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发布日期:2020-06-30  来源:中国地质  作者:宋明春  浏览次数:625
   1 引言

随着经济社会快速发展对矿产资源需求的不断增高,地下矿产资源被大量开发,导致地表矿、浅部矿(500m 深度以浅)愈来愈少,供需矛盾日益突出,重要矿产资源短缺成为制约我国经济可持续发展的客观因素之一。 为了缓解矿产资源紧张局势,提高资源保障能力,找矿向深部“第二空间”(500~2000m 深度)进军已成为我国 矿产资源勘查的重要方向。然而,由于深部矿埋藏深度大、在地表显示的信息弱,常规的地表地质勘查、物探、 化探和遥感等技术方法难以获取深部的矿化信息,亟待发展精度、深穿透的深部探测技术方法。深部找矿的 难点在于如何突破浅部矿自然尖灭后的无矿间隔段(或弱矿化段),这就需要深入研究深部成矿规律和控矿因素, 探索新的找矿方法。为了突破深部探测技术瓶颈,国家已将地球深部探测列入“科技创新 2030 重大项目”,并在 国家重点研发计划中设置了“深地资源勘查开采”重点专项。 胶东地区矿资源丰富(王成辉等,2012),是我国率先开展深部找矿并取得重大突破的地区。上世纪末, 山东省地质工作者开始围绕胶东西北部的三山岛、焦家、招平三条主要成矿带实施地质调查工程,开展探索性 深部找矿工作,分别在焦家金矿床深部和台上金矿床深部发现了金矿体。21 世纪初,首先在莱州市寺庄金矿深 部实现了我国攻深找盲的重大突破,2002~2006 年完成的莱州寺庄矿区深部金矿勘查,在孔深 625.16~1015.26m 范围内探获金资源储量 51.83t,证实了胶东主要金矿带深部存在第二矿化富集带。此后,相继在焦家、马塘等浅 金矿之下穿过 150~200 米垂直间隔的无矿段或弱矿化段之后探明了新的深部特大型金矿。随之,胶东深部找 矿连续取得重大突破,新发现中型及以上金矿 40 多处,新增金资源储量 3000 余吨。并且发现在三山岛和焦家 区的多个以往认为独立分布的浅部金矿床向深部连为一体成为同一个矿床,二者资源储量均超过 1000 吨,成 为我国仅有的 2 个千吨级超巨型金矿床(宋明春等,2019),实现了我国金矿找矿的历史性突破。胶东深部找矿 重大突破是经验找矿、理论找矿和高技术找矿有机结合的结果,即根据大量实践经验选择已知成矿断裂带深 部延深位置为找矿靶区,通过总结成矿规律确定深部最佳赋空间,采用新的技术方法探明深部矿体(宋明春, 2015)。其中,阶梯式找矿方法的建立和应用是突破胶东深部找矿瓶颈的关键技术。本文在分析阶梯式找矿方法 的实施流程、关键技术、实施条件基础上讨论了阶梯式成矿的原理及方法的适用性,以期深化深部找矿方法研,为推动我国东部地区“攻深找盲”找矿战略提供有效的技术方法。

  2.1 浅、表部找矿方法

胶东地区浅表部矿找矿除了地质方法外,常规地球物理和地球化学方法也发挥了很大作用。地质方法主要 是根据成矿规律和找矿标志等圈定找矿靶区或直接发现矿体,这些规律和标志主要有:多级断裂构造控矿规律, 以黄绢英岩和石英脉为特征的矿化蚀变及蚀变分带标志,矿床空间展布、近等间距分布规律,矿床共生和矿 床类型分带规律,矿体侧伏、尖灭再现、排列规律等(李士先等,2007;杨立强等,2014;Song et al.,2014)。 地球物理方法中电法勘探是胶东金矿找矿最常用的方法,其中电阻率法主要用于寻找和追索高阻的石英脉 型矿体,激发极化法则主要用于识别极化率 2%~5%的富含硫化物的蚀变岩型矿体。由于胶东破碎带蚀变岩型金 矿受较大规模的区域性断裂控制,控矿断裂的上、下盘分别是早前寒武纪变质岩系和晚中生代花岗岩,二者有 较大的磁性差异,因此磁法勘探有时也用于探测蚀变岩型金矿。在前人总的胶西北破碎带蚀变岩型金矿地质− 地球物理找矿模型中,将矿体的识别标志总结为:高极化、中高密度、中高磁性、有限延伸倾斜板状中高电阻 体(万国普,1994)。重力勘探主要是用于研究区域地质构造,确定断层位置及规模,指导找矿。胶东破碎带蚀 变岩型金矿成矿预测中将“向西伸展的‘舌状’、不规则重力梯级带”作为重要的地球物理找矿预测要素(李士先等, 2007)。

在胶东金矿找矿中实施的地球化学勘查方法包括次生晕地球化学测量和原生晕地球化学测量。胶东地区的 次生晕地球化学测量已系统完成了 1:20 万和 1:5 万水系沉积物测量,部分地区开展了 1:1 万土壤测量,次生晕地 球化学测量在区域成矿预测、靶区选择中发挥了重要作用。原生晕地球化学测量,已开展了部分地区的 1:5 万基 岩化探测量和部分矿区的 1:1 万、1:5 千基岩化探及化探剖面测量,为普查工作勘查工程布置提供了依据。研究 表明,胶东地区金矿化指示元素主要有:Au、Ag、As、Cu、Pb、Zn、Sb、Bi、Hg、Mo 等,10 种元素分带性明 显,原生晕水平分带内带为 Au、Ag、As、Bi,表现为 Au、Ag、As、Bi 的强正异常和 Cu、Pb、Zn 的弱正异常; 中带为 Cu、Pb、Zn 的强正异常,Au、Ag、As、Bi 弱异常;外带为 Hg、Mo 的正异常及 Au、Ag、Bi 的弱异常(李 惠和张文华,1999;李士先等,2007)。利用原生晕分带规律可以圈定找矿靶区。

  2.2 深部找矿方法

深部找矿地质方法的基础是深部成矿规律,其中断裂构造阶梯式赋矿规律是胶东深部找矿的关键地质依据。 这一规律的要点是:赋矿断裂向深部延深其倾角呈现陡、缓转折交替变化,深部金矿体主要赋存于断裂倾角的 较缓部位(宋明春等,2012)。根据这一规律,可以有效预测深部矿体赋存位置。 采用大极距和小极距激电中梯、大极距激电测深,通过二阶差分、剩余极化率异常和反演解释等一系列处 理,电法勘探对 500m 左右深度的金矿体仍有明显的找矿效果。可控源音频大地电磁(CSAMT)和大地电磁法 (MT)是胶东深部找矿常用的地球物理方法,这二种方法主要是基于胶东控矿断裂上下盘岩石组成不同、电磁 性差异大的特点,探测断裂构造向深部延深的位置及产状变化特征,再根据地质规律预测赋矿位置。频谱激电 测深(SIP)法,是在超低频段做多频视负电阻率测量,通过研究负电阻率频谱特征,解决地质问题。种方法 主要是利用控矿断裂上盘变质岩的低电阻率和极化率、下盘的花岗岩高阻中等极化率,以及断裂破碎带和蚀变 岩极化率高的特征(差异),通过多参数组合解释,从不同角度研究电化学场特征,提高寻找深部矿能力(曹春 国等,2016)。近年来深反射地震方法应用于金属矿的深部找矿取得一系列重大突破和重要成果,特别是长江中 下游成矿带的三维精细结构及成矿系统多尺度探测,为开辟第二找矿空间提供了有效支撑(吕庆田等,2010, 2015,2019)。在胶东地区开展的深反射地震探测表明,地震方法对确定断裂构造的深部特征效果明显(Yu et al., 2018)。

构造地球化学方法是通过分析构造中的成矿指示元素的地球化学晕来推测深部隐伏矿化情况,由于构造作 用与地球化学作用是成矿中和成矿后重要的动力学过程,所以构造地球化学在隐伏矿床的地球化学信息探测方 面能发挥重要作用。目前主要是利用成矿成晕的断裂构造地球化学规律来找矿,通过分析成晕构造中的构造岩, 捕捉深部隐伏矿体在地表或浅部引起的微弱的地球化学异常。构造地球化学方法找矿的基础理论,是热液矿床 原生晕轴(垂)向分带,根据每种矿体的前缘晕、近矿晕和尾晕,前缘晕在矿体前缘可达 100~300m,为找盲 矿提供了重要信息(李惠等,2010)。由于金矿具有多阶段脉动叠加成矿成晕的特点,因此发展出原生叠加晕找 矿法,即根据金矿成矿成晕具有多阶段脉动性及不同阶段形成矿体(晕)在空间上叠加的特点寻找盲矿。方法 原理是:热液矿床严格受构造控制,构造中矿体的原生晕发育特点是在造带内强度高、范围大,特别是前缘 晕在矿体的前缘可达几百米(李惠等,2010)。另外,近年来研究者在胶东深部金矿开展了多维异常体系找矿研 究,发现构造蚀变带中 Na2O、Ba、Sr 含量低于正常花岗岩,出现明显贫化,成为控矿构造蚀变带的地球化学标 志(马生明等,2019)。

  3.1 深部阶梯式找矿方法

 “跟着构造走、围着异常转”是胶东地区浅表部金矿找矿的传统方法,即采用常规的地球物理和地球化学 手段获取地表或浅部相关数据、圈定异常,然后再围绕着异常和有利成矿构造进行普查找矿。但是,深部矿埋 藏深度大、地表信息弱、找矿线索少,采用传统的技术方法在地表很难探测到深部矿的信息,不能有效圈定深 部矿化异常。本世纪以来,地质工作者不断创新深部找矿方法,不断加大胶东金矿的找矿深度,深部找矿成效 显著,目前已在 500~2000 m 深度探明金资源储量 3000 余吨(宋春等,2019),在焦家断裂带深部施工的 3266.06 m 深度的钻孔于近 3000 m 深度发现了金矿体(于学峰等,2019),在三山岛断裂带深部施工的 4006.17 m 深度钻孔为国内岩金勘查最深钻孔(陈玉民等,2016)。作者等在胶东地区开展深部找矿实践中,基于金矿受倾角波 状起伏的断裂构造控制的客观事实,突破用时间域直流直接圈定矿化异常的传统找矿思路束缚,提出了用 频率域电磁法探测赋矿构造倾角变化的台阶的深部阶梯式找矿新方法(Song et al., 2012;宋明春等,2017)。这 一方法的核心是在地表通过高精度地球物理探测,查明控矿断裂向深部的结构变化,根据阶梯式成矿模式预测 深部矿的位置、规模,具体实施流程是:

(1)在综合分析各种找矿信息基础上,筛选赋矿断裂的深部有利区域作为深部找矿靶区;

(2)在选定的深部找矿靶区内,按照合理的测线间距和适宜的测线方向,选用先进的仪器设备开展高精度地球物理探测;

(3)对获取的地球物理数据进行计算机处理,形成各种物探图件;

(4)通过地球物理资料详细反演、解释,获取深部成矿空间的物性参数、空间结构、异常分布等信息,刻 画断裂构造的深部变化;

(5)通过与已知浅部矿、控矿构造对比,反演模拟,建立深部矿地质-地球物理找矿模型;

(6)根据深部矿阶梯式成矿模式和地质-地球物理找矿模型,判别控矿断裂倾角阶梯式变化部位,识别成矿构造和赋矿部位,预测深部矿体位置、形态和规模。

  3.2 深部矿阶梯式成矿模式

胶东金矿有多种矿化类型,其中主要为破碎带蚀变岩型和石英脉型,深部找矿突破则集中于破碎带蚀变岩 型金矿。大量找矿实践发现,胶东破碎带蚀变岩型金矿的矿体由浅部至深部一般不是连续出现的,而是断续性 分布,构成阶梯式产出特点,具体表现为以下几方面:

(1)由浅部至深部矿化不连续富集,形成多重成矿空间;

(2)控矿断裂沿倾斜方向倾角陡、缓交替变化,具有台阶式特征;

(3)厚大矿体往往沿断裂构造的缓倾角段和陡、缓转折部位分布;

(4)在同一成矿区域相邻 2 个成矿台阶之间的无矿段的垂直距离限于一定的范围内。 蚀变岩型金矿的这些分布特征是深部矿体产出的自然规律,总体显示了由浅部至深部矿体呈阶梯式分布特 征,称之为深部矿阶梯式成矿模式(宋明春等,2012)。研究发现,石英脉型金矿的赋矿构造部位与蚀变岩型金 矿恰恰相反,矿床主要受倾角较陡的断裂控制,陡倾断裂的倾角相对陡的部分为断裂扩容带,是石英脉充填的 有利区段,厚大金矿体主要赋存于断裂倾角的较陡部分,即在倾角阶梯式变化的断裂的陡倾角部位赋矿(图 2)。 不同控矿断裂带或矿区,赋矿台阶的规模、间隔距离、倾角等有较大差异,如三山岛北部海域矿区浅部台阶与 深部台阶的垂直距离在 400m左右(宋明春等,2015),而焦家矿区浅、深部台阶的垂直距离在 150~550 m 之间 (宋明春等,2012)。大的赋矿台阶中常常出现倾角略有变化的次级赋矿台阶,次级台阶倾角偏陡的部分矿体厚 度较薄、矿化较差。阶梯式成矿模式为深部找矿提供了核心技术前提和可以识别的探测目标。

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