新疆西天山哈爾達坂鉛鋅礦床三維地質建模及找礦方向研究

李永，成勇，曹新南，解程皓

摘 要：哈爾達坂鉛鋅礦是近些年來在西天山別珍套山地區發現的一個大型噴流沉積型鉛鋅礦床，礦體主要賦存于中元古界長城系哈爾達坂群碳酸鹽巖中，與閃長巖脈在空間上關系密切。通過對礦區地質、物探及工程等資料的綜合研究，以重、磁、電為主要探測手段，開展礦區3 000 m以淺的成礦地質體、礦化蝕變體及構造等的綜合探測，集成地質、遙感和中-深部地球物理探測數據，構建了礦區3 000 m以淺三維地質模型，揭示了深部礦體賦存特征，預測了深部找礦方向，圈定找礦靶區2處，為該區今后礦產勘查工作提供科學依據。

關鍵詞：哈爾達坂鉛鋅礦床;三維地質模型;找礦方向;礦產勘查

西天山造山帶處于中亞造山帶的西南部邊緣，大致經歷了古陸形成、增生造山、碰撞造山和陸內成盆等地球動力學過程[1-2]，內部發育不同時期的陸緣盆地、增生島弧和山前盆地等重要成礦環境。哈爾達坂鉛鋅礦床就位于帶內陸緣盆地中，成礦條件較為優越。經初步勘查，探獲鉛鋅資源量60余萬噸，礦床鉛平均品位1.06%，鋅平均品位6.09%，礦床規模已達大型，成因類型屬噴流沉積型。前人對哈爾達坂礦區開展了大量研究，主要是從礦床地球化學、地質年代學及礦床成因等方面進行了探討[3-8]，而對于礦床深部的找礦方向仍沒有開展系統研究，制約了進一步的勘查評價工作。目前，哈爾達坂礦區主要礦體富集地段已完成詳查，本文利用大量的地質、地球物理及鉆探等資料，采用SUKA-GOCAD軟件開展高精度的地層、構造、侵入體、礦體等地質體建模，對礦區上述地質要素在三維空間內進行精細刻畫，能夠深化對礦體賦存狀態的理解，實現深部地質體的可視化，圈定深部找礦靶區，為礦區下一步勘查評價工作提供重要依據。

1? 區域地質背景

西天山造山帶位于新疆中西部，地處中亞造山帶的西南部邊緣，西鄰哈薩克斯坦，東西延伸大于800 km，南北寬120～350 km，是一條EW向夾持于哈薩克斯坦-準噶爾與塔里木兩大板塊之間的增生型造山帶，為我國重要的銅、金、鉛鋅等多金屬成礦帶之一[9-13]。哈爾達坂鉛鋅礦床位于西天山造山帶伊犁-伊賽克地塊西北緣賽里木微地塊內，西接哈薩克斯坦南準噶爾復背斜，東連漢吉尕褶皺帶，北以博爾塔拉大斷裂與阿拉套晚古生代陸緣盆地相隔，南以博羅科努阿奇克庫都克斷裂與博羅霍洛古生代島弧帶相鄰[14]。區內斷裂構造較發育，形成以近EW向或NW向區域性大斷裂為主、次級NW向和晚期NE向斷裂為輔的多序次斷裂體系，主要斷裂有博爾塔拉斷裂、博羅科努阿奇克庫都克斷裂、奧爾塔克賽爾斷裂等（圖1）。出露地層主要有下元古界溫泉群一套中深變質碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，中—上元古界長城系哈爾達坂群、薊縣系庫松木切克群、青白口系凱爾塔斯群一套淺變質碎屑巖-碳酸鹽巖建造，古生界泥盆系汗吉尕組、托斯庫爾它烏組一套陸源碎屑巖及生物碎屑巖建造，石炭系大哈拉軍山組、章古蘇組、阿恰勒河組一套濱海相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，二疊系烏朗組一套火山巖夾火山碎屑巖建造，中生界侏羅系頭屯河組一套碎屑巖建造。巖漿活動以華力西期為主，少量古—新元古代侵入巖，主要巖性為石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖及混合花崗巖、輝長巖等?；鹕阶饔弥饕性诙B系，形成巖石以鈣堿性為主[3]。

2? 礦區地質特征

2.1? 礦區地質特征

礦區出露地層主要為中元古界長城系哈爾達坂群和古生界下石炭統阿恰勒河組，其中，長城系哈爾達坂群主要為碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，分為上、下兩個亞群，巖性為白云質灰巖、灰巖、大理巖、砂巖、粉砂巖、鈣質板巖及絹云母石英片巖等，目前已圈定的鉛鋅礦體主要分布于該群上亞群的碳酸鹽巖中（圖2-a）;下石炭統阿恰勒河組主要為濱淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，巖性為長石巖屑砂巖及粉砂巖。區內構造簡單，主要表現為褶皺作用，總體呈一單斜構造，走向近EW向，傾向南，傾角較大，局部發育小的層間褶皺及斷裂，對礦體有一定的破壞作用。區內僅見細粒閃長巖脈，巖脈走向呈NE或EW向，規模不大，順層產出或斜切地層，受褶皺、斷裂構造影響而形態復雜。已發現的鉛鋅礦體附近多可見巖脈分布，部分脈巖邊部可見呈脈狀或囊狀產出的鉛鋅礦體，局部地段因巖脈充填，礦體變得支離破碎[3]。

2.2? 礦床地質特征

礦區內共圈出鉛鋅礦體60多條，賦礦巖石主要為白云質灰巖，近礦圍巖為含碳質微晶灰巖、鈣質板巖、閃長巖、白云質大理巖化灰巖等。礦體呈似層狀、透鏡體狀順層產出，走向近EW，總體傾向南，陡傾，礦體沿傾向具波狀彎曲，分枝復合特點（圖2-b）。主礦體長130～800 m，厚1.04～7.03 m，單工程最大厚度可達23.26 m，已控制主礦體沿傾向延深約300 m，礦體（鉛、鋅）平均品位3.5%～9.33%，以鋅為主，共探獲（鉛、鋅）資源量60余萬噸。

2.3? 礦石質量特征

礦石中主要金屬礦物有閃鋅礦、方鉛礦，少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦，次生礦物有菱鋅礦、白鉛礦、鉛釩、黃鉀鐵釩、褐鐵礦等。脈石礦物主要為方解石，少量石英、白云石、重晶石等。

礦石結構主要有粒狀變晶結構、半自形-他形粒狀結構、交代-殘余結構等，礦石構造主要有條紋（條帶）狀、角礫狀、脈狀、團塊狀、塊狀等。

3? 三維地質建模

本次三維地質模型采用SUKA-GOCAD軟件來建立，其最大特點是基于DSI空間插值算法，在表達地質構造的空間特征時具較好效果[15-17]。建模資料包括礦區高精度遙感圖、1∶10000地質圖、1∶2000地質圖、12條重、磁、電剖面圖、27條勘查線剖面圖及47個鉆孔柱狀圖。據已有資料，為更好的表達礦區的精細地質結構，集成哈爾達坂礦區的地質、遙感和中-深部地球物理探測數據，確定淺部成礦有利部位和成礦構造具體形態，并對中深部地球物理反演結果進行約束，進而構建了礦區3 000 m以淺的三維地質模型，主要包括礦區地表、鉆孔、地層、侵入體、礦體及重、磁、電異常分布的三維模型。

3.1? 三維地表及鉆孔模型

通過礦區勘查線在地表分布及鉆孔三維模型顯示（圖3-a，b），礦區屬于深切割中山地貌，海拔2 700～4 100 m，相對高差約500～1 000 m，區內呈現“兩山夾一溝”地形，主要礦體位于山頂平臺，以“溝”為界分布在東、西兩段。自西向東從64線至67線，西段布設勘查線18條、東段布設9條，總計27條。其中，針對兩段礦體較厚部位從04～12線、35～43線及44～56線進行加密控制。在上述勘探線上共布置了鉆孔47個，孔深80.15～443.36 m，平均孔深為226.11 m，基本實現了對礦區淺部主要礦體的控制。

3.2? 三維地層模型

通過地質填圖及鉆孔揭露，礦區內地層主要為中元古界長城系哈爾達坂群、下石炭統阿恰勒河組及第四系。長城系哈爾達坂群又分為上、下兩個亞群。

中元古界長城系哈爾達坂群主要分布于F1斷層以北，厚度1.9～2.4 km，呈單斜狀產出，傾向南，傾角65°～87°。其中，上亞群厚度1.2～1.4 km，為本區主要賦礦層位。目前已發現的鉛鋅礦體主要分布在該巖性段中部寬500～800 m的白云質灰巖中（圖4-a）;下亞群厚度0.7～1.0 km，地層中未見鉛鋅礦化。

下石炭統阿恰勒河組主要分布于F1斷層以南，厚度約0.5 km，呈單斜狀產出，傾向南，與下伏哈爾達坂群下亞群呈斷層接觸關系（圖4-b）。

3.3? 三維侵入體模型

礦區內僅見有細粒閃長巖脈，從模型來看，多呈巖枝狀、脈狀產出，巖脈總體走向NE，長為200～3 000 m，寬幾米至幾十米（圖5-a）。巖脈在西段順地層大角度產出，而東段近水平斜切地層，因斷裂構造作用多呈蛇形彎曲、形態復雜。已發現的鉛鋅礦體附近多見閃長巖脈（圖5-b），顯示礦體與閃長巖脈的關系十分密切，可能對成礦有一定作用。

3.4? 三維礦體模型

礦區內共圈定礦體60余條，主要分布在東、西兩段內（圖5-c，d）。礦體賦存于中元古界長城系哈爾達坂群的白云質灰巖中。建模僅針對Ⅰ-10、11、12及Ⅱ-3、4、6號主礦體開展。

Ⅰ-10、11、12號礦體位于礦區西段，從礦體埋藏特點來看，均具有“西低東高”的特征（圖5-e），東側最高處海拔約3 780 m，出露于地表。西側最高處海拔約3 450 m，隱伏于地下，距地表約300 m，總體具向西側伏的特點。礦體東西長350～550 m，南北厚度6.5～8.0 m，形態總體呈似層狀、板狀，向深部延伸穩定，走向65°～85°，傾向南東，傾角65°～85°，礦體沿走向在東、西兩端較陡直，傾角80°～85°，在中部相對較緩，傾角65°～80°，局部略顯“S”型，厚度變化不大。

Ⅱ-3、4、6號礦體位于礦區東段，平行斜列展布。從礦體埋藏特點來看，自西向東具 “深-淺-深”的特點（圖5-f），中間最淺處出露于地表，兩側最淺處距地表約40 m。礦體東側在傾向上延伸有限，有被巖體“侵食”的可能（圖5-f），西側有向深部延伸的趨勢。礦體東西長300～400 m，南北厚4.0～42.5 m，走向近EW向，傾向南，傾角65°～80°，礦體呈似層狀，厚度變化不大。

3.5? 三維物探模型

本次研究共布設了12條重、磁、電物探綜合剖面，對深部地層、構造、巖漿巖及礦體等的賦存狀態進行探測。從采集的600余件巖（礦）石物性參數測量結果來看，鉛鋅礦石密度在2.99～3.48 g/cm3，白云質灰巖、白云巖與閃長巖密度在2.84～2.86 g/cm3，與區內其它巖石密度差在0.12～0.74 g/cm3之間。礦區內僅閃長巖具弱-中等磁性，磁化率在50～200×10-6? 4π，其它巖石、礦石均無磁性。鉛鋅礦石電阻率均值在300～800 Ω·m，屬低阻巖石。石英片巖、灰巖、閃長巖的電阻率均值在2 000～4 000 Ω·m，屬中高阻巖石。白云質灰巖、大理巖、鈣質板巖電阻率均值為6 000～25 000 Ω·m，屬高阻巖石。綜上所述，本區鉛鋅礦石總體呈高重、無磁、低阻的特征。按照按“一橫兩縱”圖切3條剖面（圖6-a-c），得出物探異常與各地質體空間相互關系特征。

3.5.1? 重力模型

礦區重力異常呈中部高、其它地段低的特征（圖6-d）。南側局部重力高異常主要由高密度的閃長巖、白云巖等引起，中部鉛鋅礦體引起的重力高為0.05～0.5×10-2 mGal，且大多與白云巖、白云質灰巖或閃長巖引起的寬大重力高疊加在一起，重力異常能有效排除碳質地層干擾。

3.5.2? 磁法模型

礦區磁異常以平緩的低磁及負磁背景磁場為主（圖6-e），其內分布寬度40～300 m異常值為100～400 nT的局部磁力高，主要呈脈狀及團塊狀，大部分磁力高異常地表都出露有閃長巖脈，部分為隱伏閃長巖脈或閃長巖體引起。鉛鋅礦體主要位于低磁或無磁區，閃長巖對應磁力高異常的特征，可利用磁法輔助識別礦致重力高與閃長巖引起的重力高。

3.5.3? 電法（AMT）模型

音頻大地電磁測深（AMT）是利用天然交變電磁場來探測地電性質及異常分布特征的物探類勘查技術手段，能夠快速準確地反映隨深度而變化的地下電性結構特征[18]。從模型來看（圖6-f），灰巖、白云質灰巖對應1 000～5 000 Ω·m的高阻異常，其間出現一些相對低阻區，淺部鉆探控制的鉛鋅礦體都分布在相對低阻異常區內;板巖、石英片巖對應10～1 000 Ω·m的中低阻異常區，石英片巖電阻率相對較低、板巖相對較高;閃長巖均表現為高阻異常。利用AMT測深圈定低阻異常能有效的向深部追索礦帶延深。

4? 找礦方向

據哈爾達坂鉛鋅礦床受層位控制的特征，結合物探異常與脈巖及礦體的空間位置關系，在地質-地球物理三維反演、建模的基礎上，依據其成礦規律研究的最新成果，提取控礦要素，從淺部含礦地質體和控礦構造厘定中深部成礦有利地質體和物探異常定位等兩個層次進行綜合分析，建立礦區三維可視化地質模型。運用大數據平臺開展了深部礦體空間位置預測，揭示深部礦體賦存特征，開展深部找礦方向的探討。

從三維地質、地球物理模型成果來看，賦存于白云巖、白云質灰巖中的鉛鋅礦體附近因發育閃長巖脈，總體表現為重力高、相對高磁、低阻的異常特征。石英片巖、鈣質板巖等因其板理、片理發育，為透水性、含水好的巖性層，實測電阻率為100～1 000 Ω·m，表現為中低阻特征，重、磁異常均不明顯。白云巖、白云質灰巖、閃長巖均表現為高阻、重力高特征，但后者具明顯的磁力高異常。灰巖則表現為中高阻、平緩的磁場及重力場，利用重力高異常可區分灰巖與白云質灰巖。

分析認為，可將白云巖、白云質灰巖層中電阻率小于1 000 Ω·m、淺部有礦化帶分布、對應有重力高異常地段劃定為找礦靶區。

綜合上述特征，在礦區東、西兩段深部各圈定了一處較為有利的找礦靶區（圖7-a，b），編號為B1和B2。其中B1號靶區分布在礦區西段，地表位于27～59號勘查線處，深部賦存標高2 650～3 580 m，寬度70～110 m，東西延伸約1 050m;B2號靶區分布在礦區東段，地表位于40～64號勘查線處，深部賦存標高2 950～3 450 m，寬度80～15 m，東西延伸約600 m。

5? 結論

（1） 采用SUKA-GOCAD軟件建立了哈爾達坂鉛鋅礦區地表模型和各實體模型，直觀的顯示了地層、巖體和礦體等地質體在真實三維空間中的形態、展布特征及規律，為后續勘查評價和礦山開采工作提供了有利依據。

（2） 通過三維地質模型的建立，結合AMT礦致異常信息三維模型，認為礦區東、西兩段深部仍具較大的找礦潛力。

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Research on 3D Geological Modeling and Prospecting Direction of HaerdabanPb-Zn Deposit in WesternTianshan， Xinjiang

Li yong，Cheng yong，Cao Xinnan，Xie Chenghao

（Institute of Geological and Mineral Exploration，Xinjiang Non-ferrous Geological Exploration，bureau，

Urumqi，Xinjiang，830000，China;）

Abstract： The HaerdabanPb-Zn deposit is a large-scale sedimentary-exhalative deposit discovered in the Biezhentao area of WesternTianshan in recent years. The orebodies mainly occur in a set of carbonate rocks in the Haerdaban Group of the Great Wall System of the Mesoproterozoic， which are closely related to the diorite veins in space. Through the comprehensive study of geological， geophysical and engineering data in the mining area， the comprehensive exploration of metallogenic geological bodies， mineralized alteration and structures less than 3000 meters in the mining area is carried out by using gravity， magnetism and electricity as the main detection means. By integrating geological， remote sensing and middle deep geophysical exploration data， a three-dimensional geological model less than 3000 meters in the mining area is constructed to reveal the occurrence characteristics of deep ore bodies， The deep prospecting direction is predicted and two prospecting targets are delineated， which provides a scientific basis for the future mineral exploration in this area.

Key words： HaerdabanPb-Zn deposit; 3D geological model; Prospecting guideline; Mineral exploration