Question

地质－地球物理－地球化学综合模型

Answer 1

“85”期间，305项目组织了一些科研单位，对喀拉通克矿区进行综合找矿科研工作，其中包括建立地质－地球物理－地球化学综合模型。这些研究成果，对指导类似矿区的找矿工作有重要意义，故在此处介绍他们关于建立综合模型的结果，在下面的叙述中，地球物理参数摘自刘文锦等所编写的“高精度重磁测量在喀拉通克寻找弱磁性或隐伏矿床的方法与技术研究报告——物性分报告”（305项目Ⅵ_1-9-1课题，1988年），化探部分摘自徐外生等编写的“新疆富蕴县喀拉通克铜、镍矿床地球化学异常模式与岩体含矿性评价的研究”（305项目Ⅵ1-4-1课题，1988年），其余摘自肖树建等编写的“新疆有色金属重点矿区及外围大、富矿体控矿地质条件及找矿区段圈定研究报告”（305项目Ⅵ6-1-22课题，1990年）。

（一）物性特征

含矿岩体、矿体及干扰体的物性特征，是解释物探异常的基础资料之一。刘文锦等人对本矿区岩石的密度及磁性作了系统的测定，测定的结果很有价值，在我国铜镍矿区不多见，故介绍如下。

磁性特征

1.图9-7、9-8及9-9是由喀拉通克铜镍矿区22个钻孔，825个样品测试后作出的磁化率及剩磁和Q值等值线图。其中一号岩体为主含矿岩体，二号岩体部分含矿。由图可见：

1）特富矿磁性最强，其к和Mr平均值均可达10SI左右。经少量钻孔中定向标本的测定（无法测方位），Mr之倾角约与地磁倾角相差20°。因此，其总磁化强度Mr有可能达到15SI级。此外，与周围岩体和浸染状矿石不同的是，特富矿具有很大的剩感磁比（Q值），极大值可达10，平均为2。这说明了特富矿的后期贯入性质。该矿区的特富矿赋存在岩体北侧下部。

图9-7　新疆喀拉通克1号岩体28勘探线磁化率断面图（据Ⅵ_1-9-1资料略简化）

1—闪长岩；2—苏长岩；3—橄榄苏长岩；4—辉长岩；5—特富矿；6—富矿；7贫矿；8—地质界线；9—矿体界线；10—磁化率等值线；11—钻孔；12—石英斑岩；13—辉绿岩；14—石炭系凝灰岩

图9-8　新疆喀拉通克1号岩体28勘探线剩磁断面图（据Ⅵ_1-9-1资料略简化）

1—闪长岩；2苏长岩；3—橄榄苏长岩；4—辉长岩；5—特富矿；6—富矿；7—贫矿；8—地质界线；9—矿体界线；10—剩磁等值线；11—钻孔；12—石英斑岩；13—辉绿岩；14—石炭系凝灰岩

图9-9　新疆喀拉通克1号岩体28勘探线Q值断面图（据Ⅵ_1-9-1资料略简化）

1—闪长岩；2—苏长岩；3—橄榄苏长岩；4—辉长岩；5—特富矿；6—富矿；7—贫矿；8—地质界线；9—矿体界线；10—Q值等值线；11—钻孔；12—石英斑岩；13—辉绿岩；14—石炭系凝灰岩

2）海绵陨铁结构和斑点状结构的富矿石，总磁化强度J可达5—8SI级，Q值小于1。

3）浸染状矿石所组成的贫矿体，通常就是橄榄苏长岩相所分布的位置，其磁性约为3—4SI级。

4）含矿极少的辉长岩相，其磁性急剧下降，约为0.5SI级。

5）闪长岩，辉绿岩磁性为0.1SI以下。

6）石炭系凝灰岩、花岗岩、石英斑岩等、磁性更弱、小于0.03SI。

7）总的说来，喀拉通克岩体的磁性明显高于围岩，其磁化强度随岩相之基性度增高而增高，也随岩相中含矿的增加而增加。因此，岩体磁性随着岩体分异由上而下逐渐增高。除贯入式矿体外，岩体内通常不出现清晰的磁性界面，但它和围岩之间却有清晰的磁性突变面。此外，由于岩体周围一般不存在明显的热烘烤和热蚀变现象，围岩与岩体之外接触带一般不出现磁性晕圈。因此，磁性体就是岩体加矿体，这与中酸性岩的磁性特征大不一样。

2.磁性干扰体

1）中基性火山熔岩，如喀拉通克矿南侧的安山岩，辉石安山岩等，其磁性远较含矿岩体为强，形成强度、规模都远比岩体为大的磁异常。

2）花岗岩外接角带角岩化岩石，它们围绕花岗岩体形成环状磁异常，其规模和强度也超过含矿岩体。

3）含磁铁矿的中－基性岩体，如喀拉通克矿区9号岩体附近之细粒闪长岩，其磁性也较含矿岩体强，形成重要的磁性干扰体。

3.总的来看，含矿岩体有以下磁性特征：

1）含矿岩体都具有磁性，在无磁性的围岩中形成标志明显的磁性体。并且干扰因素少，易于分辨。因此，磁法是寻找隐伏岩体的最有效的方法。

2）在磁化强度上，它一般属于中等-弱磁性。例如出露的含特富矿的1号岩体，地表磁异常极大值仅有600nT；隐伏于地下150—200m的2、3号含矿岩体，地表仅能观测到不足50nT的微弱磁异常。

3）岩体并非均匀磁性体，其磁化强度随深度的增加而增加。尤其是对分异好的含矿岩体，其底部磁性可与顶部相差两个数量级。这对磁异常的定量计算有较重要的意义。同时它也是一种判别岩体含矿性的间接手段。因此，不注意这一特点，将会导致计算的失误。

密度特征

1.图9-10是密度测定的结果。由该两图可见：

1）由于特富矿90%—100%的含量为金属硫化物，因此其密度可高达4500—500kg/m³；随着岩石中金属硫化物含量的减少，其密度下降，密度值可按下式计算：

σ＝σ₀+c（σ₁—σ₀）

式中：c——金属硫化物的重量百分含量；σ₁——金属硫化物的密度，约为510kg/m³；σ₀——含矿岩石在不含矿时的原始密度。

2）橄榄苏长岩密度约为2950kg/m³，辉长岩约为2900kg/m³，闪长岩约为2730kg/m³;

3）围岩——凝灰岩，密度为2620kg/m³;

4）辉绿岩为2770kg/m³。

图9-10　新疆喀拉通克1号岩体28勘探线密度断面图（据Ⅵ_1-9-1，资料略简化）

1—闪长岩；2—苏长岩；3—橄榄苏长岩；4—辉长岩；5—特富矿；6—富矿；7—贫矿；8—地质界线；9—矿体界线；10—密度等值线；11—钻孔；12—石英斑岩；13—辉绿岩；14—石炭系凝灰岩

5）第四纪残积层，密度小于2500kg/m³。同样，岩体密度值随深度之增加而增加。

2.密度干扰体

1）由于含矿岩体都产于深断裂旁侧，它们引起的局部重力正异常，都处于反映深断裂的强大的重力梯度带区域背景之上。此背景场无论在走向或倾向方向，都无简单的数学表达式。因此，要用空间域的非线性滤波技术，才能较准确地从此背景中提取出反映岩体的局部异常。

2）由于地形改正和中间层改正的不恰当，常可引起和地形等高线密切相关的重力假异常。但由于含矿岩体蚀变较强，也常形成负地形，它的形态也常和地形等高线有某种相关关系。如何仔细区分这两者，值得引起足够的重视。

3）第四纪覆盖下的基岩起伏，是形成假重力异常的又一重要的原因。喀拉通克矿区，在80年代初用重力正异常验证，发现2、3号隐伏岩体之后，又验证了不下10个重力正异常。其中除G₉为隐伏的5号岩体所引起外，其余都是基岩隆起所引起。

4）中-基性火山岩，其密度约为2850kg/m³，与围岩可有＋15kg/m³的密度差。由于它的规模大，又出露地表，它可引起比岩体更大、更强的正重力异常，如喀矿南部之安山岩。

3.总的来看，含矿岩体的密度有以下特征

1）它们无例外地是高密度体，与围岩有明显的正密度差，能在地表产生正重力异常；它们也是非均匀的密度体，密度值随深度的增加而增加。但由它们所引起的正重力异常值，在小岩体可成大矿的情况下，一般不高。如出露的喀矿1号岩体，地表只有约3503.5g.u.的正异常。隐伏的2、3号岩体，规模稍大，也只有2502.5g.u.左右的异常。在这种情况下，因观测精度及干扰的原因，对异常进行定量计算必须慎重。当然，规模较大的超基性岩体，如香山9号岩体，则可引起2—3×10g.u.的正异常。

2）由于干扰因素众多，多数正重力异常为非含矿岩体所引起，正重力异常反映岩体的可靠性远低于磁异常，在进行异常的地质解释时，必须注意干扰的排除。

3）喀拉通克矿区1号岩体中特富矿的重力正演表明，特富矿体引起的异常不足0.5g.u.。因此，试图用重力方法去直接发现岩体中的矿体，将是十分困难的。

电性特征

由于没有较系统的电性测量资料，有些标本测定的电参数显然又有不符合实际的部分。因此，只能根据部分电测井，电测深及CSAMT（可控源音频磁大地电流测深法），TEM（脉冲瞬变电磁法）的剖面资料，概括出下列电性特征。

1.电阻率。此参数目前在铜镍矿区有较广泛的应用。与它有关的方法包括CSAMT法，TEM法，频率测深法，井-地方式的充电法；地-井方式多方位电阻率测量法，以及传统的电测深，电剖面法等。

1）致密块状矿体，P＜1Ω·m；海绵陨铁状、斑点状的稠密浸染矿体，由于基本形成电性连通体，ρ可小于10Ω·m；浸染状矿化的电阻率与岩体电阻率相当。

2）岩体电阻率呈现较复杂的情况。不含矿的基性－超基性岩体，其电阻率约为100—300Ω·m，因其蚀变和破碎程度不同而有差异。未蚀变的岩体，少数可达1000Ω·m以上。一般说来，岩体相对围岩的电阻率（约300—400Ω·m），大致相当或略低。

3）由于处于蒸发量大于降水量的干旱地区，地下水矿化度极高（卤水）。因此，广泛发育于岩体边界的构造破碎带，其电阻率小于10Ω·m，也与矿体电阻率处于同一数量级。

4）岩体外接触带的围岩中，发育着碳质和石墨化岩石。其中石墨化常呈n×cm至n×10cm之条带，产于围岩的层间破碎中，其电阻率低于10Ω·m；而未变质的碳质地层，碳质呈细颗粒分散于凝灰质岩石中，其电阻率通常并不比围岩的正常值低。

5）其他如辉绿岩脉，石英斑岩脉，花岗岩，安山岩等，都呈现高于围岩的电阻率，其值约为1000Ω·m数量级。

6）由此可见，电阻率方法对于反映岩体深部的边界是一种较为有效的方法。其低阻效应是由：

①可能存在的熔离-贯入式矿体；

②可能存在的低阻辉橄岩相；

③广泛发育在岩体边界的构造破碎带；

④广泛发育在岩体外侧的石墨化地层等四种低阻体的综合反映。

因此，低阻效应虽能大致反映岩体边界的范围，但要用它来准确地圈定岩体边界则是困难的。同样地，要在众多的因素中，单独圈出由块状矿体引起的低电阻率异常也是困难的。至于岩体本身，一般并不形成明显的，易于辨认的低阻异常。

2.极化率。这也是在新疆铜镍矿区得到广泛应用的一个参数。与它有关的方法，包括常规的时间域和频率域的激电方法；基于应用二次电场全曲线分析的频谱激电方法；基于观察岩石极化率的磁效应的磁激电方法以及一套地－井装置的井中激电方法等。

1）具有高极化率的地质体包括：

①致密块状矿体；

②浸染状矿化；

③广泛发育于隐伏岩体顶部及岩体外接触带围岩中的碳质及石墨化地层；

④与铜镍矿化无关的地层中沉积的和热液的黄铁矿化。

2）在实际工作中，非岩体或非铜镍矿化的高极化率异常的个数，远远多于岩体或矿体异常的个数；岩体异常或矿体异常与非岩体非矿体异常的比值，不但远小于磁法，也远小于重力法的比值。这是在激电异常的地质解释中必须认识到的一个问题。

3）对于被认为能区分碳质和金属硫化物极化率异常的频谱激电方法（SIP），包括它的频率相关系数c和时间常数τ这两个参数的应用效果，虽然对此已有不少讨论，但我们认为，它们无论在理论上或实践上，目前还未达到在找矿实践中推广的阶段。

（二）地球化学特征

1.地球化学异常模式

徐外生、李应桂等人根据15个钻孔采样分析，对Cu、Ni、Co、Cr、Mo、Ag、As、B及Ba等9个元素原生晕异常模式的特点作了研究，其结果可归纳如下：

1）Cu、Ni、Co三元素，异常外带与岩体相当，离开岩体则急剧下降至背景值；中带与工业矿体赋存部位基本一致；内带（Cu、Ni>5000×10^-6）则与富矿体的位置吻合，它们具矿体晕特征。

2）Cr、Ag的浓集中心位于Cu、Ni中心的上方，异常范围较Cu、Ni为大。同时，在主体异常的上方，超过岩体的围岩中，出现一定规模但不连续的低衬度异常。因此，它们应该是近矿的指示元素。

3）Ba、As、B（Mo）异常，总的特点是围绕岩体呈环状或破环状分布。岩体内为背景值或低于背景值。异常主体出现在岩体上侧或顶部的围岩中，下侧及底部异常狭窄或零散。因此，它们具有矿上或前缘元素的特征。

2.上述特征，可以综合为图9-11所示的矿床地球化学模式。

图中Cu、Ni、Co元素位于岩体底部；Cr、Ag主要在岩体内部，但它们也可以扩散到岩体顶部以上的围岩中；Ba、As、B（Mo）则主要在岩体上部的围岩中分布，形成上置晕。根据这个模式，文中总结了用Ba·As·B/Cu·Ni·Co作为剥蚀水平的评价指标，示于表9-2中。

3.但模式对非矿因素，非矿岩体总结不够。例如，Ba（石膏），B（硼砂）在干旱的戈壁地带，是地表碱质层中常见的元素，几乎处处都可以有它们的异常。1987年根据Ba异常验证的钻孔未见岩体，大概就是这一干扰的结果。

（三）地质-地球物理-地球化学模型

通过上述分析，我们就有可能在对铜镍成矿地质规律认识的基础上，初步分别建立矿田和矿床的地物化综合模型（图9-12）。

图9-11　铜镍矿床地球化学异常模式图

1—中基性杂岩体；2—浸染状铜镍矿体；3—脉块状铜镍矿体；4—晕的范围

图9-12　铜镍矿田模式

1—超基性岩；2—基性岩；3—中性岩；4—酸性岩；5—造山带；6—稳定带；7—铜镍矿；8—断裂

Ⅰ—早期无矿岩体；IⅡ中期矿化岩体；IⅢ晚期矿化岩体（据余传菁，1985，有修改）

表9-2

矿田模型

图9-12示出矿田模型的构想，其要点是：

1.活动带与稳定地块之间的深断裂，切割到上地幔，拉斑玄武岩浆沿断裂上升，在稳定地块中形成岩浆房；部分岩浆可沿深断裂分布。

2.岩浆房经深源分异（有可能还包括围岩中硫的被同化），沿次级构造上升，早期为不含矿的偏中性岩体，后期为含矿程度不同的基性-超基性岩体，晚期为贯入的全岩含矿式岩体。沿深断裂—侧形成从酸性→中性→基性→超基性的杂岩体群（带）分布。在由数十以至数百个岩体组成的岩体群中，含矿好的是极少数。

3.岩体（包括未冷凝时的岩浆）在稳定时熔离，形成岩相、元素、矿化的有序排列，在动荡时有序排列遭不同程度的破坏，并伴随新的物质（通常是富含矿质的岩浆）沿继承性通道贯入。这种在岩体中进行的熔离（有序）→贯入（有序破坏）→熔离→贯入的过程，将不断重复，发生多次（现代火山约以百年级的时间间隔为周期活动。伴随地震和海啸，在这样短的周期中，侵入于地层中的岩浆不会完全凝固），直至随着岩浆房中能量的消耗，活动周期越来越长，岩体完全固结封死了活动通道为止。我们现在所观察到的熔离—贯入式矿体，是在岩体已基本冷凝，但又尚未完全固结时的产物。因此，一方面它表现出熔离矿的特征（海绵陨铁结构等），但主要表现为贯入式受构造控制的特征。而在岩浆尚处于熔融状态时贯入的矿质，当时就和原来的岩浆溶为一体重新熔离。现在我们只能看到熔离的特征而看不到贯入的痕迹，只是它使岩体含矿性变好、矿量增大的结果，我们尚能感觉得到。岩浆在完全固结后，通道已被封死，这时即使有纯贯入式矿体存在，也不赋存在岩体中，而常与热液矿化相件随。

4.矿田（岩体群）的重力场特征通常表现为：

1）强大的重力梯度带。其梯度值随着远离深断裂逐渐降低，梯度所指方向往往是岩体含熔离—贯入式矿体的一侧；

2）在梯度带区域场背景上，出现多个反映岩体的正局部异常；

3）是否存在一个反映深部岩浆房的二级重力区域场，目前尚无足够的证据。

5.磁场特征为

1）反映两个构造单元的磁场分区，在发育岩体的稳定地块通常表现为平静的负磁场区；

2）串珠状磁异常反映深断裂；

3）在平静背景上出现的正局部磁异常反映岩体。

6.地球化学背景场可能表现为Cu、Ni、Co、Ag等成矿元素的背景值增高，深断裂上有局部串珠状Cu、Ni、Co、Ag局部异常。

矿床模型

图9-13示出了矿床综合模型的构想。（地球化学模型已示于图9-11）。其要点是：

1.岩体自上而下岩相向高基性度分异，密度、磁性增加；底部位于岩体凹兜部位或底板产状由陡变缓部位出现熔离式矿体，密度最高，磁性最强，出现低电阻，高极化体；Cu、Ni、Co元素浓集于岩体下部，其上可能为Cr、Ag异常。

图9-13　硫化铜镍矿的矿床综合模型

1—闪长岩相；2—辉长岩相；3—辉橄岩相；4—块状矿体；5—浸染状矿体；6—上悬浸染矿化；7—围岩；8—第四系；9断层及裂隙；10—中磁密度体；11—高磁密度体；12—低阻体；13—石墨化或炭质；14—高极化体；15—剥蚀面

2.熔离-贯入式矿体通常只出现在岩体与围岩接触带附近，并往往只在岩体一侧出现。如力马河只出现在西侧（东侧无矿）。香山，黄山为南侧，喀矿则为北侧。矿体出现的方位往往是重力梯度带的正方向的一侧。如香山，重力北高南低，喀矿南高北低等；矿体往往位于岩体接触面产状较陡的一侧（近乎直立）；其赋存部位常在岩体接触带产状由缓变陡部位。即由深部贯入的矿浆在上部产状变缓时，受到隔挡而留在产状直立的部位，所以矿体产状通常很陡。主矿体通常由块状硫化物组成，周围为角砾状，稠密浸染状矿体，部分矿体可贯入围岩中，它和周围的石墨化围岩，以及通常很发育的破碎带组成低阻、高极化体。在有利的情况下，当构造直达地表时，成矿元素的晕有时可由构造直达地表。

3.在岩体周围及顶部，通常在30m之内可以看到由岩体造成的围岩蚀变，其中3—5m范围内为强蚀变，包括基性斜长石晶屑强的绢云母化。以及碳酸盐化。有的样品还可见角岩化和同化混染现象。在30m内为较强蚀变，内容同上；30m以外则为弱蚀变，已不易和区域变质区分开来。在岩体顶部和周围的围岩中，有碳质岩石出现，通常为高极化体，有时也能成为低阻体。

4.在岩体分异良好的情况下，矿致元素Cu、Ni、Co赋存于岩体下部；在岩体顶部的低基性度岩相中，它们的含量甚至低于同类岩性的克拉克值，矿致元素很难扩散到围岩中；Ag元素的分布可到岩体顶部，甚至可扩散到岩体外一段距离。

当岩体形成时构造环境动荡不定时，沿断裂Cu、Ni、Co元素可以扩散得较远，在断层中及其近侧形成热液矿或它的扩散晕。