新疆西天山哈爾達(dá)坂鉛鋅礦床三維地質(zhì)建模及找礦方向研究

李永，成勇，曹新南，解程皓

摘 要：哈爾達(dá)坂鉛鋅礦是近些年來在西天山別珍套山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一個大型噴流沉積型鉛鋅礦床，礦體主要賦存于中元古界長城系哈爾達(dá)坂群碳酸鹽巖中，與閃長巖脈在空間上關(guān)系密切。通過對礦區(qū)地質(zhì)、物探及工程等資料的綜合研究，以重、磁、電為主要探測手段，開展礦區(qū)3 000 m以淺的成礦地質(zhì)體、礦化蝕變體及構(gòu)造等的綜合探測，集成地質(zhì)、遙感和中-深部地球物理探測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了礦區(qū)3 000 m以淺三維地質(zhì)模型，揭示了深部礦體賦存特征，預(yù)測了深部找礦方向，圈定找礦靶區(qū)2處，為該區(qū)今后礦產(chǎn)勘查工作提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：哈爾達(dá)坂鉛鋅礦床;三維地質(zhì)模型;找礦方向;礦產(chǎn)勘查

西天山造山帶處于中亞造山帶的西南部邊緣，大致經(jīng)歷了古陸形成、增生造山、碰撞造山和陸內(nèi)成盆等地球動力學(xué)過程[1-2]，內(nèi)部發(fā)育不同時期的陸緣盆地、增生島弧和山前盆地等重要成礦環(huán)境。哈爾達(dá)坂鉛鋅礦床就位于帶內(nèi)陸緣盆地中，成礦條件較為優(yōu)越。經(jīng)初步勘查，探獲鉛鋅資源量60余萬噸，礦床鉛平均品位1.06%，鋅平均品位6.09%，礦床規(guī)模已達(dá)大型，成因類型屬噴流沉積型。前人對哈爾達(dá)坂礦區(qū)開展了大量研究，主要是從礦床地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)及礦床成因等方面進(jìn)行了探討[3-8]，而對于礦床深部的找礦方向仍沒有開展系統(tǒng)研究，制約了進(jìn)一步的勘查評價工作。目前，哈爾達(dá)坂礦區(qū)主要礦體富集地段已完成詳查，本文利用大量的地質(zhì)、地球物理及鉆探等資料，采用SUKA-GOCAD軟件開展高精度的地層、構(gòu)造、侵入體、礦體等地質(zhì)體建模，對礦區(qū)上述地質(zhì)要素在三維空間內(nèi)進(jìn)行精細(xì)刻畫，能夠深化對礦體賦存狀態(tài)的理解，實現(xiàn)深部地質(zhì)體的可視化，圈定深部找礦靶區(qū)，為礦區(qū)下一步勘查評價工作提供重要依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

西天山造山帶位于新疆中西部，地處中亞造山帶的西南部邊緣，西鄰哈薩克斯坦，東西延伸大于800 km，南北寬120～350 km，是一條EW向夾持于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾與塔里木兩大板塊之間的增生型造山帶，為我國重要的銅、金、鉛鋅等多金屬成礦帶之一[9-13]。哈爾達(dá)坂鉛鋅礦床位于西天山造山帶伊犁-伊賽克地塊西北緣賽里木微地塊內(nèi)，西接哈薩克斯坦南準(zhǔn)噶爾復(fù)背斜，東連漢吉尕褶皺帶，北以博爾塔拉大斷裂與阿拉套晚古生代陸緣盆地相隔，南以博羅科努阿奇克庫都克斷裂與博羅霍洛古生代島弧帶相鄰[14]。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，形成以近EW向或NW向區(qū)域性大斷裂為主、次級NW向和晚期NE向斷裂為輔的多序次斷裂體系，主要斷裂有博爾塔拉斷裂、博羅科努阿奇克庫都克斷裂、奧爾塔克賽爾斷裂等（圖1）。出露地層主要有下元古界溫泉群一套中深變質(zhì)碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，中—上元古界長城系哈爾達(dá)坂群、薊縣系庫松木切克群、青白口系凱爾塔斯群一套淺變質(zhì)碎屑巖-碳酸鹽巖建造，古生界泥盆系汗吉尕組、托斯庫爾它烏組一套陸源碎屑巖及生物碎屑巖建造，石炭系大哈拉軍山組、章古蘇組、阿恰勒河組一套濱海相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，二疊系烏朗組一套火山巖夾火山碎屑巖建造，中生界侏羅系頭屯河組一套碎屑巖建造。巖漿活動以華力西期為主，少量古—新元古代侵入巖，主要巖性為石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖及混合花崗巖、輝長巖等?；鹕阶饔弥饕性诙B系，形成巖石以鈣堿性為主[3]。

2? 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1? 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層主要為中元古界長城系哈爾達(dá)坂群和古生界下石炭統(tǒng)阿恰勒河組，其中，長城系哈爾達(dá)坂群主要為碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，分為上、下兩個亞群，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、大理巖、砂巖、粉砂巖、鈣質(zhì)板巖及絹云母石英片巖等，目前已圈定的鉛鋅礦體主要分布于該群上亞群的碳酸鹽巖中（圖2-a）;下石炭統(tǒng)阿恰勒河組主要為濱淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，巖性為長石巖屑砂巖及粉砂巖。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，主要表現(xiàn)為褶皺作用，總體呈一單斜構(gòu)造，走向近EW向，傾向南，傾角較大，局部發(fā)育小的層間褶皺及斷裂，對礦體有一定的破壞作用。區(qū)內(nèi)僅見細(xì)粒閃長巖脈，巖脈走向呈NE或EW向，規(guī)模不大，順層產(chǎn)出或斜切地層，受褶皺、斷裂構(gòu)造影響而形態(tài)復(fù)雜。已發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦體附近多可見巖脈分布，部分脈巖邊部可見呈脈狀或囊狀產(chǎn)出的鉛鋅礦體，局部地段因巖脈充填，礦體變得支離破碎[3]。

2.2? 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)共圈出鉛鋅礦體60多條，賦礦巖石主要為白云質(zhì)灰?guī)r，近礦圍巖為含碳質(zhì)微晶灰?guī)r、鈣質(zhì)板巖、閃長巖、白云質(zhì)大理巖化灰?guī)r等。礦體呈似層狀、透鏡體狀順層產(chǎn)出，走向近EW，總體傾向南，陡傾，礦體沿傾向具波狀彎曲，分枝復(fù)合特點（圖2-b）。主礦體長130～800 m，厚1.04～7.03 m，單工程最大厚度可達(dá)23.26 m，已控制主礦體沿傾向延深約300 m，礦體（鉛、鋅）平均品位3.5%～9.33%，以鋅為主，共探獲（鉛、鋅）資源量60余萬噸。

2.3? 礦石質(zhì)量特征

礦石中主要金屬礦物有閃鋅礦、方鉛礦，少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦，次生礦物有菱鋅礦、白鉛礦、鉛釩、黃鉀鐵釩、褐鐵礦等。脈石礦物主要為方解石，少量石英、白云石、重晶石等。

礦石結(jié)構(gòu)主要有粒狀變晶結(jié)構(gòu)、半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代-殘余結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造主要有條紋（條帶）狀、角礫狀、脈狀、團(tuán)塊狀、塊狀等。

3? 三維地質(zhì)建模

本次三維地質(zhì)模型采用SUKA-GOCAD軟件來建立，其最大特點是基于DSI空間插值算法，在表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造的空間特征時具較好效果[15-17]。建模資料包括礦區(qū)高精度遙感圖、1∶10000地質(zhì)圖、1∶2000地質(zhì)圖、12條重、磁、電剖面圖、27條勘查線剖面圖及47個鉆孔柱狀圖。據(jù)已有資料，為更好的表達(dá)礦區(qū)的精細(xì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，集成哈爾達(dá)坂礦區(qū)的地質(zhì)、遙感和中-深部地球物理探測數(shù)據(jù)，確定淺部成礦有利部位和成礦構(gòu)造具體形態(tài)，并對中深部地球物理反演結(jié)果進(jìn)行約束，進(jìn)而構(gòu)建了礦區(qū)3 000 m以淺的三維地質(zhì)模型，主要包括礦區(qū)地表、鉆孔、地層、侵入體、礦體及重、磁、電異常分布的三維模型。

3.1? 三維地表及鉆孔模型

通過礦區(qū)勘查線在地表分布及鉆孔三維模型顯示（圖3-a，b），礦區(qū)屬于深切割中山地貌，海拔2 700～4 100 m，相對高差約500～1 000 m，區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)“兩山夾一溝”地形，主要礦體位于山頂平臺，以“溝”為界分布在東、西兩段。自西向東從64線至67線，西段布設(shè)勘查線18條、東段布設(shè)9條，總計27條。其中，針對兩段礦體較厚部位從04～12線、35～43線及44～56線進(jìn)行加密控制。在上述勘探線上共布置了鉆孔47個，孔深80.15～443.36 m，平均孔深為226.11 m，基本實現(xiàn)了對礦區(qū)淺部主要礦體的控制。

3.2? 三維地層模型

通過地質(zhì)填圖及鉆孔揭露，礦區(qū)內(nèi)地層主要為中元古界長城系哈爾達(dá)坂群、下石炭統(tǒng)阿恰勒河組及第四系。長城系哈爾達(dá)坂群又分為上、下兩個亞群。

中元古界長城系哈爾達(dá)坂群主要分布于F1斷層以北，厚度1.9～2.4 km，呈單斜狀產(chǎn)出，傾向南，傾角65°～87°。其中，上亞群厚度1.2～1.4 km，為本區(qū)主要賦礦層位。目前已發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦體主要分布在該巖性段中部寬500～800 m的白云質(zhì)灰?guī)r中（圖4-a）;下亞群厚度0.7～1.0 km，地層中未見鉛鋅礦化。

下石炭統(tǒng)阿恰勒河組主要分布于F1斷層以南，厚度約0.5 km，呈單斜狀產(chǎn)出，傾向南，與下伏哈爾達(dá)坂群下亞群呈斷層接觸關(guān)系（圖4-b）。

3.3? 三維侵入體模型

礦區(qū)內(nèi)僅見有細(xì)粒閃長巖脈，從模型來看，多呈巖枝狀、脈狀產(chǎn)出，巖脈總體走向NE，長為200～3 000 m，寬幾米至幾十米（圖5-a）。巖脈在西段順地層大角度產(chǎn)出，而東段近水平斜切地層，因斷裂構(gòu)造作用多呈蛇形彎曲、形態(tài)復(fù)雜。已發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦體附近多見閃長巖脈（圖5-b），顯示礦體與閃長巖脈的關(guān)系十分密切，可能對成礦有一定作用。

3.4? 三維礦體模型

礦區(qū)內(nèi)共圈定礦體60余條，主要分布在東、西兩段內(nèi)（圖5-c，d）。礦體賦存于中元古界長城系哈爾達(dá)坂群的白云質(zhì)灰?guī)r中。建模僅針對Ⅰ-10、11、12及Ⅱ-3、4、6號主礦體開展。

Ⅰ-10、11、12號礦體位于礦區(qū)西段，從礦體埋藏特點來看，均具有“西低東高”的特征（圖5-e），東側(cè)最高處海拔約3 780 m，出露于地表。西側(cè)最高處海拔約3 450 m，隱伏于地下，距地表約300 m，總體具向西側(cè)伏的特點。礦體東西長350～550 m，南北厚度6.5～8.0 m，形態(tài)總體呈似層狀、板狀，向深部延伸穩(wěn)定，走向65°～85°，傾向南東，傾角65°～85°，礦體沿走向在東、西兩端較陡直，傾角80°～85°，在中部相對較緩，傾角65°～80°，局部略顯“S”型，厚度變化不大。

Ⅱ-3、4、6號礦體位于礦區(qū)東段，平行斜列展布。從礦體埋藏特點來看，自西向東具 “深-淺-深”的特點（圖5-f），中間最淺處出露于地表，兩側(cè)最淺處距地表約40 m。礦體東側(cè)在傾向上延伸有限，有被巖體“侵食”的可能（圖5-f），西側(cè)有向深部延伸的趨勢。礦體東西長300～400 m，南北厚4.0～42.5 m，走向近EW向，傾向南，傾角65°～80°，礦體呈似層狀，厚度變化不大。

3.5? 三維物探模型

本次研究共布設(shè)了12條重、磁、電物探綜合剖面，對深部地層、構(gòu)造、巖漿巖及礦體等的賦存狀態(tài)進(jìn)行探測。從采集的600余件巖（礦）石物性參數(shù)測量結(jié)果來看，鉛鋅礦石密度在2.99～3.48 g/cm3，白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖與閃長巖密度在2.84～2.86 g/cm3，與區(qū)內(nèi)其它巖石密度差在0.12～0.74 g/cm3之間。礦區(qū)內(nèi)僅閃長巖具弱-中等磁性，磁化率在50～200×10-6? 4π，其它巖石、礦石均無磁性。鉛鋅礦石電阻率均值在300～800 Ω·m，屬低阻巖石。石英片巖、灰?guī)r、閃長巖的電阻率均值在2 000～4 000 Ω·m，屬中高阻巖石。白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖、鈣質(zhì)板巖電阻率均值為6 000～25 000 Ω·m，屬高阻巖石。綜上所述，本區(qū)鉛鋅礦石總體呈高重、無磁、低阻的特征。按照按“一橫兩縱”圖切3條剖面（圖6-a-c），得出物探異常與各地質(zhì)體空間相互關(guān)系特征。

3.5.1? 重力模型

礦區(qū)重力異常呈中部高、其它地段低的特征（圖6-d）。南側(cè)局部重力高異常主要由高密度的閃長巖、白云巖等引起，中部鉛鋅礦體引起的重力高為0.05～0.5×10-2 mGal，且大多與白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r或閃長巖引起的寬大重力高疊加在一起，重力異常能有效排除碳質(zhì)地層干擾。

3.5.2? 磁法模型

礦區(qū)磁異常以平緩的低磁及負(fù)磁背景磁場為主（圖6-e），其內(nèi)分布寬度40～300 m異常值為100～400 nT的局部磁力高，主要呈脈狀及團(tuán)塊狀，大部分磁力高異常地表都出露有閃長巖脈，部分為隱伏閃長巖脈或閃長巖體引起。鉛鋅礦體主要位于低磁或無磁區(qū)，閃長巖對應(yīng)磁力高異常的特征，可利用磁法輔助識別礦致重力高與閃長巖引起的重力高。

3.5.3? 電法（AMT）模型

音頻大地電磁測深（AMT）是利用天然交變電磁場來探測地電性質(zhì)及異常分布特征的物探類勘查技術(shù)手段，能夠快速準(zhǔn)確地反映隨深度而變化的地下電性結(jié)構(gòu)特征[18]。從模型來看（圖6-f），灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r對應(yīng)1 000～5 000 Ω·m的高阻異常，其間出現(xiàn)一些相對低阻區(qū)，淺部鉆探控制的鉛鋅礦體都分布在相對低阻異常區(qū)內(nèi);板巖、石英片巖對應(yīng)10～1 000 Ω·m的中低阻異常區(qū)，石英片巖電阻率相對較低、板巖相對較高;閃長巖均表現(xiàn)為高阻異常。利用AMT測深圈定低阻異常能有效的向深部追索礦帶延深。

4? 找礦方向

據(jù)哈爾達(dá)坂鉛鋅礦床受層位控制的特征，結(jié)合物探異常與脈巖及礦體的空間位置關(guān)系，在地質(zhì)-地球物理三維反演、建模的基礎(chǔ)上，依據(jù)其成礦規(guī)律研究的最新成果，提取控礦要素，從淺部含礦地質(zhì)體和控礦構(gòu)造厘定中深部成礦有利地質(zhì)體和物探異常定位等兩個層次進(jìn)行綜合分析，建立礦區(qū)三維可視化地質(zhì)模型。運用大數(shù)據(jù)平臺開展了深部礦體空間位置預(yù)測，揭示深部礦體賦存特征，開展深部找礦方向的探討。

從三維地質(zhì)、地球物理模型成果來看，賦存于白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r中的鉛鋅礦體附近因發(fā)育閃長巖脈，總體表現(xiàn)為重力高、相對高磁、低阻的異常特征。石英片巖、鈣質(zhì)板巖等因其板理、片理發(fā)育，為透水性、含水好的巖性層，實測電阻率為100～1 000 Ω·m，表現(xiàn)為中低阻特征，重、磁異常均不明顯。白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、閃長巖均表現(xiàn)為高阻、重力高特征，但后者具明顯的磁力高異常?；?guī)r則表現(xiàn)為中高阻、平緩的磁場及重力場，利用重力高異?？蓞^(qū)分灰?guī)r與白云質(zhì)灰?guī)r。

分析認(rèn)為，可將白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r層中電阻率小于1 000 Ω·m、淺部有礦化帶分布、對應(yīng)有重力高異常地段劃定為找礦靶區(qū)。

綜合上述特征，在礦區(qū)東、西兩段深部各圈定了一處較為有利的找礦靶區(qū)（圖7-a，b），編號為B1和B2。其中B1號靶區(qū)分布在礦區(qū)西段，地表位于27～59號勘查線處，深部賦存標(biāo)高2 650～3 580 m，寬度70～110 m，東西延伸約1 050m;B2號靶區(qū)分布在礦區(qū)東段，地表位于40～64號勘查線處，深部賦存標(biāo)高2 950～3 450 m，寬度80～15 m，東西延伸約600 m。

5? 結(jié)論

（1） 采用SUKA-GOCAD軟件建立了哈爾達(dá)坂鉛鋅礦區(qū)地表模型和各實體模型，直觀的顯示了地層、巖體和礦體等地質(zhì)體在真實三維空間中的形態(tài)、展布特征及規(guī)律，為后續(xù)勘查評價和礦山開采工作提供了有利依據(jù)。

（2） 通過三維地質(zhì)模型的建立，結(jié)合AMT礦致異常信息三維模型，認(rèn)為礦區(qū)東、西兩段深部仍具較大的找礦潛力。

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Research on 3D Geological Modeling and Prospecting Direction of HaerdabanPb-Zn Deposit in WesternTianshan， Xinjiang

Li yong，Cheng yong，Cao Xinnan，Xie Chenghao

（Institute of Geological and Mineral Exploration，Xinjiang Non-ferrous Geological Exploration，bureau，

Urumqi，Xinjiang，830000，China;）

Abstract： The HaerdabanPb-Zn deposit is a large-scale sedimentary-exhalative deposit discovered in the Biezhentao area of WesternTianshan in recent years. The orebodies mainly occur in a set of carbonate rocks in the Haerdaban Group of the Great Wall System of the Mesoproterozoic， which are closely related to the diorite veins in space. Through the comprehensive study of geological， geophysical and engineering data in the mining area， the comprehensive exploration of metallogenic geological bodies， mineralized alteration and structures less than 3000 meters in the mining area is carried out by using gravity， magnetism and electricity as the main detection means. By integrating geological， remote sensing and middle deep geophysical exploration data， a three-dimensional geological model less than 3000 meters in the mining area is constructed to reveal the occurrence characteristics of deep ore bodies， The deep prospecting direction is predicted and two prospecting targets are delineated， which provides a scientific basis for the future mineral exploration in this area.

Key words： HaerdabanPb-Zn deposit; 3D geological model; Prospecting guideline; Mineral exploration