新疆金窩子金礦田深穿透地球化學方法研究

新疆金窩子金礦田深穿透地球化學方法研究

0地氣、土壤活動態(tài)異常物質(zhì)地球化學特征20世紀90年代，研究人員提出了一套完整的化學法，即以氣體為采樣手段的地氣性方法，并形成了幾種化學法，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。在地氣測量技術(shù)方法上,我國勘查地球化學形成了獨具特色的地球化學技術(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),由于元素含量相對較高和在找礦實踐中操作簡單,因而獲得廣泛應用,并在覆蓋區(qū)礦產(chǎn)勘查上取得一定成效。在深穿透地球化學勘查實踐中,勘查地球化學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。有研究者推測地氣以微氣泡形式攜帶超微細金屬顆?；蚪饘偌{米微粒呈類氣相直接遷移到達地表,并在實驗中發(fā)現(xiàn)了地氣物質(zhì)中的納米微粒。也有研究者通過實驗獲得了納米Au被上升氣流攜帶遷移,被土壤顆粒吸附的實驗結(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,實測了成礦元素Au、Cu、Pb等在地氣、土壤活動態(tài)的空間分布,研究土壤活動態(tài)Au與粘土礦物的關(guān)系。在研究中同時采集礦體上方地氣和土壤樣品,使用透射電子顯微鏡,對樣品中微粒物質(zhì)進行觀察,在地氣和土壤中觀測到了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。兩個礦帶的礦床類型不同: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,方向為NE65°,與區(qū)域上的構(gòu)造線方向一致。至今礦脈帶已查明有6條工業(yè)礦體。1號脈平均含金品位4.87g/t,2號脈金平均品位17.63g/t。已查明金總儲量為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,勘查地球化學工作者進行了戈壁層的性質(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。本項研究設(shè)計了一個位于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進尺為一個樣,連續(xù)取樣。從地表1m到終孔24m,取樣24件。截取小于120目的細粒級樣品,分2份平行樣品。一份采用活動態(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)和殘渣態(tài)。另一份分析Au活動態(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。殘渣態(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;覆蓋層中活動態(tài)總量Au分布與活動態(tài)形式Au相似;殘渣態(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)物中活動性質(zhì)有關(guān)。元素水溶態(tài)遷移機理為:由于地下水的反復持續(xù)的蒸發(fā)作用,在戈壁干旱景觀條件下,蒸發(fā)量永遠大于降水量,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,具有強吸附作用、離子交換作用和化學活性,覆蓋層土壤中粘土相態(tài)是元素活動態(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,其組成確定采用X射線粉晶衍射方法。覆蓋層礦物組成可分為碎屑相和粘土相。碎屑相包括石英、鉀長石、斜長石、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存在形式的兩個分量有關(guān):Au的活動態(tài)形式,為各種營力由下伏礦源區(qū)搬運帶來的部分;粘土形成過程中由殘渣相釋放的部分,這個分量在粘土形成后不再增長。粘土相對Au的富集的意義在于,粘土礦物相態(tài)具有離子交換、化學活性、吸附能力、對活動態(tài)分量的持續(xù)累積的性質(zhì),表生粘土相是元素活動態(tài)富集相態(tài)。殘渣態(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渣態(tài)中含量變化不大。殘渣態(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狀態(tài)的測量3.1采樣方法及采樣點設(shè)置本次實驗共安排4條垂直于210礦體走向的測線,橫跨礦體,從東到西測線號分別為L2、L1、L3、L4。4條測線方向為NW30°,線距200m,點距50~100m,長度1400m,控制面積1.12km2(圖4)。測區(qū)共設(shè)計采樣點76個,樣品每個測點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)研究院超純實驗室以蒸餾方法制取;泡塑捕集介質(zhì)在中國地質(zhì)大學(北京)地球化學實驗室制取,之后用10%王水預處理,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。在每個采樣點上,用鋼釬打6個孔,孔深在0.5~0.8m。兩種采樣法各用3個孔,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濾器和捕集裝置連接。王水捕集法用抽氣泵一次在3個孔中各抽取氣體3L,用U型瓶捕集地氣。每個采樣點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個孔各采集氣體2min,氣體流量控制在1.5L/min。每個采樣點上孔位之間的距離為1m。對野外所采樣品在實驗室內(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分布特征本項研究進行了測區(qū)Au地氣和活動態(tài)的地球化學測量。實測了成礦元素Au在地氣和活動態(tài)的分布,測量結(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給出了地氣測量Au等值線,由圖5看出,兩種介質(zhì)地氣測量,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)本次測量資料,選擇測區(qū)覆蓋層淺的1線和覆蓋層深的4線,繪出成礦元素在水平剖面上的分布(圖6)。兩條測線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多元素地球化學異常。4線北側(cè)出現(xiàn)Cu、Zn的異常。測量所獲得的地氣異?？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形成的古地形有關(guān)。通過對比,發(fā)現(xiàn)兩種介質(zhì)對元素捕集能力強弱有區(qū)別,對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,相對王水溶液介質(zhì),移向古盆地中心。4線土壤活動態(tài)測量結(jié)果列于表5和圖7。本研究活動態(tài)測量采用細粒級土壤測量(截取小于120目粒級測量),分析所得的Au含量為樣品活動態(tài)Au的全量,這部分Au在深穿透地球化學上將其作為活動態(tài)Au。測量表明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測定項目及方法本項研究在礦體上方同時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測到金和成礦元素的納米金屬微粒。地氣中金屬微粒的采集,分別采用了主動抽氣法和被動累積捕集法。主動抽氣法,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0.5μm微孔濾膜后進入捕集器,捕集器內(nèi)置有捕獲微粒金屬載體,載體材料基質(zhì)不含成礦元素或預測目標元素。微粒被阻擋和吸附在載體上,制成TEM觀測樣品。被動累積捕集法,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。本次觀測的樣品在野外放置時間為10個月。覆蓋層土壤金屬微粒的采集與制備過程為: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,分散時大氣采樣器抽取可揚起的微粒,通過捕集器吸附到載體上,制成TEM觀測樣品。納米微粒的觀測使用北京大學透射電子顯微鏡,型號為日立公司生產(chǎn)的H9000NAR,點分辨率0.18nm,晶格分辨率0.1nm,最小束斑徑0.8nm。工作時的加速電壓為300kV,儀器配有X射線能譜儀(EDS),探測儀具有超薄窗口,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定,儀器能譜無內(nèi)標,對所測顆粒成分不能給出其質(zhì)量分數(shù)。在本文觀測中,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遷移在礦體上方地氣和土壤中同時觀測到金與成礦元素形成的復合金屬納米微粒,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:(1)透射電鏡(TEM)下單個金屬微粒粒徑主體在幾十nm,也有個別小到幾個nm;(2)單個金屬微粒呈球形或橢球形或多邊形,多個微粒聚集在一起,呈簇團狀聚集體(圖8B,圖9C);(3)透射電鏡帶有X射線能譜儀(EDS)進行微粒原位成分分析。微粒成分可分為:(1)金屬復合成分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復雜成分的Cu-Fe-Co納米微粒(圖9C)。在地氣和土壤中觀測到金與成礦元素銅、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,在其遷移過程中被地球化學障所滯留。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)是深穿透地球化學物質(zhì)遷移和存在形式。已有通過對地氣、土壤和礦石中納米微粒成分、結(jié)構(gòu)、微觀形貌同源性對比研究,確定礦體上方覆蓋層地氣和土壤納米微粒來自其下伏礦體的研究結(jié)果,本次研究沒有采集到礦石中的成礦元素納米微粒,但所采集觀測的地氣和土壤樣品,取自礦體上方,位于地表測量異常范圍。含Au、Cu、Bi、Hg成礦元素納米微粒在其形貌、微觀結(jié)構(gòu)上,可與已確定成因的納米微粒對比,據(jù)此可以認為,氣體、土壤介質(zhì)中納米微粒來源應是覆蓋層下伏礦體。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活性,在其向上遷移過程中可從吸附固定狀態(tài)解吸,此性質(zhì)可用于解釋活動態(tài)異常在鉆孔垂直剖面上的“C”型分布。5地