一種鉆孔數據統計與找礦預測新方法——以遼寧白云金礦為例

李德東，王玉往，解洪晶，張鳳琴，楊泮，張志超，李生輝，劉俊利

（1.北京礦產地質研究院有限責任公司，北京 100012；2.中國地質大學（北京），北京 100083；3.遼寧省有色地質一〇三隊有限責任公司，丹東 118008）

0 引言

在礦區范圍內的大比例尺找礦預測方法中主要有原生暈（陳耀宇等,2007;鮑霖等,2014;劉玉軍等,2018;康愷等,2019;賀昌坤等,2020;劉超等,2020）、控礦構造解析（戢興忠等,2018;申玉科等,2019）、不同礦段構造變形巖相帶特征（張寶林等,2020）或構造巖相學填圖（方維萱,2019）、不同深度標型礦物（吳晉超等,2020）以及物探技術組合（劉濤等,2011;黃寧等,2016;楊新雨等,2017;刁理品和黎樹明,2017）等預測方法，但這些方法相對傳統，需要大量分析測試或大量實地測量工作，使找礦工作面臨高成本、高難度、低效率等問題（吳丹,2020）。

一個礦區特別是老礦區通常擁有大量的地質、礦產勘查、開采等綜合信息資料，如何利用這些多元信息提取有利的控礦因素對找礦預測起到關鍵作用。本文通過對遼寧省白云金礦床進行大量鉆孔數據的信息提取并作統計分析，利用鉆孔中與礦體時空關系密切的各類巖脈和裂隙（破碎帶）厚度與礦體厚度及垂向伸展率對比，優選出與礦體厚度相吻合的找礦標識體，并對白云地區的垂向伸展程度與找礦預測方向進行探討，希望這一方法對指導相同類型金屬礦產深部勘查具有借鑒意義。

1 區域地質背景

遼寧省白云金礦床是遼東地區大型金礦床之一，大地構造上屬于華北克拉通的東北緣，郯廬斷裂帶東側（圖1a），位于青城子礦集區的北側（圖1b）。

區內出露地層主要為古元古代遼河群地層和少量中生代白堊系地層。遼河群地層從下至上主要分為浪子山組、里爾峪組、高家峪、大石橋組以及蓋縣組。浪子山組在本區出露較少，主要分布在青城子礦集區西北側，主要以石英巖、含石墨二云石英片巖、十字石榴二云片巖夾大理巖為主，厚度約200 m（趙鴻志等,2009）；里爾峪組在本區出露也較少，主要分布在青城子礦集區的周圍，以變粒巖和淺粒巖為主，以盛產硼礦為特征，厚度約268 m（遼寧省地質礦產局,1989）；高家峪組在區內分布面積也較小，其原巖為一套含炭質粘土巖-碳酸鹽巖建造，以產磷礦為主要特征，厚度約40 m（遼寧省地質礦產局,1989）；大石橋組在區內分布極為廣泛，其原巖為一套碳酸鹽巖夾粘土巖建造，是區域上鉛鋅、金、銀礦主要賦礦層位，厚度約1500 m（趙鴻志等,2009）；蓋縣組分布更加廣泛，巖性穩定、厚度大及分布范圍廣是蓋縣組的主要特征，主要為片巖、千枚巖含石榴石、十字石、堇青石、硬綠泥石等變質礦物組成，厚度大于2400 m（遼寧省地質礦產局,1989），一些金、銀、鉛鋅礦體主要賦存在蓋縣組與大石橋組接觸部位（李德東等,2019），但經過成礦元素分析表明，這些圍巖地層并非金礦的礦源層（郝立波等,2017;李德東等,2018）。

區內主要構造為遼吉裂谷演化過程中形成的斷裂和褶皺構造，形成了斷裂與褶皺共同組成的錯綜復雜的構造體系。古元古代造山帶發育主動裂谷作用，裂谷的中央凹陷發育著EW向深大斷裂、NE向深大斷裂和NE向剪切斷裂；裂谷閉合后形成主斷裂構造線為EW向，經擠壓碰撞造山和后造山形成內帶的由塑性變形-塑脆性變形-脆性變形的彎形斷裂構造帶（李三忠等,1996）；發展到造山后拆沉階段，形成層狀變質巖系多層順層韌-脆性變形變質斷裂帶，晚古生代—早中生代時期，受古亞洲洋和古特提斯洋閉合作用和揚子板塊與華北板塊碰撞作用雙重影響，形成一系列NWW或EW向的逆沖斷裂。

區內侵入巖體大致可分為兩個世代，即元古代和中生代。元古代主要有輝長巖脈（1252.7 Ma，周國超,2017）、規模較大的大頂子巖體（1621～2176 Ma，芮宗瑤等,1994;宋劍飛,2018）、石家嶺巖體和青城子鎮南部的一些小巖株（圖1b）；中生代侵入巖體可分為印支期和燕山期，印支期巖體占絕大多數，如雙頂溝巖體（200～224 Ma，蔣少涌和魏菊英,1989;段曉俠等,2012;周國超等,2017;解洪晶等,2018）、新嶺巖體（218～227 Ma，芮宗瑤等,1994;Yu et al.,2009）和大量寬成分譜系巖脈群，主要有花崗斑巖（218～230 Ma，郝立波和陸繼龍,2012①，周國超等,2017;Liu et al.,2019）、煌斑巖（220～227 Ma，張朋等,2016a;周國超等,2017）、石英斑巖（218～221 Ma，周國超等,2017;Liu et al.,2019）和閃長玢巖（228～229 Ma，郝立波和陸繼龍,2012①，周國超等,2017;Liu et al.,2019）等；而燕山期巖體主要有姚家溝小巖體（169～185 Ma，和成忠,2015;Yu et al.,2009）和少量的巖脈（周國超等,2017;曾慶棟等,2019）。

2 白云礦床地質特征

白云金礦區出露的地層主要為遼河群大石橋組3段巖層和蓋縣組。大石橋組3段主要由厚層白云質大理巖、石榴石云母片巖、黑云母片巖和條帶狀大理巖組成，厚度約500 m（遼寧省地質礦產局,1989）。蓋縣組主要由黑云母變粒巖、淺粒巖、透閃變粒巖和夕線石云母片巖組成，厚度約1700 m（趙鴻志等,2009），一些金、銀、鉛鋅礦體主要賦存在蓋縣組與大石橋組接觸部位（李德東等,2019）。

礦區構造主要為近EW向韌性剪切構造和NW向、NE向的大型斷裂構造組成。近EW向的韌性剪切構造主要由一系列褶皺組成，主要有白云山背斜、李家堡子-天橋嶺-姚家堡子倒轉向斜和蘇家堡子背斜等（李德東等,2019），金礦體主要位于李家堡子-天橋嶺-姚家堡子倒轉向斜和近EW向韌性剪切構造帶中（圖2）。

礦區內規模較大的巖體尚未發現，但發現大量寬成分譜系巖脈（李德東等,2016,2019），主要有石英斑巖、花崗斑巖、閃長玢巖和煌斑巖等，這些巖脈多為探礦工程揭露被發現的。根據這些巖脈的形成年齡（218～230 Ma，郝立波和陸繼龍,2012①，張朋等,2016a;周國超等,2017;Liu et al.,2019）與成礦年齡（225 Ma，張朋等,2016b）相一致，并且它們大多已發生礦化蝕變（李德東等,2019,2020），因此可以把這些巖脈看作與成礦同時形成的產物。

礦區內的金礦體主要呈似層狀、脈狀、扁豆狀賦存在近東西向展布的硅鉀蝕變巖帶、蓋縣組片巖與大石橋組大理巖接觸界面及蓋縣組層間破碎帶中（李德東等,2019）。在水平方向上，礦體呈帶狀沿近東向韌性剪切斷層或天橋嶺-姚家嶺-李家堡子倒轉向斜分布，與石英斑巖脈近于平行展布，在顧家堡子一帶主要呈NW向分布，與閃長玢巖、石英斑巖和花崗斑巖近于平行展布（圖2），垂向上礦體具分支復合、尖滅再現和平行脈狀產出特點（圖3），并且礦體的產狀多與巖脈近于平行，如白云礦床5線和2線剖面圖中閃長玢巖和石英斑巖脈與礦脈近平行產出（圖3）。

3 鉆孔中侵入體幾何分析

鉆孔中測量的侵入體厚度可能不是侵入體的真實厚度，如圖4所示，鉆孔中測量的厚度L（OC段）要大于侵入體真實厚度w（OD段），這與鉆孔的傾角和侵入體的傾角有關。若侵入體傾角為0°（β=0°，即水平侵入），那么鉆孔傾角越大測量的鉆孔中侵入體厚度L越接近于侵入體的真厚度[w=L×cos(α)]，通常鉆孔的傾角是比較大的，比如白云礦區鉆孔傾角主要位于80°～89°之間，因此α位于1°～10°之間，cosα位于0.9848～0.9998之間；若侵入體的傾角不為零（通常情況下具有一定的傾斜），理論上β可位于0°～90°之間（0°為水平侵入體，90°為垂直侵入體），鉆孔中測量的侵入體厚度與真實厚度之間關系為[w=L× cos(α+β)]，白云礦區內各侵入體產狀近于一致，因此各侵入體的傾角可以參考礦體的傾角（角度范圍為20°～45°②），故cos(α+β)位于0.5736～0.9336之間。因此，侵入體的傾角越大獲得鉆孔中測量的侵入體厚度越大，但對于鉆孔中各侵入體厚度統計結果在平面上分布趨勢是相同的，可以直接進行比較。

對于侵入體引起的垂向伸展，應該考慮因侵入體的侵入引起的垂向分量OE（圖4），因為w=OE×cos(β)。假設板狀侵入體的真厚度為10 m，鉆孔傾斜角度變化以及侵入體傾斜角度變化引起的鉆孔中測量的侵入體厚度L和計算的垂向厚度OE的曲線變化趨勢見圖5。從圖5可以看出，兩曲線出現兩個小角度相交點，即當α+β1=6°+35°=41°時且僅當β2=41°時，以及α+β1=9°+33°=42°且僅當β2=42°時，兩曲線值（cos(α+β1),cos(β2)）是相等的，其它角度范圍內兩者曲線相差不大（圖5）。其實，OE值在L范圍內可以存在無數個等值點。如果以鉆孔中的視厚度L代替垂向厚度OE，對于白云地區鉆孔及侵入體產狀情況可以產生最大0.07 m的誤差（以10 m真厚度侵入體計算），故此鉆孔中測試的視厚度L可以初略地代替侵入體的垂向厚度，可以用來衡量垂向伸展程度。

圖5 白云礦床鉆孔中測量厚度L和計算垂直厚度OE值（以真厚度10 m為例）

4 鉆孔中數據提取及統計分析

本文對白云金礦床570多個鉆孔（累計鉆孔深度大于275900 m，圖6）圖件資料進行了信息提取工作，并對一些重要鉆孔巖心進行了實地編錄工作，驗證了原始編錄資料的準確性，本文統計的資料主要源自原始鉆探工程編錄資料。

圖6 用于統計分析的白云礦床鉆孔分布平面圖

4.1 礦體厚度及垂向伸展率

礦體是礦山企業直接開采的對象，礦體厚度越大代表礦產資源越豐富，同時礦體也是深部找礦的直接目標體。本文詳細提取了鉆孔中的礦體厚度，對各鉆孔礦體測量的厚度累加獲得鉆孔礦體厚度L，之后利用Surfer軟件繪制厚度等值線圖（如圖7a）?？梢钥闯?，白云地區鉆孔中礦體厚度（視厚度L）分布曲線大致呈NWW-SEE（近EW向）和NW向趨勢，顧家堡子西北部是兩者的交匯處。厚度分布較大的區域可分為四個區域，即白云西部地區、荒甸子地區、顧家堡子西北地區和顧家堡子東南部地區，其中荒甸子地區和顧家堡子西北地區（即7號、10號、11號礦脈群密集產出地區）數值較大，說明這兩個地區是目前白云地區礦產資源比較豐富的地段。如果把每個鉆孔中的礦體厚度總和（∑L）除以這個鉆孔的孔深，即計算這個鉆孔位置的平均礦體厚度（L/m），也可視為因礦體厚度引起的垂向伸展程度（即伸展百分率，也稱為伸展率）。從圖7b可以看出，盡管數值變得較小，但濃度范圍區域基本保持不變，仍與礦體厚度分布的四個區域相同。說明礦體厚度與孔深近似成正相關性，即鉆孔越深礦體越厚，同時暗示了白云地區深部礦產資源具有較大的成礦潛力。

4.2 裂隙厚度及垂向伸展率

地下深部裂隙記錄了地質演化過程中經歷過復雜的脆性變形過程，可能包含成礦前、成礦期和成礦后的斷裂或破碎，同時也可能包含因巖漿活動強力侵入引起的圍巖局部破碎等，在本文統計過程中并沒有細分這些階段，主要分析該地區現存裂隙與礦體之間的關系。

本文詳細提取了鉆孔中的破碎（或裂隙）厚度，對各鉆孔破碎（或裂隙）測量的厚度累加獲得鉆孔破碎（或裂隙）厚度L，之后利用Surfer軟件繪制厚度等值線圖。從鉆孔中裂隙厚度分布平面圖（圖8a）來看，白云地區的裂隙厚度分布大致呈近東西向趨勢，受近東西向韌性剪切斷裂控制比較明顯（李德東等,2019）。其中主要密集分布在四個區域，即白云礦部西南、白云礦部東南、荒甸子西部和南部。如果與礦體厚度分布圖相比較，可以看出裂隙厚度分布與礦體分布具有較大的偏差，如白云礦部西部礦體厚度密集處，并不是裂隙密集分布區，這個部位的密集分布區則明顯偏向西南方向，再如白云礦部東南部裂隙密集分布區也不是礦體厚度密集區，同樣也具有較大的偏移距離，最明顯的是顧家堡子東南部礦體厚度較大區域（圖7a）而裂隙厚度值很低（圖8a），這說明現存裂隙可能更大程度地代表了成礦前或成礦后的脆性破裂，對指導找礦預測具有一定的偏差。如果把每個鉆孔中裂隙厚度總和除以每個鉆孔的深度并計算出因裂隙引起的垂向伸展率，從圖8b可以看出這個伸展率濃度分布區域與裂隙厚度分布區域（圖8a）是相近的，只是數值有所變化，同樣也不能用來精確指導深部找礦預測。

圖7 白云礦床鉆孔中礦體厚度（a）及垂向伸展率（b）平面圖

圖8 白云礦區鉆孔中裂隙厚度（a）及垂向伸展率（b）平面圖

4.3 巖脈厚度及垂向伸展率

白云地區的巖脈主要有花崗斑巖、石英斑巖、閃長玢巖、煌斑巖等，這些巖脈與礦體在空間上是密切相關的（李德東等,2016），但深部這些巖脈與礦體是否具有高度耦合性還不清楚。

本文詳細提取了鉆孔中的各巖脈厚度，對各鉆孔巖脈測量的厚度累加獲得鉆孔巖脈厚度L，之后利用Surfer軟件繪制厚度等值線圖。從所有巖脈總厚度（∑L）進行投圖（圖9a）上，可以看出巖脈總厚度大致沿NW向分布，其密集分布區可分為三個區域，即白云礦部西南部地區、顧家堡子西北地區和顧家堡子東南地區。與礦體厚度分布區域（圖7a）相比較，具有較大的偏差，說明深部巖脈厚度密集分布區不能作為有效的找礦標志。如果把每個鉆孔中的巖脈厚度總和除以每個鉆孔的深度計算出每個鉆孔中因巖脈侵入而引起的垂向伸展率（圖9b），從圖中可以看出這個垂向伸展率密集分布區與礦體厚度密集分布區是高度吻合的，線性趨勢也是相同的。巖脈厚度垂向伸展率代表了一個地區地殼因巖脈侵入引起的垂向伸展程度，兩者具有高度吻合性說明巖脈的侵入引起的垂向伸展程度可以用來指導深部找礦預測。同時，還指示出從蘇家堡子到荒甸子NE方向具有異常高值區，暗示這個方向也可能存在著成礦潛力，需要格外關注。

圖9 白云礦區鉆孔中巖脈厚度（a）及垂向伸展率（b）平面圖

4.4 巖脈與裂隙總厚度及垂向伸展率

由于巖脈可以是巖漿充填已有裂隙形成（Valentine and Krogh,2006）或自開辟裂隙形成（Rubin,1998），據此本文把鉆孔中的所有巖脈與所有裂隙總厚度（∑L）進行了統計，從兩者總厚度分布圖（圖10a）可以看出，這個總厚度大致沿NWWSEE和NW向展布，密集分布區可分為四個，即白云西部、顧家堡子西北部、荒甸子西部與南部、和顧家堡子東南部地區，與礦體厚度分布區（圖7a）也具有高度吻合性。如果把總厚度除以鉆孔的孔深計算出每米孔深的厚度值，即兩者垂向伸展率（圖10b），可以看出兩者垂向伸展率分布趨勢也與礦體厚度分布趨勢相同，密集分布區基本覆蓋了現有礦體密集分布區，因此對高密集分布區內尚未發現大量礦體的部位需要格外注意進行深部找礦預測工作。

圖10 白云礦區鉆孔中巖脈和裂隙總厚度（a）及垂向伸展率（b）平面圖

5 討論與結論

深部探礦工程特別是鉆探一定程度上揭露了地下深部的各地質體的出露情況，因此可以利用鉆孔中各地質體（特別是侵入巖體和破裂）來嘗試估算該地區（主要是礦區）的伸展程度，特別是礦區尺度范圍內的垂向伸展可能對找礦預測具有重要作用。

本文對白云地區目前所有鉆孔進行了詳細統計工作，提取了礦體厚度、巖脈厚度、裂隙厚度并分別根據鉆孔深度計算了每米孔深的礦體厚度、巖脈厚度和裂隙厚度作為垂向伸展率。盡管計算巖脈垂向伸展率要考慮巖脈傾角對伸展率的影響（Marinoni,2001），正如前文所述，鉆孔中的礦體視厚度與巖脈視厚度盡管與真厚度不同，但對白云地區各侵入體產狀近于相同的情況，利用鉆孔中的視厚度代替真厚度在兩者密度分布圖中并不影響比較之目的，只是對垂向伸展率精確值略有誤差，以10 m真厚度侵入體為例，計算了利用視厚度引起的誤差只有0.07 m，因此可以視為兩者相近，故此本文統一利用鉆孔中的視厚度（L）進行比較。

通過對裂隙厚度、巖脈厚度及對應的垂向伸展率分布圖與礦體厚度和垂向伸展率分布圖比較來看，巖脈厚度垂向伸展率分布與礦體厚度及垂向伸展率分布高度吻合，巖脈+裂隙總厚度及垂向伸展率分布范圍也與礦體厚度及垂向伸展率分布吻合性較好，并且還可能指示一些找礦預測潛力區。在今后的找礦預測工作中應該特別注意巖脈和裂隙密集分布區。

2019年至2020年遼寧省自然資源廳出資在顧家堡子附近實施2000 m鉆探驗證，探獲多層金礦體，總厚度約16 m，平均品位1.43 g/t③，取得深部找礦突破，充分證實了這個地區深部具有較大的成礦潛力，也佐證了本文提出的新方法對指導深部找礦的準確性。這種新方法可以在相同類型礦區進行推廣，更快更好地為深部找礦預測提供借鑒。

注 釋

①郝立波,陸繼龍.2012.遼寧省白云金礦床總結研究報告[R].1-121.

② 遼寧省有色地質局一〇三隊.2011.遼寧省鳳城市白云金礦接替資源勘查[R].1-82.

③遼寧有色地質一〇三隊有限責任公司.2020.遼寧省鳳城市白云金礦外圍金礦預查報告[R].1-72.

致謝遼寧省有色地質一〇三隊有限責任公司劉福興教授級高工和王偉教授級高工提供了大量鉆孔圖件以及兩位匿名評審專家提出意見和建議，在此表示感謝。