卡魯安偉晶巖鋰礦的地氣場特征及找礦意義

楊吉成,周四春,劉曉輝,胡 波

(成都理工大學 核技術與自動化工程學院， 四川 成都 610059)

隨著經濟的快速發展，電子產業、新能源汽車、化學工業、核聚變研究等對鋰的需求與日劇增(游清治， 2016)，促使人們加大對鋰礦資源的勘查和研究(胡波， 2012; Lietal. ， 2015; 陳陽等， 2016)。對于我國的主要鋰礦類型——偉晶巖鋰礦，由于其母巖偉晶巖的物性特征與花崗巖、片巖及片麻巖差異不明顯(王登紅等， 2017)，而且成礦規模一般都比較小，因此開展如重力、磁法、電法等常規物探方法一般不能達到理想效果。地球化學方法對勘查偉晶巖型鋰礦也有一定的局限性。探尋一種既能快速圈定異常又能直接獲取深部鋰礦信息，且快速、準確、有效的方法是十分有意義的。地氣測量技術在尋找隱伏礦床的應用中有很多成功的例子(周四春等, 2014; Yuanetal. ， 2014; Caoetal. ， 2015)，如廣東仁化某隱伏鈾礦、廣西大廠某隱伏鋅銅礦等。雖然應用地氣測量技術目前還不能準確獲得隱伏礦體的品位，但在尋找隱伏礦床的找礦應用中依然有著重要意義。將地氣法(Malmqvist and Kristansson， 1984; 唐楨等， 2011)引入偉晶巖型鋰礦勘查，有可能達到這一目的。為此，筆者在國家重點研發計劃與國家自然科學基金項目的支持下，以新疆卡魯安偉晶巖鋰礦勘查區為研究區，開展了國內外首例地氣測量探測隱伏偉晶巖鋰礦研究工作。

1 研究區地質概況

研究區位于新疆維吾爾自治區阿勒泰地區中部，屬中溫帶大陸性氣候，地形、地貌復雜多樣，地形總趨勢北高南低，由北而南依次分布有山地、丘陵、戈壁等多種地貌。

該區域巖漿活動強烈，主要由火山巖、沉積巖和花崗巖等組成。哈龍-阿祖拜偉晶巖礦田包圍在中阿爾泰哈龍-青河早古生代生成的巖漿弧之中(圖1)，地處哈龍河與阿祖拜河兩側。在哈龍背斜的傾沒端、東西向斷裂和南西向斷裂的復合地帶等構造中，都分布著大量的偉晶巖脈。花崗偉晶巖脈賦存于中上志留統庫魯木提群變質的片巖系中，礦區范圍內地層主要為中上志留統變質的片巖系，褶皺構造不明顯，但次一級構造裂隙十分發育，對礦區內偉晶巖的形成創造了很好的條件。研究區內先后發現了805、806、650、807等多條偉晶巖鋰礦脈，目前，仍有很好的找礦前景。

圖 1 卡魯安研究區地質簡圖(附地氣測量工程布置圖)(據郭旭吉等， 2015)Fig. 1 Geological sketch map of Kalu’an study area(with the arrangement of geogas survey)(after Guo Xuji et al.， 2015)

2 地氣測量原理與基本工作方法

2. 1 地氣測量原理

20世紀80年代末，童純菡教授將地氣測量技術引入國內。地球物理學家們早就注意到，地球內部在溫度差和壓力差作用下，普遍存在著一種垂直上升的氣流(童純菡等，1997)。童純菡等人通過實驗與找礦實踐證實了這種上升氣流作為載體，可以將成礦物質的納米微粒垂直攜帶到地表(汪明啟等， 2006)。地球內部垂直上升的氣流與氣流攜帶的成礦物質納米微粒宏觀上統稱為地氣場，采集并分析這些通過地氣流由地下深部遷移到地表的納米微粒，可以獲得來自地下深部地質體的元素含量信息，這就是地氣測量。不同測點地氣測量值都存在差異，這就是地氣測量異常；而地氣場異常是相對不同區域而言的，指的是研究區與附近區域或其它地方地氣測量整體出現差異。在分析地氣數據時常常會用到地氣異常，地氣異常是指某測點與其它測點地氣測量值不同，也指研究區與其它地方地氣測量整體值出現差異。由于地氣流是垂直向上遷移的，因此，當地下深部賦存有某種礦體時，進行地氣測量就可以在礦體的上方捕獲到成礦元素、伴(共)生元素的地氣異常。隱伏礦體地氣測量原理可參見圖2所示。

圖 2 隱伏礦體地氣測量原理圖Fig. 2 Geogas measurement principle map of concealed orebody

2.2 地氣基本工作方法

地氣測量基本工作由兩方面構成：采樣和樣品處理與分析。

本研究工作采用動態式地氣裝置采樣，其裝置見圖3所示。其中，捕集劑由BV-Ⅲ級的純硝酸和高純水配置的5%稀硝酸組成(柯丹等， 2016)，用量20 mL。采用動態地氣采樣裝置采集樣品時，先用鋼釬在測點周圍沿豎直方向打一個約70 cm的孔；拔出鋼釬后，迅速將采樣器插入孔中至采樣器圓錐處，并將與采樣器圓錐附近的土壤踩實；再連接好干燥器、捕集器及抽氣泵；最后打開抽氣泵進行抽氣。每個測點的抽氣時間定為30 min。

圖 3 動態式地氣裝置簡圖(據劉斌等, 2011)Fig. 3 Simplified diagram of dynamic geogas device(after Liu Bin et al.， 2011)

地氣樣品采集完成后將樣品送專業實驗室分析，從而提取出深部礦體信息。研究區采集的各測點的地氣樣品統一濃縮至5 mL，送至核工業北京地質研究院，采用電感耦合等離子體質譜儀，依據《水檢測方法——等離子體質譜法測定鋰等39個元素》標準，分析得出Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li等39種元素的含量信息。

3 野外工作部署

根據研究區的具體概況，依據新疆七〇六大隊在該地區所取得的物探、化探成果，按測線基本垂直偉晶巖鋰礦脈走向和構造線走向為原則，布設了兩條測線，分別記為L1線和L2 線(圖1)。兩條測線總共長6 605 m，其中L1測線長度為4 606 m，測點124個，方向為ES111°，橫穿已知813、814、807、650號等偉晶巖鋰礦脈。L2 測線長度為1 999 m，測點67個，方向為E90°，橫穿已知806、809號偉晶巖鋰礦脈。野外采用羅盤定向、GPS加測繩定距。

為保證覆蓋范圍和工作效率，在背景區域測點點距為40 m或80 m，在已知礦體周邊區域測點點距為20 m，在礦體上方及相鄰區域測點點距為10 m(在礦體平面投影位置兩邊100 m范圍內)。在樣品采集和運輸過程中，有部分樣品發生撒漏、污染等，對這種樣品事后通過檢查、去除，加之由于地形條件的復雜有不能獲取的地氣樣，最終獲取有效樣品177個。

4 可靠性檢驗

為了檢驗地氣測量工作的質量及自身的可靠性，對L2線12個測點進行了重復測量，即在基本測點周圍1 m的位置進行重復采樣，并對重復樣做同條件處理、分析，通過重復測量來考查地氣測量數據的可靠性。

以12個具有重復測量數據測點的Li、Cs為代表元素，逐一計算了重復測量含量相對于基本測量含量的相對偏差ΔS，具體結果詳見表1。

表 1 12個測點Li、Cs重復測量與基本測量相對偏差統計表ng/L
Table 1 12-point Li, Cs statistics of relative deviations between repeated measurement and basic measurement

樣品號 LiCs 基本測量 重復測量相對偏差基本測量 重復測量相對偏差L2-12601 275 1 321 1.77% 95 85 5.56%L2-12701 032 1 202 7.61% 61 55 5.17%L2-12801 584 1 432 5.05% 99 77 12.50%L2-1290 1 422 1 245 6.64% 134 93 18.06%L2-1300 1 284 1 103 7.58% 81 60 14.89%L2-1310 1 165 1 185 0.85% 116 84 16.00%L2-1320 1 305 1 241 2.51% 136 99 15.74%L2-1330 947 1 116 8.19% 80 72 5.26%L2-1340 1 880 1 582 8.61% 97 88 4.87%L2-1350 1 274 1 412 5.14% 151 97 21.77%L2-1360 1 211 1 099 4.85% 179 150 8.81%L2-1380 1 075 1 075 0.00% 66 101 20.96%平均相對偏差 4.90% 12.47%

從表1可見，對于Li元素，12個對比數據間的ΔS都小于10%，平均相對偏差為4.90%；而Cs元素，ΔSmax<22%，平均相對偏差為12.47%。其它元素也有相似的測試結果，這表明，本文研究工作獲取的地氣數據是可靠的。

5 地氣測量異常特征研究及找礦意義

L1、L2 兩條剖面共計177個有效測點，每個測點獲取了包括 Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li等39種元素的含量。經過分析篩選，選出了基本可以反映偉晶巖鋰礦地氣異常特征的6種元素(Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li)，L1、L2 兩條剖面各測點的元素含量分別見表2、表3，兩條剖面的地氣測量綜合剖面圖分別見圖4和圖5。

根據所得地氣測量綜合剖面圖對異常區域進行了進一步的劃分和分析。根據圖4和圖5，可以分別劃分出L1-Ⅰ、L1-Ⅱ、L1-Ⅲ和L2-Ⅰ、L2-Ⅱ、L2-Ⅲ共6個異常區。其中L1-Ⅰ、L1-Ⅱ、L2-Ⅰ、L2-Ⅲ為礦致異常區，L1-Ⅲ、L2-Ⅱ為未知異常區。由地氣測量技術原理可知，它是通過分析地下氣流所攜帶的致礦元素納米微粒，從而判斷地表下礦體的大致空間方位和規模。隨著礦體向地下延伸，地氣異常向著礦體延伸的方向越來越明顯，且礦體越深，地氣異常幅度越大；而在礦體延伸方向的反方向和礦體露頭區域無異常表現。下面就L1、L2測線的異常特征做一簡單分析和解釋。

對兩條測線L1-Ⅰ、L1-Ⅱ、L2-Ⅰ、L2-Ⅲ這4個礦致異常區，在偉晶巖鋰礦脈的傾斜方向一側，均能捕獲包含Li、Rb、Be、Cs、Nb、Y等多種元素的顯著地氣異常；對L1-Ⅲ而言，在無礦(化)偉晶巖上方，只有Rb元素的地氣異常顯著，Be不出現地氣異常；其它巖性上方，沒有顯著地氣異常表現。對未知異常區L2-Ⅱ(910～1 110 m)，地氣異常顯著，與礦致異常區地氣異常表現相似。由此，可推測該地區可能存在一條新的偉晶巖鋰礦脈，也可能是已知806號偉晶巖鋰礦脈延伸至該區域的結果。

卡魯安兩條研究剖面的地氣異常區與已知偉晶巖鋰礦脈都有很好的空間對應關系，表明地氣法對卡魯安偉晶巖鋰礦的尋找是有效的。通過對卡魯安含礦偉晶巖礦脈的地氣研究，再由未知地氣異常區尋找新的鋰礦脈，為尋找卡魯安偉晶巖鋰礦提供了理論參考和技術支持，也為尋找其它地區的偉晶巖鋰礦找到了新的思路。本次只研究了卡魯安地區偉晶巖鋰礦脈的地氣特征，下一步將研究其它地區的偉晶巖鋰礦脈的地氣異常特征，從而得出一套尋找偉晶巖鋰礦的完整方法。

雖然地氣法解決了常規物、化探方法對尋找隱伏鋰礦效果不佳的問題，但是，它自身也有局限性：第一，由于布設測線要基本垂直偉晶巖鋰礦脈走向和構造線，遇到崎嶇的地方不能采集到地氣，會造成數據缺失；第二，會受到環境和天氣的影響，風沙環境容易造成對樣品的污染；第三，部分地區有些采樣點很難打孔或是孔深不夠，會造成數據的缺失和不準確。

表 2 L1 線地氣測試分析部分元素含量ng/L
Table 2 Analyses of some elements in L1 line geogas test

樣品號 Li Nb Cs Be Rb Y 樣品號Li Nb Cs Be RbYL1-16001 34819.91590.00973 135L1-17201 3367.0 173 1.98 1 254 137L1-18401 32414.11873.961 535139L1-19601 67718.318319.40 1 440 310L1-20401 42215.92001.781 095231L1-20801 71134.823919.90 1 529 181L1-21201 74747.228220.801 391434L1-21401 58441.916313.20 1 271 522 L1-21601 10412.91235.59 61789 L1-2180 9699.4 49 1.94 391100L1-22001 99327.31512.59 988141L1-22202 70539.233814.10 1 710 170L1-22401 42115.019016.80 1 214282 L1-22601 14612.1 89 3.28 664 206L1-22801 85427.129541.002 421365 L1-23001 39917.9177 6.51 1 19087L1-23201 20113.31149.96 795 81L1-23301 118 9.5 69 4.16 69467L1-23401 46229.426216.301 183128L1-23501 83122.2344 17.10 1 702 103L1-23602 44241.034535.902 428702L1-23701 14310.6 86 7.75 520248L1-23801 1766.9 1405.56 670110 L1-2390 2 10330.717221.40 1 139 147L1-24001 37716.91188.38 732134 L1-2410 1 31816.812310.70 788396L1-24201 40524.813813.90968516 L1-2430 1 1599.4 77 7.22 1 234 100 L1-24401 57618.11746.681 203172 L1-2450 1 61017.910312.10 798118L1-24601 14313.01467.14 735112 L1-2470 1 28316.81984.49 1 100115L1-24801 29618.31187.34 730198 L1-2490 1 19316.71029.37 650 537L1-25001 85619.117718.301 261567 L1-2510 2 99536.224015.502 008 109L1-25201 34021.21064.2387882L1-2530 1 38131.2 1359.57 850 91L1-25401 42141.116314.90822101 L1-2560 1 91933.8 25726.101 245 120L1-25801 62327.617317.40956898 L1-2600 1 32721.3 89 8.60 667 1 675L1-26201 53811.213515.90832813L1-2640 1 42414.3 13615.00805 125L1-26601 05314.575 5.34802116L1-2680 1 66122.0 2148.401 167 908L1-27001 02010.0677.42 521103L1-2720 2 10325.4 97 6.96945 162L1-27401 15614.4849.80 554458L1-2760 2 47724.7 35919.802 939 285L1-27802 12237.914326.501 4932 429 L1-2800 1 40024.8 73 5.90606 437 L1-28201 40739.01018.60 693300L1-2840 1 41453.1 12811.30780 163L1-28601 65635.1 9914.70757132L1-2880 1 89717.1 7118.10733 101L1-29001 38927.5 8716.401 5481 433 L1-2920 1 34921.4 998.371 023 192L1-29401 63019.4 6913.10700136 L1-2960 1 23411.9 6812.90738 130 L1-29802 31721.8 10110.50874129 L1-3000 1 80419.7171 11.802 297 203L1-30201 65615.5 5610.601 224122 L1-3040 1 11310.4 12313.601 150145L1-30601 56014.7 8017.70562230 L1-3080 3 02828.3 27541.402 250518L1-31002 32725.822331.101 798338 L1-3180 1 62523.2 17120.801 346 158L1-32001 61233.022623.501 139457 L1-3220 1 098 19.410114.50 590115L1-3240953 8.4 669.73 354 45L1-3250 1 162 16.8155 7.14 1 817147L1-32601 36313.5835.30 967 119 L1-3270 1 371 20.3959.85 571 87L1-32801 56912.6 6410.70645319 L1-3300 1 511 16.48613.90809 389L1-33201 61120.4 769.15926 91L1-3340 1 461 16.9695.85 677 81L1-33601 32013.3 622.54428 71L1-3400 1 631 15.795 13.00891125L1-34401 2519.9 10212.90 55172 L1-3480 1 119 11.47210.40 535155L1-35201 4698.0855.28 896143 L1-3560 1 890 22.499 6.69827396L1-36402 31722.09312.20 958220 L1-3720 1 414 16.71087.27633110L1-38002 02827.110112.20 84874 L1-3920 1 720 10.576 11.10 781975L1-40401 56632.910213.90 907205 L1-4200 1 412 10.79021.40762239 L1-43601 3839.712115.00 928 110 L1-4480 1 172 14.773 12.7070779L1-46001 66423.013110.901 5191 591L1-4760 1 610 22.5122 15.401 130910 L1-49201 55622.011219.80 741 229 L1-5080 1 341 19.5171 20.801 0341 500L1-52401 23313.011710.301 005 142 L1-5400 1 180 14.5126 16.10986156L1-55601 15314.517314.001 201 642 L1-5720 1 126 17.680 16.30605121L1-5760 7358.54117.70 335 73 L1-58001 790 16.4118 9.209071 571L1-58401 74024.016816.30 1 1713 566 L1-5880 1 472 15.5100 1.10834135L1-59201 77820.113815.70 829 2 285L1-6000 1 896 26.1235 15.101 323266L1-60801 42213.310813.30 691 111 L1-6200 1 366 14.2106 7.34 711833L1-6320919 9.06511.50 551 359 L1-6440 1 521 23.0162 17.301 341366L1-65001 22024.4116 18.001 5521 761

表 3 L2 線地氣測試部分元素含量ng/L
Table 3 Analyses of some elements in L2 line geogas test

樣品號Li Nb Cs Be Rb Y 樣品號Li Nb Cs Be RbYL2-00002 29734.212530.90158269L2-00802 67020.1 8218.10 651 148 L2-01601 92312.04315.70 725 218 L2-02402 21313.6 57 6.56 637 232L2-02602 13714.578 1.29666 108 L2-0280 2 03012.7 61 10.70491 301L2-03002 50224.3101<0.01 1 506 200 L2-03202 21721.658 17.60 1 172 984L2-03402 01811.850 5.81360 69L2-03601 84810.139 10.26329 60L2-03801 6778.4 2814.70 297 51 L2-04002 01814.880 25.90 575 144L2-05202 1574.5 70 2.07 510 118 L2-06002 47716.967 9.46 654 122 L2-06802 27715.711720.30 995 204 L2-07602 25318.1111 14.92 864 600L2-08002 22920.4105 9.54733 415 L2-08401 63515.461 3.60505 118 L2-08801 2804.9 42 1.24365 86L2-09001 57511.9 76 11.30793 204L2-09201 60015.367 25.30 633 318 L2-09402 42213.5 94 12.40664 142L2-0960127512.388 18.00 483 99L2-09801 47315.7 1249.83 1 909 120L2-10001 67019.1159 1.653 335140 L2-10205 69916.2 30233.30 807 371L2-10402 80818.459119.803 0162315L2-10602 28315.9 29314.302 242 344L2-10806 63435.746435.903 059 464L2-11001 51017.2 35013.80914 93L2-11207 79421.8194 7.712 0202 353 L2-11402 03018.3 9516.40 855 105L2-11601 11111.083 11.20622 73 L2-11801 69817.3 82 24.20 600 118L2-11901 74012.2151 9.60 852 146L2-1200101312.0 98 3.21 661 79L2-12102 34118.6107 33.60838 929L2-12201 29713.3124 35.302 935 187L2-12301 34014.1119 23.90815 84 L2-12401 22211.0130 28.10 576 68L2-12501 37713.6102 16.90752 136L2-12601 27515.0 95 12.501 186 145L2-1270 1 032 17.0 61 30.201 048 57 L2-1280 1 58417.7 99 27.90576 83L2-1290 1 422 21.6134 18.501 741 151L2-1300 1 28418.7 81 7.40 751 152L2-1310 1 165 7.7 116 11.90 888 125L2-1320 1 30512.2 136 20.701 2282 353L2-1330 947 16.080 18.60 529 117L2-1340 1 88012.6 97 35.901 580106L2-1350 1 274 13.7151 18.402 802 108L2-1360 1 21110.8 179 13.902 75075L2-1380 1 075 9.0 66 8.08 407 73 L2-1400 1 10615.6 73 10.60490 271L2-1440 1 312 38.616210.80 799 539L2-1480 1 42524.3 22624.002 665109L2-1500 1 212 8.1 92 6.94 5012 260L2-1520 1 156 8.2 30 7.38 274 42L2-1540 2 009 19.351 27.30 661 60 L2-1560869 8.8 67 28.20 631 68L2-1600 1 048 22.659 24.30 466 397L2-1640 1 445 14.8 74 29.50 559 63L2-1680 1 210 12.346 21.30 518 455L2-1760 1 098 11.2 103 14.50 384 97L2-1880 1 083 11.1 80 11.10434 251 L2-2000 1 068 10.9 57 7.49 484 206

6 結論

通過對新疆卡魯安偉晶巖鋰礦地氣的研究，得出以下幾點結論：

(1) 在礦致異常區上方都有較高的Li地氣異常表現，并伴生一批與Li相關性好的異常地氣元素，說明地氣測量對研究新疆卡魯安偉晶巖鋰礦是有效的。

(2) 由地氣測量數據發現，Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li這6種元素的含量與礦體之間有很好的空間關聯，地氣異常區往往出現在偉晶巖礦脈傾斜方向。在無礦(化)偉晶巖上方，只有Rb元素的地氣異常幅度顯著，Be不出現地氣異常；其它巖性上方，沒有顯著地氣異常。因此，可將Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li這6種元素作為尋找偉晶巖鋰礦的指示元素。

(3) 根據偉晶巖鋰礦脈區、無礦(化)偉晶巖脈區和其它巖性區不同的地氣異常特點，推斷L2測線的未知異常區L2-Ⅱ(910～1 110 m)具有很好的找礦前景。

(4) 卡魯安礦偉晶巖礦脈的地氣研究為尋找卡魯安偉晶巖鋰礦提供了理論參考和技術支持，具有重要的現實意義，同時也為尋找其它地區的偉晶巖鋰礦找到了新的思路。

圖 4 新疆卡魯安鋰礦L1線地氣測量Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li綜合剖面Fig.4 Y, Rb, Be, Cs, Nb, Li composite profile of geogas survey along L1 line in Kalu’an， Xinjiang

圖 5 新疆卡魯安鋰礦L2線地氣測量Y、Rb、Be、Cs、Nb、Li綜合剖面Fig. 5 Y, Rb, Be, Cs, Nb, Li composite profile of geogas survey along L2 line in Kalu’an， Xinjiang