隱伏巖體預測的理論方法研究進展

王 維 湯靜如

1.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八一大隊，四川西昌 615000；

2.桂林理工大學地球科學學院，廣西桂林 541004

隱伏巖體預測的理論方法研究進展

王 維1湯靜如2

1.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八一大隊，四川西昌 615000；

2.桂林理工大學地球科學學院，廣西桂林 541004

隱伏礦床的預測是地質(zhì)勘查中的熱點、重點和難點，在我國許多地區(qū)，特別是南方許多隱伏的金屬礦床與隱伏花崗巖體有直接關(guān)聯(lián)，我國地質(zhì)工作者從不同的角度開展隱伏巖體預測的研究，提出了地球物理學方法、地球化學方法以及遙感等方法，并成功預測發(fā)現(xiàn)了一批隱伏礦床。本文對近些年來隱伏巖體預測的研究進行回顧和總結(jié)，并展望多學科交叉、不同理論方法結(jié)合滲透和工業(yè)化將是隱伏巖體發(fā)展的趨勢。

隱伏巖體；預測；理論與方法；頂上帶；體中體

礦產(chǎn)資源是不可再生資源，經(jīng)過人類長期開采，可探尋的、出露地表的礦床數(shù)目在日益的減少，除了某些海拔較高的山區(qū)和環(huán)境惡劣地區(qū)外，在地表找礦的“難”是各國地質(zhì)找礦都面臨的問題。我國地質(zhì)構(gòu)造復雜，在江西、湖南等南嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)許多有色、稀有和貴金屬等礦床，與隱伏的花崗巖有密切關(guān)系，有的甚至可以發(fā)現(xiàn)隱伏花崗巖與隱伏礦床伴生產(chǎn)出。本文因項目需要，對此做了大量資料收集工作，對隱伏巖體的預測的研究進展作回顧、總結(jié)，旨在歸納這方面理論和方法，希望對生產(chǎn)提供一定參考和幫助。

1 隱伏巖體的定義和特點

關(guān)于隱伏巖體的定義，國內(nèi)外目前尚無統(tǒng)一的定義，袁奎榮基于找礦工作的需要將其定義為“目前不能為人們直接在地表觀察到的花崗巖類侵入體”[1]。這個定義包含了全隱伏的巖體以及部分出露的半隱伏巖體，它可以是被水體、松散堆積物掩藏的，也可以是被沙漠掩藏的，同時可能是原始隱伏或者經(jīng)后天改造而次生隱伏的。

隱伏巖體缺乏直接的探尋標志，無法從地表直接進行觀察，但其有著自己的獨特的物理屬性。

（1）密度屬性特征

在華南，許多隱伏巖體與隱伏礦床伴生。幾種在華南常見的酸性巖體的密度如表1所示，其中花崗巖的密度是(2.60～2.62)x103kg/m3。在華南，大多數(shù)花崗巖侵入碳酸鹽或者砂巖中，而隨著酸性增強花崗巖的密度會有增小的趨勢，圍巖的密度是2.76x103kg/m3，所以華南許多花崗巖的密度相對于圍巖的密度較小[2]。

（2）磁性屬性特征

隱伏巖體的磁性主要和其所含的鐵元素有關(guān)。一般情況下花崗巖的磁化率為花崗巖的磁性與巖石本身含鐵組分有關(guān)。正常情況下，花崗巖本身的磁化率(K)為(3～100)x4πx10-6SI，根據(jù)其含鐵的多少而不定。比較廣西不同階段的巖體的磁性，從中可以發(fā)現(xiàn)K和Jr會隨著時代由老到新慢慢變強。

表1 華南主要酸性巖體的密度Table 1 Density values of major acidic bodies in South China

表2 花崗巖和圍巖的電性Table 2 Electrics of granite and country rocks

（3）電性屬性特征

隱伏巖體的電性，受侵位圍巖的影響。通過表2中的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)大廠的電阻率的差異不明顯，而個舊的則比較明顯，所以就構(gòu)成了電性差異。

（4）熱變質(zhì)特征

熱變質(zhì)帶是隱伏巖體的主要地質(zhì)特征之一，這種特征只會在侵位時伴隨著地球化學元素的分帶的現(xiàn)象而產(chǎn)生。如Nb-Be帶、Cu-Bi帶以及Pb-Zn帶，這種分帶現(xiàn)象由熱接觸帶向圍巖逐漸過度。

2 隱伏巖體預測的地質(zhì)理論與方法

隱伏巖體的產(chǎn)生往往伴隨著侵入活動。當花崗巖侵入時，對圍巖和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造等都會產(chǎn)生影響，而這些影響可以通過種種的地質(zhì)標志來進行判別、分析。

2.1 熱接觸帶變質(zhì)暈

當巖漿大規(guī)模侵入時，其圍巖被迫受熱，受熱能梯度的變化，產(chǎn)生礦物組合以及構(gòu)造明顯不同且圍繞侵入體的熱變質(zhì)帶。而且在這個過程中，圍巖的熱量能夠保持的時間是和侵入體的直徑有關(guān)的，它們成平方關(guān)系[3]。隨著距離侵入體的遠近，圍巖的溫度也是不同的，一般直接接觸侵入體的圍巖溫度最高，約為侵入體溫度的60%+TN（TN是圍巖的原始溫度），距離侵入體距離相當于巖體厚度1/10時，此時的圍巖溫度只有侵入體溫度的50%+TN[4]。鑒于此，可以利用等溫法對隱伏巖體熱接觸帶進行劃分。同時由于受溫不同其發(fā)生礦物組合也不同，經(jīng)過眾多實踐總結(jié)，得到花崗巖熱接觸帶劃分組合標志：

（1）堇青石等變生礦物的初次出現(xiàn)；

（2）典型礦物和主要礦物出現(xiàn)特征組合；

（3）瘤狀等特征結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化等。

2.2 熱蝕變交代

隱伏巖體侵入活動，受熱量和揮發(fā)分的影響，在巖體頂部等周圍地方發(fā)生熱液蝕變和交代作用，接近巖體的熱液蝕變在距離隱伏巖體的垂向上顯示帶狀變化，結(jié)合已查明的熱液蝕變和隱伏巖體的關(guān)系，可將其作為隱伏巖體的勘察標志。還有一種隱伏巖體是在出露巖體中的，被稱作“體中體”，對于此種隱伏體，平暗色礦物暈帶石英以及鉀長石含量增加的暈帶具有指示意義[5]。

2.3 巖脈及巖枝

一般情況下，和花崗巖有生成關(guān)系的酸性巖脈，由于受圍巖或巖體侵位機制及冷凝固結(jié)機制的影響，往往呈現(xiàn)出離巖體越近，脈巖越多、越寬的現(xiàn)象。在查明隱伏巖體時，可以根據(jù)出露地表的巖脈和巖枝在不同地區(qū)已知規(guī)律的關(guān)系，將其作為探尋隱伏巖體的直接標志。Pitcher用一種細晶巖的空間分布查明和認識在地下200米處的隱伏巖體[6]。

2.4 構(gòu)造條件

隱伏巖體受斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造以及復合構(gòu)造的控制。其中，根據(jù)已知巖體出現(xiàn)等距出露的工作區(qū)內(nèi)，可以用等距性進行預測，即是在不同均介質(zhì)中，最簡單得時剪應力軌跡的等距離分布。在河南盧氏-靈寶地區(qū)，利用等距分布的原理，在隱伏巖體預測的工作中取得了良好的效果[7]。

花崗巖入侵時，會和圍巖發(fā)生熱能和機械能的交換，使圍巖中的小構(gòu)造發(fā)生包括環(huán)狀、共軛節(jié)理剪裂角的增大等變化，可作為隱伏巖體預測的間接地質(zhì)標志，如廣西栗木圈定的大于90°的共軛節(jié)理剪裂角等值線和已控制的隱伏巖體頂板等高線有大致相同的變化趨勢[8]。

3 隱伏巖體預測的地球物理學法

物探是研究區(qū)域深部地質(zhì)的有效方法，利用隱伏巖體的物理特性，在隱伏巖體預測中，使用重力異常場、電發(fā)異常和磁異常場等標志，結(jié)合地震和放射性方面的資料，可為劃分、圈定隱伏巖體提供重要依據(jù)。

藺婉瑩，王勇進，韋景勤等認為地質(zhì)運動的發(fā)生伴隨著一些列的地球物理的變化，可以通過處理重、磁數(shù)據(jù)資料，提取重力區(qū)域場和局部場，研究地質(zhì)的變革過程從而找到隱伏巖體[9]。

3.1 重力異常

區(qū)域巖石密度研究資料表明，隱伏花崗巖體往往具有較低的密度，高于其數(shù)值則會引起局部重力低值異常，如在滇黔桂的13局部重力異常處，發(fā)現(xiàn)了11處隱伏花崗巖。

3.2 磁異常

隱伏巖體，比如隱伏花崗閃長巖體重常常含有很多的鐵鎂質(zhì)礦物，所以具有弱磁性或中磁性，其中中等磁性較多見。而且，當巖體出露時，巖體的正上方對應出現(xiàn)比較規(guī)則的正磁異常，其外圍出現(xiàn)負值異常，或者不明顯。有些巖體具有強磁性，所以可以通過航磁來推斷隱伏巖體，以及其熱液活動的通道[10]。

在深部，隱伏花崗巖體較之圍巖有著自己的特征，這些往往反映在密度、磁性、電性以及熱變質(zhì)等特性上，對此可以用地質(zhì)-地球物理-地球化學綜合預測模式，對隱伏花崗巖的熱變質(zhì)帶、頂板低密度、頂上帶的磁性以及蒸發(fā)暈等研究，發(fā)現(xiàn)隱伏花崗巖體。鄧月紅等利用高精度的磁法，經(jīng)過磁法掃面，發(fā)現(xiàn)有隱伏巖體的地方磁場較高，巖體邊緣又較低，通過如此，在磁異常平面圖和剖面圖上可以明確的發(fā)現(xiàn)[11]。有時候在一些地區(qū)，可以根據(jù)相關(guān)地區(qū)已有的對應關(guān)系較好的磁異常特征，形成相應的預測標志，對隱伏-半隱伏巖體的識別有重要作用[12]。

3.3 電法異常

隱伏巖體內(nèi)部多呈現(xiàn)高電阻率，它和沉積巖中的灰?guī)r、砂巖之間沒有明顯的電性差異；但是，在隱伏巖體的接觸帶上的礦化富集層，常常呈低電阻率，所以可以利用電阻率法預測隱伏巖體。如在云南個舊就成功的利用電法預測了隱伏巖體的形態(tài)。

3.4 放射性異常

具有關(guān)資料顯示，隱伏巖體中的放射性元素的含量是高于圍巖的，所以在實行航空放射性時，隱伏巖體出露地段對應著很高的伽馬異常和U、K等伽馬能譜高值異常。

3.5 遙感圖像

隱伏巖體與衛(wèi)片航片的環(huán)形影像之間存在著較為密切的聯(lián)系，航片衛(wèi)片經(jīng)過增強等圖像處理后，從中可以提取出環(huán)形的影像特征信息，在衛(wèi)片上更容易判別出隱伏巖體的產(chǎn)出與分布情況。在對栗木礦區(qū)進行衛(wèi)片處理后發(fā)現(xiàn)，其環(huán)形構(gòu)造出現(xiàn)在北東向、東西向、北西向印之-燕山期構(gòu)造-巖漿隆起近于交匯所圍限的上古生界為主組成的向斜揚起端。隱伏花崗巖體均分布在環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部的南部內(nèi)環(huán)一帶。在其北部內(nèi)環(huán)則發(fā)現(xiàn)了Sn、W、Pb、Zn、Cu的異常和Pb、Zn的礦點[13]。

4 隱伏巖體預測的地球化學方法

隱伏巖體中含有大量的金屬和非金屬元素，不同的環(huán)境其表現(xiàn)不一樣，通過研究其特征能夠預測隱伏巖體。

4.1 元素組合分帶

隱伏巖體可以在地表形成原生暈、此生暈、分散流異常，在平面或者剖面上這些異常表現(xiàn)出組成元素明顯不同的分帶性，從巖體中心向外其組合不同，而且在平面上這些組合往往成不同程度的環(huán)帶。

4.2 揮發(fā)元素異常

巖體侵位時，揮發(fā)分如F、I、B、Cl、As、Hg等手巖漿結(jié)晶以及噴氣作用的影響，容易在頂部圍巖中形成暈。受不同成礦條件的影響，隱伏巖體中異常的元素組合特證是不同相同的。常見的是隱伏巖體上部F、I、As為高異常，B、Cl、Hg等則是低異常。所以，揮發(fā)性元素異常也是預測隱伏巖體的一種方法。

4.3 熱暈、蒸發(fā)暈

巖體圍巖距離巖體的距離不斷變化，它所含的礦物包裹體爆裂溫度及氣液比也會發(fā)生有規(guī)律的變化。包裹體的古地熱田異常中心常對應隱伏巖體的上部。距離巖體越遠，溫度越低，熱損越大。

4.4 隱伏巖體的碳、氧同位素標志

δ18O、δ13C等穩(wěn)定同位素的分餾系數(shù)受溫度影響，故隱伏巖體侵入熱場時，圍巖中的某些穩(wěn)定同位素會發(fā)生交換反應。據(jù)試驗表明，分餾的強弱受溫度高低的影響，即：溫度高則分餾強，反之則低。圍巖中碳、氧同位素異常中心的圈定和恢復能夠用來查明隱伏巖體的存在。劉本立等發(fā)現(xiàn)，δ18O、δ13C在圍巖是碳酸鹽的巖體中變化具規(guī)律性，即：說離熱源體越近δ18O、δ13C的值越低，反之越高，存在溫度梯度[14]。

4.5 礦物標型特征

用礦物反應的不同生成條件的礦物標型能夠判斷其生成條件和預測與其有生存聯(lián)系的地質(zhì)體。據(jù)資料表示，錫石含鉭性等錫石得標型特征，在預測隱伏鉭鈮巖體上有一定作用。李人科等研究發(fā)現(xiàn)，在栗木礦區(qū)，距離隱伏巖體遠近不同的礦物組合帶中的鉭鈮是不同的，有規(guī)律的[15]，如下表3所示：

表3 鉭鈮比值與離隱伏巖體遠近的關(guān)系Table 3 the relationship between the distance from the buried rock and Ta、Nb ratio

5 隱伏巖體預測的其他技術(shù)方法

5.1 地震勘探法

利用人工激發(fā)地震波，可以推斷傳波的播路徑和介質(zhì)結(jié)構(gòu)。其中，依據(jù)波的振幅、地層的速度以及頻率等，可以一定程度上推斷隱伏巖體的性質(zhì)。利用全部的已有物探、地質(zhì)資料及波的反射、折射，可以研究隱伏巖體頂面、旁邊接觸帶的形態(tài)和頂部的形態(tài)。

圖1 梅子窩鎢礦床礦脈分帶剖面圖Fig.1 Cross section of the ore vein groups in the Meiziwo tungsten deposit

5.2 地熱法

一些較深隱伏的巖體，如果圍巖的封閉條件良好，那么它們所含的放射性元素產(chǎn)生的熱能可以經(jīng)過巖石中所含的水而聚集起來，形成局部地熱異常區(qū)。黃尚瑤認為東南沿海分布的燕山期花崗巖巖漿活動余熱不足以影響溫泉，因為時代越老，余熱就保留得越少[16]。

5.3 兩個研究概念

袁奎榮在研究隱伏巖體及預測的工作的基礎(chǔ)上提出了“頂上帶”和“體中體”的概念，“頂上帶”的定義式在頂部圍巖直接造成的主要受花崗巖漿侵入成礦作用，并受以后各種作用的影響，由此造成的地球物理、遙感異常效應所對應的地帶。它顯示隱伏巖體存在的地質(zhì)的，地球物理的，地球化學的異常地帶。頂上帶包含有隱伏巖體存在的幾乎全都的標志，連“頂上帶”內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的很多方面都能夠反映“頂上帶”空間形態(tài)，比如圖1所示的江西梅子窩鎢礦礦脈分帶，其隱伏巖體頂上帶大體具有圓錐狀得三維特征。通過這一系列的特征，能夠預測隱伏巖體。

金旭東、張德會等認為，由于巖漿侵入時侵入體上方的流通量比其他處圍巖的較大，隨著溫度的降低，該處的滲透率增大。當含水巖漿再次沸騰時，會釋放出大于圍巖抗壓程度的機器能，在巖漿巖“頂上帶”會產(chǎn)生放射狀、同心圓狀裂隙，含水較多的外殼發(fā)生破裂，產(chǎn)生大量的裂隙和水力破裂[17]，所以通過需找這些隱伏巖體的“頂上帶”就可以找到隱伏巖體了。

“體中體”隱伏巖體是在出露巖體中，并將其作為隱伏基巖的一類隱伏巖體。在三維空間上，它與被侵入和圍巖巖體呈現(xiàn)出明顯的疊套和疊置關(guān)系；而且，從時間上看，它與圍巖存在著不同尺度大小的時差。主要研究與侵入活動相關(guān)的直接派生物和巖脈、成礦作用等地質(zhì)作用，同時還要研究不同期次不同巖脈及其切割、穿插關(guān)系，不同疊加的次數(shù)分辨、同位素測定等等[18]，這些都能作為直接預測隱伏巖體的標志。

5.4 數(shù)學計算等方法

在某些特定區(qū)域，可利用已知物探、地質(zhì)構(gòu)造、化探數(shù)據(jù)，選擇具有代表性的特征變量，用數(shù)學方法求解其綜合特征，從而反映隱伏巖體的各種物理、化學等信息，最終起到預測隱伏巖體的作用[19]。

同時，模擬不同的地層或者地形和地層的差值域，可將其認為是巖體或者地質(zhì)流體的填充域，所以如果通過模擬發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)面間存在著差值域，那么就可以認為有隱伏巖體存在[20]。吳虹等認為，每個隱伏巖體都有著自己的復合體系，對其進行分析，得到信息源和信息種類，以及兩者間的關(guān)系，就可以對隱伏巖體進行預測[21]。還有楊瑞琰等認為大的多金屬礦床，其成礦熱液活動較強，持久，所以就可以從研究多孔介質(zhì)性質(zhì)，來反映熱質(zhì)輸運和反應動力學的特征，對此，可以對隱伏巖體可以做出判斷[22]。

6 展望

隱伏巖體的研究開展較早，且諸多理論與方法在實踐中取得不錯效果，但由于其不可知性和對其認識的局限性，預測的風險依然較高，投入較大。為了提高預測效率，隱伏巖體的空間位置、形態(tài)和與礦體關(guān)系將是未來隱伏巖體預測理論與方法研究的任務和方向，而多學科聯(lián)合、不同理論相互滲透、不同方法結(jié)合與相互驗證，新技術(shù)和新方法不斷引入則是其主要潮流。

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THE RESEARCH ADVANCES IN PREDICTION THEORY OF HIDDEN INTRUSIONS

Wang Wei1，Tang Jingru2
1.Geolgic Party No281，Sichuan Geolagical Bureau for Nuclear Indnstry，XiChang，615000
2.School of Earth Science，Guilin University of Technology，GuangXi GuilLin，541004

Forecasting concealed deposits is undoubtedly today's hot、Important and difficult. In many parts of China，especially southern China，many buried metal deposits concealed metal deposits are directly associated with granite，In view of this，China's geologists conducted the study of predicting buried rocks from different angles，proposed geophysical method，geochemical methods and remote sensing methods，And successfully predicted a number of concealed ore deposits，This paper has reviewed and summarized simply the advances in prediction theory and methods of concealed rocks in recent years. finally put forward that great science，great corporation and industrialization will be the main trends of research on prediction and methods of concealed rocks.

hidden intrusions；prediction；theory and method；top belt；body in body

危機礦山接替資源找礦專項典型礦床及成礦規(guī)律總結(jié)研究項目；項目名稱：湘南—粵北地區(qū)錫鎢多金屬礦床成礦規(guī)律總結(jié)研究；項目編號：20089927

王維（1985.10-）.男，湖北武漢人，碩士研究生，從事礦產(chǎn)普查與勘探。

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.005