招平斷裂帶大尹格莊—后倉段深部礦體定位預測

楊 斌，高 星，彭省臨，席振銖，張道軍，劉庚寅，

陳 燕1,2，劉賢紅1,2，李守生3，王 慧3，竇源東3，楊玉泉3

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙410083；

2.中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙410083；3. 山東招金集團，招遠 265400)

隨著找礦深度和難度的不斷加大，尋找隱伏礦床(體)和深部礦床(體)已成為眾多國家和礦業公司新的勘查策略。正如 1993年美國國家研究委員會指出的“正確描述和模擬成礦過程，并提高預測可能位置的能力，應是21世紀地學發展的主要方向之一”。

盡管地球化學、地球物理和遙感等技術已取得了長足的發展，但沒有哪一套單獨的數據握有礦床發現的鑰匙，每一套數據都含有這個未解之迷的一小片，在這種勘探程度高的礦集區進行找礦，關鍵在于如何根據地質背景、成礦特征和工作環境，選取有效的技術組合，以及如何從所獲的資料中抽出與找礦相關的信息，并將這些有用的信息綜合集成得出更可靠的預測結論[1]。

針對深部礦勘查難度較大的現狀，為了減小深部礦勘查的盲目性和風險性、提高深部礦勘查工作的有效性，深部找礦的地質成礦理論研究和深部找礦技術與方法的研究目前已成為深部礦勘查研究的熱點[2]。

在成礦理論研究方面，以“多物質來源、多成礦階段、多成礦作用、多成因類型和多控礦因素”為特征的“多因復成礦床”理論的提出[3]，是地洼遞進成礦理論的重要組成部分，強調了礦床形成過程中的繼承性和遞進性，已成為找礦預測的重要理論依據。成礦系統概念和理論的提出[4]，強調了在一定地質時、空域中，控制礦床形成和保存的全部地質要素和成礦作用過程，以及所形成的礦床系列和異常系列構成的整體，對已有礦山的深、邊部隱伏礦體進行綜合定位預測具有現實的意義。在深部找礦技術與方法方面，物探的大地電磁法(MT)、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、瞬變電磁法(TEM)、高精度磁法、金屬礦地震方法試驗等大深度探測技術的應用越來越廣泛[5]，化探的構造地球化學法、地電化學法、地氣法、活動態金屬離子法、酶浸析法等深穿透方法的探索等也受到越來越多的關注[6?7]。

大尹格莊金礦以往勘探深度已超過1 000 m，鉆探資料顯示，在地表下900～1 100 m深度范圍礦體有明顯變薄和尖滅的趨勢。因此，在該測區深部找礦的關鍵有兩點：一是確定處于招平斷裂帶延深部位的大尹格莊礦區東側至后倉段深部(地表下1 100～2 000 m深度)是否有礦；二是用何種技術手段捕捉測區內2 000 m深度范圍的潛在礦體異常信息并對隱伏礦體可能的賦存空間給出有效的預測。

1 礦區地質概況

大尹格莊金礦床位于招平斷裂帶的中段，北東距招遠市約18 km，是膠東地區著名的大型金礦床之一。區內膠東群變質巖及玲瓏花崗巖廣泛出露，各類脈巖及斷裂構造發育(見圖1)。

礦區內斷裂主要有招平斷裂、大尹格莊斷裂、南周家斷裂、南溝斷裂等。招平斷裂在礦區內總體走向NNE20°，傾向 SE，傾角 21°～58°，寬 40～80 m，由糜棱巖、碎裂巖及斷層泥等組成。礦體大部分賦存于招平斷裂主裂面下盤的黃鐵絹英巖化碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗巖中。主裂面上盤主要為膠東群變質巖，發育有碳酸鹽化、綠泥石化與褐鐵礦化蝕變。

礦區內共有2個礦體群，以大尹格莊斷裂為界，南部為Ⅰ號礦體群，北部為Ⅱ號礦體群，它們均呈隱伏狀態分布于招平斷裂帶的下盤，礦體形態、產狀和分布嚴格受招平斷裂帶的控制。金礦體有2個主成礦階段，即石英?黃鐵礦(浸染狀或細脈狀)階段和石英?黃鐵礦?多金硫化物階段，前者是礦區金的主要成礦階段，后者與黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等多金屬硫化物的形成有關，亦伴隨有金(銀金礦為主)的沉淀，疊加在前一階段之上，形成金的局部富集。

2 測區深部礦體定位預測的主要策略與方法

圖1 大尹格莊—后倉測區構造地球化學異常分布與找礦預測圖Fig. 1 Distribution of tectonic geochemical anomalies and ore prediction in Dayingezhuang—Houcang surveying area: 1—Jiaodong group metaorphic rocks; 2—Linglong granite; 3—Diorite porphyrite; 4—Fracture zone; 5—Fault; 6—Horizontal projections of orebody Ⅰand orebody Ⅱ; 7—Isoanomalic contour line and concentration of Au; 8—Isoanomalic contour line and concentration of Hg; 9—Measuring area of tectonic geochemistry and sampling sites; 10—Prospecting target and serial numbers;11—Position of magnetotelluric sounding (MT) survey lines and serial numbers; 12—Gold deposits

成礦過程的遺跡和礦體本身的異常都可以作為追蹤和指示礦體存在的標志，對它們作全面研究是深部找礦的一個基本手段[8]。而鑒于使用某種單一技術所獲得的異常信息往往有其局限性或多解性，探索不同地質環境下找礦方法的最佳組合，成為當前進行深部礦體定位預測的有效途徑。

大尹格莊—后倉測區位于招平斷裂帶深部探礦目標區所對應的地表區域，測區內地質露頭較發育，閃長玢巖和偉晶巖脈露頭多見，石英脈、褐鐵礦脈發育，巖石鉀化、硅化、綠泥石化、碳酸鹽化蝕變現象普遍，顯示沿招平斷裂帶發生的熱液成礦作用對該斷裂帶上盤巖石有顯著影響。因此，在找礦策略上確定了化探和物探相結合的技術路線，其中化探測量的目的是在測區地表尋找能反映深部成礦熱液活動的元素異常區，物探測量的目標是探測深部招平斷裂帶位置及反映斷裂帶局部膨大和成礦有利部位的低阻異常中心。

通過方法的論證和有效性試驗，化探方法選擇了構造地球化學測量，物探技術則選擇了大地電磁法(MT)。國內外找礦實踐證明，勘查地球化學方法在礦產勘查工作中是一種快速、有效的技術手段，其中原生暈找礦方法從20世紀50年代起到現在，已發展成為地球化學找礦的最主要方法之一，尤其是在找隱伏礦床方面更具優勢[9?10]。“構造地球化學”這一個概念由我國著名的地質科學家陳國達院士(1983)提出。通過國內外學者的共同努力，這一學科在理論深度和實踐應用上都得到了長足的發展。目前，構造地球化學已被廣泛應用于成礦作用理論研究和隱伏礦床找礦預測。構造地球化學測量屬于原生暈技術范疇，主要是通過分析、研究導通性構造控制的、由熱液蝕變暈、流體滲濾和流體擴散而形成的構造地球化學暈的空間分布、形態、規模、元素組合、變化規律及其與控礦構造及其他相關成礦因素間的關系來預測分析潛在隱伏礦體。它在許多方面優于傳統的原生暈技術，主要表現在構造地球化學方法可以更有效地探測深部隱伏礦化在地表形成的微弱地球化學異常，并且由于充分考慮了地質構造對成礦暈的控制，因而更加便于異常機理的解釋。大地電磁法(MT)，是通過在地面觀測隨時間變化的電磁場分量來探測地下的電性結構。主要優點是：勘探深度可從地表至幾公里，乃至上百公里，取決于儀器所能記錄的頻率范圍；對高導層(體)十分敏感，有利于尋找高導礦體；橫向分辨率高，有利于圈定構造和巖體邊界；儀器設備輕便；二維反演成熟，也可進行三維反演[11]。本次測量中采用的是德國Metronix公司研制的一種全新概念的GMS?07綜合電磁法儀，利用的場源是起源于高空電離層中和赤道雷擊的天然場源，設計探測深度為地表下2 000 m。

3 大尹格莊—后倉段構造地球化學異常分析

本次地表構造地球化學測量包括大尹格莊—后倉測區約8 km2范圍(圖1)，共采集構造地球化學樣品290件，測試元素包括 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Bi、Ni、Co、Mo、Sn、As、Sb、Hg、Ba、B、Mn、V、Ti、Cr共19個。

測區 Au元素異常表現為分布范圍大，異常值高的特點(見圖 1)。測區中部 Au異常帶規模最大，Au異常值最高，異常帶呈近北北東向展布，延伸距離近3 000 m。出現多處Au異常高值點，Au含量最高達到2 228×10?9。測區東部也出現成規模的連續Au元素異常帶，南北向延伸距離近1 500 m，該異常向東尚未封閉。測區西側也有Au元素異常，南北向延伸距離約1 000 m，該異常與深部已知礦體在垂向上明顯的空間對應關系。

As、Hg等頭暈元素異常中心與Au元素異常中心的套和性明顯。Cu、Pb、Zn、Ag等元素異常中心與Au異常中心有明顯分離，呈現出元素套合性與分帶性并存的特點。因子分析顯示(見表1)，Au元素有2次明顯的活化?聚集過程，分別對應于金礦化的 2個階段。從與Au元素有關的元素活化與元素聚集組合看，礦石中的Au元素有2種主要來源，即膠東群變質巖和玲瓏花崗巖。其中F2因子軸元素組合為?Hg、?As、?Bi、?Pb、?Cu、?Mo、?Sb，反映了以 Hg、As為代表的一組親銅元素的活化(負號表示取負值)。頭暈元素Hg、As和尾暈元素Bi、Mo同時出現在該因子中，顯示它們是在同一熱事件中發生活化的，在該事件中Au有較微弱活化。F3因子軸元素組合為?Mo、?Au、?Co、?Bi、?Pb、?Sn、?Mn、?Ba、?As，反映了以Mo、Au為代表的一組元素的活化事件，與Au的主要成礦階段有關，Co、Mn等元素在該因子軸中的出現，可能反映這組元素是從富Co、Mn的膠東群變質巖中活化的。F5因子軸元素組合為Sb、Zn、As、Mn、B，反映了頭暈元素Sb、As的聚集及Zn、Mn、B等元素的伴生。F7因子軸元素組合為Ba、Au、Mo，反映了Ba的聚集，并伴有元素Au、Mo的聚集，可能與礦石中重晶石的生成有關。F8因子軸元素組合為Ag、Pb、Bi、Hg、Co、Cu、Mo、As、Au，反映了Au的主成礦階段元素聚集和伴生關系，與“金?多金屬硫化物成礦階段”相吻合。F10因子軸元素組合為?Cu、?Sn、?Bi、?As、?Co、?Pb、?Ag、?Mo，反映了以 Cu、Bi、As等元素為代表的多金屬元素活化事件之一，與F8因子軸有明顯的對應性。

表1 構造地球化學元素斜交參考因子結構矩陣Table 1 Promax factors structure matrix of tectonic geochemical elements

李惠等[12]對膠東地區8個特大型金礦床、9個大型金礦床、4個小型金礦床的原生暈分帶進行的研究表明，地球化學性質活潑和具揮發性的Hg、As、Sb、Ba、B、F等元素總是出現在礦體前緣及礦體上部，Ag、Cu、Pb、Zn等元素總是與Au共同出現在礦體中部，而Bi、Mo、Mn、Co、Ni等元素總是出現在礦體下部及尾暈。另外，當礦體處于不同剝蝕深度時，其元素組合及異常強度往往表現出一定差異[13]。因此，依據元素軸向組合可以判別金礦剝蝕深度。當礦體剝蝕較淺時，以前緣暈或近礦暈元素As、Sb、Au、Ag、Cu、Pb、Zn組合為特點，尾暈元素Mo、Bi異常強度低；當礦體處于中等剝蝕深度時，礦體出露于地表，元素組合齊全，異常范圍較大，尾暈元素Mo、Bi異常強度升高；當礦體剝蝕較深時，大部分礦體被剝蝕掉，尾暈元素Mo、Bi異常強度很強，前緣暈元素As、Sb異常較弱。

就大尹格莊—后倉測區而言，該區地表構造地球化學元素異常分布反映的是遠離深部隱伏礦體的淺部條件下元素分布特點，Au、As等元素是通過與深部招平斷裂帶相貫通的斷裂裂隙系統發生了遠距離遷移，并造成Au、As與Cu、Pb、Zn、Ag等元素在空間上的分帶。Au-As-Hg-Cu-Pb-Zn元素組合異常對應深部成礦流體活躍地段。Au和As元素可作為深部礦體預測的主要標志元素，Cu、Pb、Zn等元素異常更多地反映了多金屬硫化物成礦階段流體活躍的地段，可作為輔助標志。

4 MT法大地電磁測深異常特征

巖、礦石樣品物性參數測定顯示(見表2)，與招平斷裂帶有直接空間關系的富礦石、(黃鐵)絹英巖化蝕變巖及斷層泥表現為顯著的低阻體，與上、下盤的膠東群變質巖和玲瓏花崗巖電阻率值差異明顯，為大地電磁測深的有效性提供了依據。

根據深部出現的串珠狀分布的低阻異常，圈定出玲瓏花崗巖與膠東群變質巖界線及招平斷裂帶位置，深部低阻異常中心則指示了斷裂帶局部膨大和成礦有利部位(見圖2)。

據物探信息和鉆孔揭露情況分析，招平斷裂帶主斷裂在1 000 m深度以下傾角有變緩趨勢，平均傾角在 20°到 25°之間(見圖 2)。

5 找礦靶位優選與深部礦體定位預測效果

找礦靶位圈定的主要依據是構造地球化學元素組合異常和大地電磁測深電阻率異常，并按化探異常規模、強度、元素組合，物探低阻異常深度，并結合鉆探工程驗證的有利程度將找礦靶位分為A、B、C共3級，圈定找礦靶位8處，其中A級和B級靶位各3處，C級靶位2處。

表2 大尹格莊金礦巖(礦)石標本電阻率測定結果Table 2 Resistivity measuring results of rocks and ores in Dayingezhuang gold deposit

圖2 大尹格莊—后倉測區大地電磁測深二維反演電阻率等值線聯合剖面圖Fig. 2 Associated profiles of planar inverting resistivity isoline of magnetotelluric sounding in Dayingezhuang—Houcang surveying area: 1—Planar inverting resistivity isoline of magnetotelluric sounding; 2—Low-resistance anomaly center in the deep;3—Speculative Zhaoping fault zone; 4—Proof drillholes

圖3 大尹格莊金礦床礦體垂直縱投影圖Fig. 3 Vertical longitudinal projection drawing of orebodies in Dayingezhuang gold deposit: 1—Orebody Ⅰ and orebody Ⅱand serial numbers; 2—Gob area; 3—Orebody Ⅲ and serial numbers; 4—Predicted gold resource volume; 5—Positive drillholes and serial numbers

根據找礦靶位預測成果進行了鉆探工程驗證，首先驗證的是A-1靶位，第一個驗證鉆孔編號ZK361，該鉆孔在92線1 260～1 286 m深度揭露2層工業礦體，與設計的鉆孔見礦位置基本吻合(見圖2和圖3)。之后實施了 ZK364、ZK367、ZK363、96ZK1、100ZK1、104ZK1等鉆孔，先后在88線、96線、100線及104線，深度1 150～1 450 m范圍發現深部隱伏礦體。新發現礦體編號為Ⅲ號，預測金資源量(334)106.87 t，其中已探獲內蘊經濟資源量(333)20.63 t (見圖3)。

6 結論

1) 通過方法的論證和有效性試驗，化探方法選擇了構造地球化學測量，物探技術則選擇了大地電磁法(MT)。

2) Au-As-Hg-Cu-Pb-Zn元素組合異常對應深部成礦流體活躍地段。Au和As元素可作為深部礦體預測的主要標志元素，Cu、Pb、Zn等元素異常更多地反映了多金屬硫化物成礦階段流體活躍的地段，可作為輔助標志。

3) 根據深部出現的串珠狀分布的低阻異常，圈定出玲瓏花崗巖與膠東群變質巖界線及招平斷裂帶位置，深部低阻異常中心則指示了斷裂帶局部膨大和成礦有利部位。

4) 根據找礦靶位預測成果進行了鉆探工程驗證，先后在88線、96線、100線及104線，深度1 150～1 450 m范圍發現深部隱伏礦體。

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