王 玮,王学求,张必敏,聂兰仕,刘汉粮,刘东盛,韩志轩,迟清华,徐善法,周 建

(1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,自然资源部地球化学探测重点实验室,河北 廊坊 065000;2.联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心,河北 廊坊 065000)

自20世纪70年代Webb等[1-2]出版了《北爱尔兰地球化学图册》和《英格兰威尔士地球化学图册》以来的40多年间, 全球国家尺度(区域尺度)地球化学填图计划已完成50余项[3]。 近年来, 各国科学家在样品采集与分析、 数据处理、 模型建设、 填图尺度等不同的地球化学填图领域开展了大量的科学研究工作, 为地球化学的学科发展作出了巨大的贡献[4-10]。 我国在地球化学填图领域在世界上具有领先优势[11]。 2016年5月12日, 联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心在河北廊坊正式成立, 同时启动了“化学地球”国际大科学计划。该计划是基于中国政府与联合国教科文组织签署的协定,旨在通过建立全球地球化学基准网和观测网,开展“一带一路”地球化学填图,服务于全球自然资源与环境可持续发展,对全球矿产资源评价、重金属污染和放射性注入量监测、水土质量变化、全球碳排放等,以及重要矿产资源发现发挥支撑作用。通过与老挝开展低密度(1∶100万国家尺度)地球化学合作填图工作,提高了东南亚国家地球化学填图水平,进一步巩固了我国在地球化学填图领域的领先地位,并为制定热带雨林景观条件下的地球化学填图技术标准和UNESCO全球尺度地球化学国际研究中心建设提供了支持。本次工作在老挝开展国家尺度 1∶100万地球化学填图,基本覆盖老挝全境约23万km2,分析了69种元素,填补了老挝国家尺度地球化学填图的空白,并为老挝基础地质、矿产开发、环境保护、农业生产等多个方面提供了基础地球化学保障。

F元素与人体健康密切相关,成年人身体中,氟含量平均为2.57 g,其中96%存在于骨骼和牙齿中,是预防龋齿的必需元素,但当人体内F含量过高时, 会造成氟骨病和氟斑牙等地方病[12]。 因此, 研究区域F含量, 对该地区地方病的预防有重要的指导意义。

1 区域地质概况

老挝地处中南半岛中北部, 其境内80%的地区为山地和高原, 其余为盆地和平原。 属热带和亚热带季风气候, 植被极为发育, 现代风化堆积作用强烈, 基岩出露较少,加之交通不便,地质调查程度很低[13]。

老挝出露地层主要为古生界, 其次为中生界和新生界。 古生界主要分布在北部和东部地区。 寒武系只在与越南相邻的南玛山谷中有少量出露, 其岩石组合为浅变质的灰岩、 页岩、 砂岩和砾岩; 奥陶系、 志留系和泥盆系主要出露在丰沙弯和川圹地区, 其岩性主要为海相灰岩、 砂岩和泥质岩石;石炭系—二叠系分布最广, 主要为海相灰岩、 砂岩和泥质岩石。 中生界主要为出露在桑怒地区的中、 上三叠统海相灰岩、 砂岩和粉砂岩等, 其次在南部北通河谷中有侏罗系海相沉积发育。 晚三叠世, 大部分地区褶皱隆起成山地, 出现了晚三叠世—白垩纪海陆交互相砂岩、 砾岩沉积, 晚白垩形成了大量红色泥质粉砂岩和细砂岩, 并有蒸发岩系出现。 新生界缺失古近系, 新近系在北部山间谷地发育, 主要为砂岩、 泥质岩石和少量泥灰岩, 并有褐煤层出现; 第四系在沟谷中广泛分布, 主要为砂砾层,也有粉砂质、黄土和灰分[13-17]。

图1 老挝区域构造简图(据王宏等[14]修改)Fig.1 Simplified geological map of structural units of Laos

区域构造上, 老挝隶属于印支陆块区, 是由众多小块体及其间拼接带组成的结构复杂的统一陆块。 在地史演化进程中, 不同地质历史阶段具有不同的大地构造演化特征, 自西向东划分为7个三级大地构造单元: 景洪-素可泰火山弧带、 思茅-彭世洛地块、 奠边府-黎府缝合带、 万象-昆嵩地块、 色潘-三岐缝合带、 长山地块、 哀牢山-马江缝合带。 区内多期次的岩浆重合叠加、 成带、 成片展布构成了岩浆岩带, 岩浆岩带多分布在俯冲带、 碰撞带等板块构造活动强烈的部位, 形成了具有大地构造意义的构造岩浆岩带, 这些构造岩浆带与该地区矿产资源的形成关系密切[14-20]。

2 研究方法

地球化学图编制的最基本原则是要求在图纸上至少有1个数据/cm2,因此,1∶100万国家尺度地球化学填图的采样格子的大小为10 km×10 km。 为了避免使用方里网作为采样单元格在图幅边界出现半个格子, 同时也为了使用GPS的方便、避免坐标系转换的不一致等, 考虑按经纬度划分采样格子。 采样密度为1件/100 km2[21], 采样点应尽可能均匀地分布在整个调查区域, 采样位置应该控制采样格子的最大面积[22]。 在山区和丘陵地带, 以水系沉积物为主, 采样位置应该最大限度地控制汇水域面积。 如果一个样品不能控制整个格子, 可以采集几个小汇水域的组合样。 在平原地区, 以土壤为采样介质, 采样位置在格子中间或者每个格子的最低处。 采集-10目(1.9 mm)粒级样品, 干燥过筛后质量大于1 000 g[21]。 所有样品均在河南省岩石矿物测试中心加工分析, 避免了不同实验室所造成的实验误差。 本次采用不同的测试分析方法分析了69种元素, 其中氟元素的方法为离子选择电极法(ISE), 检出限为50×10-6。

3 结果与讨论

本研究在老挝境内完成了约23万km2的国家尺度(1∶100万)地球化学填图,共采集样品1 905件,下面以氟元素为例,简要探讨老挝国家尺度地球化学调查氟元素的分布规律。

3.1 地球化学参数统计

老挝全境及各构造单元氟元素地球化学统计参数见表1,构造单元划分采用王宏等[14]的老挝及邻区构造单元划分及分带,划分为7个三级大地构造单元。

表1 老挝氟元素地球化学参数

老挝氟含量在(21～2 717)×10-6, 氟含量背景值(中位值)和平均值分别是271×10-6和302×10-6。 相比我国水系沉积物中F平均含量(484×10-6)和土壤环境背景值(中位值 450×10-6)明显偏低[23]。 就老挝境内不同构造单元中氟含量而言, 景洪-素可泰火山弧带氟含量在(110～590)×10-6, 氟含量背景值(中位值)和平均值分别是284×10-6和297×10-6, 与老挝全境氟含量基本相当, 但变化更加稳定; 思茅-彭世洛地块氟含量在(67～2 717)×10-6, 氟含量背景值和平均值分别是278×10-6和339×10-6; 奠边府-黎府缝合带氟含量在(110～533)×10-6, 氟含量背景值和平均值分别是335×10-6和319×10-6； 万象-昆嵩地块氟含量在(21～1 895)×10-6, 氟含量背景值和平均值分别为213×10-6和252×10-6； 色潘-三岐缝合带氟含量在(92～1 687)×10-6, 氟含量背景值和平均值分别为460×10-6和538×10-6, 是7个构造单元中氟含量平均值和中位值最高的, 分别是总体含量背景值和平均值的1.70倍和1.78倍, 说明该构造单元是氟的富集区, 同时因为面积较小, 所采集的样品也较少(22件), 导致其含量变化也是最小的; 长山地块氟含量在(73～2 301)×10-6, 氟含量背景值和平均值分别为296×10-6和319×10-6, 与老挝全境氟含量基本相当; 哀牢山-马江缝合带氟含量在(122～436)×10-6, 氟含量背景值和平均值分别为338×10-6和292×10-6。

老挝氟含量直方图和箱图(图2)显示，所采集样品的氟元素大致具对数正态分布特征, 氟含量在25%～75%分位数区间内较为集中, 局部可见温和异常值。

图2 老挝氟含量直方图和箱图Fig.2 Histogram and box diagram of fluorine contents in Laos

3.2 老挝氟元素地球化学空间分布特征

使用GeoExpl对原始数据进行网格化处理,网格单元间距Dx、Dy均为10 km,计算采用指数加权模型,其中数据搜索模式采用圆域搜索,半径为网格单元间距的2.5倍，即25 km。根据以上方法对数据进行网格化处理后在GeoExpl中以等值线图生成地球化学图和地球化学异常图。地球化学图的编制采用累积频率的分级方法按累积频率2.5%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%所对应的含量划分成18级,地球化学异常图的编制采用累积频率的分级方法,异常按累积频率85%、95%和99%划分外、中、内带。本次工作编制完成了69种元素的地球化学图和地球化学异常图,本文以氟元素为例(图3),为老挝的地方病调查与防治工作提供了基础的地球化学资料。

图3 老挝氟元素地球化学分布图Fig.3 Regional geochemical maps of fluorine in Laos

老挝氟元素分布不均,总体上表现为北部较高,南部相对较低的格局,其中:(1)从丰沙里一直延伸到川圹中部,此高背景区穿越多个三级构造单元,该地区发现有沉积变质型煤矿,该地区煤、粘土岩等岩石中的氟含量普遍较高;(2)北汕省东部,该地区发育有低温热液型金矿;(3)马哈赛的南部,其主要位于色潘-三岐缝合带和中生代盆地边缘区域,发育有多种低温热液型矿床;(4)沙拉湾至阿速坡,该地区已知有大型、中型铝土矿矿床各1处[24-25],天然铝土矿对氟元素具有强烈的吸附作用[26]。沙湾拿吉的中南部至巴色地区氟含量较低,该区位于万象-呵叻中新生代盆地中,主要分布为新生代沉积岩,老挝气候潮湿, 年降雨量大, 该地区位于河流的上游,沉积物粒度较粗,吸附能力较弱,使得氟元素大量向下游迁移[27]。

根据累积频率85%、 95%和99%划分外、 中、 内带编制的氟元素地球化学异常图圈定了8处氟地球化学异常, 其中5处异常面积达到了地球化学省(面积1 000～10 000 km2)的规模[28], 具体参数见表2。 F1异常位于丰沙里, 异常面积1 140 km2, 异常点数11, 并具有地球化学异常多层套合结构特征, 均值794×10-6, 中位值284×10-6, 小于异常下限, 标准差927, 异常排序4, 该区发育中生代沉积型盐类和煤炭矿产。 F2异常位于达岸-森因一带, 面积3 582 km2, 异常点数36, 但不具有地球化学异常多层套合结构特征, 均值552×10-6, 中位值538×10-6, 大于异常下限值(异常下限443×10-6),标准差279,与F1相比其内部氟元素分布较为均匀,异常排序2,区内主要岩性为二叠系下统海相沉积灰岩和粘土岩[16]。F6异常位于马哈赛南部,异常面积4 396 km2,异常点数39,具有地球化学异常多层套合结构特征,均值654×10-6,中位值644×10-6,其内部氟元素分布极为不均,异常排序1,该区位于色潘-三岐缝合带和中生代盆地边缘区域上,发育有多种低温热液型矿床[16-17]。

表2 老挝氟地球化学异常统计参数

4 结 论

(1)老挝国家尺度1∶100万地球化学填图,覆盖了老挝全境约23万km2,分析了69种元素,填补了老挝国家尺度地球化学填图的空白,为老挝基础地质、矿产开发、环境保护、农业生产等多个方面提供了基础地球化学保障。

(2)老挝氟含量背景值明显低于我国水系沉积物中氟含量和土壤环境背景值。就老挝境内不同构造单元中氟的含量而言,色潘-三岐缝合带>哀牢山-马江缝合带>奠边府-黎府缝合带>长山地块>景洪-素可泰火山弧>思茅-彭世洛地块>万象-昆嵩地块。

(3)老挝氟含量总体表现为北部较高,南部相对较低,圈定8处氟地球化学异常,其中面积达到地球化学省规模的有5处。