Question

深部找矿的成矿系统分析

Answer 1

进行深部找矿的关键是要深入研究区域和矿区的成矿规律，重点是成矿环境、成矿系统和成矿演化，以便全面认识矿床之所以产在某一深度空间的原因及其制约因素，据以运用适当手段，发现深部矿床。

1.成矿系统发育的完整程度

按笔者理解，成矿系统是指在一定时空域中，由成矿要素、源-运-储成矿过程、成矿产物及成矿后变化等诸因素构成的成矿整体（翟裕生，1999）。一个发育完整的成矿系统，具有一定的时-空边界，包括三维网络空间，常能包括多个矿种和多种矿床类型。如长江中下游成矿带，具备多种有利的成矿条件，其中的燕山期与岩浆热液有关的成矿系统发育就比较完整，体现了成矿的多样性和复杂性，既有铜、铁、金、银、铅、锌、钴、钒、钛、磷等多个矿种，又有矽卡岩型、斑岩型、脉型、角砾岩型、层控型等多种矿床类型，其形成时间自170～90Ma，又分布在自武汉到上海的沿江毗邻的广阔区域（翟裕生等，1996）。因此，可形成由此及彼、举一反三的找矿思路。

2.成矿系统发育的深度

不同的成矿系统产在不同的构造环境和地壳的不同深度。研究掌握各种成矿系统的发育深度（含深度间隔），有助于从宏观上把握矿床的空间分布规律，包括在垂向上的分布特征。这对于在一个区域中进行深部找矿有直接的指导作用。

根据地质研究和大量探矿、采矿资料，已知变质、受变质矿床多发生在中下地壳中，与幔源基性-超基性岩浆有关的成矿系统产出也较深，可在中下地壳中发生。与花岗岩类有关成矿系统多在上地壳、距地表5～15 km的范围内，而产在陆上和海底的火山-次火山活动有关的浅表热液矿床也可延伸至地下3 km左右。

海陆盆地中的沉积矿床一般是产在水底的近水平、延伸大的矿层，当其受到区域构造作用时可下降到地壳深处并受到明显的热动力变质改造。

不同成矿系统的发育深度参见图11-4，其中矿源场、中介演化场（中介场）和储矿场等概念是参考引用李人澍（1996）的观点。

图11-4 主要成矿系统发育深度概图

Ⅰ—VMS，SEDEX成矿系统；Ⅱ—花岗岩类岩浆热液成矿系统；Ⅲ—镁铁-超镁铁质岩浆成矿系统；Ⅳ—变质-受变质成矿系统；Ⅴ—沉积成矿系统；Ⅵ—韧性剪切带有关成矿系统①—矿源场；②—中介场；③—储矿场

按区域的构造层，可划分出产在古老结晶基底中的成矿系统、早古生代岩层中的成矿系统、晚古生代岩层中的成矿系统、产在中生代和新生代地层中的成矿系统等。越古老的矿床产出的空间局限性越大，越年轻的矿床产出的有利空间越多，可在多个构造层中产出，尤其是产在多旋回构造的地块中的矿床（图11-5）。

图11-5 产于不同构造层和不整合面上的各时代矿床

—前寒武纪；Pz—古生代；Mz-K—中-新生代

3.成矿系统网络结构与矿床分带

矿床分带性指矿床的物质组成、矿石组构、矿化强度（品位）、矿化类型及所在岩石、构造等在区域和矿床内的空间变化规律。研究阐明矿床分带特征，尤其是矿床垂直分带特征，对找寻深部矿床有重要意义。

从成矿系统观点看，成矿系统的网络性表现为系统内部各成员（矿床、矿点、围岩、构造、流体及各类矿化异常）间的有序分布和相互关联，表现为共生、过渡、复合、重叠和多通道性。作为一个网络，它有自己的内部结构和外部边界（三维的），它包括矿化分带，具有比矿化分带更为广阔的内涵。在深部找矿中要着重研究矿化网络的垂向变化趋势。

以上讲的是在一次成矿作用中一个成矿系统的结构及分带性，至于由多个成矿系统叠合交织形成的网络就更加复杂，影响因素就更多。

研究矿床的垂直分带即矿化网络由浅向深的变化趋势，包括以下主要问题：①变化内容：有矿种变化（如浅部银、铅、锌，深部铜、钼等）；矿化类型变化（如上部为脉型、细脉型，下部为斑岩型及矽卡岩型等）；含矿岩石变化（碎屑岩、碳酸盐岩、泥质岩等及其组合）；成矿强度变化（矿石品位和矿体规模），以及由大气、地下水作用制约的氧化带深度等。②变化形式（指矿体由浅到深的变化）复杂多样，可概括为（矿体）连续型、断续型、多层型、叠加型，以及构造断开型等（图11-6）。要强调指出的是，每个矿床都有其形态产状特征，如再经过后来的构造变动，将更加难以辨认和测定。因此，要做详细的调研和缜密的思考判断，包括采用大比例尺立体填图等精细方法，而不宜套用某种现有模式。

图11-6 矿床主要垂向变化型式

如何根据已知的浅表矿床信息推断其向下延伸方向，涉及因素很多，有几点可作参考：

1）利用矿床模型或矿床地球化学模型的完整性。一个完整的矿床模型，应能清楚地显示出矿床的顶部特征和根部特征（蚀变的、构造的、元素组合晕等）及整个矿床的蚀变矿化结构，作为预测深部矿体的重要标志。如斑岩铜矿模型（以矿化蚀变分带为主体）可以作为帮助探寻深部矿的依据，如美国斑岩型 Kalamazoo 矿床深部找矿成功的实例（Guilbert et al.，1986）；又如金矿脉的地化原生晕模型可帮助判断矿头、矿身、矿尾的部位，从而有助于指出深部找矿方向（李惠等，1998）。

2）构造控矿研究。构造是控制矿体向深部延伸的重要因素，大型垂直断裂及其中的角砾岩筒、岩墙等控制的矿体可深达1 km以上，主要断裂与分支断裂的交点常是富矿囊定位处。而复式褶皱的顶缘虚脱部位也是富矿石聚集部位。一般可依据含矿断层的断距、断裂带宽度、断裂性质推测该断层的垂向深度及相应的矿体尖灭深度；也要注意矿化系统垂向的多通道性对矿床规模及产状的控制（翟裕生等，1993）。

除垂向构造外，不同岩层界面、不同构造层界面、不整合面、拆离和滑脱断层带及隐伏岩体接触带也应注意研究，因为这些有显著物化性质差异的临界面和突变带，常是含矿流体运移道路上的物理化学障，是深部矿体的就位场所。

矿床的垂向变化参见图11-7，深部矿床产状十分复杂，这里只是概括地加以表述。该图中的多型多层型常表现为高硫的浅成低温矿床和深部斑岩铜矿床的套叠（Telescoping），这在很多地区是常见的（Hedenquist et al.，1999）。另外，矿床由浅到深的变化，除表现在矿体的形态产状外，在成矿元素、蚀变类型等方面也会有变化，如著名的澳大利亚芒特艾莎矿床在浅部以铅锌矿为主，到1500 m±的深度则以铜矿石为主（Perkins，1990）。

4.深部矿床的示踪标志

大多数矿床包括深部矿床与周围的不含矿地质体有明显的物理和化学性质差别，表现为种种异常。在矿床的形成过程中，一般都经历了由矿源、流体输运到矿石沉淀聚集的整个过程。在这个过程中含矿流体在所经地质体中会遗留下或多或少的成矿痕迹（踪迹）。这类成矿过程的遗迹的分布范围较广，过去对它们的关注和研究不够。它们和矿体本身的异常都可以作为追踪和指示矿体存在的标志，对它们作全面研究是深部找矿的一个必要手段。也就是说，对矿床（储矿场）本身的矿化异常研究要扩展到对整个成矿系统包括矿源场、中介场（输运场）和储矿场的矿化异常的研究。这在找矿难度日益增大的条件下，是提高找矿成效的必要手段，也是对矿化异常理论研究范围的扩大和突破（图11-7）。

矿体和矿化通道中的各类异常不是孤立的，而是密切关联的。运用综合的和整体的观点，对地、物、化、遥异常，宏观异常与微观异常，直接异常与间接异常，原生异常与次生异常等作综合研究，可以建立起各类成矿系统（区域的、矿田的）的综合异常模型（翟裕生等，1999），这对找矿是很有帮助的（图11-7）。

除图11-8中标出的各种异常外，在岩石、矿物尺度上的异常还有标型矿物晕、矿相学特征等，在微观尺度上还有矿物流体包裹体特征、地气晕、显微及超微结构特征等。

上述异常信息都各有其有用性和局限性，偏宏观的异常信息如地球物理、构造及岩石异常等能反映成矿的构造岩石环境及矿体的间接信息可用于优选靶区；而蚀变岩石、找矿矿物学和各类地球化学晕是接近矿体的信息，可据以逼近矿体。实际工作中，应综合运用各类信息筛选出各种异常的复合带、浓集带，它们常是大型矿床（体）的示踪标志。

图11-7 成矿系统及综合异常网络图解

关于深部找矿的浅部示踪标志，可以举内生铁矿床为例。笔者1956年研究河北承德大庙-黑山钒-钛-磁铁矿矿床时，注意到：在矿区地表的矿体露头中显示有伟晶状矿脉，有大量的分支状小型贯入式矿体且其围岩蚀变比较轻微，这些都是铁矿床的浅部标志。依据这些浅部标志，结合在本区发现的显著高磁异常，还有对矿区岩石、构造及区域风化剥蚀程度的分析，以及已揭露矿体已深达300 m等信息的综合分析，提出“大庙矿床有工业意义，尤其是贯入式矿体价值最大。从成矿的先决条件分析，区域内钛磁铁矿矿床很有远景”（翟裕生，1957）。近年来的危机矿山深部找矿工作已经钻探证明黑山矿床的铁矿体延深已经超过1000 m，矿量有较大增长，此外还在大庙邻区找到新的同类矿床。

再以湖北大冶铁矿床为例，翟裕生、石准立、姚书振等于20世纪70年代在其露天采场观察时，发现贯入式富矿体的浅部特征，包括：富矿体边缘闪长岩中有裂隙充填的小矿脉，且在铁矿体中有闪长岩板条（中石）定向排列；富铁矿体边缘发育有晶洞，中间有磁铁矿晶簇；富矿体的围岩蚀变轻微；以及在灵乡矿区发现有矿浆-热液过渡型铁矿体等，认为这些都是大型铁矿床的浅部标志。近几年的危机矿山探矿增储项目，在铁山矿床经钻探在1000 m以下深度发现新的富矿体。

深部矿床（体）的各种异常，如果在矿床形成后未经重大变化，则原生异常保存较好，但由于位置较深，其反映在浅部的异常信号一般比较微弱。这需要充分利用已有钻孔、坑道中揭露的每一个直接间接矿化信息，作精细的观察、研究和判断；注意开展钻井中和坑道内的物化探等工作，从近距离捕捉矿化异常。同时，也要针对深部矿床的种种特点，研究发现新的异常和新的探测方法。一些有效的常规地质方法也可提供重要信息，例如，找矿区内成矿后岩脉或断层如在深部切过矿体，则可能将破碎的矿石块（粉）带到浅部，从而提供深部存在矿体的证据。勘查地球化学表明，当地气（Geogas）通过矿床或矿床周围的原生分散晕时，会将超微细颗粒乃至纳米级的成矿元素带到更浅部位直到地表，从而提供比较可靠的有关深部可能存在大型矿床的信息（谢学锦，2002；王学求等，2010）。

5.结语及建议

当前在中国中东部广大地区，已逐步进入深部找矿的新阶段。深部找矿的经济和社会意义重大，同时也是发展成矿学和矿产勘查学的一个良好机遇，希望同行专家多加关注。近期内可先制定工作规划，坚持产学研相结合的调查研究路线，深入解剖代表性矿山，充分收集整理分析已有的大量地矿资料，研究矿床成因和就位机制，阐明矿化网络，建立深部矿床的精细结构模型，并以工程查证，以期找到深部矿体。

深部找矿既要有系统观和整体观，又要精细观测，见微知著。既要通过类比从已知到未知，寻找与已知矿床类型类似和同类的矿床；又要善于求异创新，注意那些与已知矿床类型不同的新矿床类型和新矿种，以及相应的新的成矿环境和控矿因素（翟裕生，2003）。