內(nèi)蒙古歐布拉格金銅礦區(qū)綜合地學(xué)信息三維找礦模型

張巨偉,張廣純,胡玉平,李偉,高珍權(quán),劉牧星,宋保昌，李述國(guó)

(1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012；2.國(guó)城礦業(yè)股份有限公司，北京 100070)

0 前言

“綜合地學(xué)信息三維找礦模型”是以地球物理勘探為主要勘探手段的多學(xué)科綜合信息找礦預(yù)測(cè)技術(shù)集成。綜合地學(xué)信息三維找礦建模是在研究對(duì)象所處的地質(zhì)環(huán)境和其地球物理、地球化學(xué)特征空間變化規(guī)律以及其內(nèi)在聯(lián)系的三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，提取有效的找礦標(biāo)志。其核心內(nèi)容為：在現(xiàn)代地質(zhì)找礦理論的指導(dǎo)下，利用綜合勘查技術(shù)方法獲得工作區(qū)地下三維空間各種地質(zhì)體的分布，構(gòu)建包含成礦地質(zhì)體的三維地質(zhì)體模型，建立綜合信息找礦模型，提取找礦標(biāo)志，圈定靶區(qū)，指導(dǎo)探礦工程布置。

為配合歐布拉格金銅礦區(qū)地質(zhì)找礦工作，本次研究開(kāi)展了巖屑地球化學(xué)、地面高精度磁測(cè)和三維激電勘探工作，在此基礎(chǔ)上，建立了礦區(qū)綜合地學(xué)信息三維找礦模型。與前人提出的具有“高度綜合、抽象概括”的“地質(zhì)—地球物理—地球化學(xué)找礦模型”有所不同(王鐘等，1996；趙鵬大，1999；姚敬金，2002；楊曉坤等，2009；徐飛等，2016；朱將波等，2016；張歡歡等，2018；張夏林等，2020)，本模型利用綜合物探方法，在建立勘查區(qū)三維“成礦地質(zhì)體”的基礎(chǔ)上，構(gòu)建起“具體的、疊加綜合信息”的三維找礦模型，具有全局觀、真實(shí)性、形象化等特點(diǎn)。

1 礦區(qū)綜合地學(xué)信息

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

內(nèi)蒙古歐布拉格金銅礦位于烏拉特后旗狼山西段北麓，位置在華北地臺(tái)與天山—內(nèi)蒙古中部—興安地槽褶皺系銜接部位近地槽褶皺系一側(cè)。區(qū)域上巖漿巖分布較廣，出露面積約占該區(qū)總面積的80%～85%。巖漿活動(dòng)具多期性、多相性及產(chǎn)狀多樣性，從深成的花崗巖到噴出巖，從中酸性到中基性均有出露，其中以海西晚期和燕山期巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈。據(jù)遙感解譯，歐布拉格礦區(qū)具有火山機(jī)構(gòu)特征，火山機(jī)構(gòu)被二疊系次火山巖所充填，原有的構(gòu)造被破壞，最明顯的為斷裂和節(jié)理構(gòu)造(葉天竺，2013①)。

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)資料，出露地層由老到新有：下元古界寶音圖群一巖組綠色片巖，中石炭統(tǒng)阿木山組，中二疊統(tǒng)大石寨火山巖組火山碎屑巖，白堊系礫巖以及第四系的沖積物和風(fēng)積、坡積物。寶音圖群一巖組片巖和石炭系阿木山組的灰?guī)r呈殘留體或捕擄體產(chǎn)于大石寨組火山碎屑巖中(圖1a)。礦區(qū)內(nèi)近礦圍巖及含礦層蝕變較強(qiáng)烈，以硅化、高嶺土化、青磐巖化、絹云母化、碳酸鹽化為主；另見(jiàn)透閃石化，其中與成礦相關(guān)的蝕變作用有綠泥石化、綠簾石化、硅化、高嶺土化。礦化主要有黃鐵礦化、黃銅礦化、金銀礦化、鉛鋅礦化等。

圖1 歐布拉格金銅礦區(qū)地物化綜合信息圖(據(jù)有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，2019②修改)

1.2 礦床成因

歐布拉格金銅礦床成因類(lèi)型應(yīng)屬與火山—次火山巖有關(guān)的中低溫?zé)嵋航淮徒疸~礦床。本區(qū)燕山期斷裂活動(dòng)導(dǎo)致中酸性巖漿自巖漿房侵入和火山噴發(fā)，形成溢流相的英安質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖、流紋質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖及淺成、超淺成相的石英斑巖和石英閃長(zhǎng)玢巖。大量的成礦流體及其中攜帶的成礦物質(zhì)由于巖漿或熔漿的進(jìn)一步作用，使有用元素活化、遷移、富集，集中到次火山巖中成礦。礦體雖沒(méi)有嚴(yán)格受巖性控制，但礦體主要分布在英安質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖(凝灰?guī)r)、碳質(zhì)灰?guī)r、次火山巖—石英斑巖或閃長(zhǎng)玢巖內(nèi)外接觸帶中。

1.3 礦區(qū)地球物理特征

1.3.1 礦區(qū)巖、礦石標(biāo)本物性特征

實(shí)測(cè)歐布拉格礦區(qū)巖礦石參數(shù)表明，安山巖、安山玢巖為高磁、高阻、高極化特征；凝灰?guī)r物性變化大，總體為中磁、中高阻、中低極化，但含礦化后極化率、磁性變高，電阻率變低；輝綠玢巖為高磁、中低阻、中高極化特征；花崗閃長(zhǎng)巖為低磁、中高阻、高極化(可能受礦化影響)；花崗巖為低磁、中阻；石英斑巖為弱磁、高阻、中高極化特征；火山角礫為低磁、高阻、中高極化；石英脈為低磁、高阻、低極化；灰?guī)r為低磁、中低阻、低極化；銅礦石為高磁、低阻、高極化(表1)。受礦化影響，巖石的物性或多或少會(huì)發(fā)生變化，磁性變強(qiáng)、電阻率變低、極化率升高。礦區(qū)巖石、礦石標(biāo)本的物性有差異，可以作為分析、綜合解釋物探資料的參考，但在以三維激電勘探為重要技術(shù)手段的三維實(shí)體建模中應(yīng)以三維反演的電性參數(shù)為主要依據(jù)。

表1 歐布拉格礦區(qū)巖礦石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.3.2 礦區(qū)磁場(chǎng)分布特征

測(cè)區(qū)內(nèi)磁異常強(qiáng)度不高，高磁異常整體呈近南北向的帶狀分布(圖1b)。磁異常帶由多個(gè)規(guī)模不等的局部磁異常組成，有些磁異常呈串珠狀分布，有些磁異常呈環(huán)狀分布。M01磁異常位于F10斷層以西、F1斷層?xùn)|南段的南側(cè)，異常范圍較大，異常強(qiáng)度較高，近東西走向，與已知礦體平面位置對(duì)應(yīng)；M02磁異常位于M01磁異常以北F10斷層以西，異?？缭紽2斷層，由四個(gè)不連續(xù)的、規(guī)模不等的高值異常組成的環(huán)形磁異常，中間有較大范圍的負(fù)異常，與后期侵入巖體(斑巖體)位置對(duì)應(yīng)；M03磁異常位于F5與F10斷層的交匯處。若以后期侵入巖體(斑巖體)為中心，M02環(huán)形磁異常為內(nèi)環(huán)磁異常，M03和 M01為外環(huán)形磁異常的兩個(gè)異常，對(duì)應(yīng)礦區(qū)礦床和北礦帶。這兩個(gè)套合的環(huán)形磁異常與火山機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)；M04磁異常位于采礦區(qū)以南，為沿F10分布的多個(gè)不連續(xù)分布的局部異常和F10西側(cè)的正磁異常區(qū)，類(lèi)似“Q”型分布?？傮w上說(shuō)，磁異常與大石寨組火山巖分布關(guān)聯(lián)，強(qiáng)磁異常與蝕變或礦體有關(guān)。

1.3.3 礦區(qū)激電分布特征

由于受地表巖層風(fēng)化程度影響較大，淺部激電異常較為復(fù)雜，圖1c為海拔1500 m的充電率分布特征圖。Ip1充電率異常位于采礦區(qū)北部至F5斷層以南的區(qū)域，異常中心位于F2與F5斷層之間，異常幅值較高、規(guī)模較大，與M02環(huán)形磁異常北環(huán)的局部磁異常基本重合，電阻率也相對(duì)偏低，對(duì)應(yīng)采礦區(qū)外的北礦帶；Ip2充電率異常位于F1斷層?xùn)|南段附近，異常中心在F1斷層的南側(cè)，異常幅值較高、規(guī)模較大，與M01磁異常位置基本重合。位置對(duì)應(yīng)已知礦體，物探特征為高充電率、低電阻率和略高的磁化率；Ip3充電率異常位于采礦區(qū)外的東南部，F(xiàn)10斷層以西，F(xiàn)11斷層?xùn)|南延長(zhǎng)線附近的區(qū)域，異常幅值較高、規(guī)模相對(duì)較大。異常由南北兩個(gè)部分組成，北部為高電阻率中高充電率異常，南部為低電阻率高充電率異常。Ip3充電率異常區(qū)的磁化率相對(duì)較高，位置處于M04磁異常之中。根據(jù)已知鉆探資料，鉆孔見(jiàn)到銅礦化體，但位置偏離激電異常中心(若在激電異常中心見(jiàn)礦會(huì)更好)。根據(jù)三維激電勘探資料，測(cè)區(qū)內(nèi)淺部激電異常分布較廣，從南到北均有分布，高值異常多為北西向展布與火山巖分布基本一致，隨深度的加大，集中于這三個(gè)激電異常區(qū)，向下延深都比較大，礦體基本上與高激電異常區(qū)對(duì)應(yīng)。

1.4 礦區(qū)地球化學(xué)特征

根據(jù)元素分布特征，將元素分成三組，Au、Cu、Ag、Pb、Zn元素組合異常定名為Zh1組合異常，Cu、Au、As、Sb、Hg組合異常定名為Zh2組合異常，W、Sn、Mo、Bi組合異常定名為Zh3組合異常，其分布特征見(jiàn)圖1d。總體有4個(gè)全組合異常，除了一個(gè)位于F10斷層以西、激電異常Ip3以南外，其它三個(gè)全部位于采礦區(qū)及外圍，分布既相對(duì)集中，又因出露巖體而彼此分離顯“器”型分布。從以上三組組合異常的分布情況來(lái)看，測(cè)區(qū)內(nèi)成礦元素Cu、Au、Ag、Pb、Zn的組合異常主要分布在采礦區(qū)及其北部和東部的外側(cè)區(qū)域，前緣元素As、Sb、Hg的組合異常分布在采礦區(qū)及其以北的區(qū)域，而礦體下部及尾暈元素W、Sn、Mo、Bi的組合異常則分布在采礦區(qū)及其以南的區(qū)域。

2 三維地質(zhì)模型

基于三維物性填圖的綜合地學(xué)信息找礦建模包含兩方面的內(nèi)容：①基于綜合地、物、化、鉆等資料，通過(guò)三維物性模型構(gòu)建的三維地質(zhì)體模型。②根據(jù)勘查區(qū)成礦地質(zhì)體的地質(zhì)背景或環(huán)境地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)特征信息，通過(guò)分析總結(jié)、歸納集成，建立綜合地學(xué)信息三維找礦模型(胡玉平等，2021)。歐布拉格金銅礦屬于與火山巖—次火山巖有關(guān)的中低溫?zé)嵋航淮徒疸~礦床，其成礦地質(zhì)體為火山機(jī)構(gòu)、火山巖—次火山巖和后期巖體(脈)。根據(jù)三維激電反演資料，結(jié)合地質(zhì)、其他物探和鉆探等資料，通過(guò)綜合研究和分析，把地質(zhì)體簡(jiǎn)化為：基底圍巖(早期巖體)、近礦圍巖、成礦地質(zhì)體。

2.1 近礦圍巖

如大石寨組中弱蝕變地層、成礦期結(jié)束后的白堊系二連組地層。寶音圖群一巖組片巖和上石炭統(tǒng)阿木山組的灰?guī)r呈殘留體或捕擄體產(chǎn)于大石寨組火山碎屑巖中，由于其體量不大，物性與大寨組的火山巖相差不大，可以合并在一起。近礦圍巖主要分布在淺部，南部比采礦區(qū)北部厚度要大，局部有磁異常和激電異常，但異常規(guī)模小。

2.2 成礦地質(zhì)體

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)成礦作用類(lèi)型，成礦地質(zhì)體為火山機(jī)構(gòu)、控礦巖體和類(lèi)礦地質(zhì)體，其空間分布特征見(jiàn)圖2a,物探異常特征見(jiàn)圖2b，化探異常特征見(jiàn)圖2c。

(1)火山機(jī)構(gòu)。綜合地、物、遙等資料，在F10以西，F(xiàn)11和F7之間存在一個(gè)中低阻—高極化空間，呈凹陷分布，推測(cè)為老火山機(jī)構(gòu)，其空間被中二疊統(tǒng)大石寨組的火山巖和后期的侵入巖充填。

(2)控礦巖體。燕山期火山巖、次火山巖沿火山通道或斷層(F10)呈小巖體、小巖株?duì)町a(chǎn)出，侵入于中二疊統(tǒng)大石寨組火山雜巖之中。主要巖性有灰白色石英斑巖(Jλπ)及深灰色石英閃長(zhǎng)玢巖(Jδμs)，與成礦關(guān)系密切。石英閃長(zhǎng)玢巖(Jδμs)物性上表現(xiàn)為中高阻、中低極化、強(qiáng)磁；石英斑巖(Jλπ)物性上表現(xiàn)為中高阻、中低極化、弱磁。

(3)類(lèi)礦地質(zhì)體。類(lèi)礦地質(zhì)體定義為礦(化)體和蝕變體的集合。燕山期火山巖、次火山巖沿火山通道或斷層入侵，含礦熱液沿裂隙、斷層在凝灰?guī)r、英安質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖、碳質(zhì)灰?guī)r、次火山巖—石英斑巖體或閃長(zhǎng)玢巖內(nèi)外接觸帶中富集成礦或礦化，礦體分布沒(méi)有嚴(yán)格受巖性控制的特點(diǎn)，在物性上表現(xiàn)為中低阻、高極化、中高磁等特點(diǎn)。圖2d所示朱紅色區(qū)域?yàn)橐猿潆娐蚀笥?0 mv/V圈定的，從圖中可以看出，除了西南部幾個(gè)分布較為分散的小規(guī)模高極化體以外，已知礦體均含在其范圍內(nèi)。

2.3 基底圍巖

海西晚期花崗巖(Cγ4)和花崗閃長(zhǎng)巖(Cγδ4)為本區(qū)基底地層，其物性表現(xiàn)為高阻、低極化特征，但它基本控制了本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造分布(圖2a)。

圖2 歐布拉格金銅礦成礦地質(zhì)體三維分布圖

2.4 典型地質(zhì)剖面的地質(zhì)體解釋

圖3為歐布拉格金銅礦地質(zhì)剖面5線的三維反演解釋綜合圖。斷面圖中的電阻率呈“山”型分布(圖3b)，其外部具有高阻、低極化特征，解釋為海西晚期花崗巖(Cγ4)和花崗閃長(zhǎng)巖(Cγδ4)組成的綜合體(物性上兩種地質(zhì)體差別不大)，它們組成了礦區(qū)的“基底圍巖”。“山”型中“凹”的區(qū)域具有高極化、低電阻特征，解釋為“類(lèi)礦地質(zhì)體”。歐布拉格主礦體就位于斷面左側(cè)的高極化區(qū)域；根據(jù)已有的鉆孔資料，斷面右側(cè)的高極化區(qū)域也存在多條礦體。“山”型中“凸”的部分，類(lèi)似“巖墻”，具有中極化、中電阻特征，地表對(duì)應(yīng)石英閃長(zhǎng)玢巖(Jδμs)和石英斑巖(Jλπ)等侵入巖體(脈)，解釋為“控礦地質(zhì)體”。“控礦地質(zhì)體”南側(cè)分布中二疊統(tǒng)大石寨組英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、上石炭統(tǒng)阿木山組硅化巖等地層，由于體量小或與成礦關(guān)系不密切，但與成礦地質(zhì)體空間關(guān)系接近，統(tǒng)一解釋為“近礦圍巖”。

圖3 地質(zhì)剖面5線三維反演反演解釋綜合圖1—第四系地層；2—白堊系砂礫巖；3—二疊系大石寨組凝灰?guī)r；4—二疊系大石寨組英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r；5—石炭系阿木山組角頁(yè)巖；6—石炭系阿木山組硅化灰?guī)r；7—寶音圖群一巖絹云石英片巖；8—石炭紀(jì)花崗巖；9—石炭紀(jì)石英斑巖；10—石炭紀(jì)閃長(zhǎng)玢巖；11—尾礦壩；12—礦體；13—斷層及編號(hào)；14—三維激電反演淺部激電異常及編號(hào)；15—地面磁測(cè)△T(化極)等值線；16—三維激電反演電阻率等值線；17—鉆孔及編號(hào)

3 綜合地學(xué)信息三維找礦模型

三維找礦模型分四層展布，第一層為巖屑地球化學(xué)異常分布圖；第二層為綜合物探異常分布圖；第三層為成礦地質(zhì)體三維分布圖；第四層為礦區(qū)地質(zhì)平面圖。相比綜合型的圖表，實(shí)體的三維模型圖提供的信息更加具體、形象；三維圖像軟件還可以全方位展示，讓人有身臨其境的感覺(jué)。

圖4 歐布拉格金銅礦綜合地學(xué)信息三維找礦模型

據(jù)前文綜合分析總結(jié)，歐布拉格金銅礦的綜合地學(xué)信息找礦標(biāo)志為：①地表絹云母化、硅化帶是找礦的直接標(biāo)志；②火山機(jī)構(gòu)發(fā)育，燕山期中性—酸性火山、次火山巖復(fù)雜發(fā)育地段；③激電和化探原生暈綜合異常區(qū)；④凹陷區(qū)深部可能存在斑巖體，具有形成斑巖礦床的地質(zhì)條件。

對(duì)比已知鉆探資料和物化探異常特征，歐布拉格金銅礦區(qū)礦體賦存地段應(yīng)具備以下特征：①位于火山巖與后期侵入巖的接觸帶；②與后期中性—酸性侵入體有關(guān)；③火山巖中的高極化異常區(qū)域。

4 結(jié)論

本文以歐布拉格金銅礦地質(zhì)找礦預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)為例，通過(guò)以三維激電勘探為主的綜合勘探技術(shù)，構(gòu)建綜合地學(xué)信息三維找礦模型，為礦山深邊部找礦預(yù)測(cè)提供了豐富、詳實(shí)、直觀的找礦信息，在礦區(qū)預(yù)測(cè)靶區(qū)與已知礦體對(duì)應(yīng)良好；在礦山外圍三維找礦模型揭示礦山深邊部還有巨大的找礦空間，一部分預(yù)測(cè)靶區(qū)已經(jīng)被鉆探驗(yàn)證。

隱伏礦找礦一直是地質(zhì)人員面臨的課題，由于礦體埋深大、人文干擾強(qiáng)，因此，如何采用有效的技術(shù)手段在礦集區(qū)或礦山深邊部開(kāi)展地質(zhì)找礦仍然是地質(zhì)勘探者思考的問(wèn)題。近幾年，我們開(kāi)展了以三維激電勘探為主的綜合信息找礦預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)工作，為礦山深邊部找礦提供了豐富、翔實(shí)、直觀的三維找礦信息，預(yù)測(cè)效果好，見(jiàn)礦率高。因此，基于三維激電勘探的綜合地學(xué)信息三維找礦模型為開(kāi)展深部找礦提供了一個(gè)可行的方案。

注 釋

① 葉天竺.2013.找礦預(yù)測(cè)技術(shù)方法參考資料[R].北京:國(guó)土資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心.

② 有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心.2019.內(nèi)蒙古烏拉特后旗歐布拉格金銅礦區(qū)綜合物化探工作報(bào)告[R].