白云鄂博礦區(qū)深邊部鐵礦床勘查突破及啟示*

李以科，柯昌輝，王登紅，趙永崗，佘宏全，李瑞萍，郝美珍，王安建，鄧 震，高玉璞，張 強(qiáng)，張 麗，李進(jìn)文，胡古月，劉 云，郭 賓，苑星宇

（1中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037；2包鋼（集團(tuán)）公司白云鄂博鐵礦，內(nèi)蒙古包頭 014080；3中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037；4包鋼勘察測繪研究院，內(nèi)蒙古包頭 014080)

白云鄂博多金屬礦床是全球最大的稀土礦床（謝玉玲等，2019），同時(shí)是超大型鐵礦床，伴生有鈮、釷、鈧、螢石等多種戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源，其供應(yīng)了全球40%以上的稀土資源需求（楊占峰，2020），也是包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵礦石主要原料生產(chǎn)基地。主礦、東礦是白云鄂博礦區(qū)最大的2個(gè)鐵礦體，占據(jù)了90%以上的鐵資源量，二者相距500余米（圖1），均進(jìn)入露天開采晚期階段。截至目前，東礦開采標(biāo)高分別為海拔1275 m，開采境界內(nèi)（海拔1230 m）剩余鐵礦石資源儲(chǔ)量1150萬噸，按300萬噸/年產(chǎn)能，僅可以維持3～4年。主礦開采標(biāo)高1374 m，距離設(shè)計(jì)邊界（1230 m）也僅有5～8年的開采時(shí)間。由此可見，尋找深邊部接替資源，保障礦山發(fā)展迫在眉睫。

白云鄂博多金屬礦床主礦、東礦之間500 m區(qū)域是深部找礦第一目標(biāo)區(qū)域，但兩者之間是否具有找礦前景一直存在較大爭議。早在1950～1954年，地質(zhì)部241地質(zhì)勘探大隊(duì)為了追索礦體延伸情況，在主礦、東礦之間部署了少量槽探和鉆探工作，以及磁法和電測深工作，結(jié)果認(rèn)為主礦、東礦在地表和深部不相連，主礦體東端和東礦體西端自然尖滅，不是斷層導(dǎo)致（中華人民共和國地質(zhì)部241地質(zhì)勘探隊(duì)，1954）；1958～1959年，中蘇合作地質(zhì)隊(duì)（1959）研究認(rèn)為主礦、東礦之間存在斷層導(dǎo)致深部礦體不相連，主礦、東礦之間沒有鐵礦體存在；1959～1963年，白云鐵礦地質(zhì)隊(duì)發(fā)現(xiàn)東礦體西端有變厚和向西隱伏延展的可能性，指出需要進(jìn)一步研究主礦、東礦之間的成礦潛力（轉(zhuǎn)引自包鋼541地質(zhì)勘探隊(duì)，1964）；1964～1965年，包鋼541地質(zhì)勘探隊(duì)為了查明主礦、東礦之間成礦潛力，通過鉆探驗(yàn)證工作（CK14-1-1、CK14-1-2、CK14-E-1，累計(jì)鉆探進(jìn)尺806.59 m），在主礦、東礦之間探明10余個(gè)小鐵礦體，估算資源儲(chǔ)量僅59萬噸，成果報(bào)告明確指出主礦、東鐵礦體無論地表還是地下均不相連，礦體由于成礦作用自然尖滅，二者之間不存在斷層，否定了前人的認(rèn)識(shí)。根據(jù)包鋼541地質(zhì)勘探隊(duì)（1964）研究結(jié)果，礦山設(shè)計(jì)單位確定了主礦、東礦2個(gè)礦體獨(dú)立開采的方案。自此，主礦、東礦之間無礦的觀點(diǎn)一直影響至今。

然而，隨著露天開采不斷揭露出新的地質(zhì)證據(jù)（柯昌輝等，2021），最新東礦深部勘查結(jié)果顯示（包鋼勘察測繪研究院，2016），主礦、東礦之間的相互關(guān)系仍存在以下幾個(gè)矛盾無法解釋：①成礦作用自然尖滅處的礦體礦石品位一般較低，規(guī)模較小，然而目前采場揭露發(fā)現(xiàn)，東礦體最西端和主礦體最東端的礦體均為塊狀富礦石（Fe品位可達(dá)到45%～60%）；②主礦14號(hào)勘探線與東礦15號(hào)勘探在礦體延伸方向上，在海拔1200 m和900 m處礦體突然加厚，與推斷的自然尖滅情況明顯不符，且導(dǎo)致礦體突然加厚的原因不清楚（柯昌輝等,2021）；③主礦、東礦體以及之間的白云石碳酸巖在極短的距離（500 m）發(fā)生了突變，特別是東礦15～18線，在海拔1300～800 m處，突然出現(xiàn)厚層白云巖碳酸巖（包鋼勘察測繪研究院，2016），與地質(zhì)體正常延伸存在明顯矛盾，可能存在斷層構(gòu)造導(dǎo)致地質(zhì)體發(fā)生錯(cuò)動(dòng)；④通過礦區(qū)1:5000地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)，頂板圍巖地層走向在主礦、東礦之間沿走向中斷，具有明顯的斷層切割的現(xiàn)象（中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，2021）。

綜上所述，主礦、東礦之間是否存在斷層，其相互關(guān)系仍然存在較大爭論。如果存在斷層構(gòu)造，其對(duì)深部礦體控制作用如何？特別是在主礦、東礦深部和南側(cè)，是否存在隱伏的鐵礦體？顯然，這些都是白云鄂博鐵礦深、邊部勘探工作首先要回答的問題。

為了查明白云鄂博主礦、東礦之間成礦潛力，實(shí)現(xiàn)接替資源找礦突破。2019～2021年，筆者及研究團(tuán)隊(duì)在白云鄂博礦區(qū)開展了礦床成礦作用、礦田構(gòu)造、綜合地球物理探測及鐵礦找礦靶區(qū)預(yù)測研究工作，主要包括：更新白云鄂博礦集區(qū)85 km2的1∶10 000大比例尺地質(zhì)圖件，主東礦區(qū)12 km2的1∶5000巖石構(gòu)造專題圖件；完成主、東礦區(qū)1∶10 000重、磁、電、震立體綜合勘查，累計(jì)完成重磁測量4563點(diǎn)，電磁測深287點(diǎn)，巖石物性標(biāo)本660塊，處理深反射地震剖面14 km，二次處理以往重力、磁法數(shù)據(jù)580 km2，此外，還開展了巖芯編錄、構(gòu)造專題研究等綜合研究工作。通過3年的勘查研究和鉆探驗(yàn)證工作，研究團(tuán)隊(duì)找礦成果突出，構(gòu)建了成礦模式和綜合勘查模型。

1 成礦模式和綜合勘查模型

通過開展白云鄂博礦集區(qū)1∶10 000礦產(chǎn)地質(zhì)專題圖件、主、東礦區(qū)1∶5000的巖性構(gòu)造專題圖件（圖1）和主礦、東礦區(qū)巖漿熱液蝕變圖件等填（編）圖工作，結(jié)合綜合研究，認(rèn)為白云鄂博特大型鐵稀土礦床形成主要與碳酸巖巖漿作用有關(guān)，碳酸巖與圍巖發(fā)生強(qiáng)烈而廣泛的接觸交代作用和熱接觸變質(zhì)作用，礦體外圍的鈉長石化、黑云母化、富鉀板巖和變質(zhì)石英巖全部是霓長巖化和熱接觸變質(zhì)產(chǎn)物，構(gòu)成碳酸巖體外圍的霓長巖和角巖化蝕變帶。主礦、東礦體外圍發(fā)育寬廣的鈉長石化帶是最強(qiáng)烈的霓長巖化蝕變結(jié)果。富含稀土元素的巖漿冷卻結(jié)晶形成了白云質(zhì)碳酸巖體內(nèi)部的低品位稀土礦床，碳酸巖巖漿演化形成的富含鐵、氟和稀土元素的成礦熱液引起的交代和充填作用形成了礦區(qū)的高品位塊狀鐵礦型和霓長巖型鈮鐵稀土礦石，巖漿與熱液過渡態(tài)流體與圍巖的交代作用是稀土、鐵等元素成礦關(guān)鍵機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)提出了白云鄂博礦床屬于與碳酸巖巖漿作用有關(guān)的巖漿型+高溫?zé)嵋航淮停揲L巖型）礦床的新認(rèn)識(shí)（佘宏全等，待刊），為深部找礦模型建立提供了理論支撐。

圖1 白云鄂博主、東礦區(qū)地質(zhì)與構(gòu)造分布圖及物探工作部署（其中重力、磁法調(diào)查覆蓋全區(qū)）1—第四系；2—白堊系固陽組；3—長城系尖山組；4—長城系都拉哈拉組；5—新太古界烏拉山群；6—二疊紀(jì)二長花崗巖；7—黑云母花崗閃長巖；8—中元古代白云石碳酸巖；9—花崗巖脈；10—石英斑巖脈；11—閃長巖/閃長玢巖脈；12—碳酸巖脈；13—堿性巖脈；14—鈉角閃石巖脈；15—鈉輝石鈉角閃石堿性巖脈；16—鐵礦化體；17—低品位鐵礦化帶；18—實(shí)測或推測正斷層；19—實(shí)測或推測逆斷層及編號(hào)；20—實(shí)測或推測性質(zhì)不明斷層；21—韌性剪切帶；22—鐵礦靶區(qū)及編號(hào)；23—鉆孔號(hào)及編號(hào)：1964年勘探鉆孔：1-CK14-1-2；2-CK14-1-1；3-ZK14-E-1；4-CK15-9，本次驗(yàn)證鉆孔：5-TK15-03-02；6-TK15-03-01；7-TK15-03-03；8-KY15-03F-01；9-KY15-04-01；24—勘探線及編號(hào)；25—電磁測深剖面Fig.1 Geological and structural distribution map of the main and east section in the Bayan Obo ore deposit contains the field work arrangement of geophysical 1—Quaternary;2—Cretaceous Guyang Formation;3—Jianshan Formation;4—Dulahara Formation;5—Neoarchean Wula Mountain Group;6—Permian monzogranites;7—Biotite granodiorite;8—Mesoproterozoic dolomite carbonate;9—Granite dyke;10—Quartz porphyry dyke;11—Diorite/diorite porphyrite dyke;12—Carbonatite dyke;13—Alkaline dyke;14—Riebeckite dyke;15—Aegirine and riebeckite alkaline dyke;16—Iron ore body;17—Low-grade iron mineralization zone;18—Measured or inferred normal faults;19—Measured or inferred reverse faults and its number;20—Measured or inferred unknown faults and its number;21—Ductile shear zone;22—Iron prospecting target area;23—Drill hole and its number,the drill hole of 1964:1-CK14-1-2;2-CK14-1-1;3-ZK14-E-1;4-CK15-9;the drill hole of this project:5-TK15-03-02;6-TK15-03-01;7-TK15-03-03;8-KY15-03F-01;9-KY15-04-01;24—Prospecting line and its number;25—Electromagnetic depth sounding profile

研究團(tuán)隊(duì)首次在白云鄂博礦集區(qū)開展專題地質(zhì)填圖-反射地震-重力-磁法-電法綜合勘查技術(shù)方法示范，通過專題構(gòu)造填圖提出礦區(qū)近東西向逆-平移斷層（F2）導(dǎo)致了主礦、東礦深部礦體向東平移的新認(rèn)識(shí)，且明確指出主礦、東礦深部存在受構(gòu)造控制的鐵礦體（圖2）。利用三維正演的方式精確地消除了人文干擾源（數(shù)百米高的礦渣堆）在重力地形改正過程中帶來的密度不均一問題，開展重磁聯(lián)合反演建模，透視主東礦區(qū)深部結(jié)構(gòu)，定位深部礦體空間位置。此外，筆者修正了1954年以來沉積變質(zhì)型控礦的勘查模型，提出了構(gòu)造控制的接觸交代型礦床模型（圖2），預(yù)測3處鐵礦找礦靶區(qū)（圖1），有效支撐了礦區(qū)深邊部勘查工作的部署。

圖2 白云鄂博礦區(qū)深部礦體構(gòu)造控制模型示意圖a.主礦、東礦鐵礦體形成時(shí)期；b.鐵礦形成后的近東西向逆-平移斷裂構(gòu)造作用；c.北西向左行正斷層構(gòu)造作用Fig.2 Schematic diagram of structure control model of deep orebody in Bayan Obo mining area a.The formation period of the East and Main Iron ore body；b.The nearly EW-trending strike-slip fault(F2)after the iron orebody;c.NW-trending left-lateral normal faults(F3)after F2

2 靶區(qū)驗(yàn)證與找礦突破

圍繞研究提出的找礦靶區(qū)，包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)了48個(gè)鉆孔開展鉆探驗(yàn)證。在主礦、東礦之間的2號(hào)找礦靶區(qū)（Fe-002）部署了鉆探驗(yàn)證工作（圖1），目前已完成的15個(gè)鉆孔全部見礦，其中，TK15-03-03累計(jì)見礦厚度327.2 m，鐵礦品位20%～30%；TK15-03-01累計(jì)見礦厚度254.2 m，品位25%～30%；TK15-03-02累計(jì)見礦厚度130 m，品位25%～35%。鉆探結(jié)果近期的深鉆表明，主礦14勘探線和東礦15勘探線、15-03勘探線深部的礦體均變厚，且14線向東、15線向西，礦體均未封閉，資源潛力非常可觀。

3 啟示意義

從目前工作進(jìn)展看，盡管深部礦體空間展布和資源儲(chǔ)量探明還需要大量的鉆探控制，但白云鄂博鐵礦深部找礦勘查工作初步取得了預(yù)期成果，以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)值得總結(jié)：

（1）對(duì)礦床成因研究的認(rèn)識(shí)不同，需要提出合理的勘查模型，進(jìn)而為找礦工作服務(wù)。自1950年以來，白云鄂博礦床勘查一直以沉積-變質(zhì)-熱液改造向斜控礦模型為指導(dǎo)（楊占峰，2020），本次研究基于大量地質(zhì)研究，提出白云鄂博鐵礦是與巖漿碳酸巖侵入接觸交代型礦床的不同認(rèn)識(shí)，找礦標(biāo)志從控礦地層調(diào)整為巖漿碳酸巖與圍巖接觸帶以及控礦構(gòu)造，建立了白云鄂博主礦、東礦深部礦體構(gòu)造模型，鉆探驗(yàn)證初步證實(shí)了模型合理性。

（2）主礦、東礦之間深部隱伏鐵礦體的發(fā)現(xiàn)，破解了1959年、1964年不同研究單位多次提出的主礦、東礦相關(guān)性關(guān)鍵疑難問題，打破了深部礦體不相連的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，對(duì)于外圍鐵礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測也具有一定指導(dǎo)意義。根據(jù)構(gòu)造和接觸帶控制礦體產(chǎn)出的規(guī)律，筆者提出東介勒格勒礦體深部可能向南傾的認(rèn)識(shí)，預(yù)測了第3號(hào)找礦靶區(qū)（Fe-003）(圖1)。

（3）預(yù)測靶區(qū)深部厚大鐵礦體的發(fā)現(xiàn)，是科研指導(dǎo)勘查，降低勘查風(fēng)險(xiǎn)，提高找礦效率的典型實(shí)踐。通過進(jìn)一步勘查工作，必將提升了白云鄂博資源保障能力，有效促進(jìn)了科研成果的及時(shí)轉(zhuǎn)化。

致 謝工作中得到中國工程院陳毓川院士、毛景文院士，中國地質(zhì)調(diào)查局李朋德副局長，資源評(píng)價(jià)部韓志軍副主任，包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司孫國龍總經(jīng)理、劉振剛副總經(jīng)理、王臣部長、武鳳茹工程師，內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司李曉總經(jīng)理等專家領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)指導(dǎo)；包頭稀土研究院楊占峰院長、劉建軍副院長的技術(shù)支持和交流；中國地質(zhì)科學(xué)院深部探測中心孟貴祥研究員的地球物理綜合勘查方面的技術(shù)指導(dǎo)；中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所李厚民研究員、唐菊興研究員、王曉霞研究員、楊岳清研究員在礦床成因研究方面的交流指導(dǎo)；吉林大學(xué)徐仲元教授、劉正宏教授和董曉杰講師在構(gòu)造研究方面的支持；包鋼勘察測繪研究院翟華偉院長、王武、趙利斌、宿澤江等工程師有益交流和資料共享。在西礦區(qū)開展工作時(shí)得到劉占全總經(jīng)理、崔鳳總工程師、趙劍工程師的支持，野外工作期間參與工作的礦山技術(shù)人員辛苦付出。中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所包鋼白云鄂博科學(xué)研究基地是本次工作得以順利開展的重要研究平臺(tái)，科學(xué)基地的成立得到資源所陳仁義所長、李劍書記、原黨委書記傅秉峰研究員及各職能部門領(lǐng)導(dǎo)大力支持，在此一并表示感謝。