地球化学异常评价中的几个问题(精)

2005年第3期矿产与地质2005年6月MINERALRESOURCESANDGEOLOGY第19卷总第109期地球化学异常评价中的几个问题樊建强1,吴金凤2,吴晓峰1,花林宝2,颜自给31.江苏有色华东地勘局807队,江苏南京210041;2.江苏有色华东地勘局814队,江苏镇江212005;3.桂林矿产地质研究院,广西桂林541004摘要:地球化学异常评价的主要任务是区分矿致异常和非矿致异常以及就此提出远景预测区。文章就地球化学异常评价时对异常元素组合、规模、地球化学异常的分带性、元素的表生地球化学行为、异常所处的地球化学场以及异常所处的地质背景等地球化学特征进行探讨,旨在从诸多方面对地球化学异常进行评价,更加全面、客观、科学、真实地体现出异常存在的价值,以取得更理想的地质效果。关键词:地球化学勘探;异常评价;综述;地球化学特征中图分类号:P632文献标识码:A文章编号:1001-5663(200503-0306-041关于地球化学异常1.1地球化学异常的由来自20世纪30年代初前苏联首次开展岩石地球化学测量后,地球化学异常这个术语就出现了。1936年,..萨弗罗诺夫首先提出了矿床分散晕的概念。所谓矿床分散晕是指矿体周围或附近存在的与成矿作用有关的特征元素的高含量带。随着地球化学找矿实践的深入,人们发现,地球化学异常呈现出更为复杂的现象,例如:绝大多数元素的地球化学异常包围矿(化体,呈同心或偏心状,但也有少数元素如Hg、Ag等异常远离矿体呈离心现象;矿(化体和其它地质体(地层、构造、岩浆岩都能引起异常;地球化学异常可以表现为正异常,也可以表现为负异常等等。经过几十年的发展,就出现了比较合理的地球化学异常定义,地球化学异常即指地质体中地球化学指标与周围背景有着不同的现象。1.2异常下限的确定化探方法通常使用下式来确定异常下限:Ca=Co+nS式中Ca为异常下限,Co为背景值,S为均方差,n值一般取1～3之间。后来随着寻找隐伏矿体的需要,有人提出用趋势分析的趋势值表示背景的起伏,用剩余值反映异常的空间分布。大约在1966年产生了二维加权移动趋势分析法。最近有人用众数作背景,并选择占样品总数3%～5%的高含量样品作为异常样品,最终还要根据其是否客观反映工作区的矿体和矿化的分布特征而作适当修正。1.3地球化学异常评价的正确性地球化学异常评价的主要任务是区分矿致异常和非矿致异常以及就此提出远景预测区。成功的异常评价表现在以下两点:(1正确地肯定矿致异常的远景,达到预期的目的;(2及时对非矿致异常作出否定评价,节省勘探时间和资金。从这个角度上讲,异常评价的正确性尤为重要。2异常评价中的几个问题2.1异常元素组合、规模等几乎所有的异常评价都利用异常元素组合、规模等,这是从异常本身的特征出发对异常所作出的最直接的评价。不同的元素组合能反映不同的地质体特征,如Cr-Co-Ni等元素组合能反映一些超基性、基性岩体。对于矿致异常评价上不同的元素组合能反映不同的矿床类型,以金矿为例:卡林型金矿元素组合——Au、As、Hg、Ba、Ag;绿片岩型金矿元素组合——Au、Ag、Cu、Mo、Pb;变质碎屑岩型金矿元素组合——Au、Ag、As、Sb;收稿日期:2005-01-21作者简介:樊建强(1969-,男,江苏,桐城市人,工程师,主要从事地球化学勘查工作。沉积岩系金矿元素组合——Au、As、Sb、Hg;火山-次火山型金矿元素组合——Au、As、Ag、Mo。当然,这些都是金矿床的原生地球化学异常,如果是次生地球化学,异常即通过水系沉积物、岩屑、土壤等次生介质所反映的地球化学异常,还要考虑这些特征元素的表生地球化学特征,才能正确评价异常。异常规模主要是指异常的面积和强度。一般情况下,As、Sb、Hg等前缘晕元素的异常规模往往要大于主成矿元素,这一点在金矿上更为突出。在新疆东天山沙泉子地区某金矿上As、Sb、Hg的异常面积分别为8.9km、10.8km、9.1km,而Au的异常面积为3.3km2。同时As、Sb、Hg等这些元素表现出一定强度的异常,而Au元素出现异常较弱或为高背景,这反映了隐伏金矿床的异常特征。Cu异常与铜矿床(点的对应也是如此。也就是说,就次生异常而言,在某种情况下,主成矿元素的异常规模与矿床规模没有一定的正比关系。因为这涉及到矿体的剥蚀程度、矿床类型、元素的表生地球化学行为等。2.2地球化学异常的分带性大多数内生金属矿床具有原生的元素组分分带和浓度分带,这已被证实。那么,以土壤、水系沉积物、岩屑等为介质的次生地球化学异常是否具有分带现象呢?答案是肯定的。但次生地球化学异常分带更加复杂,它既取决于矿床(点自身的特定分带,也取决于元素的表生地球化学行为等。次生地球化学异常中元素的分带不仅表现为元素的组分及浓度在空间上规律性变化,而且还表现为元素之间的相关性在空间上的变化。一般而言,在矿体上方,往往是垂直分带序列中指示矿体深部的那些元素或是矿下晕的元素之间相关性差;反之,在矿体下方,则矿下晕的元素之间的相关性较好,而矿上晕的元素之间相关性很差。因此,在进行次生地球化学异常评价时,不仅要比较各元素的平均值及标准差,而且还要研究元素间的相关性。在新疆东天山沙泉子地区,当岩屑地球化学异常出现Au、Ag、As、Sb、Hg等多元素异常,且它们之间有明显的相关性时,显示金矿有一定埋深,找矿前景较好;当出现Au、Pb、Zn、As、Sb(Cu等元素的综合异常,且相关性较好时,金矿常近地表产出,找矿前景一般。因此,研究地球化学异常的分带性应是地球化学异常评价中的重要一环。2.3元素的表生地球化学行为222对异常的评价仅仅从异常本身的元素组合、规模等来评价是不够的。从理论上讲,地球化学异常的产生并不是孤立的,它的存在与元素的性质相关。在实验体系中,Li、Na、K、Rb、Cs同属于碱金属,化学性质相似,但在地球化学体系中,由于受原始丰度等的影响,它们的地球化学行为有很大的差别:Na、K为造岩元素,Li、Cs、Rb为稀有元素,Li、Cs只有在少数条件下才能形成独立矿物,而Rb在地壳中尚未发现有独立矿物。所以确切地说,地球化学异常与元素的地球化学性质有关,特别与土壤、水系沉积物、岩屑等介质的次生地球化学及元素的表生地球化学性质有很大的关系。前面讲到,火山-次火山岩型金矿元素组合以Au-Ag-As-Mo,但Mo元素对其所处的地球化学环境相当敏感,Mo元素在pH值6.2的酸性条件下,一般呈钼酸根[HMoO4]-形式存在。在有较多Fe离子存在时,[HMoO4]很容易被Fe(OH3吸附。当pH值6.2时,Mo转变为[MoO4]络阴离子,这种络阴离子在水中溶解度较大,活动性较大。所以,在碱性环境中,Mo出现贫化现象,不易形成异常。而在酸性条件下,易形成异常。因此,这种类型的金矿床在不同的表生环境下所表现出的元素组合并不相同。Cu元素在表生环境中的地球化学行为则是:在酸性条件下活动性大,而出现贫化现象,在中、碱性条件下活动性低,不易迁移,这在地球化学异常评价中要特别注意。在新疆东天山沙泉于地区一处铜矿点上,虽然矿体中w(Cu达到0.13%,但在地球化学普查中并没发现异常,这就是由于其所处的酸性环境造成的;同时该处却出现较强的Au异常,原因是:一方面主要由于矿体中含金较高,w(Au达3.4×10-6;另一方面,Au在酸性环境更趋于富集。在地球化学普查过程中经常会出现一些Pb-Zn组合的异常,Zn为亲基性元素,Pb是亲酸性元素,亲基性、表生条件下容易迁移的Zn与亲酸性、表生条件下不易迁移的Pb组合在一起,说明其地质背景极其复杂。研究这种复杂的地质背景对异常的评价、解释是极其有利的。许多地质学家、矿床学家总结出来的原生成矿模式无疑能指导我们找矿,但同时在地球化学普查中所发现的地球化学异常往往是一些次生异常。次生异常-3+-对原生异常既有继承性又有变异性。因此,如何把两者很好地结合起来,使成矿模式发挥更大的作用,研究元素的表生地球化学行为就很关键。2.4异常所处的地球化学场众所周知,以前对区域地球化学异常的评价着重于“高、大、全”异常,异常评价的依据是异常本身的特征,如异常强度、面积、组合等,通过对这些计算的评序值进行排序,虽然也考虑异常所处的地质背景,但却忽略了地球化学高背景、弱小异常、负异常等地球化学场的特殊地段。这种以异常评序值来评价异常的方法显然是弧立了异常,失去了其发生、发展和演化的地球化学背景,破坏了地球化学场的整体性、层次性,同时也损失了地球化学场中所隐含的大量信息。地质体系和地球化学体系分别是从宏观和微观上对地质作用及其产物进行研究的,地球化学场从微观角度在空间上反映了地质体的发生、发展和演化过程中元素的迁移、分散与聚集的痕迹,也是矿床赖以形成的地球化学环境、控矿因素的综合反映,是地球化学异常赖以存在的基础。地球化学场可分为地球化学异常场、高背景场、背景场、低背景场、负异常场。地球化学背景是地质作用发生、发展和演化过程中形成的某些元素和地球化学参数的地球化学场,它客观地反映了地质演化特点和各种地质作用的地球化学特点,而地球化学异常场是指一个或多个地球化学参数达到一定程度的贫化和富集的区段。所以结合地球化学评价异常更能全面地反映异常所处的地质、地球化学特征。金矿床或金矿田Au的地球化学场一般复杂多变,起伏较大,并与Ag、As、Hg等元素呈现一定的相关性。因为,形成较大型的矿床甚至矿田必须有相当大量的成矿元素参与迁移与富集,必须经过多次或多种地质作用逐渐富集才能浓集成矿。一般的金矿分布在区域高背景区或区域高背景向低背景的过渡区。前面提到的新疆东天山沙泉子地区某金矿就处在Au的地球化学高背景区。As、Sb一般为金矿的远程指示元素,但与超基性岩或富铁岩石有关的金矿往往处在As的背景区甚至低背景区。铜矿床则处于Cu的高背景区(图1,但在大多数的斑岩型铜矿床、火山岩型铜矿床主成矿元素Cu(Pb、Zn异常周围或一侧却出现As、B等负异常或低背景区。评价地球化学异常还必须与区域地球化学场、地球化学省结合起来。局部异常被区域异常所包裹,而区域异常又依次被更大规模的地球化学省所包裹。如果一个地区存在着这样的地球化学模式谱系,那么就有寻找大型、特大型矿床甚至矿田的可能性。图1新疆东天山沙泉子地区铜元素地球化学图Fig.1CoppergeochemicalmapofShaquanziareaofeastTianshanMountain,Xinjiang1.等值线(w(Cu/10-62.矿点2.5异常所处地质背景地球化学普查成果最终仍需转化为地质解释。一般情况下,地球化学异常与地质背景是存在着有机联系的。研究异常所处的地质环境是极其重要的。某些线性构造的交汇部位、环形构造与线性构造的交汇部位、韧性剪切带、岩体与围岩的内外接触带、滑脱构造、走滑断层、同生断裂等地段都是某些特定矿床赋存的有利部位。图2是新疆东天山沙泉子环形火山机构上的地球化学异常的分布特征。通过异常查证及电法测量,证明其具有良好的找矿前景。2.6其它地球化学特征另外,地球化学异常评价还必须重视异常所处区段的地层、岩体中成矿元素的含量、变异系数。众所周知,矿床形成的必要条件是要有大量的成矿物质来源,许多微量元素如Au、Ag、Cu、Pb、Zn等在地壳中的丰度较低,要形成具有工业意义的矿床并达到最低可采品位,必须经过多次地质过程的富集作用。表1是一些成矿元素的地壳克拉克值、最低可采品位及浓集系数(最低可采品位/克拉克值。从表可见,许多元素必须富集几十、几百、几千倍才能成矿,更何况地质体中这些元素并不是都能活化转移的。所以,对异常所处区段的地层、岩体中元素的含量,特别对呈活跃形式、易被活化转移的元素含量的研究就相当重要。上面提到的地球化学模式谱系就是依次由元素高含量的巨大的地球化学块体包裹所造成的。表1主要成矿元素的克拉克值等参数Table1Parametersofmajororeelements元素CuNiZnSnPbMoAgAu克拉克值(%0.020.0080.0050.0040.00160.00030.000010.