金矿床深部矿体定位预测方法途径的探讨

金矿床深部矿体定位预测方法途径的探讨
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作者简介：郭晓东，男，1969~，博士研究生，高级工程师，从事金矿地质研究。

编辑：探矿者
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【摘要】以构造地质研究为基础，选择合理有效途径与方法是正确开展深部矿体定位预测的关键，建立构造控矿模型、矿化空间分带模型和矿体空间定位模型是成矿预测的有效方法途径，确定矿体的含矿间隔、矿体侧伏、矿床剥蚀度和矿体赋矿标高是开展深部成矿预测的基础。随着黄金矿产资源的大规模开采，后备资源不足的矛盾日益突出，相继出现了一大批后备资源严重不足的危机黄金矿山，其实，对绝大多数危机矿山而言，其深部的资源并未枯竭，找矿潜力仍然很大。因此，加强危机矿山深部成矿预测研究，为矿山深部探矿提供理论依据，进一步开展深部找矿是解决危机矿山后备资源不足的最佳途径。
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1 我国黄金矿山的基本状况
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目前现有金矿山系统的地质勘探工作大多是在二十世纪五六十年代开展的，由于受当时勘探技术和成矿理论的限制，找矿工作具有一定的局限性，对矿床浅部的资源前景尚不能完全掌控，更谈不上评价深部的资源潜力。随着国家对矿山投资的减少，加上矿山投资者过分追求短期的经济利益，大多矿山过度开采而又不注重矿区深部的找矿工作，导致矿山资源减少过快，后备储量明显不足，相当一部分黄金矿山较早地步人危机矿山的行列，面临着“等米下锅”的严重形势，急需在先进成矿理论和有效找矿技术方法的帮助下扩大矿山储量，延长矿山寿命。
由于大多数危机矿山及其所在区域往往具有多年的矿山服务年限，经历过长期的找矿地质勘查，积累了丰富的采矿、探矿、化验分析资料，加上对矿体的工程控制程度较高，这对于开展矿床深部成矿预测提供了前提条件。危机矿山增储是一项科研与生产紧密结合，难度和风险很大，理论研究与勘探技术方法综合利用的前沿课题。
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2 开展深部成矿预测的理论基础
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工业矿体主要受构造特别是断裂的控制，并定位于特定的构造部位。许多含金断裂均具波状起伏的特征，走向上呈曲线状，横剖上呈“S”状或反“S”形。这类构造无论作逆冲运动(或压扭走滑剪切运动)，还是作伸展下滑运动，沿走向或倾向都能产生局部引张扩容构造(或构造虚脱部位)。这些引张构造为吸入矿液及矿质沉淀提供了空间条件，其形状决定矿化体的空间分布。
多数受断裂控制的矿体均具有一定的侧伏，并具有明显的规律性。一条断层往往是多种性质构造活动的复合，正或逆断层常常伴随有左行或右行剪切作用的性质，从而形成左行正断层或右行逆断层矿体的侧伏受断裂两盘相对运动过程中产生的张性空间控制，并具有一致性，张性空间的形成与断裂的性质及运动方式有关。如果正断层上盘相对左行滑落或逆断层上盘相对右行逆冲时，矿体向左侧伏；如果正断层上盘相对右行滑落或逆断层上盘相对左行逆冲时，矿体则向右侧伏。侧伏角取决于构造运动方向与断裂面总体走向的交角，交角大时，侧伏角也相应较大，反之亦然。查明矿体的侧伏方向及侧伏角的大小，对开展深部找具有指导意义。
断裂产状变化部位富集成矿的原理，前人(於崇文，1994；邓军等，1998)进行了分析：①从构造几何角度分析，由于断裂转折部位产状变化，在断裂两盘相对错动过程中，必然导致断裂带内产生随空间变化的应力环境，相应出现局部构造挤压区和拉张区，拉张区可为矿液的充填、聚集与成矿提供良好的赋矿空间；②从成矿构造能量场角度分析，由于断裂产状变化部位的存在，断裂两盘运动时产生的构造应力场变化导致成矿的地球化学环境发生变化，使断裂体系处于非平衡状态，有利于金成矿物质的迁入和沉淀富集成矿；③从流变学角度分析，流体通过断裂产状变化部位时受阻，流动速度减慢，产状变化愈大，能量的损失愈大，矿液沉淀富集的可能性愈大，越有利于成矿物质的沉淀富集，也就越有利于成矿。另外，在断裂的产状变化部位往往引起构造运动力学体制的转换，这种构造动力学体制的转换导致构造物理化学场结构产生差异，从而有利于各种蚀变与矿化作用的发生。
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3开展深部成矿预测的方法途径
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3.1构造控矿模型
控制成矿的地质因素主要包括岩浆、构造和岩性(地层)因素，岩浆是矿液的来源和物质基础，但构造提供了矿液运移的通道和沉淀的空间，决定了矿床的空间分布和矿体的产状。在内生体制成矿诸因素中，构造环境占有突出地位：与局部的沉积环境或火山环境相比，构造环境是更为根本性的因素，其他作用都是以构造作用为先导。构造变形特别是深断裂作用是区域成矿作用的核心，因为岩浆活动、岩石变形变质都是在构造作用驱动下进行的，而成矿作用的发生和发展与构造、岩浆及变质作用等均有密切的联系。构造作用作为地质过程的重要组成部分，不仅为地壳深部或以下的含矿岩浆热液提供上升的通道，也为含矿溶液提供搬运、沉淀、矿化、富集的空间，并在一定程度上影响成矿的物理、化学环境和成矿元素的活动性，直接控制着矿体的形态、产状、空间分布及成矿演化。因此，研究和建立构造控矿模型可为矿床的深部成矿预测提供重要的理论依据(高秋斌等，1998，1999)。
构造作为控制矿床形成和分布的重要因素，已逐步总结出构造与矿床、矿体之间的关系，建立构造体系的控矿规律，研究构造与矿产分布的关系。
构造控矿作用包括对矿床形成和矿体产状的控制，也包括成矿后对矿床(体)的改造。金矿床(体)常产于断裂中的特定部位，断裂面在剖面上的产状及形态起伏变化部位就是一个成矿的有利部位。刘石年（1984）在对胶东玲珑金矿108＃含金石英脉研究后认为，工业矿体主要产于断裂面上凸部位，即剖面上的陡倾和平面上走向偏南的部位，断裂面起伏不明显时矿化较弱，下凹时则矿化最差。在小秦岭金矿带文峪矿区则表现为工业矿体主要分布于断裂面由凸向凹转换偏凹的部位，在剖面上即为由缓变陡的缓倾和走向偏南的部位。上述2个矿区矿体在剖面上产于截然不同的构造部位，其原因是二者的控矿断裂具不同的性质，前者为正断层而后者为逆断层，但从根本上讲是断层两盘在错动过程中产生的张性空间控制着矿体的定位。白万成等(2001)利用计算机技术对脉状金矿开展扩容空间的波形模拟，从而开展成矿定位预测，在东桐峪金矿找矿中取得了较好效果。
3.2矿化空间分带模型
3.2.1围岩蚀变分带
矿体边部一般均不同程度地发育围岩蚀变，其类型及发育程度对矿体矿化程度和规模具有明显的指示意义，而围岩蚀变的有序分布可为矿床的深部成矿预测及隐伏矿床的寻找提供可靠依据，围岩蚀变常常作为重要的找矿标志。围岩蚀变的水平和垂直分带无论在石英脉型或蚀变岩型金矿化类型中均有不同程度的表现，以蚀变岩型金矿的水平分带明显。如胶东焦家式金矿自主断裂面向两盘表现为不对称的带状分布，断层上盘由内到外依次为绢英岩化、弱黄铁绢英岩化→绢英岩化→弱绢英岩化→未蚀变胶东群斜长角闪片麻岩；断层下盘由内到外依次为黄铁绢英岩化→黄铁绢英岩化、钾化、硅化→硅化、钾化→钾化→未蚀变混合花岗岩。由于多期次的构造及热液活动，表现出不同类型的围岩蚀变具有叠加的特征。蚀变类型及其分带性与金矿化强度密切相关，一般在围岩蚀变类型齐全、叠加强烈的地段金矿化最强，反之则矿化较弱。在胶东焦家式金矿中明显表现出断层下盘的蚀变类型、强度及其分带性均较上盘发育，决定了工业矿体主要分布在主断面的下盘，这有效地指导了焦家式金矿床深部找矿工作(高秋斌等，1998，1999)。
3．2．2 矿物组合分带
由于成矿过程中矿物的结晶顺序不同，其在空间分布上具有不同的组合分带(邵洁涟，1990)。统计表明，金矿床矿物组合分带具有一致性和规律性，大多数岩金矿床一般划分为4种矿物共生组合，即黄铁矿—石英(Ⅰ)、石英—黄铁矿(Ⅱ)、石英—多金属硫化物(Ⅲ)、碳酸盐(Ⅳ)。由于成矿期断裂的脉动性导致成矿热液在断裂中的脉动性充填，发育晚阶段矿物共生组合穿切早阶段组合的现象。不同阶段矿物组合发育程度及在空间上的分布则取决于断裂活动的强度及断裂的部位。断裂活动强度从早到晚逐渐减弱的趋势，决定了从Ⅰ→Ⅳ阶段矿物组合的发育强度逐渐减弱、分布范围逐渐缩小，表现出黄铁矿－石英(Ⅰ)阶段矿物组合分布最广、规模最大，构成含金石英脉的主体。Ⅱ→Ⅳ阶段矿物组合发育程度及分布范围逐渐缩小，Ⅱ、Ⅲ阶段矿物组合往往都是主要的成矿阶段，因此Ⅱ或Ⅲ阶段矿物组合叠加在Ⅰ阶段矿物组合上时常常形成工业矿体，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段矿物组合叠加在一起时形成富矿体或富矿柱，是找矿的主要对象，如果只有Ⅰ阶段矿物组合单独存在时则不能构成有价值矿体。高秋斌等(1998，1999)研究苍珠峪金矿901号脉后认为，不同成矿阶段的矿物组合赋存在不同标高范围内，Ⅱ阶段组合分布在2000-2150m标高内，Ⅲ阶段组合在2040~2130m范围发育，Ⅳ阶段组合局限在2121m标高附近的局部地段，总体上表现出逆向分带的规律。因此，根据矿物组合分带可以预测矿体的深部矿化变化情况。
3．2．3矿化类型空间分带
常见的金矿化类型主要包括石英脉型和破碎带蚀变岩型两种，常表现在矿石组分及结构、构造在空间上的有序变化。在一个矿区范围内，石英脉型和蚀变岩型矿化属于同一个成因类型。
断裂带常有主次之分，在不同历史演化时期不同区段的应力性质、活动强度不同，造成断裂带在不同区段具有不同的应力环境，决定了断裂带两侧受次级构造控制的矿床(体)或断裂的不同区段矿化类型的差异。如受破头青主断裂直接控制的岭南金矿为破碎带蚀变岩型矿化，东西两侧则为石英脉型(高秋斌等，1998，1999)。在构造岩发育、岩石破碎强烈的高渗透性的张性环境，决定了成矿以渗滤交代为主，形成破碎带蚀变岩型金矿，区域性主干断裂或规模较大断裂的深部往往具备这样的构造环境；而在次级断裂或规模较大断裂的浅部，主要形成连续的张性空间，构造岩不发育、岩石的破碎强度不够，决定了成矿以充填为主，形成石英脉型矿化。大多数蚀变岩型矿化与石英脉型矿化相伴生，并分布在石英脉的两侧，共同构成工业矿体。
对于具有一定规模的深大断裂带，随深度的增加往往由浅层次的脆性转变为韧—脆性乃至韧性或塑性变形环境，在浅层表现出脆性断裂，在深部会聚成具有韧性或塑形特征的构造破碎带，当有成矿热液充填时，上部常发育石英脉型矿化而下部则多为蚀变岩型矿化。对于规模较小或次级的断裂，上部与下部成矿构造环境没有明显的差异，并不能造成断裂上、下矿化类型的变化。利用矿化类型分带模型开展找矿预测有助于发现新的矿化类型。
3．2．4 原生晕分带
对于不同类型的内生热液金矿床，在成矿流体沿断裂带运移过程中，伴随着热液充填、渗滤、扩散及水岩交换等复杂的地质作用，物化条件和流体性质的不断变化，以及元素地球化学性质、迁移形式和沉淀条件的差异造成成矿元素及相关元素以构造为中心形成元素在空间上的有序分布。由于热液中组分活动性质的差异，活动性强的一些元素倾向于在矿体的前缘富集，成矿元素及与其活动性相近的元素则在矿体中部与矿体伴生富集、活动性相对差的元素倾向于矿体尾部富集，这就是能够利用相关元素空间分带规律开展矿体的深部成矿预测的理论基础。利用原生晕分带特征指导深部找矿，主要是研究异常的垂直(或轴向)分带，确定矿床(体)前缘晕、头部晕、下部晕和尾晕的元素组合，建立地球化学异常模型，进一步开展深部成矿预测。近年来，在不同的金矿区建立了多个指示元素的垂直分带序列，在多年的地质找矿中取得了显著的找矿效果(朱泰天等，1991；张文华，1998；李惠等，1991，1999；王定国，1985)。
3.3矿体空间定位模型
对大多数热液金矿床(体)来说，矿体的空间分布、形态、产状、规模等都直接受断裂的控制，开展热液矿床(体)深部定位预测研究，其实质就是对断裂的研究，尤其是对有利成矿的具体构造部位的预测，从某种程度上讲，对热液矿床(体)的定位预测就是判断深部最有利的成矿与赋矿部位。
金矿(化)体在构造中具有断续产出的特点，矿化富集部位一般表现出一定的规律性。受断裂控制的矿体，矿体形态较为简单，主要呈透镜状、脉状或板状等。受褶皱控制矿体一般呈鞍状，其产状与控矿构造一致。受2组或多组构造交会部位控制的矿体，表现出矿体形态较为复杂。对于某个地区的某种矿床类型而言，矿体往往具有特定的产状特点。如夕卡岩型矿床矿体总体产出于岩体的接触带部位，其形态复杂多变；爆破角砾岩型火山－次火山热液矿床多受火山机构的控制，产于角砾岩筒颈部及放射状或环状断裂中，矿体为脉状、筒状或囊状(高秋斌等，1999)。
多数控矿断裂是由各种类型的剪切作用形成的，断裂面常具波状起伏、凹凸变化的特点，其分布规律符合主波长理论(高秋斌等，1998；1999；曹新志等，2001)。因此，断裂两盘在相对错动过程中形成的扩张空间控制着矿体的空间定位，即矿体定位严格受构造几何形态的控制，扩张空间的等距性决定了矿体或矿柱具等距性分布规律。野外地质调查和计算机模拟试验表明，控矿断裂面无论沿走向或倾向均具有明显的凹凸起伏变化的特点，断裂面的凹凸过渡部位是应力作用的强烈部位，该处岩石破碎强烈，有利于金矿化体的发育，其似等距性决定了工业矿体的似等距性。如果断裂走向和倾向上的波峰叠加，形成的扩张空间较大，常赋存大的矿体；如果波谷叠加，不能形成的扩张空间，一般没有矿体存在；如果波峰与波谷叠加，形成的扩张空间一般不大，形成一些小矿体。
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4.开展深部成矿预测值得注意的几个方面
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（1）确定新的找矿思路。
新的找矿思路是找矿突破的关键，我国许多大型黄金矿山生产基地的地质勘探工作是在二十世纪五六十年代开展的，受当时工作性质、工作程度、工作目的、成矿地质理论以及当时认识水平和信息技术的限制，找矿工作具有一定的局限性。此后地质成矿理论研究有了很多新进展，在矿山开采过程积累了十分丰富的地质资料，这为在新的成矿理论指导下重新认识老矿山的矿床地质特征、矿体分布和变化规律提供了前提条件。结合新的成矿理论，利用计算机技术和其他信息提取技术，对老资料进行二次开发，提取更深层次的找矿信息，确定新的找矿思路，有可能找到新的矿体（刘国平等，2000）。
（2）确定含矿间隔。
有助于判断已知矿体深部的找矿前景及矿体定位预测，主要是确定成矿在垂向的上、下限范围。从指导深部矿体定位预测的意义出发，确定矿体之间的含矿间隔，并利用这一规律，进一步把找矿注意力集中于重点区段(曹新志等，2001)。
（3）确定矿体侧伏。
矿体侧伏是矿体存在的普遍现象，与控矿构造的性质有关，当正断层上盘相对右行滑落或逆断层上盘相对左行逆冲时，矿体向右侧伏；当正断层上盘相对左行滑落或逆断层上盘相对右行逆冲时，矿体则向左侧伏。受同一构造控制的矿床（脉），矿体侧伏具有明显的规律性（高秋斌等，1998；1999）。
（4）确定矿床剥蚀程度。
矿床或矿体的剥蚀程度是解决危机矿山的重要问题，尤其是危机矿山的深部找矿中，确定矿床剥蚀程度就显得更具意义。对于早期形成的大型矿床来说，如果矿体剥蚀严重，所剩矿体寥寥无几；对于保存较好即使规模不大的矿体，因其未遭到剥蚀其可利用的资源则较大，这显示出研究矿床剥蚀程度的重要性。研究一个矿体的剥蚀程度，通常运用找矿矿物学、元素地球化学基本理论确定目前的勘探工程已控制矿体的具体位置、属于矿体部位，确定深部找矿前景（魏俊浩等，2000）。
（5）确定矿体的赋矿标高。
矿体的赋矿标高是矿体深部找矿的重点，在金矿化集中区内，矿田乃至矿床中每一个矿体的赋矿标高都有一定差异，也有一定的规律性，通过控矿构造研究，总结出矿体赋矿标高，就可以根据矿体的地质特征、矿化富集规律，确定第二、第三个赋矿段，进一步指导深部找矿工作。如招掖成矿带上焦家式和界河式多在海拔标高+100m以下，最深可达－900m(岭南1号矿体)，玲珑式和灵山沟式金矿则多在0m标高以上。小秦岭地区，杨柴岭、苍珠金矿赋矿标高为2200~1900m，文峪、灵宝市金矿为2000~1700m；秦山、青崖子金矿为1700~1300m；而大湖、灵湖金矿则为1200~600m(魏俊浩等，2000)。因此，确定工业矿体的赋矿标高非常有助于开展深部找矿预测。
综上所述，开展金矿床深部矿体定位预测研究要以成矿地质条件为前提，以扎实的地质工作为基础。世界上没有2个完全相同的事物，金矿床(体)的深部定位预测本身就是一件难度大、风险大且十分复杂的工作，因此，我们不能套用他人的理论和观点，更不能受前人成矿模式的限制，要确立科学的评价思路和方法途径，有步骤、有目的、系统地开展地质找矿工作。

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