土壤地球化学测量是一种广泛应用的勘查手段,主要用于在靶区中圈出矿体或矿化体,指导山地工程的布置,也可用来进行大面积普查工作. 土壤地球化学测量工作中首先需要将采集到的大量土壤样品经过晾晒和筛分,然后再送往实验室对所需元素的含量进行分析测试. 但是随着海外矿产勘查活动的兴起,勘查规模的不断扩大,这一方式遭遇了一些困难. 因为海外矿产勘查活动多在经济欠发达国家进行,没有满足测试分析要求的实验室,个别国外设立的测试机构分析价格又偏高; 如果将样品运回国内分析又会大大增加运输成本,勘查周期相对太长. 鉴此,矿石分析仪应运而生. 手持矿石分析仪基于XRF( X Ray Fluorescence,X射线荧光) 光谱分析技术,由于携带方便、检测高效、准确,在定性及定量测量岩石矿物各元素含量中得到了广泛应用［1］. 本文以老挝郭亥铜多金属矿区1 /1万土壤测量为例,通过手持矿石分析仪和实验室光谱测试分析成果对比,研究手持矿石分析仪在土壤地球化学测量中应用的可行性.
1工作区地质概况
工作区郭亥铜多金属矿位于老挝国赛松奔省阿努翁县,成矿元素包括铜、铅、锌、银,少量铁和钼,种类丰富; 前期开展过1: 2. 5万沟系次生晕测量工作, 有比较详细的地球化学背景数据,为本次实验提供了便利的条件.
1. 1地层
工作区内出露地层主要有石炭系碳酸盐岩和侏罗系海陆交互相碎屑岩( 图1郭亥铜多金属矿区地质图) ,自老至新叙述于下.
图1郭亥铜多金属矿区地质
1) 石炭系( C)
此石炭系出露的岩层为碳酸盐岩,主要位于矿区的东部和南部. 下石炭统下部为半深海至浅海,台沟—开阔台地相; 下石炭统中部为开阔台地相. 石炭系地层由于岩体的侵入和断层的切割,零星出露,由于抗风化能力较强,呈正地形.
2) 侏罗系( J)
矿区出露的中侏罗统上段( J2) 大体为海相和陆相相互叠加的碎屑沉积相,主要出现在矿区的南部. 岩性主要包括紫红色的泥页岩,灰色硅质粉砂岩等.
3) 第四系全新统( Q4)
为较大面积的坡积层和坡积- 冲积层.
1. 2断裂
工作矿区所在的大地构造位置,位于两个构造成矿带的相交部位,即Luangprabang构造成矿带和Truongson构造成矿带. 矿区断裂是由一系列北东向断裂构成的断裂带,自普卡金矿南部起始,向北东方向延至纳勐弧形断裂切割,整个长约60千米,宽约5千米［2］. 断裂在地表表现为明显的线性构造带,地层不连续和一系列近东西向的断层崖.
1. 3花岗岩
工作区中北部大面积出露花岗岩,以黑云母二长花岗岩为主. 经鉴定初步认为该矿区花岗岩体并不是简单的深成岩体,而是经多次侵入形成、可能在时空中存在若干个单元———超单元组合的复合岩体［3］,由南向北可以分为细粒、中粒和粗粒结构. 因其侵入于晚古生界而其上又被侏罗系地层覆盖,故初步判定本花岗岩体侵位时代为印支期; 但后来通过同位素锆石测年结果显示此花岗岩年龄是一百万年,为海西期.
工作矿区围岩蚀变类型主要有矽卡岩化、硅化、 碳酸盐化、绿泥石化、绿帘石化以及黄铁矿化等,其中矽卡岩化与硅化还有碳酸盐化蚀变与本矿床矿化有直接的关系［4］.
2矿区地球化学特征
2. 1矿区地球化学背景
郭亥矿区的气候为热带季风气候,西部和北部为中高山区,山高坡陡,重峦叠嶂,沟壑纵横,森林密布,人烟稀少,通行比较困难. 盆地受东西向基底地层控制,浮土广布,形成了几M至上百M厚的沉积物,较松散［5］. 该区风化主要以物理方式为主,化学风化作用为次,元素在土壤碎屑物中主要以机械晕的形式进行搬运,只有在雨季,某些易溶于水、或是含盐类化合物的土壤元素,才会以盐晕形式进行搬运［6］,但总的来说,其迁移的距离不会很远. 基于本矿区的各种环境条件,利用土壤沉积物测量可以达到有效发现成矿远景地段、圈定找矿靶区的地质效果.
通过1 /2万5的沟系次生晕测量工作,对整个矿区的地球化学背景有了初步的了解. Cu、Sb、Zn、 Ag、Hg元素含量与地壳元素丰度值相差不大,它们的浓度克拉克值均不超过2,与此相对应的W、Au、 Sn、As、Mo、Pb等的含量则较富集,它们的浓度克拉克值全超过了2,易于成矿. 其中Au、Ag元素的含量在第四系的覆盖层、以二长花岗岩为主的深成侵入岩体为主的区域则相对贫化; 而Cu、Pb、Ag、Zn、Bi为该矿区变异系数较大( Cv>2) 的元素( 见表1) , 变异系数的大小反映了不同元素分异的程度,比如Cu的变异系数高达4. 5329,表明它为强分异元素, 虽然它的浓度克拉克值在此区相对较低,却依然可以在局部富集,是主要的成矿元素［7］.
表1各元素特征参数表
2. 2实验数据来源
进行试验的土壤测量工作区位于矿区西南部, 南北长1. 48 km,东西宽2. 85 km,面积4. 21 km2. 测网布设为正南北向,网度100 m × 20 m,总设计点位2 450个. 由于部分采样点位于水田、沟谷和陡崖,造成部分弃样,最终实际采样2 345件. 加工样品2 345件. 样品加工符合加工流程,在野外过- 20目富集粒度筛,无污染,无废样、错样,样品重量过筛后大于120 g.
样品加工完成之后首先使用手持矿石分析仪( 选用INNOXSE公司DC - 6000型) 在土壤模式下对样品进行分析,每件样品设置测试时间为45 s,所有2 345件样品全部通过测试. 然后将样品中的1 946件会同其它工作区共4 075件样品送往国内华北地勘局燕郊中心实验室,分析Ba、Cr、Cu、Fe、Mn、 Pb、Sr、V、Zn、Co、Ni、Bi、Sn、Mo、W、Ag、As、Sb、Au等元素共19项. 中心实验室精心选择检测方法、采用国标GBW( GAu - 2a、GAu - 7a、GAu - 13、GAu - 11a、GAu - 9a、GAu - 10a、GAu - 12、GAu - 8 ) 、 GBW07401—GBW07408土壤标样监控准确度、内部密码重分析、异常检查等质量监控方法,保证了检测质量. 送去检验分析的样品元素均有效,报出率达到百分之百. 样品分析方法见表2.
表2主要元素检出限及报出率
注: 1) 含量单位均为 μg/g. 2) XRF: 压片法X射线荧光光谱法; ICP - MS: 等离子体质谱; AFS: 原子荧光光谱法; ES: 发射光谱法; ANN: 无火焰原子吸收法.
在整批结果分析结束,同时对各个元素异常点、 可疑点进行抽查分析,且根据数据取舍规则及质量管理要求进行修正,从而进一步消除偶然误差,保证了结果可靠性.
2. 3实验数据分析
在手持矿石分析仪和中心实验室对试验样品的测试全部完成后,依据测试分析结果,采用土壤地球化学的数据处理办法,对19种元素的各项地球化学参数进行了计算,并做了比较分析( 表3) . 可以很直观看出,中心实验室分析的19种元素报出率均达到100 !,手持矿石分析仪检测结果显示,除去测试结果中出现的负值,分析数据正值报出率超过90!的元素有10种,分别为Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Sr、Mo、Mn、Pb、 Zn; 报出率为0的元素有3种,为Bi、V、W,其余6种元素报出率9. 21!( Ag) ~52. 79!( Au) . 再看“矿石分析仪数据均值/化验数据均值”这一项,均值误差率小于50!的元素共有8种,分别为Au、Ba、Zr、Cu、Fe、 Pb、Sr、Zn,且手持矿石分析仪测试结果均小于实验室分析结果,其余除Ni元素均值误差率接近50 ! 外,其它元素的均值误差均较大,可信度较低.
表3综合异常元素特征值对比表
对比还发现中心实验室分析的19项元素均有不同程度的异常显示,且各异常元素形成的规律性较强、具有明显的组合关系; 而手持矿石分析仪测试数据形成的Cu、Pb、Zn、Fe、Mn等异常较明显,其余元素报出率较低,并出现负值及不确定值,各异常元素无法形成具有规律性的组合关系.
利用实验室分析数据和矿石分析仪测试数据分别绘制相应的元素数据异常对比图( 图2) . 图中信息清晰地表明,元素Cu、Pb、Zn、Fe、Mn所形成的异常具有相似的形态、面积、延展方向、异常浓集中心等,其余As、Sb、Ag、Ni、Bi等元素由化验测试所得分析数据形成的异常较明显,而由手持矿石分析仪测试数据没有形成明显的异常或没有数据报出( 如Bi、W、V等) .
对比元素间的组合关系,根据综合异常区化验测试数据,元素主要为Pb - Zn - Ag - Mn - Co - Ni - Cu - As - Sb - Fe - V - Bi - Mo - W - Sn组合,反映出中高温热液成矿元素组合特征; 由手持矿石分析仪测试数据报出的数据中,Ni、As、Ag、Sn、Sb、Au等元素正值报出率小于53 !,且多以负值或零值为主,无法统计与其他元素之间的相关关系等.
图2纳勐及郭亥地区H - 3元素数据异常对比图
3结论
通过对实验室分析结果和手持矿石分析仪的测试结果的对比,和对成图后异常范围、形态等的对比,可以发现,手持矿石分析仪用于土壤测量,部分元素的检测结果接近实验室分析结果,成图之后显示的元素异常与使用实验室分析数据所成的图非常一致; 部分元素则由于正值报出率较低,测试结果与实验室分析结果出入较大,成图效果也较差. 虽然手持矿石分析仪不能满足所有元素分析精度要求,但是,对于一些元素,尤其是中低温热液成矿元素( 如Cu、Pb、Zn等) ,手持矿石分析仪的测试结果准确度较高,按照测试结果绘制的元素异常图在形态、面积、延展方向、异常浓集中心等方面都与按实验室分析数据绘制的元素异常图非常相似,可以很好地反映出这些元素的基本分布状态,可信度较高,可以满足勘查工作的要求.
所以,在矿产勘查的预、普查阶段,针对特定的元素,如Cu、Pb、Zn、Fe等,使用矿石分析仪对土壤样品进行分析测试,在取得可信度较高的成果前提下,可以极大地缩短测试时间,提高工作效率,降低分析测试费用和勘查成本. 或者,在手持矿石分析仪测试的基础上抽取异常区的样品送实验室进行测试分析,在提高准确度的同时也能适当降低勘查成本. 可以根据勘查工作阶段以及地球化学测量的工作目的选择相应的方法.
在竞争日趋激烈的海外矿产风险勘查形势下, 使用手持矿石分析仪对目标靶区进行高效率、相对高可信度的快速评价,有利于矿业公司选择优质矿权,缩短勘查周期,降低勘查风险. 该方法可以在海外矿产勘查中推广使用.
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