云南省保山西邑鉛鋅礦區(qū)地電化學(xué)方法找礦預(yù)測(cè)研究

陳 彪，劉攀峰，文美蘭

( 1.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院 廣西 南寧 530023；2.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 廣西 桂林 541006；3.桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 桂林 541006 )

0 引言

地電化學(xué)法是一種非常規(guī)化探找礦方法[1]。該找礦方法自20世紀(jì)70年代由前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家發(fā)明并引入國(guó)內(nèi)，80年代初經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)地質(zhì)找礦工作者改進(jìn)創(chuàng)新后應(yīng)用到找礦勘查中，并獲得了良好的找礦效果[2-6]。在國(guó)外，地質(zhì)研究人員根據(jù)電化學(xué)溶解的理論，為查明硫化物礦床次生分散作用的可能電化學(xué)機(jī)理，先后開(kāi)展了一系列巖石固體中硫化物礦體模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硫化物礦體周?chē)碾娢缓痛紊鷷炛g有一定關(guān)系，即電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果可能使硫化物礦體的元素發(fā)生分散，從而肯定了元素以電化學(xué)遷移機(jī)制的存在[7-11]。在國(guó)內(nèi)，經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，方法的理論基礎(chǔ)、成暈機(jī)制和野外工作設(shè)備都得到不同程度的完善，多所科研單位的專(zhuān)家學(xué)者在不同礦種、不同礦床類(lèi)型和不同類(lèi)型覆蓋區(qū)開(kāi)展了地球電化學(xué)找礦研究，并取得良好找礦成果[12-17]。針對(duì)云南省保山西邑鉛鋅礦區(qū)第四系覆蓋厚、礦化露頭少、受次生環(huán)境影響小、常規(guī)化探找礦效果不佳，本文運(yùn)用地電化學(xué)技術(shù)著重礦區(qū)對(duì)鉛鋅礦地電化學(xué)異常特征及在西邑鉛鋅礦區(qū)外圍尋找鉛鋅礦的效果進(jìn)行討論，以達(dá)到推廣該技術(shù)方法尋找鉛鋅礦的目的。

1 概況

中國(guó)西南三江地區(qū)位于特提斯與環(huán)太平洋兩大巨型構(gòu)造域的匯合部位，是我國(guó)重要的、在全球有著深遠(yuǎn)影響的有色-稀、貴金屬成礦帶。研究區(qū)位于怒江斷裂與瀾滄江斷裂之間，以柯街?jǐn)嗔褳榻绲谋Ｉ降貕K中，大地構(gòu)造單元屬西藏—三江造山系保山微陸塊[18](圖1b)。區(qū)內(nèi)出露地層以石炭系和泥盆系為主，巖性多為灰、淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾薄層狀頁(yè)巖，局部夾少量肉紅色白云質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，位于研究區(qū)中北部，少量出露三疊系和第四系地層，第四系由砂礫巖、黏土組成，分布于研究區(qū)西南部。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，以NE向?yàn)橹鳎强刂瞥练e建造、變質(zhì)作用、巖漿活動(dòng)及其有關(guān)礦產(chǎn)的主要構(gòu)造，而次級(jí)派生的倒“入”字型斷層則為控礦構(gòu)造，區(qū)內(nèi)巖漿巖出露少，僅有少量輝綠巖脈侵入地層，零散呈SN向分布，推測(cè)輝綠巖的侵入提供部分礦質(zhì)來(lái)源(圖1c)。根據(jù)區(qū)域重力、航測(cè)資料，研究區(qū)南部的航磁負(fù)異常及重力低顯示有隱伏花崗巖存在[19-20]。研究區(qū)內(nèi)共圈定7條工業(yè)礦體，圖1c可見(jiàn)V2、V4礦體，產(chǎn)于炭質(zhì)灰?guī)r(板巖)下部的蝕變破碎帶中，帶內(nèi)巖石具碎裂巖化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、鉛鋅礦化，礦床受多期構(gòu)造活動(dòng)和熱液作用，蝕變疊加改造，圍巖蝕變發(fā)育，類(lèi)型較多，主要有黃(褐)鐵礦化、硅化、大理巖化、方解石化、重晶石化等，其中重晶石化與鉛鋅礦化關(guān)系最為密切。

圖1 研究區(qū)位置、大地構(gòu)造及地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Tectonic location and geological sketch map of the study area(a)研究區(qū)位置圖 (b)研究區(qū)大地構(gòu)造圖 (c)研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖1—第四系全新統(tǒng) 2—三疊系河灣街組 3—上石炭統(tǒng)臥牛寺組 4—上石炭統(tǒng)丁家寨組 5—下石炭統(tǒng)鋪門(mén)前組 6—下石炭統(tǒng)香山組上段 7—下石炭統(tǒng)香山組中段 8—中上泥盆統(tǒng)何元寨組 9—輝綠巖體 10—重晶石化 11—構(gòu)造破碎帶及編號(hào) 12—地質(zhì)界線 13—平行不整合界線 14—斷層 15—礦體及編號(hào) 16—采樣點(diǎn)

2 地電化學(xué)原理及提取方法

地電化學(xué)技術(shù)基本原理是基于隱伏在地下深處的金屬礦體內(nèi)部不同礦物之間存在自然電位差，礦體受電化學(xué)場(chǎng)作用會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)溶解，并在礦體周?chē)纬呻x子暈，這些與礦體有關(guān)的離子在電化學(xué)電場(chǎng)、地氣搬運(yùn)、地下水運(yùn)動(dòng)等各種自然營(yíng)力作用下遷移到近地表形成淺部離子暈。地電化學(xué)成暈的物質(zhì)來(lái)源就是這種近地表的離子暈，該離子暈來(lái)自于深部礦體，具有動(dòng)態(tài)性[1-3]。因此，利用地電化學(xué)方法收集并分析土壤中的電解物，可發(fā)現(xiàn)與礦有關(guān)的金屬離子異常，從而達(dá)到找礦和評(píng)價(jià)的目的。

地電提取方法主要選用具有極強(qiáng)吸附能力的活化高密聚醚型聚氨脂泡塑、導(dǎo)線、濾紙和碳棒組裝成的提取器，放置在有機(jī)物影響較小的B層土壤中，并在硝酸作為活化劑的條件下進(jìn)行提取。地電提取裝置及電極結(jié)構(gòu)(圖2)，本次測(cè)網(wǎng)布設(shè)按照垂直主構(gòu)造線，間距200 m×50 m，共采集地電化學(xué)樣品288件。

3 樣品處理及分析測(cè)試

提取樣品(泡塑)處理在室內(nèi)進(jìn)行晾曬、編號(hào)、裝袋，送有色金屬桂林礦產(chǎn)地質(zhì)測(cè)試中心分析測(cè)試。測(cè)試儀器為美國(guó)熱電X series電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。該質(zhì)譜儀優(yōu)點(diǎn)在于精密度好，靈敏度高，檢出限低，多元素同時(shí)檢測(cè)，可分析研究不同類(lèi)型樣品中痕量元素。本次測(cè)試各元素檢出限及控制樣監(jiān)控限見(jiàn)表1和表2。

圖2 獨(dú)立供電偶極子地電提取裝置及電極結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the independent power supply dipole earth electric extraction device and electrode structure1—電源 2—導(dǎo)線 3—提取電極 4—腐殖層 5—風(fēng)化層 6—石墨碳棒 7—吸附材料 8—過(guò)濾紙

本次所有地電提取樣品均符合相關(guān)測(cè)試分析要求，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，見(jiàn)表3和表4。

表1 X-series電感耦合等離子體質(zhì)譜儀方法檢出限Table 1 X-series ICP-MS detection limit

表2 精密度控制樣監(jiān)控限[19]Table 2 Monitoring limit of precision controlling sample[19]

表3 李家寨測(cè)區(qū)地電化學(xué)測(cè)試原始數(shù)據(jù)Table 3 Analysis data of geoelectro-chemical measurement in Lijiazhai survey area

續(xù)表3

表4 趙家寨測(cè)區(qū)地電化學(xué)測(cè)試原始數(shù)據(jù)Table 4 Analysis data of geoelectro-chemical measurement in Zhaojiazhai survey area

續(xù)表4

4 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果

4.1 因子分析

因子分析可以通過(guò)對(duì)地質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析來(lái)建立1個(gè)成因系統(tǒng)。它的作用主要表現(xiàn)為通過(guò)因子分析可以用最簡(jiǎn)潔的形式描述地質(zhì)對(duì)象，即對(duì)觀測(cè)到的大量地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行綜合歸納，以再現(xiàn)它們之間的內(nèi)在聯(lián)系；對(duì)因子分析結(jié)果進(jìn)行解釋可探索各種地質(zhì)現(xiàn)象的成因聯(lián)系。例如在成礦作用中，因子可能具有礦化階段的含義。

在上述基礎(chǔ)上采用R型因子分析方法，將關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜的成礦元素歸結(jié)為數(shù)量較少的幾個(gè)主因子來(lái)代表研究區(qū)的成礦作用的特點(diǎn)，首先進(jìn)行KMO和Bartlett檢查，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 KMO和 Bartlett的檢驗(yàn)表Table 5 Test table of KMO and Bartlett

由表5可見(jiàn)，Bartlett的球形度檢驗(yàn)所得的Sig為0.000，小于顯著性水平0.05，因此拒絕Bartlett的球形度檢驗(yàn)的零假設(shè)，適合作因子分析。Kaiser-Meyer-Olkin度量值為0.856，大于統(tǒng)計(jì)學(xué)家Kaiser給出的0.6的標(biāo)準(zhǔn)，所以處理后的地電提取數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析。

以初始因子載荷矩陣特征值λ>1為選取標(biāo)準(zhǔn)，選取了前4個(gè)因子，計(jì)算其方差貢獻(xiàn)和積累方差貢獻(xiàn)，由表6可知，F(xiàn)1、F2、F3、F4四個(gè)主因子的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率已達(dá)76.167%，基本上可以反映出全部地電提取元素的特征。

由旋轉(zhuǎn)因子矩陣表(表7)可以得到F1(Pb-Zn-Ge-Ag-As-Mn-Cd)、F2(Sb-Mo-Bi)、F3(Au)、F4(Cu)四組因子，每一組因子都是不同的元素組合，分別代表了不同的地質(zhì)意義。

表6 因子分析特征值及方差貢獻(xiàn)表Table 6 List of factor analysis eigenvalue and variance contribution

表7 旋轉(zhuǎn)因子矩陣表Table 7 List of rotation factor matrix

F1(Pb-Zn-Ag-Ge-As-Mn-Cd)是中低溫成礦元素組合，屬于含礦熱液噴流至海底或者地表沉積，鉛鋅多金屬聚集，代表研究區(qū)主成礦階段；F2(Sb-Mo-Bi)是中溫元素組合，屬于礦床后期熱液改造成礦階段；F3(Au)表現(xiàn)較強(qiáng)的獨(dú)立性，屬于表生氧化淋濾改造階段；F4(Cu)按其礦物明顯分帶性，重晶石-黃鐵礦-方鉛礦-閃鋅礦-黃銅礦[18]，表明該因子代表成礦初期成礦溶液噴流階段。

上述分析說(shuō)明：F1和F4代表了與中低溫?zé)嵋夯蛘叱练e作用相關(guān)的成礦作用，是主成礦階段的元素組合；F2和F3代表了與中溫?zé)嵋焊脑旎顒?dòng)有關(guān)的元素組合。這四個(gè)主因子基本代表了西邑Sedex型鉛鋅礦的成礦作用特點(diǎn)。

4.2 單點(diǎn)異常襯度值法

異常襯度是異常清晰度的度量，是一個(gè)無(wú)量綱地球化學(xué)參數(shù)。異常襯度不僅可以作為一個(gè)反映異常標(biāo)志，還可以用來(lái)對(duì)比不同元素之間的異常高低和富集程度為消除不同區(qū)塊、不同背景值之間的干擾。本次研究工作采用單點(diǎn)異常襯度值法對(duì)研究區(qū)的所有樣品分析結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)處理。其計(jì)算見(jiàn)公式(1)：

單點(diǎn)襯度值=該區(qū)該元素分析值/該區(qū)該元素背景值，即：

K=C/C0

(1)

其中：K為異常襯度，C為該區(qū)元素含量，C0為該區(qū)塊內(nèi)元素背景值。

通過(guò)單點(diǎn)襯度值公式(1)，計(jì)算各點(diǎn)襯度值后，在MapGIS軟件下進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，繪制各元素襯值異常等值線圖，后經(jīng)窗口過(guò)濾勾繪各元素等級(jí)異常圖。

5 找礦預(yù)測(cè)

根據(jù)以上數(shù)據(jù)處理，結(jié)合已知地質(zhì)情況，在礦區(qū)外圍李家寨和趙家寨測(cè)區(qū)共布設(shè)13條測(cè)線，利用地電化學(xué)技術(shù)、MapGIS軟件成圖，圈定地電化學(xué)Pb、Zn、Ge各元素襯值異常等值線圖(圖3a、3b、3c)，并根據(jù)異常指標(biāo)吻合度、地質(zhì)成礦條件劃分三類(lèi)異常靶區(qū)。

5.1 異常特征

鉛(Pb)襯度異常特征：共圈定5個(gè)異常，面積共5237.13 m2。Pb-1異常位于李家寨測(cè)區(qū)偏東南位置，呈啞鈴狀，異常襯度為3.6，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，異常區(qū)與其東側(cè)的北西—南走向F1斷層有一定的相關(guān)性；Pb-2異常位于李家寨測(cè)區(qū)西北部，呈不規(guī)則狀，異常襯度為2.7，異常強(qiáng)度較弱，異常規(guī)模大，推測(cè)異常區(qū)與其平行不整合界面有密切相關(guān)性；Pb-3異常分布于趙家寨測(cè)區(qū)南段，呈帶狀，異常襯度為2.2，異常強(qiáng)度弱，異常規(guī)模較??；Pb-4異常位于趙家寨測(cè)區(qū)中東部，呈不規(guī)則狀，異常襯度為2.64，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，異常規(guī)模較大，異常區(qū)與香山組與丁家寨組不整合界面及南北走向F1斷層有關(guān)；Pb-5異常位于其西北端位置，呈不規(guī)則狀，異常襯度為2.2，異常強(qiáng)度中等，異常規(guī)模中等。推測(cè)異常區(qū)與北東走向F4斷層有密切相關(guān)性。

鋅(Zn)襯度異常特征：共圈定6個(gè)異常，面積共6104.22 m2，Zn-1異常分布于李家寨測(cè)區(qū)東部，呈圓球狀，異常襯度為2.4，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，異常規(guī)模?。籞n-2異常位于其中部位置，呈近似透鏡狀，異常襯度為2.9，異常強(qiáng)度較弱，異常規(guī)模小，異常區(qū)受表生作用影響大；Zn-3異常位于其西北部，呈不規(guī)則狀，異常襯度為3.7，異常強(qiáng)度強(qiáng)，異常規(guī)模大，推測(cè)異常與其西側(cè)的南北走向F1斷層有一定相關(guān)性；Zn-4異常位于趙家寨測(cè)區(qū)南端，呈近似條帶狀，異常襯度為3.8，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，異常規(guī)模中等；Zn-5異常位于其東部，呈卵狀，異常襯度為4.6，異常強(qiáng)度強(qiáng)，異常規(guī)模較大，異常走向與F1走向一致；Zn-6異常位于北端，呈近似帶狀，異常襯度為3.1，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，異常規(guī)模大，異常區(qū)與其內(nèi)部的北東走向F4斷層及東側(cè)南北走向F2斷層有密切的相關(guān)性。

鍺(Ge)襯度異常特征：共圈定6個(gè)異常，面積共4802.59m2，Ge-1異常位于李家寨測(cè)區(qū)東部，呈啞鈴狀，異常襯度為2.3，異常強(qiáng)度較弱，異常規(guī)模較小，受SN向F1斷層影響較大；Ge-2位于其中部位置，呈不規(guī)則狀，異常襯度為3.3，異常強(qiáng)度中等，異常規(guī)模中等，推測(cè)異常與香山組上段地層有關(guān)；Ge-3異常位于其西北部，呈多卵狀，異常襯度為3.2，異常強(qiáng)度較強(qiáng)，異常規(guī)模較??；Ge-4異常分布于趙家寨測(cè)區(qū)南部，異常襯度為2.0，異常強(qiáng)度較弱，異常規(guī)模中等；Ge-5異常位于其中東部，呈不規(guī)則狀，異常襯度為2.1，異常強(qiáng)度較弱，異常規(guī)模小，異常區(qū)與南北走向F1斷層有密切的相關(guān)性；Ge-6異常位于其西北端，呈不規(guī)則狀，異常襯度為1.96，異常強(qiáng)度弱，異常規(guī)模較小，推斷異常與F4斷層密切相關(guān)。

5.2 找礦靶區(qū)圈定

通過(guò)對(duì)各類(lèi)異常分布特征、可靠度及吻合程度分析，結(jié)合地質(zhì)情況，共圈定4個(gè)找礦靶區(qū)(圖3d)，并按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)三個(gè)等級(jí)對(duì)其進(jìn)行找礦潛力評(píng)價(jià)。

Ⅰ級(jí)靶區(qū)：位于測(cè)區(qū)南部何元寨組地層內(nèi)，跨越兩條測(cè)線，面積約為1785.45m2。成礦元素Pb、Zn、Ge、Ag異常規(guī)模和強(qiáng)度大，成礦相關(guān)元素異常較明顯，出現(xiàn)規(guī)模較大的伴生元素疊加異常，多指標(biāo)異常重合性好，吻合較佳。何元寨組為附礦層位，地質(zhì)成礦條件有利，可作為下一步工作部署重點(diǎn)。

圖3 西邑鉛鋅礦區(qū)地電元素異常及找礦靶區(qū)圖Fig.3 The schematic map of geoelectro-chemical anomalies and prospecting targets in Xiyi lead-zinc mining area(a)西邑鉛鋅礦區(qū)地電元素Pb異常圖 (b)西邑鉛鋅礦區(qū)地電元素Zn異常圖 (c)西邑鉛鋅礦區(qū)地電元素Ge異常圖 (d)西邑鉛鋅礦區(qū)找礦靶區(qū)圖1—第四系全新統(tǒng) 2—三疊系河灣街組 3—上石炭統(tǒng)臥牛寺組 4—上石炭統(tǒng)丁家寨組 5—下石炭統(tǒng)鋪門(mén)前組 6—下石炭統(tǒng)香山組上段 7—下石炭統(tǒng)香山組中段 8—中上泥盆統(tǒng)何元寨組 9—輝綠巖體 10—重晶石化 11—構(gòu)造破碎帶及編號(hào) 12—地質(zhì)界線 13—平行不整合界線 14—斷層及編號(hào) 15—礦體及編號(hào) 16—研究區(qū)范圍 17—襯度值1～1.5 18—襯度值1.5～2 19—襯度值2～2.5 20—Ⅰ類(lèi)靶區(qū) 21—Ⅱ類(lèi)靶區(qū) 22—Ⅲ類(lèi)靶區(qū)

Ⅱ-1級(jí)靶區(qū)：位于測(cè)區(qū)中部，面積約為1151.41 m2。主成礦及伴生指示元素規(guī)模和強(qiáng)度一般，但重合程度較高；靶區(qū)位于SN向F1、F2斷層末端，區(qū)內(nèi)出露以灰色、深灰色中—厚層狀灰?guī)r為主，并在河灣街組內(nèi)發(fā)現(xiàn)粒狀褐鐵礦，依據(jù)異常區(qū)劃分，認(rèn)為本區(qū)有較大的找礦潛力。

Ⅱ-2級(jí)靶區(qū)：位于測(cè)區(qū)東側(cè)，面積約為1644.61m2。成礦元素Pb、Zn、Ge、Ag異常規(guī)模和強(qiáng)度大，成礦相關(guān)元素異常較明顯，出現(xiàn)少量伴生元素疊加異常，多指標(biāo)異常重合性好，吻合一般。靶區(qū)位于平行不整合界面上，并與F1斷層走向一致，不排除該異常區(qū)有尋找隱伏礦體的可能。

Ⅲ級(jí)靶區(qū)：位于測(cè)區(qū)北端，面積1064.36m2。主成礦元素及伴生指示元素異常強(qiáng)度一般，吻合程度差，大多都是單線甚至單點(diǎn)異常，暫時(shí)把該區(qū)段劃分為Ⅲ類(lèi)靶區(qū)。

6 認(rèn)識(shí)及結(jié)論

1)通過(guò)在云南西邑鉛鋅礦區(qū)開(kāi)展找礦研究，認(rèn)為地電化學(xué)技術(shù)在該區(qū)尋找類(lèi)似的隱伏鉛鋅礦是合理有效的。

2)根據(jù)數(shù)據(jù)因子分析及地電化學(xué)技術(shù)獲得的異常特征分析認(rèn)為，以地電提取主成礦元素Pb、Zn異常襯度大、濃度分帶清晰、明顯，與Ag、Ge等伴生元素的異常襯度成正相關(guān)，吻合度較高，可作為研究區(qū)內(nèi)尋找隱伏鉛鋅礦的地電化學(xué)技術(shù)找礦指標(biāo)。

3)建議將地電化學(xué)技術(shù)圈定的異常指標(biāo)吻合度高、地質(zhì)成礦條件較好的Ⅰ類(lèi)靶區(qū)作為下一步工作的重點(diǎn)。