Question

地质找矿模型的研究与应用

Answer 1

( 一) 以矿床蚀变分带模型为依据，追踪蚀变带的范围，预测外围隐伏矿床

1. 通过断裂构造填图，识别和恢复整个斑岩蚀变系统

图 4 －1 美国圣马纽埃 － 卡拉马祖斑岩铜矿床构造历史略图( 引自 J. D. Lowell 等，1970; 赵鹏大，2008，有修改)

矿化蚀变分带是矿床最为明显、最具特征的地质找矿标志，在认定矿床存在和确定勘探方向方面，它往往起决定性的作用。最著名的例子是美国亚利桑那州南部卡拉马祖斑岩铜矿床的发现过程。J. D. Lowell 等( 1970) 在这个矿床上查明了标准的环带状矿化蚀变特征，但他们发现，断裂作用使所查明的蚀变环带只剩一半，于是推断另一半可能被迁移到别的地方去了。通过对断裂走向和断距的研究，果然找到了它的另一半，即圣马纽埃矿床 ( 图4 －1) 。把这两个矿床的蚀变带拼到一起，即构成完整的环形。这个实例有力地说明了矿化蚀变标志的重要性，因而被勘查者普遍采用。所查明的蚀变虽然不那么完整和 “标准”，但钾化、绢云母化、泥化、青磐岩化等典型蚀变普遍存在，都被作为确认矿体存在和指导勘探部署的重要标志。

2. 以遥感和地球物理为手段，识别浅覆盖区斑岩蚀变系统

地面斑岩系统的识别和范围的圈定，是实现斑岩铜矿找矿的关键。依托遥感填图、地球物理调查可以有效圈定掩伏区斑岩成矿系统的范围。例如，智利北部的科亚瓦西矿床包括罗萨里奥和乌希纳斑岩铜矿系统的识别。尽管在 1978 ～1979 年期间通过对众多的老采坑和采矿废石堆的观察，识别出以罗萨里奥矿床为中心的蚀变带和乌希纳矿化系统出露的边缘部分具备斑岩铜矿的特征，但由于地表薄层岩屑堆积和中新世砾石层的覆盖，对整个斑岩系统，尤其对乌希纳矿化系统的空间展布范围不甚清楚。在这种情况下，打了 60 多个钻孔，找矿效果并不显著。1990 年，通过卫星图像解译和物探工作，在罗萨里奥斑岩铜矿系统上面圈出了一个圆形的激发极化异常，以高极化率和低电阻率为特征。同时，在乌希纳淋滤铁帽的出露部分和东面 3km处被成矿后熔结凝灰岩掩盖的地段也圈定了一个异常 ( 图 4 －2) 。乌希纳的激发极化异常与一个具有环形磁力高的圆形磁异常一致，该环形磁力高是黄铁矿晕的反映。后来发现，小于 10Ω·m 的电阻率与斑岩铜矿化吻合。

图 4 －2 智利北部科亚瓦西矿床的罗萨里奥和乌希纳斑岩铜矿系统( 引自 R. L. Moore 等，2002)显示两个系统的低电阻率异常

乌希纳见矿孔打到了 100 多米厚的辉铜矿富集带，平均含铜大于 1%。该钻孔打在基岩露头最边部的矿化后熔结凝灰岩附近，因为该处显示出有利的淋滤铁帽绢云母化、赤铁矿化和脉体穿插特征。在当时，发现孔的位置尚处于激发极化测量的范围以外。激发极化测量完成后，所圈出的低电阻带被解释为细脉高强度发育的反映。根据激发极化结果确定了熔结凝灰岩覆盖了下面的乌希纳矿化富集带的整个范围 ( 图 4 －2) 。

3. 建立克莱马克斯斑岩钼矿模型，指导成矿带范围内大型钼矿的连续发现

美国科罗拉多州克莱马克斯 ( Climax) 型斑岩钼矿找矿模型的成功应用，堪称找矿模型应用经典中的经典。克莱马克斯矿床是 20 世纪初期开采的一个特大型钼矿，早先认为该矿床是一次岩浆侵入成矿而成的，后来地质学家在详细观察和深入研究的基础上，发现了用一次侵入成矿理论无法圆满解释的许多 “反常的”地质现象。通过对老资料的检查和认识，以及对大量艰苦细致野外观察所获得的新资料进行综合分析，建立了克莱马克斯钼矿多次侵入和成矿的找矿模型，即克莱马克斯岩株是一个复合岩体，有 4 个主岩体或主要侵入阶段，每一个岩体或者侵入阶段都具有它自己的一套在成因、时间上与之有关的热液产物，每次岩浆侵入都伴随着一次热液、矿化活动，且每一次侵入作用都要比前一次作用稍向东移。该模型后来在科罗拉多成矿带寻找新的钼矿床时得到充分的应用。

( 1) 对晚期无矿阶段产物及其时间和空间位置的科学解释，导致亨德森 ( Hendson) 隐伏钼矿床的发现

科罗拉多成矿带的雷德芒廷 ( Red Mountain) 地区与克莱马克斯地区在地质上有许多共同点: 都存在网脉状辉铜矿矿化; 两者都靠近第三纪强烈活动的大断层; 矿体都与时代、相同成分的复合岩株有关; 都显示有多期矿化和蚀变; 金属矿物种类完全一致。据此认为，雷德芒廷地区如果有利的岩浆、构造在时间和空间上有机结合，在其深部就有可能形成克莱马克斯型的多层钼矿体。为检查最好的钼异常，在详细分析的基础上，于雷德芒廷西北部打了一个试验钻孔，该孔揭露了亨德森矿体的边缘。通过进一步的工作，于 1963 年查明了隐伏在地下 914 ～1067m 深处的大型矿床。

( 2) 矿床模型地质参数对比，导致了芒特埃孟斯大型钼矿床的发现

亨德森钼矿床的发现不仅证实了克莱马克斯钼矿模型的正确性，而且也丰富了模型的内容。利用新改进的模型参数，有力地指导了芒特埃孟斯 ( Mt. Emmons) 钼矿床的发现 ( J. A. Thomas，1982) 。

雷德芒廷地区与克莱马克斯地区的钼矿床具有许多相似点，但也存在一些重要差别: 雷德芒廷地区下伏的岩石是新鲜的花岗斑岩，而克莱马克斯地区为典型的斑岩; 克莱马克斯地区有大量前寒武纪变质岩，而雷德芒廷地区这类岩石相对较少; 相比亨德森矿体热液蚀变带发育更为完整。根据这些差别对已有的矿床模型作了进一步的修正。

芒特埃孟斯位于科罗拉多成矿带的中西部。1968 年在对芒特埃孟斯西北侧雷德韦尔盆地进行有色金属资源潜力评价时，在侵入角砾岩筒中发现了分散的含辉钼矿矿化的流纹岩碎块，这种含钼岩石的特征与克莱马克斯型钼矿化母岩相似。1970 ～ 1972 年，在一个出露于地表的流纹质角砾岩筒上，打了 11 个钻孔，结果发现了一个浅部的有色金属矿化带和两个较深的低品位的钼矿化带，即上、下雷德韦尔钼矿体。这一发现引起了公司的注意，他们认为，已发现的钼矿床与克莱马克斯型斑岩钼矿模型的许多重要参数是相似的，这一地区有希望发现更富和更大的钼矿床。根据与克莱马克斯和亨德森钼矿床的对比，制定了一项初期勘查计划。其中，包括用钻探圈定雷德韦尔盆地两个钼矿床的延伸情况，对芒特埃孟斯其余地区开展详细填图，研究雷德韦尔盆地蚀变岩石和石英脉的分布状况。1976年夏天，初期计划完成以后，为了验证芒特埃孟斯东南侧雷德莱迪盆地外围的靶区，打了一个 750m深的钻孔，该孔下部 240m 揭露了广泛发育的石英 － 黄铁矿 － 辉钼矿细脉带。经过 1977 ～ 1978 年的工作，在雷德莱迪盆地探明了矿石储量1. 56 ×108t、MoS2平均品位0. 43%、矿体埋深420m 的大型钼矿床。

( 二) 以矿床成矿系统与矿床分带模型为依据，对深部矿化作出预测

由已知到未知的模型类比找矿向成矿系统深部空间展布与演化发展，提高了深部找矿预测的准确性。根据已知矿床建立的矿床分带模型、构造控制模型在外围进行类比，寻找与已知矿床类型相同的矿床，这一战略在已知矿床外围找矿中发挥了重要作用，成功的例子不胜枚举。尤其需要指出的是，近年来深部找矿工作的重大发现，使人们逐渐发现平面上认识到的分带模型在垂向上基本上都能看到。因此，建立矿床空间分带模型对指导找矿具有十分重要的现实意义。

图 4 －3 太古宙脉状金矿床的地壳连续成矿作用示意图( 引自 D. I. Groves，1993)

1. 太古宙脉状金矿床的地壳连续成矿模型

20 世纪 80 年代后期以来，相继在津巴布韦、澳大利亚等太古宙麻粒岩相岩石中发现了若干高温( ＞700℃) 热液脉型金矿床，同时在次绿片岩相岩石中也发现了一些低温 ( ＜ 180℃) 热液脉型金矿床。这些发现大大改变了人们以往的认识，修正了一些传统观念。于是，澳大利亚的 D. I. Groves等 ( 1993) 在总结前人研究的基础上，提出了“太古宙脉状金矿床的地壳连续成矿模型”( 图 4 －3) 。该模型认为，从次绿片岩相到麻粒岩相的变质岩中都有脉状金矿产出，在不同的垂向深度上可连续形成金矿，至少涉及 15km 以上的地壳剖面。产在不同变质岩中的金矿床属于一组连续的同成因的矿床组合，但这 3 类金矿在成矿构造条件、围岩蚀变组合、矿石矿物组合、金的赋存状态等方面均有区别。这一模型并非反映同一矿区内的金矿化垂向分布，而是概括地反映了区域范围内一系列金矿床的分布特征，从而把成矿系统的演化与矿床不同深度中的演化统一起来考虑。

2. 斑岩铜矿成矿系统与浅成低温热液成矿系统垂直叠置模型

图 4 －4 为 R. H. Sillitoe ( 1991) 对智利金 ( 铜) 矿床分布的总结。该模型的实质是，智利的高硫化浅成低温热液型金矿化往往发育在以侵入体为中心的斑岩型矿化的上方，而低硫化浅成低温热液型矿床和更深部位的接触交代型、脉型金矿床则产在斑岩型矿化的边缘部分 ( 图 4 － 4) 。这个模型为环太平洋西岸大量发现矿床所证实，并正在为深部矿产资源潜力预测提供重要思路。该模型提示我们，一方面，在浅成低温热液矿床深部要注意寻找斑岩型铜 ( 金) 矿床，例如，菲律宾远东南勒班陀含砷铜金矿床下面产出了超大型远东南斑岩铜矿床; 另一方面，由于空间上矿床剥蚀程度存在差异，在平面上要注意浅成低温热液矿床与斑岩铜矿床是否存在伴生关系。

图 4 －4 智利若干典型金矿床相对于理想化斑岩系统的产出位置( 引自 R. H. Sillitoe，1991)

3. 巴尔干 － 喀尔巴阡斑岩铜矿模型R. H. Sillitoe ( 1979) 通过对前南斯拉夫和罗马尼亚斑岩铜矿的研究，提出了斑岩铜矿的巴尔干 － 喀尔巴阡模型。这是四位一体的复合的矿床模型，即斑岩体内为斑岩铜矿，含铜量为 0. 45% ～0. 6%，Au、Mo 均很少; 含矿岩体同中生代碳酸盐岩的接触带有矽卡岩型铜矿床，含铜品位增高; 在中生代碳酸盐岩地层中有交代成因的铅锌矿; 在上部与斑岩体同期同源的火山岩盖层中有同生成因的块状硫化物矿床 ( 黑矿型) 。这个模型的含矿斑岩体为石英闪长斑岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩及同源同期的安山岩、凝灰岩等; 围岩是中生代碳酸盐岩，蚀变作用有钾长石化、绢云母化、青磐岩化及硅化。如果围岩不是碳酸盐岩，就不形成矽卡岩型矿床，这时该模型主要是上部火山岩中的块状硫化物矿床和下部斑岩体内的斑岩铜矿 ( 图 4 －5) 。

图 4 －5 斑岩铜矿巴尔干模型( 引自 R. H. Sillitoe，1979; 王之田等，1994)

欧洲一些国家，利用该模型找到了新的斑岩铜矿。如在前南斯拉夫蒂莫克地带的波尔铜矿区，在研究区域成矿模式及探索斑岩铜矿与块状硫化物之间关系的基础上，利用该模型在块状硫化物矿体( 硫砷铜矿、铜蓝、黄铁矿) 的下面找到了体系深部的斑岩铜矿矿体 ( 图 4 －6) 。

图 4 －6 前南斯拉夫波尔矿床横剖面示意图( 引自王之田等，1994)

在匈牙利的雷克斯克块状硫化物铜矿 ( 硫砷铜矿 －锑硫砷铜矿) 矿体之下 600m 深处，亦发现了斑岩铜矿体。此矿是 1850 年的老矿，当时只开采地表附近的矿石。1959 年，在经过详细地表填图后，决定打 4 个深钻，这些钻孔有铅、锌富集的显示，又决定再打 12 个孔，其中 2 个孔在较大间隔内打到了低—中品位的铜矿石，这就是后来找到的斑岩铜矿。其实，这里的斑岩铜矿在过去的石油钻孔中就遇见了，只是当时未能掌握巴尔干斑岩铜矿体系，找矿中仅把注意力放在寻找块状硫化物矿上。直到 1968 年，在察觉到深部可能存在着斑岩铜矿后，才开始大规模的勘探，从而发现了这个隐伏的斑岩矿体，并摸清了较富的伴生矽卡岩矿。

4. 喷气沉积型 ( SEDEX 型) 铅 － 锌矿床与网脉状铜矿空间分布模型

喷气沉积型 ( SEDEX 型) 铅 － 锌矿床与网脉状铜矿有时在空间上显示出互存的现象。例如，古巴西部就有侏罗纪的喷气沉积型铅 － 锌矿床，在区域内既有层状的 SEDEX 型铅 － 锌矿床，又有网脉状的铜矿，有的矿床上有 SEDEX 型铅 － 锌矿，下有网脉状铜矿。世界其他地方也有与铜矿伴生的 SEDEX 型铅 － 锌矿床，如澳大利亚的芒特艾萨 ( Mount Isa) 矿床、加拿大塞尔温盆地的托姆 ( Tom) 矿床、德国腊梅尔斯伯格 ( Rammelsberg) 矿床，以及中国内蒙古的霍各乞和炭窑口矿床等。

5. “四层楼” 铜矿空间分布模型

同一个金属成矿省内不同时代的矿床，有的可能是地壳中较老的成矿物质经后期地质作用再活化、富集而成的; 也有的矿床不是直接来自古老基底，而是来源于深部，例如下地壳或上地幔。这两种情况都说明，在一个具体的地区，由于地球化学省可能提供充足的成矿物质来源，因此不同时代都可能产出同一种矿产，但由于不同时代地质作用的不同，可能产出不同类型的矿床，因而不同时代的成矿作用具有继承性。最为典型的实例是川滇地区 “四代同堂”的铜矿床序列，简称 “四层楼”铜矿模型 ( 黎功举，1991) ，即从基底为大红山群与细碧角斑岩建造有关的大红山式火山喷气 ( 流) 热液 － 沉积变质铜 ( 铁) 矿床，继之为与陆源碎屑 ( 含火山碎屑) － 碳酸盐岩建造有关的沉积 － 喷气东川式铜 ( 铁) 矿床，再上是在陆表海中形成的同生沉积 － 改造砂砾岩、白云岩型铜矿 ( 滥泥坪式)和在地洼区陆相岩层中形成的成岩后生 － 热卤水砂 ( 页) 岩型铜矿床 ( 滇中式) 。这不是简单的 “四代同堂”( 图 4 －7) ，成矿作用不仅具有继承性，而且具有新生性和多旋回的特点。

6. “三位一体” 矿床模型

在长江中下游地区，形成了以城门山为代表的 “多位一体”( 矽卡岩型、斑岩型、似层状块状硫化物型) 铜多金属矿床。在花岗闪长斑岩与灰岩的接触带形成了矽卡岩型矿床，在石英斑岩与花岗闪长斑岩的岩体中形成斑岩型铜钼矿床，在中石炭统黄龙组灰岩与上泥盆统五通组砂岩层面上形成了似层状块状硫化物型矿床 ( 详情参见模型十二) 。

( 三) 以地质找矿模型为依据，组织矿产勘查工作

地质模型实质上是对成矿环境、成矿过程和控制因素的规律性认识，因而在新矿床的勘查中它无疑能够发挥指导作用。就地质模型来说，它可以指导已知矿带外围和深部勘查。这里举两个例子说明之。

1. 依据已知地质找矿模型，在已知矿带外围系统钻探，直接导致矿床的发现

智利斯潘赛斑岩铜矿床，由于当地的基岩覆盖在 “南美大草原”之下，运用物化探方法效果不佳，便沿成矿构造带在已知矿的两端布置钻探; 进而总结资料，依断裂交会处确定下一步的勘查靶区，终于依靠网格式钻探打到了新矿床。从方法运用上来说，表面看来在这个案例中钻探起了引导矿床发现的关键作用，但是，如果没有以地质找矿模型为基础的地质认识，在该地区已经打过 30000m钻探未见矿的情况下，是难有魄力再布置 9000m 钻探工作，最终导致矿床发现的。

图 4 －7 中国川滇地区“四层楼”铜矿模型( 引自黎功举，1991)

美国卡林金矿带的帕普帕莱恩矿床，从区域成矿带角度出发，基本认识了该矿带地质特征。这也是 20 世纪 90 年代在已知矿床外围的覆盖区开展拉网式钻探，导致发现该矿床。同样位于卡林金矿带的阿基米得 ( Archimedes) 金矿床，是在具有 50 年以上开采历史的著名采矿区发现的，它是简单而有效的勘查计划的成果。虽然老窿的岩屑取样首先表明有金矿化存在，但化探在勘查计划中并没起进一步的作用，因为矿体隐伏于成矿后的盖层之下。在勘查工作中没使用物探，主要是靠先进的地质模型和 “扩边”钻探。

2. 依据地质找矿模型，对已知矿点再评价，导致找矿重大突破

这里以加拿大安大略省温斯顿湖矿床的发现过程为例加以说明。1952 年，Zenmac 金属矿业有限公司完成了小型的天顶矿床的勘查。该矿床为致密块状闪锌矿矿床，储量为 12. 8 × 104t，Zn 品位为23% 和 Cu 为 0. 25% 。天顶矿床位于辉长岩与变质辉石岩相的辉长岩之间的过渡带内。矿床呈透镜状，倾向 NE，倾角 35° ～45°，厚度为几厘米到 13. 4m。

天顶矿床独特的地质背景引起了当时的福尔肯布里奇铜矿公司 ( CFC) 的极大兴趣。为了评价该地区的含矿远景，寻找更大的矿床，CFC 公司于 1978 年 10 月在该区完成了地质普查和岩石地球化学普查测量。研究人员试图将所圈出的异常与天顶矿床的成因结合起来进行综合研究。由于天顶矿床的容矿岩石为辉长岩，这在地质上属于一个异常现象，该辉长岩岩床侵入于下伏的蚀变钙碱性长英质火山岩与上覆的未蚀变枕状拉斑玄武岩质镁铁质火山岩之间。以往的研究工作曾对天顶矿床的成因提出了两种解释，一种认为是脉状后生矿源，另一种则认为是岩浆成因。CFC 公司根据普查、详查的结果，认为天项矿床的成因与火山成因块状硫化物沉积有关。据此，CFC 公司建立了一个地质模型，即将天顶矿床解释为来自长英质火山岩顶部原位大型矿床派生出的一个大的火山成因块状硫化物捕虏体，图 4 －8 示出了模型的一个横断面。

图 4 －8 加拿大温斯顿湖地区天顶矿床及其与矿源的关系( 引自 P. W. A. Severin 等，1989)

为了验证上述解释，CFC 公司在 1981 年打了 8 个金刚石钻孔。其中的 4 个打在 CFC 公司的找矿租地内，这4 个孔中有3 个是为了研究黄铁矿层 ( 它在空间上与长英质火山岩内的堇青石 － 直闪石蚀变带有关) ，第 4 个孔是用来验证位于天顶矿床西北部辉长岩中出现的弱的极大 － 极小耦合电磁法( Max minⅡ) 、甚低频 ( VLF) 和磁异常。另外的 4 个孔打在 Zenmac 金属矿业公司的找矿租地内，用于验证所提出的地质模型。前 4 个孔的结果均令人失望，而后 4 个孔的结果却令人鼓舞，它们查明了出露的燧石质火山灰层的下倾投影的位置，其深度为 125 ～250m。燧石质火山灰层位于上覆的堇青石 － 直闪石蚀变带以东的长英质火山岩的顶部。此外，钻孔穿过了一个喷气岩层，在 4. 3m 的井段上含 0. 57%的锌，并见有 7m 厚的浸染矿化段，含 1%的铜。

此后，CFC 公司根据钻探结果，结合以往勘查的经验，尤其是在魁北克西北部 LacDufault 矿区的勘查经验，他们果断地提出开展钻孔脉冲电磁法 ( PEM) 测量。

钻孔 PEM 测量采用了 5 个大小相同 ( 100m ×100m) 的发射线圈 ( 图 4 －9) ，这样可在多方位进行激发以便根据不同激发位置的异常曲线来推断导电体的位置、形状和大小。测量在 DDH Z0 －4 号孔中进行。结果探测到一个很强的异常，在各记录道内异常由早期到晚期出现符号的变化，说明了异常属于典型的 “边缘”型异常。该异常的中心位于 245m 的深处，而在该处见有几毫米厚的硫化物矿化。不同位置发射所测得的异常曲线的形状是相似的，表明存在着一个板状良导体。另外，南北发射线圈的响应的振幅大致相等，说明板状体在该方向是连续的。从东西发射线圈的响应来看，板状体应该是向东倾并向下方延伸的，这一解释与地面没有观测到任何物探异常的事实和地质上的推断是一致的。另一个值得注意的异常现象是，由西发射线圈得到的异常响应的符号基本上是反向的，且幅值要小一些。这一点可用一次场与激发体的耦合关系加以解释。根据一次场的矢量方向，可以推断出西发射线圈的一次场与向下倾斜的板状良导体耦合最差，且一次场与二次场的方向基本上是相反的，因此便出现了这一异常现象。

根据钻孔电磁测量解释结果及地质推断，1982 年 6 月布设了 Z0 － 5 号孔以验证钻孔 PEM 异常。结果，Z0 －5 号孔打到了 2. 1m 厚的硫化物矿层，Cu 含量为 1. 10%，Zn 含量为 19. 11%，Ag 含量为22. 2g / t，Au 含量为 0. 73g / t。矿带位于地表以下 300m 处的辉长岩岩床的底部。通过上述一系列的综合勘查，发现了这个隐伏的温斯顿湖块状硫化物矿床。

在该矿床发现过程中，矿床地质模型和井中物探模型起着非常重要的作用。通过一系列勘查活动，最终认识到天顶矿床只是一个原位大型温斯顿湖矿床派生的一个火山成因块状硫化物矿床的捕虏体。

图 4 －9 加拿大温斯顿湖钻孔脉冲电磁测量结果( 引自 P. W. A. Severin 等，1989)