熱液金礦礦化指數波動特征及沉淀成礦機理研究

裴佃飛，苗勝軍，黃冠霖 ，陳 瀚

(1.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室, 北京 100083；2.北京科技大學土木與環境工程學院, 北京 100083；3.山東黃金集團有限公司, 山東 濟南 250100)

1 礦床及礦體概況

該熱液金礦位于中國膠東半島新華夏系沂沭斷裂帶東側的次級斷裂—焦家構造帶中，構造帶寬數十米至二百余米，由不同程度絹英巖化蝕變的糜棱巖、碎裂巖、似斑狀郭家嶺花崗閃長巖、片麻狀玲瓏花崗巖組成[1]。如圖1所示，主容礦構造微裂隙群與構造帶斜交，在水平面上呈交角300～350°的側列(羽狀)展布；在剖面上呈交角150～200°的迭瓦狀，顯張扭性[2]。

與國內外大型金礦床相似，該熱液金礦床具有走向短、延深大、傾斜緩、品位低、波動大、連續性較好等特點。本文研究的1#主礦體以微裂隙充填—交代浸染狀礦石為主，礦體與圍巖無肉眼可識界面，需依據礦產工業指標取樣化驗結果圈定，礦體走向和傾斜方向邊線由穿脈和鉆孔單工程圈定結果推定。如圖1所示，所圈礦體受構造帶控制，總體產狀與構造帶基本一致，呈透鏡狀，走向短(約300m)，延深(已控制深度超過600m)大于延長，平均品位6g/t，礦體連續性較好[3]。

礦床中金屬礦物以黃鐵礦為主，其次為銅、鉛、鋅硫化物；非金屬礦物主要為石英和絹云母，其次為長石、角閃石。金以銀金礦嵌布在礦石的微裂隙和晶隙中，粒度大多在0.037mm以下[4]。

2 熱液金礦床礦化空間分布特征及成礦機理

2.1 礦床品位空間變化規律及成礦機理

2.1.1 厚度方向品位變化規律及成礦機理

按照經驗，礦床品位在厚度方向上的變異系數一般要大于走向和縱向上的變異系數，既厚度方向上的品位變化較大[5-6]。表1和圖2分別給出了該金礦1#礦體-120m中段+5#穿脈連續刻槽取樣金的品位及其變化曲線。

圖例：F —主斷層；①—主礦體；jsγ —絹英巖化碎裂巖及絹英巖化黑云母花崗巖；jsδ —絹英巖化碎裂巖；jrδ —絹英巖化花崗閃長巖；—示意微裂隙方向；Ⅱ—穿脈工程；5# —穿脈編號

圖2 該金礦-120m中段+5#穿脈品位變化曲線(沿厚度方向)

表1 -120m中段+5#穿脈品位統計(沿厚度方向)

該曲線表現出不同級別峰值波動的特點，這種波動除了受金的沉淀成礦過程的物理化學反應控制，表現出“連續→離散”特點[7]，還受到容礦裂隙及其產狀等因素的影響，即穿脈圈定的礦體是由若干條走向大體平行的密集細脈組成，礦液首先充填在形成這些細脈的各條裂隙中，然后再向兩壁交代浸染，因此裂隙間的品位較低，從而表現出品位的波動變化。此外，穿脈品位變化曲線峰值狀況還說明礦液進入裂隙有時間差異，這種時間差可能是由裂隙的規模、開啟程度、以及與導礦構造的關系所造成的。裂隙密集或開啟大的部位有利于礦液進入，形成曲線的峰值；而裂隙密度最大、開啟程度最大，往往又是礦液最早進入，形成品位最大峰值的部位，然后向兩側和兩端隨距離和時間而降低[8]。

如表1所示，沿厚度方向金的品位最大峰值出現在第28號、29號樣品段，所以，對表1中1～29號樣品段品位進行擬合，得到相應的指數函數擬合曲線。

C(x)=2.1235e0.0866x

(1)

圖3 該金礦-120m中段+5#穿脈品位擬合曲線(沿厚度方向)

擬合曲線相關系數R=0.92，擬合良好。如果將29號樣品位置定為礦化中心，設為零基準點，則29～1號樣品段品位變化的指數函數擬合曲線則可表示為：C(x)=2.1235e-0.0866x。

圖2中29～45號樣品段品位數據規律性較差，未進行擬合。這是因為圈定礦體的人為因素、礦產工業指標因素、取樣及工程控制密度等，都會致使礦體內的礦化曲線出現局部偏離于理想的指數函數。所以，偶爾非規律性數據并不能否定熱液金礦礦化豐度遵從或隱含“指數函數”分布的特征。

2.1.2 走向方向品位變化規律及成礦機理

表2和圖4分別給出了該金礦1#礦體-145m中段沿走向穿脈單工程金的品位及其變化曲線，該曲線特征與厚度方向基本一致。如表2所示，沿走向金的品位最大峰值出現在4#穿脈，所以，選定4#穿脈為礦化中心，設為零基準點，分別對4#～+0#及4#～9#穿脈段金的品位進行擬合，得到相應的指數函數擬合曲線式(2)和式(3)，兩式相關系數R分別為0.90和0.91，擬合良好。

C(x)=25.927e-0.021x (2)

圖4 該金礦-145m中段穿脈金的品位變化及擬合曲線(沿走向)

走向與厚度方向金的品位變化規律雖然基本一致，但兩者的影響因素不完全相同。當礦體只由一條裂隙控制，走向方向也就不存在裂隙排列、疏密的影響；當礦體由多條裂隙構造控制時，則走向上金的品位則受到裂隙排列和疏密的影響[9]。影響走向品位波動的另一個主要因素仍然是時間，因為一條裂隙的形成是從一處微裂紋開始的，逐步向外擴展，形成較大的裂隙，伴隨其發生的礦化強度自然也存在著一個時間因素。根據化學反應速度“質量作用定律”，初始開啟部位成礦時礦液中金的濃度高，沉淀時形成金的品位就高；隨時間推移，逐步遠離初始位置處礦液金的濃度降低，形成金的品位也隨之降低[10]。

2.2 線金屬量空間變化規律研究

線金屬量是礦體品位與厚度的乘積，相當于把不同厚度礦體的樣線品位統一為等長(1個單位)樣品后的樣線品位。與“品位”或“平均品位”相比，線金屬量可以減小工業指標、圈定礦體等人為因素的影響，可以更好地表述縱向平面各個方向的礦化豐度[11]。按地質工作習慣，本文只對走向及傾斜(延深)方向上線金屬量變化規律進行研究。

2.2.1 走向方向(穿脈間)線金屬量變化規律

表3和圖5分別給出了該金礦1#礦體-145m中段+0#至4#穿脈間線金屬量統計值，以及相應的指數函數擬合曲線。

Q(x)=1694e-0.0479x

(4)

擬合曲線相關系數R=0.96，擬合良好，說明該礦品位與厚度相關性較好，圈礦中的人為因素影響不大。

表3 該金礦-145m中段+0#至4#號穿脈間線金屬量統計表

圖5 該金礦-145m中段4#～+0#穿脈線金屬量變化曲線

2.2.2 傾斜方向線金屬量變化規律

表4和圖6分別給出了該金礦1#礦體179號勘探線-10～-313m各水平控礦高度上線金屬量統計值，以及相應的指數函數擬合曲線，該曲線形態特征亦與走向線金屬量變化曲線相似。如表4所示，傾斜方向上線金屬量最大峰值出現在-145m水平，所以，選定-145m水平為零基準點，分別對-10～-145m及-145～-313m水平高度上線金屬量進行擬合，得到兩段高度上線金屬量的指數函數擬合曲線式(5)和式(6)，兩式相關系數R分別為0.84和0.95，擬合良好。

表4 該金礦179號勘探線線金屬量統計表

圖6 該金礦179號勘探線線金屬量變化及擬合曲線

Q(x)=1139e-0.0257x

(5)

Q(x)=1758e-0.0242x

(6)

3 熱液金礦化指數函數變化規律的應用研究

如果已知某熱液金礦床礦化服從負指數函數分布，即

αx=α0e-k(x-x0)

(7)

式中：αx為待求點x處礦化豐度(品位或線金屬量)；α0為起點礦化豐度(品位或線金屬量)；e為自然對數的底；k為與礦化強度有關的常數；x為待求點的橫坐標；x0為起點橫坐標。

在此，基于礦化指數函數變化規律，提出計算熱液金礦相鄰兩工程間的平均品位或線金屬量的“對數平均法”，推導過程如下。

根據積分中值定理，由式(7)可得

(8)

式中：αcp為相鄰兩工程間的平均品位或平均線金屬量。

假設

α1=α0e-k(x1-x0)，α2=α0e-k(x2-x0)

式中：α1、α2為相鄰兩工程的品位或線金屬量。

則

將上式代入式(8)，得到熱液金礦相鄰兩工程間的平均品位或平均線金屬量。

(9)

根據礦化指數函數變化規律提出的計算熱液金礦平均品位或線金屬量的“對數平均法”，可以有效的解決“塊金效應(特高品位)”[12]、“可采儲量的局部估計”及金屬儲量計算結果偏高等問題。

4 結論

1) 根據品位、線金屬量走向、傾斜、厚度三個方向的變化曲線特征，提出了熱液金礦床礦化豐度在三維空間上以礦化峰值為中心向兩側呈“負指數函數波動”。

2) 熱液成因礦床，金的成礦熱液進入構造裂隙后，當壓力、溫度等達到一定的物理化學條件時，便開始了金的沉淀成礦(“負指數函數”波動)過程。這與一級化學反應速度“質量作用定律”的負指數函數相吻合，說明其成礦機理受控于一級化學反應過程，即在一個期次成礦的一條或一組容礦裂隙中，最早張開的部位礦化豐度最高，形成礦化中心；離礦化中心愈遠，金的沉淀愈晚，礦化豐度愈低，呈負指數函數變化。

3) 一個熱液礦體在不同方向上的礦化波動特征往往不完全一致，并且具有多個峰值、多個礦化中心的特點。這是因為：一個礦體可能由一條構造裂隙構成，也可能由多條裂隙群復合、貫通構成；一個礦體可能在一個成礦期次完成，更可能是不止一個期次迭加的結果。另外，圈定礦體的人為因素、礦產工業指標因素、取樣及工程控制密度等，都會致使礦體內的礦化曲線出現局部偏離于理想的指數函數。所以，多峰等復雜形態并不能否定熱液金礦礦化豐度遵從或隱含“負指數函數”分布的特征。

4) 根據礦化指數函數變化規律，提出了計算熱液金礦平均品位與線金屬量的“對數平均法”。本次研究是基于膠東半島某熱液金礦礦床統計資料完成的，能否應用到其他符合對數正態分布金礦礦床，以及礦化對數正態分布與指數函數分布兩者之間是否存在著特定的聯系，有待更多的礦床資料進行研究和印證。

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