焦家金成礦帶三維成礦條件分析與成礦預(yù)測(cè)

徐 彬 陳建平 相 軒

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083;2.北京市國(guó)土資源信息研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083)

目前，山東焦家金成礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了新城金礦、焦家金礦、河西金礦等3 座特大型金礦床和河?xùn)|金礦、靈山溝金礦、上莊金礦、東季金礦、望兒山金礦、馬塘金礦等6 座大中型金礦床［1］。但隨著地質(zhì)勘查程度的不斷提高，區(qū)內(nèi)的平均勘查深度已接近－500 m，預(yù)示著地表、淺部礦產(chǎn)資源越來(lái)越少，金礦找尋難度越來(lái)越大，加之礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用程度的不斷提高，使得許多老礦山已經(jīng)出現(xiàn)了資源危機(jī)［2-9］。因此，為了實(shí)現(xiàn)礦山資源接替，拓展找礦空間，攻深找盲已成為該地區(qū)金礦的重點(diǎn)找礦方向。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北板塊( Ⅰ) 、膠北地塊( Ⅱ) 、膠北隆起及凹陷區(qū)( Ⅲ) 、膠北隆起( Ⅳ)之膠北凸起( Ⅴ) 西緣，我國(guó)著名的膠西北金成礦區(qū)內(nèi)［10］。區(qū)內(nèi)地層比較簡(jiǎn)單，主要出露荊山群祿格莊組( Pt1jL) 、疙瘩狀石榴矽線黑云片巖和第四系( Q)含礫黏土質(zhì)砂土、輕亞黏土、礫石和含礫石的混粒級(jí)砂以及粉砂沉積物。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育脆性斷裂構(gòu)造，以焦家斷裂構(gòu)造為主干，同時(shí)包括其上下盤伴生以及派生的低序次斷裂，其中，NE 向的斷裂基本控制了該區(qū)帶內(nèi)金礦床的分布。區(qū)內(nèi)巖漿巖廣布，形成時(shí)代自中太古代至中生代均有出露，其中以中生代燕山早期( 晚侏羅世) 玲瓏序列為主體，中生代以來(lái)的侵入巖受近EW，NE，NNE 向斷裂制約。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)評(píng)價(jià)的金礦床( 點(diǎn)) 共計(jì)60 余處，已發(fā)現(xiàn)的金礦床均受控于NE 向的焦家主干斷裂及下盤伴生、派生的次級(jí)斷裂及裂隙群［11-13］。

2 三維成礦條件分析與成礦預(yù)測(cè)

三維成礦預(yù)測(cè)流程見(jiàn)圖1。

2.1 找礦地質(zhì)模型

圖1 三維成礦預(yù)測(cè)流程Fig.1 Three-dimensional metallogenic prediction process

在分析焦家金成礦帶大中型典型礦床地質(zhì)特征和控礦要素的基礎(chǔ)上，建立了區(qū)內(nèi)地質(zhì)找礦模型，見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)金礦床地質(zhì)找礦模型Table 1 Geological prospecting model of gold deposit in research area

2.2 三維地質(zhì)建模及成礦條件

采用Surpac［14-16］軟件對(duì)區(qū)內(nèi)的巖體、已知礦體、物化探異常等進(jìn)行三維實(shí)體建模，區(qū)內(nèi)巖體的三維實(shí)體模型見(jiàn)圖2。根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料，特別是勘探線的網(wǎng)度、礦體的大小、礦體邊界的復(fù)雜度、采礦設(shè)計(jì)的要求及實(shí)際情況，確定單元塊體大小為100 m ×100 m×50 m，共劃分單元塊1 992 672 個(gè)，其中1 193 148個(gè)單元塊位于研究區(qū)內(nèi)部。采用立方體預(yù)測(cè)模型法對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行成礦有利條件的分析與提取，在此基礎(chǔ)上采用三維信息量法對(duì)各預(yù)測(cè)變量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 賦礦巖體信息

巖漿巖為熱液礦床成礦提供熱源及成礦物質(zhì)，對(duì)于隱伏巖體來(lái)說(shuō)，礦體一般發(fā)現(xiàn)于巖體周邊及表面一定區(qū)域內(nèi)，因此，巖體緩沖區(qū)是不可或缺的預(yù)測(cè)變量。分別使用巖體實(shí)體模型和已知礦體實(shí)體模型對(duì)立方體塊模型進(jìn)行約束，將不同巖體所包含的塊體單元和不同巖體所包含的礦體( 塊) 單元作為礦床預(yù)測(cè)中的巖性變量和先驗(yàn)條件。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)已知礦塊數(shù)量為4 036 個(gè)，其中大部分礦塊位于玲瓏序列和馬連莊序列內(nèi)，可見(jiàn)金礦床在玲瓏序列和馬連莊序列內(nèi)含礦性較好。

2.2.2 蝕變帶信息

研究區(qū)內(nèi)金礦床均賦存于斷裂帶所控制的蝕變巖帶內(nèi)，蝕變巖帶的發(fā)育空間、形狀產(chǎn)狀與對(duì)應(yīng)的斷裂帶基本一致。因此，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)已知礦體( 塊)中各蝕變帶含量來(lái)確定各蝕變帶對(duì)成礦的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)89.40% 的金礦床產(chǎn)于蝕變帶內(nèi)，其中41.38%的金礦床位于絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖帶內(nèi)，26.88%的金礦床位于黃鐵絹英巖化碎裂巖帶內(nèi)，16.06%的金礦床位于絹英巖化花崗巖內(nèi)，5.08%的金礦床位于變輝長(zhǎng)質(zhì)碎裂巖帶內(nèi)?？梢?jiàn)，絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖和黃鐵絹英巖化碎裂巖是區(qū)內(nèi)礦體產(chǎn)出的主要蝕變帶類型。

2.2.3 構(gòu)造信息

(1) 構(gòu)造帶特征。強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域是成礦流體運(yùn)移的通道，而礦質(zhì)沉積需要一個(gè)相對(duì)平靜的環(huán)境，在主干斷裂的旁側(cè)，構(gòu)造發(fā)育相對(duì)較弱，該類區(qū)域通常為礦體形成的相對(duì)有利區(qū)。因此，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，取200 m 對(duì)斷裂進(jìn)行緩沖區(qū)分析，采用斷裂及其緩沖區(qū)實(shí)體模型對(duì)三維立方體模型進(jìn)行限定，劃分出斷裂及其緩沖區(qū)所包含的單元塊體。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，有87.07%的礦體( 塊) 落在該緩沖區(qū)內(nèi)，證明緩沖區(qū)是一個(gè)非常重要的預(yù)測(cè)變量。

(2) 構(gòu)造展布特征。采用構(gòu)造等密度( 反映線性構(gòu)造發(fā)育程度) 與構(gòu)造頻數(shù)( 反映線性構(gòu)造復(fù)雜程度) 的比值來(lái)定量分析區(qū)域主干斷裂的特征［17］。以焦家金礦帶為背景，NE 向斷裂( 其中，焦家斷裂、望兒山斷裂和河西斷裂為區(qū)內(nèi)的重要構(gòu)造) 為焦家金礦帶區(qū)域內(nèi)的主干斷裂，計(jì)算研究區(qū)內(nèi)斷裂等密度和斷裂頻數(shù)，并計(jì)算兩者之比。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，選取主干斷裂值為0.009 17 ～0.011 67，作為成礦有利區(qū)間。

(3) 構(gòu)造交匯特征。斷裂交點(diǎn)數(shù)指單元面積內(nèi)斷裂交點(diǎn)的總數(shù)，其高值區(qū)代表多組構(gòu)造交匯的部位，是巖漿熱液上移最重要的特征，其旁側(cè)為成礦的有利空間。計(jì)算每個(gè)單元塊體內(nèi)的斷裂交點(diǎn)數(shù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，選取構(gòu)造交匯點(diǎn)值為0.005 ～1.250，作為成礦有利區(qū)間。

(4) 構(gòu)造巖漿活動(dòng)特征。巖漿熱液以斷裂為通道上涌，形成了礦體賦存的模式。構(gòu)造中心對(duì)稱度與構(gòu)造的疊加分析可反映構(gòu)造巖漿活動(dòng)的特征，構(gòu)造中心對(duì)稱度與巖體的疊加分析可反映巖體的分異中心特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，選取中心對(duì)稱度值為0.001 ～0.020，作為成礦有利因子。

2.2.4 等間距控礦找礦信息

構(gòu)造帶和構(gòu)造形跡空間展布的韻律定向性和間距的倍數(shù)性是構(gòu)造距離的2 個(gè)特點(diǎn)，研究礦床的等距性展布特征對(duì)指導(dǎo)盲區(qū)找礦具有指示性作用。研究區(qū)內(nèi)同一控礦構(gòu)造帶內(nèi)的礦床( 點(diǎn)) 具有等距性分布規(guī)律，該等距性不僅在走向上，而且存在于傾向上，據(jù)此可認(rèn)為區(qū)內(nèi)深部可能存在第二梯段盲礦體［18-19］。焦家、河西以及新城等礦床沿?cái)嗔褞Ь哂幸欢ǖ牡染嘈?，礦體往往賦存于斷裂構(gòu)造的交叉、復(fù)合部位或構(gòu)造發(fā)生突然轉(zhuǎn)折的部位，由此可確定沿焦家主干斷裂方向的間距為1 500 ～1 800 m。焦家斷裂及其低序次構(gòu)造控制礦體的產(chǎn)狀具有走向NE，傾向NW，傾角約45°，在剖面上普遍具有向SW 側(cè)伏的規(guī)律，據(jù)此，可沿低級(jí)序斷裂方向確定間距為1 200 ～1 500 m。參考距焦家金礦約3 km，具有相同成因類型及控礦條件的新城金礦和望兒山金礦的成礦深度，將第一控礦空間延深至－1 100 m，第二控礦空間延深至－1 500 m。蝕變圍巖平行主斷裂以斷層泥為中心成對(duì)稱帶狀分布，蝕變帶一般寬70 ～250 m，最大370 m，平均150 m，主要圍巖蝕變類型有綠泥石化、鉀長(zhǎng)石化、紅化，據(jù)此可確定等間距帶帶寬為250 m。

基于以上分析，可建立一個(gè)理想的等間距控礦菱形模型，將該模型與焦家礦區(qū)疊加，結(jié)合焦家實(shí)際地質(zhì)情況得出焦家金成礦帶等間距控礦模型，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)93.91%的礦體落在該模型中。

2.2.5 地球物理信息

研究區(qū)東部焦家斷裂帶視電阻率等值線呈舒緩波狀向NW 緩傾，反映出焦家斷裂帶向深部平緩延伸。電阻率等值線的緩陡反映了斷裂相對(duì)平緩和陡傾的部位，其陡變帶和拐點(diǎn)一般是找礦有利層位。對(duì)41 條可控源大地音頻電磁剖面進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)視電阻率值為0，1 000，2 000，26 000，39 000 Ω·m的等值線陡變帶和拐點(diǎn)穿過(guò)的已知礦體較多，因此可提取等值線的陡變帶以及拐點(diǎn)作為找礦的指示變量。根據(jù)可控源大地音頻電磁剖面上的視電祖率等值線，建立視電阻率等值線曲面模型，將其與區(qū)內(nèi)已知礦體模型進(jìn)行疊加分析，選取已知礦體賦存較好的2 層( 視電阻率值為1 000，20 000 Ω·m) ，在立方體模型中賦值，取位于異常值區(qū)間內(nèi)的礦體提取地球物理異常信息。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，可控源大地音頻電磁剖面數(shù)據(jù)覆蓋范圍內(nèi)59.7%的礦體落在地球物理異常區(qū)域內(nèi)，充分說(shuō)明視電阻率值為1 000 ～20 000 Ω·m的等值線曲面為金礦床的主要賦存層位，夾持著構(gòu)造蝕變帶，是區(qū)內(nèi)成礦的有利地球物理信息。

2.2.6 地球化學(xué)信息

對(duì)鉆孔樣品的各元素含量進(jìn)行克里金插值［20］，依據(jù)井中元素取樣化驗(yàn)分析結(jié)果，建立了Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn 等9 類巖石樣品微量元素異常塊體模型，并依據(jù)元素在縱向上的分帶規(guī)律，確定了以Hg、Ag、Sb、Pb 為礦體頭部異常元素，以As、Au、Zn 為近礦異常元素，以Bi、Cu 為礦體尾部異常元素。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，鉆孔數(shù)據(jù)覆蓋范圍內(nèi)金礦床78.49%落在Au 異常內(nèi)，井中元素剖面覆蓋范圍內(nèi)37.77%的礦體落在上述各元素的組合異常內(nèi)。

2.3 成礦預(yù)測(cè)及靶區(qū)圈定

將賦礦巖體( 玲瓏序列、馬連莊序列) 、蝕變帶( 黃鐵絹英巖化碎裂巖、絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖、變輝長(zhǎng)質(zhì)碎裂巖) 、斷裂緩沖區(qū)、構(gòu)造交點(diǎn)數(shù)、構(gòu)造中心對(duì)稱度、主干斷裂、Au 品位值、元素組合異常、等間距控礦、視電阻率異常等13 個(gè)預(yù)測(cè)變量的成礦有利區(qū)間作為三維信息法［21］的計(jì)算因子，計(jì)算各地質(zhì)因素、找礦標(biāo)志所提供的找礦信息量，并采用統(tǒng)計(jì)分析法將信息量值分為3 個(gè)級(jí)別，結(jié)合區(qū)內(nèi)實(shí)際地質(zhì)情況、已有見(jiàn)礦工程分布等因素圈定了6 處找礦靶區(qū)，即A1－1，B3－1，B3－2，B3－3，C2－1，C2－2。A1－1區(qū)共包括預(yù)測(cè)含礦立方塊6 704 個(gè)，主要位于焦家主干斷裂、望兒山主斷裂和河西斷裂的深部產(chǎn)狀較緩處的巖體( 玲瓏巖體、馬連莊巖體、郭家?guī)X巖體) 接觸部位，黃鐵絹英巖化碎裂巖帶和斷裂的200 m 緩沖區(qū)內(nèi)及其兩側(cè)，預(yù)測(cè)礦體模型的產(chǎn)狀與焦家主干斷裂和河西斷裂大體一致，屬成礦有利部位。B3－1區(qū)共包括預(yù)測(cè)含礦立方塊2 119 個(gè)，主要位于焦家主干斷裂深部產(chǎn)狀較緩處的200 m 緩沖區(qū)內(nèi)及其兩側(cè)、黃鐵絹英巖化碎裂巖帶、馬連莊巖體、玲瓏巖體邊緣及接觸帶，預(yù)測(cè)礦體模型的產(chǎn)狀與焦家主干斷裂大體一致，屬成礦有利部位。B3－2區(qū)共包括預(yù)測(cè)含礦立方塊2 406 個(gè)，主要位于焦家主干斷裂產(chǎn)狀由陡變緩處的200 m 緩沖區(qū)內(nèi)及其兩側(cè)、黃鐵絹英巖化碎裂巖帶、玲瓏巖體與馬連莊巖體的接觸帶附近，預(yù)測(cè)礦體模型的產(chǎn)狀與焦家主干斷裂大體一致。B3－3區(qū)共包括預(yù)測(cè)含礦立方塊1 558 個(gè)，主要位于焦家主干斷裂南部與苗家斷裂帶交匯處的200 m 緩沖區(qū)內(nèi)及其兩側(cè)、玲瓏巖體接觸帶與鐵絹英巖化碎裂巖帶。C2－1區(qū)共包括預(yù)測(cè)含礦立方塊1 011 個(gè)，主要位于望兒山斷裂南部拐彎部位較淺處的200 m 緩沖區(qū)內(nèi)及其兩側(cè)、絹英巖化花崗質(zhì)閃長(zhǎng)巖帶，預(yù)測(cè)礦體模型的產(chǎn)狀與望兒山斷裂大體一致。C2－2區(qū)共包括預(yù)測(cè)含礦立方塊260 個(gè)，主要位于望兒山主斷裂南部產(chǎn)狀由陡變緩處的200 m 緩沖區(qū)內(nèi)及其兩側(cè)，預(yù)測(cè)礦體模型的產(chǎn)狀與望兒山斷裂大體一致。采用體積估計(jì)法計(jì)算得到上述6 處找礦靶區(qū)的資源總量為382.482 8 t。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)山東焦家金礦帶地質(zhì)背景和成礦條件進(jìn)行分析，總結(jié)出地質(zhì)找礦模型，在此基礎(chǔ)上建立了該區(qū)的定量預(yù)測(cè)模型，對(duì)區(qū)內(nèi)13 個(gè)預(yù)測(cè)變量進(jìn)行了三維成礦有利條件分析與提取，采用三維信息法計(jì)算各地質(zhì)因素、找礦標(biāo)志所提供的找礦信息量，從而圈定了找礦靶區(qū)并估算了資源儲(chǔ)量，反應(yīng)出區(qū)內(nèi)具有較好的找礦潛力。

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