吉林省红旗岭矿区3号岩体矿化特征及深部预测

2017-12-29李宝林刘金玉尹贵志吉林吉恩镍业股份有限公司吉林磐石132311

中国矿山工程 2017年6期

李宝林，刘金玉，尹贵志(吉林吉恩镍业股份有限公司，吉林磐石 132311)

李宝林，刘金玉，尹贵志
(吉林吉恩镍业股份有限公司，吉林磐石 132311)

红旗岭矿区分布几十个基性—超基性岩体，3号岩体是矿区规模最大的岩体，在2008年国家危机矿山资源潜力勘探调查中，利用地球物理和深部钻探手段发现了厚大的深部矿体。通过利用3Dmine矿业软件，对岩体、矿体、大理岩捕虏体和剩余重力异常建立三维模型或虚拟三维体，将这些模型相互叠加，进行全方位不同叠加复合的观测研究，结合地质相关理论和信息数据进行分析、预测，确定进一步勘探的靶区。

矿化特征；勘探靶区； 3Dmine；岩体；矿体

1 前言

红旗岭矿区3号岩体在经过多期勘探，在海拔0m标高水平以上发现3条矿体。2008年在2号勘探线以南，以100m的勘探走向间距加密勘探钻孔，在距离地面深度600m以下发现厚大的镍、钴矿化体。为了更好地优选下一步钻探靶区，通过利用3Dmine矿业软件，将所有施工的钻孔获得的地质信息建立数据库，以钻孔数据库为基础建立岩体、矿体和大理岩捕虏体的三维模型，结合剩余重力异常等值线建立虚拟异常三维体，将岩体、矿体、大理岩捕虏体的形态、位置、分布方式与剩余重力异常相叠加，根据岩浆矿床的控矿条件推断最有利的矿化部位，确定进一步找矿靶区是一种新的综合找矿模式，也是基于三维矿业软件进行找矿预测的新尝试。

2 地质背景

2.1 矿区地质背景

吉林红旗岭铜镍硫化物矿床位于吉林省磐石市境内，矿区处于天山—兴安地槽系吉林优地槽东南缘，以辉发河深大断裂为界，南部与华北地台毗邻。辉发河深大断裂长期活动产生的次级NW断裂在矿区最为发育，其与 NE 向断裂构成本区基本的构造格架，NW断裂控制着本区镁铁—超镁铁质岩体的侵位及空间分布[1]。依据矿区镁铁—超镁铁质岩体类型及围岩岩性特征，前人把矿区划分为3个岩带，依次命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ岩带。Ⅰ岩带是红旗岭最重要的成矿岩带，几乎所有的工业矿床都分布在该岩带的薄家—何家—北兴隆断裂带内，见图1。在该带上的晚海西—早印支期的镁铁—超镁铁质岩体，多沿NW与NE向断裂的交汇部位侵入，并经深部与浅部熔离分异贯入形成岩浆硫化铜、镍矿床。

1—小三个顶子组；2—黄莺屯组白云母片麻岩段；3—黄莺屯组角闪斜长片麻岩段；4—黄莺屯组石榴石黑云母片麻岩段；5—黑云母花岗岩、角闪花岗岩或细粒钾长石化花岗岩；6—闪长岩；7—斜长花岗岩；8—石英斑岩；9—闪长岩；10—范家屯组；11—德仁组；12—居民区与村屯；13—逆断层；14—正断层；15—镁铁—超镁铁质岩体及编号图1 红旗岭矿区区域地质图

2.2 3号岩体地质特征

3号岩体位于矿区Ⅰ岩带的中部，1 号、2 号岩体之间，地表呈近S- N向展布，侵位于寒武—奥陶系黄莺屯组的黑云母片麻岩夹角闪片麻岩、花岗质片麻岩(局部大理岩)中，与围岩呈角度不整合接触[2]。岩体在地表出露有两部分，历史上曾经称为老3号和新3号岩体，它们在海拔150m标高合成一个岩体，平面呈蝌蚪状，总长2 500m，走向约350°，自3号勘探线以南逐渐变窄，形成40～50m宽的狭长脉状岩墙，长∶深∶宽约为9∶4∶1。在15号勘探线以北，岩体东侧向东倾，西侧向西倾，倾角80°～85°；在15号勘探线以南，岩体向东倾，倾角70°～81°。岩体主要由角闪辉石岩和橄榄二辉岩及少量的苏长岩组成，其中，角闪辉石岩蚀变较强，主要为次闪石化、绿泥石化、滑石化以及蛇纹石化。地表与镍矿化有关的岩石类型主要为橄榄二辉岩和苏长岩，深部与镍矿化有关的岩石为蚀变角闪辉岩，主岩相中多见后期霏细斑岩及细粒闪长岩等脉岩侵入，见图2。

3号岩体主量元素SiO2含量为46.78%～56.96%，MgO 17.02%～25.20%，CaO 1.39%～9.70%，且随深度的加大，K2O、FeO+Fe2O3含量递增，SiO2、TiO2、Al2O3、Na2O 等含量递减。岩石的固结指数SI=45.64～67.59(多大于 55)、镁铁指数 32.0～53.20、长英指数8.40～43.20；镁铁比值(M/F)=2.00～4.98，属铁质的镁铁—超镁铁质岩；氧化度(OX)=0.16 ～ 0.48，反映岩体以原生为主，剥蚀较浅。

岩体中Ni、Co、Cu、Cr等成矿元素呈正相关关系，且随采样深度的加大具有含量递增的趋势；Ti、Sr、Zr、Nb、Ba、Ta等微量元素也具正相关关系，随采样深度的加大具有含量递减的规律；V、Zn、Pb等元素相关性不明显[3]。

1—辉长岩；2—角闪辉石岩；3—铜镍矿体；4—片麻岩；5—花岗岩；6—剩余重力异常值曲线；7—岩体及地层产状；8—岩层界线图2 红旗岭矿区3号岩体剩余重力分布地质图

3 3号岩体与矿体三维模型及矿化特征

3号岩体勘探过程总计施工了50个钻孔，总进尺约23 500m。不同钻孔岩心地质信息及样品测试结果，为利用3Dmine软件建立各种信息数据库、创建3号岩体及矿体的三维模型奠定了基础。

3.1 3号岩体及矿体的三维模型

利用不同阶段探矿工作所获得的3号岩体钻孔地质信息，建立3号岩体Access数据库，根据岩心中岩性特点确定岩体边界创建3号岩体三维形态模型，根据岩心成矿元素边界(最低工业)品位圈定矿体确定不同块段矿体的三维分布模型，总计创建6个矿体模型和2个大理岩捕虏体模型，见图3和图4。

1—3号岩体；2—矿体；3—大理岩捕虏体；4—剩余重力异常等值线及剩余异常值；5—剩余重力异常轴心线；6—勘探线及编号图3 3号岩体和矿体三维模型与剩余重力异常等值线复合俯视图

1—地表模型(DTM)；2—矿体及编号；3—大理岩捕虏体及编号； 4—预测潜力靶区及编号；5—3号岩体纵向轮廓线；6—钻孔图4 3号岩体中矿体三维模型东部侧视图

俯视3号岩体三维模型，具有明显的蝌蚪状；东、西两个方向侧视显示岩体向NW侧伏，侧伏角约13.5°，岩体北部宽厚，倾角近乎直立，自地表至深部岩体宽度变化平稳；岩体南部厚度明显变窄，倾角显著变缓；矿体三维模型显示矿体总体向NW侧伏。

圈定建模的6个矿体是由20世纪60年代、90年代和2008年进行的3期钻探活动陆续发现的。编号为1、2、3、4、5、6号矿体(图4)。其中1、2、3号矿体是20世纪60年代与90年代勘探发现的，1、2号矿体是岩体边部矿体，3号矿体是上悬矿体。按埋藏深度，这3条矿体为浅部镍矿体；4、5、6号矿体分布在-200m标高以下，为深部矿体。

3.2 3号岩体矿化特征

1号矿体在海拔200m标高以上(图4)，在地表有两处露头(图2)，靠近岩体下盘，矿体呈陡倾斜的脉状，矿体下盘底部有大理岩捕虏体出现，矿体产状与岩体一致，长300m，厚度不稳定，一般0.5～11m，平均1.3m，镍平均品位0.96%。含矿岩石主要为橄榄二辉岩和苏长岩，矿石以星点状、大斑点状、浸染状结构为主，金属矿物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿、紫硫镍矿、黄铜矿。

2号矿体在海拔200m标高以下，0m标高以上，在1号矿体的正下方，靠近岩体下盘，矿体呈陡倾斜的脉状，矿体上盘多为大理岩捕虏体(图4)，属于盲矿体，矿体产状、岩石成分、矿物成分与1号矿体一致，矿体长380m，厚0.5～1m，镍平均品位0.53%。

3号矿体在岩体的中部3号勘探线附近，接近岩体的东部边部，是单线两个钻孔控制的小矿体，在海拔200m标高以上(图4)，矿体形态呈囊状，矿体岩石成分、矿物成分与1号矿体一致。矿体埋深90m，矿体长90m，矿体最大厚度10m，镍品位最高1.91%，平均0.58%。

4、5、6号3条矿体是2008年钻探发现的，是按着镍0.2%边界品位圈定的3条较大的矿体。埋深超过600m，大致分布在-370～-720m标高之间(图4)，含矿金属主要为镍元素，伴生钴和铜，钴元素含量相对较高。4号矿体为底部矿体，5、6号矿体为上悬矿体。

深部3条矿体含矿岩石都为蚀变的角闪辉石岩，呈灰黑带绿色，半自形粒、柱状结构，块状构造。主要矿物成分为辉石、角闪石以及斜长石、黑云母，同时还见有少量的棕色云母和橄榄石。岩石蚀变较强，主要为次闪石化、绿泥石化、滑石化、蛇纹石化。金属矿物为浸染状构造，它形晶结构。金属矿物由磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿组成。

镍钴矿体中镍与钴关系密切，呈正相关关系，镍与铜之间关系不十分密切，但总的趋势也呈正相关关系。

4号镍钴矿体为3号岩体内主要矿体，分布在2号～9号勘探线之间，矿体在延深方向分布在-490～-720m之间，形态为不对称的盆状，最大厚度173m，最小厚度2.88m，平均厚度约60m，矿体总体倾向NE81°，走向与岩体一致，总体倾角20°，侧伏角15°，侧伏方向NW9.5°(图4)。矿体上盘围岩为矿化蚀变辉岩(原岩为含长角闪辉岩)，下盘为花岗质片麻岩。矿体厚大，镍金属量占整个3号岩体镍金属总量的80%以上，镍、铜、钴平均品位分别为0.35%、0.1%、0.03%。矿体中金属硫化物含量自上而下由8%增加至33%左右，镍钴品位也随之增高。

5号矿体，位于7号～0号勘探线之间，由两个钻孔控制，矿体长330m，走向204°，倾角近乎水平，侧伏角12.5°，侧伏方向NE24°(图4)，矿体最大厚度36m，最小厚度1.5m，平均15m。矿体镍、铜、钴平均品位分别为0.26%、0.08%、0.02%，为次边际经济矿体。矿体上下盘围岩为蚀变角闪辉石岩。

6号矿体，位于5号～7号勘探线之间，也由两个钻孔控制，矿体长220m，走向131°，倾角水平(图4)，矿体最大厚度10m,最小厚度0.5m，平均3m。矿体镍、铜、钴平均品位分别为0.20%、0.06%、0.019%，为次边际经济矿体。矿体上下盘围岩也为蚀变角闪辉石岩。

4 3号岩体及矿体三维模型的重力异常响应

在3号岩体地表，历史上进行过多种地球物理勘探活动，由于受环境干扰因素影响，实践证明，磁法和电法效果不明显。2008年进行重力异常测量，地面重力测量按100m×40m网度布设测点，每条测线上布设51个测点，完成观测点测量1 505个，测得一个围绕岩体的剩余重力正异常区域，底部矿体基本都在重力异常大于0.1gu的区域内(图3)。异常区域有两个浓集中心，分别分布在3号～7号勘探线和15号～19号勘探线，它们的剩余重力异常值最高分别为0.7gu和0.5gu。经钻探验证，3号～7号勘探线的重力浓集区域恰好是底部厚大的4号矿体所在区域(图3、图4)。15号～19号勘探线间的异常区深部还没有进行钻探验证。

为方便对历史钻孔的分析，假设重力异常是均匀的重力异常体，创建以0.3gu异常值为边界的虚拟三维重力异常体模型，对重力异常体模型与3号岩体矿体模型及历史施工钻孔进行坐标叠加复合，见图5，发现深部4号矿体基本在大于0.3gu异常体内部(东部侧视，矿体完全被重力异常虚拟体包裹；西部侧视，大部分矿体包裹在矿体内部)，有些深部钻孔偏离异常体，直观地提出了进一步钻探的方向。

1—地表模型(DTM)；2—大于0.3gu剩余重力异常虚拟三维模型；3—矿体及编号； 4—钻孔及孔深； 5—勘探线及编号；6—剩余重力异常等值线及剩余异常值图5 3号岩体历史施工钻孔与剩余重力异常虚拟体和矿体三维模型复合体侧视图(上图为东侧视图，下图为西侧视图)

在岩体的北端剩余重力异常轴心线与岩体有偏离，重力异常向岩体东侧偏离(图3)。利用重力异常虚拟体与岩体三维模型进行叠加复合，见图6，岩体的东部重力异常虚拟体在8号～16号勘探线和17号～21号勘探线之间凸出了岩体外部，包裹了岩体；在岩体的南部17号～19号勘探线附近西部，剩余重力异常体虚拟体也凸出了岩体模型外部。造成这种现象原因可能是在这两个部位存在岩体，由于没有钻孔控制，目前的岩体三维模型没有完整反应岩体的客观形态，显示这两个区域存在进一步钻探验证的价值。

1—3号岩体；2—大于0.3gu剩余重力异常虚拟三维模型；3—剩余重力异常等值线及剩余异常值；4—钻孔及孔深；5—勘探线及编号图6 3号岩体历史施工钻孔与岩体、剩余重力异常三维模型复合体侧视图(上图为西侧视图，下图为东侧视图)

5 3号岩体与临近岩体三维状态

3号岩体出现于控制1、2号岩体的走向为NW的薄家—何家—北兴隆断裂带与矿区NE 向断裂的交汇部位，在平面上3号岩体重力异常分布区域与1、2号岩体的控制断裂产生交叉，见图7。

1—1号岩体；2—2号岩体；3—3号岩体；4—底部矿体；5—重力异常等值线及其轴心线；6—控制岩体的两组断裂图7 1、2、3号岩体及底部矿体三维模型与重力异常复合平面图

在这3个岩体中，以3号岩体规模最大，3个岩体几乎都有边部、上悬和底部矿体，2号岩体底部矿体很小，1号岩体和3号岩体的底部矿体的规模较大(图7)。在红旗岭矿区镁铁—超镁铁质岩体内最具工业价值的主要是底部矿体，1号岩体底部矿体侧伏方向NW34°,侧伏角43.5°；3号岩体底部矿体(4号矿体)侧伏方向NW9.5°,侧伏角15°；在空间上，1、3号岩体的底部矿体和岩体以不同的侧伏角向3个岩体的交汇区域侧伏。

上述3个岩体及矿体的三维模型，比较直观地展现底部矿体的空间分布规律，结合岩体、底部矿体的侧伏方向及重力异常和控制岩体断裂的分布，显示3个岩体的结合部位具有较大的成矿潜力，值得进一步评价。

6 勘探靶区分析预测

通过上述对岩体、矿体和剩余重力异常建模与分析，可圈定3个深部区域为进一步钻探找矿的靶区，分别编为1号、2号、3号预测勘探靶区(图4)。

6.1 1号预测勘探靶区

1号预测勘探靶区平面上位于4号～16号勘探线之间，剖面上在岩体的底部，-600m标高以下。该靶区预测的依据如下。

(1)16号勘探线附近处于走向NW的薄家—何家—北兴隆断裂与矿区NE 向断裂的交汇处，具有良好的控岩控矿空间。

(2)成矿母岩镁铁—超镁铁质岩体巨大。3号岩体巨大，在该部位倾角近乎直立，平面宽度达200～300m，深度超过1 200m，具有良好的成矿岩浆岩条件。

(3)具有剩余重力异常。大于0.3gu的剩余重力异常在岩体走向方向几乎延伸整个岩体，并且在12号勘探线处，异常的轴心线向岩体东部偏离，覆盖了控制1、2号岩体的NW走向的断裂，异常虚拟体包裹了当前圈定的岩体，说明此处岩体及矿体在深部很可能向东部偏移。

(4)底部矿体侧伏方向指向预测区域。底部矿体4号矿体侧伏方向显示，底部矿体有向该区域延伸的趋势。

6.2 2号预测勘探靶区

2号预测勘探靶区平面上位于15号～19号勘探线之间，剖面上在岩体的底部，预测在-500～-800m标高之间。依据有以下几个方面。

(1)该预测靶区存在一个0.3～0.5gu的剩余重力浓集区，剩余重力异常虚拟三维模型包裹了此处的岩体(图6)，说明岩体在深部有变宽的可能，可能存在底部矿体。

(2)该剩余重力浓集区深部没有钻孔控制，附近虽施工1个深度1 008m的钻孔，但这个钻孔偏离了重力异常区。

(3)3号～7号勘探线的重力异常浓集区域已经发现深部厚大的4号矿体，依此推断该区域也可能存在矿体。

6.3 3号预测勘探靶区

3号预测勘探靶区平面上位于4号～14号勘探线之间，剖面上在1号预测勘查区的上部(图4)。该靶区预测的依据是在1、2、5、6号矿体附近都有大理岩捕虏体存在。大理岩捕虏体的加入，造成岩浆粘度降低，使基性岩浆中铁质元素分异彻底，对岩浆分异有利。已发现的这4条矿体的存在极有可能与大理岩捕虏体有联系。由于3号预测靶区在1号大理岩捕虏体的下方，接近大理岩捕虏体，在该区域可能形成规模较小的上悬矿体或边部矿体。

7 结论

通过建立岩体、矿体、剩余重力异常和大理岩捕虏体三维模型，展示了矿体的分布特征和已施工钻孔的控制范围。通过分析，把深部具有找矿潜力的勘探靶区明晰地展示出来，为3号岩体下一步找矿提出了明确的目标区块。同时通过创建1、2、3号岩体、矿体三维模型，展示了3号岩体及重力异常与相邻两个岩体的三维关系，进一步揭示了1号预测靶区找矿的可能性，为3号岩体深部地质找矿指出了目标和方向。

[1] 中国地质科学院地质矿产研究所.铬镍钴铂地质矿产专集(第二集)[M].北京：地质出版社，1974.1-6.

[2] 周树亮，孙英华，张向东，等.吉林省红旗岭镍矿区3号岩体成矿地质特征及找矿方向[J].吉林地质，2009，28(2):38-44.

[3] 孙英华，周树亮，依欣,等.吉林红旗岭矿区3号岩体地球化学特征及成因初探[J].地质与资源，2010，19(1):17-19.

Mineralizing characteristics and deep prediction of No.3 rock mass in Hongqiling mining area of Jilin province

There are dozens of basic-ultrabasic rock mass in Hongqiling mining area, and No.3 rock mass is the largest in this mining area. In the exploration and investigation of resource potential of national crisis mine in the year of 2008, the thick deep orebody was found by using geophysical and deep drilling method. Using 3Dmine software built three-dimensional model or virtual three-dimensional body of rock mass, orebody, marble xenolith and the residual gravity anomaly. Through overlying these models, the overall and different superpositions were studied, and combined with the relevant geological theory and information data, further exploration target area was determined.

mineralizing characteristics; exploration target area; 3Dmine; rock mass; ore body

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