Ground temperature prediction based on shallow-surface ground temperature and in-situ thermophysical parameters
-
摘要:
近年，地热资源作为一种新颖的清洁能源已经引起广泛的关注。中国浅层地热能资源丰富，但探测手段限制其大规模发展。热物性参数是地热能赋存载体的关键参数之一，决定了热能在岩土体中的传播速度和岩土体温度场的分布。因此，采用基于热物性参数研发的浅层测温和原位热物性参数测试仪开展现场试验，获取地温、热物性参数等数据。采用一维稳态热传导理论建立地温场预测模型，利用不同岩性实测、概化热物性参数进行恒温层地温场分布预测。结果表明，浅层地温场受江水流动影响较大。采用岩性概化与实测热物性参数对恒温层地温场预测几乎一致，因此，利用研发的仪器及模型进行恒温层地温场分布预测是十分有效的。另外，该方法方便快捷，可利用其对浅层地热能开发利用提供合理的建议，并在实际工程中推广应用。
Abstract:In recent years, geothermal resources as a new clean energy have begun to attract widespread attention.China is rich in shallow geothermal energy resources, but exploration methods limit its large-scale development. Thermophysical parameter is one of the key parameters of geothermal energy carrier, which determines the thermal energy transmission speed and the distribution of the temperature field of the rock and soil. Therefore, shallow temperature measurement and in-situ thermophysical parameter tester based on thermophysical parameters were used to acquire ground temperature and thermophysical parameters in the field tests.The one-dimensional steady-state heat conduction theory was used to establish the geothermal field prediction model, and the lithological measurement and generalized thermal physical parameters were used to predict the geothermal field distribution of the constant temperature layer. The results show that the shallow geothermal field is greatly affected by the river water flow. The adoption of lithology generalization and the measured thermal physical parameters resulted in almost the same prediction of the temperature field of the constant temperature layer, indicating that it is very effective to predict the distribution of the temperature field of the constant temperature layer by using the developed instruments and models. In addition, the method is convenient and fast, which can be used to provide reasonable suggestions for the development and utilization of shallow geothermal energy, and it can be widely used in practical projects.
-
车渡金矿床地处扬子板块、秦岭及松潘-甘孜褶皱带的结合部，属于碧口地块的重要组成部分，空间上位于阳平关-勉略大断裂带北侧，区域上金矿资源十分丰富[1-2]。早期研究认为, 车渡金矿床是与印支期韧性剪切作用有关、多期热液叠加富集的金矿床；而构造变形引发的碧口群火山岩动力分异作用形成了动力变质热液，是金矿成矿流体的主要来源之一；韧性剪切带内碎裂石英岩等脆性地质体是重要的成矿载体，为含矿组分的富集沉淀提供了有利场所；而后期多次构造活动对矿体进行了破坏，使矿体形态多变[3]。但是，对于车渡金矿床的认识仅局限于韧性剪切带控矿，对BIF型（条带状含铁建造型）金矿体尚未识别。本文以车渡金矿床为研究对象，结合对该金矿床的勘查认识，厘定了车渡金矿床中BIF型金矿体，分析了BIF型和强硅化蚀变岩型金矿体的成因，为后期车渡金矿床找矿勘查思路的转变提供参考。
1. 矿区地质背景
车渡金矿床位于扬子地台北缘秦岭多金属成矿带之“勉、略、宁”成矿亚带南缘，大地构造位置处于扬子板块、秦岭及松潘-甘孜褶皱带的结合部[1]，属于碧口地块的重要组成部分。车渡金矿床赋存于阳平关大断裂以北的中—新元古界碧口群（Pt2-3bk）火山岩中。区域出露的中—新元古界碧口群火山岩展布于阳平关-勉县深大断裂北西侧，呈北东东—南西西向展布，形成于大陆裂谷环境，是裂谷拉张速度较快时火山作用的产物，为一套巨厚的海相陆源碎屑-火山碎屑沉积岩系。根据前人获得的同位素数据，碧口群同位素年龄值介于1611~ 764Ma之间，为中—新元古代的产物[4-6]。按其岩性组合特征可分为4个亚群，其中第二亚群（Pt2-3bk2）以酸性火山碎屑岩和中基性火山熔岩组成的变质岩为主，普遍伴随铜、金矿化发育[7]。
区域上，碧口群呈北东东—南西西向延展，新元古代晚期—中生代经历了多期次构造变形，主要有早期与板块俯中碰撞相关的紧闭同斜倒转褶皱变形、晚期大型逆冲型韧性剪切变形及随后的左行走滑型脆韧性剪切变形[1]。碧口群韧性剪切带主要是沿早期地层层理或构造片理发育的顺层韧性变形带，剪切面理产状主体与地层层理产状一致，发育较多的典型韧形变形构造，如剪切透镜体、剪切褶皱、旋转碎斑系等韧性变形构造。区域上金矿资源丰富，已发现青木川[8]、广平镇、玉泉坝、小燕子沟[9-10]、金厂沟[11]、旧房梁[12]、八海、关口垭、燕子砭、太阳岭、阳平关、车渡等金矿床（点）近20处（图 1），与区域中—新元古界碧口群及中酸性-中基性火山岩有关的韧性剪切带具有成因联系，属于北缘秦岭多金属成矿带之“勉、略、宁”成矿亚带的重要组成部分，显示出巨大的找金潜力。
![]()
图 1 研究区大地构造位置图（a，据参考文献[1]修改）和区域地质矿产略图（b）1—地质界线；2—不整合面；3—断裂破碎带；4—金矿床；Z2-S1-2—古生界；Pt3bh—新元古界横单群；Pt2-3bk23—中-新元古界碧口群二亚群三岩组；Pt2-3bk22—中-新元古界碧口群二亚群二岩组；γ—酸性侵入岩Figure 1. Geotectonic location map of the study area (a) and regional geological mineral map (b)2. 矿床地质特征
2.1 矿体特征
车渡金矿床赋存于区域性阳平关-勉县深大断裂带北侧的次级韧-脆性剪切带中，共圈定出金矿化蚀变带2条，编号为AuⅠ和AuⅡ蚀变带（图 2）。
![]()
图 2 车渡金矿床地质简图1—地质界线；2—断裂破碎带；3—金矿体及编号；4—样品采集位置；S1-2—古生界；Pt2-3bk23—中-新元古界碧口群二亚群三岩组；Pt2-3bk22—中-新元古界碧口群二亚群二岩组Figure 2. Simplified geological map of the Chedu gold depositAuⅠ蚀变带为车渡金矿床目前已发现规模最大的含金蚀变带，产于阳平关-勉县深大断裂带北侧次级韧-脆性剪切带中，含矿围岩为中—新元古界碧口群二亚群，为磁铁石英岩型金矿石，属于BIF型金矿，伴生有Fe、Ag、Cu矿化，近矿围岩蚀变为磁铁矿化、硅化、褐铁矿化（黄铁矿化）、碳酸盐化。AuⅠ蚀变带呈北东东向展布，走向上具有膨胀狭缩现象，最宽可达6m，共圈定4条金矿体，其特征见表 1。
表 1 车渡金矿体特征Table 1. List of characteristics of the Chedu gold deposit矿体编号 赋矿岩石 矿体规模 矿体产状 平均品位/(g.t-1) 蚀变组合 控制长/m 平均厚/m 控制斜深/m 倾向/° 倾角/° AuⅠ-1-1 磁铁石英岩 720 1.59 90 350~15 43~72 6.14 褐（黄）铁矿化、磁铁矿化、孔雀石化、碳酸盐化 AuⅠ-1-2 磁铁石英岩 280 0.82 53 0~15 66~73 1.75 弱褐(黄)铁矿磁化、铁矿化、碳酸盐化 AuⅠ-1-3 磁铁石英岩岩 1400 1.35 30 320~350 66~73 3.14 褐（黄）铁矿磁化、铁矿化、碳酸盐化 AuⅠ-2 磁铁石英岩 1200 1.23 88 350~15 40~71 2.58 褐（黄）铁矿磁化、铁矿化、碳酸盐化 AuⅡ-1 强硅化蚀变岩 160 1.75 40 352 83 1.97 硅化、褐铁矿化、黄铁矿化 AuⅡ-2 强硅化蚀变岩 400 0.84 40 352 83 1.68 硅化、褐铁矿化、黄铁矿化、弱磁铁矿化 AuⅡ蚀变带位于AuⅠ蚀变带北西侧，二者呈平行带状产出，也赋存于阳平关-勉县深大断裂带北侧次级韧-脆性剪切带中，矿化蚀变以硅化为主，褐铁矿化（黄铁矿化）次之；AuⅡ蚀变带呈北东东向展布，走向东西长约2000m，南北宽20~120m，圈定2条金矿体，分别为AuⅡ-1和AuⅡ-2（表 1）。
从表 1可以看出，车渡金矿体均受北东东向韧脆性剪切带控制，赋矿岩性均为蚀变火山岩，为强硅化蚀变岩型金矿石，对矿化富集具有选择性，表现出构造-石英岩双重控制的特点，与区域中生代逆冲推覆作用形成的韧性剪切作用具有成因联系。结合地质勘查、钻探及物探测深工作，认为后期构造活动对矿体形态改造较大，主要表现为在多次推覆剪切作用下形成的一系列褶皱，造成矿体在倾向上多次重复出露，局部地段在走向及倾向上均具有膨胀狭缩的特征。
2.2 金矿石特征
车渡金矿床的成因可分为2类，BIF型金矿和蚀变岩型金矿。根据矿床成因的差异，金矿石可分为2类：①磁铁石英岩金矿石，灰黑色，微-细粒结构，条带状构造（图版Ⅰ-a）；磁铁矿呈条带状分布，自形程度较高，多呈正方形，粒径小于0.40mm，含量为35%（图版Ⅰ-b）；石英呈条带状分布，受后期变质作用发生重结晶，粒径0.05~0.1mm，含量约为50%；次生褐铁矿呈粒状，粒径0.1~0.2mm，含量约8%；绿泥石含量约5%，偶见方铅矿、黄铜矿（图版Ⅰ-c）。②蚀变火山岩型金矿石，土黄色，变余凝灰结构，块状构造，主要蚀变为硅化，其次为褐铁矿化（黄铁矿化）（图版Ⅰ-d）；矿石主要由石英、凝灰质团块、褐铁矿、黄铁矿、闪锌矿、绿泥石、方解石等组成（图版Ⅰ-e、f）；黄铁矿大小多在0.01~0.2mm之间，后期者为集合体状，呈条纹状集中，褐铁矿化强烈。
![]()
图版Ⅰa.BIF型金矿石（磁铁石英岩型金矿石）；b.磁铁石英岩微观照片；c.磁铁石英岩型金矿石微观照片；d.强硅化蚀变岩型金矿石；e.强硅化蚀变岩型金矿石微观照片；f.强硅化蚀变岩型金矿石中的闪锌矿图版Ⅰ.3. 地球化学特征
为了研究陕西南沙河车渡金矿床的成因，本文选取6件样品进行测试，其中岩石地球化学样品4件（赋矿围岩和赋矿岩石样品各2件），氢氧同位素样品2件。
3.1 样品选择及测试
本次在车渡金矿区采集2件玄武质火山凝灰岩（赋矿围岩）和2件磁铁石英型金矿石样品，送至中陕核工业集团综合分析测试中心进行主量、微量元素测试工作，实验结果见表 2。本文主量元素分析方法：称取0.5000±0.0001g岩石粉末样品和4.0000± 0.0 001g Li2B2O7，混合均匀后在高频熔样机熔成玻璃片，然后用XRF仪器测定。微量、稀土元素分析方法：称取约0.040g岩石粉末样品加酸溶解，蒸干再加入适量HNO3和HF，放入烘箱中在185℃消解48h，蒸干后再加入HNO3和HF，然后用40%HNO3提取，稀释后用ICP-MS（USA Thermo Electron Co. X7型）测试。
表 2 车渡金矿岩石样品主量、微量和稀土元素含量Table 2. Major, trace and rare earth elements of samples in the Chedu gold deposit样品号 SiO2 Al2O3 TFe2O3 K2O Na2O MgO MnO CaO TiO2 P2O5 SO3 烧失量 Ba Hf Nb Rb Sr Ta Th U Zr Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu CD301-1 45.17 13.27 14.98 0.31 3.57 3.59 0.19 6.2 3.78 0.4 〈0.01 8.06 138 3.62 2.84 8.32 21 0.15 0.7 0.23 33.4 13.4 7.78 17 2.67 10.1 2.8 0.62 2.45 0.4 2.85 0.49 1.45 0.19 1.74 0.27 CD301-5 48.15 13.77 11.34 0.26 4.04 5.51 0.21 6.62 1.01 0.08 0.5 8.16 61.1 1.87 1.03 3.73 22.3 0.1 0.25 0.23 13.9 12.6 4.91 9.66 1.62 5.6 1.75 0.36 1.57 0.26 2.15 0.41 1.31 0.19 1.75 0.28 CD1-7 84.97 1.95 4.86 0.25 0.24 0.56 0.21 3.52 0.13 0.03 < 0.01 3.4 83.3 13.2 23 5.34 111 1.04 1.18 0.49 214 30.9 20.7 46.8 6.65 31.6 8.15 2.52 8 1.37 7.74 1.42 3.72 0.46 2.64 0.36 CD1-1 53.41 0.9 41.99 0.16 0.01 0.24 0.57 0.69 0.03 0.41 < 0.01 0.93 28.8 2.41 4.99 8.28 46.6 0.36 0.28 0.26 54.1 17.9 3.9 9.2 1.46 7.83 2.56 0.83 2.91 0.61 3.97 0.82 2.47 0.34 2.13 0.3 注：CD301-1、CD301-5为玄武质火山凝灰岩样品，CD1-7、CD1-1为磁铁石英岩金矿石样品。主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 本次采集2件具有代表性的磁铁石英岩金矿石样品，进行氢氧同位素分析。其中，石英单矿物的挑选在廊坊地质服务有限公司完成，氢、氧同位素分析测试在中核北京地质研究院稳定同位素实验室完成。
3.2 玄武质火山凝灰岩特征
玄武质火山凝灰岩的SiO2含量为47.47%~ 52.72%，平均值为49.48%；Al2O3含量为13.52%~ 18.99%，平均值为16.97%；TFe2O3含量为10.36%~ 15.93%，平均值为11.95%；CaO含量为5.83%~ 13.54%，平均值为8.27%；Na2O含量为2.65%~ 4.32%，平均值为3.20%；K2O含量为0.26%~2.11%，平均值为0.87%；Mg#值为38.94~55.37，平均值为45.83。研究区玄武质凝灰岩样品的Mg#值较低，暗示玄武质岩浆不是原生玄武岩浆，而是经过演化的分异岩浆。2件样品在TAS图解中均落入粗面玄武岩区域，且位于碱性范围（图 3-a）；在SiO2-K2O（图 3-b）图解中，落入低钾拉斑系列与钙碱性系列的交汇部位。
![]()
图 3 玄武质火山凝灰岩TAS（a）和SiO2-K2O图解（b）Pc—苦橄玄武岩；B—玄武岩；O1—玄武安山岩；O2—安山岩；O3—英安岩；R—流纹岩；S1—粗面玄武岩；S2-玄武质粗面安山岩；S3—粗面安山岩；T—粗面岩、粗面英安岩；F—副长石岩；U1—碱玄岩、碧玄岩；U2—响岩质碱玄岩；U3—碱玄质响岩；Ph—响岩Ir—Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性Figure 3. TAS (a) and SiO2-K2O (b) diagrams of basaltic volcanic tuff玄武质火山凝灰岩的稀土元素含量见表 2。样品的稀土元素总量变化范围较小，介于65×10-6~ 155×10-6之间，平均值为108×10-6，总体上稀土元素含量较低。轻、重稀土元素比值介于1.59~2.70之间，平均值为2.17，暗示稀土元素分馏不明显，重稀土元素相对亏损。δEu值为0.64~1.47（平均值1.04），具中等负Eu异常和正Eu异常；δCe值为0.89~1.01（平均值0.96），具较弱的Ce异常。在大洋中脊标准化微量元素蛛网图（图 4-a）和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（图 4-b）中，样品形态略有差异，但总体变化趋势一致，具Sr、Ba、Rb、Ce、P、Sm相对富集，Ta、Nb、Zr、Hf、Ti相对亏损的特征，反映车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩具有钙碱性火山弧玄武岩特点。
![]()
图 4 大洋中脊玄武岩标准化微量元素蛛网图（a）和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（b）（标准化值据参考文献[13]）Figure 4. MORB normalized trace element cobweb diagrams (a) and chondrite-normalized REE patterns (b)在Hf/3-Th-Nb/16图解（图 5-a）和Hf/3-ThTa图解（图 5-b）中，样品点均落入N型洋脊玄武岩区，指示车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩形成于大洋中脊环境。
![]()
图 5 玄武质火山凝灰岩Hf/3-Th-Nb/16（a）和Hf/3-Th-Ta（b）图解A—N型洋脊玄武岩；B—富集型洋脊玄武岩+板内拉斑玄武岩；C—板内碱性玄武岩；D—岛弧拉斑玄武岩+岛弧钙碱性玄武岩；IAT—火山弧型玄武岩Figure 5. Hf/3-Th-Nb/16 (a) and Hf/3-Th-Ta (b) diagrams of basalt tuff3.3 含金磁铁石英岩特征
含金磁铁石英岩型金矿石SiO2含量在53.41%~84.97%之间，平均值为69.19%；Fe2O3含量在4.86%~41.99%之间，平均值为23.43%；二者占氧化物组分的89.83%~95.4%。A12O3含量介于0.9%~1.95%之间，平均值为1.43%；MgO含量介于0.24%~0.56%之间，平均值为0.40%；CaO含量介于0.63%~3.52%之间，平均值为2.11%；磁铁石英岩除铁的氧化物外，其他氧化物组分含量均很低，表明大陆碎屑物质极少。
含金磁铁石英岩稀土元素总量（REE+Y）为44.4 × 10- 6~64.2 × 10-6，平均值为54.32 × 10-6。在MORB标准化微量元素蛛网图上，含金磁铁石英岩型金矿石大离子亲石元素Rb、Ba、Th，高场强Hf、Sm正异常，Nb、Ta、Ti负异常（图 6-a）；在PAAS标准化稀土元素配分图上，配分曲线左倾，(La/Yb)PAAS= 0.21~0.33，显示金矿石重稀土元素富集的特征（图 6-b）；具有轻微的正Eu异常（Eu/Eu*=1.01~1.12）与正Y异常（Y/Y* =0.90~1.07）；海水的Y/Ho值为44~74，且随着深度增加而减小；陆地岩石与球粒陨石的Y/Ho值为26；洋中脊高温热液的Y/Ho值为28~39；含金磁铁石英岩的Y/Ho值为27.44~ 31.14，平均值为29.29，与洋中脊高温热液相似[14]。
![]()
图 6 大洋中脊玄武岩标准化微量元素蛛网图（a）和PAAS标准化稀土元素配分模式图（b）（标准化值据参考文献[13]）Figure 6. MORB normalized trace element cobweb diagram (a) and PAAS normalized REE patterns (b)3.4 单颗粒磁铁矿成分
本次对矿区内条带状磁铁石英岩金矿石中的单颗粒磁铁矿进行电子探针分析，对磁铁矿的成因类型进行探讨。单颗粒磁铁矿中SiO2含量为0%~ 0.484%，平均值为0.797%；TFeO含量为91.180%~ 94.299%，平均值为93.284%；Al2O3含量为0%~ 0.077%，平均值为0.171%；TiO2含量为0%~0.067%，平均值为0.010%；MgO含量为0%~0.063%，平均值为0.010%；MnO含量为0%~0.087%，平均值为0.011%；V2O3含量为0.321%~0.468%，平均值为0.375%；AuO含量为0%~0.105%，平均值为0.026%，代表磁铁矿内可能存在次显微金。
Nadoll等[15]认为，BIF型矿床中的磁铁矿具有低Al、Ti、V、Mn、Cr、Co、Ni、Ga、Sn的特征；Dupuis等[16]统计了世界上不同成因类型矿床中磁铁矿组分特征，认为较其他类型的磁铁矿，BIF型铁矿中的磁铁矿具有很低的TiO2、MgO、A12O3、MnO含量。车渡金矿磁铁石英岩磁铁矿单矿物中TFeO占氧化物的98.90%~99.87%，平均值为99.59%，且其他氧化物含量均非常低，暗示车渡磁铁石英岩金矿石中条带状磁铁矿属于沉积变质型成因，即BIF型金矿床。对于磁铁矿的标型特征，国内学者常采用陈光远等[17]的TiO2-Al2O3-MgO三角图解。以上方法是将电子探针对单颗粒磁铁矿成分分析结果投影于三角图解中，以判别磁铁矿成因。从图 7-a可以看出，磁铁矿数据点落入沉积变质-接触交代区，从图 7-b可以看出，磁铁矿数据点落入沉积变质型区域。综合认为，车渡金矿区中条带状磁铁石英岩为沉积变质成因。
![]()
图 7 车渡金矿磁铁矿TiO2-Al2O3-MgO（a）和TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)（b）图解a：Ⅰ—沉积变质—接触交代区；Ⅱa—超基性—基性—中性岩浆区；Ⅱb—酸性—碱性岩浆区。b：Ⅰ—副矿物型；Ⅱ—岩浆型；Ⅲ—火山岩型（玢岩型）；Ⅳ—接触交代热液型；Ⅴ—矽卡岩型；Ⅵ—沉积变质型Figure 7. TiO2-Al2O3-MgO (a) and TiO2-Al2O3-(MgO+MnO) (b) diagrams of magnetite in the Chedu gold deposit3.5 磁铁矿与金的关系
通过电子探针和扫描电镜分析，在磁铁矿中发现了包裹的银金矿和碲金矿（图 8）。但磁铁矿是否作为磁铁石英岩型金矿石的主要载金矿物，仍需进一步讨论。本文引用二一四大队在TCⅠ0801中采集的金矿石样品化学分析结果（图 9）。可见，虽然金的品位与铁的含量不呈严格的正比关系，但具明显的正比变化趋势（图 9）。由此认为，磁铁矿是磁铁石英岩型金矿石的主要载金矿物。
![]()
图 9 车渡金矿磁铁矿石英岩金矿石TFe-Au关系图Figure 9. Diagram of quartzite gold ore TFe-Au in the Chedu gold deposit3.6 氢氧同位素特征
本次采集的2件磁铁石英岩型金矿石的氢氧同位素分析结果见表 3。其δ18O范围为16.4‰~ 16.6‰，平均值为16.5‰；石英δ18O值较集中，证明其物质来源单一。车渡金矿床中磁铁石英岩的δ18O范围与鞍山—本溪地区BIF型铁矿氧同位素数值相近[19-20]，与世界上阿尔戈马型BIF的δ18O范围（8.1‰~21.5‰）一致[21]，显示热水成因硅质岩的特征[20-22]。应用δ18O水=δ18O石英-1000lnαQ-W，1000lnαQ-W= 3.38 × 106T- 2- 3.4公式[18]，计算出的δ18O水值为12.34‰~12.45‰，平均值为12.40‰。δD值为-112.6‰~-103.5‰，平均值为-108.05‰。与鞍山—本溪地区BIF型铁矿的δD值变化范围（-129‰~-75‰）一致，并认为鞍山—本溪地区BIF型铁矿床的形成可能经历了不同的地质热事件，矿床的形成受后期热液作用的影响，尤其是构造条件是铁质活化、迁移和富集的重要条件[20]。车渡金矿磁铁石英岩中石英单矿物的δ18O水、δD值的投点位置在鞍山—本溪地区BIF型铁矿石英单矿物的δD的投点位置范围（图 10）。此外，车渡金矿床的形成受后期构造控制明显，产于阳平关-勉县深大断裂带北侧次级韧-脆性剪切带中，与鞍—本溪地区BIF型铁矿床具有相似的控矿特征。因此，笔者认为车渡含金磁铁石英岩中石英矿物具有BIF特征。
表 3 车渡金矿磁铁石英岩中石英单矿物氢氧同位素值Table 3. The hydrogen and oxygen isotope values of quartz single mineral in magnetite quartz rock of the Chedu gold deposit岩石 单矿物 δD/‰ δ18O石英/‰ 温度/℃ δ18O水‰ 磁铁石英岩 石英 -112.6 16.6 396 12.45 磁铁石英岩 石英 -103.5 16.4 400 12.34 注：δ18O水=δ18O石英-1000lnαQ-W, 1000lnαQ-W =3.38×106T-2-3.4[18] ![]()
图 10 车渡金矿主成矿阶段流体δ18O水-δD组成Figure 10. The composition of fluid δ18Owater-δD in the main metallogenic stage of the Chedu gold deposit4. 讨论
4.1 磁铁矿包裹金的研究意义
载金矿物特征的研究可以解释区域金成矿作用，反映区域成矿地质背景条件、成矿机理、矿床成因等信息[23]。国内外地质工作者[24-27]对100多个不同类型（包括绿岩带型、浅变质碎屑岩型、沉积岩型、火山岩型和侵入岩内外接触带型）金矿床统计显示，载金矿物涉及硫化物及其类似化合物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐类矿物。与磁铁矿关系密切的条带状硅铁建造（BIF）型金矿，金矿往往产在氧化物相铁建造中的硫化物相部分，载金矿物也主要为黄铁矿、石英碳酸岩及绿泥石[28]，仅发现少量以磁铁矿为载金矿物的裂隙金、粒间金，是后期还原性含金热液侵入在磁铁矿裂隙中富集成矿的结果[18, 29]。综上所述，无论BIF铁矿还是其他类型金矿的形成都与还原性的富硫、富硅的含金热液密切相关，都未在磁铁矿中发现包裹金和次显微金。车渡金矿磁铁矿包裹金的发现，证明金是在稍早或同时于磁铁矿结晶时形成，对BIF型金矿的成因机理研究具有重大意义，证明在BIF型铁矿沉积的低氧和缺氧环境[30]，金可以沉积富集成矿。
4.2 矿床成因
4.2.1 磁铁石英岩型金矿成因
从矿石结构看，矿石具有明显的前寒武纪条带状硅铁建造的特征，初步认为该矿石为BIF型金矿。从载金矿物特征看，磁铁矿单矿物的化学成分具有典型的沉积-变质型磁铁矿特征，石英氢氧同位素特征与鞍山—本溪地区BIF型铁矿氧同位素数值相近。根据这些特征可以判定，车渡金矿磁铁石英岩型金矿床为BIF型金矿。但是，车渡金矿磁铁矿单矿物V2O3的平均值为0.375%，较Dupuis等[16]总结的BIF铁矿的V2O3值高一个数量级，可能代表BIF型含金磁铁矿与不含金磁铁矿的差异，其原因有待进一步研究。
4.2.2 强硅化蚀变岩型金矿成因
据区域构造演化分析，印支期华北和扬子板块发生大范围的拼合碰撞，构造变形引发的动力分异作用形成的动力变质热液，是碧口地区金矿床的主要成矿流体来源之一。中生代大面积的逆冲推覆构造造成了大范围的韧性变形，在韧性变形构造动力分异作用下形成大量的含金热液，并沿韧性剪切带向上运移，逐渐集中在相对封闭的韧脆性或脆性裂隙中，发生Au元素的沉淀与富集，形成与韧性剪切带关系密切的蚀变岩型金矿床，其成矿演化与构造演化吻合。含矿热液与构造破碎带中围岩发生化学交代反应形成蚀变岩矿体[31-33]。
4.3 车渡金矿勘查建议
车渡金矿床中BIF型金矿和强硅化蚀变岩型金矿的识别，有助于勘查思路的转变。BIF型金矿石为沉积变质成因，且形成时代较早（1611~764Ma），中生代断裂构造对该类型矿体具破坏作用，因此，在勘查过程中应注重电法、磁法等综合方法的利用；强硅化蚀变岩型金矿形成于中生代，与区域逆冲推覆构造关系密切，而近东西向断裂构造（印支晚期—燕山期）为成矿流体提供了运移通道和成矿空间，在后期找矿勘查过程中应加强韧性剪切带控矿的研究工作。
5. 结论
（1）沙河地区车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩为低钾钙碱性岩石，具较低的Mg#值，相对富集Sr、Ba、Rb、Ce、P、Sm元素，Ta、Nb、Zr、Hf、Ti相对亏损的特征，反映车渡金矿床中玄武质火山凝灰岩具钙碱性火山弧玄武岩特点。
（2）含金磁铁石英岩型金矿石中SiO2和Fe2O3含量高，可达氧化物组分的89.83%~95.4%，其他氧化物组分含量均很低，表明大陆碎屑物质加入极少。
（3）单颗粒磁铁矿成分分析显示，车渡含金磁铁石英岩中磁铁矿具有高的TFeO（平均值99.59%）含量和极低的TiO2、MgO、A12O3、MnO含量，指示车渡磁铁石英岩金矿石中条带状磁铁矿属于沉积变质型成因，即BIF型金矿床。
（4）含金磁铁石英岩型金矿石的氢氧同位素显示，样品中δ18O水值为12.34‰~12.45‰（平均值12.40‰），δD值为- 112.6‰~- 103.5‰（平均值-108.05‰），与鞍—本溪地区BIF型铁矿δD变化范围（-129‰~-75‰）一致，暗示车渡含金磁铁石英岩中石英矿物具有BIF特征。
（5）车渡金矿床具有2种成因类型，一是与中生代逆冲推覆构造形成的韧性剪切带有关的强硅化蚀变岩型金矿；二是与中—新元古界碧口岩群二亚群火山凝灰岩有关的BIF型金矿。
-
![]()
图 3 研究区浅层热流密度分布云图
Figure 3. Distribution of heat flow density in the study area at shallow layer
![]()
图 4 研究区恒温层预测温度等值线图
Figure 4. Predicted temperature contour of constant temperature layer in the study area
![]()
图 5 实测热物性参数参与计算的恒温层预测温度等值线图
Figure 5. Predicted temperature contour of constant temperature layer with the participation of measured thermophysical parameters
表 1 研究区浅层测量结果
Table 1 Shallow ground temperature survey results in the study area
孔号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 1.5 m地温/℃ 15.0 15.0 15.1 15.7 14.8 14.5 14.7 15.4 15.6 15.2 2.5 m地温/℃ 15.3 15.2 15.4 16.0 15.1 14.7 14.9 15.7 15.9 15.4 1.5 m导热系数W/(K·m) 0.732 0.927 0.689 0.652 0.729 0.687 0.813 0.837 0.779 0.955 2.5 m导热系数W/(K·m) 0.801 0.759 0.745 0.639 0.795 0.825 0.707 0.962 0.957 0.974 孔号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1.5 m地温/℃ 16.5 15.4 15.3 15.7 15.2 15.6 16.0 15.3 15.1 2.5 m地温/℃ 16.8 15.7 15.5 16.0 15.5 15.9 16.2 15.6 15.4 1.5 m导热系数W/(K·m) 0.984 0.968 1.080 0.995 1.202 1.036 1.004 1.064 1.184 2.5 m导热系数W/(K·m) 1.018 1.306 1.125 1.030 1.529 0.995 1.087 1.027 1.064 
下载: 导出CSV
表 2 研究区实测导热系数平均值
Table 2 Average value of measured thermal conductivity in the study area
深度/m 3 4 5 6 7 8 9 10 11 土质 粉土 粉土 粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 导热系数W/(K·m) 0.622 1.729 0.954 1.845 1.384 1.443 1.563 1.610 1.356 深度/m 12 13 14 15 16 17 18 19 20 土质 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 淤泥质粉土 导热系数W/(K·m) 1.244 1.227 0.424 0.797 1.139 1.883 1.811 1.111 0.755
下载: 导出CSV
-
王贵玲, 蔺文静, 韩玉英, 等. 浅层地热能研究现状及亟待开展的工作[J]. 工程建设与设计, 2007, 11: 1-4. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCJS200711002.htm 黄凯. 秦岭越岭深埋隧道地温预测方法[J]. 山西建筑, 2009, 35(18): 295-296. doi: 10.3969/j.issn.1009-6825.2009.18.186 杨小强, 吴建良. 基于多年观测数据的地温预测模型[J]. 山西建筑, 2014, 40(6): 150-151. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZSX201406080.htm 周斌, 李辑, 李晶, 等. 辽西地区地温预测方法探析[J]. 资源与环境科学, 2015, (21): 232-235. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ANHE201521141.htm 孙立军, 秦健. 沥青路面温度场的预估模型[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2006, 34(4): 480-483. doi: 10.3321/j.issn:0253-374X.2006.04.011 刘德平, 汪双杰, 金龙. 共和至玉树公路多年冻土地温拟合模型[J]. 中国公路学报, 2015, 28(12): 100-105. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL201512016.htm 刘德平, 汪双杰, 王彩勤. 国道214线鄂拉山至清水河段多年冻土地温预测模型研究[J]. 公路交通科技, 2016, 33(5): 53-60. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLJK201605009.htm 陈建兵, 刘志云, 崔福庆, 等. 青藏高原工程走廊带多年冻土辨识及年平均地温预估模型[J]. 中国公路学报, 2015, 28(12): 33-51. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL201512006.htm 刘亚俊, 贾德祥, 童庆丰. 矿井三维地温场的反演分析[J]. 阜新矿业学院学报(自然科学版), 1995, 14(z2): 8-11. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FXKY502.002.htm 李浪, 罗新荣, 张克兵. 丁集煤矿深部地温预测[J]. 黑龙江科技学院学报, 2010, 20(5): 340-342. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLJI201005004.htm 张进平, 杜建国, 何铁柱. 基于Tough2软件的深部地温场模拟及影响因素分析——以苏北褶皱构造区为例[J]. 城市地质, 2014(9): 35-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CSDZ2014S1010.htm 于连广, 吴喜平, 李昊翔. 三维地铁隧道土壤温度预测模型[J]. 沈阳工业大学学报, 2011, 33(2): 234-240. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYGY201102023.htm 翰力群, 毕思文, 宋世欣. 地表层温度的级联递推预测模型研究[J]. 中国科学: 技术科学, 2006, 36(增刊): 29-37. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK2006S1003.htm Xie Y Y, Zhang Y J, Zhang T, et al. 2 m survey method and its improved device application in Dongshan geothermal field in Xiamen in China[J]. Environmental Earth Sciences, 2016, 75(18): 1290.
张延军, 张通, 殷仁朝, 等. 基于2 m测温法的地热异常区探测及地温预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(1): 189-196. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CCDZ201701018.htm 胡圣标, 何丽娟, 汪集旸. 中国大陆地区大地热流数据汇编(第三版)[J]. 地球物理学报, 2001, 44(5): 611-626. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQWX201608015.htm Elachi C, Zyl J V. Introduction to the physics and techniques of remote sensing[M]. New Jersey: John Wiley and Sons, 2006.
-
期刊类型引用(12)
1. 褚宏欣，党海燕，王涛，孙蕊卿，侯赛宾，黄倩楠，李小涵，王朝辉，黄婷苗. 我国主要麦区土壤有效铁锰铜锌丰缺状况评价及影响因素. 土壤学报. 2024(01): 129-139 . 
百度学术
2. 胡兆鑫，吴泽燕，罗为群，谢运球. 典型岩溶县土壤重金属含量、来源及生态风险评价. 环境科学. 2024(09): 5506-5516 . 百度学术
3. 祝晓松，裴小龙，王伟，张中跃，孙伟涛，倪舒博，公为鑫. 山丘区地表基质空间异质性特征及其对植被生态影响. 地质通报. 2024(09): 1544-1554 . 本站查看
4. 尹林江，廖艳梅，赵卫权，李威，赵祖伦. 黔西北山区不同地形地貌下农村居民点空间分异特征. 湖北农业科学. 2024(09): 210-215 . 百度学术
5. 刘媛媛，涂国良. 平凉市耕地土壤有效态微量元素丰缺评价及影响因素研究. 中国农学通报. 2023(04): 83-92 . 百度学术
6. 孙紫坚，申维，陈自然，傅大庆，张守林，张会琼，崔晓英，方维萱. 河北泃河流域第四纪沉积相对土壤有机碳库的影响. 地质通报. 2023(Z1): 431-442 . 本站查看
7. 安永龙，殷秀兰，金爱芳，李文娟，鲁青原. 河北张家口市某种植区土壤营养元素生态化学计量与空间分异特征. 地质通报. 2023(Z1): 443-459 . 本站查看
8. 王芳霞，吕齐，姚东东，李旭娇，Fesobi Olumide Phillip，赵丰云，冯建荣，于坤. 环塔里木盆地灰枣年轮矿质元素含量径向变化规律研究. 核农学报. 2023(09): 1864-1871 . 百度学术
9. 息朝庄，张鹏飞，吴林锋，杨茗钛，范云飞，邓会娟. 贵州惠水耕地土壤重金属污染调查与评价. 地质通报. 2023(07): 1228-1239 . 本站查看
10. 赵辰，孙彬彬，周国华，贺灵，曾道明. 福建龙海市土壤营养元素全量特征及有效量预测. 地质通报. 2023(10): 1784-1791 . 本站查看
11. 姜冰，邢孟涵，孙增兵，杨丽原. 弥河流域土壤中钴、钼、硒、锌空间分布及来源分析. 科学技术与工程. 2023(35): 15312-15318 . 百度学术
12. 李强，文铜，何国兴，武亚堂，纪童，张德罡，韩天虎，潘冬荣，柳小妮. 不同海拔高寒草甸土壤微量元素含量及其与植被的关系. 草地学报. 2022(07): 1731-1737 . 百度学术
其他类型引用(2)
计量
- 文章访问数: 2108
- HTML全文浏览量: 261
- PDF下载量: 2328
- 被引次数: 14
