定向岩芯构造分析及在金矿勘查中的运用

2014-08-25，，，，，

地质学刊 2014年3期

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(1.江苏省地质矿产勘查局，江苏南京 210018； 2.江苏省地质工程有限公司，江苏南京 210018； 3.江苏省地质勘查技术院，江苏南京 210049； 4.江苏省地质矿产勘查局第一地质大队，江苏南京 210041)

0 引言

岩芯定向技术是通过对钻孔岩芯作定向标记，从而获取带有定向标记方位角的定向岩芯，对定向岩芯复位测量或计算，即可求解出岩层层面或断裂面的产状。利用岩芯求取地下地层面或构造面产状传统上常采用三点法、双孔或单孔测斜数据推算法(董士尤等，1984；李素兰等，1991；张碧琴等，1996)，存在不确定性或误差较大。用定向岩芯求解构造面产状比较简单，适用性广，结果可靠。

岩芯定向是固体矿产钻探与开采、工程勘查、石油天然气勘探与开发、大陆和大洋科学钻探的重要工作内容，这项技术已经在石油勘探开发中广泛应用(王海军等，2011)。由于地质岩芯直径较小，地质钻探取芯对这项技术关注热度不够。随着岩芯定向技术的发展(吴光琳，1992；路桂英等，2010)，岩芯定向的成本及误差大幅下降。岩芯定向技术对正确判定地下岩(矿)层和断裂面产状、查明深部地质构造和矿体延伸，指导地质勘探设计和矿床开采都有很大意义。

1 定向岩芯中各夹角的测量

通常用记号笔在定向岩芯标示孔底端线(BOH，Bottom Of Hole)，表示与钻孔方位角相反的钻孔底端位置(图1a)。圆柱状的岩芯与构造面的交切面是一个椭圆，其长轴由弯曲度最大的2个转折点E—E′连线而成。过转折点在岩芯表面平行于岩芯轴的线即为转折线。椭圆长轴较低一端标注为E点，较高一端标为E′点。岩芯轴(CA，Core Axis)与椭圆长轴E—E′之间的锐夹角即为轴夹角α(图1b)。与岩芯轴垂直的假设平面称之为圆周平面。孔底端线(BOH)在其圆周上为孔底端点BOH，构造面的长轴的2个端点，在圆周平面上为点E和E′。从孔底端点顺时针至构造面椭圆长轴低端E之间的夹角即为β(图1c)。

利用α角和β角，以及测量时钻孔的方位角和倾角，就可以解算出构造面的产状。应注意的是，随着α角的增大，交切岩芯的椭圆越来越接近正圆，使得长轴E—E′难以确定，误差增大，一般推荐当α≥65°时就不采用通过测量内夹角来恢复原始产状的方法(Marjoribanks，2010)。

图1 定向岩芯中α角和β角的定义

2 利用赤平投影转换内部角度成构造面产状

当定向岩芯中的构造面用α角和β角进行测量后，就可以利用赤平投影计算真实产状。其基本原理是岩芯轴(CA)、构造面的极点(P)以及交切椭圆的长轴(E—E′)均位于同一个平面中。岩芯轴(CA)的产状可以由钻孔测数据得知，长轴(E—E′)可以简单地由β夹角推算可到，通过CA和E—E′的大圆弧即代表含有构造面极点(P)的平面，在这个平面中，P点位于从CA旋转90°-α，离开E方向，或者从CA指向E′方向。

具体的操作步骤见图2：(1) 投影测量α角和β角位置时的岩芯轴到赤平投影网上，即CA，本例中，假设钻孔岩芯轴产状为方位角0°，钻孔倾角45°。(2) 投影2个参考平面。其一是通过岩芯轴的垂直平面，在赤平投影网上为通过CA和中心点的一条直线；另一是以岩芯轴为法线的圆周平面，在赤平投影网上为与CA呈90°夹角的大圆弧。2个参考平面的交点即为孔底端线(BOH)。(3) 在代表岩芯圆周平面的大圆弧上，从BOH顺时针旋转β角度后的点即为E或E′。如果0°<β<90°，或270°<β<360°，则该点为E；如果90°<β<270°，则该点为E′；如果β角正好为90°或270°，则E和E′同时出现在大圆弧两端。(4) 旋转网格，找到同时通过CA和E或E′的大圆弧(图2中用虚线表示)。这一平面即代表通过岩芯轴和构造面与岩芯交切圆弧长轴的平面。(5) 在步骤4中的虚线大圆弧上，从点CA离开E方向旋转90°-α，或者从CA指向E′方向计算90°-α，即为代表构造面法的P点位置。如果E和E′都出现在图上，则上述2种方法均有效。

图2 利用赤平投影转换岩芯α角和β角至构造面产状，吴氏网，下半球投影

在实际工作中，由于测量的大量数据，一般运用构造分析软件，如GeoCalculator等进行批量转换与统计分析。更可以对岩芯中构造面上的线理进行测量及构造运动的定量分析(Marjoribanks，2010)。

3 定向岩芯构造分析在金矿勘查中的应用

澳大利亚新南威尔士州某金矿点，位于东澳新英格兰造山带，周边发育石炭纪变质杂砂岩基底和二叠纪二长花岗岩-花岗闪长岩-英闪岩，以及区域性长英质岩脉，近年来被认为是与侵入岩相关的新类型金矿(胡朋等，2006；Mustard，2006)。该金矿点有一古采坑，在距浅井以南20 m指向浅井方向施工了岩芯定向钻孔DD002和DD003，设计钻孔方位角为354°，钻孔倾角60°。对钻孔中高品位矿段的岩芯进行分类统计，发现矿化主要以填充于节理内的硫化物细脉浸染状和含硫化物石英细脉状为主(图3)。节理是含矿热液运行的通道又是沉淀的良好场所，是许多金矿床控制矿脉矿体的最常见和最重要的一种构造(宋明春等，2008；李子英等，2010)。含矿节理的形态及组合形式，实际就体现为矿脉的形态和组合形式。2组含矿节理相交，以锐角者对矿体形成更有利，交切的交线，一般伸入地下较深，既是矿液的上升通道，又是矿液的沉淀场所(戴安周，1990)。

图3 DD002号钻孔中35.25～35.45 m岩芯

各类构造面在空间上的相交轴线，可能是矿体最为富集的区域，这些轴线共同通过的构造面，可能指示矿体在深部展布的产状；而相交轴线最为密集的区域，可能指示高品位矿体存在的位置。对DD002中高品位金矿化定向岩芯中22组含矿节理面或细脉面产状投影可以看出：2种类型的矿化在空间位置上叠加，均与走向北东—北西向构造相关，而走向近南北向的构造没有矿化(图4a)。22组含矿构造面存在231组相交轴线(图4b)，共同连接成的面产状，145°∠80°，可能代表矿体产状。其轴线最密集区域产状205°∠70°，可能代表品位较高的矿体向深部延伸的倾伏产状。DD003中在富矿岩芯段统计了53组含矿构造面。由图4c可以看出，构造面最为集中分布的区域，Au品位在4～10 g/t之间，而更高品位的金矿并不赋存在各类构造面最为密集的地区。53组构造面存在1 378组相交轴线，最优的环带面产状165°∠70°，可能指示矿体的分布产状(图4d)。从上述2个钻孔定向岩芯资料分析的结果可以看出，分别推断出的2个矿体产状差别不大，因此，通过计算定向岩芯中内切角来获得各类构造面产状，并推断矿体的空间分布规律的方法是可靠、可行的，可以用来指导矿区的勘探工作。

4 结论

通过对钻孔岩芯作孔底端线(BOH)的定向标记，从而获取构造面与岩芯的轴夹角α以及构造面椭圆长轴低端E与BOH之间的夹角β，结合钻孔的测斜数据，通过赤平投影可以恢复构造面的空间产状。结合构造面与矿化情况进行统计分析，可以计算矿体中的主要含矿节理、含矿蚀变带等构造面的产状与矿石品位之间的关系，推测矿体的空间产状，以及主矿体的延伸等，为矿区的深部勘查设计提供依据。

因此，岩芯定向技术对正确判定地下岩(矿)层和断裂面产状、查明深部地质构造和矿体延伸，指导地质勘探设计和矿床开采都有很大意义。