膠西北焦家—三山島地區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)

摘要：本文利用2 232個鉆孔及礦山生產(chǎn)坑道資料，焦家—三山島地區(qū)三維地質(zhì)模型的建模方法和金礦床的三維空間特征，構(gòu)建了地層、構(gòu)造、侵入巖、蝕變帶及1 505個礦體模型，對主要控礦構(gòu)造與礦體關(guān)系進(jìn)行了三維空間分析，研究了主要礦體的空間分布規(guī)律，礦體淺部相對零散，向深部連為一體，規(guī)模上有擴(kuò)大趨勢，沿走向上和傾向上無礦間隔較為明顯，礦體整體呈現(xiàn)分段富集規(guī)律。

關(guān)鍵詞：金礦集中區(qū)；三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)；焦家三山島；膠西北

中圖分類號：P618.51文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.09.004

引文格式：王永慶，陳磊，楊真亮，等.膠西北焦家—三山島地區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)［J］.山東國土資源，2024，40（9）：25-36. WANG Yongqing， CHEN Lei， YANG Zhenliang，et al. Three Dimensional Geological Structures of Jiaojia—Sanshandao Area in Northwestern Jiaodong Area［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（9）：25-36.

0引言

三維地質(zhì)建模是新一代地質(zhì)調(diào)查及深部找礦勘探的核心技術(shù)之一。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，國家對各種能源與礦產(chǎn)資源的需求日益增多，淺層地表資源勘探和開發(fā)程度已經(jīng)較高，勘探發(fā)現(xiàn)新的資源的難度越來越大，而地下深層礦產(chǎn)資源由于資料不足、發(fā)現(xiàn)困難等原因，勘探程度較低，具有較大找礦潛力。隨著國家深部找礦戰(zhàn)略的執(zhí)行，通過建立勘查區(qū)域三維地質(zhì)模型進(jìn)行深部找礦和預(yù)測，已成為主流趨勢，推動著地質(zhì)工作科學(xué)快速向前發(fā)展。

膠西北地區(qū)是我國重要金礦集中區(qū)，分布著百余個金礦床（點(diǎn)），形成著名的膠西北金礦集中區(qū)。區(qū)內(nèi)金礦床主要沿著3條NNE—NE向控礦斷裂帶分布，自西向東為：三山島-倉上斷裂、龍口-萊州斷裂、招遠(yuǎn)-平度斷裂，在區(qū)內(nèi)形成三山島、焦家、玲瓏等3個千噸級金礦田［1-3］。在區(qū)域上構(gòu)成了礦床（點(diǎn)）東西成帶，南北成串，集中成片的分布格局。該區(qū)研究及勘查程度較高，地質(zhì)資料豐富，建立精確的三維地質(zhì)模型，可以更加清晰直觀地分析區(qū)域地質(zhì)背景、研究成礦條件，從而預(yù)測礦產(chǎn)位置及埋深、估算礦產(chǎn)儲量等，實(shí)現(xiàn)深部找礦目標(biāo)。

焦家-三山島地區(qū)受礦權(quán)限制，以往建立的地質(zhì)模型相對獨(dú)立，缺乏系統(tǒng)連貫性，許多大礦體被分割成塊，不利于綜合研究。本文首次將三山島-倉上斷裂、龍口-萊州斷裂合并研究，建立了焦家—三山島地區(qū)精細(xì)化三維地質(zhì)模型，從三維空間總結(jié)成礦規(guī)律，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體、蝕變帶、構(gòu)造等控礦要素的三維可視化，指導(dǎo)深部找礦。

1研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于膠東半島西北部，區(qū)內(nèi)地層簡單，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿巖廣布，成礦條件優(yōu)越。區(qū)內(nèi)主要出露新生代第四紀(jì)地層，廣布于各大水系的河床、漫灘，沿海海岸等地段。區(qū)內(nèi)巖石以結(jié)晶基底和中生代侵入巖為主，基底巖系主要由新太古代變質(zhì)花崗巖系、古元古代粉子山群及侵入其中的中、新元古代侵入體組成。粉子山群為低角閃巖相變質(zhì)。中生代燕山期侵入巖非常發(fā)育，出露面積占研究區(qū)總面積的2/3以上。區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造以近EW向韌性剪切帶、片麻理、條帶等為主，脆性斷裂以NE向斷裂最為發(fā)育，金礦床分布眾多。NE及NNE向斷裂構(gòu)造是金礦定位的主體，尤其是區(qū)內(nèi)三山島斷裂和焦家主干斷裂構(gòu)造對金礦床的控制作用非常明顯。三山島-倉上斷裂帶由北向南分布三山島北部海域、西嶺、三山島、新立和倉上大至特大、超大型破碎帶蝕變巖型金礦［4］。龍口-萊州斷裂帶控制了焦家、焦家深部、新城、寺莊、馬塘、朱郭李家等特大型金礦床及東季、紅布等中型金礦床［5-9］（圖1）。

2三維地質(zhì)模型構(gòu)建

三維模型構(gòu)建是在Creatar Xmodeling三維地質(zhì)建模軟件中，對收集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、數(shù)字化與集成，對照研究區(qū)地質(zhì)發(fā)展歷史建立統(tǒng)一的巖性分類代碼及地層、巖漿巖代碼。將各類帶有空間位置信息的數(shù)據(jù)投影到相同坐標(biāo)系后，賦予統(tǒng)一的三維坐標(biāo)屬性，分類（點(diǎn)、線、面、體）建立資料數(shù)據(jù)庫并統(tǒng)一管理［10-14］。本次構(gòu)建的三維地質(zhì)模型包括地質(zhì)體模型、構(gòu)造模型、礦體模型、蝕變帶模型等。

2.1建模數(shù)據(jù)收集與處理

本次系統(tǒng)收集了三山島-焦家成礦帶上礦山生產(chǎn)坑道中段地質(zhì)圖，建立了坑探工程數(shù)據(jù)庫，收集機(jī)械巖心鉆探1 837 640.26 m/2 232孔（含坑內(nèi)鉆22 804.15 m/90孔）、坑探工程165 633.23 m。收集利用了礦區(qū)勘查線剖面圖1 478條，利用剖面497條。繪制-5 km深部剖面3 365 802.13 m/380條。

在Creat Xmodeling三維地質(zhì)建模軟件中，對收集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、數(shù)字化與集成，對照研究區(qū)地質(zhì)發(fā)展史建立統(tǒng)一的巖性分類代碼及地層、巖漿巖代碼，將各類帶有空間位置信息的數(shù)據(jù)投影到相同坐標(biāo)系后，賦予統(tǒng)一的三維坐標(biāo)屬性，分類（點(diǎn)、線、面、體）建立資料數(shù)據(jù)庫并統(tǒng)一管理。

本次建模范圍為焦家—三山島地區(qū)地表～-5 000 m標(biāo)高，建模面積520 km2。平面地質(zhì)圖比例尺為1∶1萬，勘查線剖面圖比例尺為1∶2000，控制網(wǎng)度為60 m×60 m，最小厚度設(shè)為0.1 m。

2.2建模方法與流程

本次三維地質(zhì)體建模采用基于多源數(shù)據(jù)和多方法集成的模型構(gòu)建策略。由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性和多解性等特點(diǎn)，針對地質(zhì)模型構(gòu)造不同的復(fù)雜程度，采用基于復(fù)雜地質(zhì)體的交互建模綜合解決方案，依據(jù)收集數(shù)據(jù)范圍確定建模邊界，選用自頂向下建模方式［15-19］。

建模的程序包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理，生成斷層面，處理斷層之間的接觸關(guān)系，生成被斷層撕裂的地層面，處理上下地層的交切關(guān)系，生成封閉地質(zhì)體，將地表、構(gòu)造、巖體、蝕變帶、礦體等多種類型的地質(zhì)單元最終融合成一套地質(zhì)模型。

3三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)

本次三維實(shí)體地質(zhì)模型是依據(jù)剖面直接構(gòu)建形成，接觸界線清晰、明顯，可直觀展示各地質(zhì)要素形態(tài)、產(chǎn)狀。主要包括地質(zhì)體模型（地層、侵入體）、蝕變帶模型、構(gòu)造模型、礦體模型等（圖2）。

3.1地層三維特征

研究區(qū)地層為新生代第四紀(jì)全新統(tǒng)。位于模型淺表部，陸域疊覆早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖、玲瓏花崗巖和郭家?guī)X花崗巖之上，海域淺層分布于海底面上。上、下表面相對平緩，整體來看北側(cè)厚度相對較小，向南側(cè)逐漸增大（圖3）。

3.2侵入巖三維地質(zhì)特征

為模型主要組成部分，主要由早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系、侏羅紀(jì)玲瓏序列花崗巖、白堊紀(jì)郭家?guī)X序列花崗巖以及隱伏的白堊紀(jì)雜巖體組成［20-21］。

3.2.1早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖

巖性由馬連莊序列變輝長巖和棲霞序列英云閃長質(zhì)片麻巖組成，為研究區(qū)內(nèi)基底巖系（圖4）。根據(jù)其分布和完整性大致可分為2個部分：

（1）位于模型北西、北東部的新太古代侵入巖體，發(fā)育較為完整。其中北西部分呈巖珠狀，規(guī)模較小，上表面被海域覆蓋，頂部剝蝕面平緩，在三山島西北側(cè)深處與NE側(cè)新太古代侵入巖連為一體，兩者底界面貫穿建模底界。

（2）位于模型中南部的新太古代侵入巖。該部分巖體NE—SW向長12.90～24.70 km，寬9.81～23.14 km，北側(cè)多于-2 km標(biāo)高左右可見底界，西南部貫穿建模底界。巖體厚度變化比較大，右側(cè)以焦家斷裂為界，左側(cè)主要受三山島斷裂控制，主要出露于2條成礦帶上盤，地表常被第四系淺層覆蓋，其中心部位直接出露于地表。巖體被后期中生代玲瓏花崗巖、郭家?guī)X花崗巖、雜巖體巖漿活動破壞嚴(yán)重。尤其是在三山島帶下盤和焦家村北側(cè)等地段，底部為中生代巖體大面積侵入，并超覆于新太古代侵入巖之上，二者整體表現(xiàn)為錯綜復(fù)雜的侵入接觸關(guān)系?？氐V構(gòu)造—蝕變帶—礦體主要發(fā)育于早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖與中生代巖體接觸界面處。

3.2.2中生代玲瓏序列花崗巖

呈巖基狀產(chǎn)出，遍布整個模型，北、西、東3個方向延伸至模型外，地表出露不連續(xù)，但深部連為一體，建模深度范圍內(nèi)（標(biāo)高-5 km）未能揭露底界。與早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖呈侵入關(guān)系，在三山島和焦家斷裂帶上盤侵入到新太古代侵入巖內(nèi)，在三山島和焦家斷裂帶下盤、前陳—招賢一帶切穿新太古代侵入巖，出露于地表。NE、SE側(cè)于深部分別被后期的郭家?guī)X花崗巖和雜巖體侵入。整體來看，建模區(qū)內(nèi)玲瓏花崗巖規(guī)模巨大，形成一個規(guī)模巨大、完整的侵入體，是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的地質(zhì)體（圖5）。

3.2.3中生代郭家?guī)X序列花崗巖

主要分布于研究區(qū)北部，在河?xùn)|、倉上一帶直接出露于地表，于深部連為一體。厚度由本次建模深度（標(biāo)高-5 km）直至地表，未揭露下底面。該地質(zhì)體空間上主要分布在焦家和三山島成礦帶下盤，在焦家和三山島成礦帶深部的上盤偶見少量分布。與早期的新太古代侵入巖、玲瓏序列花崗巖呈侵入關(guān)系，控礦構(gòu)造常沿其接觸面發(fā)育（圖6）。

3.2.4隱伏的白堊紀(jì)雜巖體

根據(jù)地球物理解釋成果，在研究區(qū)深部存在相對晚一期的侵入體，與玲瓏序列巖體物性特征有所差異，呈侵入關(guān)系侵入到玲瓏序列巖體內(nèi)。巖體分布于研究區(qū)的東南側(cè)、焦家成礦帶下盤，僅在-4 km以深可見少量巖體出露在焦家斷裂、三山島斷裂上盤。

3.3構(gòu)造三維地質(zhì)特征

研究區(qū)斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，NNE—NE向的三山島-倉上、龍口-萊州斷裂帶為研究區(qū)一級控礦斷裂，NNE—NE向東莊子、侯家、河西、望兒山等為區(qū)內(nèi)二級控礦斷裂。除此之外，研究區(qū)發(fā)育其他近EW向、NW、NNE—NE、NW向斷裂，不同方向的斷裂均具多期活動特點(diǎn)，構(gòu)成研究區(qū)構(gòu)造格架［22-25］（圖8）。

3.3.1焦家斷裂

焦家斷裂帶在三維空間內(nèi)，沿傾向和走向均呈現(xiàn)波狀分布（圖9），沿傾向、走向均可見波峰—波谷相間產(chǎn)出。

焦家斷裂帶平均走向30°，傾向NW［26］，對焦家斷裂帶三維構(gòu)造模型進(jìn)行表面坡度分析，提取構(gòu)造表面坡度值24 503個，坡度2.63°～71.45°，平均值34.76°，主要集中在30°～50°之間（圖10a）。總體沿棲霞序列巖體與玲瓏序列巖體（或郭家?guī)X巖體）的接觸帶分布，局部地段穿切玲瓏序列巖體。破碎蝕變帶寬80～200 m，具明顯而穩(wěn)定的分帶特征。

對焦家斷裂帶每20 m標(biāo)高范圍提取表面坡度值，分別計算各標(biāo)高區(qū)段坡度的平均值并制作焦家斷裂帶由淺到深構(gòu)造表面坡度變化折線圖（圖10b）。圖中折線整體呈右傾，說明焦家斷裂帶由淺到深表面坡度有降低趨勢。整體來看，由淺向深，構(gòu)造呈陡—緩—陡—緩—陡階梯式變化，出現(xiàn)2處“臺階”，為構(gòu)造面由陡變緩部位，第一處位于地表～-700 m標(biāo)高，其中地表～-40 m標(biāo)高為陡傾段，-40 m～-700 m標(biāo)高為緩傾段，緩傾段的上部分與焦家礦段礦化富集區(qū)位置相對應(yīng)；第二處位于-740 m～-1 600 m標(biāo)高，含2個陡傾交替段，第一段位于-740 m～-840 m，與朱郭李家、東季-南呂礦段礦化富集區(qū)位置相對應(yīng)。第二段位于-920 m～-1 600 m，與紗嶺礦段礦化富集區(qū)賦存位置相對應(yīng)。陡緩交替中緩傾段與礦體礦化富集段相對應(yīng)，構(gòu)造表面形態(tài)變化與成礦、富礦關(guān)系極為密切。且第二處“臺階”規(guī)模大，賦含3個礦化富集區(qū)，表現(xiàn)為“臺階”規(guī)模大小可能影響礦體富集程度，“臺階”規(guī)模越大，形成的礦體可能越富。從焦家斷裂帶由淺到深構(gòu)造表面坡度變化趨勢來看，于-1 600 m～-2 020 m標(biāo)高，構(gòu)造表面坡度逐漸變陡，于-2 000 m～-3 000 m標(biāo)高可能形成第3個“臺階”。

3.3.2三山島-倉上斷裂

三山島倉上斷裂帶平面上呈“S”型展布，斷裂有連續(xù)而穩(wěn)定的主裂面，走向、傾向上均呈舒緩波狀。斷裂向南西至新立、倉上兩礦區(qū)斷裂明顯由NNE轉(zhuǎn)為NE—NEE向［27］。在構(gòu)造三維模型（圖11）可以看出，沿走向、傾向均可見波峰—波谷相間產(chǎn)出，沿傾向上構(gòu)造波延伸方向?yàn)?33°±，波長2.8 km±。沿走向上構(gòu)造波延伸方向?yàn)?2°±，波長2.8 km±。沿走向上構(gòu)造波與沿傾向上構(gòu)造波近乎垂直。

對三山島-倉上帶三維構(gòu)造模型進(jìn)行表面坡度分析，提取構(gòu)造表面坡度數(shù)據(jù)24 339個，坡度2.55°～72.00°，平均33.83°，主要集中在40°～50°之間（圖12a），整體產(chǎn)狀較陡，局部達(dá)70°以上。

對三山島-倉上斷裂帶每20 m標(biāo)高范圍提取表面坡度值，分別計算各標(biāo)高區(qū)段坡度的平均值并制作三山島斷裂帶由淺到深構(gòu)造表面坡度變化折線圖（圖12b）。圖中折線整體呈右傾，顯示三山島斷裂帶由淺部向深部表面坡度有降低趨勢。由淺向深，構(gòu)造呈陡-緩-陡-緩-陡階梯式變化，出現(xiàn)2處“臺階”，為構(gòu)造面由陡變緩部位，第一處位于地表～-600 m標(biāo)高范圍，其中地表～-20 m標(biāo)高為陡傾段，-20 m～-600 m標(biāo)高為緩傾段；第二處位于-600 m～-1 760 m標(biāo)高范圍，其中-600 m～-940 m標(biāo)高為陡傾段，-940 m～-1 760 m標(biāo)高為緩傾段。第二處“臺階”規(guī)模較大。從三山島斷裂帶由淺到深構(gòu)造表面坡度變化趨勢來看，于-1 760 m～-2 000 m標(biāo)高，構(gòu)造表面坡度逐漸變陡，于-2 000 m～-3 000 m標(biāo)高可能形成第3個臺階，預(yù)示著-2 000 m～-3 000 m標(biāo)高巨大的找礦潛力。

3.3.3二級控礦斷裂帶特征

在焦家斷裂下盤存在一系列二級控礦斷裂，主要有望兒山斷裂、河西斷裂、侯家斷裂和東莊子斷裂。焦家斷裂及其下盤分支構(gòu)造在三維空間上構(gòu)成NE交匯的“入”字型構(gòu)造和菱形結(jié)環(huán)特征（圖13）。

3.4蝕變帶三維地質(zhì)特征

主要由三山島成礦帶和焦家成礦帶組成，近乎平行于控礦構(gòu)造，平面上均呈“S”形展布，沿傾斜方向呈上陡下緩的階梯狀展布。兩者傾向相反，呈對稱分布，三山島成礦帶略陡于焦家成礦帶（圖14）。NE側(cè)于-4 km標(biāo)高相交，三山島成礦帶切割焦家成礦帶，向SW方向，2條成礦帶距離越來越遠(yuǎn)，相交深度逐漸增大。

此外，還發(fā)育次級蝕變帶如望兒山成礦帶、侯家成礦帶、東莊子成礦帶、河西成礦帶、東郎子埠成礦帶等，與焦家成礦帶走向大致相同，產(chǎn)狀略陡于焦家成礦帶，其中侯家成礦帶、東莊子成礦帶、河西成礦帶向深處與焦家成礦帶相交，相交深度2 km±，望兒山成礦帶向深處尖滅，未與焦家蝕變帶相交。

膠西北地區(qū)控礦斷裂熱液蝕作用展現(xiàn)出明顯的分帶性，以主裂面為界，上盤依次為鉀化花崗巖帶（局部缺失）、絹英巖化花崗巖（變輝長巖）帶（局部缺失）、絹英巖化花崗（變輝長巖）質(zhì)碎裂巖帶，下盤依次為黃鐵絹英巖化碎裂巖帶（局部位于主裂面之上）、黃鐵絹英巖化花崗（閃長）質(zhì)碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗（閃長）巖帶。各蝕變巖帶之間呈漸變過渡接觸關(guān)系，無明顯界線。

3.5礦體

本次研究共構(gòu)建了1 505個礦體模型，其中焦家?guī)? 263個，三山島帶242個。從三山島帶礦體三維模型（圖15）中可以看出，三山島帶內(nèi)礦體淺部相對零散，向深部連為一體，規(guī)模上有擴(kuò)大趨勢。沿走向上和傾向上無礦間隔較為明顯，礦體整體呈現(xiàn)分段富集規(guī)律。從焦家?guī)УV體三維模型（圖15）中可以看出，與三山島帶金礦床特征相似，礦床內(nèi)礦體淺部相對零散，向深部（左側(cè)）連為一體，規(guī)模上有明顯擴(kuò)大趨勢。沿走向上和傾向上無礦間隔較為明顯，礦體整體呈現(xiàn)分段富集規(guī)律。

4結(jié)論

（1）首次搭建焦家—三山島地區(qū)三維地質(zhì)精細(xì)化模型，實(shí)現(xiàn)-5 000 m以淺三維可視化。完成-5 km深部剖面繪制3 365 802.13 m/380條，搭建了焦家-三山島金成礦帶三維地質(zhì)模型520 km2，有效地透視地下三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體、蝕變帶、構(gòu)造等控礦要素的三維可視化。

（2）研究區(qū)內(nèi)侵入巖主要由新太古代侵入巖、侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖、白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗巖以及物探解譯的雜巖體組成。在三維空間內(nèi)，新太古代侵入巖由馬連莊序列變輝長巖和棲霞序列英云閃長質(zhì)片麻巖組成，為基底巖系。玲瓏序列花崗巖是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的巖體，郭家?guī)X序列花崗巖與早期的新太古代侵入巖、玲瓏序列花崗巖呈侵入關(guān)系，控礦構(gòu)造—蝕變帶—礦體主要發(fā)育于新太古代侵入巖與中生代巖體接觸界面處。

（3）焦家斷裂帶、三山島斷裂帶在三維空間內(nèi)，沿傾向和走向均呈現(xiàn)波狀分布，陡緩交替中緩傾段與礦體礦化富集段相對應(yīng)，構(gòu)造表面形態(tài)變化與成礦、富礦關(guān)系極為密切。焦家斷裂帶于-1 600 m～-2 020 m標(biāo)高，構(gòu)造表面坡度逐漸變陡，于-2 000 m～-3 000 m標(biāo)高可能形成第3個“臺階”，三山島斷裂帶于-1 760 m～-2 000 m標(biāo)高，構(gòu)造表面坡度逐漸變陡，于-2 000 m～-3 000 m標(biāo)高可能形成第3個臺階，具有巨大的找礦潛力。

（4）研究區(qū)共構(gòu)建了1 505個礦體模型，其中焦家?guī)? 263個，三山島帶242個。焦家成礦帶、三山島帶內(nèi)礦體淺部相對零散，向深部連為一體，規(guī)模上有擴(kuò)大趨勢，沿走向上和傾向上無礦間隔較為明顯，礦體整體呈現(xiàn)分段富集規(guī)律。

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收稿日期：20240531；修訂日期：20240708；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

基金項目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計劃（重大科技創(chuàng)新工程） 金屬深部協(xié)同探測技術(shù)裝備（編號：2023CXGC011001）、山東省2022年部省協(xié)議地質(zhì)勘查項目“透視山東—焦家-三山島金成礦帶三維地質(zhì)精細(xì)化模型建設(shè)與找礦預(yù)測”（編號：魯勘字〔2022〕51號）、山東省戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查規(guī)劃研究（魯勘字〔2021〕4號

作者簡介：王永慶（1985—），男，山東菏澤人，高級工程師，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查、三維建模工作;Email：316810367@qq.com

*通訊作者：張業(yè)智（1987—），男，山東泰安人，高級工程師，從事地質(zhì)勘查管理工作;Email：dkswzyz@163.com