焦家金成矿带三维成矿条件分析与成矿预测

徐 彬 陈建平 相 轩

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083;2.北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京100083)

目前，山东焦家金成矿带内已发现了新城金矿、焦家金矿、河西金矿等3 座特大型金矿床和河东金矿、灵山沟金矿、上庄金矿、东季金矿、望儿山金矿、马塘金矿等6 座大中型金矿床［1］。但随着地质勘查程度的不断提高，区内的平均勘查深度已接近－500 m，预示着地表、浅部矿产资源越来越少，金矿找寻难度越来越大，加之矿产资源开发利用程度的不断提高，使得许多老矿山已经出现了资源危机［2-9］。因此，为了实现矿山资源接替，拓展找矿空间，攻深找盲已成为该地区金矿的重点找矿方向。

1 研究区地质概况

研究区大地构造位置处于华北板块( Ⅰ) 、胶北地块( Ⅱ) 、胶北隆起及凹陷区( Ⅲ) 、胶北隆起( Ⅳ)之胶北凸起( Ⅴ) 西缘，我国著名的胶西北金成矿区内［10］。区内地层比较简单，主要出露荆山群禄格庄组( Pt1jL) 、疙瘩状石榴矽线黑云片岩和第四系( Q)含砾黏土质砂土、轻亚黏土、砾石和含砾石的混粒级砂以及粉砂沉积物。区内断裂构造发育，主要发育脆性断裂构造，以焦家断裂构造为主干，同时包括其上下盘伴生以及派生的低序次断裂，其中，NE 向的断裂基本控制了该区带内金矿床的分布。区内岩浆岩广布，形成时代自中太古代至中生代均有出露，其中以中生代燕山早期( 晚侏罗世) 玲珑序列为主体，中生代以来的侵入岩受近EW，NE，NNE 向断裂制约。区内已发现评价的金矿床( 点) 共计60 余处，已发现的金矿床均受控于NE 向的焦家主干断裂及下盘伴生、派生的次级断裂及裂隙群［11-13］。

2 三维成矿条件分析与成矿预测

三维成矿预测流程见图1。

2.1 找矿地质模型

图1 三维成矿预测流程Fig.1 Three-dimensional metallogenic prediction process

在分析焦家金成矿带大中型典型矿床地质特征和控矿要素的基础上，建立了区内地质找矿模型，见表1。

表1 研究区金矿床地质找矿模型Table 1 Geological prospecting model of gold deposit in research area

2.2 三维地质建模及成矿条件

采用Surpac［14-16］软件对区内的岩体、已知矿体、物化探异常等进行三维实体建模，区内岩体的三维实体模型见图2。根据现有地质资料，特别是勘探线的网度、矿体的大小、矿体边界的复杂度、采矿设计的要求及实际情况，确定单元块体大小为100 m ×100 m×50 m，共划分单元块1 992 672 个，其中1 193 148个单元块位于研究区内部。采用立方体预测模型法对各个变量进行成矿有利条件的分析与提取，在此基础上采用三维信息量法对各预测变量进行评价。

2.2.1 赋矿岩体信息

岩浆岩为热液矿床成矿提供热源及成矿物质，对于隐伏岩体来说，矿体一般发现于岩体周边及表面一定区域内，因此，岩体缓冲区是不可或缺的预测变量。分别使用岩体实体模型和已知矿体实体模型对立方体块模型进行约束，将不同岩体所包含的块体单元和不同岩体所包含的矿体( 块) 单元作为矿床预测中的岩性变量和先验条件。经统计，区内已知矿块数量为4 036 个，其中大部分矿块位于玲珑序列和马连庄序列内，可见金矿床在玲珑序列和马连庄序列内含矿性较好。

2.2.2 蚀变带信息

研究区内金矿床均赋存于断裂带所控制的蚀变岩带内，蚀变岩带的发育空间、形状产状与对应的断裂带基本一致。因此，可以通过统计已知矿体( 块)中各蚀变带含量来确定各蚀变带对成矿的影响。经统计，区内89.40% 的金矿床产于蚀变带内，其中41.38%的金矿床位于绢英岩化花岗质碎裂岩带内，26.88%的金矿床位于黄铁绢英岩化碎裂岩带内，16.06%的金矿床位于绢英岩化花岗岩内，5.08%的金矿床位于变辉长质碎裂岩带内。可见，绢英岩化花岗质碎裂岩和黄铁绢英岩化碎裂岩是区内矿体产出的主要蚀变带类型。

2.2.3 构造信息

(1) 构造带特征。强烈的构造活动区域是成矿流体运移的通道，而矿质沉积需要一个相对平静的环境，在主干断裂的旁侧，构造发育相对较弱，该类区域通常为矿体形成的相对有利区。因此，结合研究区实际情况，取200 m 对断裂进行缓冲区分析，采用断裂及其缓冲区实体模型对三维立方体模型进行限定，划分出断裂及其缓冲区所包含的单元块体。经统计，有87.07%的矿体( 块) 落在该缓冲区内，证明缓冲区是一个非常重要的预测变量。

(2) 构造展布特征。采用构造等密度( 反映线性构造发育程度) 与构造频数( 反映线性构造复杂程度) 的比值来定量分析区域主干断裂的特征［17］。以焦家金矿带为背景，NE 向断裂( 其中，焦家断裂、望儿山断裂和河西断裂为区内的重要构造) 为焦家金矿带区域内的主干断裂，计算研究区内断裂等密度和断裂频数，并计算两者之比。经统计，选取主干断裂值为0.009 17 ～0.011 67，作为成矿有利区间。

(3) 构造交汇特征。断裂交点数指单元面积内断裂交点的总数，其高值区代表多组构造交汇的部位，是岩浆热液上移最重要的特征，其旁侧为成矿的有利空间。计算每个单元块体内的断裂交点数，经统计，选取构造交汇点值为0.005 ～1.250，作为成矿有利区间。

(4) 构造岩浆活动特征。岩浆热液以断裂为通道上涌，形成了矿体赋存的模式。构造中心对称度与构造的叠加分析可反映构造岩浆活动的特征，构造中心对称度与岩体的叠加分析可反映岩体的分异中心特征。经统计，选取中心对称度值为0.001 ～0.020，作为成矿有利因子。

2.2.4 等间距控矿找矿信息

构造带和构造形迹空间展布的韵律定向性和间距的倍数性是构造距离的2 个特点，研究矿床的等距性展布特征对指导盲区找矿具有指示性作用。研究区内同一控矿构造带内的矿床( 点) 具有等距性分布规律，该等距性不仅在走向上，而且存在于倾向上，据此可认为区内深部可能存在第二梯段盲矿体［18-19］。焦家、河西以及新城等矿床沿断裂带具有一定的等距性，矿体往往赋存于断裂构造的交叉、复合部位或构造发生突然转折的部位，由此可确定沿焦家主干断裂方向的间距为1 500 ～1 800 m。焦家断裂及其低序次构造控制矿体的产状具有走向NE，倾向NW，倾角约45°，在剖面上普遍具有向SW 侧伏的规律，据此，可沿低级序断裂方向确定间距为1 200 ～1 500 m。参考距焦家金矿约3 km，具有相同成因类型及控矿条件的新城金矿和望儿山金矿的成矿深度，将第一控矿空间延深至－1 100 m，第二控矿空间延深至－1 500 m。蚀变围岩平行主断裂以断层泥为中心成对称带状分布，蚀变带一般宽70 ～250 m，最大370 m，平均150 m，主要围岩蚀变类型有绿泥石化、钾长石化、红化，据此可确定等间距带带宽为250 m。

基于以上分析，可建立一个理想的等间距控矿菱形模型，将该模型与焦家矿区叠加，结合焦家实际地质情况得出焦家金成矿带等间距控矿模型，经统计，研究区内93.91%的矿体落在该模型中。

2.2.5 地球物理信息

研究区东部焦家断裂带视电阻率等值线呈舒缓波状向NW 缓倾，反映出焦家断裂带向深部平缓延伸。电阻率等值线的缓陡反映了断裂相对平缓和陡倾的部位，其陡变带和拐点一般是找矿有利层位。对41 条可控源大地音频电磁剖面进行观察统计分析，发现视电阻率值为0，1 000，2 000，26 000，39 000 Ω·m的等值线陡变带和拐点穿过的已知矿体较多，因此可提取等值线的陡变带以及拐点作为找矿的指示变量。根据可控源大地音频电磁剖面上的视电祖率等值线，建立视电阻率等值线曲面模型，将其与区内已知矿体模型进行叠加分析，选取已知矿体赋存较好的2 层( 视电阻率值为1 000，20 000 Ω·m) ，在立方体模型中赋值，取位于异常值区间内的矿体提取地球物理异常信息。经统计，可控源大地音频电磁剖面数据覆盖范围内59.7%的矿体落在地球物理异常区域内，充分说明视电阻率值为1 000 ～20 000 Ω·m的等值线曲面为金矿床的主要赋存层位，夹持着构造蚀变带，是区内成矿的有利地球物理信息。

2.2.6 地球化学信息

对钻孔样品的各元素含量进行克里金插值［20］，依据井中元素取样化验分析结果，建立了Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn 等9 类岩石样品微量元素异常块体模型，并依据元素在纵向上的分带规律，确定了以Hg、Ag、Sb、Pb 为矿体头部异常元素，以As、Au、Zn 为近矿异常元素，以Bi、Cu 为矿体尾部异常元素。经统计，钻孔数据覆盖范围内金矿床78.49%落在Au 异常内，井中元素剖面覆盖范围内37.77%的矿体落在上述各元素的组合异常内。

2.3 成矿预测及靶区圈定

将赋矿岩体( 玲珑序列、马连庄序列) 、蚀变带( 黄铁绢英岩化碎裂岩、绢英岩化花岗质碎裂岩、变辉长质碎裂岩) 、断裂缓冲区、构造交点数、构造中心对称度、主干断裂、Au 品位值、元素组合异常、等间距控矿、视电阻率异常等13 个预测变量的成矿有利区间作为三维信息法［21］的计算因子，计算各地质因素、找矿标志所提供的找矿信息量，并采用统计分析法将信息量值分为3 个级别，结合区内实际地质情况、已有见矿工程分布等因素圈定了6 处找矿靶区，即A1－1，B3－1，B3－2，B3－3，C2－1，C2－2。A1－1区共包括预测含矿立方块6 704 个，主要位于焦家主干断裂、望儿山主断裂和河西断裂的深部产状较缓处的岩体( 玲珑岩体、马连庄岩体、郭家岭岩体) 接触部位，黄铁绢英岩化碎裂岩带和断裂的200 m 缓冲区内及其两侧，预测矿体模型的产状与焦家主干断裂和河西断裂大体一致，属成矿有利部位。B3－1区共包括预测含矿立方块2 119 个，主要位于焦家主干断裂深部产状较缓处的200 m 缓冲区内及其两侧、黄铁绢英岩化碎裂岩带、马连庄岩体、玲珑岩体边缘及接触带，预测矿体模型的产状与焦家主干断裂大体一致，属成矿有利部位。B3－2区共包括预测含矿立方块2 406 个，主要位于焦家主干断裂产状由陡变缓处的200 m 缓冲区内及其两侧、黄铁绢英岩化碎裂岩带、玲珑岩体与马连庄岩体的接触带附近，预测矿体模型的产状与焦家主干断裂大体一致。B3－3区共包括预测含矿立方块1 558 个，主要位于焦家主干断裂南部与苗家断裂带交汇处的200 m 缓冲区内及其两侧、玲珑岩体接触带与铁绢英岩化碎裂岩带。C2－1区共包括预测含矿立方块1 011 个，主要位于望儿山断裂南部拐弯部位较浅处的200 m 缓冲区内及其两侧、绢英岩化花岗质闪长岩带，预测矿体模型的产状与望儿山断裂大体一致。C2－2区共包括预测含矿立方块260 个，主要位于望儿山主断裂南部产状由陡变缓处的200 m 缓冲区内及其两侧，预测矿体模型的产状与望儿山断裂大体一致。采用体积估计法计算得到上述6 处找矿靶区的资源总量为382.482 8 t。

3 结 语

通过对山东焦家金矿带地质背景和成矿条件进行分析，总结出地质找矿模型，在此基础上建立了该区的定量预测模型，对区内13 个预测变量进行了三维成矿有利条件分析与提取，采用三维信息法计算各地质因素、找矿标志所提供的找矿信息量，从而圈定了找矿靶区并估算了资源储量，反应出区内具有较好的找矿潜力。

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