野外介质地球化学勘查中应用野外便携式X射线荧光光谱检测方案(能散型XRF)

地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATION第45卷 第4期2009年7月Vol 45 No 4July2009 地质与勘探2009年 技术·方法 印尼苏拉威西岛红土型镍矿的高效快速勘查模式 崔敏利12，张宝林，苏 捷，徐永生 (1中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室，北京 1000292中国科学院研究生院，北京 100049) [摘 要]金属镍是我国紧缺资源之一印度尼西亚拥有丰富的红土型镍矿，但是由于国外开采，在矿业政策、技术条件、气候条件上面临很多挑战，实施高效、快速、低成本勘探是解决这些问题的根本途径。文章以印尼苏拉威西岛的一个个土型镍矿勘查区为例，应用高精度磁法勘探，通过分析勘查区磁性特征圈定勘探靶区；对实验室和X-荧光仪分析的样品数据进行一元回归分析，将手持X-荧光分析仪成功应用于镍矿体的现场圈定，从而建立了红土型镍矿的高效、快速、低成本的勘查模式。 [关键词]红土型镍矿 高精度磁法勘探 X-荧光分析仪 勘查模式 [中图分类号]P618 63 [文献标识码]A [文章编号]0495-5331(2009)04-0417-06 CuiM in-li Zhang Bao-lin Su Ji Xu Yong-sheng E fficient and fast exploration mod el of laterit-ic nickel deposits in Su lawesi island Indonesia[ J]. Geology and Exp loration 2009， 45(4)： 417-422 0 引言 随着世界经济发展，全球对金属镍的需求量不断增加。全球探明的镍的储量中，“红土型镍”约占2/3而“硫化物型镍”约占1/3目前全球镍金属行业将资源开发利用的重点放在红土型镍矿资源上面。我国的镍消费量居世界之首123，国家为了构建矿产资源安全保障体系，积极鼓励开展境外矿产勘探。 印度尼西亚是世界上富集红土型镍矿资源的国家之一，印尼的红土型镍矿具有储量大，易开采，离海岸线近易于运输，选冶品位低等特点，90年代后我国很多找矿勘查工作者远赴印尼开展红土型镍矿的勘探开发。前人对红土型的镍矿的地质特征和成因的研究积累了一些成果，但是对于勘查方法的研究目前还不多1145] 尽管红土型镍矿是国内早已熟知的一种镍矿床类型，但是找矿勘查工作依然面临着许多挑战，主要表现在以下几个方面：其一、国外工作，对勘查的周期和成本要求苛刻，而可获得的地质资料寥寥无几；其二、在目前经济技术条件下，很难利用“目估法” 来确定矿石的入选品位；其三、靠加大采样密度，对其进行化学分析是目前确定矿石和围岩的常规手段；其四、工作区属于热带雨林气候，植被茂盛，地表观察困难，工作环境恶劣。文章针对上述问题，采用新思路新方法在印度尼西亚的苏拉威西省北部可拉卡县白石镇，进行了快速高效低成本勘查。 1 矿床地质概况 勘探区位于东南苏拉威西省西北部可拉卡县西北角，基本为山地，地势西低东高。东部为中-高山区，海拔 500m 以上。西部为中低山区，海拔200~500 m. 仅濒临内海一线，为低山-丘陵区，标高海拔200m以下。属于季风型热带雨林气候，高温多雨，雨量充沛，湿度大，全年无春夏秋冬之分，仅旱季雨季有别。区内林密树高，杂草丛生，地表露头较少。 区内出露的岩石主要为超基性岩、泥岩、石灰岩、板岩、千枚岩等。区内的红土型镍矿的主要特点有14-81： 1)成因：地壳表层富含 FeNi的超基性或者基性岩在大气、水、生物等条件的长期作用下，发生物 ( [收稿日期]2009-03-15；[修订日期]2009-06-01。[责任编辑]杨 欣。 ) ( [基金项目]国家“十一 五” 科技支撑计划重大项目(编号：2006BAB01A02)资助。 ) ( [第一作者简介]崔敏利(1981年一 )，男，2005年毕业于长安大学，获学士学位，在读硕博生，从事隐伏矿床定位预测研究方向工作。 ) 图1勘探区位置图(A)与勘探区范围图(B) Fig 1NM ap of the location (A) and range (B) of thesurvey area 1一陆地；2一海羊；3一勘探区；4一村庄；5一勘探区界线1- land； 2- ocean 3- survey area 4- vilage5- boundary of the Suivey 理的、化学的、生物的变化，从而使有用的含镍矿物堆积，在质和量上能够满足工业要求； 2)分布：主要产于中低韦度热带亚热带的湿润炎热地区，受气候条件控制特征明显； 3)形成时代：主要为第三纪和第四纪的产物； 4)产状：矿床分布范围与原生岩石或矿体出露的范围一咥或者相距不远，多呈覆盖层分布，多为面型矿体，埋藏浅，便于露天开采； 5)矿物组成：多为比较稳定的元素和矿物，如：FeMnAl的氢氧化物，高岭土、磷酸盐、含镍硅酸盐等： 6)工业指标：Ni含量量 0.5%~0.8%即可(硅酸镍)。 2 勘查方法的选择 区内四季植被茂盛，地面覆盖较厚的腐殖质，不利于地表观察，开展地质填图工作。在这种条件下，红土型的镍矿勘查主要解决两个问题：一、有利成矿区域的圈定，最好首先确定最有利的中心区域，以便从中间向周边逐步开展工作；二、根据工业品位迅速圈定入选矿体。 根据一般的规律，推测勘查区内各种岩性的磁性特点分别如下： 1)含镍红土：含镍红土是较强的风化作用形成的，其中的磁性物质在风化过程中丢失，而且根据实 验室化验结果，其中也基本不含磁铁矿，红土中的铁元素赋存状态分别为二价铁和赤铁矿(或针铁矿)，具有无磁性或弱磁性特点。从理论上讲，红土堆积越厚，磁性越弱； 2)超基性岩：主要是辉石岩、橄榄岩，含有磁铁矿，具有强磁性； 3)石灰岩：据现场观察，多为碎屑灰岩、角砾状灰岩或砾岩，往往呈复成份溶洞垮塌堆积，一定程度上具有弱磁性； 4)泥岩、板岩、千枚岩等细碎屑岩：具有弱磁性。 基于以上特征，针对第一个问题，采用地面高精度磁测19-12，完成第一个问题中的确定矿化有利中心，甚至还有可能将含镍红土和超基性岩与其它岩石区分开来。结合地表露头观察，进而快速高效划定勘探区的地质界线，并圈定覆盖层下红土型镍矿的分布范围。 由于红土型镍矿的勘查，很难用“目估法”进行选矿，传统上是经过高密度的化学采样，再送往实验室进行化验，这样不仅成本高，工作量大，而且周期长。前人已将X荧光法引入矿产勘查领域并且取得了一定的效果[13-151。目前国外这项技术发展迅速，便携式X-荧光仪的精度已经达到了10°级，文章尝试将新型X-荧光仪用于本次勘探工作。针对第二个问题，使用高精度的便携式 X-荧光分析仪，现场直接对样品进行分析，快速圈定矿体和围岩。 3 勘查方法的应用 3.1 高精度磁法扫面 3. 1.1 .野外施工及数据处理 野外使用的是中国国土资源部航空物探遥感中心研制的高精度Hc-95氦(“He)光泵磁力仪，其灵敏度为 0.05nl，采样率可选用1~5次/少，数值和曲线同时显示，并能自动存储。同时使用2台美国高明(Gam in)公司生产的手持 GPS进行测点定位。野外磁测布线基本沿着山脊和沟谷，点距为100m。在测量过程中，严格遵守磁法勘查规范，遇有测值变化较大处，点距加密到50m。为避免汽车、村庄等可能存在磁性物质的影响，部分测点进行了偏移。 磁测数据经正常场、日变改正，这里是赤道附近，磁场垂直分量很小，不做化极。在计算机上用SURFER软件按照 NaturalN e igh bouring 处理方法，将数据格式化，最终得到△T等值线平面图(图2)。 图2 勘探区磁测△T等值线平面图 图3综合预测结果示意图 Fig 2 Ichnography of contours by T in the survey area Fig 3 Integrated sketch of the forecasting re su lts 1一地质界线；2一村庄；3一超基性岩；4-石灰岩 1一地质界线；2一村庄；3一超基性岩；4一石灰岩；一环5一预测靶区；6一矿区边界 l- geolgical boundary 2-village； 3-ultram afic rocks4一 lim estone 1- geo log ica lb oundary 2- village； 3- ultram afic rocks 4- lin eston e； 5- pred ict ing target area 6-m ine boundary 3.1.2综合解释 在图2中，浅色区域和上部的深色区域对应的是超基性岩分布区， Tolala上部的深色区域属于高山地区，植被茂密，覆盖层下不排除存在石灰岩。而Tolala下部的深色或域为石灰岩区的真实反映。 实地观察结果看，该区同样有着良好的成矿远景和开采价值。 Tohla南部区域，大片的石灰岩本身不具备成矿物质来源，区内也未发现与镍矿相关的露头，因而这部分地区可考虑放弃一 结合地质观察成果，圈定了2个有利的勘探靶区(图3)。 超基性岩主要分布在北部(图3)，而中部 Tolala附近岩性变化大，南部主要是粉砂岩、板岩、千枚岩和石灰岩。最有利的成矿区在 Tolala以北的超基性岩分布区，主要的控矿因素是岩性、气候、地、新构造运动。 研究区西南的一角虽然有超基性岩出露，但是根据采样化验结果，品位没有达到工业要求，也可考虑放弃。 3.2便携式X荧光仪分析 3.2.1X荧光仪分析 预测区Ⅰ正在进行钻探和圆井取样工作，首批186个样品送往雅加达的实验室分析，从初步分析结果看，该区的N石品石0.6%~1.3%，Co矿石品位 0.05%~0.15%，矿体分布在冲洪积物的中下部，Ni厚度一般为3~17m。 预测区Ⅱ位于印尼一家伐木公司的势力范围，目前不允许进行钻探或者挖浅井，但从磁测扫面和 野外使用美国N iton公司生产的便携式 XRF分析仪，该仪器有两种模式： 种是工业模式(%模式)，可以检测出的元素包括：钛、钒、铬、锰、铁、钻、镍、铜、锌、锆、铌、钼、、银、易、合、钽、钨、、铋、砷、铅；另一种标准应用模式(10°模式)可以检测出的元素包括：舌、锰、铁、失、镍、铜、锌、砷、硒、铷、、银、镉、锡、锑、汞、铅。由于两种模式应用范围不同，如果含量高于5%用工业模式，低于5%用10° 模式。这里用10°模式测试，将样品磨成粉末状进行照射，照射时间设置为60秒。 便携式 X-荧光仪的应用，主要为了现场直接对镍含量进行测定，进而代替实验室化验，但是这是两种不同的测定方法，每种方法自身都有一定误差，不可能达到理想中的一致，必须对这两种化验方法的结果进行比对，发现其中的规律，从而可以在现场用X-荧光仪进行近似定量的分析。文章选取了 10个样品，进行数据处理分析，以说明这个处理过程。为了提高精确度，将采集的10个样品，分别用“四分法”缩分到10g用玛瑙研钵制成粉末(约200目)，用便携式 X-荧光仪分析，每个样品分析5次，除掉最高值和最低值再取平均值作为最后样品的分析结果，再将分析完的样品送回国内实验室进行分析，最后的化验结果(见表1)。 表1勘探区采集样品Ni量一览表 Tabl1Sam ple analysis resu lts of the content of nickel in the survey area 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 样品编号 SW JQ SWR SW J SW JQ SW JQ sW JQ SWJ SW Q SWJQ SW JQ 0701-1 0701-2 0702-1 0702-2 0702-3 0702-4 0702-5 0703-1 0703-2 0703-3 实验室分析/10-6 8630.00 11490.00 6810.00 8340.00 7690.00 11410.00 8950.00 7590.00 768000 10810.00 X-荧光分析/10-6 5339.73 8147.78 3486.42 5013.21 4264.81 8060.25 5636.28 4185.57 424837 7424.17 实验室数据分析单位：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。 3.2.2数据处理 从分析结果看，二者差别很大，这主要是 N iton公司的X-荧光仪自身测得视含量，偏差较大，再加上样品的处理，以及测试环境的改变等因素而引起的。由于仪器本身的精密性，以及目前的技术条件限制，X-荧光仪测量还无法给出精确测量值，是个相对值。但是这里的单位是10级，镍金属的工业品位要求0.8%，这里两种方法给出的结果在10°级数据中，只看百位数字，发现两种数据都对样品进行了直观的定性测量，而两种方法给出的有效数字远远超出了这个精度，将两种数据制成折线图(见图4)，发现两种数据变化趋势相近，为了研究两者的变化是否具有线性关系从而达到定量分析，这里做了两种数据的一元回归分析，x代表X-荧光分析数据，y代表实验室分析数据(见公式Ⅰ，表2)。 图4实验室数据与X-荧光分析数据折线图 Fg4 Line graph of the da ta by hb analyzer andhandheld X-ray fluorescence analyzer 式中： y——为x与y之间的相关系数； Xi 为第i个样品中x的值； yi 为第i个样品中y的值； n 样品数，这里为10一 X 为x的平均值； -为y的平均值。 表2数据分析统计表 Table 2Statistical of data analysis 编号 X； yi x：2 y2 x：×yi 5339.73 388630.00 28512716.4774476900.00 46081869.9 2 8147. 7811490.00 66386318.93132020100.0093617992.2 3 3486.42 6810.00 12155124.4246376100.00 23742520.2 4 5013.21 8340.00 25132274.5 69555600.00 41810171.4 5 4264.81 7690.00 18188604.3459136100.00 32796388.9 6 8060.2511410.00 64967630.06130188100.0091967452. 5 7 5636.28 8950.00 31767652.2480102500.00 50444706 8 4185.57 7590.00 17518996.2257608100.00 31768476.3 9 4248.37 7680.00 18048647.6658982400.00 32627481.6 10 7424.1710810.0055118300.19 116856100.0080255277.7 总和 55806 89400.00 337796265 825302000.00 525112336.7 平均 5580.6 8940.00 求出 ky为 0.9997 查“相关系数临界值表”知 1o.os (可信度 α=0.05)为0.576Qy>ho说明勘探区内的样品经过实验室分析与便携式 X-荧光仪分析，其中镍金属含量的两种数据存在线性相关。 为了进一步指导现场测试分析工作，提高工作的效率和精度，必须求出线性回归方程，这里设其为： 式中：a一为常数项； b一为回归系数； X一实际工作中X-荧光测得样品的镍金属含量值； Y一将X-荧光仪测得的样品镍金属含量值近似转化为实验室测得的值。 根据数学推导： 这样就可以根据公式Ⅲ公式Ⅳ求出：b=0.9940 a= 3392.97。 最后，得到指导实际工作的经验公式(公式V)： 这里需要强调一点，对于这个公式是通过数理统计方法得到的，要求参与计算的每个样本都具有代表性，而且样本数量(n)越大越好，这里由于篇幅所限，为了说明处理方法仅使用了10个样本。为了更便于现场工作，回归系数“0.9940”接近“1”，在现场可以直接用“1”进行计算，因为用“1”，得到的数据在10°级，百位数字不会变化，但是X-荧光仪在现场分析，要将样品制成粉末，多次测量求平均值。这样工作现场只要用便携式X-荧光仪测出的值加上3392.97就可以作为实验室测试数据的近似值，从而实现了现场快速圈定矿体。同时，在样本很大的情况下或者其它勘查区，还可以根据这一实验过程进行数学建模，编写计算机应用程序，就可以更快更有效的处理这些数据，也便于这一方法的推广，这里不再赘述。 4结论 在这个地区，根据当地的磁性变化特征，采用高精度磁法扫面圈定了有利成矿区，取得了良好的效果，但是地球物理方法采集的数据始终有一定干扰， 获得的异常部位也有多解性，所以实际工作中并不能完全替代挖探槽或者挖浅井的工作，它一方面指导如何有效的布置探槽、浅井、钻孔等工作，另一方面也要根据探槽、浅井和钻孔的工作成果来进行验证并且得到及时修正，这样才能提高探槽、浅井、探槽的工作质量，减少施工密度，加快工作周期。 手持 X-荧光仪在红土型镍矿的勘探中的应用国内还属首次，并且在勘探中发挥了重大的作用，但是勘探区不同，仪器设备不同，在其它的工作中还要根据实际情况进行调整改进，希望广大的同行在以后的工作中多积累新的经验。 致谢；感谢百田公司的领导及员工和福建地矿局的地质专家予以的帮助和支持。 ( [参考文献1 ) ( [1] 王瑞江，聂凤军，严铁雄，江思宏，王海北，李 岩.红土型镍矿床找矿勘查与开发利用新进展[J].地质评论，2008 54 (2)：215- 2 24 Wang Rui jiang， N ie F e ng jun， Y a n T i e-xiong g Jiang Si-hongW ang H ai-bei LiY an. New A c h ieven ents ofM i n er a l E xp lorationand U tilizat ion of the Laterite N idk elDeposits[J]. Geolog icalRe view， 2008 54 (2)： 215-224 ) ( 121 刘庆成，李洪元.红土型镍矿项目的经济性探讨[J].世界有 色金属，2 0 066：68-69.Liu Q ing-cheng LiHong-yuan h l E con om i c discussion o f la t erite n ickel project[ J ]. W orl N o n ferrou sM etals 2006，.6668-69 ) ( [3] 许智迅，陈华超.缓解我国矿产资源瓶颈约束对策研究[ J]. 地质与勘探，2009 45(1)：82-88. Xu Zhi-xun. Chen H u a-chao Cou n ter m ea su re Research on Relie- v ing t he B ottleneck o fM i n eral R esources i n C h ina[ J ] . G eology and E xp loratio n 2009 45(1) ： 82-88 ) ( 41 罗太旭.印度尼西亚卫古岛风化壳型硅酸镍矿床地质特征与 成矿机制[J].地质与勘探，200844(4)： 45~49 Luo Taixu u Geology and ore-fom i n g m echanism of we a thering crust-type n ickeliferous silicate deposit A taigeo In donesia [ J ] . Geology and Exp loration 200 8 . 4 4 (4) ： 45~49 ) ( [5] 何灿，肖述刚，谭木昌.印度尼西亚红土型镍矿[J].云南地 质，20082 7 (1)： 20~26 He Can， X iao Shu-gang Tan Mu-chang The N i deposits of later ite type i n Indon es ia [J]. Yunnan Geo log y 2008 2 7(1)： 2 0~26 ) ( [6] H edenqu i st W， Low enstem JB T h e ro l e ofmagm as i n t he fom a- tion of hydrothem al ore deposits[ J]. Na tu re， 1994.370 519~ 526. ) ( [7] E lias M ， Donald son M J G iorgetta N. Geolgy m ineralogy and chem istry of lateritic nickel - c o balt d e pos its near Kalgoorlie W e stem A ustralia Econom ic Geolgy 1981， 7 6 1775~1783. ) ( [8] G leeson S A. B utt CRM， E l i a s M. N i c kel lat e ritic A r ev iew. N e w sletter of t h e Society of Econgm ic Geologis ts 2003， 4： 12~18 ) ( [9] 管志宁.地磁场与与力勘探[M].北京：地质出版社，2005 87- 1 00. ) ( Guan Z h i-ning G em agn etic fie l d an d m agnetic exp loration [ M ].Be ijing Geolog icalPub lish ing H ouse ， 2005 ： 87- 100 ) ( 101 傅群和，李朗田，匡清国，赵志祥.鄂东地区金山店铁矿重磁异常特征及资源潜力预测[J].地 质 与勘探，2008，44(3)： 60-64Fu Qun-he Li Lang-tian Kuang Q ing gug Zhao Zhi - x iangG rav it y and m agn etic anom al y characteristi c s and resourc e poten tial prediction in the Jinshand ian ore m ine eastem Hubei prov- ince [J]. Geology and Exploration ， 2008， 444(3) ： 60-64 ) ( 1 1 11 刘玉成，杨艺华，王永基.大冶铁矿控矿构造研究及深部隐伏矿体定位预测[J].地质与勘探，200 6 42(6)：10- 16 Liu Yu-cheng Yang Yihua W ang Y ong-ji O re-contro l l ingstructu re s and orien tati o n prognosis of dee p concealed ores in the Daye i r onm i n e[ J ]. Geology and Exp lorat ion， 2006， 4 2(6 ) ： 10-16 ) ( 1 1 21 梁德超，邓军，杨立强.地面高精度磁测在胶东某金矿普查 区的应用[J].地质与勘探，2000 36(3)： 6 7-70 Liang De-chaq Deng Jun Y a ng Li q iang Application of groundH i gh-precision m agnetic m easu rm ent to t he reconnaissance o f one g old m i n e in e astem Shandong[J] . G eology an d Ex p lora- ) ( tion， 2000 ， 36(3)：67-70. ) ( [ 1 331] 刘磊.便携式荧光仪快速测量多金属矿床中的镍铜品位[J].成都地质学院学报，1987，14(4)： ：I 101 Liu L ei The use of series of fil t ers in fl u orescent X-ray analys is for es tim atin g the grade of nickel a nd copper in m u ltim etal su l phide o re[ J]. Joumal ofC hendu C ollege of Geology 1987. 14 (4)：101 ) ( [14] 张寿庭，丁益民，朱创业，杨耕东.X射线荧光方法在成矿规 律研究中的应用[J].成都地质学院学报， 1992 19( 2 )： 104.Zhang Shou-tingD ing Y im i n ， Zhu Chuangye Y ang Geng- dong The applicat ion ofXRD ana l ysis m ethod to t hem inerogene+ i c regu larty stud y [ J]. JJoumal of Chendu C o llege of Geology 1992 ，1 9(2)： ： 1 04. ) ( [15] 曹利国，丁益民，王剑.X射线荧光方法进行野外找矿及成矿规律研究的现状和前景[J].地球物理学进展， ，1 1998. 1 3(4) ： 109~120C aoLi-gug D ing Y im in W an g Jian. S i t uations and prospects of EDXRF in geological exploration and basic resear c h[ J ]. P ros gress in Geophysic s 1998 13(4)： 109~ 120 ) Efficient and Fast ExplorationM od el of L ateritic N ickel Deposits in Su law esi Island Indon es ia CU IM in-12， ZHANG Bao-lin， SU Jie2， XU Yong-sheng (1 Key Laboratory ofM ineral R esources， Institute of Geology and Geophysics， Chinese Academy of Sciences， Bejjing 1000292Graduate Un ivers ity，，Ch inese Acadeny ofS ciences Beying 100049) Abstract Lateritic nickel depos its are the m ajor targets of the m ineral exploration The N i is one of the scarcestm etals in our countiy and there areabundant lateritic nickel depos its in Indonesia But in ab road， there are lot of challenges from the m in ing policies techno log ical conditions and clin ateThe efficient fast and low-cost ex ploration is the fund am ental approach to do w ith the questions Th is article takes the lateritic nickel deposit as an exam-ple in Su lawesi IslandIndon esiaaJFirstly，the high-accuracy ground m agnetic survey had been conducted to delineate the targets by analyzing the charae-ters ofthem agnetism in the suivey area Secondly， handheld X-ray fluoresc ence ana ly zerw as successfu lly applied in delineating the ore body ofN ickel onthe spot by un ivariate regression analys isw ith the data by the lab analyzer and by the handheld X-ray fluorescen ce analyzer At last tthe efficienttfast andlow-cost exploration m odel ofLateritic N ickelDepos its was set up Key words lateritic nickel depos it high-accuracy ground m agn etic survey， X-ray fluorescence an alyzer；exp loration m od el O China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 金属镍是我国紧缺资源之一, 印度尼西亚拥有丰富的红土型镍矿, 但是由于国外开采, 在矿业政策、技术条件、气候条件上面临很多挑战, 实施高效、快速、低成本勘探是解决这些问题的根本途径。文章以印尼苏拉威西岛的一个红土型镍矿勘查区为例, 应用高精度磁法勘探, 通过分析勘查区磁性特征圈定勘探靶区; 对实验室和 X - 荧光仪分析的样品数据进行一元回归分析, 将手持 X - 荧光分析仪成功应用于镍矿体的现场圈定, 从而建立了红土型镍矿的高效、快速、低成本的勘查模式。