老撾國家尺度地球化學填圖進展
——以氟元素為例

王 瑋,王學求,張必敏,聶蘭仕,劉漢糧,劉東盛,韓志軒,遲清華,徐善法,周 建

(1.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所,自然資源部地球化學探測重點實驗室,河北 廊坊 065000;2.聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際研究中心,河北 廊坊 065000)

自20世紀70年代Webb等[1-2]出版了《北愛爾蘭地球化學圖冊》和《英格蘭威爾士地球化學圖冊》以來的40多年間, 全球國家尺度(區域尺度)地球化學填圖計劃已完成50余項[3]。 近年來, 各國科學家在樣品采集與分析、 數據處理、 模型建設、 填圖尺度等不同的地球化學填圖領域開展了大量的科學研究工作, 為地球化學的學科發展作出了巨大的貢獻[4-10]。 我國在地球化學填圖領域在世界上具有領先優勢[11]。 2016年5月12日, 聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際研究中心在河北廊坊正式成立, 同時啟動了“化學地球”國際大科學計劃。該計劃是基于中國政府與聯合國教科文組織簽署的協定,旨在通過建立全球地球化學基準網和觀測網,開展“一帶一路”地球化學填圖,服務于全球自然資源與環境可持續發展,對全球礦產資源評價、重金屬污染和放射性注入量監測、水土質量變化、全球碳排放等,以及重要礦產資源發現發揮支撐作用。通過與老撾開展低密度(1∶100萬國家尺度)地球化學合作填圖工作,提高了東南亞國家地球化學填圖水平,進一步鞏固了我國在地球化學填圖領域的領先地位,并為制定熱帶雨林景觀條件下的地球化學填圖技術標準和UNESCO全球尺度地球化學國際研究中心建設提供了支持。本次工作在老撾開展國家尺度 1∶100萬地球化學填圖,基本覆蓋老撾全境約23萬km2,分析了69種元素,填補了老撾國家尺度地球化學填圖的空白,并為老撾基礎地質、礦產開發、環境保護、農業生產等多個方面提供了基礎地球化學保障。

F元素與人體健康密切相關,成年人身體中,氟含量平均為2.57 g,其中96%存在于骨骼和牙齒中,是預防齲齒的必需元素,但當人體內F含量過高時, 會造成氟骨病和氟斑牙等地方病[12]。 因此, 研究區域F含量, 對該地區地方病的預防有重要的指導意義。

1 區域地質概況

老撾地處中南半島中北部, 其境內80%的地區為山地和高原, 其余為盆地和平原。 屬熱帶和亞熱帶季風氣候, 植被極為發育, 現代風化堆積作用強烈, 基巖出露較少,加之交通不便,地質調查程度很低[13]。

老撾出露地層主要為古生界, 其次為中生界和新生界。 古生界主要分布在北部和東部地區。 寒武系只在與越南相鄰的南瑪山谷中有少量出露, 其巖石組合為淺變質的灰巖、 頁巖、 砂巖和礫巖; 奧陶系、 志留系和泥盆系主要出露在豐沙彎和川壙地區, 其巖性主要為海相灰巖、 砂巖和泥質巖石;石炭系—二疊系分布最廣, 主要為海相灰巖、 砂巖和泥質巖石。 中生界主要為出露在桑怒地區的中、 上三疊統海相灰巖、 砂巖和粉砂巖等, 其次在南部北通河谷中有侏羅系海相沉積發育。 晚三疊世, 大部分地區褶皺隆起成山地, 出現了晚三疊世—白堊紀海陸交互相砂巖、 礫巖沉積, 晚白堊形成了大量紅色泥質粉砂巖和細砂巖, 并有蒸發巖系出現。 新生界缺失古近系, 新近系在北部山間谷地發育, 主要為砂巖、 泥質巖石和少量泥灰巖, 并有褐煤層出現; 第四系在溝谷中廣泛分布, 主要為砂礫層,也有粉砂質、黃土和灰分[13-17]。

圖1 老撾區域構造簡圖(據王宏等[14]修改)Fig.1 Simplified geological map of structural units of Laos

區域構造上, 老撾隸屬于印支陸塊區, 是由眾多小塊體及其間拼接帶組成的結構復雜的統一陸塊。 在地史演化進程中, 不同地質歷史階段具有不同的大地構造演化特征, 自西向東劃分為7個三級大地構造單元: 景洪-素可泰火山弧帶、 思茅-彭世洛地塊、 奠邊府-黎府縫合帶、 萬象-昆嵩地塊、 色潘-三岐縫合帶、 長山地塊、 哀牢山-馬江縫合帶。 區內多期次的巖漿重合疊加、 成帶、 成片展布構成了巖漿巖帶, 巖漿巖帶多分布在俯沖帶、 碰撞帶等板塊構造活動強烈的部位, 形成了具有大地構造意義的構造巖漿巖帶, 這些構造巖漿帶與該地區礦產資源的形成關系密切[14-20]。

2 研究方法

地球化學圖編制的最基本原則是要求在圖紙上至少有1個數據/cm2,因此,1∶100萬國家尺度地球化學填圖的采樣格子的大小為10 km×10 km。 為了避免使用方里網作為采樣單元格在圖幅邊界出現半個格子, 同時也為了使用GPS的方便、避免坐標系轉換的不一致等, 考慮按經緯度劃分采樣格子。 采樣密度為1件/100 km2[21], 采樣點應盡可能均勻地分布在整個調查區域, 采樣位置應該控制采樣格子的最大面積[22]。 在山區和丘陵地帶, 以水系沉積物為主, 采樣位置應該最大限度地控制匯水域面積。 如果一個樣品不能控制整個格子, 可以采集幾個小匯水域的組合樣。 在平原地區, 以土壤為采樣介質, 采樣位置在格子中間或者每個格子的最低處。 采集-10目(1.9 mm)粒級樣品, 干燥過篩后質量大于1 000 g[21]。 所有樣品均在河南省巖石礦物測試中心加工分析, 避免了不同實驗室所造成的實驗誤差。 本次采用不同的測試分析方法分析了69種元素, 其中氟元素的方法為離子選擇電極法(ISE), 檢出限為50×10-6。

3 結果與討論

本研究在老撾境內完成了約23萬km2的國家尺度(1∶100萬)地球化學填圖,共采集樣品1 905件,下面以氟元素為例,簡要探討老撾國家尺度地球化學調查氟元素的分布規律。

3.1 地球化學參數統計

老撾全境及各構造單元氟元素地球化學統計參數見表1,構造單元劃分采用王宏等[14]的老撾及鄰區構造單元劃分及分帶,劃分為7個三級大地構造單元。

表1 老撾氟元素地球化學參數

老撾氟含量在(21～2 717)×10-6, 氟含量背景值(中位值)和平均值分別是271×10-6和302×10-6。 相比我國水系沉積物中F平均含量(484×10-6)和土壤環境背景值(中位值 450×10-6)明顯偏低[23]。 就老撾境內不同構造單元中氟含量而言, 景洪-素可泰火山弧帶氟含量在(110～590)×10-6, 氟含量背景值(中位值)和平均值分別是284×10-6和297×10-6, 與老撾全境氟含量基本相當, 但變化更加穩定; 思茅-彭世洛地塊氟含量在(67～2 717)×10-6, 氟含量背景值和平均值分別是278×10-6和339×10-6; 奠邊府-黎府縫合帶氟含量在(110～533)×10-6, 氟含量背景值和平均值分別是335×10-6和319×10-6； 萬象-昆嵩地塊氟含量在(21～1 895)×10-6, 氟含量背景值和平均值分別為213×10-6和252×10-6； 色潘-三岐縫合帶氟含量在(92～1 687)×10-6, 氟含量背景值和平均值分別為460×10-6和538×10-6, 是7個構造單元中氟含量平均值和中位值最高的, 分別是總體含量背景值和平均值的1.70倍和1.78倍, 說明該構造單元是氟的富集區, 同時因為面積較小, 所采集的樣品也較少(22件), 導致其含量變化也是最小的; 長山地塊氟含量在(73～2 301)×10-6, 氟含量背景值和平均值分別為296×10-6和319×10-6, 與老撾全境氟含量基本相當; 哀牢山-馬江縫合帶氟含量在(122～436)×10-6, 氟含量背景值和平均值分別為338×10-6和292×10-6。

老撾氟含量直方圖和箱圖(圖2)顯示，所采集樣品的氟元素大致具對數正態分布特征, 氟含量在25%～75%分位數區間內較為集中, 局部可見溫和異常值。

圖2 老撾氟含量直方圖和箱圖Fig.2 Histogram and box diagram of fluorine contents in Laos

3.2 老撾氟元素地球化學空間分布特征

使用GeoExpl對原始數據進行網格化處理,網格單元間距Dx、Dy均為10 km,計算采用指數加權模型,其中數據搜索模式采用圓域搜索,半徑為網格單元間距的2.5倍，即25 km。根據以上方法對數據進行網格化處理后在GeoExpl中以等值線圖生成地球化學圖和地球化學異常圖。地球化學圖的編制采用累積頻率的分級方法按累積頻率2.5%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%所對應的含量劃分成18級,地球化學異常圖的編制采用累積頻率的分級方法,異常按累積頻率85%、95%和99%劃分外、中、內帶。本次工作編制完成了69種元素的地球化學圖和地球化學異常圖,本文以氟元素為例(圖3),為老撾的地方病調查與防治工作提供了基礎的地球化學資料。

圖3 老撾氟元素地球化學分布圖Fig.3 Regional geochemical maps of fluorine in Laos

老撾氟元素分布不均,總體上表現為北部較高,南部相對較低的格局,其中:(1)從豐沙里一直延伸到川壙中部,此高背景區穿越多個三級構造單元,該地區發現有沉積變質型煤礦,該地區煤、粘土巖等巖石中的氟含量普遍較高;(2)北汕省東部,該地區發育有低溫熱液型金礦;(3)馬哈賽的南部,其主要位于色潘-三岐縫合帶和中生代盆地邊緣區域,發育有多種低溫熱液型礦床;(4)沙拉灣至阿速坡,該地區已知有大型、中型鋁土礦礦床各1處[24-25],天然鋁土礦對氟元素具有強烈的吸附作用[26]。沙灣拿吉的中南部至巴色地區氟含量較低,該區位于萬象-呵叻中新生代盆地中,主要分布為新生代沉積巖,老撾氣候潮濕, 年降雨量大, 該地區位于河流的上游,沉積物粒度較粗,吸附能力較弱,使得氟元素大量向下游遷移[27]。

根據累積頻率85%、 95%和99%劃分外、 中、 內帶編制的氟元素地球化學異常圖圈定了8處氟地球化學異常, 其中5處異常面積達到了地球化學省(面積1 000～10 000 km2)的規模[28], 具體參數見表2。 F1異常位于豐沙里, 異常面積1 140 km2, 異常點數11, 并具有地球化學異常多層套合結構特征, 均值794×10-6, 中位值284×10-6, 小于異常下限, 標準差927, 異常排序4, 該區發育中生代沉積型鹽類和煤炭礦產。 F2異常位于達岸-森因一帶, 面積3 582 km2, 異常點數36, 但不具有地球化學異常多層套合結構特征, 均值552×10-6, 中位值538×10-6, 大于異常下限值(異常下限443×10-6),標準差279,與F1相比其內部氟元素分布較為均勻,異常排序2,區內主要巖性為二疊系下統海相沉積灰巖和粘土巖[16]。F6異常位于馬哈賽南部,異常面積4 396 km2,異常點數39,具有地球化學異常多層套合結構特征,均值654×10-6,中位值644×10-6,其內部氟元素分布極為不均,異常排序1,該區位于色潘-三岐縫合帶和中生代盆地邊緣區域上,發育有多種低溫熱液型礦床[16-17]。

表2 老撾氟地球化學異常統計參數

4 結 論

(1)老撾國家尺度1∶100萬地球化學填圖,覆蓋了老撾全境約23萬km2,分析了69種元素,填補了老撾國家尺度地球化學填圖的空白,為老撾基礎地質、礦產開發、環境保護、農業生產等多個方面提供了基礎地球化學保障。

(2)老撾氟含量背景值明顯低于我國水系沉積物中氟含量和土壤環境背景值。就老撾境內不同構造單元中氟的含量而言,色潘-三岐縫合帶>哀牢山-馬江縫合帶>奠邊府-黎府縫合帶>長山地塊>景洪-素可泰火山弧>思茅-彭世洛地塊>萬象-昆嵩地塊。

(3)老撾氟含量總體表現為北部較高,南部相對較低,圈定8處氟地球化學異常,其中面積達到地球化學省規模的有5處。