通化赤柏松礦區(qū)Ⅰ號巖體巖相礦化特征及深部預測

尹貴志，梁立國，李寶林，崔 軍

吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司，吉林 磐石 132311

0 引言

赤柏松礦區(qū)Ⅰ號巖體長度達4 950 m, 1971年被發(fā)現(xiàn)并勘探，主要勘探區(qū)域為Ⅷ號勘探線以北，Ⅷ號勘探線以南僅對淺部施工少量的勘探工程，1986年開始開采，2013年又在井下100 m標高Ⅺ～Ⅸ號勘探線之間進行深部勘探，勘探發(fā)現(xiàn)礦體在Ⅺ號勘探線已經(jīng)尖滅。Ⅰ號巖體已開采30多年，截止到2017年采出礦石達到探明總地質(zhì)儲量的60%以上，當前礦山擴大生產(chǎn)面臨嚴重資源瓶頸，礦山有必要進行深部找礦規(guī)劃，增加地質(zhì)儲量。多年的開采和勘探，積累了豐富的地質(zhì)信息，為優(yōu)選近一步勘探靶區(qū)，提供豐富的地質(zhì)信息。通過利用3Dmine礦業(yè)軟件，把所有地質(zhì)勘探鉆孔和開采巷道獲得的地質(zhì)信息建立數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，依據(jù)構(gòu)造特征和巖漿深部熔離分異，多期次脈動貫入的礦床成因理論，建立巖體、礦體和主要巖相及截斷巖體的閃長巖巖脈三維模型，結(jié)合礦床巖相的礦化特征，提出在巖體的中南端和Ⅵ～Ⅰ號勘探線間存在深部找礦的勘探靶區(qū)。

1 地質(zhì)背景

1.1 礦區(qū)地質(zhì)背景

吉林省通化赤柏松礦區(qū)位于華北地塊北緣東段，西南為連遼東半島，東南鄰朝鮮半島，北部為興蒙—吉黑造山帶， 郯廬斷裂位于本區(qū)西北部, 南部有鴨綠江斷裂從本區(qū)經(jīng)過[1]。礦區(qū)內(nèi)北東向斷裂構(gòu)造發(fā)育，控制了基性巖體的展布，為控巖構(gòu)造。東西向構(gòu)造則以十分零散的殘跡出現(xiàn)。區(qū)內(nèi)結(jié)晶基底主要由太古宙雜巖、元古宙集安群及老嶺群和花崗巖組成, 晚前寒武紀—古生代沉積蓋層厚度巨大，中新生代火山—沉積巖系零星發(fā)育，赤柏松礦區(qū)Ⅰ號巖位于區(qū)域赤柏松—金斗穹狀背斜軸線的南端附近（圖 1）。

圖 1 赤柏松銅鎳礦區(qū)域地質(zhì)略圖Fig. 1 Regional geologic sketch map of yew copper-nickel mine

1.2 Ⅰ號巖體地質(zhì)特征

通化赤柏松Ⅰ號巖體受穹隆構(gòu)造控制, 侵位于張扭性斷裂中[2]。巖體為基性巖墻，長約4 950 m,寬40～140 m， 出露面積約0.4 km2, 巖體總體走向5°～10°, 斜交侵入于太古界鞍山群四道砬子河組灰色黑云斜長片麻巖地層中[3]。巖體總體形態(tài)不規(guī)整，膨縮較顯著。中南段傾向北西西，傾角63°～84°，北段傾向南東東，傾角55°～86°。探明礦體分布在北端，巖體北端翹起，向南側(cè)伏，側(cè)伏角45°，南端局部被第四紀沉積物覆蓋（圖2）。Ⅰ號巖體為同源巖漿多次侵入的基性—超基性復合雜巖體, 主要巖石類型有橄欖蘇長輝長巖、含長二輝橄欖巖、輝綠輝長巖和輝長玢巖，其中輝長玢巖是Ⅰ號巖體形成后期侵入的含礦脈巖，含長二輝橄欖巖與輝長玢巖是巖體的主要含礦巖相。巖體見有晚期的鈉長石斑巖和閃長巖巖脈穿插，閃長巖巖脈傾角40°～70°，其中地表出露一條約5 500 m長度的閃長巖脈在地下約0 m的標高把Ⅰ號巖體截斷（圖3）。巖體分異作用明顯，總體呈現(xiàn)出逆對稱分異和垂直分異作用的特征。

Ⅰ號巖體主量元素SiO2含量為39.83%～49.79%[4]，MgO：15.04%～28.47%，平均19.98%；含礦輝長玢巖中礦體MgO含量一般7.05%～14.36%，平均9.84%。Fe2O3及FeO不同類型礦體中Fe2O3及FeO含量無重大差別，唯角礫脈狀礦石及塊狀礦石中Fe2O3及FeO含量較高（30.60%～51.07%）。Ⅰ號巖體中礦體Fe2O3含量一般4.39%～19.36%，平均11.08%；FeO含量一般7.44%～9.88%，平均8.61%；含礦輝長玢巖中礦體Fe2O3含量一般5.73%～18.49%，平均8.53%；FeO含量一般8.25%～12.28%，平均10.05%。CaO在不同類型礦體中含量高低總體看無重大差別，Ⅰ號巖體中礦體CaO含量一般3.55%～8.02%，平均5.69%；含礦輝長玢巖中礦體CaO含量一般4.88%～7.29%，平均5.89%。Al2O3在不同類型礦體中含量也無重大差別，Ⅰ號巖體中礦體Al2O3含量一般6.32%～10.08%，平均7.45%；含礦輝長玢巖中礦體Al2O3含量一般7.30%～1.39%，平均9.60%。

圖 2 赤柏松Ⅰ號巖體區(qū)域地質(zhì)圖Fig. 2 Regional geologic map of the yew No.1 rock mass

圖 3 赤柏松Ⅰ號巖體與截穿巖體的閃長巖脈三維模型Fig.3 Three-dimensional models of the yew No.1 rock mass and diorite vein of cut rock mass

含礦巖石中Ni含量一般為0.3%～0.5%，平均0.38%，在采礦中也見有純硫化物的礦石，Ni最高品位超過8%；Cu含量一般0.18%～0.3%，平均0.25%，最高品位4.937%。NiCu含量變化的總趨勢大體是從巖體的淺部至深部（在剖面上自上而下）含量增加，但NiCu含量的變化區(qū)間不大，在側(cè)伏方向上NiCu的變化也不明顯。

礦石中伴生有益組分Co、Se、Te含量接近或達到一般工業(yè)指標，Ⅰ號巖體礦體中Co平均含量0.015%，最高0.056%，在含礦輝長玢巖中Co平均含量0.024%，最高0.192%；在Ⅰ號巖體中礦體的Se含量4×10-6～15×10-6，平均11×10-6，含礦輝長玢巖中礦體平均Se含量較高，一般6×10-6～35×10-6，平均20×10-6；在Ⅰ號巖體礦體中Te含量1.2×10-6～4×10-6，平均1.2×10-6，含礦輝長玢巖中礦體Te含量較高，一般 1×10-6～10×10-6，平均4×10-6。Pt、Pd、Au、Ag等含量甚微且分布不均勻。

S元素在不同類型礦體中含量略有不同，在Ⅰ號巖體中礦體的含量0.88%～2.78%，平均1.15%，含礦輝長玢巖中礦體平均S含量較高，一般1.31%～10.04%，個別22.47%，平均6.3%，礦床S平均品位3.83%。

2 Ⅰ號巖體、礦體與主要巖相三維模型

Ⅰ號巖體歷史兩期勘探施工了59個鉆孔，總進尺約24 180 m，30年開拓、開采了10個中段，開采深度達550 m，勘探開采共采集了3439個化驗樣品，樣品總長3 541 m。這些地質(zhì)信息及樣品測試結(jié)果，為利用3Dmine軟件建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)建Ⅰ號巖體、礦體及主要巖相的三維模型奠定了豐富信息基礎(chǔ)。由于Ⅰ號巖體含礦主要巖相為含長二輝橄欖巖和輝長玢巖，盡管有晚期礦化富集的硫化物貫入，但晚期貫入的硫化物絕大部分都在這兩個含礦巖相內(nèi)部裂隙及兩巖相與圍巖接觸的破碎帶內(nèi)，也就是含長二輝橄欖巖和輝長玢巖兩巖相的分布位置代表Ⅰ號巖體礦化的主體空間。

2.1 Ⅰ號巖體、礦體及截斷巖體的閃長巖脈的三維

模型

利用歷史探礦和開采活動所獲得的Ⅰ號巖體地質(zhì)信息，建立Ⅰ號巖體Access數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫在3Dmine軟件上真實的展示每個鉆孔的空間位置與地質(zhì)信息，根據(jù)鉆孔巖心中巖性特點確定巖體、閃長巖脈邊界，結(jié)合控制巖體的構(gòu)造特征，創(chuàng)建Ⅰ號巖體、截穿巖體的閃長巖脈三維形態(tài)模型（圖3）；利用實體模型的布爾運算，創(chuàng)建被閃長巖脈穿插破壞后的巖體三維模型（圖4上圖）、及穿插巖體區(qū)段的閃長巖脈三維模型（圖4）；根據(jù)巖心與坑道采樣成礦元素邊界（最低工業(yè)）品位圈定礦體，確定不同塊段礦體的三維分布模型，計創(chuàng)建2個礦體模型（圖4下圖）。

2.2 Ⅰ號巖體主要巖相的三維模型

根據(jù)Ⅰ號巖體的三維模型輪廓形態(tài)及勘探開采區(qū)域揭露的各巖相的側(cè)伏趨勢，依據(jù)Ⅰ號巖體深部熔離分異與多期脈動上侵貫入的成因模式，利用鉆孔巖心中巖性特點確定輝綠輝長巖、含長二輝橄欖巖、輝長玢巖巖脈的巖相邊界，首先創(chuàng)建輝綠輝長巖、含長二輝橄欖巖、輝長玢巖巖脈三維形態(tài)模型，然后再用同樣的方法確定橄欖蘇長輝長巖相的主體巖相邊界線（把該巖相環(huán)繞輝綠輝長巖、含長二輝橄欖巖兩個巖相厚度較薄處省略，避免遮擋兩個巖相實體），創(chuàng)建橄欖蘇長輝長巖相三維模型（圖5）。

圖 4 赤柏松Ⅰ號巖體與礦體三維模型Fig.4 Three-dimensional models of the yew No.1 rock mass and ore bodies

圖 5 赤柏松Ⅰ號巖體巖相三維模型Fig.5 Three-dimensional models of the yew No.1 rock mass and lithofacies

3 Ⅰ號巖體主要巖相及礦化特征

Ⅰ號巖體分異作用明顯，按巖石類型、巖石化學及含礦性等特征，劃分為輝綠輝長巖、橄欖蘇長輝長巖、含長二輝橄欖巖三個巖相帶；巖體還受更晚期含礦的輝長玢巖巖脈和不含礦的閃長巖脈穿插，總計5個不同巖相。

3.1 輝綠輝長巖相（υβμ）

輝綠輝長巖相主要分布在巖體的上部（圖5下圖），為巖體的主體巖相，歷史勘探在巖體的中南部施工2個600 m深的鉆孔，都沒有穿透該巖相。從勘探開采的區(qū)段顯示，該巖相側(cè)伏方向與巖體側(cè)伏方向一致，側(cè)伏角大致35°，灰綠色，巖石粒度較粗，輝綠～輝長結(jié)構(gòu)、反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，個別于巖體邊部具似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物粒度2.0～4.0 mm。主要礦物成份：單斜輝石14.75%～26.75%；拉長石43.80%～64.70%；纖狀閃石呈反應(yīng)邊礦物，包裹輝石，含量11.82%～22.90%；黑云母0.40%～1.51%；石榴石1%～5%；磷灰石及石英微量。金屬礦物不普遍，含量一般0.30%～1.66%，不構(gòu)成工業(yè)礦體。

3.2 橄欖蘇長輝長巖相（υoб）

主體巖相位于輝綠輝長巖相的下部（圖5），環(huán)繞于含長二輝橄欖巖相外緣，沿走向和傾向隨遠離含長二輝橄欖巖而增大，深綠色，地表具球狀風化，半自型輝長結(jié)構(gòu)、反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)，個別巖體邊部具似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物粒度1.0 ～2.5 mm。主要礦物成份：單斜輝石含量11.50%～33.15%，以透輝石為主，普通輝石少量；斜方輝石6.66%～26.78%，以紫蘇輝石為主，古銅輝石少量；橄欖石5.83%～27.35%；斜長石22.10%～41.80%，為拉長石、培長石；纖狀輝石和纖狀閃石呈反應(yīng)邊礦物，包裹橄欖石或輝石，含量7.75%～20.54%；黑云母1%～3%；磷灰石及石英偶見。金屬礦物欠普遍，含量一般0.57%～3.45%。一般不含工業(yè)礦體，僅于兩巖相接觸部位局部有礦體賦存。

3.3 含長二輝橄欖巖相（б）

含長二輝橄欖巖相，沿著巖體的底部內(nèi)側(cè)分布，側(cè)伏方向與巖體側(cè)伏方向一致，側(cè)伏角45°，為巖體主要含礦巖相（圖5下圖及上左圖，上左圖為勘探開采區(qū)域工程控制的含長二輝橄欖巖三維模型）。黑綠色，地表具球狀風華，巖石呈它形～自形粒狀結(jié)構(gòu)、反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物粒度1.0 ～1.5 mm。主要礦物成份含量橄欖石35.78%～57.80%；單斜輝石6.32%～32.30%，以透輝石為主，普通輝石少量；斜方輝石5.02%～20.20%，以紫蘇輝石為主，頑火輝石少量；培長石3.84%～14. 0%；纖狀輝石和纖狀閃石呈反應(yīng)邊礦物，包裹橄欖石或輝石，含量7.23%～21.27%；黑云母1%～5%。金屬礦物較普遍，含量一般1.27%～5.15%，巖石蝕變較弱，有輕微蛇紋石化、綠泥石化、滑石化和碳酸鹽化，該巖相是Ⅰ號巖體最重要的含礦巖相。巖相Ni含量一般0～6.99%，平均0.328%；巖相Cu含量0～4.94%，平均0.182%，絕大部分巖相都構(gòu)成工業(yè)礦體。依據(jù)推測的三維模型，在巖體的中南段的底部，存在較厚大的含長二輝橄欖巖相（圖5），這里是較好的找礦靶區(qū)。

3.4 輝長玢巖脈（υμ）

輝長玢巖脈分布在Ⅰ號巖體北端底部，為晚期脈巖，是賦礦巖相之一，巖石呈黑綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，基質(zhì)全自形交織結(jié)構(gòu)。斑晶含量5%，由單斜輝石及斜長石組成；基質(zhì)由細小板狀斜長石及細粒輝石組成，石榴石、磁鐵礦少量。纖狀閃石呈反應(yīng)邊礦物，包裹輝石斑晶，或全部取代輝石。在開采區(qū)主要有兩條輝長玢巖巖脈，分別分布在勘探線Ⅸ～Ⅺ和Ⅲ～Ⅵ之間（圖5上右圖）。

勘探線Ⅸ～Ⅺ處的輝長玢巖脈規(guī)模較小，巖脈走向長度220 m，傾向最大延伸90 m，巖脈形態(tài)不規(guī)則，側(cè)伏方向與主巖體一致，側(cè)伏角32°，平均厚度3 m，含礦較貧，Ni含量在0～0.35%之間，巖脈大部分被含長二輝橄欖巖相包裹，對深部找礦指示意義不大。

勘探線Ⅲ～Ⅵ之間的輝長玢巖巖脈穿插含長二輝橄欖巖，受其上侵動力影響，其上覆的含長二輝橄欖巖相明顯被抬高，其也被晚期的閃長巖脈截斷（圖5），巖脈走向與側(cè)伏方向與巖體一致，側(cè)伏角72°，比巖體側(cè)伏角約大27°，巖脈傾角78°～88°，巖脈走向長度370 m，側(cè)伏方向延伸長度鉆孔控制650 m，且底部仍然是開放的（圖4和圖5的A區(qū)域）。巖脈寬度一般15 m～50 m，平均25 m，巖脈Ni含量一般0～6.60%，平均0.482%；巖相Cu含量0～3.784%，平均0.30%，絕大部分巖相都構(gòu)成工業(yè)礦體，由于閃長巖脈的穿插，把輝長玢巖巖脈分割成上下兩部分，下部分輝長玢巖巖脈僅有一個鉆孔控制，鉆孔見礦最高品位Ni：2.67%，Cu：1.6%；平均品位Ni：0.66%，Cu 0.43%，礦體厚度30 m。可見在A區(qū)域應(yīng)是找礦的良好靶區(qū)（圖5）。

3.5 閃長巖脈（δ）

閃長巖脈在地表和Ⅰ號巖體內(nèi)部都有出現(xiàn)，礦區(qū)地表見4條（圖2），長度240米至5 300 m，寬度幾米至幾十米，地表在Ⅰ號巖體西側(cè)出露最長的閃長巖脈對礦體影響最大，該閃長巖脈南東東傾，傾角59°～70°，局部近直立。巖石呈深綠色，半自型粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分由角閃石、斜長石及少量石英組成，副礦物有磁鐵礦、磷灰石，次生礦物有磷酸鹽類、絹云母、綠泥石等，局部輕微黃鐵礦化，總體走向10°～20°，地表出露長5 300 m，寬度一般3～43 m，呈巖墻狀，在Ⅲ～Ⅵ號勘探線之間，鉆孔見到這條閃長巖脈切穿巖體和礦體（圖3）。

4 1號巖體深部成礦預測

通過上述對巖體、礦體和不同巖相和巖脈建模和分析，重新確認輝長玢巖巖脈的側(cè)伏角，展示了含長二輝橄欖巖相的深部展布，圈定兩個深部區(qū)域為進一步找礦的靶區(qū)，分別編為A、B號預測勘探靶區(qū)（圖5）。

4.1 A號預測勘探靶區(qū)

A號預測勘探靶區(qū)平面上位于Ⅲ～Ⅵ號勘探線之間，剖面上在巖體的底部，0 m標高以下。該靶區(qū)預測的依據(jù)如下：

（1）Ⅲ～Ⅵ號勘探線之間輝長玢巖巖脈的側(cè)伏角為72°，比Ⅰ號巖體側(cè)伏角大27°，說明控制Ⅰ巖體的斷裂由于多期活動，在此處產(chǎn)生有利于輝長玢巖上侵的次生斷裂空間。原有文獻都認為輝長玢巖的側(cè)伏角與主巖體一致，是導致該處的勘探潛力沒有得到充分重視的主要原因。

（2）A區(qū)域存在含礦較好的輝長玢巖巖脈，Ⅲ～Ⅵ號勘探線之間輝長玢巖走向水平長度超過350 m,地勘期的ZK33號鉆孔在此處穿透的巖體幾乎都是輝長玢巖，在該鉆孔輝長玢巖巖段的中部，約0 m標高見有43 m的閃長巖脈把輝長玢巖截為兩段，閃長巖脈截段下部（A區(qū)域）有46 m長的輝長玢巖，所以該處輝長玢巖具有向走向及更深處延伸的可能，該處具有良好的成礦輝長玢巖巖漿巖條件（圖5）。

（3）A區(qū)輝長玢巖含礦較好，見有30 m長的含礦截段，Ni最高品位2.67%，巖段平均Ni 0.66%，礦體寬度約14 m，該處見有良好的礦化條件。

（4）A區(qū)域輝長玢巖下部是開放的，歷史上沒有施工鉆孔。

4.2 B號預測勘探靶區(qū)

B號預測勘探靶區(qū)位于Ⅰ號巖體的中南部，在巖體的底部（圖5），預測在-750 m～-1 800 m標高之間。依據(jù)有以下幾個方面：

（1）依據(jù)地表巖體露頭及控制巖體的構(gòu)造產(chǎn)狀和地表施工的鉆孔推測該區(qū)域的深部存在基性-超基性巖體。

（2）依據(jù)Ⅰ號巖體的深部分異多期次脈動貫入的成因，推測在Ⅰ號巖體的中南部深部可能存在含礦的主體巖相含長二輝橄欖巖相。

（3）利用勘探開采的Ⅰ～Ⅺ號勘探線區(qū)間信息，獲得各個勘探線的巖相實際界線，根據(jù)不同勘探線各種巖相界線的走向延伸趨勢和控制Ⅰ號巖體的構(gòu)造特征，確定巖體中南段不同巖相出現(xiàn)深度。

（4）B區(qū)域為含長二輝橄欖巖，是Ⅰ號巖體的含礦主體巖相。

5 結(jié)論

Ⅰ號巖體經(jīng)過歷史上兩個階段勘探和30年的開采,形成了豐富的地質(zhì)資料信息，利用這些信息建立數(shù)據(jù)庫，結(jié)合Ⅰ號巖體的成因及控巖構(gòu)造特征，創(chuàng)建巖體、礦體、不同巖相三維模型，真實的反映勘探開采區(qū)域的巖體、礦體的實際位置和形態(tài)，避免了由于鉆孔跑斜嚴重，使得繪制的地質(zhì)圖剖面圖由于投影原因造成的假象。本文通過建立巖體、礦體、不同巖相三維模型，展示了礦體的分布特征；利用成巖成礦理論進行分析，把深部潛力勘探靶區(qū)明晰的展示出來，為Ⅰ號巖體進一步的鉆探找礦提出了明確的目標位置。由于Ⅰ巖體中南段深部資料很少，沒有進行地球物理調(diào)查，建模過于簡單，今后在中南段進行地球物理調(diào)查應(yīng)該放在研究的首位。

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