活化金屬離子方法在加拿大瑞查得頌多金屬礦勘查中的應用研究

韓國勝，段 旦，劉東升，蘇雅拉吐，吳思桐

（正元國際礦業有限公司，北京 101300）

地球表生、淺表生礦床資源日益枯竭，而深部隱伏礦床受覆蓋物的影響，使得勘探工作更加具有挑戰性。有限于此，研究人員開始在傳統地球化學方法的基礎上尋找一些有效的深穿透方法來探測隱伏礦床，獲取隱伏礦體的探測數據，活化金屬離子測量方法（MMI）就是在此基礎上發展起來的一種新興的地球化學勘探方法[1]。

加拿大安大略省瑞查得頌地區歷史工作較少，本次通過介紹MMI方法在瑞查得頌VMS型銅多金屬礦產勘查中的應用實例，為同類型隱伏礦床勘查工作總結了一些經驗。

1 研究區概況

研究區位于加拿大安大略省北部重要的桑德貝銅金成礦帶上（圖1），地表幾乎完全由植被覆蓋，區內廣泛分布鎂鐵質火山巖，巖性復雜多樣，構造較發育。巖層主要出露太古界的鎂鐵質變火山巖和新生界沼澤、湖泊和河流沉積物[2]。

1.1 地質概況

研究區處于以太古宇綠巖帶為代表的加拿大地盾區。綠巖帶主要由兩部分巖層，下部為鈣堿系列的基性到酸性變火山巖；上部由淺變質沉積巖以及化學沉積的條帶狀含鐵建造層和燧石等組成，其中主要巖性為鎂鐵質變質火山巖，占綠巖帶的80%以上，主要為塊狀或枕狀熔巖、玄武巖、凝灰巖、火山礫凝灰巖、凝灰角礫巖、斜長石斑巖等。

綠巖帶在研究區中部表現為形狀不規則、東西走向的向斜結構，斷裂構造主要受控于東～西向Quetico斷裂帶和北東～南西向Steep Rock-Red paint Lake斷裂帶。區內綠巖帶主要被三類巖體侵入穿切，分別是構造期前的長英質斑狀侵入巖、鎂鐵質或非鎂鐵質侵入巖；構造期或構造期后的兩次花崗巖侵入以及向斜軸部構造期或構造期后侵入的小型斑狀巖株[3]。

圖1 研究區地質圖（據 Buse et al,2009）

1.2 礦化帶

太古宙是研究區內一個重要的成礦期，形成的礦產很豐富，綠巖帶中礦產尤為豐富， 在中部的鎂鐵質火山巖內及與長英質火山巖之間發育有金、銀、銅和鋅等礦產，條帶狀含鐵建造等則主要產于上部沉積巖中。

研究區內分布的礦種主要為鐵、金和賤金屬。金礦化主要發育在含鐵沉積巖建造中，而銅、鉛、鋅的勘查則主要集中在超鎂鐵質橄欖巖中的銅鎳硫化物礦床和綠巖帶中的火山塊狀硫化礦床內。

2 活化金屬離子測量方法（MMI）

MMI方法最早是由澳大利亞于1995年第十七屆國際化探會議上正式提出，目前已在全世界范圍多國家上百個實際案例中得到成功應用[4，5]。該方法適用于多種氣候、地形條件，最深勘探深度達到700米，覆蓋的礦床種類包括金礦床、賤金屬礦床，鎳礦，鈾礦，稀土礦和稀有金屬礦，以及金伯利巖侵入體礦床等，并在石油天然氣等方面進行了一些嘗試，甚至在農業土壤調查中用來評價土壤元素的生物有效性。

活化金屬離子描述的是從地下深部埋藏礦（化）體中釋放出來傳輸到地表，并被地表土壤顆粒吸附的金屬離子。離子從礦（化）體中釋放，部分溶解于蒸發巖、孔隙水等物質中，處于一種游離狀態，我們稱之為未吸附或移動金屬。

與之相反，與鐵氧化物或者強吸附物質結合后的金屬離子，則稱之為被吸附金屬離子。MMI方法采用具有強配位體的溶液，從土壤顆粒的外部將未吸附金屬離子分離提取出來，同時降低離子的再吸附作用，通過等離子質譜分析（ICP-MS）測量未吸附金屬離子含量以達到測量金屬離子在地表聚集程度的目的[9]。

通過對地表土壤中活化狀態的金屬離子進行偏提取分析，礦（化）體中心位置正上方的地表土壤中因未結合的活化金屬離子含量遠高于周邊環境，在含量分布曲線上形成遠高于背景值具有明顯脈沖狀的異常形態，從而達到確定礦（化）體中心位置的目的。MMI的異常指示一般用異常響應比來表示[6]。

3 方法測量

3.1 試驗

在地表出露的礦化區域上方開展試驗工作，試驗覆蓋礦化區域、周邊礦化帶邊緣位置和無礦區域。點距25米，取樣點選取在有機覆蓋層底部界線以下40cm，以10cm間距垂直連續取4個層位的試驗樣，觀察不同取樣深度的移動金屬響應變化。

圖2 Cu和Au元素垂向取樣分析結果

結果顯示MMI方法能有效區分多種活化金屬離子的響應值。確定取樣的最佳層位為腐殖層以下30cm～40cm層位（見圖2）。在研究區試驗剖面不同位置Cu和Au等元素具有較好異常響應（見圖3）。

圖3 實驗點金屬元素含量疊加圖

3.2 采樣

采樣點距為50m，測量線距為100m。取樣深度為有機覆蓋層以下30cm～40cm垂向刻槽連續取樣，樣品重250g。所有樣品由溫哥華SGS實驗室進行MMI-M8元素分析，最終分析結果由SGS礦業服務公司（多倫多）給出。

3.3 成果

所有MMI樣品數據分析至ppb級別，對研究區范圍內所有樣品數據的極限值、平均值以及背景值進行統計，部分數據分析值顯示出低于檢出值的結果采用檢出值取半處理（表1）。選取全部數據中單值最小的25%數據參與計算后得出區域背景值，最終獲得研究區全部分析元素的異常響應比分布圖。

表1 MMI數據統計分析表

Fedikow等通過多年研究，對加拿大冰蝕地形區域MMI方法測量數據解釋的最終元素響應值（Calculated Response Ratios，簡稱“RR”）給出如下定義[7]：

①1-10RR （極低或無意義）；②11-20RR（低比值）；③21-50RR（中等比值）；④＞50RR （高比值）。

根據對異常的定義原則，對所有元素的異常響應比成圖。結果顯示出對各元素的分布情況有了很好的識辨度（圖4）。

MMI異常響應比結果解釋出在研究區內有兩個Zn異常帶，Cu和Au的異常帶各一個。研究區中心位置主體為一個北西～南東走向的Zn異常帶，與該主Zn異常帶對應位置有一條約100米長的金異常帶，顯示為較高的金異常響應；研究區內Cu異常在研究區東北角聚集，與Cu異常相對應的位置同時存在有部分高值Zn異常，顯示的走向為北西～南東向，并向外呈開放狀態。

從研究區內挑選金異常點位最突出的3條測線完成異常響應比疊加對比圖（圖5），反映出同測線上不同取樣點位各種元素相對關系。元素的部分單點異常響應比明顯高于周邊其它取樣點所獲數據，形成尖銳的異常峰值，相鄰的不同測線中各異常單點在空間上具有一定的連續性，顯示出地下含礦地質體的走向以及分布范圍。

4 討論

（1）MMI方法的樣品采集工作應盡可能避免金屬物品對樣品的污染，樣品取樣層位的確定亦是影響工作質量的關鍵。土壤樣品的成分也同樣對金屬離子的聚集有很大的制約或促進作用。有機物、粘土或水合金屬氧化物等容易影響金屬離子的聚集。土壤的粘土的含量或潮濕程度將成為影響金屬離子在樣品中吸附能力的主要干擾。

（2）不同層位取樣，分析的離子含量不同，但并不表明取樣層位的選取會直接造成最終數據分析存在極大差距。不同層位進行取樣存在的差異在一定程度上會影響分析結果，樣品數據的整體變化趨勢主要仍由其取樣位置決定，而取樣層位的優選則是對分析結果精確度的支持。

圖4 研究區MMI方法Au、Cu及Zn異常響應圖

圖5 測線元素響應比疊加圖

（3）元素的離子價位同樣是影響其分布的一個因素。低離子價位元素如Cu、Zn等易形成陽離子，具有較強的活動性，容易吸附在土壤顆粒的表面。而相對的高離子價位的元素如Au等則活動性較差或不活動，因此在土壤中吸附的含量比例相比較小，這也解釋了Cu、Zn等離子相比于Au有更廣泛的聚集。

（4）區內鉆探結果獲得3個非連續的石英巖心，總長度為3米，金品味為4.82g/t（4829ppb），位于富含石英的含鐵建造內。Au礦化帶分布走向與區域含燧石磁鐵硫化物建造走向相同。Zn和Au在走向上上覆于燧石磁鐵硫化物建造，存在有零星的賤金屬和稀有金屬異常的可能性，且異常具有明顯的連續性，為進一步的工作提供較為可靠的勘查目標。

5 結論

（1）研究結果表明，在冰蝕地形、黃土覆蓋等厚覆蓋區域，采用MMI方法圈定異常可有效縮小了工作范圍，進一步指導勘查工作。

（2）MMI方法取得的響應比具有陡傾、高對比度的形態，在深部礦體的上方測量到了很好的異常顯示，對尋找隱伏礦有更好的指示。

（3）MMI方法采集簡單，應用效果明顯，異常響應比具有高靈敏度，是一種有效探測地下深部隱伏礦床的地表探測工具。