中国土壤硼地球化学异常特征与找矿远景区预测

Characteristics of boron geochemical anomalies and prediction of boron resource potential in China

摘要

硼是一种新兴战略矿产，在现代高新技术产业中应用广泛。近年来，硼的需求持续上升，硼矿资源勘查也日益受到重视。本文依托中国地球化学基准值计划所采集的3 380件汇水域深层土壤数据，提供了全国B元素地球化学分布和异常特征。全国汇水域土壤深层样品B平均含量为46.4μg/g, B整体上具有南高北低、连片分布的特点，可划分为5个地球化学分区，分别为东北与内蒙古东部地区(Ⅰ)、西北部地区(Ⅱ)、华北地区(Ⅲ)、青藏地区(Ⅳ)和南方地区(Ⅴ)。以B含量70.9和52.4μg/g(累频85%)分别作为南北方异常下限，共圈定出37个B地球化学异常，在全国圈定10个地球化学省和9个小规模异常。根据B异常空间分布，结合地质背景和硼矿床分布，进一步划分出9个成矿远景区，建议加大盐湖型硼矿的找矿勘查力度，并将硬岩(海相沉积)型硼矿作为下一步勘查目标。

关键词

硼 / 中国地球化学基准 / 找矿远景区 / 深层土壤 / 地球化学异常

Key words

boron / China Geochemical Baseline / potential mineral resources area / deep soil / geochemical anomalies

0 引言

硼的原子序数为5,位于第二周期第Ⅲ主族,原子质量为10.81 g/mol,硼具有质轻、耐高温和超高硬度等性质,高温条件下易与过渡族金属或金属氧化物反应,是一种新兴高新技术原料,广泛应用于化工、农业、材料、生物环保和核工业等领域^[1⇓-3],因而硼被欧盟和日本列为关键矿产和优先考虑的战略矿产之一^{[2⇓⇓⇓⇓-7]}。

我国硼矿资源较丰富,硼矿储量为1 119.3万t^[8](以B₂O₃计),约占全球储量的3%^[9],集中分布在辽宁、吉林、青海和西藏4个地区,占全国硼资源储量的90%以上^[10]。大多数硼矿石品位较低^[11-12],且岩矿型以硼镁石矿为主,生产技术工艺成熟度低,工业利用量极少^[13]。2017年以来,我国已经成为硼矿全球最大消费国和进口国,硼对外依存度已达80%以上^[13],土耳其和美国等为主要硼产品出口国^[3,12,14]。随着当前国际贸易摩擦加剧和政治局势紧张,各国正在逐步缩紧硼矿出口,我国硼资源低自给率严重威胁国家资源安全,因此需要寻找和开发新的硼资源基地。

中国地球化学基准计划,是国际地球化学基准计划中的一部分^{[15⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-30]} 。本文首次利用该计划所采集的汇水域土壤、岩石中B元素等数据,结合硼的地球化学性质,论述全国硼地球化学分布特征和异常,结合区域成矿地质背景探讨硼资源的远景区。

1 样品采集与方法技术

1.1 样品采集

中国地球化学基准计划使用1∶200 000地质图图幅作为基准采样网格^{[15⇓⇓⇓⇓-20]}(每个网格大约为1/4个全球基准网格^[31],相当于1^o(经度) × 40'(纬度))。土壤样品采集:由于汇水域沉积物(土壤)为最具有代表性的采样介质^{[18,32⇓⇓⇓⇓-37]},既能代表上游汇水域岩石经风化混匀后的元素平均含量,也可监测流域内环境的阶段性变化和污染物的输入量,因而采用土壤样品作为主要采样介质。每个网格内部署两个采样点,每个采样点同时采集表层和深层两个样品。每个采样点均可代表上游1 000~5 000 km²的汇水域面积,表层和深层共计采集6 617件样品。表层样品在土壤0~25 cm处采集,深层样品在100 cm以下进行采集,如果土壤剖面深度小于100 cm,则采集土壤C层^{[18,37⇓⇓-40]}。以等边三角形在每个采样点位上采集3个子样(相距50 m以内),组成一个组合样,每个组合样质量约为5 kg,样品过筛后粒度需小于2 mm送交实验室进行分析。岩石样品采样:地层以系为单位采集能代表该系主要岩性的样品,侵入岩以时代和岩性为单元,均采集新鲜岩石,每个样品由采样点周围3处以上同一岩性的新鲜岩石碎块(直径<30 mm)组合而成,每个样品质量不少于3 kg,共计采集12 000余件。

1.2 分析测试与质量控制

中国地球化学基准计划是目前唯一达到联合国教科文组织 “蓝皮书”规定分析指标要求的计划,共分析76个元素和5个指标^{[15⇓⇓⇓⇓-20]}。除铂族元素外,其他元素均在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室内完成分析测试。其中,B元素采用发射光谱法(ES)进行测定,首先称取0.100 0 g样品和缓冲剂(K₂S₂O₇、NaF、Al₂O₃和碳粉混合物)按等比例混合研磨,并装入电极内,使用平面光栅摄谱仪对电极进行两次重叠摄谱,短波相板和长波相板采用不同的显影时间,用Ge作为内标元素。随后在测光仪上测定B元素的谱线黑度,并扣除分析线和内标线各自的背景黑度,最后根据相对黑度的高低计算样品中的B含量^[41]。整个测试过程采取最严格的质量控制,分析方法与质量控制结果如表1所示。

1.3 数据处理与异常圈定

本文中B元素的空间分布以地球化学等值线图进行表达,利用中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自主研发的国际地球化学填图数据一体化处理系统(Geochem Studio IE)进行绘制。累积频率的分级方法按2.5%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%和97.5%所对应的含量划分成18级。利用Geochem Studio IE统计了土壤深层37个异常区内的异常参数,将85%作为异常下限,结合已探明的硼矿床,在深层土壤地球化学等值线图上圈定了37个硼异常区,异常区内岩性面积占比由1∶250万地质图统计得出(https://geocloud.cgs.gov.cn/)。

2 结果与讨论

2.1 硼元素的地球化学特征及其对硼空间分布的影响

硼具有亲石和亲生物性,硼离子半径较小,易与离子半径较小的+3价金属阳离子,如Al³⁺、Fe³⁺和Mn³⁺等结合,也常与离子半径较小的 Mg²⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等结合成基性盐。硼在自然界多呈络阴离子赋存于造岩矿物,在层状硅酸盐矿物和伟晶岩中富集。表生条件下,硼属于易迁移元素;含硼的硅酸盐矿物(如电气石)比较稳定,其他硼酸盐矿物则易于水解;在冷水中更易溶解并作长距离迁移。含硼矿物风化可形成B(OH)₄^-、硼酸B(OH)₃或NaB(OH)₄,吸附于黏土矿物或作长距离迁移,是硼的主要迁移态和富集相。河水中硼含量较低(0.01 mg/kg),淡水湖到盐湖或海水硼含量逐步增加;内陆盐湖蒸发时可形成硼的富集。海水蒸发硼残存于卤水中,可与硫同时沉淀进入 \mathrm{S} {\mathrm{O}}_4^{2-}晶格中;海相蒸发岩中,硼主要赋存于盐黏土、硬石膏和钾-镁岩中,是硼工业矿床的重要来源。

中国大陆地壳中硼含量为11 μg/g^[42⇓-44],在地壳中分布不均匀,强烈富集于沉积盖层中,我国岩石中硼含量均值为26 μg/g(表2)。在酸性岩和火山岩中无明显富集趋势。在沉积岩中具有相对较高的含量,如石英砂岩(30 μg/g)和硅质岩(31 μg/g)等,富集于泥质岩(93 μg/g)和变泥质岩(65 μg/g)。

中国深层土壤硼中位值为40.5 μg/g,平均值为46.4 μg/g,较表层土壤略低(表3),略高于中国以往调查的表层土壤均值(40~48 μg/g)^{[42⇓⇓⇓⇓-47]},显著高于美国表层土壤均值(33 μg/g)^[48]和世界土壤中值(20 μg/g)^[49]。深层土壤硼分布总体上具有南高北低的特点(图1)。依据硼地球化学特征和土壤中硼的分布,将硼划分为5个地球化学分区(图1),分别为东北与内蒙古东部地区(Ⅰ)、西北部地区(Ⅱ)、华北地区(Ⅲ)、青藏地区(Ⅳ)和南方地区(Ⅴ)。东北与内蒙古东部地区,降水相对丰富,年均气温低,硼更易淋滤迁移,形成了土壤硼的大范围低值区。华北地区多为平原区,硼含量中等,局部存在高值区。西北部地区,年均降水量较低而蒸发量高,硼迁移再聚集后可形成局部的高值区。青藏地区,具有高寒和高蒸发量,山区接受淋滤,内陆湖区或泥沼区蒸发形成含膏盐的粉砂质黏土层,可形成硼高值区。南方地区形成硼的大面积正异常区,主要原因如下:(1)该区地层中富含硼,泥岩、粉砂质泥岩和泥灰岩等富含硼地层分布广;(2)地表黏土矿物等易吸附硼,造成硼在地表次生富集而不易迁移;(3)花岗岩区存在电气石等稳定性较高的含硼矿物,使得硼在地表富集。

2.2 深层土壤硼元素的异常分布特征

依据全国汇水域土壤数据,以深层土壤B含量70.9 μg/g(累积频率85%)作为异常下限并兼顾异常区内有连续异常点分布或者具有地球化学异常套合结构特征(图2),地球化学异常可被更大规模的区域异常、地球化学省或地球化学巨省依次套合^[50]。全国共划分出37个B地球化学异常区(编号为B1~B37)。37个异常可划分为10个地球化学省和9个单异常,B的地球化学省主要分布在南方地区和青藏地区,特征如下(图2、表4)。

(1)福海异常(B1)。位于乌鲁木齐北,阿尔泰山南麓和准噶尔盆地北部地区。地表出露岩性主要为第四纪砂、砂土、砾石、泥岩、粉砂岩、砂砾岩和凝灰岩。该异常面积约0.42×10⁴ km²,为单点异常,B含量为69.6 μg/g,异常强度为2.04,异常衬度为1.33。高硼含量由阿尔泰山麓区淋滤出富硼水,并由蒸发作用造成了次生富集。

(2)奇台异常(B2)。位于乌鲁木齐东,天山北麓。地表出露岩性主要为第四纪砂、砂土和砂砾石等。该异常面积约0.43×10⁴ km²,为单点异常,B含量为138.0 μg/g,异常强度为4.04,异常衬度为2.63。天山北麓强烈的化学风化淋滤出富硼水,在蒸发作用下造成了次生富集。

(3)二连浩特东异常(B3)。位于二连浩特东。地表出露岩性主要为新近纪含砾砂岩、砂岩、砂质泥岩和泥岩;第四纪风成砂、湖积软泥和粉砂;少量中生代含煤岩系和古生代砂泥质碎屑岩局部夹碳酸盐岩层系。该异常面积约2.43×10⁴ km²,异常区内B含量均值为85.0 μg/g,异常强度为2.48,异常衬度为1.62。该区为半干旱草原覆盖区,地表强烈蒸发作用造成了次生富集,同时富硼的泥页岩分布较广。

(4)辽东地球化学省(B-S-1)。位于辽宁大石桥—宽甸一带,为B4异常。该区为辽-吉沉积变质型硼矿矿集区。地表出露岩性主要为古元古代辽河群(约占该地球化学省面积的32%)和中生代中酸性侵入岩。辽河群包括里尔峪组、大石桥组和盖县组,主要岩性为大理岩、片岩、变质火山岩、变粒岩和浅粒岩等,原岩为一套海相沉积火山岩-碳酸盐岩建造,含硼矿石主要为硼镁铁矿和硼镁石等;里尔峪组为硼主要富集层位;区内主要硼矿床为高台沟硼矿、凤城翁泉沟铁硼矿和宽甸杨木杆子硼矿等。该地球化学省面积约5.76×10⁴km²。异常区面积约1.39×10⁴ km²,异常区内B含量均值为81.5μg/g,异常强度为2.38,异常衬度为1.56。该区大面积出露的辽河群里尔峪组和大量的沉积变质型硼矿由高硼地球化学背景引起。

(5)且末异常(B5)。位于新疆东南部,昆仑山北麓。地表出露岩性主要为砂砾岩、粉砂岩和泥质岩夹煤层(约占异常面积的80%)。该异常面积约为0.41×10⁴ km²,异常区内B含量均值为84.6 μg/g,异常强度为2.47,异常衬度为1.61。富硼泥页岩分布较广是硼异常形成的主要原因,其次为强烈蒸发作用引起的次生富集。

(6)察尔汗地球化学省(B-S-2)。位于青海花土沟—察尔汗一带,为B6和B7异常。该区为盐湖型硼矿矿集区,大地构造位于柴达木中间地块北部,南部祁连地槽褶皱带南缘。地表出露岩性主要为第四纪泥岩、钙质黏土夹粉砂岩、石膏和芒硝层;主要含硼矿物为淤泥石膏硼矿、芒硝硼矿、石盐硼矿、含盐黏土硼矿和盐类硼矿等;区内主要硼矿床为大柴旦硼矿和察尔汗钾锂硼矿等。该地球化学省面积约13.42×10⁴ km²。异常区面积约6.81×10⁴ km²,异常区内B含量均值为93.2 μg/g,异常强度为2.72,异常衬度为1.78。异常成因主要为蒸发-化学沉积作用。

(7)西宁—玛曲异常(B8)。位于青海省东部的青海湖附近,阿尼玛卿山北麓,地表出露岩性主要为砂砾岩、泥岩、粉砂岩和泥岩夹石膏层(约60%),其次为泥、砂和砂砾石(约7%)。该异常面积约为9.57×10⁴ km²,异常区内B含量均值为69.1 μg/g,异常强度为2.02,异常衬度为1.32。富硼泥岩和含硼石膏层是硼异常的主要原因,其次为强烈蒸发作用引起的次生富集。

(8)郑州—阜阳异常(B9)。位于河南省东部,淮河以北的华北平原地区。地表出露岩性主要为粉砂质黏土、黏土质粉砂及砂层和粉砂土,为主要农作区。该异常面积约为5.39×10⁴ km²,异常区内B含量均值为67.6 μg/g,异常强度为1.98,异常衬度为1.29。异常成因一方面是施肥作用的影响,另一方面是由蒸发作用引起的次生富集。

(9)班公错—改则地球化学省(B-S-3)。位于西藏西部阿里地区,包括B10、B11和B12异常。该区为盐湖型硼矿矿集区,大地构造位置主要位于班公湖—怒江对接带。地表出露岩性主要为中生代海相泥质和砂泥质碎屑岩夹碳酸盐岩(40%);古近纪和新近纪砂泥质碎屑岩,局部夹煤层(12%);第四纪冰碛、湖积成因砂砾、砂土、砂质黏土(18%)。主要含硼矿物与B-S-2类似,区内主要硼矿床为才玛尔错硼矿、查波错硼矿和依布茶卡硼矿等。该地球化学省面积约为23.80×10⁴ km²。异常区面积约为5.13×10⁴ km²,异常区内B含量均值为97.6 μg/g,异常强度为2.41,异常衬度为1.38。异常成因主要为蒸发-化学沉积作用。

(10)喜马拉雅地球化学省(B-S-4)。位于西藏南部喜马拉雅山脉区,为B13异常。该区大地构造属于冈底斯—喜马拉雅造山系。主要出露地层为中生代海相页岩和砂泥质碎屑岩夹灰岩(40%);古近纪、新近纪中酸性火山岩夹砂岩和泥灰岩(13%);中—新元古代片岩、片麻岩、变粒岩和混合岩夹大理岩(15%)。该地球化学省面积约为24.65×10⁴km²。异常区面积约为15.38×10⁴ km²,异常区内B含量均值为116.0 μg/g,异常强度为2.86,异常衬度为1.64。区内异常面积大,强度高,尚未发现硼矿床;此外,该地区已发现B含量高达500 mg/L的地热水^[51-52];同时,区内蒸发量/降水量值为4.7~8.8,地热水的排放和强烈的蒸发作用造成了土壤硼的富集。因此,该异常由气候条件和高地质背景共同引起。

(11)昌都—玉树地球化学巨省(B-S-5)。位于青海、西藏和四川交汇处,包括B14、B15、B16、B17和B18异常。大地构造位置位于北羌塘—三江造山系和扬子陆块区西部。主要出露地层为中生代海相、海陆交互相泥页岩、砂岩夹煤层和灰岩(70%)。该地球化学巨省面积约为39.04×10⁴ km²。异常区面积约为18.55×10⁴ km²,异常区内B含量均值为96.6 μg/g,异常强度为2.39,异常衬度为1.36。区内异常面积大,尚未发现硼矿床。异常一方面由中—晚三叠世、中—晚侏罗世、古近纪地层中的膏盐和芒硝富硼引起,另一方面与泥页岩地层中高硼含量有关;同时,该区蒸发量/降水量值为1.6~2.1^[53],可在一定程度上造成土壤硼的富集。因此,该异常由高地质背景和气候条件共同引起。

(12)松潘异常(B19)。位于四川西北部。大地构造属于秦—祁—昆造山系。出露地层为古生代海相碳酸盐岩夹泥页岩和硅质岩(64%);中生代砂泥质碎屑岩夹灰岩(36%)。该异常面积约为0.18×10⁴km²,异常区内B含量均值为143.0 μg/g,异常强度为3.53,异常衬度为2.01。区内尚未发现硼矿床;异常由高地质背景引起。

(13)川中地球化学省(B-S-6)。位于四川中部,包括B20和B21异常。大地构造属于上扬子陆块区。出露地层为古生代海相碳酸盐岩夹泥页岩和砂岩(20%);中生代砂泥质碎屑岩夹碳酸盐岩(48%);第四纪冰碛、冲洪积和沼泽沉积砂、砾、黏土等(28%)。该地球化学省面积约为6.82×10⁴ km²。异常区面积约为1.64×10⁴ km²,异常区内B含量均值为87.1 μg/g,异常强度为2.15,异常衬度为1.23。区内异常面积不大,强度较低,主要发现卤水型硼矿床,如自贡邓井关卤水硼矿;异常由晚三叠世和晚白垩世地层中的膏盐和芒硝富硼引起,为高地质背景成因。

(14)安康异常(B22)。位于陕鄂渝交界处。大地构造属于秦—祁—昆造山系。出露地层为古生代海相碳酸盐岩夹泥页岩、硅质岩和磷块岩等(83%)。该异常面积约为0.88×10⁴ km²,异常区内B含量均值为86.3 μg/g,异常强度为2.13,异常衬度为1.22。区内尚未发现硼矿床;异常由高地质背景引起。

(15)钦杭带东段地球化学省(B-S-7)。位于皖西南、苏南和浙西北等地,包括B23异常。大地构造位于扬子陆块和钦杭对接带北缘东段。岩性主要为第四纪粉砂质黏土、粉砂淤泥、泥炭砂砾层和含铁锰结核等(83%);其次为古生代—早中三叠世海相灰岩夹白云岩、泥页岩和砂岩(14%)。该地球化学省面积约为10.47×10⁴ km²。异常区面积约为4.73×10⁴ km²,异常区内B含量均值为87.0 μg/g,异常强度为2.15,异常衬度为1.23。区内异常面积大,强度整体不高,局部存在夕卡岩型硼矿,为地层中硼在岩浆热液作用下再富集,如长兴和平硼矿。异常一方面由中—晚三叠世地层中的膏盐和芒硝富硼引起;另一方面与第四系泥炭淤泥层吸附硼元素有关;异常主要为硼再迁移和吸附作用引起的次生富集。

(16)钦杭带中段地球化学省(B-S-8)。主要位于湘北、鄂和渝等地,包括B24、B25、B26和B27异常。大地构造位于扬子陆块和钦杭对接带北缘中段。出露地层主要为古生代—早中三叠世海相灰岩夹白云岩、泥页岩和砂岩(73%);第四纪河流相冲积物、砂质黏土和细粉砂等(17%)。该地球化学省面积约为25.19×10⁴ km²。异常区面积约为13.87×10⁴km²,异常区内B含量均值为93.1 μg/g,异常强度为2.30,异常衬度为1.31。区内异常面积大,强度局部较高,局部有卤水型硼矿床;异常一方面由早寒武世、中—晚三叠世地层中的膏盐和芒硝富硼引起;另一方面与区内泥页岩中富集硼元素有关;为高地质背景成因。

(17)华南地球化学巨省(B-S-9)。跨赣、湘、黔、桂和粤5省,包括B28、B29、B30、B31、B32和B33异常。大地构造属于扬子陆块、钦杭对接带和华夏造山系。出露岩性主要为新元古代—早侏罗世海相、滨海相灰岩、白云岩、泥页岩和砂岩互层(62%);中生代中酸性岩体(11%)。该地球化学巨省面积约为73.32×10⁴ km²。异常区面积约为39.60×10⁴km²,异常区内B含量均值为116.0 μg/g,异常强度为2.87,异常衬度为1.64。区内异常面积大,局部异常强度高。区内主要为夕卡岩型硼矿,如常宁县七里坪硼矿、连平大顶硼矿和阳山九龙坪硼矿等;硼矿成因与岩浆热液作用造成的硼的再富集有关。区内硼异常一方面由中三叠世、早中白垩世、古新世地层中的膏盐和芒硝富硼引起;另一方面与区内泥页岩地层中富含硼有关;为高地质背景成因。

(18)滇中地球化学巨省(B-S-10)。位于云南省中部,包括B34、B35和B36异常。大地构造跨三江—北羌塘造山系、扬子陆块和钦杭对接带等。出露地层主要为古生代—早白垩世海相灰岩夹白云岩、泥页岩和砂岩(85%)。该地球化学巨省面积约为33.99×10⁴ km²。异常区面积约为9.51×10⁴ km²,异常区内B含量均值为151.0 μg/g,异常强度为3.73,异常衬度为2.13。区内异常面积大,局部异常强度高。区内尚未发现硼矿床;异常一方面由早寒武世、中—晚三叠世地层中的膏盐和芒硝富硼引起;另一方面与区内泥页岩地层中富含硼有关;为高地质背景成因。

(19)琼北异常(B37)。位于海南岛西北部。大地构造属于华夏造山系。出露岩性主要为晚古生代—中生代中酸性岩体(36%);古生代—早白垩世板岩、砂岩和火山岩等(26%);第四系砂砾、黏土和粉砂质黏土(27%)。该异常面积约为0.66×10⁴km²,异常区内B含量均值为269.0 μg/g,异常强度为6.64,异常衬度为3.80。区内异常面积不大但强度高;尚未有硼矿床。异常原因不明,可能与高地质背景相关。

2.3 异常区硼矿成矿潜力评价

中国硼矿床类型可划分为沉积变质型、现代盐湖型、夕卡岩型、地下卤水型、海相沉积型、火山沉积和火山热泉型等类型硼矿^[10,54]。其中,主要开发利用的为前两个类型,而夕卡岩型和地下卤水型硼矿规模较小^[10]。根据中国目前已知的硼矿产地、区域成矿条件、成矿区带和大地构造单元划分方案等,结合土壤硼分布特征,将全国初步划分为9个硼的成矿远景区(图1),分别为辽—吉、察尔汗及周缘、班公错—改则、喜马拉雅、昌都—玉树、川中、华南、滇西南和桂南成矿远景区。各远景区特征如下。

(1)辽—吉成矿远景区(B-C-1)。区内为B-S-1地球化学省,存在高台沟、翁泉沟和宽甸杨木杆子等多处大中型硼矿床,为我国主要硼矿产地;矿集区硼地球化学异常强度不高,具有良好的找矿前景,以寻找沉积变质型硼矿为主。

(2)察尔汗及周缘成矿远景区(B-C-2)。区内为B-S-2地球化学省,分布有大柴旦和察尔汗等硼矿床,矿床分布在异常中心或旁侧,为我国主要硼矿产地,具有良好的找矿前景,以寻找现代盐湖沉积型硼矿为主。

(3)班公错—改则成矿远景区(B-C-3)。区内为B-S-3地球化学省,分布有杜佳里、扎仓茶卡、扎布耶茶卡、拉果错、当雄错和麻米错等硼矿床,矿床分布与地球化学异常对应较好,为我国主要硼矿产地,找矿前景较好,以寻找现代盐湖沉积型硼矿为主。

(4)喜马拉雅成矿远景区(B-C-4)。区内为B-S-4地球化学省,区内异常面积大、强度高,尚未发现硼矿床。该区处于高山淋滤与蒸发次生富集区,硼的高异常由地层中高硼含量引起。地层中硼再富集的情况下可以成矿,因而找矿方向为夕卡岩型和现代盐湖型。

(5)昌都—玉树成矿远景区(B-C-5)。区内为B-S-5地球化学巨省,尚未发现硼矿床。该区处于高山淋滤与蒸发次生富集区,硼的高异常由地层中高硼含量引起。区内局部晚三叠世、古新世地层可能存在海相沉积型硼矿,找矿方向与B-C-4相近,以寻找现代盐湖沉积型和夕卡岩型硼矿为主。

(6)川中成矿远景区(B-C-6)。区内为B-S-6地球化学省,区内分布有自贡邓井关卤水硼矿等。硼矿分布与地表硼地球化学异常不密切,硼主要来自含硼盐类的溶解迁移。该类矿床具有重要的找矿意义。

(7)华南成矿远景区(B-C-7)。位于B-S-7地球化学巨省内部,区内分布有常宁县七里坪、连平大顶、阳山九龙坪等中小型夕卡岩型硼矿。区内岩浆活动强烈,局部地层中硼含量较高;该区应以寻找夕卡岩型硼矿为主。

(8)滇西南成矿远景区(B-C-8)。位于B-S-9地球化学省内部,为B30异常的一部分,区内尚未发现硼矿床。异常由古新世—始新世含硼含盐地层引起。该区应以寻找海相沉积型硼矿为主,局部寻找夕卡岩型硼矿。

(9)桂南成矿远景区(B-C-9)。位于B-S-7地球化学巨省内部,为B32异常的一部分,区内尚未发现硼矿床。异常由地层中高硼含量引起。该区找矿方向以夕卡岩型硼矿为主。

3 结论

本文利用中国地球化学基准计划获取的汇水域土壤深层样品数据初步探讨了中国B元素及其地球化学异常分布特征。

(1)全国汇水域土壤深层样品B平均含量为46.4 μg/g,并将B划分为5个地球化学分区,整体上具有南高北低、连片分布的特点。

(2)以深层土壤B含量70.9和52.4 μg/g(累频85%)分别作为南北方的异常下限,共圈定37个B地球化学异常,归为10个地球化学省,已有B矿床多位于地球化学省内或周缘。

(3)本文根据B的地球化学异常分布特征,结合已有B成矿带,划分出9个成矿远景区,其中B-C-1、B-C-2和B-C-3是目前主要硼矿产地与下一步重点勘查区;B-C-6和B-C-7目前发现中小型矿床,需加大投入;B-C-5和B-C-8有望寻找到海相沉积型硼矿,应作为下一步勘查工作的关注方向;B-C-4和B-C-9成矿前景不明,需进行下一步工作。

感谢全体野外采样人员的辛苦付出,感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室测试分析人员的分析工作。

参考文献

[1] 全跃. 硼及硼产品研究与进展[M]. 大连: 大连理工大学出版社, 2008.

[2] 王春连, 王九一, 游超, 战略性非金属矿产厘定、 关键应用和供需形势研究[J]. 地球学报, 2022, 43(3): 267-278.

[3] ZHU M X, ZHOU X R, ZHANG H, et al. International trade evolution and competition prediction of boron ore: based on complex network and link prediction[J]. Resources Policy, 2023, 82: 103542.

[4] BARTEKOVÁ E, KEMP R. Critical raw material strategies in different world regions[R]. Maastricht: United Nations University, Maastricht Economic and social Research in stitute on Innovation and Technology, 2016.

[5] 王登红. 关键矿产的研究意义、 矿种厘定、 资源属性、 找矿进展、 存在问题及主攻方向[J]. 地质学报, 2019, 93(6): 1189-1209.

[6] 葛建平, 刘佳琦. 关键矿产战略国际比较: 历史演进与工具选择[J]. 资源科学, 2020, 42(8): 1464-1476.

[7] 李文昌, 李建威, 谢桂青, 中国关键矿产现状、 研究内容与资源战略分析[J]. 地学前缘, 2022, 29(1): 1-13.

[8] 中华人民共和国自然资源部. 中国矿产资源报告[R]. 北京: 地质出版社, 2022.

[9] 林秋婷, 陈晨, 刘海洋. 硼的地球化学性质及其在俯冲带的循环与成矿初探[J]. 岩石学报, 2020, 36(1): 5-12.

[10] 邵世宁, 熊先孝. 中国硼矿主要矿集区及其资源潜力探讨[J]. 化工矿产地质, 2010, 32(2): 65-74.

[11] WANG G, WANG J S, YU X Y, et al. Innovative method for boron extraction from iron ore containing boron[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 2016, 23(3): 247-256.

[12] AN J, XUE X X. Life cycle environmental impact assessment of borax and boric acid production in China[J]. Journal of Cleaner Production, 2014, 66: 121-127.

[13] 张福祥, 赵莎, 刘卓, 全球硼矿资源现状与利用趋势[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(6): 142-151.

[14] DONG M G, XUE X X, SINGH V P, et al. Shielding effectiveness of boron-containing ores in Liaoning province of China against gamma rays and thermal neutrons[J]. Nuclear Science and Techniques, 2018, 29(4): 58.

[15] 王学求, 谢学锦, 张本仁, 地壳全元素探测: 构建 “化学地球”[J]. 地质学报, 2010, 84(6): 854-864.

[16] 王学求. 全球地球化学基准: 了解过去, 预测未来[J]. 地学前缘, 2012, 19(3): 7-18.

[17] YAO W S, XIE X J, ZHAO P Z, et al. Global scale geochemical mapping program: contributions from China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2014, 139: 9-20.

[18] WANG X Q. China geochemical baselines: sampling methodology[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015, 148: 25-39.

[19] 王学求, 周建, 徐善法, 全国地球化学基准网建立与土壤地球化学基准值特征[J]. 中国地质, 2016, 43(5): 1469-1480.

[20] 王学求. 透视全球资源与环境, 实施“化学地球”国际大科学计划[J]. 中国地质, 2017, 44(1): 201-202.

[21] WANG X Q, LIU X M, HAN Z X, et al. Concentration and distribution of mercury in drainage catchment sediment and alluvial soil of China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015, 154: 32-48.

[22] WANG X Q, HAN Z X, WANG W, et al. Continental-scale geochemical survey of lead (Pb) in China mainland’s pedosphere: concentration, spatial distribution and influences[J]. Applied Geochemistry, 2019, 100: 55-63.

[23] LIN X, WANG X Q, ZHOU J, et al. Concentrations, variations and distribution of molybdenum (Mo) in catchment outlet sediments of China: conclusions from the China geochemical baselines project[J]. Applied Geochemistry, 2019, 103: 50-58.

[24] LIU Q Q, ZHANG B M, ZHAI D X, et al. Continental-scale distribution and source identification of fluorine geochemical provinces in drainage catchment sediment and alluvial soil of China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2020, 214: 106537.

[25] LIU H L, WANG X Q, ZHANG B M, et al. Concentration and distribution of selenium in soils of China mainland’s, and implications for human health[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2021, 220, 106654: 1-14.

[26] YAN T T, WANG X Q, LIU D S, et al. Continental-scale spatial distribution of chromium (Cr) in China and its relationship with ultramafic-mafic rocks and ophiolitic chromite deposit[J]. Applied Geochemistry, 2021, 126: 104896.

[27] 王学求, 柳青青, 刘汉粮, 关键元素与生命健康: 中国耕地缺硒吗?[J]. 地学前缘, 2021, 28(3): 412-423.

[28] LIU H L, WANG X Q, ZHANG B M, et al. Concentration and distribution of lithium in catchment sediments of China: conclusions from the China geochemical baselines project[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2020, 215: 106540.

[29] WANG X Q, LIU X M, WANG W. National-scale distribution and its influence factors of calcium concentrations in Chinese soils from the China global baselines project[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2022, 233: 106907.

[30] WANG W, WANG X Q, ZHANG B M, et al. Concentrations and spatial distribution of chlorine in the pedosphere in China: based on the China geochemical baselines project[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2022, 242: 107089.

[31] DARNLEY A G, BJÖRKLUND A, BØLVIKEN B, et al. A global geochemical database for environmental and resource management[R]. Paris: UNESCO Publishing, 1995.

[32] DEMETRIADES A, OTTESEN R T, LOCUTURA J. Geochemical mapping of western Europe towards the year 2000-pilot project report[R]. Trondheim: Western European Geological Surveys, Geological Survey of Norway, Trondheim, Open File Report, 1990.

[33] BØLVIKEN B, DEMETRIADES A, HINDEL A, et al. Geochemical mapping of western Europe towards the year 2000 - project proposal[R]. Trondheim: Western European Geological Surveys, Geological Survey of Norway, Trondheim, NGU Report, 1990.

[34] BÖLVIKEN B, BOGEN J, DEMETRIADES A, et al. Regional geochemical mapping of western Europe towards the year 2000[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1996, 56(2): 141-166.

[35] CHENG H X, SHEN X C, YAN G S, et al. Wide-spaced floodplain sediment sampling covering the whole of China: pilot survey for international geochemical mapping[M]// XIE X J. Proceedings of the 30th International Geological Congress: Geochemistry, 19: 89-109.

[36] OTTESEN R T, BOGEN J, BØLVIKEN B, et al. Overbank sediment: a representative sample medium for regional geochemical mapping[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1989, 32(1/2/3): 257-277.

[37] XIE X J, CHENG H X. The suitability of floodplain sediment as a global sampling medium: evidence from China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1997, 58(1): 51-62.

[38] SALMINEN R, TARVAINEN T. The problem of defining geochemical baselines: a case study of selected elements and geological materials in Finland[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1997, 60(1): 91-98.

[39] CARITAT P D, COOPER M, LECH M, et al. National geochemical survey of Australia: sample preparation manual[J]. Geoscience Australia, 2009, 8: 1-28.

[40] DE CARITAT P, REIMANN C, SMITH D B, et al. Chemical elements in the environment: multi-element geochemical datasets from continental- to national-scale surveys on four continents[J]. Applied Geochemistry, 2018, 89: 150-159.

[41] 张勤, 白金峰, 王烨. 地壳全元素配套分析方案及分析质量监控系统[J]. 地学前缘, 2012, 19(3): 33-42.

[42] 鄢明才. 中国东部地壳与岩石的化学组成[M]. 北京: 科学出版社, 1997.

[43] YAN M C. The chemical compositions of the continental crust and rocks in the eastern part of China[M]. Beijing: Science Press, 2005.

[44] 迟清华, 鄢明才. 应用地球化学元素丰度数据手册[M]. 北京: 地质出版社, 2007.

[45] 鄢明才, 顾铁新, 迟清华, 中国土壤化学元素丰度与表生地球化学特征[J]. 物探与化探, 1997, 21(3): 161-167.

[46] 中国环境监测总站. 中国土壤元素背景值[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 1990.

[47] 魏复盛, 陈静生, 吴燕玉, 中国土壤环境背景值研究[J]. 环境科学, 1991, 12(4): 12-19, 94.

[48] SHACKLETTE H T, BOERNGEN J G. Element concentrations in soils and other surficial materials of the conterminous United States: an account of the concentrations of 50 chemical elements in samples of soils and other regoliths[M]. Washington: Government Printing House, 1984.

[49] BOWEN H J M. Environmental chemistry of the elements[M]. London: Academic Press, 1979.

[50] 谢学锦, 刘大文, 向运川, 地球化学块体: 概念和方法学的发展[J]. 中国地质, 2002, 29(3): 225-233.

[51] 庄稼成. 三江源气象水文干旱时空演变特征与归因研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2024.

[52] LIU M L, GUO Q H, LUO L, et al. Environmental impacts of geochermal waters with extremely high boron concentrations: insight from a case study in Tibet, China[J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2020, 397, 106887: 1-12.

[53] 佟伟, 廖志杰, 刘时彬, 西藏温泉志[M]. 北京: 科学出版社, 2000.

[54] 王莹, 熊先孝. 中国硼矿床成矿规律概要与找矿远景分析[J]. 矿床地质, 2022, 41(5): 939-951.

基金资助

国家自然科学基金地质联合基金项目(U2244219)

中国地质调查局地质调查项目(DD20221807)