地矿中多元素含量分析检测方案(能散型XRF)

矿 产 勘 查MINERAL EXPLORATION第2卷第6期2011年11月弓Vol.2 No.6November ，2011 矿 产 勘 查2011年 便携式元素分析仪在埃塞俄比亚特拉喀密提VMS型矿床勘查中的应用 景亮兵1.2，秦秀峰2.3.4*，朱思才2.44，刘海鹏1.2，甘凤伟2.3 (1.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012；2..中色金地资源科技有限公司，北京 100012：3.中国科学院地球化学研究所，贵阳 550002；4.北京矿产地质研究院，北京 100012) 摘 要 文章简要介绍了新型 Niton XL3t500分析仪的性能及工作流程，结合该仪器在埃塞俄比亚北部特拉喀米提.矿区土壤测量中成功应用的实例，论述了其在矿产资源快速评价中的重要作用。 关键词 Niton VMS矿床 勘查 埃塞俄比亚 中图分类号：P624；P575.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7801(2011)06-0795-05 1 仪器简介 仪器全称为X射线荧光光谱(XRF)分析仪，该仪器核心部分是便携式矿石元素分析仪，又称手持式资源与环境分析仪。目前，这种设备在国外广泛应用于地质勘查领域、环保、有机农业、化工、食品检测等多个领域，具有便携、快速、精确、高效、样品无损等诸多优点。 美国热电公司生产的 Niton 便携式元素分析仪，可以在瞬间(5~10s)同时分析出 Mg， Al， Si，P，Ti， V， Cr， Mn， Fe， Co， Ni， Cu， Zn， As， Se，Rb， Sr， Zr， Nb， Mo， Pd， Ag， Cd， Sn， Sb， Ta，W，Pt， Au， Hg， Pb， Bi， U， Ru， Rh等30多种元素，对土壤、岩芯、矿石等被测物体表面进行测试，测试范围从10-6~100%含量，可以快速、高精度地实现现场分析地质样品的化学成分，如矿石表面，岩芯或已备好的样品。通过实时多重采样，可直接评估矿石级别，立时获得分析结果，大大提高了工作效率。该系列分析仪性能卓越，采用先进的电子元件，同时保持了 XRF分析仪标志性的“瞄准并检测”的简单易用性、结构坚固、防潮防尘、密封性佳、可耐受最严酷的环境条件等优点。 目前该产品主要包括两种型号，一个是 Niton592WZ，另一种为最新亲出的 XL3t 500 型号，本次在埃塞俄比亚北部特拉喀密提矿区开展的地球化学测量工作即采用了最新款的 XL3t 500 型号，便捷、准确、高效地完成了预期目标。 该款仪器的主要部件包括：45kV小型X射线管、探测器(包括高性能半导体探测器、几何优化大面积电子漂移探测器)、固定角度的彩色触摸显示屏、USB和蓝牙通信等；此外，标准的 Thermo ScientificNiton 数据传输( NDTC) PC 软件包还可提供设置操作员许可、生成用户报告、打印分析证书以及记录分析结果、在电脑上对分析仪进行远程操作等功能。 相对于传统的分析测试方法，其主要优势包括以下几点：①便携，重量1.3 kg；②人性化设计，两块电池供电(锂电池)，每块可连续使用4~6h；③多元素分析，可同时分析30多种元素；④无损分析，不会破坏样品的完整性；⑤快速分析，数秒钟出结果，平均一天可测800个样品；⑥无线蓝牙技术实现仪器与 GPS 及卫星电话共同在野外使用，实时实地准确分析；⑦自身存储空间大，可存储10000组数据；⑧费用经济，一次投资，后期所有升级免费；⑨制作简单，基本无需制样，与实验室数据 ( [收稿日期]2011-08-31 ) ( [第一作者简介]景亮兵，男，1985 年 生，2010年毕业于中国地质大学(北京)，获硕士学位，现主要从事矿产地质勘查工作。 ) 可对比，准确度高，出厂校正为2y精度；①针对不同的目标样品可以使用不同的模式，仪器软件内部快速转换，针对不同的样品采用不同的校正方法，确保结果精准。 2 仪器使用及维护 便携式元素分析仪的原理是通过金钯荧光管作为激发源，X 荧光激发核外电子产生越迁，从而分析出各种不同元素的含量。开机后，系统自动进行自检、初始化等工作，然后通过在工具菜单界面(图1)中设置有关测试对象类型、测试元素种类、开关机、安全性及相关的参数，即可开始进行测试工作。尤其要注意严格遵照操作指南进行仪器的操作，严禁在仪器工作的状态下对准任何人。 图1 快速分析仪工具菜单界面 该仪器的维护无需配备专门的实验室和专业的技术人员，由于采用热电制冷从而不需要液氮，使用过程中不会产生除仪器损耗之外的其他消耗，大大降低了企业的使用成本； NITON XLt 系列(包括X射线管)提供12个月的保修期，保修期内提供仪器软件版本免费升级、软件和硬件免费维护(包括仪器校验)；超出保修期的维护，NITON公司只收取成本费。 3 该仪器在埃塞俄比亚特拉喀密提矿区 VMS矿床勘查中的应用 通过在埃塞俄比亚北部提格雷州施瑞地区特拉 喀密提矿区 VMS型铜多金属矿勘查过程中应用 Ni-ton XL3t 500多元素分析仪进行网度 10 m×10m、50 m×50 m 的土壤多元素含量测定，极大地加快了勘查进度，在综合分析矿区地质特征及土壤多元素含量异常图的基础上，部署了部分探矿工程，取得良好的找矿效果。 下面就以该多元素分析仪在特拉喀密提矿区VMS型铜多金属矿勘查过程中的应用为例，介绍其应用过程及取得的良好效果。 3.1 矿区简介及应用目的 区域上看，特拉喀密提矿区位于厄立特里亚中部阿斯马拉( Asmara) 海底火山块状硫化物多金属矿成矿带西南延伸端，属于阿斯马拉一施瑞成矿带的主体部分。近年来在厄立特里亚境内的阿斯马拉VMS成矿带已经发现4处大一中型VMS型铜锌(金)矿床，如 Debarwa、Adi Nefas、Emba Derho 和 AdiRassi 铜锌(金)矿床。 特拉喀密提矿区的成矿地质条件和矿化特征与上述已知铜锌矿床类似，含矿围岩主要是新元古代中基性一中酸性火山岩(流纹岩一粗面安山岩)，铜锌矿体主要分布在中基性火山岩向中酸性火山岩过渡的层位中，大部位于中酸性火山岩中。铜锌矿体埋藏浅，通常在地表存在块状硫化物氧化形成的铁帽。矿体下盘围岩蚀变强烈，主要是绿泥石化和绿帘石化。 矿区内出露的主要岩石类型包括：元古宙变火山岩(酸性、中基性、基性)、各类侵入岩(细晶岩脉、岩墙)、次火山岩一石英斑岩、新生代沉积岩等；在VMS 矿体形成之后，该区经历了低级区域变质作用和多期构造作用，尤其后者导致矿区内地层经受了反复的褶皱，形成了一系列的向、背斜构造及显微褶皱，在一定程度上破坏了原生矿体的完整性。 铁帽及硫化物蚀变带在矿区内断续展布，其间被大片田地覆盖。由于埃塞俄比亚缺乏专门的地球化学样品分析机构，无法快速地通过土壤取样分析进行地表蚀变矿化带的圈定，极大地影响了勘查进度。因此，中色金地埃塞俄比亚瑞丰矿业公司决定应用 The Niton XL3t 500 analyzer 多元素分析仪在特拉喀密提矿区开展不同网度的土壤多元素含量测试工作。预期达到如下目的： (1)该仪器可以测定多种元素的含量，依据不 第2卷 第6期 同元素的化学活动性，尤其针对该区内出露岩石主要为各类型火山岩的地质背景，可以通过分析Mg、Fe、Mn 等元素的含量高低快速确定原岩的基性程度，进而识别出与成矿关系密切的酸性火山岩类、中酸性火山岩与基性火山岩类的过渡层位，为后续勘查工作的开展提供指导。 理工作；另一人负责操作仪器，进行元素含量测量，实时观察仪器显示屏上的测试值，并根据分析仪发出的提示声判定仪器工作状态。 (2)通过快速，高密度地进行地表土壤多元素含量分析，弥补地表岩石测量及物探工作中存在的精度不足的问题，避免遗漏一些小的异常点，在测定成矿元素 Cu、Pb、Zn等含量的基础上，高精度地完成地表矿化蚀变带的连续圈定。 工作人员一前一后，紧密衔接，可以极大地提高工作效率，按照10 m×10 m 的网度进行测量，每天平均可以完成约800个样品测试工作量。每测试约100次，进行一次标准样品的测定，并将测试结果与标准样品值(已知)进行对比，判断仪器的工作状态是否正常。 (3)结合矿区地质特征，综合分析多种元素异常的形态特征、变化规律，进而不断深化、提高对区域成矿背景、矿床形成过程的认识，探索建立区域成矿模式。 3.2 野外操作过程 野外工作结束的当天即可对当天测试数据进行整理，将分析仪、GPS中的测试数据导入专门的数据处理软件中，并分别另存为 Excel 格式文档，合并空间位置坐标和元素含量值到一个数据文件中，根据野外现场记录对最终的数据文件进行删减、整理，最后得到空间位置和测试结果一一对应的结果文件。在确定测试结果准确无误后，便可以应用 mapinfo等空间数据处理软件进行元素异常图件的绘制，简单直观(图2)。 野外操作需要工作人员两人，一个手持高精度GPS 负责空间定位，并提前完成测量位置的杂物清 图2 Niton XL3t 500 型野外快速多元素分析仪应用照片 .a - Niton 分析仪基本套装；b-加拿大 Canaco 公司专家指导埃塞俄比亚地质师进行野外现场测量；c-依据土壤测量结果文件生成的元素异常图 3.3 网度10m×10m 测量成果异常图 矿区地层总体上呈北东走向，倾向南东，倾角30°~75°，单斜产出，矿体顺层产出，主要赋存于元古宙长英质火山岩中。受地面高程、元素化学活动性等因素的影响，各元素异常表现出了不同的特点，结合矿区地质特征，对各元素的异常结果(图3)进行综合分析，达到为探矿工程部署及区域找矿工作的开展提供新思路的目的。 图3 Niton 土壤测量多元素成果图 铜作为该区主要成矿元素，受地层单斜产出的影响，其高值区域在走向上基本和出露的蚀变矿化范围一致，但纵向的展布范围较矿化蚀变带大得多，通过网度10m×10m 的土壤多元素含量测试工作，极大地强化了该区的矿化信息。 铜、铅、锌及砷等都为亲硫元素，其异常形态相似，基本与矿化蚀变带的形态一致。而在典型的火山岩型矿床的元素分带中，锌、铅位于上带，导致其异常高值区常位于铜高值区的上端或局部叠加，这在该区的测试结果中表现得非常明显。 砷、贝、锌、锰等元素常和贱金属一起带入水体并在海底随沉积成岩而形成原生晕。其中钡元素在矿区内主要赋存于重晶石等矿物中，与块状硫化物矿床在同生沉积的过程中同时形成，通常上覆于VMS矿体的上盘或侧翼，是非常重要的找矿标志之一，通过将钡晕与成矿元素高值区进行对比，基本可 以判断矿区含矿层位未倒转。 锰元素的高背景值主要受到 VMS矿床形成的海底火山地质环境控制，而且直到沉积成岩形成原生晕的过程中，Mn晕始终可以保持分散状态，是一种非常有效的化学找矿标志，通过网度10m×10 m土壤测量，发现其高值区主要分布于矿化蚀变带的上盘及侧翼，表明其与成矿作用的密切关系。而测区北东端为农田覆盖，区域圈定的大范围锰高值异常则在一定程度上预示了隐伏矿体的存在。 在地表露头发育不好或没有露头的地段，采用Niton 土壤现场测量，快速圈定多元素异常，根据VMS 成矿模型认真分析元素迁移及浓集特征，然后综合分析地表露头填图结果，结合采用物探 IP/EM及重力测量获得的矿致异常信息，常为勘查人员科学判断矿体埋藏部位及形态、部署钻探验证提供立体信息，并进一步确定了钻探工作部署。总共布设钻孔11个，多位于土壤测量成矿元素异常较强烈、异常范围较大的地段、地表与深部异常对应较好的矿化带。布设的钻孔取得了极好的找矿效果，多个钻孔揭露了厚大、高品位原生硫化物矿体(如ZK2301 孔揭露了厚达52余米的块状硫化物矿体，品位平均值： Cu 4.31%，Au 1.6×10-6，Ag27.9×10-6)，其中包括厚达20余米的铜次生富集带(Cu品位平均值7.30%、Au1.88×10-6、Ag 21.88×10-6)；证明该区自上而下存在垂直矿化分带：即地表为富含金的铁帽带，中部为富铜次生富集带，深部为伴生金银的原生铜锌矿体，与厄立特里亚 Bisha和 Debarwa、Emba Deho 中大型已知VMS 铜锌矿床特征一致，预示该区具有极大的成矿潜力。 4 结语 便携式元素分析仪已经在西方发达国家的很多地质勘查机构中得到了广泛的应用，技术成熟，可靠性较高，找矿效果良好。 非洲大部分国家缺乏专业的化学样品分析机构，如将样品运回国内进行分析，前后耗时半年左右，延误勘查进度，该多元素分析仪的使用，提供了一种低成本，高效率的勘查手段，极大地加快了勘查进度，尤其对在非洲等欠发达国家开展的矿产勘查工作，可以快速地圈定找矿有利地段，为后续勘查工作的展开提供有利的指导，具有较好的推广价值。 致谢：仪器的最初应用及当日数据处理都得到 了来自美国的独立地质师 Cris Carman 先生的具体指导，在此深表感谢。文中参考了仪器生产厂家 Ni-ton Mining Technologies 公司关于仪器性能及维护的介绍。 ( 参考文献 ) ( [1] 王登红.块状硫化物矿床的地球化学找矿标志[J].地质科技 情报，1994，13(2)：81-85. ) ( 2 于凤金，王恩德，闫鹏仁，等.红透山式块状硫化物铜锌矿床地 ) ( 球化学特征及找矿意义[J].矿 产 与地质，2005，(2)：117 - 121. ) ( 3 T. T adesse， M . H oshino a nd Y . S awada. G eochemistry of low- grade m etavolcanic rocks from the Pan - A f r ican of the Axum are a ， Northern Ethiopia [ J ] . Precambrian Research， 99(1 9 99)：101 - 124. ) ( [4] Gebremedhin Tadesse and Al i stair A l len. Geochemistry of m e tavol-canics f rom the Neoproterozoic Tuludimtu o rogenic b elt ， w este r n E-thiopia [ J ] . Journa l o f Afric a n Ear t h Science s ， 39(2004)：177 - 185. ) Application of Niton XL 3t 500 portable analyzer in VMSdeposit exploration of Terakimti in Northern Ethiopia JING Liang -bing 2，QIN Xiu-feng2，3.4，ZHU Si-cai4，LIU Hai -peng 2，GAN Feng-wei3 (1. China Geological Survey of Non - ferrous Metal Resources， Beijing100012；2. Beijing Donia Resources Ltd.， Beijing 100012；3. Institue of Geochemistry， China Academy of Science， Guiyangg550002：4. Beijing Institute of Geology for Mineral Resources， Beijing 100012) Abstract： It has been introduced in this paper that the characteristic and property of Niton XL 3t 500 portable analyzer and itssuccessful application in Terakimit VMS target exploration， and summarized the important roles in quickly evaluating mineral resourcesusing the Nitton system. Key words： Niton analyzer； VMS； Exploration； Ethiopia China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved http：//www.cnki.net 文章简要介绍了新型Niton XL3t500 分析仪的性能及工作流程，结合该仪器在埃塞俄比亚北部特拉喀米提矿区土壤测量中成功应用的实例，论述了其在矿产资源快速评价中的重要作用。