热液金矿矿化指数波动特征及沉淀成矿机理研究

裴佃飞，苗胜军，黄冠霖 ，陈 瀚

(1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室, 北京 100083；2.北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083；3.山东黄金集团有限公司, 山东 济南 250100)

1 矿床及矿体概况

该热液金矿位于中国胶东半岛新华夏系沂沭断裂带东侧的次级断裂—焦家构造带中，构造带宽数十米至二百余米，由不同程度绢英岩化蚀变的糜棱岩、碎裂岩、似斑状郭家岭花岗闪长岩、片麻状玲珑花岗岩组成[1]。如图1所示，主容矿构造微裂隙群与构造带斜交，在水平面上呈交角300～350°的侧列(羽状)展布；在剖面上呈交角150～200°的迭瓦状，显张扭性[2]。

与国内外大型金矿床相似，该热液金矿床具有走向短、延深大、倾斜缓、品位低、波动大、连续性较好等特点。本文研究的1#主矿体以微裂隙充填—交代浸染状矿石为主，矿体与围岩无肉眼可识界面，需依据矿产工业指标取样化验结果圈定，矿体走向和倾斜方向边线由穿脉和钻孔单工程圈定结果推定。如图1所示，所圈矿体受构造带控制，总体产状与构造带基本一致，呈透镜状，走向短(约300m)，延深(已控制深度超过600m)大于延长，平均品位6g/t，矿体连续性较好[3]。

矿床中金属矿物以黄铁矿为主，其次为铜、铅、锌硫化物；非金属矿物主要为石英和绢云母，其次为长石、角闪石。金以银金矿嵌布在矿石的微裂隙和晶隙中，粒度大多在0.037mm以下[4]。

2 热液金矿床矿化空间分布特征及成矿机理

2.1 矿床品位空间变化规律及成矿机理

2.1.1 厚度方向品位变化规律及成矿机理

按照经验，矿床品位在厚度方向上的变异系数一般要大于走向和纵向上的变异系数，既厚度方向上的品位变化较大[5-6]。表1和图2分别给出了该金矿1#矿体-120m中段+5#穿脉连续刻槽取样金的品位及其变化曲线。

图例：F —主断层；①—主矿体；jsγ —绢英岩化碎裂岩及绢英岩化黑云母花岗岩；jsδ —绢英岩化碎裂岩；jrδ —绢英岩化花岗闪长岩；—示意微裂隙方向；Ⅱ—穿脉工程；5# —穿脉编号

图2 该金矿-120m中段+5#穿脉品位变化曲线(沿厚度方向)

表1 -120m中段+5#穿脉品位统计(沿厚度方向)

该曲线表现出不同级别峰值波动的特点，这种波动除了受金的沉淀成矿过程的物理化学反应控制，表现出“连续→离散”特点[7]，还受到容矿裂隙及其产状等因素的影响，即穿脉圈定的矿体是由若干条走向大体平行的密集细脉组成，矿液首先充填在形成这些细脉的各条裂隙中，然后再向两壁交代浸染，因此裂隙间的品位较低，从而表现出品位的波动变化。此外，穿脉品位变化曲线峰值状况还说明矿液进入裂隙有时间差异，这种时间差可能是由裂隙的规模、开启程度、以及与导矿构造的关系所造成的。裂隙密集或开启大的部位有利于矿液进入，形成曲线的峰值；而裂隙密度最大、开启程度最大，往往又是矿液最早进入，形成品位最大峰值的部位，然后向两侧和两端随距离和时间而降低[8]。

如表1所示，沿厚度方向金的品位最大峰值出现在第28号、29号样品段，所以，对表1中1～29号样品段品位进行拟合，得到相应的指数函数拟合曲线。

C(x)=2.1235e0.0866x

(1)

图3 该金矿-120m中段+5#穿脉品位拟合曲线(沿厚度方向)

拟合曲线相关系数R=0.92，拟合良好。如果将29号样品位置定为矿化中心，设为零基准点，则29～1号样品段品位变化的指数函数拟合曲线则可表示为：C(x)=2.1235e-0.0866x。

图2中29～45号样品段品位数据规律性较差，未进行拟合。这是因为圈定矿体的人为因素、矿产工业指标因素、取样及工程控制密度等，都会致使矿体内的矿化曲线出现局部偏离于理想的指数函数。所以，偶尔非规律性数据并不能否定热液金矿矿化丰度遵从或隐含“指数函数”分布的特征。

2.1.2 走向方向品位变化规律及成矿机理

表2和图4分别给出了该金矿1#矿体-145m中段沿走向穿脉单工程金的品位及其变化曲线，该曲线特征与厚度方向基本一致。如表2所示，沿走向金的品位最大峰值出现在4#穿脉，所以，选定4#穿脉为矿化中心，设为零基准点，分别对4#～+0#及4#～9#穿脉段金的品位进行拟合，得到相应的指数函数拟合曲线式(2)和式(3)，两式相关系数R分别为0.90和0.91，拟合良好。

C(x)=25.927e-0.021x (2)

图4 该金矿-145m中段穿脉金的品位变化及拟合曲线(沿走向)

走向与厚度方向金的品位变化规律虽然基本一致，但两者的影响因素不完全相同。当矿体只由一条裂隙控制，走向方向也就不存在裂隙排列、疏密的影响；当矿体由多条裂隙构造控制时，则走向上金的品位则受到裂隙排列和疏密的影响[9]。影响走向品位波动的另一个主要因素仍然是时间，因为一条裂隙的形成是从一处微裂纹开始的，逐步向外扩展，形成较大的裂隙，伴随其发生的矿化强度自然也存在着一个时间因素。根据化学反应速度“质量作用定律”，初始开启部位成矿时矿液中金的浓度高，沉淀时形成金的品位就高；随时间推移，逐步远离初始位置处矿液金的浓度降低，形成金的品位也随之降低[10]。

2.2 线金属量空间变化规律研究

线金属量是矿体品位与厚度的乘积，相当于把不同厚度矿体的样线品位统一为等长(1个单位)样品后的样线品位。与“品位”或“平均品位”相比，线金属量可以减小工业指标、圈定矿体等人为因素的影响，可以更好地表述纵向平面各个方向的矿化丰度[11]。按地质工作习惯，本文只对走向及倾斜(延深)方向上线金属量变化规律进行研究。

2.2.1 走向方向(穿脉间)线金属量变化规律

表3和图5分别给出了该金矿1#矿体-145m中段+0#至4#穿脉间线金属量统计值，以及相应的指数函数拟合曲线。

Q(x)=1694e-0.0479x

(4)

拟合曲线相关系数R=0.96，拟合良好，说明该矿品位与厚度相关性较好，圈矿中的人为因素影响不大。

表3 该金矿-145m中段+0#至4#号穿脉间线金属量统计表

图5 该金矿-145m中段4#～+0#穿脉线金属量变化曲线

2.2.2 倾斜方向线金属量变化规律

表4和图6分别给出了该金矿1#矿体179号勘探线-10～-313m各水平控矿高度上线金属量统计值，以及相应的指数函数拟合曲线，该曲线形态特征亦与走向线金属量变化曲线相似。如表4所示，倾斜方向上线金属量最大峰值出现在-145m水平，所以，选定-145m水平为零基准点，分别对-10～-145m及-145～-313m水平高度上线金属量进行拟合，得到两段高度上线金属量的指数函数拟合曲线式(5)和式(6)，两式相关系数R分别为0.84和0.95，拟合良好。

表4 该金矿179号勘探线线金属量统计表

图6 该金矿179号勘探线线金属量变化及拟合曲线

Q(x)=1139e-0.0257x

(5)

Q(x)=1758e-0.0242x

(6)

3 热液金矿化指数函数变化规律的应用研究

如果已知某热液金矿床矿化服从负指数函数分布，即

αx=α0e-k(x-x0)

(7)

式中：αx为待求点x处矿化丰度(品位或线金属量)；α0为起点矿化丰度(品位或线金属量)；e为自然对数的底；k为与矿化强度有关的常数；x为待求点的横坐标；x0为起点横坐标。

在此，基于矿化指数函数变化规律，提出计算热液金矿相邻两工程间的平均品位或线金属量的“对数平均法”，推导过程如下。

根据积分中值定理，由式(7)可得

(8)

式中：αcp为相邻两工程间的平均品位或平均线金属量。

假设

α1=α0e-k(x1-x0)，α2=α0e-k(x2-x0)

式中：α1、α2为相邻两工程的品位或线金属量。

则

将上式代入式(8)，得到热液金矿相邻两工程间的平均品位或平均线金属量。

(9)

根据矿化指数函数变化规律提出的计算热液金矿平均品位或线金属量的“对数平均法”，可以有效的解决“块金效应(特高品位)”[12]、“可采储量的局部估计”及金属储量计算结果偏高等问题。

4 结论

1) 根据品位、线金属量走向、倾斜、厚度三个方向的变化曲线特征，提出了热液金矿床矿化丰度在三维空间上以矿化峰值为中心向两侧呈“负指数函数波动”。

2) 热液成因矿床，金的成矿热液进入构造裂隙后，当压力、温度等达到一定的物理化学条件时，便开始了金的沉淀成矿(“负指数函数”波动)过程。这与一级化学反应速度“质量作用定律”的负指数函数相吻合，说明其成矿机理受控于一级化学反应过程，即在一个期次成矿的一条或一组容矿裂隙中，最早张开的部位矿化丰度最高，形成矿化中心；离矿化中心愈远，金的沉淀愈晚，矿化丰度愈低，呈负指数函数变化。

3) 一个热液矿体在不同方向上的矿化波动特征往往不完全一致，并且具有多个峰值、多个矿化中心的特点。这是因为：一个矿体可能由一条构造裂隙构成，也可能由多条裂隙群复合、贯通构成；一个矿体可能在一个成矿期次完成，更可能是不止一个期次迭加的结果。另外，圈定矿体的人为因素、矿产工业指标因素、取样及工程控制密度等，都会致使矿体内的矿化曲线出现局部偏离于理想的指数函数。所以，多峰等复杂形态并不能否定热液金矿矿化丰度遵从或隐含“负指数函数”分布的特征。

4) 根据矿化指数函数变化规律，提出了计算热液金矿平均品位与线金属量的“对数平均法”。本次研究是基于胶东半岛某热液金矿矿床统计资料完成的，能否应用到其他符合对数正态分布金矿矿床，以及矿化对数正态分布与指数函数分布两者之间是否存在着特定的联系，有待更多的矿床资料进行研究和印证。

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