鹵族找礦法在豫北安林地區(qū)石膏找礦的應(yīng)用與效果

穆啟超，徐文超*，常云真，劉運華，劉宗彥，李 想

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽 471000；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測重點實驗室，河南 洛陽 471023；3.自然資源部貴金屬分析與勘查技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471023）

鹵素找礦法是一種尋找隱伏礦化探方法。該方法屬地球化學(xué)找礦活動組分提取法的一種。其技術(shù)原理是：深埋藏隱伏礦體中存在著鹵族元素，這些鹵族元素容易在水動力作用、濃度差造成的擴(kuò)散作用、毛細(xì)管作用及電動力作用等動力的驅(qū)動下，從地下深部運移到地表進(jìn)入土壤，被土壤中的膠體、鐵錳氧化物、粘土礦物和有機(jī)質(zhì)等所吸附，形成后生地球化學(xué)異常。通過對鹵族元素進(jìn)行測試可以發(fā)現(xiàn)它的異常，從而達(dá)到找礦的目的。該方法在金屬礦產(chǎn)應(yīng)用較廣(田俊杰,1988；馮育新,1989；張忠等,1989；潘家永等,1998a、1998b、1199c；邵樹勛等,1999a、1999；張 乾 等,2001；]Qian Zhang et al,2001；陳 彩 萍 和 王 雙 猗,2005；R.G.Osichkina,2006；R.G.Osichkina et al.2009a,2010b；陳意等,2014；Li-Chuan Pan et al.2016；)，技術(shù)方法也比較成熟，在非金屬沉積礦產(chǎn)方面鮮有使用，但可以鹵族元素富集狀況判斷熱鹵盆地的存在，確定古老鹽湖的范圍，從而預(yù)測與古老鹽湖有關(guān)的沉積礦產(chǎn)(R.G.Osichkina.2006)。筆者在豫北安林地區(qū)小南海開展石膏礦勘查時，通過層序地層學(xué)研究及沉積環(huán)境分析，確定馬家溝組一、三、四段角礫狀泥灰質(zhì)白云巖是石膏礦的賦存層位，二、五段厚層灰?guī)r為溶劑灰?guī)r和水泥灰?guī)r的賦存層位(劉運華等，2020a)；為確定膏鹽賦存空間位置，開展鹵族元素土壤測量，通過鹵族元素異常分布情況及鹵族元素活動態(tài)分析，圈定鹽盆的大致位置，進(jìn)行了成礦預(yù)測和石膏礦找礦靶區(qū)圈定。根據(jù)鹵族元素在地表土壤中的富集情況圈定鹽盆的大致位置在預(yù)查區(qū)的東部，結(jié)合層序地層研究建立了層位控礦+鹵族元素富集的膏鹽成礦模式和定位找礦模型(劉運華等,2020b)，并進(jìn)行了鉆探驗證，在圈定的鹽盆范圍內(nèi)通過鉆探控制，以最小的投入，提交了石膏大型礦床(劉運華等，2020a,2020b)，實現(xiàn)了績效最大化，取得了較好的找礦效果。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

華北地區(qū)早古生代沉積了一套以海相沉積為主的碳酸鹽建造，豫北安林地區(qū)中奧陶世處于濱淺海環(huán)境，有六次海進(jìn)過程，在臺地潮坪相的潮上蒸發(fā)環(huán)境形成了多期含石膏碳酸鹽臺地蒸發(fā)巖帶（馬家溝組一、三、四、六、七段）。

勘查區(qū)主要出露奧陶系馬家溝組五段厚層巨厚層灰質(zhì)、生物碎屑灰?guī)r、花斑狀灰?guī)r，上部夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，小南海水庫西溝谷底部有四段角礫狀含膏泥灰質(zhì)白云巖出露，局部山頂殘留有六段薄層白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖。大面積五段之下一至四段層位齊全。第四系松散堆積物僅沿溝谷少量發(fā)育（圖1）。

小南海石膏礦勘查區(qū)地表大面積為馬家溝組五段厚層灰?guī)r，含礦層位為下覆的瀉湖相含膏巖層位，因此可以應(yīng)用鹵素找礦法圈定瀉湖范圍，確定含膏層位的平面位置。我們采用F、Cl、Br、I鹵族元素活動態(tài)分析進(jìn)行1∶1萬土壤剖面測量，圈出5個鹵族元素綜合異常，根據(jù)元素異常套合圈出了鹽盆的大致位置，通過鉆孔驗證石膏礦基本在圈出的鹽盆內(nèi)，鹽盆外相應(yīng)層位基本無礦，普查續(xù)作后，在圈出的鹽盆內(nèi)馬家溝組一段、三段各探獲一大型石膏礦體，提交了一大型石膏礦床。因此鹵素找礦法對石膏等鹽類礦產(chǎn)找盲指導(dǎo)作用效果明顯，對類似沉積礦產(chǎn)勘查具有借鑒意義。

2 樣品采集及數(shù)據(jù)處理

圖1 小南海礦區(qū)地質(zhì)、鹵族綜合異常、推斷鹽盆位置及鉆孔驗證圖

安陽縣小南海石膏礦勘查區(qū)地表大面積為馬家溝組五段厚層灰?guī)r，下覆的瀉湖相含膏巖鹽盆中鹵族元素可以在地表土壤層中形成鹵族活動態(tài)頂暈，因此可以應(yīng)用鹵素元素在地表覆土的異常情況圈定瀉湖范圍，確定含膏層位的平面位置。在預(yù)查區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)1：1萬土壤剖面測量8條19.5km，剖面橫向與勘探線剖面一致，縱向與勘探線垂直，網(wǎng)狀布設(shè)，線距800m，點距40 m。樣品采自無污染的B層或BC層，采樣深度一般為10 cm～20 cm，在采樣點3 m～5 m范圍內(nèi)由2～3個坑內(nèi)土壤組成一個樣。樣品由國土資源部鄭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(又名河南省巖石礦物測試中心)分析測試，分析項目為F、Cl、Br、I。

以均值加2離差取異常下限（表1），圈定了單元素異常（表2，圖2），并進(jìn)一步圈出了5個綜合異常（圖1），其中4-甲-Cl、Br、F、I：異常面積0.3 km2，似圓狀，由Cl、Br、F、I四種元素組成，具外濃度帶，異常區(qū)在東部套合較好。Cl最高值為493ppm，平均值112.52ppm；Br最高值為16.5ppm，平均值8.06ppm；F最高值為1618ppm，平均值717.23ppm；I最高值為10.10ppm，平均值5.77ppm。

表1 小南海礦區(qū)鹵族元素組分相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)

表2 小南海礦區(qū)鹵族元素組單元素異常特征

圖2 鹵族元素土壤測量地球化學(xué)圖

3 靶區(qū)圈定、鉆孔驗證及找礦效果

通過鹵族元素異常分布情況及鹵族元素活動態(tài)分析，圈定鹽盆的大致位置在勘查區(qū)的東部（圖1），確定石膏礦找礦重點靶區(qū)為預(yù)查區(qū)東部圈定的鹽盆大致位置。鉆探驗證，在勘查區(qū)東部施工驗證鉆孔ZK403在馬家溝組三段見到98米巨厚層石膏礦層；在0勘查線西部無異常地段施工的ZK009雖然也打到了馬家溝組一、三、四段的角礫狀泥灰質(zhì)白云巖，但幾乎不含石膏，通過鉆孔驗證石膏礦基本在圈出的鹽盆內(nèi)，鹽盆外相應(yīng)層位基本無礦（圖1）。根據(jù)鉆孔驗證情況，續(xù)作普查工作把鉆探工作有效的投放在圈定的鹽盆內(nèi)，在圈定的鹽盆內(nèi)經(jīng)鉆探控制在馬家溝組一段和三段中圈出3個礦體，編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，各礦體面積、埋深及空間分布情況見表3，Ⅰ、Ⅲ號為主礦體，并分別達(dá)到大型規(guī)模，Ⅰ號礦體（圖3）石膏工業(yè)礦體厚5.03m～55.65m，平均厚度32.05m。石膏品位（CaSO4·2H2O+CaSO4）55.05%～77.73%，平均品位64.99%，估算石膏礦（333）類型石膏礦資源量4620.35萬噸；Ⅲ號礦體石膏工業(yè)礦體厚3.55m～68.10 m，礦層平均厚20.23m；石膏品位（CaSO4·2H2O+CaSO4）54.78%～74.15%，平均品位63.37%；估算石膏礦（333）資源量4411.83萬噸。普查續(xù)作下達(dá)鉆探7500m，實際施工16個鉆孔進(jìn)尺3470.24m，避免了重型探礦工程部署的盲目性，降低了投資風(fēng)險，實現(xiàn)了效益最大化，普查工作用53.5%的下達(dá)勘查資金超額完成了任務(wù)書下達(dá)的石膏礦石量8000萬噸找礦目標(biāo)任務(wù)，提交一大型石膏礦床，找礦效果顯著。

表3 鹽盆內(nèi)石膏礦體面積、埋深及空間規(guī)律特征

圖3 Ⅰ號礦體Ⅰ縱剖面圖

4 結(jié)論

運用“鹵族找礦法”非常規(guī)地球化學(xué)勘查方法通過鹵族元素活動態(tài)分析圈定鹽盆的位置，依據(jù)鹵族元素富集進(jìn)行了深部成礦預(yù)測靶區(qū)定位和驗證，對沉積型石膏找礦效果明顯，對類似沉積礦產(chǎn)勘查具有重要的示范和借鑒意義。