刘 斌,周四春,葛良全,胡 波,唐晓川,唐 桢,杨宇奇

成都理工大学核技术与自动化工程学院,四川成都 610059

湘南千里山—骑田岭矿集区黄沙坪型铅锌矿地气异常特征及找矿意义

刘 斌,周四春,葛良全,胡 波,唐晓川,唐 桢,杨宇奇

成都理工大学核技术与自动化工程学院,四川成都 610059

本文介绍了地气测量的原理和装置。根据黄沙坪—廖家湾剖面开展地气测量获取的37种元素数据,应用聚类分析总结归纳了黄沙坪及骑田岭地区地气异常特征,并结合该区域 Eu异常情况,对获取的地气异常进行了分析判断。本文的工作不仅为黄沙坪—廖家湾剖面控制区域进一步找矿提供了新的找矿靶区,也为相邻区域应用地气测量寻找深部隐伏矿床提供了科学依据。

地气测量;地气异常特征;聚类分析;微量元素异常

骑田岭岩体及其相邻区域地处南岭成矿带,是我国重要的有色金属矿集区。该岩体西侧与黄沙坪铅锌矿、宝山铅锌铜多金属矿为邻,北缘产出有新田岭钨锡多金属矿,东侧有瑶岗仙钨锡铅锌多金属矿(图1),结合地质条件和成矿条件综合考虑,该区域是值得进一步开展找矿工作的重点区域(王登红等,2007;谢学锦等,2009)。

为了对该区域进行综合研究,厘定进一步找矿靶区,我们布设了从黄沙坪到廖家湾,长 60km的地气测量剖面(以下表述为“黄沙坪—廖家湾剖面”),完成了418个测点的地气测量工作。

1 测区地质概况

黄沙坪—廖家湾剖面位于湘南著名的千里山—骑田岭矿集区,西起黄沙坪矿山之西侧约1000 m处,东至廖家湾,大致呈北西西向穿越骑田岭岩体(图1)。该区位于南岭构造带中段北缘,郴州—蓝山北东向基底构造岩浆岩带与郴州—邵阳北西向基底构造岩浆岩带的交汇部位,耒阳—临武南北向构造带中段。断裂构造十分发育,构造线总体呈北东向展布(许以明等,2007)。

黄沙坪及其外围的地层主要有,石炭系上统船山组,中统黄龙组,下统梓门桥组、测水组、石磴子组、天鹅坪组,泥盆系上统孟公坳组、锡矿山组、余田桥组,二叠系上统龙潭组、栖霞组。岩性以灰岩、泥岩、砂岩、砂页岩、碎屑岩等为主。区内岩浆岩主要有英安斑岩、石英斑岩、花斑岩和花岗斑岩4种,属浅成至超浅成中-酸性岩体。其中英安斑岩、石英斑岩出露于地表,花岗斑岩、花斑岩为隐伏岩体,属燕山早期岩体(谷俐,1997)。

骑田岭岩体周围出露的地层主要有早石炭世至早二叠世滨海沼泽相粉砂岩建造、海相碳酸盐岩,早二叠世至早三叠世闭塞台地相硅质岩建造及滨海相砂页岩建造,早白垩世山麓湖泊相碎屑、泥质建造及第四纪洪积、残坡积建造等(邓希光等,2005)。骑田岭岩体主要岩性为晚侏罗世中粒斑状角闪石黑云母二长花岗岩,细粒含斑正长花岗岩,中粒斑状黑云母正长花岗岩,中粒多斑角闪石黑云母二长花岗岩;中三叠世晚中期(细)粒斑状角闪石黑云母正长(二长)花岗岩。同时还有花岗斑岩、石英斑岩和细粒花岗岩脉侵入到岩体接触带和岩体内部(丁正兴等,2007)。

2 地气测量探测机理

地气测量是20世纪80年代初发展起来的一种寻找深部隐伏矿的新方法(Kristiansson et al.,1990)。多年的研究已经证实,地球内部普遍存在着一种垂直上升的气流,这些气流在向地表迁移的过程中,会携带走迁移路径上以纳米颗粒尺寸形式存在的固体颗粒,形成含有多种元素的地气流(童纯菡等,1997;王学求等,1995,2011a,b)。当深部存在矿体时,地气能将呈纳米级的矿体元素带至地表,从而在矿(化)体的正上方地表形成矿致地气异常(Kristiansson et al.,1990;童纯菡等,1997;王学求等,2011a,b)。根据相关文献其探测深度最大可望达1500 m (Kristiansson et al.,1990)。

图1 黄沙坪—廖家湾地气测量测线及地质简图Fig.1 Huangshaping-Liaojiawan geogas prospecting line and geological map

3 测量方法及技术

3.1 采样方法与分析设备

地气法分为积累式和快速地气测量,本文采用快速地气测量。

快速地气测量的采样装置由采样器、干燥器、捕集器和抽气泵组成,各部分用硅胶导管连接(图2)。

地气样品分析使用 Perkin-Elmer公司制造的ELAN DRC-e型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。

图2 快速地气采样装置示意图Fig.2 Rapidly sampling device of geogas

3.2 地气工作部署与样品分析

根据前期开展高精度磁测的资料,磁正常区按250 m点距;异常区,点距加密到20～40 m。

本次工作中所用的快速地气采样,是用气泵和液态捕集剂在地表捕集地气物质。采样时,先用钢钎在地表覆盖层比较封闭的地方,打一个深约50cm的采样孔,然后将采样器插入钻孔,用采样器上部的圆锥部分堵住钻孔的上部,以阻挡地表大气进入采气钻孔,打开抽气泵抽取覆盖层空隙内的气体;抽取的气体先经过干燥器干燥和除尘,再进入捕集器被液态捕集剂俘获,每个采样点连续抽气30min。捕集剂是由低本底的BV-III级的纯硝酸和高纯水(三次水)配置的5%稀硝酸,单次采样使用20ml。

地气样品分析测量工作由成都理工大学的质谱分析实验室完成。测量的目标元素包括Cu、Zn、Pb、W、Mo、Bi、Mn、Th、U、Ag、Au、As、Hg、稀土等37种元素。

4 结果与分析

4.1 地气测量结果

先期以主要寻找铅锌矿为目标,先选择Pb、Zn、Cu三种元素,对其数据进行归一化,在归一化时先求单个元素的平均值,然后删除大于平均值 2倍的值,重复前两步(重复的次数视情况而定,最终保证进行相关运算的元素归一化值在同一个数量级范围内),最后用原始数据除以最后求得的平均值得到归一化值(表1)。然后根据三元素相加后的数据,绘制了三元素累加剖面(图3)。

表1 Cu、Zn、Pb含量和归一化值Table 1 Cu,Zn,Pb content and normalized value

图3 黄沙坪-廖家湾剖面（H-H’侧线）Cu+Pb+Zn异常示意图Fig.3 Cu + Pb + Zn anomalies along Huangshaping-Liaojiawan profile

按传统地化测量数据统计法,在剔除异常数据后,根据图3所示背景值具有直观差异,并结合地质界线,分区对黄沙坪-廖家湾剖面地气测量结果进行统计。取其平均值为背景,背景值加 3倍标准差为异常下限,划分出6个异常区(图3)。其中1号异常区为已知矿(黄沙坪铅锌矿)异常区,2号异常区位于靠近骑田岭岩体的灰岩区,异常 3到6分布在骑田岭花岗岩体内。

4.2 聚类分析

本文采用的是聚类分析中的系统聚类方法,系统聚类的基本思想是:首先将n个样品看成n类,即每一类只包括一个样品,然后将性质最接近的两类合并成一个新类,这样得到n-1类,再从n-1类中找出性质最接近的两类加以合并,变成n-2类,如此进行下去,直到所有的样品为一类为止。

首先在划分的异常区的基础上,在各区选取异常点进行所测 37种元素的聚类分析,本文应用SPSS软件进行聚类分析,先对数值进行标准化,即把元素含量数值化为0到1之间,聚类时选用Euclid距离来进行元素间的聚类(郭科等,2003)。

通过对所测得的全部元素做聚类分析,从中挑选出和Pb,Zn相关性较好的元素,并对6个异常区的聚类结果对比分析,挑出相同的相关性较好的Bi、Cu、Mn、Cd、Au、Ag、As、Hg 共 10 种元素。

然后在异常区1、2区选取异常点,并在二者之间的非异常区选取测量点进行聚类,聚类结果如图4所示,可以将这10种元素分为三组。在异常1区和2区这三组元素的组成比较相近,目标元素Zn和Mn、As、Bi相关性较好,Pb和Cd较为相关,而在非异常区除Pb和Cd较为相关外,和异常区共性较小。这说明异常区1和2在元素组合上有着共同的特性,而且和非异常区有着较明显的区别。

对分布在骑田岭花岗岩区的3到6号异常,也进行相同的聚类分析,结果表明,各异常都不存在与 Zn元素相关性比较好的元素,也不具有与异常1、2区相似的特性。而Pb元素在所有异常区与Cd元素的相关性都较好。

图4 元素聚类图Fig.4 Cluster diagram of elements

4.3 微量元素异常分析

微量元素的数量大大多于常量元素,且微量元素的含量变化范围大于常量元素。地球不同构造环境形成的岩浆,其微量元素(及其同位素)组成具有相对对应的地球化学配分形式,为认识地球演化和识别构造事件提供了重要手段。因此,微量元素可对地质过程和环境提供灵敏的指示。

稀土元素是微量元素的重要组成部分,在地球化学研究中具有重要地位。在不同的源岩性质和构造岩浆条件下,稀土元素具有不同的地球化学特征,因此可对地质事件进行示踪研究。

Eu异常值在稀土元素地球化学参数中占有较重要的地位,它常常作为划分同一大类岩石的亚类和讨论成岩成矿条件的重要参数之一。

根据Cullers and Graf(1984)用Eu/Sm表示Eu的异常,以球粒陨石的Eu/Sm的比值0.35为标准,大于此值为Eu正异常,小于此值为Eu负异常,与此值近似为无异常(Cullers et al.,1984;王中刚等,1989)。

本文采用Eu/Sm对测区Eu异常进行分析。在以上6个异常区域选取异常点分别求出Eu/Sm的值(表2),并对各异常区的Eu/Sm求出了平均值(表3)。

表2 异常1区Eu、Sm含量和Eu/Sm值Table 2 Eu and Sm content and Eu/Sm ratios in No.1 anomaly area

表3 异常区Eu/Sm比值Table 3 Eu/Sm ratios in the anomaly area

由表3中可以看出,在异常1区Eu呈负异常,在异常区2也有跟1区相似程度的Eu负异常,说明1区和2区成岩条件很相似。在骑田岭地区的3、4区及5、6区也存在近似程度的Eu负异常,但这些区域的Eu异常程度和1区是有较明显差别。

5 结论与建议

综上研究结果,可以得出以下结论:

1)根据位于黄沙坪铅锌矿上方的1号地气异常,可以总结出黄沙坪型铅锌矿地气异常的基本特征为:异常区中Zn和Mn、As、Bi相关性较好,在异常区和非异常区 Pb和 Cd相关性都较好;微量元素 Eu为负异常,Eu/Sm值为0.26左右。

2)位于骑田岭岩体西侧1～2km处的2号异常,地质条件与黄沙坪铅锌矿所处位置类似,是形成铅锌矿的有利位置,且具有与黄沙坪铅锌矿基本一致的地气异常特征,是寻找黄沙坪型铅锌矿的有利找矿靶区,值得优先加以解剖。

3)分布在骑田岭岩体内的3至6号异常,地气异常特征明显有别于黄沙坪型铅锌矿地气异常,这些异常是否为其他类型矿床的指示,尚需进一步做工作。

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Geogas Anomaly Characteristics of the Huangshaping Lead-Zinc Deposit in the Qianlishan-Qitianling Ore Concentration Area and Their Prospecting Significance in South Hunan

LIU Bin,ZHOU Si-chun,GE Liang-quan,HU Bo,TANG Xiao-chuan,TANG Zhen,YANG Yu-qi
College of Nuclear Technology and Automation Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059

The basic theory and device of geogas prospecting are described in this paper.Using the cluster analysis method,the authors summarized the geogas anomaly characteristics of Huangshaping and Qitianling areas according to the data of 37 elements obtained by geogas prospecting in the Huangshaping-Liaojiawan area,and analyzed the geogas anomalies in combination with the Eu anomalies in this region.The results have not only delineated a new target for further prospecting in Huangshaping-Liaojiawan area but also provided scientific evidence of geogas prospecting in search for deep concealed ore deposits.

geogas prospecting;geogas anomaly characteristics;cluster analysis;trace element anomalies

P618.4;P632.5

A

10.3975/cagsb.2011.04.04

本文由国土资源部公益性行业科研专项(编号:201011046)和国家自然科学基金项目(编号:41074094)联合资助。

2011-04-10;改回日期:2011-06-04。责任编辑:闫立娟。

刘斌,男,1986年生。硕士研究生。现主要从事核技术在地学及相关学科中的应用研究。通讯地址:610059,成都理工大学核技术与自动化工程学院。E-mail:liubinsdau@163.com。

周四春,男,1954年生。教授。从事核勘查仪器与探测技术研究。通讯地址:610059,成都理工大学核技术与自动化工程学院。电话:028-84077917。E-mail:zsc@cdut.edu.cn。

致谢:本文研究工作得到中国地质科学院李建康博士以及湘南地质勘查院张怡军工程师的大力协助,特此致以诚挚谢意！