，合格的樣品通常表現(xiàn)出顏色單一、棱角明顯、成分單一；機動淺鉆穿過第四系、新近系及強風化黏土層后，依據(jù)各孔實際層位情況，依次優(yōu)先選擇風化巖層—半風化基巖層—基巖層采集機動淺鉆1m進尺內的樣品；采樣粒級選擇-4～+80目，所圈定的異常完全可以有效的反映成礦地段，可作為東天山及類似地區(qū)淺覆蓋區(qū)1∶5萬機動淺鉆化探調查方法技術。