新疆鄯善縣恰特卡爾地區(qū)基性-超基性巖型銅鎳找礦模型及礦產(chǎn)預(yù)測(cè)

張小軍，田江濤，李大海

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于天山興蒙造山系、準(zhǔn)噶爾-吐哈地塊、覺(jué)羅塔格裂陷槽中。處于康古爾韌性剪切帶北帶，依康古爾大斷裂可進(jìn)一步劃分為小熱泉子島弧、康古爾夭折裂谷2個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元，為本次預(yù)測(cè)重點(diǎn)(圖1)。區(qū)內(nèi)出露地層以康古爾斷裂為界，以北為下石炭統(tǒng)小熱泉子組、上石炭統(tǒng)底坎爾組，以南為下石炭統(tǒng)苦水組、干墩組，上石炭統(tǒng)梧桐窩子組。下二疊統(tǒng)阿其克布拉克組在康古爾斷裂南北均有分布?；鹕交顒?dòng)時(shí)代為石炭—二疊紀(jì)，巖石類(lèi)型受構(gòu)造單元控制明顯。石炭紀(jì)火山巖出露廣泛，主要為一套深水-半深水環(huán)境下的復(fù)理石火山碎屑巖-雜砂巖建造。二疊紀(jì)火山巖主要集中分布于阿其克布拉克組中，為一套堿-鈣堿性火山巖及河流相碎屑巖組合。侵入巖廣泛發(fā)育，出露面積304 km2，占研究區(qū)面積32%。侵入時(shí)代為二疊紀(jì)和三疊紀(jì)。其中，二疊紀(jì)分為基性-超基性巖和中酸性巖，三疊紀(jì)為大規(guī)模酸性巖體侵位時(shí)期。康古爾韌性剪切帶及康古爾大斷裂總體呈近EW向弧形展布，基性-超基性巖型銅鎳硫化物礦床受其控制，也呈近EW向帶狀分布，并具成群集中的特點(diǎn)。小熱泉子已知有銅、金、鉛、鋅等礦種，主要為海相火山巖型銅鋅礦和陸相火山巖型金礦。已發(fā)現(xiàn)中型礦床1處、小型礦床2處，其余為礦點(diǎn)[1-5]。

圖1 東天山構(gòu)造格架與礦床分布圖Fig.1 Tectonic framework and mineral deposit distribution map of The East Tianshan Mountains

圖2 研究區(qū)基性-超基性巖體與已知礦化線索疊加分布圖Fig.2 Superimposed distribution map of the base-ultrabasic rock mass of the research area and known mineralization clues

2 典型礦床特征

路北銅鎳礦位于小熱泉子島弧中。礦區(qū)侵入巖以中基性為主，次為超基性巖及酸性巖。銅鎳礦體賦存于基性及超基性巖體中，侵入時(shí)代為早二疊世，地表呈NE向不規(guī)則帶狀出露，長(zhǎng)軸走向68°，長(zhǎng)3 700 m，寬30～350 m，面積約3.5 km2。賦礦巖體主要為純橄欖巖、含方輝純橄巖、二輝輝石巖、單斜輝石巖、橄欖蘇長(zhǎng)巖等。礦區(qū)斷裂主要為康古爾深大斷裂及其派生次級(jí)斷裂，是區(qū)域上重要的控巖構(gòu)造。NW向斷裂對(duì)巖(礦)體有明顯錯(cuò)斷。礦區(qū)共有13條銅鎳礦化帶，長(zhǎng)約1 300 m，寬約600 m。圈出鎳礦體長(zhǎng)100～930 m，視厚2～46 m，Ni品位0.21%～1.02%，局部較富，達(dá)7.76%。礦體呈大肚透鏡狀、透鏡狀。Ⅰ號(hào)巖體中的礦體南傾，傾角5～37°；Ⅱ號(hào)巖體中的礦體產(chǎn)狀不明。礦體頂板為輝橄巖、橄欖巖，底板以閃長(zhǎng)玢巖、角巖化砂巖為主。礦化呈稀疏浸染狀-角礫狀、塊狀分布，金屬礦物主要為黃銅礦、鎳黃鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、紫硫鎳礦，次為鉻鐵礦、磁鐵礦。蝕變較強(qiáng)，主要為蛇紋石化、伊丁石化、滑石化、透閃石化、綠泥石化、角閃石化，陽(yáng)起石化、黝簾石化等。

3 綜合信息提取

通過(guò)巖體、構(gòu)造、航磁、重力、化探、礦化標(biāo)志等特征的研究，將其中對(duì)成礦有利的地質(zhì)找礦信息作為成礦預(yù)測(cè)要素提取出來(lái)。

3.1 巖體要素提取

區(qū)內(nèi)已知銅鎳礦床、礦點(diǎn)及相關(guān)礦化線索均產(chǎn)出于基性-超基性雜巖體中。因此，存在基性-超基性雜巖體是銅鎳礦成礦的必要條件，其中的找礦有利信息對(duì)銅鎳礦預(yù)測(cè)起決定作用。首先對(duì)研究區(qū)內(nèi)基性-超基性雜巖體進(jìn)行提取(圖2)，再根據(jù)典型礦床研究成果和銅鎳礦區(qū)域預(yù)測(cè)模型，對(duì)每個(gè)巖體賦予相應(yīng)的屬性，主要有巖體巖性、蝕變、成礦礦物組合等內(nèi)容。

3.2 構(gòu)造要素提取

成礦構(gòu)造信息提取主要包括2方面內(nèi)容：一為直接提取控礦構(gòu)造；二為從構(gòu)造數(shù)據(jù)中提取地質(zhì)異常變量，包括斷裂密度、長(zhǎng)度等要素。這些地質(zhì)異常反映了一定地質(zhì)體空間分布特征。從中找出與成礦有關(guān)的“致礦地質(zhì)異?！笔浅傻V預(yù)測(cè)的要求。

斷裂構(gòu)造對(duì)于含礦巖體的分布及其產(chǎn)出形態(tài)均有重要影響。基性-超基性雜巖體多位于深大斷裂及其次級(jí)斷裂附近，成群分布。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造方向總體呈臥倒的“S”型(圖1)，自西向東，主體斷裂方向?yàn)镹W→EW→NE→EW→NW向的舒緩轉(zhuǎn)折狀。區(qū)域性斷裂構(gòu)造控制著基性-超基性巖體的展布方向，主要起導(dǎo)巖作用，對(duì)礦床的分布位置及成礦起至關(guān)重要的作用。通過(guò)對(duì)研究區(qū)銅鎳礦化線索與斷裂關(guān)系的研究，可知已知銅鎳礦化距離斷裂小于1 800 m，因此對(duì)研究區(qū)內(nèi)提取的斷裂構(gòu)造作1 800 m的緩沖區(qū)分析(圖3)。

3.3 航磁異常信息提取

研究區(qū)內(nèi)，基性-超基性雜巖體的磁化率明顯高于中酸性侵入巖及沉積巖。雖然基性火山巖亦可引起一定規(guī)模的磁異常，但二者異常的形態(tài)和異常強(qiáng)度具明顯區(qū)別。本次采用1∶2.5萬(wàn)航磁數(shù)據(jù)作航磁化極異常圖進(jìn)行航磁信息提取，并在此基礎(chǔ)上提取對(duì)成礦有利的航磁異常。對(duì)基性-超基性巖體與航磁化極異常之間關(guān)系的分析顯示，南部低緩磁異常區(qū)中相對(duì)高的正磁異常與基性超基性巖體具很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在北部的正磁異常區(qū)內(nèi)，其中規(guī)模大、具一定形態(tài)、并與地層展布方向一致的磁異常由火山機(jī)構(gòu)和基性火山巖引起。此外，考慮受后期巖漿侵入、巖石蝕變、巖體埋藏深度影響，對(duì)一些負(fù)磁異常進(jìn)行提取。通過(guò)多因素綜合考慮，圈定了研究區(qū)的航磁異常，重點(diǎn)對(duì)與基性-超基性巖體對(duì)應(yīng)的航磁異常進(jìn)行提取(圖4)。航磁化極異常值小于-50 nT和大于50 nT的磁異常與含礦巖體相對(duì)應(yīng)。

3.4 重力異常信息提取

采用1∶5萬(wàn)重力測(cè)量的資料成果，客觀劃分局部異常是對(duì)不同地質(zhì)體做出正確解釋的前提，也是劃分不同地質(zhì)體的重要依據(jù)。因此，需要采用適當(dāng)方法對(duì)布格重力異常進(jìn)行處理，以便突出不同地質(zhì)體的異常特征，達(dá)到最終準(zhǔn)確解釋異常的目的。相比之下，選用1 000×1 000 m的滑動(dòng)窗口求取的剩余異常，對(duì)橫向地質(zhì)體的分辨能力和對(duì)構(gòu)造、巖性分界線的劃分能力更突出。再通過(guò)重力異常圖與基性-超基性巖體分布圖的疊加，在GeoIPAS3.2地學(xué)軟件上完成重力異常成礦預(yù)測(cè)信息的提取(圖5)。

圖3 斷裂構(gòu)造緩沖區(qū)與基性-超基性巖體及礦化線索疊合圖Fig.3 Superimposed distribution map of fault structural buffer zone,basic-ultrabasic rock mass and mineralization clues

圖4 航磁化極異常成礦有利區(qū)間與巖體疊加分布圖Fig.4 Superimposed distribution map of aeromagnetic pole abnormal metallogenic favorable range and rock mass

圖5 研究區(qū)剩余重力異常與巖體疊加分布圖Fig.5 Superimposed distribution map of residual gravity anomaly of the study areaand rock mass

圖6 地球化學(xué)異常區(qū)與已知礦產(chǎn)地疊加分布圖Fig.6 Superimposed distribution map of geochemical anomaly areas and known mineral deposits

3.5 地球化學(xué)找礦信息提取

礦床是某些化學(xué)元素高度富集的地質(zhì)體，地球化學(xué)信息是最直接的找礦信息，也就是說(shuō)地化異常是一種較直觀的找礦標(biāo)志，其特征在很大程度上反映了成礦特征。一般而言，Ni，Co，Cr元素具很高的相關(guān)性，對(duì)基性-超基性雜巖體、基性火山巖及火山機(jī)構(gòu)均具很好的反映。研究區(qū)內(nèi)，下石炭統(tǒng)小熱泉子組基性火山巖，為Ni，Co，Cr元素高背景區(qū)，異常形態(tài)呈不規(guī)則狀，但總體走向與區(qū)域地層一致；在上石炭統(tǒng)梧桐窩子組的陽(yáng)起石化拉斑玄武巖中，Ni，Co，Cr異常形態(tài)規(guī)整，邊界清晰，無(wú)特高含量；在恰特卡爾火山機(jī)構(gòu)內(nèi)，異常具明顯的內(nèi)、外雙環(huán)特征，內(nèi)環(huán)對(duì)應(yīng)下二疊統(tǒng)阿其克布拉克組第三、五巖性段的安山巖，沿環(huán)狀斷裂內(nèi)側(cè)分布，其中Ni，Cr異常呈串珠狀斷續(xù)產(chǎn)出，Co異常面積大于Ni，Cr，異常連續(xù)性好；在石英閃長(zhǎng)巖等中酸性巖體、或下石炭統(tǒng)干墩巖組、上石炭統(tǒng)梧桐窩子巖組中為Ni，Co，Cr低背景異常，其中出現(xiàn)的孤島狀、團(tuán)塊狀、條帶狀及不規(guī)則狀異常，經(jīng)查證地表均對(duì)應(yīng)有基性-超基性雜巖體，是尋找基性-超基性雜巖體的直接化探標(biāo)志，異常規(guī)模直接反映出巖體的規(guī)模(圖6)。

4 礦產(chǎn)預(yù)測(cè)

4.1 找礦模型的建立

根據(jù)銅鎳礦的典型礦床成礦要素及成礦模式、典型礦床預(yù)測(cè)要素等研究結(jié)果，通過(guò)分析已知礦產(chǎn)地與各預(yù)測(cè)要素(地質(zhì)、礦化、化探、重砂、物探、)之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)定性和半定量分析，確定成礦有利的預(yù)測(cè)要素及重要程度，建立起研究區(qū)銅鎳礦定性和資源量定量評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)模型。以路北銅鎳礦為典型礦床，通過(guò)對(duì)路北銅鎳礦成礦地質(zhì)特征、航磁、重力、化探特征總結(jié)，建立研究區(qū)基性-超基性巖型銅鎳礦找礦模型(表1)。

4.2 定量預(yù)測(cè)

根據(jù)預(yù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，預(yù)測(cè)區(qū)優(yōu)選主要采用特征分析法。該方法主要是采用有模型預(yù)測(cè)工程，預(yù)測(cè)的地質(zhì)單元是采用綜合信息地質(zhì)單元法圈定的預(yù)測(cè)區(qū)，用銅鎳礦點(diǎn)位圖層中的規(guī)模字段作為礦化等級(jí)選項(xiàng)，礦化等級(jí)設(shè)置根據(jù)礦產(chǎn)地規(guī)模確定。從礦產(chǎn)地圖層中的礦產(chǎn)規(guī)模字段作為礦化等級(jí)選項(xiàng)，模型單元選擇采用人工選擇，用人工輸入變化區(qū)間法，進(jìn)行定位預(yù)測(cè)變量的二值化，定位變量采用匹配系數(shù)法選取(圖7)，根據(jù)定位變量的出現(xiàn)概率，進(jìn)行閾值選擇，達(dá)到對(duì)變量的優(yōu)選確定，采用線型插值法計(jì)算，生成成礦概率圖(圖8)，根據(jù)成礦概率大小，選擇分界點(diǎn)，完成對(duì)最小預(yù)測(cè)區(qū)的優(yōu)選及排序(圖9)。最終優(yōu)選出A類(lèi)預(yù)測(cè)區(qū)11個(gè)，B類(lèi)預(yù)測(cè)區(qū)13個(gè)，C類(lèi)預(yù)測(cè)區(qū)15個(gè)。確定了5個(gè)巖體群，分別為路北、黃羊溝、黑石嶺、孤包、亂石嶺巖群。

4.3 資源量定量預(yù)測(cè)

4.3.1 估算參數(shù)確定

新疆礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目已計(jì)算出黃山東模型區(qū)單位體積的含礦率為16.43×104t/km3。預(yù)測(cè)區(qū)作為調(diào)查區(qū)內(nèi)鎳資源量定量估算的范圍，鑒于一個(gè)銅鎳成礦系統(tǒng)內(nèi)，巖相出露齊全，中性-基性-超基性均有出露，同處于一個(gè)構(gòu)造體系內(nèi)，因此以找礦靶區(qū)為基本單元，對(duì)一個(gè)成礦系統(tǒng)進(jìn)行資源前景預(yù)測(cè)，每個(gè)找礦靶區(qū)作為鎳礦資源量的突破點(diǎn)。

根據(jù)調(diào)查區(qū)基性-超基性巖出露特征，采用模型區(qū)類(lèi)比法、磁重異常二維半定量反演法確定每個(gè)巖體的預(yù)測(cè)深度，黃羊溝巖體群、黑石嶺巖群、孤包巖群、亂石嶺巖群通過(guò)相似類(lèi)比法確定其預(yù)測(cè)深度，路北巖體群采用磁重二維半定量反演集合CSAMT測(cè)深確定其預(yù)測(cè)深度，通過(guò)巖體群與建立的銅鎳礦找礦評(píng)價(jià)模型對(duì)比。

表1 基性-超基性巖型銅鎳礦找礦模型Table 1 Ore prospecting model of basic-ultrabasic rock type copper-nickel ore

圖7 基性-超基性巖型銅鎳礦靶區(qū)變量匹配系數(shù)分布柱狀圖Fig.7 Histogram of distribution of variable matching coefficient of target area of base-ultrabasic rock type copper-nickel ore

圖8 靶區(qū)成礦概率圖Fig.8 Metallogenic probability of target area

圖9 恰特卡爾地區(qū)鎳礦預(yù)測(cè)成果圖Fig.9 Forecast results of nickel ore in chattkar area

表2 鎳預(yù)測(cè)資源量一覽表Table 2 A table of predicted nickel resources

4.3.2 資源量估算

根據(jù)地質(zhì)體積法計(jì)算公式，引入各巖體群含礦地質(zhì)體面積、預(yù)測(cè)深度、含礦系數(shù)、相似系數(shù)等相關(guān)參宿，對(duì)恰特卡爾基性-超基性巖型銅鎳礦帶鎳礦資源潛力進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，預(yù)測(cè)鎳資源量358×104t。

5 結(jié)論

(1)該區(qū)成礦地質(zhì)條件良好，路北銅鎳礦位于小熱泉子島弧帶，具明顯的高、低重力異常，低緩的航磁異常?？倒艩柹畲髷嗔涯媳眱蓚?cè)，基性-超基性巖體較發(fā)育，具明顯的Cu-Ni-Co化探異常，銅鎳礦化線索較好，因此，礦區(qū)外圍含礦巖體中仍有找到鎳礦的可能。

(2)通過(guò)巖體、構(gòu)造、航磁化極、重力、地球化學(xué)異常等綜合地質(zhì)信息提取法建立了研究區(qū)基性-超基性巖體尋找銅鎳礦找礦預(yù)測(cè)模型。

(3)通過(guò)資源量預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)區(qū)預(yù)測(cè)總資源量達(dá)358×104t，除已查明的6.8×104t(路北銅鎳礦)，尚有350多萬(wàn)噸的資源量上升空間，黃羊溝、黑石嶺預(yù)測(cè)區(qū)具極好的找礦潛力，亂石嶺及孤包預(yù)測(cè)區(qū)具較好的找礦潛力。