张荣国， 潘北斗

(中国冶金地质总局 第一地质勘查院 河北 燕郊 065201)

0 引言

土壤测量是地球化学探矿的经典方法之一，其核心是必须采集到能够反映下伏矿化信息的样品，才能取得良好的地质找矿效果。因此，土壤测量采样方法技术是取得工作成功的最关键一环。

内蒙古东部半干旱草原区土壤层厚度变化很大，成因类型复杂，有残积、残坡积、风积、冲洪积等众多成因和大量混合成因的土壤层，特别是远源古风成沙的存在，造成土壤层与下伏基岩的关系确定困难。要取得该区土壤地球化学测量的成功，对土壤样品采集方法技术的研究十分必要。

有鉴于此，选择处于半干旱草原景观核心区的东乌旗迪彦钦阿木钼银多金属矿区，开展了半干旱草原浅覆盖区土壤地球化学测量方法技术研究工作。

1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗额仁高比苏木。是内蒙古东部草原区的核心地带，植被很发育，为大面积天然草原牧场。年平均降雨量为317.44 mm，多集中在7月、8月，占全年降雨的60%。区内季风明显，最大风力8级以上[1]。

区内草场多生长在粒度很均匀的沙土层之上，形成略显黑色的腐殖层。其下大多地段都是数十厘米到数米的粒度很均匀的含粘土黄色沙土，根据前人研究，认为其成因主要为风成，即古风成沙[2]。

在迪彦钦阿木钼银多金属矿区内，第四系(Q)不同成因的砂砾、粉细砂和砂质粘土广泛分布于山间沟谷及洼地中。侏罗系上统查干诺尔组凝灰质角砾岩、安山岩、晶屑岩屑凝灰岩分布在矿区北部。奥陶系中统汉乌拉组(O2h)凝灰质砂岩、变质砂岩、粉砂质板岩、晶屑岩屑凝灰岩、熔岩角砾岩构成矿区地层主体，其中夹有结晶灰岩(h)和硅质岩(Si)透镜体。多金属矿体主要赋存在此地层中(图1)。

图1 内蒙古东乌旗迪彦钦阿木钼银多金属矿区地质图[3]Fig.1 Geological map of Diyanqinamu Molybdenum-Silver Polymetallic mine area in Dongwu banner, inner mongolia

矿区主要出现NE、NW、NNW、EW向张性断裂，其中充填着辉长玢岩脉(μ)和石英脉(q)。NW向断裂是矿区的主要控矿构造(图1)。

矿区具有两种类型的矿化：①以Mo为主，伴生有Pb、Zn；②以Pb-Zn-Ag为主，伴生有Cu、Mn。两类矿化均分布于奥陶系中统汉乌拉组粉砂质板岩中。矿体NW向展布，受NW向构造控制；矿化蚀变带呈NW和NE两种方向展布，往往成组出现。无论矿体还是矿化蚀变带，明显受多期次活动的叠加构造控制，特别是NW向构造，既是导矿构造又是容矿空间，具多期次活动的特点。矿化规模、蚀变强度与断裂活动期次具有一定的关联性[3]。

表1 内蒙古东乌旗迪彦钦阿木钼银多金属矿区氧化矿体地球化学特征

边界品位据参考文献[4]；邻区异常下限据参考文献[1]

图2 研究区不同地段土壤层位组成及采样点分布图Fig.2 Soil layer composition and sampling point distribution mapin different areas of the research Area(a)山脊和山坡上；(b)沟谷中

矿石矿物主要有自然银、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、硬锰矿、软锰矿等，其他金属矿物以黄铁矿为主，其次有毒砂、磁黄铁矿等。围岩蚀变以硅化为主，次为高岭土化、绿泥石化、褐铁矿化及黄铁矿残骸[3]。

不同类型氧化矿体的地球化学特征列于表1中。从表1可见，多金属矿体矿化元素为Ag、Pb、Zn、Cu、Mn，它们的含量都接近或超过了矿体边界品位的要求。矿体指示元素还有Mo、Sn、Co、Sb、W、Bi、As，这些元素的含量也都远远超过了邻区异常下限。钼矿(化)体矿化元素只有Mo；其他元素含量均距边界品位很远，仅构成了矿体指示元素。上述12种元素共同构成了矿区不同类型矿体的指示元素组合。

矿区土壤分布具有以下特点：土壤层厚度变化很大，山脊处常常出露基岩，缓坡上经常深达数米，沟谷中则深达10 m以上。不同地段的土壤成因类型不同，山脊及其附近以残坡积土壤为主，与下伏基岩具有成生联系(图2)；山坡上和沟谷中多数为复合成因，残坡积层之上为风积+残坡积层(山坡上，见图2DS4-DS8控制部位)或古风积成因沙土层(图2中部分地段含冲洪积物或钙积层)，全为远程运积而来，与下伏基岩没有成生联系；靠近基岩面附近为残积成因，为下伏基岩风化而成。

图3 土壤不同粒级元素分布图(DS剖面，样品数24个)Fig.3 Distribution maps of elements in different soil grades (DS profile, 24 samples)(a)主矿化元素；(b)矿化批元素

2 样品采集和分析

利用两个探槽对研究区不同地段土壤层的揭露，开展研究工作。在槽壁上分别采集土壤粒级和土壤不同层位研究样品。

土壤粒级研究在DS剖面(图2(a))上进行，样品采自基岩上方不同土壤层中，每个垂直剖面上，每层各采集1个样品，共采集土壤垂直剖面8条、样品24个；每个样品筛分为-4目(全样)、-4目～+20目、20目～40目、40目～80目、-80目5个子样，分别送分析。

层位研究样品按照土壤层位分别采集(图2(a))。在山坡上，每个垂直剖面每个层位采集一个样品，共采集剖面8条，计样品24个。在沟谷中，每个垂直剖面的腐殖层和残坡积层各采集一个样品，古风积层考虑到厚度较大(>10m)，上部和下部各采集一个样品，共采集剖面7条，样品28个(图2(b))。

样品由中国冶金地质总局一局测试中心测试。根据矿化体指示元素种类，样品选择测试Pb、Zn、Ag、Mo、Mn、Cu、Sn、Co、Sb、W、Bi、As等12个元素。

3 结果讨论

3.1 土壤不同粒级中元素分布特点

研究区土壤不同粒级中矿化指示元素分布特征示于图3中。从图3中可见，多金属矿体主矿化元素Pb、Zn和Mn的高值均出现在-4目～+20目粒级中，其他粒级中的含量都大幅度降低，特别是40目以下的三个粒级中，含量只剩三分之一左右。矿化指示元素Sb、As也有类似的表现。

主矿化元素Ag、Mo的高值依然出现在-4～+20目粒级中，但其他粒级中各元素含量降低的幅度明显减缓，尚有一半左右的含量。

矿化指示元素Bi、Sn、W、Cu、Co等亦有类似的表现(图3)。

出现上述现象的原因初步认为主要是研究区内广泛存在的现代和古代风成沙的影响。根据前人的研究，内蒙古东部的现代风成沙的粒度主要都集中在-20目～ +120目粒级中[5]，且其中Cu、Pb、Zn、Ag、Co、Mn的含量大大低于其地壳丰度(表2)。古风成沙的粒级全在-20目以下[2]。据此推论，-20目以下各粒级中元素含量不同程度的降低，是混入土壤中的现代和古代风成沙稀释了残坡积土壤中的元素含量而导致的。

表2 内蒙古东部草原区风成沙中元素含量Tab.2 Element Content in aeolian sand in eastern inner Mongolia grassland ×10-6

据文献资料[5-6]总结归纳上述讨论表明，研究区中开展土壤地球化学测量的最佳采样粒级为-4 目～ +20目。这样的粒级可以最大限度的消除风成沙的干扰，获得比较客观真实的地球化学规律，从而大大提高地质找矿效果。

3.2 不同层位中元素分布特点

研究区不同类型矿体上方土壤不同层位中，矿化指示元素分布特征示于图4、图5和表3中。

从图4中可见，以Pb-Zn矿化为主的多金属矿体上方土壤中，于矿体及其附近(图4中1号～3号垂直剖面)，从残坡积层(PbC，其他元素类推)到有风成沙混入的残坡积层(PbB，其他元素类推)，主矿化元素Pb、Zn和Mn以及矿化指示元素Co、Sb、As出现明显的降低，幅度达到50%左右进入腐殖层(PbA，其他元素类推)以后，这些元素含量进一步降低到只有残坡积层的1/5左右；矿化伴生元素Ag、Cu和矿化指示元素Bi也有类似表现(表3)。表明在风积+残坡积土的腐殖化过程中，发生了这些元素的进一步流失和现代风成沙大量的掺入。远离矿体的非矿地段(图4中4号～8号垂直剖面)，三个层位中各元素含量趋势一致，但差别程度大幅度缩小；表明风成沙的掺入对背景地段地球化学规律影响甚微。

图4 以Pb-Zn为主矿体上方土壤不同层位中主要矿化指示元素分布特征Fig.4 Distribution characteristics of major mineralization indicator elements in different strata of soil over Pb-Zn Ore body(a)Co元素分布特征;(b)Pb元素分布特征;(c)Zn元素分布特征;(d)Sb元素分布特征;(e)As元素分布特征;(f)Mn元素分布特征;(g)山脊和山坡上

Mo、W、Sn等3个元素在土壤不同层位中的分布差别很小(表3)。表明这3个元素对以Pb-Zn为主的矿体的指示作用有限，因此风成沙的混入对它们的含量水平没有明显的影响。

从图4中还可以发现，只有残坡积层中采集的样品(PbC，其他元素类推)的矿化指示元素Pb、Zn、Mn、As、Sb、Co异常对上坡方向的多金属矿体有明确的指示作用，沿坡向有规律的迁移和衰减。有风成沙掺入的风积+残坡积层的样品(PbB，其他元素类推)中的Pb、Zn、Mn、As、Sb、Co异常对上坡方向多金属矿体的指示作用大不如前，难有明确的指示。到了腐殖层采集的样品(PbA，其他元素类推)中，所有矿化指示元素异常均消失，对上坡方向存在的多金属矿体完全失去了指示作用。因此，研究区土壤地球化学测量的最佳采样层位是残坡积层。

土壤覆盖层厚度大于10 m的研究工作在DY探槽中进行(图2)，结果示于图5中。从中可见，在残积层(图5(a))中，于钼矿体分布地段(DY-2剖面)，钼矿化主要指示元素Mo、Pb、Zn、Sn的含量都是几千；进入古风成沙层下部(图5(b))以后，各元素含量骤降到几百，基本上降低了一个数量级；到古风成沙层上部(图5(c))各元素含量再次降低了一个数量级左右，与腐殖层(图5(d))基本上持平。表明古风成沙是研究区土壤地球化学测量的主要干扰因素。

表3 以Pb-Zn为主矿体上方土壤不同层位(-4目～+20目样品)中元素元素分布特征

从图5还可以发现，只有在残积层(图5(a))中，各元素异常对隐伏矿体的赋存部位有明确的指示。而且由于古地形比较平坦，异常侧向运移距离很小，运移的方向也和现代地表地形相反，向DY-1剖面方向运移。进入古风成沙层下部(图5(b))以后，Mo、Pb、Zn仍有弱的异常显示，可以勉强指示隐伏矿体的存在，但位置已经偏离矿体，移向DY-3的方向，表明这时的主风向已经和现代地形有了关联。Sn异常则已经消失。进入古风成沙层上部(图5(c))和腐殖层(图5(d))以后，所有元素异常全部消失。表明在古风成沙层存在的地段，必须穿过古风成沙层，采集残坡积层的土壤样品才能取得地质找矿效果，否则将一事无成。据此认为：以往草原区开展的常规土壤地球化学测量的成果需要重新评估和认识，才能避免漏矿的悲剧。

上述讨论表明，现代风成沙的混入可以造成与隐伏矿化有关的地球化学异常大幅度弱化，古风成沙层的存在甚至造成矿致异常的消失。因此，在与研究区景观类似的地区开展土壤地球化学测量时，必须采集残坡积层的样品，才能够比较客观地评价

图5 以Mo为主矿体上方土壤不同层位主要矿化指示元素分布特征图Fig.5 Distribution characteristics of main mineralization indicator elements in soils at different layers over Mo-Main ore body(a)残积层;(b)风积+残积层;(c)古风积层;(d)腐殖层;(e)沟谷中

测区的找矿前景。

4 结论

通过本次研究，得到的主要结论如下。

1)内蒙古东部半干旱草原区广泛存在的现代和古风成沙对土壤地球化学测量有明显干扰，大幅度降低了残坡积层中矿化指示元素的异常强度，大大提高了异常找矿前景评估出现失误的风险。特别是地形平坦地段存在厚度大于10 m的古风成沙层时，直接使矿化指示元素异常在近地表土壤中彻底消失，使土壤地球化学测量找矿工作功亏一篑。

2)草原区开展土壤地球化学测量的最佳采样粒级为-4 目～ +20目。这样的粒级可以最大限度的消除各类风成沙的干扰，获得比较客观真实的地球化学规律和明显地地质找矿效果。

3)从残(坡)积层到有风成沙混入的残(坡)积层，矿化指示元素Pb、Zn、Mn、Ag、Mo、Sb、As出现大幅度的降低；进入腐殖层以后，这些元素含量进一步降低到只有残(坡)积层的1/2～1/5左右，表明在风积+残坡积土的腐殖化过程中，发生了这些元素的进一步流失。在厚度大于10 m的古风成沙层上部及其上发育的腐殖层中，所有元素异常全部消失。表明各类风成沙的混入可以造成矿致地球化学异常的大幅度弱化甚至消失。因此，在草原区开展土壤地球化学测量时，必须采集残坡积层的样品，才能获得比较客观真实的地球化学规律，对测区的找矿前景才能作出比较客观的评价。

4)本次研究成果表明，在土壤厚度1 m～2 m的山脊、山坡地段，多数土壤以残坡积层为主，以往进行的常规土壤地球化学测量成果可以继续使用；在土壤厚度大于2 m，且有古风成沙层存在的地段，以往完成的常规土壤地球化学测量成果漏矿的风险极大，不可再用。因此，有必要对以往草原区开展的常规土壤地球化学测量的成果进行重新评估和认识，以避免漏矿的悲剧。