不同景觀區(qū)地電化學找礦對比研究新

1、第4章 不同景觀區(qū)地電化學找礦對比研究前文已述及，不同景觀區(qū)的銅鎳礦地電化學異常有諸多相同之處，但是異常之間是否有差異？有哪些差異？而造成這種差異的原因有哪些？這將是下文要探討的問題，即從不同景觀區(qū)的景觀特征、地電化學統(tǒng)計特征以及每個研究區(qū)的地質、地球化學特征等三個方面分析。4.1 研究區(qū)景觀條件特征地球化學景觀區(qū)的劃分是人們對不同地區(qū)表生地球化學特征的總結和歸納，地電化學是在地表環(huán)境完成地電提取和電導率樣品的采集，而地表條件是氣候、自然地理(地貌、覆蓋層特征等)、生物、人類活動和地質諸因素的綜合，它影響著元素在地表的分布和遷移規(guī)律（文獻 ）。因此，要探討地電化學異常的差異，必須考慮的不同景觀

2、特征的重要因素。4.1.1 南陽礦區(qū)地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)，屬北亞熱帶季風型大陸氣候，四季分明，氣候溫和。年日照總時數(shù)平均為2187.8小時，年平均太陽總輻射量116.56千卡/平方厘米。年平均氣溫15.2，歷年月平均氣溫最低1.4，最高28.0。全年無霜期233天，0活動積溫5500，10活動積溫4939。年平均降水量910.11mm，49月降水689.2mm,占全年的75.7。研究區(qū)廣泛被第四系粘土、亞粘土、砂礫石、含礫砂質粘土等覆蓋，植被以農作物為主。4.1.2 紅旗嶺吉林紅旗嶺位于吉林省中南部,地處松遼平原向長白山過渡地帶,屬丘陵半山區(qū)。氣候為溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫4.2

3、0C；無霜期125-135天。年平均降雨量670mm,水資源豐富。礦區(qū)內地勢較為平整,植被茂盛,地表第四紀覆蓋物較厚,屬森林覆蓋區(qū)。4.1.3 金川位于甘肅省金昌市，屬大陸性高原季風氣候，多晴朗天氣，晝夜溫差較大。常有冬干、春旱和伏旱。年均氣溫7.4C，年均日照21297小時，無霜期184天。年均降水量120mm毫米，蒸發(fā)量1500毫米，河谷地帶氣候干燥。區(qū)內地形切割劇烈,溝谷縱橫,地勢陡峭,植被稀少,無地表徑流,屬戈壁區(qū)。區(qū)內僅在溝谷低洼處覆蓋較明顯,厚度約03m,大部分地區(qū)基巖裸露,地表僅見大量巖屑。植被以發(fā)育，耕地很少。4.1.4 拉水峽拉水峽銅鎳礦位于青海省化隆縣南部，屬溫帶大陸性氣候

4、, 年平均氣溫2.2，無霜期89天，年平均降水量470毫米，無霜期89天，境內冬季多風，干旱、冰雹自然災害頻繁。日溫差較大,十月份開始降雪,至下年三月為冰凍期,凍結層厚約1m。工作區(qū)北臨NW走向的拉脊山,南為ES流向的黃河,測區(qū)位于華隆盆地南部邊緣。水系發(fā)育,多呈南北向,發(fā)源于北邊的拉脊山,主要匯集于拉水峽、關臧溝、合群峽,然后向南流注入黃河,其它次級溝谷平時多為干溝,屬間歇性山間河流。綜上所訴，本次研究所選取的4個礦區(qū)，其景觀特征有很大的差異（表4-1）。表4-1 不同研究區(qū)景觀特征研究區(qū)景觀類型氣候帶年均氣溫年均雨量mm海拔高度m地形覆蓋類型/植被蓋層厚度河南周庵沖積平原北亞熱帶向暖溫帶過

5、渡15.291080-120盆地第四系粘土/農作物2050m吉林紅旗嶺低山丘陵溫帶4.26707001000低山第四系坡積物/森林0.55甘肅金川半干旱荒漠溫帶7.412015001800中低山第四系巖屑/幾乎無植被02m青海拉水峽高寒山區(qū)溫帶2.247028004400中高山凍土覆蓋/草甸04m可表中見，從周庵紅旗嶺金川拉水峽，隨著海拔高度從80m上升到4400m，地形亦從盆地過度到中高山。高寒山區(qū)的年均溫度最低，但從沖積平原區(qū)低山丘陵區(qū)高寒山區(qū)半干旱荒漠區(qū)，年均降雨量為910120 mm，呈明顯的減少趨勢。而且覆蓋植被從森林（農作物）過度到無植被覆蓋，覆蓋層厚度從502m，亦呈較明顯的變薄

6、。4.2 地球化學統(tǒng)計特征4.2.1 單元統(tǒng)計結果在統(tǒng)計求得背景總體中各元素的相關指標參數(shù)后，另外還對美個測區(qū)的地電提取各元素的算術平均值、標準差、變異系數(shù)以及異常襯度等參數(shù)進行統(tǒng)計。變異系數(shù)（CV）是一個無量綱的地球化學參數(shù)，是衡量原始數(shù)據平均含量分布的相對離散程度的量，且不受原始數(shù)據、含量單位、分布形式的局限，有利于不同元素之間的對比，也是評價元素在空間分布、遷移富集能力和富集成礦可能性的重要參數(shù)。一般來說，變異系數(shù)越大，元素的空間分布越不均勻、遷移富集能力越強、成礦的可能性也就越大。異常襯度也稱襯值，是指異常內元素平均含量與背景值之比。是異常清晰度的量度，所以也叫異常清晰度。指示元素因在

7、不同區(qū)域內背景平均值存在著明顯的差異，各個區(qū)域的樣品在分析方法上存在著系統(tǒng)的偏倚。所以，不能直接依據樣品的分析結果來對比不同區(qū)域內某一指示元素的異常強度。而異常襯度可以消除以上兩方面的影響，顯示異常相對于背景的起伏變化狀態(tài)。表4-2 不同景觀區(qū)地電提取元素含量統(tǒng)計結果礦區(qū)元素極小值（10-6）極大值（10-6）平均值（10-6）背景值（10-6）異常平均值（10-6）標準差變異系數(shù)異常襯度河南周庵aCu0.63016.664.122.308.064.491.09 3.50 Ni0.13022.183.281.078.594.601.40 8.03 Co0.1348.821.480.643.58

8、1.781.20 5.59 吉林紅旗嶺bCu10.50112.4036.2212.6955.5841.031.13 4.38 Ni8.90102.4035.4310.0752.5341.981.18 5.22 甘肅金川cCu3.280377.0037.6323.8873.3252.881.41 3.07 Ni0.49042.563.241.735.994.611.42 3.46 Co0.0070.4080.0450.0370.120.051.11 3.24 青海拉水峽dCu1.783240.2015.468.2728.9419.841.28 3.50 Ni0.500132.365.032.38

9、9.159.081.81 3.84 Co0.0050.5510.0580.0290.1080.0671.16 3.72 a 樣品204個, 由桂林礦產地質研究院測試完成, 2011；b 樣品54 個, 由桂林礦產地質研究院測試完成, 1997；c 樣品126個, 由桂林礦產地質研究院測試完成, 2005；d 樣品195個，由桂林礦產地質研究院測試完成, 2006；統(tǒng)計結果表明，不同景觀區(qū)的地電提取Cu、Ni、Co元素各統(tǒng)計指標均有較大差異：1）研究區(qū)內的Cu、Ni、Co三個元素的變異系數(shù)范圍處于1.09-1.81，變異系數(shù)均大于1，表明這些元素在各研究區(qū)的分布是極不均勻的。2）對比表中各元素的

10、平均值和背景值，所有元素的平均值都明顯的高于背景值，部分元素高數(shù)倍以上，這也表明本區(qū)發(fā)生了成礦元素的富集作用。3）不同景觀區(qū)各元素的平均含量有較大的差異，如金川礦區(qū)的Cu含量37.63×10-6，是周庵礦區(qū)Cu平均含量4.12×10-6的9倍之高，Ni的平均值亦從3.2835.43，變化較大。但是不同景觀區(qū)個元素的異常襯度的變化卻不大，Cu為3.074.38，Ni為3.468.03。這說明地電化學提取法在4個不同景觀區(qū)提取的金屬量相差很大,但反映元素異常的能力基本相同。4）從周庵紅旗嶺拉水峽金川，Cu、Ni、Co的異常襯度呈明顯的降低，從異常襯度能反映異常清晰度的角度來說，

11、從周庵礦區(qū)的找礦效果最佳，并向紅旗嶺礦區(qū)拉水峽礦區(qū)過渡，金川礦區(qū)的找礦效果最差。4.2.2 多元統(tǒng)計結果化探元素之間存在著各種聯(lián)系，比如某些元素物理化學性質相似，某些具有相同的成因。單個元素異常在反映這個元素在空間上的分布特征上可能不夠全面，通過聚類分析、因子分析等多元統(tǒng)計分析方法可以確定元素之間的聯(lián)系，確定多元素的組合特征更能反映出元素的分布特征。本次多元統(tǒng)計方法包括：相關分析，是處理變量與變量之間關系的一種統(tǒng)計方法；因子分析，是通過盡量少損失地質信息的前提下，將眾多的變量組合進行降維，并組合成新的變量“因子”，從而對地質現(xiàn)象進行說明的成礦分析方法。1）元素相關分析在相關分析中，通常利用兩個

12、變量之間的簡單相關系數(shù)和一個變量與多個變量之間的復相關系數(shù)來分析或測定這些變量之間的線性相關程度。本次研究對多個地電提取元素的相關分析見表3-203-23。表3-20 河南周俺鉑族-銅鎳礦區(qū)地電提取元素相關統(tǒng)計表CuNiCoPbZnAgCdTiVMnCu1Ni0.8461Co0.8110.9231Pb0.6660.7170.7961Zn0.8020.8450.8340.7381Ag0.5310.5910.5810.5700.6171Ti0.7590.8570.8960.8200.8590.6340.1741V0.6500.7330.7500.6810.7670.5460.2090.8691Mn

13、0.7320.8140.8980.8080.8240.6210.2040.9520.8521表3-21 金川2礦區(qū)地電提取元素相關統(tǒng)計表TiVMnCoNiCuZnAgPbTi1.000V0.1021.000Mn0.760-0.0191.000Co0.478-0.2260.5941.000Ni0.564-0.1050.6530.7831.000Cu-0.0420.143-0.017-0.016-0.0321.000Zn0.2880.0490.3720.1410.175-0.0071.000Ag0.1040.3040.105-0.0070.0640.1000.0841.000Pb0.282-0.1

14、220.5080.2400.2270.1230.3900.0741.000表3-22 拉水峽礦區(qū)地電提取元素相關統(tǒng)計表TiVMnCoNiCuZnAgPbTi1.000V0.2541.000Mn0.9380.2411.000Co0.8970.2650.9081.000Ni0.3980.1690.3810.6321.000Cu0.1690.0590.2140.2300.2371.000Zn0.5490.0520.5510.5510.2210.1381.000Ag0.013-0.1220.010-0.023-0.0250.0150.0651.000Pb0.2620.0840.2470.2620.14

15、20.1120.2230.1711.000從以上元素相關統(tǒng)計結果看，三個礦區(qū)Ni、Co的相關系數(shù)都大于0.632，呈明顯的正相關，而Cu與Co、Ni的相關性則有較大的差異。周庵礦區(qū)和拉水峽礦區(qū)的Cu與Co、Ni的相關系數(shù)分別大于0.811、0.230，即這兩個礦區(qū)的Cu和Co、Ni呈正相關。但是金川礦區(qū)Cu與Co、Ni的相關分別為-0.032,、-0.016，呈弱負相關，下文還將進一步解釋這一差異。由此可見，地電提取Co、Ni異常對尋找隱伏銅礦的指示意義不同。南陽礦區(qū)的Co、Ni可以作為本區(qū)尋找隱伏銅礦的直接指示元素，拉水峽的Co、Ni可以作為參考元素指示元素，而金川礦區(qū)的Co、Ni異常對找隱

16、伏銅礦的意義不大。2）因子分析因子分析的基本思想是根據相關性大小將變量分組，使得同組內的變量之間相關性最高，不同組的變量相關性較小。每組變量代表一個基本結構，用一個不可觀測的綜合變量表示，這個基本結構稱為公共因子。對于研究的問題就可用最少個數(shù)的不可觀測公共因子的線性函數(shù)來描述原來的變量。因子分析可以通過對地質觀測數(shù)據的分析來建立一個成因系統(tǒng)。它的作用主要表現(xiàn)為：通過因子分析可以用嘴簡潔的形式描述地質對象，即對觀測到的大量地質現(xiàn)象進行綜合歸納，以再現(xiàn)它們之間的內在聯(lián)系；對因子分析結果進行解釋可探索各種地質現(xiàn)象的成因聯(lián)系。例如在成礦作用中，因子可能具有礦化階段的含義。按特征值大于0.9，累計方差大

17、于80%為標準選取主因子，對測區(qū)內的地電提取分析數(shù)據進行正交因子計算，其結果見表3-243-26表3-24 周俺礦區(qū)R型因子分析正交因子載荷矩陣因子F1F2F3Ti0.9570.0960.074V0.8710.1930.013Mn0.9320.1420.118Cu0.838-0.0510.121Ni0.923-0.0400.053Co0.9360.0440.081Pb0.8340.1620.054Zn0.8970.0440.132Ag0.682-0.2440.245表3-25 金川礦區(qū)R型因子分析正交因子載荷矩陣因子F1F2F3F4Ti0.7430.2870.239-0.132V-0.104-

18、0.0410.8470.015Mn0.7840.4580.087-0.026Cu-0.0340.0330.1310.958Ni0.9110.028-0.0380.010Co0.8770.010-0.1980.066Pb0.2210.784-0.1260.246Zn0.0890.8240.113-0.138Ag0.0870.0580.7250.104表3-26 拉水峽礦區(qū)R型因子分析正交因子載荷矩陣因子F1F2F3F4Ti0.9250.0960.0650.171V0.1150.032-0.0230.916Mn0.9230.1320.0550.148Cu0.0480.9090.077-0.049N

19、i0.4340.549-0.0540.189Co0.9100.2660.0200.198Pb0.1970.0900.7350.280Zn0.739-0.0010.144-0.165Ag-0.014-0.0260.775-0.267周庵礦區(qū)F1因子各元素的載荷都大于0.682，代表了主要元素的富集演化過程。F2因子的載荷都不大，與成礦無關。金川礦區(qū)的F1因子Ni、Co、Mn、Ti的載荷大于0.743，其他元素的載荷均較小，而Cu的載荷為-0.034。F2和F3因子Cu、Ni、Co的載荷均不大，與 成礦關系不大。F4因子Cu的載荷達0.958，代表的富集成礦過程。拉水峽礦區(qū)F1因子由Ti、Mn、C

20、o、Zn組成，載荷均大于0.739，Cu、Ni則排在F2因子，載荷都大于0.549，F(xiàn)3、F4基本與Cu、Ni成礦無關。綜上分析可知，周庵礦區(qū)和拉水峽礦區(qū)的Cu、Ni、Co基本在同時期富集，而金川的Cu與Ni、Co不完全是同一期形成。前人研究表明（文獻）,可以推斷金川南延的Cu至少有兩種來源：1）與Ni密切相關的深部熔離、貫入型；2）與Ni無關的巖漿期后熱液交代型。這與相關分析和因子分析的結果是一致的，因此地電化學法在沖積平原區(qū)、低山丘陵區(qū)、干旱荒漠區(qū)及高寒山區(qū)都能客觀、正確反映元素的地球化學性質差異。4.3 銅鎳礦地電化學異常特征總結通過前文對地電化學異常曲線特征、不同研究區(qū)景觀特征以及地電

21、化學統(tǒng)計特征的分析，總結不同景觀區(qū)地電化學異常特征：1）4個不同景觀區(qū)的地電提取Cu、Ni、Co異常都較為同步，異常值的高低排列順序整體為CuNiCo或者CuNiCo，異常出現(xiàn)的寬度與礦體規(guī)模大小成正比。2）地電化學異常曲線對隱伏礦體的產狀有指示作用，與景觀條件無關。礦體產出較緩時，異常呈“跳躍式”或者“鋸齒狀”分布的多峰形態(tài)，異常整體能連成一片；礦體產出較陡的地電提取異常為多個異常點組成的“駝峰”或者“倒鐘”形態(tài)，在礦頭對應部位附近有異常峰，其它峰值則出現(xiàn)在礦體傾斜方向一側，而且礦體傾斜方向一側的異常梯度比兩一側緩。3）地電化學在4個不同景觀區(qū)反映元素異常的能力基本相同。不同景觀區(qū)各元素的背

22、景有較大的差異，異常襯度的變化卻不大。說明地電化學方法反映異常的能力與景觀條件、地球化學背景沒有關系，因而化學方法適用于不同的背景區(qū)和景觀區(qū)。4）相關分析和因子分析均表明，基于表生環(huán)境的地電化學法在不同景觀區(qū)都能客觀、正確反映元素的地球化學性質差異，其元素的統(tǒng)計分析結果對礦床地球化學的特征有參考意義。5）從沖積平原區(qū)低山丘陵區(qū)高寒山區(qū)半干旱荒漠區(qū)，年均降雨量明顯的減少，覆蓋層厚度明顯的變薄，地電化學找礦效果亦表現(xiàn)出由佳到次的特征。因此初步認為，沖積平原區(qū)的地電化學的找礦效果最佳，并向低山丘陵區(qū)、高寒山區(qū)過度，半干旱荒漠區(qū)最差。4.4銅鎳礦床成礦、成暈機制試驗4.4.1 銅鎳硫化物礦床成礦作用4

23、.4.2銅鎳礦電化學成暈機制試驗銅鎳礦床形成后，其礦石能否產生電化學溶解？其電化學溶解能力有多大？能否形成強的電化學異常？為解決這一系列成暈機制問題，在河南周庵礦區(qū)采集8塊銅鎳礦標本，在實驗室做了電化學溶解及成暈機制的模擬試驗。將一塊長12cm、寬8cm、厚6cm的銅鎳礦標本，放在10000mL的玻璃容器中，分別加入6000mL去離子水，采用碳棒作陰、陽極，通入9V、1.0A電流（圖2），當電流接通后，該裝置即為一個電解池，電流通過陽極從溶液進入標本A端，而從B端流出進入溶液，A端相當于電解池陰極，B端為陽極。銅鎳礦標本在人工電場的作用下，很快產生了電化學溶解，電解出的Cu2 +、Ni2 +、

24、Co2 +不斷進入溶液中，隨電解時間的加長，溶液中的Cu2 +、Ni2 +、Co2 +含量逐漸增加（表1），說明銅鎳礦確實產生了電化學溶解。表1 周庵礦床銅鎳礦標本的電化學溶解測試結果Tab.1 Testing data of electrochemical dissolution for copper-nickel ore samplesof Zhouan deposits測定元素Cu2 +Ni2 +Co2 +電解時間/h244872962448729624487296離子含量wB/10-60.080.120.180.220.060.100.120.180.050.080.110.15在模擬試驗中，清楚地觀察到銅鎳礦體產生電化學溶解的宏觀現(xiàn)象，當電解到48h，在標本的A端可明顯地看到生成的淺藍色絮狀沉淀物（Cu2 +、Ni2 +、Co2 +等），在標本的B端可明顯地看到生成的淺黃色沉淀物（S2-）。隨著電解時間的增長，銅鎳礦標本表面的氣泡增多，在標本A端的淺藍色絮狀沉淀物和標本B端的淺黃色沉淀物也越來越多。這一現(xiàn)象進