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地質找礦模型的研究與應用

(1)根據礦床蝕變分帶模型,追蹤蝕變帶範圍,預測外圍隱伏礦床。

1.通過斷層構造填圖識別和恢復整個斑巖蝕變系統。

圖4-1美國San Manuel-Kalamazoo斑巖銅礦床構造史示意圖(引自J. D. Lowell等人,1970;趙,2008,修訂版)

礦化蝕變分帶是該礦床最明顯、最具特征的地質找礦標誌,往往對查明礦床的存在和確定找礦方向起著決定性的作用。最著名的例子是美國亞利桑那州南部卡拉馬祖斑巖銅礦的發現過程。J. D. Lowell等人(1970)在該礦床中發現了標準的分帶礦化和蝕變特征,但他們發現只有壹半已識別的蝕變帶是由斷層作用留下的,因此推斷另壹半可能已被移動到其他地方。通過對斷層走向和斷層距離的研究,發現了它的另壹半,即San Manuel礦床(圖4-1)。這兩個礦床的蝕變帶組合在壹起形成壹個完整的環。這個例子有力地說明了礦化和蝕變標誌的重要性,因此被探礦者廣泛使用。雖然識別出的蝕變不是那麽完整和“標準”,但典型蝕變如鉀堿蝕變、絹雲母化蝕變、泥化蝕變和潘慶蝕變是常見的,它們都被視為確認礦體存在和指導勘探部署的重要標誌。

2.利用遙感和地球物理手段識別淺覆蓋區斑巖蝕變系統。

識別地表斑巖系統並圈定其範圍是實現斑巖銅礦找礦的關鍵。依靠遙感填圖和地球物理調查,可以有效圈定隱伏區斑巖成礦系統的範圍。例如,智利北部的Coiavasi礦床包括Rosario和Ushina斑巖銅礦系統。通過對1978 ~ 1979時期多個老礦坑和采礦廢石堆的觀察,認識到以Rosario礦床為中心的蝕變帶和烏什納礦化系統的出露邊緣具有斑巖銅礦的特征,但由於地表薄碎屑堆積和中新世礫石層的覆蓋,整個斑巖系統特別是烏什納礦化系統的空間分布範圍並不明確。在這種情況下,已經鉆了60多個鉆孔,勘探效果並不顯著。65438年至0990年,通過衛星影像解譯和地球物理勘探,在羅薩裏奧斑巖銅礦系統上圈出壹條圓激發極化異常,其特征為高極化率、低電阻率。同時,在Ugina的瀝濾鐵帽的暴露部分以及礦化後被熔結凝灰巖覆蓋的以東3km的區域也圈定了異常(圖4-2)。Ugina的激發極化異常與壹個環向磁力較高的環向磁異常壹致,是黃鐵礦暈的反映。後來發現小於10ω·m的電阻率與斑巖銅礦化壹致。

圖4-2智利北部Coyawasi礦床的Rosario和Ushina斑巖銅礦系統(引自R. L. Moore等人,2002年)顯示了這兩個系統的低電阻率異常。

烏吉納的礦孔已到達輝銅礦富集帶,厚度超過65,438+000米,平均銅含量超過65,438+0%。鉆孔鉆在基巖露頭最邊緣的礦化熔結凝灰巖附近,因為它顯示出瀝濾薄紗、赤鐵礦化和礦脈互穿的有利特征。當時發現孔的位置仍在激發極化測量範圍之外。完成激發極化測量後,圈起的低電阻帶被解釋為細脈高強度發育的反映。根據激發極化的結果,確定了熔結凝灰巖覆蓋了下面Ugina礦化富集帶的整個範圍(圖4-2)。

3.建立克拉瑪依斑巖型鉬礦床模式,指導成礦帶內大型鉬礦床的不斷發現。

美國科羅拉多州頂極斑巖型鉬礦找礦模型的成功應用,是找礦模型應用中的經典。Kelemex礦床是20世紀初開采的特大型鉬礦。人們認為該礦床是由巖漿侵入作用形成的。後來,地質學家在詳細觀察和深入研究的基礎上,發現了許多“異常”的地質現象,這些現象用壹次性侵入理論無法得到滿意的解釋。基於對舊資料的檢查和理解,以及對大量艱苦細致的野外觀察所獲得的新資料的綜合分析,建立了Clemax鉬礦多次侵入體和礦化的找礦模型,即Clemax巖株是壹個由四個主要巖體或主要侵入階段組成的復合巖體,每個巖體或侵入階段都有壹套與其成因和時間相關的熱液產物。每壹次巖漿侵入都伴隨著熱液和礦化活動,而且每次侵入都比前壹次更劇烈。該模型後來被完全應用於在科羅拉多成礦帶尋找新的鉬礦床。

(1)對晚期無礦階段產物及其時空位置的科學解釋,導致了亨德森隱伏鉬礦床的發現。

科羅拉多成礦帶中的紅山地區和克萊馬克斯地區在地質上有許多相似之處:有網狀脈狀輝銅礦化;兩者都靠近第三紀強烈活動斷層;礦體均與具有相同時代和成分的復合巖系有關。均顯示多期礦化蝕變;金屬礦物的種類完全壹樣。據此認為,如果有利的巖漿和構造在時間和空間上有機結合,就有可能在紅芒廷地區深部形成Clemax型多層鉬礦體。為了檢查最佳鉬異常,在詳細分析的基礎上,在雷德蒙特西北方向鉆了壹個試驗鉆孔,暴露了亨德森礦體的邊緣。通過進壹步的工作,在1963,查明了壹個隱伏在914 ~ 1067 m深度的大型礦床。

(2)礦床模型地質參數對比發現埃蒙斯山大型鉬礦床。

亨德森鉬礦的發現不僅證實了Clemax鉬礦床模型的正確性,而且豐富了該模型的內容。利用新改進的模型參數,有力地指導了埃蒙斯山鉬礦床的發現(J. A. Thomas,1982)。

雷德蒙特地區和克萊馬克斯地區的鉬礦床有許多相似之處,但也有壹些重要的區別:雷德蒙特地區的下伏巖石是新鮮的花崗斑巖,而克萊馬克斯地區是典型的斑巖;在Clemax地區有大量的前寒武紀變質巖,但在Redmount地區這種巖石相對較少。與亨德森礦體相比,熱液蝕變帶更完整。根據這些差異,對現有的存款模型進行了進壹步的修正。

埃蒙斯山位於科羅拉多成礦帶的中西部。1968年在埃蒙斯山西北部雷德韋爾盆地進行有色金屬資源潛力評價時,在侵入角礫巖筒中發現了含輝鉬礦化的散在流紋巖碎塊,該含鉬巖石特征與Clemax型鉬礦化母巖相似。在1970 ~ 1972期間,在地面暴露的流紋質角礫巖筒上鉆了11鉆孔。結果發現了壹個淺部有色金屬礦化帶和兩個深部低品位鉬礦化帶,即上、下雷德韋爾鉬礦體。這壹發現引起了公司的註意。他們認為,已發現的鉬礦床的許多重要參數與克利馬斑巖型鉬礦模型相似,有希望在該地區找到更豐富、更大的鉬礦床。根據與Clemax和Henderson鉬礦床的對比,制定了初步勘探方案。其中,通過鉆探圈定了雷德韋爾盆地兩個鉬礦床的延伸,並通過對埃蒙斯山其余地區的詳細測繪,研究了雷德韋爾盆地蝕變巖和應時脈的分布。1976年夏天,在完成初始計劃後,為了驗證埃蒙斯山東南部雷德勒迪盆地外圍的目標區域,鉆了壹個750米深的鉆孔,鉆孔下部240米暴露了廣泛發育的應時-黃鐵礦-輝鉬礦細脈。經過1977 ~ 1978年的工作,壹個大型鉬礦床的礦石儲量為1。56 ×108t,MoS2平均品位為0。43%,埋深420米。

(2)根據礦床成礦系統和分帶模式,進行深部成礦預測。

從已知到未知的模型類比了成礦系統深部空間的找礦分布和演化,提高了深部找礦預測的準確性。根據已知礦床建立的礦石分帶模型和構造控制模型在外圍進行對比,尋找與已知礦床相同類型的礦床。這壹戰略在已知礦床外圍的找礦中發揮了重要作用,成功的例子數不勝數。特別是近年來深部找礦的大發現,使人們逐漸發現,在平面上公認的分帶模式,在垂直方向上基本上可以看到。因此,建立礦床空間分帶模型來指導找礦具有重要的現實意義。

圖4-3太古宙脈狀金礦床地殼連續礦化示意圖(引自D. I. Groves,1993)

1.太古宙脈狀金礦床的連續地殼成礦模式

20世紀80年代後期以來,在津巴布韋、澳大利亞等太古宙麻粒巖相巖石中發現了多個高溫(> 700℃)熱液脈型金礦,在次綠片巖相巖石中也發現了壹些低溫(< 180℃)熱液脈型金礦。這些發現極大地改變了人們以前的認識,修正了壹些傳統觀念。因此,澳大利亞的d . I . Groves(1993)在總結前人研究的基礎上,提出了“太古宙脈狀金礦連續地殼成礦模式”(圖4-3)。根據該模式,脈狀金礦床產於亞綠片巖相至麻粒巖相的變質巖中,金礦床可在不同垂直深度連續形成,至少涉及15km以上的地殼剖面。不同變質巖中的金礦床屬於壹組連續的同生礦床組合,但這三種類型的金礦床在成礦構造條件、圍巖蝕變組合、礦石礦物組合和金的賦存狀態等方面有所不同。該模型並不反映同壹礦區內金礦化的垂直分布,而是大體反映了壹系列金礦床在區域範圍內的分布特征,從而將成礦系統的演化與不同深度的礦床演化統壹起來。

2.斑巖銅礦成礦系統與淺成低溫熱液成礦系統的垂直疊加模式。

圖4-4是R. H. Sillitoe (1991)對智利金(銅)礦床分布的總結。該模式的實質是,智利高硫化物淺成低溫熱液金礦化往往發育在以侵入體為中心的斑巖礦化之上,而低硫化物淺成低溫熱液礦床和較深接觸交代型、脈型金礦床則產在斑巖礦化的邊緣(圖4-4)。這壹模式已被環太平洋西海岸大量礦床的發現所證實,並為深部礦產資源的潛在預測提供了重要的思路。該模式建議,壹方面應註意在淺成低溫熱液礦床深部尋找斑巖銅(金)礦床,如在菲律賓遠東南的勒班托含砷銅金礦床下已產出超大型遠東南斑巖銅礦;另壹方面,由於礦床在空間上剝蝕程度的差異,需要註意淺成低溫熱液礦床與斑巖銅礦在平面上是否存在伴生關系。

圖4-4智利幾個典型金礦相對於理想化斑巖系統的產出位置(引自R. H. Sillitoe,1991)。

3.巴爾幹-喀爾巴阡斑巖銅礦模式R. H. Sillitoe (1979)在對前南斯拉夫和羅馬尼亞斑巖銅礦研究的基礎上,提出了巴爾幹-喀爾巴阡斑巖銅礦模式。這是壹個四位壹體的復合礦床模式,即斑巖體為含銅0.45% ~ 0.6%,含少量Au、Mo的斑巖銅礦床。含礦巖體與中生代碳酸鹽巖接觸處有矽卡巖型銅礦,銅品位增高;中生代碳酸鹽巖地層中有交代型鉛鋅礦床;上部火山蓋層中有與斑巖體同期的塊狀硫化物礦床(黑色礦石型)。該模型中的含礦斑巖為同期的應時閃長巖、應時二長閃長巖、花崗閃長巖、安山巖和凝灰巖。圍巖為中生代碳酸鹽巖,蝕變有鉀長石化、絹雲母化、青盤巖化和矽化。如果圍巖不是碳酸鹽巖,就不會形成矽卡巖礦床。此時,該模型主要由上部火山巖中的塊狀硫化物礦床和下部斑巖體中的斑巖銅礦床組成(圖4-5)。

圖4-5斑巖銅礦床巴爾幹模型(引自R. H. Sillitoe,1979;王誌田等,1994)

壹些歐洲國家利用這壹模式發現了新的斑巖銅礦。例如,在前南斯拉夫蒂馬克的波爾銅礦區,在研究區域成礦模式和探索斑巖銅礦與塊狀硫化物關系的基礎上,利用該模式在塊狀硫化物礦體(黃銅礦、青銅礦和黃鐵礦)下發現了系統深部的斑巖銅礦體(圖4-6)。

圖4-6前南斯拉夫波爾礦床剖面示意圖(引自王誌田等,1994)

在匈牙利Rexk塊狀硫化物銅礦體下600米深處也發現了斑巖銅礦體。這個礦是1850的老礦。那時,只開采地表附近的礦石。1959年,經過詳細的地表填圖,決定鉆4個深孔,顯示鉛鋅豐富,決定再鉆12孔,其中兩個大區間打中低品位銅礦,就是後來發現的斑巖銅礦。這裏的斑巖銅礦其實在過去的石油鉆探中就遇到了,只是當時沒有掌握巴爾幹斑巖銅礦體系,註意力只放在尋找塊狀硫化物礦上。直到1968發現深部可能有斑巖銅礦後才開始大規模勘探,從而發現了這個隱伏的斑巖礦體,並找到了豐富的伴生矽卡巖礦。

4.噴射沈積(SEDEX型)鉛鋅礦床和網狀銅礦床的空間分布模式。

噴射沈積(SEDEX型)鉛鋅礦床和網狀脈狀銅礦床有時在空間上表現出共存的現象。比如古巴西部就有侏羅紀噴射沈積鉛鋅礦。該區既有層狀SEDEX鉛鋅礦床,也有網狀銅礦床。有些礦床有SEDEX鉛鋅礦床和網狀銅礦床。世界其他地區也有與銅礦伴生的SEDEX型鉛鋅礦床,如澳大利亞的Mount Isa礦床、切爾文盆地的Tom礦床、德國的Rammelsberg礦床、中國內蒙古的霍格奇和炭窯口礦床等。

5.“四層樓”銅礦的空間分布模型

同壹金屬成礦省不同時代的壹些礦床,經過後期地質作用,可能被地殼中較老的成礦物質重新活化富集;有些沈積物不是直接來自古老的基底,而是來自深部,如下地殼或上地幔。兩個案例都說明,在特定地區,由於地球化學省可能提供充足的成礦物質來源,同壹種礦物可能在不同時期產生,但由於不同時期的地質作用不同,可能產生不同類型的礦床,因此不同時期的成礦作用具有繼承性。最典型的例子是川滇地區“四世同堂”銅礦序列,簡稱“四層”銅礦模式(李公舉,1991),即與基底細碧斑巖建造有關的大紅山火山噴流(流體)熱液-沈積變質銅(鐵)礦床。其次是與陸源碎屑(包括火山碎屑)-碳酸鹽建造有關的沈積-噴流東川銅(鐵)礦床,然後是陸表海中形成的同生沈積-改造砂礫巖、白雲巖型銅礦(爛泥坪型)和地窪地區陸相地層中形成的成巖後生-熱鹵水砂(頁巖)型銅礦(雲南中國式)。這不是簡單的“四世同堂”(圖4-7)。成礦作用不僅具有繼承性,而且具有再生性和多旋回性。

6.“三位壹體”存款模式

長江中下遊已形成以城門山為代表的“多位壹體”銅多金屬礦床(矽卡巖型、斑巖型、層狀塊狀硫化物型)。矽卡巖型礦床形成於花崗閃長斑巖與灰巖的接觸帶,斑巖型銅鉬礦床形成於石英斑巖和花崗閃長斑巖的巖石中,層狀塊狀硫化物礦床形成於中石炭統黃龍組灰巖和上泥盆統吳彤組砂巖上(詳見模型12)。

(三)依據地質找礦模型,組織礦產勘查工作

地質模型本質上是對成礦環境、成礦過程和控制因素的規律性認識,因此對新礦床的勘查無疑能起到指導作用。就地質模型而言,它可以指導已知礦帶外圍和深部的勘探。這裏舉兩個例子來說明。

1.根據已知的地質找礦模型,在已知礦帶的外圍系統進行鉆探,直接導致礦床的發現。

在智利斯潘賽斑巖銅礦中,由於當地基巖被覆蓋在“南美大草原”之下,應用物化探方法效果不佳,故沿成礦構造帶在已知礦兩端布置鉆探;然後對資料進行總結,根據斷層的交匯情況確定下壹步勘探目標區。最後,網格鉆探發現了壹個新的礦床。從方法的應用來看,鉆探在該案例中對礦床的發現起到了關鍵的指導作用。但是,如果沒有基於地質找礦模型的地質認識,很難在該地區安排9000米的鉆探工作,鉆探30000米後沒有發現任何礦石,最終導致該礦床的發現。

圖4-7中國川滇地區“四層樓”銅礦模型(引自李公舉,1991)

美國卡林型金礦帶中的Papu Parlane礦床,從區域成礦帶的角度基本了解了該礦帶的地質特征。這也是20世紀90年代在已知礦床周圍的覆蓋區進行拖網鉆探時發現的礦床。阿基米德金礦床也位於卡林金礦帶,是在壹個有50多年開采歷史的著名礦區發現的。這是壹個簡單有效的勘探計劃的結果。雖然老洞穴的巖屑取樣首次顯示了金礦化的存在,但地球化學勘探並沒有在勘探計劃中發揮進壹步的作用,因為礦體在礦化後被掩蓋在上覆地層之下。勘探工作中不使用物探,主要依靠超前地質模型和“擴邊”鉆探。

2.根據地質找礦模型,重新評價已知礦點,導致找礦取得重大突破。

這裏以加拿大安大略省溫斯頓湖礦床的發現過程為例進行說明。1952年,Zenmac金屬礦業有限公司完成了壹個小型天頂礦床的勘探。該礦床為致密塊狀閃鋅礦礦床,儲量為12。8 × 104t,鋅品位23%,銅含量0。25%.天頂礦床位於輝長巖和變質輝石巖輝長巖之間的過渡帶。礦床呈透鏡狀,傾向NE,傾角35° ~ 45°,厚幾厘米至13.4米..

天頂礦床獨特的地質背景引起了當時鷹橋銅業公司(CFC)的極大興趣。為了評價該區的含礦遠景,尋找較大的礦床,CFC公司於6月1978+10月完成了該區的地質調查和巖石地球化學調查。研究人員試圖將圈出的異常與天頂沈積物的成因結合起來,進行全面的研究。天頂礦床的容礦巖石為輝長巖,這是壹種地質異常。輝長巖層侵入於下伏蝕變鈣堿性長英質火山巖和上覆未蝕變枕狀拉斑玄武巖基性火山巖之間。前人對天頂礦床的成因提出了兩種解釋,壹種認為是脈狀後生礦源,另壹種認為是巖漿成因。根據普查和詳查結果,CFC公司認為天祥礦床的成因與火山塊狀硫化物沈積有關。據此,CFC公司建立了壹個地質模型,即天頂礦床解釋為源自長英質火山巖頂部原位大型礦床的大型火山塊狀硫化物捕虜體。圖4-8顯示了模型的橫截面。

圖4-8加拿大溫斯頓湖區zenith礦床及其與礦源的關系(引自P. W. A. Severin等人,1989)

為了驗證上述解釋,CFC公司在1981鉆了8個鉆石孔。其中四個是在CFC公司的勘探租約中鉆探的。這四個孔中的三個用於研究黃鐵礦層(在空間上與長英質火山巖中的堇青石-角閃石蝕變帶有關),第四個孔用於驗證位於天頂礦床西北部的輝長巖中的弱最大-最小耦合電磁法(Max min)、甚低頻(VLF)和磁異常。其他四個鉆孔是在Zenmac金屬礦業公司的勘探租約中鉆探的,以驗證擬議的地質模型。前四洞成績令人失望,後四洞成績令人鼓舞。他們查明了出露的燧石火山灰層向下投影的位置,其深度為125~250m。燧石火山灰層位於上覆的堇青石-角閃石蝕變帶以東的長英質火山巖頂部。此外,鉆孔穿過壹個氣體噴射地層,含0。4 . 57%的鋅。3m層段和7m厚的含1%銅的分散礦化層段。

之後,CFC公司根據鉆探結果和以往的勘探經驗,決定開展鉆探脈沖電磁法(PEM)調查,特別是在魁北克西北部的LacDufault礦區。

在鉆孔PEM測量中使用了5個大小相同(100m ×100m)的發射線圈(圖4-9),這樣可以在多個方向上進行激發,根據不同激發位置的異常曲線來推斷導體的位置、形狀和大小。測量在DDH Z0 4號孔進行。結果檢測到壹個強異常,異常的符號在每條軌跡上由早變晚,表明該異常屬於典型的“邊緣”異常。異常中心位於245米深處,可見幾毫米厚的硫化物礦化。不同位置發射測得的異常曲線形狀相似,表明存在良好的板狀導體。此外,南北發射線圈響應的幅度大致相等,表明板狀體在這個方向上是連續的。從東西向發射線圈的響應來看,板狀體應該是向東傾斜,向下延伸,這與地面上沒有觀測到地球物理異常和地質推斷是壹致的。另壹個值得註意的異常是,西發射線圈得到的異常響應符號基本反轉,幅度更小。這可以用壹次場和激子的耦合關系來解釋。根據壹次場的矢量方向,可以推斷出西發射線圈的壹次場和向下傾斜的平板導體之間的耦合最差,壹次場和二次場的方向基本相反,所以出現了這種異常現象。

根據鉆孔電磁測量解釋結果和地質推斷,6月1982布設了Z0 5孔,驗證鉆孔的PEM異常。結果,Z0 5號鉆孔鉆遇了壹個厚度為2。1m,含銅1。10%,鋅含量19。11%,銀含量220。金含量為0 . 73g/t。礦帶位於地表以下300米的輝長巖基巖底部。通過以上壹系列的綜合勘探,發現了溫斯頓湖的這個隱伏塊狀硫化物礦床。

在礦床的發現過程中,礦床的地質模型和井中的地球物理模型起著非常重要的作用。通過壹系列的勘查活動,最終認識到天頂礦床只是壹個源自大型原地溫斯頓湖礦床的火山塊狀硫化物礦床的捕虜體。

圖4-9加拿大溫斯頓湖鉆孔脈沖電磁測量結果(引自P. W. A. Severin等人,1989)。