辽东地区菱镁矿找矿概率-地球化学块体资源评价

2015-04-22刘长纯

地质与资源 2015年4期

关键词：大石桥菱镁矿资源量

刘长纯

辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 110031

辽东地区菱镁矿找矿概率-地球化学块体资源评价

刘长纯

辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 110031

菱镁矿是辽宁省非常重要的矿种之一，集中分布于辽吉裂谷内，规模巨大，地球化学特征和异常突出明显，成矿条件优越.在辽吉裂谷有利的地质条件基础上，充分利用地质、化探各类找矿标志，应用找矿概率-地球化学块体法在辽吉裂谷内对菱镁矿进行了矿产预测与评价.以地球化学块体为理论依据，划分了菱镁矿地球化学块体，梳理了地球化学块体谱系，最终应用找矿概率-地球化学块体法共圈定11个远景区，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类远景区分别有2个、7个和3个，计算预测资源量为114.1268×108t.

地球化学特征；找矿概率-地球化学块体；资源评价；菱镁矿；辽东地区

自谢学锦院士提出地球化学块体理论后，在全国不同省份和地区，在不同矿种的资源量估算与资源评价方面得到了广泛的应用.虽然这一理论考虑了各类控矿因素及找矿标志对矿床形成的影响，但还限于定性阶段，多用于块体内含矿性的判断与远景区的分级方面.本文正是从这个弊端考虑充分利用找矿概率法对辽东地区菱镁矿进行了资源量估算与评价.估算结果表明辽东地区菱镁矿资源潜力巨大，可信度较高.

1 区域成矿地质背景

1.1 地层

研究区处于辽吉裂谷内，地层发育完整，从新太古代到第四系均有发育.但主体以古元古代辽河群变质岩系为主，这套岩石也是辽吉古裂谷内的主要含矿岩系.

太古宙发育的地层为鞍山群茨沟组、大峪沟组、樱桃园组，主要岩性有千枚岩、片岩、变粒岩、浅粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩夹磁铁矿组合.古元古代为辽河群变质岩系，地层从新到老如表1所示，其含矿性明显，辽宁省重要的金、银、铜、铅锌、硼、菱镁矿均产于辽河群变质岩系内，特别是大石桥组三段是菱镁矿的含矿层.新元古代地层出露较少，主要为永宁组、榆树砬子组、桥头组、南芬组、钓鱼台组地层.古生界较发育，主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系地层组成.而中生代则以一套火山岩、火山沉积岩为主.新生界和第四系主要以松散堆积的砂砾石、黏土为主［1］.

表1 古元古代辽河群地层表Table 1 Stratigraphy of Paleoproterozoic Liaohe Group

1.2 岩浆岩

岩浆侵入活动具多旋回、多期次特点，岩石类型多.研究区内的岩浆岩主要控制金属矿产，对菱镁矿起破坏矿体作用.按时间顺序可将侵入岩分为：1）太古宙鞍山旋回（γ1）：以超基性岩为主，呈小的单岩体或岩体群；2）华力西旋回（γ2）：以闪长岩类为主，其次为辉绿岩、辉长岩，呈岩床、岩墙或岩盆状，最高侵位至大石桥组；3）印支旋回、燕山旋回（γ4、γ5）：侵入活动最强烈，其中侏罗纪侵入岩极其发育，基性岩主要为辉长岩、辉绿岩，中酸性岩有闪长岩、石英闪长岩以及花岗岩等，喷出岩有安山玢岩、英安玢岩、流纹斑岩［1-2］.

1.3 构造

太古宙早期具明显卵形褶皱群特点，组成中朝准地台内最早的呈孤岛状的古陆核.晚期地层受上述卵形褶皱群控制，呈不规则的线形，环绕古老褶皱穹隆分布.元古宙沉积海槽大致沿陆核边缘呈东西向有规律的分布，并伴随有断裂产生，吕梁运动使元古宙沉陷区褶皱隆起，形成近东西向的紧密线状倒转褶皱，包括英落-草河口-太平哨复向斜、虎皮峪-红石砬子复背斜、盖县-岫岩-古楼子复向斜及中固-李家台复向斜，从而使中朝准地台结晶基底发育成熟.

褶皱构造是区内主要构造形迹，主要含菱镁矿地层大石桥组卷入褶皱变形，构成复向斜、复背斜的南北两翼，它们控制了区内菱镁矿床的产出.主要特征为：英洛-草河口太-平哨复向斜呈东西向展布，卷入褶皱变形的地层主要为古元古界辽河群地层，其次为古生界地层；虎皮峪-红石砬子复背斜呈东西向展布，卷入褶皱变形的地层主要为古元古界辽河群地层，其次为新元古界地层；盖县-岫岩-古楼子复向斜呈东西向展布，卷入褶皱变形的地层主要为古元古界辽河群地层，其次为新元古界地层［1］.主要地质特征如图1所示.

图1 辽东地区区域地质矿产图（据《辽宁省菱镁矿成矿预测报告》修改）Fig.1 Regional geological map of Eastern Liaoning（Modified from Metallogenic Prediction Report of Magnesite in Liaoning Province）

2 菱镁矿地球化学特征

地层中岩石的元素丰度可以揭示水系沉积物中矿体和成矿物质的主要来源，为地球化学块体的划分和分析浓集情况提供更有利的证据.前人研究表明：地壳、中国地壳、华北地台、华北地台古元古代、辽河群大石桥组三段镁的丰度分别为：2.09%、1.95%、2.15%、6.68%及12.6%.这表明在研究区内镁元素强烈的富集于古元古代辽河群大石桥组三段中.同时通过大石桥组三段与华北地台古元古代和华北地台镁元素的富集系统的计算发现，大石桥组三段相对于华北地台古元古代镁元素质量分数富集1.89倍，相对于华北地台富集5.86倍.这说明区内古元古代辽河群大石桥组三段是菱镁矿的主要物质来源［3］.

研究区MgO地球化学场主体呈NE向展布，两侧为近S-N向展布（如图2所示）.结合区域地质背景分析表明，MgO高背景区被英洛-草河口-太平哨复向斜、虎皮峪-红石砬子复背斜、盖县-岫岩-古楼子复向斜所圈闭.特别是英洛-草河口-太平哨复向斜、虎皮峪-红石砬子复背斜的两翼控制了MgO地球化学场的主体部分，由于其他地质条件的限制，将整个MgO地球化学异常分割为3个大的异常中心.其中，中部最大的地球化学异常中心与已发现的菱镁矿产地吻合很好，指导寻找菱镁矿意义明显.

3 菱镁矿找矿标志

3.1 菱镁矿矿床特征

菱镁矿主要赋存在大石桥组三段，一般可分中、下2个层位.下部含矿层距离三段底部为0～375 m，走向断续延长约50 km，产出矿床有小圣水寺、铧子峪、金家堡子、下房身、梨树沟等；中部含矿层相距下部含矿层420～830 m，断续延长约60 km，赋存矿床有官马山、圣水寺、高庄、青山怀、石匠沟、老官山、吉洞峪东山等.沿走向2个含矿层中的矿体均有变小和变劣的现象.下部含矿层中菱镁矿矿体底板围岩一般为灰色条带状中粗粒含炭质绿泥石菱镁矿大理岩，有的则是以断层与白云石大理岩相接触，如小圣水寺，顶板围岩为白、灰白色，薄—厚层细粒含透闪石白云石大理岩.

大多数矿体为层状、似层状，极少呈透镜状、不规则状（有的是受后生变质变形改造或断裂切割等原因造成）.矿体中夹层主要为滑石化千枚岩、斜绿泥石片岩、白云石大理岩，在铧子峪矿床底部夹有二层纹层状大理岩.

图2 Ⅱ号地球化学块体结构套合图Fig.2 The structural map of No.Ⅱgeochemical block

矿体产状与围岩基本一致，走向变化于50～100°之间，倾向南东，倾角从西向东由45～87°逐渐变陡，自铧子峪菱镁矿东段向东矿体倾向发生倒转，倾向为330～10°，倾角42～87°.

矿石主要为纯镁型、硅镁型.主要矿物成分为菱镁矿，其次为白云石、铁白云石、蛋白石、石英、菱铁矿、黄铁矿.后期蚀变矿物有滑石、透闪石、蛇纹石、直闪石、斜绿泥石、绢云母、海泡石、褐铁矿等.个别矿区还含有少量方铅矿、闪锌矿、石榴石、蛇纹石、白云母、斜硅镁石.矿石呈粒状结构，块状、薄—厚层状、条带状、放射状或菊花状、蠕虫状、虎皮状或花斑状、片状构造，其中构造以前3种为主.

3.2 菱镁矿找矿标志

研究区内的菱镁矿床无论是特大型还是矿点，均产于古元古代辽河群大石桥组三段，白云质大理岩是菱镁矿的主要含矿围岩.滨海-钙镁碳酸盐岩相的古地理环境是形成这种岩性和矿产不可或缺的条件.同时，辽吉裂古内所有菱镁矿基本都夹于英洛-草河口-太平哨复向斜、虎皮峪-红石砬子复背斜、盖县-岫岩-古楼子复向斜之间，特别是英洛-草河口-太平复向斜的两翼更集中了全区大部分菱镁矿床.

区内CaO/MgO比值变化区间为0.13～100，等值线平行古陆边缘展布，同时与古元古代辽河群大石桥组基本吻合，当岩石平均CaO/MgO<2.2时❶李东涛，等.辽宁省菱镁矿成矿预测报告.2006.，基本岩石组合为白云石大理岩，并有菱镁矿层出现；CaO/MgO比值与地层厚度也有非常重要的联系，CaO/MgO<2.2时碳酸盐岩地层则大于500 m，同时也控制了菱镁矿的产出.所以CaO/MgO<2.2，碳酸盐岩厚度大于500 m为菱镁矿的重要找矿标志.表2列出了菱镁矿找矿标志.

表2 菱镁矿找矿标志表Table 2 Prospecting indicators of magnesite

4 菱镁矿地球化学块体特征

4.1 菱镁矿地球化学块体的划分

根据谢学锦［4］提出的“地球化学块体成矿理论模式谱系”及刘大文［5］阐述的有关地球化学矿体的概念，对研究区1∶20万水系沉积物原始数据进行了处理，利用4 km×4 km窗口对数据进行地球化学块体的圈定和内部结构的划分，开展了本地区的地球化学块体的研究工作.

通过对研究区内水系沉积物数据的计算，确定MgO地球化学块体下限为2.4×10-6.为了更清楚地追踪菱镁矿的块体浓集特征，结合MgO分布特点，分别以2.56×10-6、2.75×10-6、3.04×10-6、3.5×10-6、4.5×10-6为分级标准，依次划定为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5级块体并进行内部结构的划分［6-7］.

4.2 菱镁矿地球化学块体谱系

根据地球化学理论，将地球化学异常面积大于1000 km2定义为地球化学块体，面积100～1000 km2定义为区域异常，小于100 km2定义为局部异常［5］.这样研究区共可划分3个地球化学块体，若干区域异常和局部异常.为追索地球化学块体的浓集趋势，依据前人的编码系统［5］对各级子块体进行编码（如图2所示）.以铧子峪菱镁矿所在的地球化学块体为例，它是由Ⅱ、Ⅱ2、Ⅱ2-2、Ⅱ22-2、Ⅱ222-1共5级子块体逐步富集起来的.由于Ⅱ号块体及其子块体控制了区内90%以上的矿床，控制了全部的大型、特大型矿床，所以这一块体的菱镁矿浓集趋势就是主成矿路径.其主成矿路径及谱系特征如图3所示.

4.3 菱镁矿地球化学块体特征

本文共划分出地球化学块体3个，其中以Ⅱ号地球化学块体成矿条件最有利、矿化分布最密集、找矿标志最齐全，块体内部的结构也最为复杂.

Ⅰ号地球化学块体：位于研究区的西南端、复州古拗陷中，处于近南北向金州断裂、碧流河断裂，近东西向复州达营子断裂交汇部位.块体整体呈近等轴状分布，面积达2 122.24 km2，具有5层块体结构，主要是由古元古代大石桥三段白云质大理岩所引起，但其他找矿标志不明显，找矿条件一般.

Ⅱ号地球化学块体：位于研究区的近中央、营口-宽甸古隆起内，主体部分位于虎皮峪-红石砬子复背斜的北侧、英洛-草河口-太平哨复向斜的两翼.此块体为研究区的主体，块体整体呈NE向展布、面积高达3 590.57 km2，具有5层块体结构.通过对该块体结构及MgO的浓集特征研究，块体的浓集中心主要由海城王家堡子-下房身、海城市铧子峪、大石桥市小圣水寺、海城市孤山镇黑沟、岫岩县大房身特大型、大型菱镁矿所引起的.块体内有3个特大型、6个大型、3个小型以及若干矿点分布.块体内广泛发育大石桥组三段，轴向为NE向的褶皱构造发育，成矿条件有利.该块体的形成与区内白云质大理岩、菱镁矿关系密切.

Ⅲ号地球化学块体：位于研究区的最东端、营口-

图3 菱镁矿Ⅱ号块体谱系图Fig.3 The pedigree of magnesite No.II block

宽甸古隆起的东部，夹于NE向鸭绿江断裂与桓仁断裂之间.块体走向近NS，呈条状，面积1 046.63 km2、具有5层结构.块体主要发育古元古代辽河群大石桥组三段白云质大理岩，同时重力资料表明，在块体的西南部隐伏有碳酸盐岩地层，而且西南端发育的甬子沟菱镁矿也印证了这一点.该块体正是由于地层以及菱镁矿所引起的.

5 找矿概率-地球化学块体资源量计算与评价

5.1 找矿概率-地球化学块体资源量计算方法

5.1.1 成矿率

成矿率（Mc）的确定一般选择研究区内勘探及研究程度最高的块体.假定所选定的块体内的所有矿床均进行了勘探，那么该块体内的所有矿床的探明资源量与块体内的金属供应量的比值就是成矿率.对于筛选出的有远景的块体即靶区，可利用成矿率来计算有远景的块体的预测资源量.计算公式为：

其中，Mc为成矿率，R为块体内已所有矿床已探明的资源量，T为金属供应量.

本文采用勘探程度最高的Ⅱ222-1五级地球化学块体求得的成矿率为0.34.

5.1.2 金属供应量

研究区内块体的金属供应量可用公式：

其中：Tg为金属供应量，S为块体面积，ρ为块体内岩石的平均密度（本文采用大石桥组三段白云质大理岩的密度2.76×103kg/m3）；Cbt为块体内MgO的平均含量，L为块体内矿床的勘探深度.Ⅱ222-1子块体发育有大型、特大型矿床最多，勘探程度也最高，块体内勘探深度平均已达0.39 km，所以预测深度为0.39 km.而其他块体预测深度为0.2 km（菱镁矿勘探深度仅为0.2 km）.

5.2 菱镁矿找矿概率-地球化学块体资源评价

5.2.1 找矿概率

找矿概率的计算主要是应用特征分析法，其基本原理如下.通过对研究区内各个子块体找矿标志的研究，以子块体为行、变量为列形成原始变量表，其中令xij为第j个子块体第i个变量值，对上述变量表使用乘积矩阵矢量长度求得ai，ai为变量xi的权重.令：

Yj为第j个子块体的成矿关联度，将其推广到各个子块体，表示各个子块体的成矿有利程度.再令Yj值最大时α=1，Yj值最小时α=0来构置αj=a+b×Yj函数来求解a、b，最终计算αj即每一个子块体的找矿概率［8］.

5.2.2 找矿概率-地球化学块体资源量的估算

地球化学块体法所获得的资源量只是从物源的角度进行的资源量估算，是基于地球化学本身而进行的，很少考虑到地层、岩浆岩、构造、物化探等方面对资源量估算的影响.本文正是基于此，把以上所提到的地质因素数量化，即求得找矿概率后进行的资源量估算.一种矿产的产出不仅仅要有物源，而且有利的成矿地质背景是成矿不可或缺的条件，同时物化探异常也是非常好的间接找矿标志.这些因素共同制约了矿床的形成［9-10］.

找矿概率-地球化学块体储量计算法不仅从物源方面进行储量估算，同时应用找矿概率对原有地球化学块体法所估算的资源量进行了修正，这样所得到的资源量是在各种因素共同约束下的资源量，更准确可信.

找矿概率-地球化学块体资源量估算公式：

其中：α为找矿概率，T为资源量计算结果，R为查明资源量，S、ρ、L、Cbt、Mc的意义与5.1.1和5.1.2中的一致.

5.3 找矿概率-地球化学块体资源评价

1）通过特征分析法对地质变量权重的计算结果表明：地层及其厚度、岩相古地理、构造、CaO/MgO比值这几个变量的权重最高，是在研究区内寻找菱镁矿最好的找矿标志.

2）通过对已知菱镁矿与各级菱镁矿地球化学块体的对应关系分析可以知道，5级地球化学块体发育有区域内已知46处菱镁矿产地中的36处（其中4个小型、6个矿点），可见5级地球化学块体已经基本控制了区域内的菱镁矿产地的分布，故可用5级地球化学块体作为预测远景区进行资源量的估算.

3）直接用全部5级地球化学块体进行资源量估算显然并不完全准确，因为这其中有一部分地球化学块体很可能是由于大石桥白云质大理岩引起的，而并不是由矿床引起的，所以需要从5级地球化学块体中找到哪些块体是由菱镁矿引起的，即划分出菱镁矿找矿远景区.并对远景区进行分级，这样计算出来的资源量结果才更真实可信.

远景区必须发育有古元古代辽河群大石桥三段、滨海-钙镁碳酸盐相古地理环境，以找矿概率为主要依据，同时把成矿地质条件、地球化学特征相结合，对地球化学块体进行筛选和分级.最终划分了12个远景区，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类远景区分别有2个、7个、3个.总预测资源量为114.1268×108t.

最终，利用地球化学块体-找矿概率法计算5级块体预测资源量结果及远景区级别，如表3所示.

［1］朱国林.辽东半岛滑石-菱镁矿矿床地质特征及其成因［J］.长春地质学院学报,1984（2）:75—71.

［2］冯本智，朱国林，董清水，等.辽东海城-大石桥超大型菱镁矿矿床的地质特点及成因［J］.长春地质学院学报,1995,25（2）:121—123.

［3］黎彤，袁怀雨.华北陆壳的岩石化学模型［J］.北京科技大学学报, 1995,13（3）:197—200.

［4］谢学锦，刘大文.地球化学块体——概念和方法学的发展［J］.中国地质,2002（3）:226—228.

［5］张翔，刘建宏，黎志恒，等.北祁连成矿带地球化学块体含矿性评价［J］.地质与勘探,2006,42（3）:44.

［6］刘大文.地球化学块体的概念及其研究意义［J］.地球化学,2002,31 （6）:539—547.

［7］刘长征，陈岳龙，许光，等.地球化学块体理论在青海沱沱河地区铅锌资源潜力预测中的应用［J］.地学前缘,2011,18（5）:273.

［8］周永恒，张景，徐山，等.辽东地区硼找矿概率-地球化学块体资源评价［J］.地球科学,2011,36（4）:747—753.

［9］李通国，王忠，张宏强.应用地球化学块体预测西秦岭地区银资源量［J］.物探与化探,2006,30（6）:482—485.

［10］周永恒，张景，徐山，等.辽东裂谷硼地球化学块体内资源评价［J］.吉林大学学报：地球科学版,2011,41（增刊1）:102—104.

RESOURCE EVALUATION OF MAGNESITE IN EASTERN LIAONING PROVINCE WITH PROSPECTING PROBABILITY-GEOCHEMICAL BLOCK METHOD

LIU Chang-chun

Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

Magnesite,as a very important mineral in Liaoning Province,is concentrated in the Liaoning-Jilin rift and characterized by large scale,distinct geochemical characteristics features and anomalies and good metallogenic conditions. Based on the favorable geological conditions,the author makes full use of various geological and geochemical prospecting indicators and prospecting probability-geochemical block method to make mineral prediction and evaluation of magnesite in the Liaoning-Jilin rift,divides geochemical block of magnesite and presents geochemical block pedigree with the theoretical basis of geochemical block,and finally delineates 11 prospective areas,including 2 gradeⅠ,7 gradeⅡand 3 gradeⅢprospects,with predicted resources of 11.41268 billion tons.

geochemicalcharacteristics;prospectingprobability-geochemicalblock;resourcesevaluation;magnesite;Eastern Liaoning