pXRF原位分析在柴北缘鱼卡金红石矿床勘查中的应用_林成贵.pdf

第 卷 第 期 年 月地 质 通 报 .,.,收稿日期：；修订日期：资助项目：国家重点研发计划课题深部矿产资源三维找矿预测评价示范（编号：）、矿产勘查区块优选评价和勘查理论技术跟踪与推广（编号：）作者简介：林成贵（），男，在读博士生，工程师，从事找矿预测和勘查技术研究。：.通信作者：白杰（），男，硕士，工程师，从事自然资源管理工作。：.：.原位分析在柴北缘鱼卡金红石矿床勘查中的应用林成贵，程志中，郑有业，许荣科，白杰，陈鑫，颜廷杰,.中国地质调查局发展研究中心，北京；.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京；.中国地质大学（武汉）地质调查院，湖北 武汉；.汉源县自然资源和规划局，四川 雅安；.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉.,;.,;.,;.,;.,摘要：便携式 射线荧光分析（）具有快速、高效、绿色、便捷等优点，在矿产勘查中的应用越来越广泛。样品的不平度效应和不均匀效应等问题，使得 现场原位分析结果与实验室分析结果存在一定偏差。将该技术运用于柴北缘鱼卡金红石矿床勘查找矿，对 原位分析的稳定性进行试验，并与实验室 法测试结果进行对比分析。结果表明，原位分析单点重复测量结果稳定，分析测试最优时间为 ；和实验室 法对样品 含量具有显著相关性，存在线性关系。野外快速分析，评价榴辉岩的 含量，结果表明，当 原位分析榴辉岩中 含量在.时，对应非矿化榴辉岩；含量在.时，对应金红石贫矿体；含量大于.时，对应的榴辉岩为金红石工业矿体。在槽探编录和钻探施工过程中，使用 分析可在野外快速判断榴辉岩的含矿性，辅助找矿工作中圈定矿体，大大减少样品采集的工作量，节约成本和时间，提高对榴辉岩型金红石矿床的勘查效率。关键词：便携式 射线荧光光谱仪（）；原位分析；榴辉岩；金红石矿床；柴北缘中图分类号：.文献标志码：文章编号：（）,():(),.,.,.,.,.,.,.,.,.:();现代分析测试技术作为勘查技术的重要组成部分，越来越向便捷、快速、低成本、多组分分析的趋势发展（林成贵等，；.，）。传统矿产勘查具有过程复杂、流程冗长、分析结果滞后等缺点，严重影响了下一步找矿工作进展。近年来，野外现场地质实验分析技术的应用大大减少了矿产勘查评价的工作时间和成本，为快速评价矿床潜力提供了及时、准确的科学数据（马静艳等，），成为现代分析测试技术的发展方向之一（尹明，；.，）。便携 式 射 线 荧 光 分 析（，）作为野外现场地球化学组分分析的重要方法之一，可实现岩石、土壤、水系沉积物等样品的原位分析（.，），在地球化学数据获取及相关研究中具有极大的应用潜力（袁兆宪等，）。世纪 年代，美国率先成功研制出适于野外使用的 分析仪，实现了元素含量的现场原位测量（.，；.，）。近年来，随着 技术的不断进步，凭借其原位、无损、经济、快速、便捷的优势，使该技术在艺术品鉴定（.，）、文物考古（.，）、食品药品检测（聂黎行等，）、环境污染监测（.，；.，）、刑事侦查（.，）等领域中发挥了实验室分析不可替代的作用。分析技术在矿产勘查中的应用已成为国内外研究的热点（，；，），其原位分析技术可以快速获取样品的元素含量，在野外地质工作中发挥了越来越重要的作用（.，）。如对天然岩石、化探、土壤、水系沉积物等样品进行现场多元素快速分析测量，可以实现对异常的现场评价及追索查证，从而大大减少勘查的盲目性及样品采集量，显著降低工作成本（.，；孙伟涛等，）。分析在国外地质勘查中应用较广泛，如 .（）在加拿大 铜锌矿集区，利用 分析技术快速识别钻探岩心的岩性，而且在井下视线不佳时还可以提高对岩石的分辨能力；.（）在加拿大 个矿区开展的勘查应用试验表明，不仅适于野外勘查，而且还可以测定轻元素（、等）；.（）在南非布什维尔德杂岩体的匹兰斯堡 矿床圈定了铂族元素和金元素异常带，并证明了 分析结果和实验室分析结果存在较好的相关性。近年来，在国内矿产勘查中的应用越来越广泛，.（）联合 等 种便携式勘查技术对内蒙古乌力吉敖包 萤 石 矿 圈 定 并 发 现 矿 化 异 常；邵 雪 维 等（）在胶东新城金矿田深部，将、黄铁矿热电性数据进行多维度信息集成整合，提取了深部找矿标志，建立深部找矿预测模型。虽然 技术在诸多矿产矿床勘查中具有成功应用的先例，但在金红石矿床勘查中研究较少，迫切需要对其进行评价。为研究 原位分析技术在金红石矿床勘查中的有效性和实用性，本文将 原位分析技术应用在柴北缘鱼卡榴辉岩型金红石矿床勘查试验研究。首先开展了 原位分析单点重复测量稳定性试验和测试时间对测量结果的影响试验，然后对比了 原位分析 含量的方法与实验室 法分析 含量的方法，根据对比结果拟合线性回归方程，最后评价了 原位分析技术在鱼卡金红石矿床野外勘查的应用效果，为 原位分析技术应用于金红石矿床野外勘查提供了技术支撑。第 卷 第 期林成贵等：原位分析在柴北缘鱼卡金红石矿床勘查中的应用 地质概况鱼卡金红石矿床是近年来新发现的大型优质金红石矿床（王永开等，）。位于柴北缘超高压变质带的西北端（图），其北侧和西侧被新近系、古近系和第四系沉积物覆盖，东侧和南侧与奥陶纪火山岩呈断层接触，并发育大量超镁铁质岩。赋矿地层为中元古界鱼卡河岩群，可分为片岩组和片麻岩组，其中片岩组的主要岩石组合为云母石英片岩、含石榴子石片岩、大理岩、石英岩等，片麻岩组主要为新元古代英云闪长质片麻岩（图）。区内榴辉岩以层状及透镜状的形式产于大理岩、片岩、片麻岩等围岩中，一般透镜状榴辉岩的核部较新图 柴北缘鱼卡金红石矿床地质简图.，鲜，而部分榴辉岩的两侧已退变成石榴角闪岩或斜长角闪岩（陈鑫等，）。不同品位的金红石矿体主要呈似层状和透镜状分布于中元古界鱼卡河岩群片岩中，呈醒目的灰黑色灰绿色，呈 走向，规模较大的矿体宽度可达 ，而规模较小的矿体为 ，断续相连达 （图）。工业矿体（.）多呈似层状产于云母石英片岩、大理岩中，矿体在空间上分布较稳定，连续性较好（林成贵等，；）。低品位矿体（.）和矿化体（）产于片岩和英云闪长质片麻岩中，多呈透镜体，在走向上延续性较差（图）。不同品位的榴辉岩退变程度不等，退变程度较地 质 通 报 年弱的榴辉岩一般呈暗红色或灰绿色，其中矿物颗粒接触关系较清晰，一般呈他形粒状和半自形结构，能够清晰地看到石榴子石变斑晶（图）。退变质低品位矿体和矿化体一般呈黑色，其内部一般有后期折返过程中形成的长英质脉体，表明其受到后期流体作用的影响，使榴辉岩发生强烈的退变质作用（.，；）。榴辉岩中 品位变化于.之间。新鲜的榴辉岩钛物相研究表明，钛的主要赋存状态为金红石，且含量大于（陈鑫等，）。样品采集与分析测试.样品采集与描述实验样品来自鱼卡榴辉岩型金红石矿、等 个探槽共计 件样品采集的榴辉岩样品首先切薄片，然后进行化学分析。按照矿石类型可以将榴辉岩分为块状榴辉岩图 鱼卡金红石矿床中榴辉岩野外和镜下照片.块状含金红石榴辉岩；片麻状含金红石榴辉岩；含金红石榴辉岩的矿物组合主要为石榴子石绿辉石金红石多硅白云母石英，金红石主要呈粒间结构；被绿辉石包裹的金红石。榴辉岩；金红石；石英；石榴子石；绿辉石；多硅白云母（图）和片麻状榴辉岩（图）。对薄片进行系统的镜下观察，榴辉岩的矿物组合主要为石榴子石绿辉石金红石多硅白云母石英（图），为典型的含金红石榴辉岩，矿物有石榴子石（）、绿辉石（）、多硅白云母（）、角闪石（）和石英（）。金红石赋存状态大体可以分为 种：包裹结构、粒间结构、后期串珠状结构、退变残余结构、丝缕状出溶结构。金红石在榴辉岩中分布较均一，以矿物粒间和串珠状分布为主，粒径集中在 之间（图、）。.仪器介绍试验所使用的仪器为美国 公司生产的 系列 型便携式 射线荧光光谱仪。仪器的分析原理是利用 射线管发出初级 射线照射样品，使样品受到激发，当被激发的电子从高能级向低能级跃迁时发出 射线，由于各种第 卷 第 期林成贵等：原位分析在柴北缘鱼卡金红石矿床勘查中的应用原子的能级结构不同，因而每种元素的原子发出的 射线会有特定的能量，样品元素的特征 射线强度与元素含量成正比，通过对样品中某种元素特征 射线强度的测量可得知该元素的含量（.，）。该仪器质量小于.，可适应 的湿度，环境温度，电池为可充电锂电池，续航约 ，适合野外使用。该仪器采用 探测器，检测窗口直径为 ，激发源采用高性能微型 射线光管，金和银靶材，管电压 ，管电流，匹配功率不超过 。内置矿土、土壤和矿石 种分析模式，根据测试样品和测试元素，可自行切换分析模式。该仪器分析范围较广，可以分析元素周期表中 元素之间的 多种元素，基本涵盖了主要黑色金属、有色金属、贵金属等成矿元素，本文仅讨论与金红石矿相关的 元素。.样品分析方法 分析和实验室化学分析的样品一一对应。用于 分析的样品为磨制薄片后留下的榴辉岩副样，样品为规则的板状长方体，大小在 .左右，具有 个平整的新鲜面。为了减少偶然性，采用多点取样求平均的方法（张广玉等，；袁兆宪等，），对于块状榴辉岩型矿石，在 个新鲜面上分别选择 个不同位置的测点，取 次分析的 平均值作为该样品的分析结果；对于片麻状榴辉岩型矿石，选择垂直于片麻理的 个新鲜面，每个面均测量 次，取 次分析的 平均值作为最终的分析结果。样品使用 分析仪矿石全能模式，样品测试前需用标准样品进行校正。为了得到各个样品准确可靠的元素含量数据，将对应的同一样品送至湖北省地质实验测试中心进行分析测试，分析 含量，文中对 元素含量进行了换算。先将样品粗碎加工至粒径小于 后，再碾磨至粒径小于.（目），分析方法为 射线荧光光谱分析法（）。样品的加工、分析测试、质量监控均按地质矿产实验室测试质量管理规范（）进行，分析方法的检出限均符合规范要求。结果与讨论使用 矿石分析模式获得的结果为全岩 元素的百分含量，实验室化学分析报出的结果是的百分含量，因此需要对 获得的 含量数据除以.转化为 的百分含量，或将实验室获得的 含量数据乘以.转化为 百分含量。.稳定性试验为保证测试数据的准确性，在进行大规模测试之前，先对仪器的稳定性进行测试分析，包括测试时间稳定性分析及重复测试稳定性分析，确定最佳测试时间和最优测试次数。.单点重复测量稳定性分析样品的不均一性，使 直接测定岩石样品元素含量的重复性较差（唐晓勇等，；袁兆宪等，）。为确定 分析对榴辉岩中 含量测定的稳定性，进行重复性分析试验。首先固定仪器和样品，使用矿石模式，分析时间定为，对每件样品同一位置单点重复分析 次。试验结果见表，以测试次数为横坐标，测试元素值为纵坐标，做图 分 析 次 测 试 中 含 量 的 变 化 关 系。、三件榴辉岩样品的单点重复稳定性试验数据结果如图 所示。件样品的 含量变化范围很小，样品 的 含量变化范围在 以内，平均值为.；样品 和 的 含量变化范围不超过，平均值分别为.和.。说明使用 分析直接测量岩石样品的重复性较好，仪器采集数据的稳定性高。.测试时间对测试结果稳定性的影响一般来说，仪器的检测时间越长，被测元素含量读数越稳定（孙伟涛等，），可避免因测试时间过短、读数跳跃过大影响结果的准确度，但在实际工作中测试时间过长将降低工作效率（.，）。通过 对榴辉岩样品进行原位分析，测试时间定为 ，读数间隔为 ，测试过程中其他分析条件保持一致，试验结果见表。对获取的实验数据，以仪器测试时间为横坐标，测量值为纵坐标，绘图分析 含量随测量时间的变化关系。、和 三件榴辉岩样品的时间稳定性试验数据结果如图 所示。，和 两件样品的 测量值跳跃较大，说明该时间段 测量值意义不大。在 ，测量值总体趋于稳定，但 和 两件样品的 测量值地 质 通 报 年表 分析 元素重复性测量结果 序号序号.图 单点重复性分析结果.逐渐升高，样品的 测量值逐渐下降并趋于稳定。在 时间内，件榴辉岩样品的 测 量 值 基 本 保 持 稳 定，这 段 时 间 内，、和 三件榴辉岩样品的 平均测量值分别为.、.和.，因此，将最佳测试时间确定为 。.分析与实验室分析结果对比前人研究表明，原位分析与实验室化学分析获得的元素含量之间有一定的差异，但两者之间存在某种联系，若能建立两者之间的对应关系，便可利用 原