內(nèi)蒙古哈達(dá)門溝金礦區(qū)深部找礦方法綜合應(yīng)用研究

楊 彪, 陳孝強(qiáng), 王文杰, 徐浩清, 蘇攀云,4

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 呼和浩特自然資源綜合調(diào)查中心，呼和浩特 010010；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 地球物理調(diào)查中心，廊坊 065000；3. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059；4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 )

0 引言

哈達(dá)門溝金礦位于華北克拉通北緣西段，是烏拉山-大青山金成礦帶中規(guī)模最大的金礦[1]。該金礦自1986年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，目前已累計(jì)探獲金資源儲(chǔ)量達(dá)140 t左右[2]。通過(guò)前人近二十多年的不斷研究，哈達(dá)門溝金礦床在成礦地質(zhì)背景、構(gòu)造控礦與構(gòu)造演化、成礦流體以及成礦年代學(xué)研究等方面取得了豐富的科研成果[3-13]。目前該礦床的礦床成因研究主要有以下幾種觀點(diǎn)：①與韌性剪切帶相關(guān)的變質(zhì)及后期改造成礦成因；②海西中期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)和印支早期巖漿熱液活動(dòng)相關(guān)的熱液型金礦床；③與堿性成礦流體有關(guān)的中高溫巖漿熱液的偉晶巖型金礦床。而世界上的金礦多與斷裂構(gòu)造有著極為密切的關(guān)系，深部的斷裂構(gòu)造為金礦最后的成礦提供著重要的物質(zhì)來(lái)源通道與深部地球動(dòng)力學(xué)支撐[14-15]。

區(qū)內(nèi)地層圍巖與礦體(礦化帶)物性差異不大，同時(shí)偉晶巖分布廣泛，其物性特征與含礦石英脈相差無(wú)幾，礦脈(礦化帶)整體比較窄，這樣就造成通過(guò)物性差異性確定礦體位置的工作較難實(shí)現(xiàn)。但由于礦體(礦化帶)與斷層(構(gòu)造破碎帶)有很密切的關(guān)系，可以通過(guò)識(shí)別斷層與圍巖的物性差異,從而實(shí)現(xiàn)間接確定礦體賦存的大致位置的目的。根據(jù)目前最新勘查成果，礦區(qū)100號(hào)脈具有明顯的控礦構(gòu)造特征，礦體上下盤均與構(gòu)造破碎帶密切相關(guān)，構(gòu)造破碎帶的出露位置多數(shù)為礦體上盤，偶見有穿切礦體。通過(guò)實(shí)際地質(zhì)情況與鉆孔剖面分析，構(gòu)造破碎帶整體呈南傾，傾角為55°～75°，寬為2 m至15 m±。

礦區(qū)內(nèi)開展過(guò)的地球物理工作主要有兩方面：①陳孝強(qiáng)等[16]通過(guò)EH4連續(xù)電導(dǎo)率測(cè)量，識(shí)別出礦區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)單元(山前斷裂)、成礦地質(zhì)單元與圍巖間明顯的電性差異，以推測(cè)探討深部礦體的連續(xù)性問(wèn)題，但隨著勘查工作的不斷深入(目前礦區(qū)最深施工鉆孔已達(dá)970 m)，單一的電法測(cè)量已無(wú)法滿足深部礦體的地球物理評(píng)價(jià)工作；②王春生等[17]通過(guò)CSAMT工作對(duì)主要地質(zhì)單元、成礦地質(zhì)單元進(jìn)行了深部探測(cè)，發(fā)現(xiàn)成礦的有利區(qū)域一般集中在低阻或高低阻的梯度帶。本次工作對(duì)前人開展的CSAMT測(cè)量工作進(jìn)行深部構(gòu)造行跡的有效解釋，結(jié)合區(qū)域地震剖面資料，探討成礦機(jī)制，進(jìn)而為深部找礦勘查提供依據(jù)[18]。

1 礦區(qū)概況

1.1 地質(zhì)特征概況

研究區(qū)位于陰山隆起與鄂爾多斯拗陷兩個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元的臨界處，礦區(qū)構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜強(qiáng)烈，期次多，繼承性明顯，褶皺構(gòu)造及斷裂構(gòu)造均比較發(fā)育[7]。區(qū)域內(nèi)基底巖系遭受了麻粒巖相—高角閃巖相及混合巖化作用，同時(shí)出現(xiàn)了大量的巖漿活動(dòng)。它們一并經(jīng)歷了前期固態(tài)流變、主期彈塑性彎曲和后期脆性破裂等不同世代，不同構(gòu)造層次的構(gòu)造復(fù)合和改造[10]。成為一個(gè)變質(zhì)-巖漿-構(gòu)造作用十分活躍的高級(jí)變質(zhì)區(qū)，最后形成強(qiáng)烈定向的東西向線性構(gòu)造帶。主要包括烏拉山復(fù)背斜、韌性變形帶、山前大斷裂、山后大斷裂及其派生的控巖、控礦(脈)斷裂、成礦后多期活動(dòng)的斷層等[12]。包頭—呼和浩特深大斷裂在研究區(qū)南側(cè)通過(guò)，為南傾斜的正斷層，礦區(qū)的斷裂構(gòu)造均為其次級(jí)構(gòu)造，十分發(fā)育。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有太古界集寧群及烏拉山群、早中元古界二道洼群和馬家店群以及中生界石拐子群、侏羅系大青山組和白堊系固陽(yáng)組(圖1)，相比之下，古生界寒武系、下奧陶統(tǒng)、石炭系和二疊系地層分布比較零星。賦礦地層主要為中太古界烏拉山(巖)群第一巖組第一、二巖段，按巖性分別為黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖(Ar2wl1-1)、含榴石黑云斜長(zhǎng)片麻巖(Ar2wl1-2)。研究區(qū)內(nèi)脈巖相當(dāng)發(fā)育，主要是花崗偉晶巖脈、花崗巖脈、輝綠(玢)巖脈等[5]。

圖1 華北克拉通北緣大地構(gòu)造圖和內(nèi)蒙古哈達(dá)門溝礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖[1,5]Fig.1 Geotectonics map of northern margin of north China Craton and regional geological map of Hadamengou mining area in inner Mongolia[1,5](a)華北板塊北緣大地構(gòu);(b)內(nèi)蒙古哈達(dá)門溝礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖[1,5]

1.2 地球物理特征概況

根據(jù)以往地球物理工作及本次物性測(cè)量工作資料(表1)，研究區(qū)內(nèi)巖石地層地球物理特征為：區(qū)內(nèi)巖石密度變化較大，時(shí)代越新則密度越小[5]。烏拉山巖群巖石密度為2.74 g/cm3～2.76 g/cm3，第四系為1.58 g/cm3。烏拉山(巖)群的各類片麻巖，大多沒有明顯磁性，巖性不同差異性相對(duì)較大。

表1 哈達(dá)門溝礦區(qū)巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of physical and physical parameters of Hadamengou mining area

偉晶巖具高阻低極化特征，磁鐵石英脈具中低阻高極化特征，片麻巖普遍呈現(xiàn)中高阻特征，因礦區(qū)烏拉山(巖)群中黃鐵礦比較發(fā)育，個(gè)別片麻巖樣品的視極化率相對(duì)較高。發(fā)生混合演化的片麻巖普遍呈現(xiàn)出電阻率與極化率降低的現(xiàn)象。鉀硅化蝕變巖帶呈現(xiàn)高極化、高電阻的特征，黃鐵礦化強(qiáng)烈(金礦化越明顯)的地段視極化率也相對(duì)較高，其高極化、高電阻特征較為明顯。區(qū)內(nèi)的控礦構(gòu)造主要是以構(gòu)造破碎帶的形式呈現(xiàn)。通過(guò)方法試驗(yàn)，構(gòu)造破碎帶可能在二維反演電阻率斷面圖中，表現(xiàn)為高-低阻和高-中低阻間的梯度帶，并由梯度帶的步距來(lái)顯示構(gòu)造破碎帶的強(qiáng)度[19-20]。

綜上所述，研究區(qū)礦體與圍巖物性差異明顯，具備開展電磁法的物性前提。

2 典型剖面分析

2.1 工作方法

結(jié)合研究區(qū)礦床類型、圍巖蝕變及成礦模式特征，選擇可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)對(duì)研究區(qū)重要礦脈開展地球物理工作。野外施工采用加拿大鳳凰地球物理有限公司生產(chǎn)V8多功能電法系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

本次物探工作以100號(hào)脈群為重點(diǎn)研究對(duì)象，在該地段布置了八條測(cè)線，測(cè)線方位與地質(zhì)勘探線方位一致180°，線距為400 m，點(diǎn)距為40 m．可控源音頻大地電磁測(cè)深采用電偶源供電AB極距為4 km，測(cè)點(diǎn)觀測(cè)在場(chǎng)源AB垂直平分線兩側(cè)30°角扇形范圍內(nèi)進(jìn)行，收發(fā)距約9 km。數(shù)據(jù)采集采用TM 觀測(cè)模式多道排列方式，每個(gè)排列為6 個(gè)電道，1個(gè)磁道，采集頻點(diǎn)共25 個(gè)，頻段為1 Hz～ 8 196 Hz，采集時(shí)間為50 min。主要對(duì)3條CSAMT剖面(圖2)測(cè)量情況進(jìn)行分析。

圖2 哈達(dá)門溝礦區(qū)100號(hào)脈群CSAMT工作部署圖Fig.2 CSAMT work deployment diagram of 100 vein group in Hadamengou mining area

2.2 CSAMT工作成果

2.2.1 HDMG940線成果解譯

圖3中測(cè)量剖面位于胡虜斯太溝，北段與100號(hào)脈04勘探線重合，中段穿切51號(hào)脈、55號(hào)脈和58號(hào)脈，南段穿切山前大斷裂、控制山前盆地，測(cè)量剖面總長(zhǎng)為2 640 m。

圖3 940線CSAMT二維反演電阻率斷面圖Fig.3 CSAMT 2D inversion resistivity profile of 940 line

剖面北段100號(hào)脈群在地表淺部范圍顯示為低阻異常，整體南傾，延伸情況較好，與實(shí)際鉆探揭露情況一致；中段55、58號(hào)脈也顯示為低阻異常，產(chǎn)狀近直立但仍有南傾趨勢(shì)，延伸相對(duì)較差。在標(biāo)高1 000 m～500 m范圍內(nèi)，存在一大范圍的低阻異常(R2)，產(chǎn)狀平緩，呈“凹”型，南北兩揚(yáng)起端分別與55號(hào)脈群與100號(hào)脈群相連；剖面北中段淺部呈現(xiàn)出低阻等間距重現(xiàn)的特征，每隔230 m～260 m會(huì)在近地表出現(xiàn)一小范圍的低阻異常區(qū)，此結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況相吻合，在剖面北中段對(duì)應(yīng)位置有規(guī)模偏小的101號(hào)脈、99號(hào)脈、98號(hào)脈、71號(hào)脈、51號(hào)脈、55號(hào)脈以及58號(hào)脈；剖面南中段標(biāo)高850 m～500 m范圍內(nèi)為一未封閉的中高阻異常，根據(jù)其形態(tài)特征與該地段普遍發(fā)育偉晶巖特征分析，該中高阻體可能為偉晶巖；剖面南段顯示為一大范圍的低阻異常(R3)，產(chǎn)狀南傾，且深部未封閉，推測(cè)該異常應(yīng)是山前斷裂引起的，整體控制南部第四系山前盆地。

2.2.2 HDMG980線成果解譯

圖4中測(cè)量剖面位于胡虜斯太溝東側(cè)山腰，北段與100號(hào)脈43勘探線重合，中段同樣穿切51號(hào)脈、55號(hào)脈和58號(hào)脈，南段穿切山前大斷裂、控制山前盆地，測(cè)量剖面總長(zhǎng)為2 600 m。

圖4 980線CSAMT二維反演電阻率斷面圖Fig.4 CSAMT 2D inversion resistivity profile of 980 line

剖面北段100號(hào)脈群在地表淺部范圍顯示為低阻異常，整體南傾，在標(biāo)高1 300 m～1 100 m，顯示深部延伸情況較好表現(xiàn)為范圍較寬的中阻異常，在北段標(biāo)高1 050 m～850 m存在一平緩低阻異常，向東延伸至剖面中段之后異常范圍逐漸擴(kuò)大并存在向下延伸趨勢(shì)；中段55、58號(hào)脈也顯示為低阻異常，產(chǎn)狀北傾，延伸相對(duì)較差，該現(xiàn)象與地表礦脈傾向一致。剖面北中段淺部同樣呈現(xiàn)出低阻等間距重現(xiàn)的特征，相隔230 m～260 m會(huì)在近地表出現(xiàn)一小范圍的低阻異常區(qū)，此結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況相吻合，在剖面北中段同樣對(duì)應(yīng)位置有規(guī)模偏小的101號(hào)脈、99號(hào)脈、98號(hào)脈、71號(hào)脈、51號(hào)脈、55號(hào)脈以及58號(hào)脈出露；剖面南中段標(biāo)高1 000 m～600 m范圍內(nèi)為一未封閉的中高阻異常，呈直立形態(tài)，根據(jù)其形態(tài)特征與該地段普遍發(fā)育偉晶巖特征分析，該中高阻體可能為偉晶巖；剖面南段顯示為一大范圍的低阻異常(R3)，產(chǎn)狀南傾，且深部未封閉，推測(cè)該異常應(yīng)是山前斷裂引起的，整體控制南部第四系山前盆地。

2.2.3 HDMG1020線成果解譯

圖5中測(cè)量剖面位于大斷溝東側(cè)山腰，北段與100號(hào)脈75勘探線重合，中段穿切51號(hào)脈、55號(hào)脈，南段穿切山前大斷裂、控制山前盆地，測(cè)量剖面總長(zhǎng)2 400 m。

圖5 1020線CSAMT二維反演電阻率斷面圖Fig.5 CSAMT 2D inversion resistivity profile of 1020 line

剖面北段100號(hào)脈群在地表淺部范圍顯示為低阻異常，產(chǎn)狀整體南傾深部有變陡趨勢(shì)，向下延伸情況較好，與實(shí)際鉆探揭露情況一致。

剖面北中段在標(biāo)高1 300 m～1000 m范圍內(nèi)，存在一大范圍的中高阻異常(R2)，呈現(xiàn)為橢球狀體；標(biāo)高900 m以下顯示出一為封閉的范圍較大的低阻異常，整體同樣呈“凹”型，南北兩揚(yáng)起端分別與55號(hào)脈群與100號(hào)脈群相連。在淺部呈現(xiàn)出低阻等間距重現(xiàn)的特征，隔230 m～260 m會(huì)在近地表出現(xiàn)一小范圍的低阻異常區(qū)，此結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況相吻合，在剖面北中段對(duì)應(yīng)位置有規(guī)模偏小的101號(hào)脈、99號(hào)脈、51號(hào)脈以及55號(hào)脈。

3 討論

3.1 山前斷裂與深部構(gòu)造分析

山前斷裂屬于區(qū)域性烏拉特前旗-呼和浩特深大斷裂的中段，結(jié)合區(qū)域航磁資料(圖6)及CSAMT(圖7)測(cè)量剖面結(jié)果來(lái)看，斷裂北側(cè)為正磁場(chǎng)區(qū)、南側(cè)為低值正、負(fù)磁場(chǎng)區(qū)，推測(cè)礦區(qū)南部對(duì)應(yīng)位置的最大斷距可能達(dá)3 km以上[4]。

圖6 哈達(dá)門溝礦區(qū)1:50 000航磁ΔT數(shù)據(jù)平面圖Fig.6 The 1:50 000 aeromagnetic ΔT data plan of Hadamengou mining area

圖7 大青山山前斷裂帶在深地震反射剖面淺部的特征圖[23] Fig.7 Characteristics of Daqingshan piedmont fault zone in shallow part of deep seismic reflection profile[23]

山前斷裂是由構(gòu)造雜巖、韌性剪切糜棱巖帶、張性角礫巖帶、破碎帶等共同組成的斷裂帶，兼有韌性斷層和脆性斷層特征[5]。根據(jù)地震剖面(圖7)來(lái)看，可能存在一深切上地幔的隱伏構(gòu)造，為烏拉山-大青山提供深部幔源物質(zhì)。在早侏羅世，該斷裂已初步形成；之后在晚侏羅世末，表現(xiàn)為由南向北的逆沖推覆構(gòu)造，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育逆沖疊瓦構(gòu)造與低角度推覆構(gòu)造；早白堊世，表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)，北部烏拉山-大青山抬升，南部下沉，形成呼包盆地的雛形[4,19]。通過(guò)前人對(duì)呼包盆地進(jìn)行的深地震反射剖面結(jié)果看，山前斷裂可能為一深達(dá)下地殼的區(qū)域性深大斷裂，是由斷裂F1、F2和F3組成的斷裂帶[22-23]。斷裂F1、F2和F3在剖面上均為向南傾的正斷層，大約在深度6 km～7 km左右的基底面附近，這3條斷裂合并為一條鏟形正斷層，呈現(xiàn)出上陡下緩的特征，并向下一直延伸至25 km～26 km[23]。

山前大斷裂的存在為深部熱物質(zhì)的上涌與能量的強(qiáng)烈交換提供了通道(圖8)。深地震反射剖面中下地殼的弧狀強(qiáng)反射可能是下地幔巖漿沿大青山山前深斷裂涌入的反映。巖漿的上涌，使下地殼相應(yīng)部位升溫、受擠并發(fā)生側(cè)向物質(zhì)遷移[22-23]。

圖8 河套斷陷盆地地震構(gòu)造與地層剖面圖[24]Fig.8 Seismic structure and stratigraphic profile of Hetao fault depression basin [24]

3.2 成礦機(jī)制探討

哈達(dá)門溝金礦自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，前人從礦床地質(zhì)特征、原生暈地球化學(xué)、成礦流體特征、成礦時(shí)代研究、構(gòu)造控礦特征以及礦床成因研究等方面做了大量工作，主要研究成果集中在：是構(gòu)造主導(dǎo)的構(gòu)造-巖漿熱液事件導(dǎo)致成礦的這種機(jī)制還是以巖漿活動(dòng)主導(dǎo)的巖漿-構(gòu)造事件導(dǎo)致的巨量金屬的富集。我們知道金礦的成礦多數(shù)是與區(qū)域性深大斷裂的次(次)級(jí)構(gòu)造密切相關(guān)的，次(次)級(jí)構(gòu)造為最后的成礦流體提供了良好的沉淀富集場(chǎng)所。由上可知，山前斷裂帶可能由深部的三條正斷層所共同組成，由淺及深，斷層產(chǎn)狀由陡變緩。此現(xiàn)象與目前100號(hào)脈群的勘查現(xiàn)狀吻合，在100號(hào)脈11勘探線、75勘探線以及123勘探線施工的深部鉆孔均有不同程度的產(chǎn)狀變緩趨勢(shì)。結(jié)合CSAMT測(cè)量成果，在100號(hào)脈西段與中段深部出現(xiàn)的“凹”型低阻異常，對(duì)應(yīng)著礦體的產(chǎn)狀變緩趨勢(shì)。

從哈達(dá)門溝金礦床整體的礦脈分布特征來(lái)看，首先所有礦脈均為薄脈型，脈寬2 m～20 m不等，礦脈長(zhǎng)度由幾百米到最長(zhǎng)的5.7 km不等。同時(shí)所有礦脈中約90%左右均為近EW走向，均為南傾(除55號(hào)脈局部地段)，傾角多在45°～65° 之間，各礦脈間具有在SN向上等間距分布的特征[10]。造成如此的礦脈分布特征，大概率是受區(qū)域性的深大斷裂控制。通過(guò)地震剖面顯示，山前大斷裂深達(dá)下地殼，呈現(xiàn)出正斷層性質(zhì)(地震剖面)。在山前大斷裂啟動(dòng)初始，應(yīng)力達(dá)到頂點(diǎn)，多數(shù)巖石結(jié)構(gòu)形成張裂，使得深部成礦物質(zhì)釋壓上涌，最終在次(次)級(jí)斷裂中沉淀成礦，隨著應(yīng)力逐步釋放，山前斷裂趨于穩(wěn)定，但上盤下降的趨勢(shì)并未消失，下盤山體的應(yīng)力狀態(tài)也由突然的張裂，熱液充填就位，逐步變?yōu)閿D壓性質(zhì)，礦脈受此影響在深部表現(xiàn)為舒緩波狀特點(diǎn)。之后形成的巖脈，也是沿山前斷裂的軟弱面上涌，將南部礦脈的局部地段進(jìn)行了再改造。綜上研究，初步認(rèn)為哈達(dá)門溝金礦床成因與區(qū)域上以構(gòu)造為主導(dǎo)的構(gòu)造巖漿事件密切相關(guān)，金成礦是伴隨著區(qū)域性山前斷裂帶的活動(dòng)而形成的，引起淺部地層拉張、深部巖漿上涌、熱液填充至山前斷裂帶的次(次)級(jí)構(gòu)造裂隙中而沉淀成礦，之后斷裂帶活動(dòng)減弱，應(yīng)力由拉張狀態(tài)逐漸變?yōu)榫植繑D壓狀態(tài)，使得整體礦脈呈舒緩波狀特征。其后山前斷裂帶又引發(fā)小規(guī)模的巖漿上涌，使得局部地段的礦脈被改造反傾，最終形成現(xiàn)今哈達(dá)門溝金礦的分布。

4 結(jié)論

1)本次工作初步查明了哈達(dá)門溝礦區(qū)100號(hào)脈群向南至山前斷裂之間的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)電性分布特征。

2)根據(jù)該礦床構(gòu)造控礦特征，山前斷裂帶與容礦的構(gòu)造破碎帶具有相同正斷層特性，在CSAMT斷面圖中表現(xiàn)為高-低阻或中高-低阻間的梯度帶。

3)初步探討了哈達(dá)門溝金礦成礦機(jī)制問(wèn)題，認(rèn)為山前斷裂帶為金成礦提供了深部物質(zhì)與能量來(lái)源，并控制著礦體的地表展布形態(tài)與深部延伸情況。