常量元素在森林景观区地球化学异常评价中的应用

【摘 要】本文通过对常量元素在森林景观区的研究,利用森林景观区1：20万水系沉积物分析数据,研究水系沉积物中成矿元素与常量元素的关系以及运用分区标准化等方法研究消除岩性背景影响的方法,并在对贵金属、有色金属矿床围岩蚀变矿物理论研究的基础上,分析矿床围岩蚀变常量元素变化规律.

【关 键 词】地球化学异常；水系沉积物；常量元素

目前,中国已完成了达650多万平方公里的1：20万化探扫面的工作,获得了大量的成果,经过前人不懈的努力与探索,证明化探方法是寻找有色、贵金属矿床最有效的工作方法.在森林景观区区域化探的工作已经进行多年,但所获得成果、所发现的矿床却寥寥无几,并遇到了很多困难,这与全国化探工作在其他景观区对比很不相称,究其原因是该区域由于植被非常发育、冬季漫长、温差大,致使元素的均一化能力相对较弱,很难产生“高、大、全”（指强度高、范围大、元素组合多）的异常,要在森林景观区化探方面取得找矿重大进展,必须很大程度上要实现化探技术方法的发展和改进.水系沉积物中所含金属有多种存在状态,包括原生矿物、次生矿物、铁锰化合物的共沉淀物、粘土或铁锰氧化物的吸附离子等.在分析水系沉积物样品中各种元素的全含量发现异常后,使用各种偏提取方法,测定其不同的存在状态,有助于对异常作更好的解释推断.

1水系沉积物地球化学测量

矿产资源勘查是按不同勘查阶段进行的,水系沉积物地球化学测量也相应地根据工作区面积和工作程度,分为区域地球化学勘查（战略踏勘性化探或区域化探）、地球化学普查和地球化学详查（详查化探）3种.区域地球化学勘查主要工作目的是迅速发现成矿远景区,各种大、中型矿床以及某些由岩浆岩、地层、构造和这些因素所引起地球化学异常,应用在矿产概查阶段.常用比例尺为1：100万、1：50万、1：25万和1：20万；地球化学普查主要工作目的是在区域化探阶段圈出的异常范围内,以及找矿远景区,进一步缩小靶区,查明成矿有利地段和有关的地球化学特征,应用在矿产普查阶段.常用比例尺为1：5万、1：2.5万；地球化学详查主要工作目的是在上述地球化学工作过程中发现的合理准确的地球化学异常内,在去除岩性、采样等一系列因素的影响后找到成矿远景区,通过地球化学的方法查明异常与矿体的空间关系,为之后的进一步地质工作打下坚实的基础,这过程一般应用在矿产额的详查阶段.常用比例尺为1：1万、1：5000.

2森林景观区水系沉积物常量元素成分的影响分析

通过大小兴安岭森林景观区的数据,进一步分析水系沉积物成分的影响因素,大小兴安岭森林景观区夏季温热短暂,冬季寒冷漫长.森林景观区风化类型以物理风化为主,化学风化相对较弱,这也使得风化产生大量的碎屑物质,森林景观区的水系沉积物可以很大程度上继承了源岩的特征,并且水系沉积物在空间上与源岩的距离一般相差不远.

2.1岩石风化作用对水系沉积物成分的影响

在岩石风化成土过程中,除少数元素姿之外,其它元素都会或高或低地出现“均一化”现象,即含量高的元素经过均一化作用会含量相对降低,含量低的元素经过均一化作用含量会相对升高.

该区内TFe、MnO、TiO2、Al2O3、P2O5、Ag、As、B等水系沉积物中的元素含量要高于区域岩石的元素含量,而MgO、Na2O、K2O、Cd等水系沉积物中的元素含量要低于于区域岩石的元素含量.而且去除TFe、MnO一些个别元素,其余的元素在岩石中的标准差会明显大于在水系沉积物中的标准差,由于标注差可以在一定程度上表示元素含量的分散富集程度,这就说明在岩石中元素含量要比在水系沉积物中的差别大,从而说明在该区出现了较明显的均一化作用.

2.2样品粒级对水系沉积物成分的影响

研究样品粒级对水系沉积物成分的影响,采用对比的研究方法.分别选取塔河地区与地理位置相邻的阿龙山地区的地球化学水系沉积物的数据作对比（其中塔河地区水系沉积物采样粒级为-60目,阿龙山地区水系沉积物采样粒级为-20目）,发现两地的水系沉积物的成分差别很大.在同一区域内,对比相同的水系沉积物的细粒级与粗粒级部分发现,相对较稳定的组分SiO2、K2O、K2O+Na2O含量在粗粒级中偏高,细粒级部分中偏高.

2.3样品有机质对水系沉积物成分的影响

在森林景观区内植被非常发育,长年累月下该区的有机质含量会很高,而我们在采样是会不可避免的在样品中混入一些有机质成分.而这些有机质会对之后的地球化学分析研究造成一定干扰,要想合理准确的去除这种影响,首先我们就要了解样品有机质对水系沉积物成分有什么样的影响.

通过X―荧光光谱分析方法分析有机质对水系沉积物成分的影响,因为这种方法谱线简单,干扰少,分析范围广,常量元素微量元素都可以测,并且对该区TFe、Al2O3、MgO、SiO2、CaO、K2O、V、Ti等元素或氧化物都将有很好的测试效果.结果表明,氧化物含量越高则受有机质影响越大,一般会使所分析结果偏低.有机质确实对水系沉积物成分有很大影响,并造成该区的氧化物含量的测量值明显低于真实值.

综上所述,影响水系沉积物化学成分的因素是多方面的.如何消除这些影响因素,从中提取地球化学异常是找矿的关键.

3地球化学异常圈定方法

运用地球化学的方法寻找矿产资源中最核心的问题就是要解决如何确定地球化学背景以及通过地球化学背景来圈定异常.在未受矿化影响区域（背景区）内天然物质中的元素含量叫做地球化学背景含量或地球化学背景.地球化学背景不是一个确定的含量值,而是一个含量范围,而且在一定区域内,地球化学背景会随岩性变化、采样介质、采样密度、景观条件等一系列因素的改变而改变,显然不同地区的地球化学背景各不相同,对应的背景上限也不相同,不宜采用统一的背景值.内风化类型以物理风化为主,化学风化较弱,所以森林景观区内岩性对地球化学背景确定的影响最为突出,如何通过多种方法多角度消除岩性对背景的影响是解决森林景观区找矿的核心,同时也是最关键的问题.3.1元素异常的圈定

3.1.1水系沉积物中的成矿元素和常量元素的关系

水系沉积物中常量元素由于其一般不能用于工业生产以及生活所需,所以过去人们对其重视程度不高.但随着地球化学学科不断发展以及人们对这一方面的认识的不断加深,人们推测水系沉积物中的常量元素和某些成矿元素可能存在某些关系.如果能建立这种关系,就可以通过研究常量元素的地球化学特性以及其含量特征来确定水系沉积物中成矿元素的特征.这一点,对于在森林景观区这种物理风化为主,岩性继承性较强的研究区可能有着非常重要的意义.

3.1.2氧化物回归法消除岩性对背景影响

由于森林景观区风化类型以物理风化为主,水系沉积物在很大程度上继承了原岩的特性和元素信息,所以水系沉积物中某些成矿元素与常量元素存在相关关系.通过氧化物回归法,可以在很大程度上的消除岩性对背景的影响,这为之后确定地球化学背景和圈定地球化学异常起到非常重要的作用.

3.1.3分类标准化法

分类标准化法消除地球化学背景中重要参数平均值与方差的影响,虽然工作量很大,但这样在很大程度上消除了不同岩性对背景的影响,使得原数据在正态条件下将各元素分布变为的同一分布.

3.2围岩蚀变圈定异常

围岩蚀变就是在各种热液成矿过程中,热液与围岩接触并发生发生各种各样化学反应进而产生的一系列物质成分和结构构造的改变.因围岩蚀变过程常与矿体伴生而且围岩蚀变的范围一般要比比矿体分布范围更大,通过这一特点可以寻找空间分布较深部的盲矿体,因而这也就成为一种非常常见并且重要的找矿标志.

一些围岩蚀变在矿体周围只有几厘米或几十厘米宽,有的围岩蚀变则在矿体周围形成达数米甚至数十米宽的晕圈,从这里可以看出围岩蚀变一般变化范围都很大.在热液与围岩接触的过程中,许多围岩蚀变产生晕圈呈现出矿物集合体的明显的分带现象,这也对我们寻找矿产资源,评价矿床潜在价值有着重要的意义.围岩蚀变可产生在元素沉淀的各个阶段,造成得围岩的结构、构造以及化学成分、成分等均遭受到不同程度的变化,甚至几乎全部改变.

3.2.1围岩蚀变中常量元素含量变化特点

热液作用过程中的围岩蚀变使得原位的围岩发生化学反应而改变了成分组成,相应的蚀变过程中常量元素含量也会发生与之对应的变化.典型的围岩蚀变有钾长石化、硅化、绿泥石化、云英岩化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化等.例如由于绢云母中主要含有K、Al元素,所以在绢云母化过程中,K2O和Al2O3含量也会随之增高；同样的在黄铁矿化过程中Fe2O3含量会随之增高,但SiO2和Al2O3的含量反而会在黄铁矿化过程中降低,这也表明黄铁矿化是个贫Si贫Al的过程.

3.2.2常量元素的变化对围岩蚀变的识别

分析出围岩蚀变中常量元素含量变化特点,之后不断总结归纳这些特点,我们就可以在已知常量元素的变化情况下反演出围岩蚀变的种类甚至程度.一般可将Al2O3异常视为与绢云母化有关,SiO2异常视为与硅化有关,K2O异常视为与钾化有关,Fe2O3异常视为与黄铁矿化有关.

3.2.3水系沉积物矿物含量计算

通过某种或某些常量元素含量的明显的升高或降低,一般情况我们可以大致判断出对应围岩蚀变类型,但如何较为确定围岩蚀变的程度呢?如果我们已知常见的7种常量元素对应的氧化物含量以及每种氧化物组成矿物的分子式,我们在前人方法的基础上总结后就可以计算出水系沉积物矿物的含量,这样所对应的围岩蚀变的类型和程度就是可知的了.

一般会选取Na2O、K2O、CaO、MgO、Al2O3、SiO2以及TFe（全铁）作为计算用的氧化物,因为这7种氧化物可以基本代表了矿物中氧化物的含量.而且这种方法可能涉及钠长石、钙长石、方解石、石英、铁锰胶体、钾长石、黑云母、蒙脱石、伊利石、高岭石等,当矿物分子式将为复杂时,一般从用其平均化学成分计算矿物.

利用相关软件可计算出所涉及矿物的含量,最终制成矿物含量矩阵,再利用这个矩阵采用分类标准化法绘制出矿物含量的等值线图,这样圈出矿物异常,也就是与之对应的围岩蚀变的异常图.

3.3综合异常的圈定

地球化学异常的形态、规模、大小是由诸多因素所共同决定的,比如矿体剥蚀程度、埋深、围岩蚀变程度等等,单一的某种因素不能决定异常的形态,同样如果我们只运用单一的方法来圈定地球化学异常,其结果必然也是不甚理想.所以我们必须从多角度多方面多种方法共同协作,相互辅助,相互验证,这样才能较为准确的寻找到理想的矿产资源.

我们运用异常各种方法找出各自的地球化学异常,进行综合分析,再通过SURFER软件编制地球化学综合异常图,通过这幅图件我们就可以直观清晰地寻找到我们所要找的异常区域.

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[责任编辑：王静]