黔西南戈塘地区多元信息综合找矿方法研究

陆建宝，季国松，张钟华，刘 浩

(1.贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，贵州 贵阳 550018；2.贵州省地质矿产勘查开发局一○二地质大队，贵州 遵义 563000)

0 引言

近年来，随着矿产勘查工作的深入推进，找矿工作逐渐向深部进军，找矿难度越来越大，找矿风险越来高，因此科学开展成矿预测非常必要，那就必须采用多手段、多方法相结合[1]，尽可能提取多元化成矿信息。通过目前的勘查成果，结合区内开展的矿产调查工作。本文通过成矿构造及成矿结构面分析，结合地球化学信息提取、地球物理信息提取、遥感蚀变信息提取，科学分析各项手段方法的应用效果及适用性，为区内下步找矿研究优选找矿方法的组合，为区内矿产调查及深部勘查提供依据。

1 成矿地质背景及成矿条件

研究区位于贵州西南部，大地构造上位于扬子陆块区上扬子陆块之南盘江—右江裂陷盆地北部[2-3]。区域上地层以沉积岩为主，区域岩浆岩不甚发育。

研究区内中二叠世为开阔台地碳酸盐岩沉积为主，晚二叠世为潮坪相含煤细碎屑岩沉积；早三叠世印度阶以浅海陆棚相为主，早三叠奥伦阶以开阔台地—局限台地相碳酸盐岩沉积为主，中三叠世以潮坪相碳酸盐岩沉积为主；晚三叠世至早期以陆棚边缘盆地相碎屑岩沉积为主，晚三叠世卡尼阶中期为浅海陆棚相浊流沉积。白垩系分布局限，为内陆河湖相砂砾岩沉积[4-6]。

研究区构造以NE向、NW向、近EW向、近SN向四组，区域上矿产以低温热液型(微细粒浸染型)金矿为主，金矿多产于大型背斜轴部有利成矿结构面及成矿构造中，主要包括断裂裂隙、界面。研究区内已发现了戈塘大型金矿、万人洞、海子等小型金矿点(图1)，金矿主要受上二叠统龙潭组与中二叠统茅口组不整合界面控制[7]。赋矿岩石以细沙岩、粉砂岩、灰岩及其形成的角砾岩为主。围岩蚀变以硅化、黄铁矿化、碳酸盐化为主[8]。研究区成矿结构面主要为Si/Ca面，其物性明显差异，可通过物探方法提取有利成矿部位。区域上金矿主成矿元素Au与As、Sb、Hg等元素组合为特征，可根据元素性质采用地球化学提取找矿信息[9-11]。

图1 戈塘地区地质图Fig.1 The geological map of Getang area

2 地球物理信息提取

2.1 重力异常信息提取

研究区主要以布格重力剩余负值异常为主，在区内北东侧及西南侧，布格重力剩余异常轴向以NW向为其主轴方向；在中部，布格重力剩余异常较为凌乱，呈团块状展布，局部呈近NE向展布，从布格重力剩余异常幅值看，布格重力剩余异常极小值位于区内西南侧万屯—鲁屯一带，向NE方向异常幅值略增大，但总体仍呈现出布格重力剩余负值异常，推断区域内引起布格重力剩余负值异常的主要因素是区域内密度较低、规模较大、埋藏深度较浅的龙潭组引起。

基于地质体的地球物理特性，当断裂产生后，会使地质体在三度空间发生位移和错断时断裂两侧的地层的物性产生变化；断裂反映的是地层物性界面的陡变带，断裂的规模越大，两种物性界面的陡变带规模也越大、物性差异也越大，地球物理异常梯级带形态也越明显。

根据研究区的重力场，结合地质以及其他资料，推断研究区的断裂构造。断裂构造推断与圈定的主要依据包括布格重力异常、剩余重力异常、水平方向导数、垂向二阶导数、水平总梯度模等。

1)在布格重力异常平面图及布格重力剩余异常平面图上的标志：走向明显的重力梯级带；狭长的带状异常；异常带的水平错位或平移；异常等值线的同向扭曲；重力场发生明显变化的分界线；重力高与重力低之间的线性过渡带。

2)导数水平方向导数是强化断裂构造信息的一种行之有效的方法，不同方向的水平导数可以突出与之垂直的异常展布特征，从而较准确的推测断裂构造在地面的投影位置。在布格重力水平方向导数异常平面图上的标志：线性排列的同号异常的极值连线；走向明显的线性异常轴连线；线性异常的平移或错位。

3)在重力垂向二阶导数异常平面图上的标志：线性异常边界的平直零值线。

4)水平总梯度重力异常计算是将重力梯级带转换为梯度值，其极值带更好地对应了断裂位置，从而提高了对断裂的平面分辨能力。重力水平总梯度异常极大值位置标示着断裂的位置，其幅值大小反映了断裂的规模，极大值走向突变和错断代表断裂被切割和错。在重力水平总梯度模异常平面图上的标志：线性排列的极大值连线；极大值走向的突变和错断。

5)断裂产生，使地质体在三度空间发生位移和错段，地层之间的密度产生变化，断裂反应的是地层密度界面的陡变带，表现为重力异常梯级带形态。通过异常梯级带滤波增强技术，可以突出重力梯级带变化的效果，然后进行水平总梯度处理，能更准确有效的提取断裂信息。

根据上述原则并结合地质以及其他资料，推断研究区的断裂构造8条(图2、表1)，布格重力异常主要表现为密集重力异常梯级带，剩余重力异常主要表现为正负异常的分界线；重力水平一阶导数45°方向上表现为串珠状的负异常带；重力垂向二阶导数异常上表现为零值线的连线；重力水平总梯度模呈串珠状重力高值异常带等特征，推断解译标志明显。其中，推断的F2、F3深大断裂分别控制了上二叠统厚度及沉积相的变化，可能为同沉积断裂。F4断裂与地表出露海马谷断裂大致一致，为一颗区域性大断裂，区内内已发现的金矿床(点)分布于该断裂2 km影响范围内，可能为区内的导矿构造。

表1 重力推断主要断裂统计Table 1 List of the major faults inferred by gravity anomaly

图2 研究区布格重力异常及推断断裂图Fig.2 Bouguer gravity anomaly and inferred fault diagram in the study area1—布格重力异常等值线(m/s2) 2—重力推断断裂及编号

2.2 可控源音频大地电磁测深异常信息提取

本次对异常及蚀变带采用可控源音频大地电磁测深测量(CSAMT)。以WK4线为例，根据数据分析显示，有效探测深度达到了1200 m。结合地质图与物性表可以推断1000/WK4～2480/WK4点之间高程1100 m处为茅口组与龙潭组不整合界面。2600/WK4号点附近的高低阻梯级带倾向与地质上的上河坝断裂类似，推测该异常是南东倾向的上河坝断裂的反应。推断2600/WK4～3560/WK4号点之间的高程1250 m处为茅口组与龙潭组不整合界面。3560/WK4号点附近的台阶状异常其倾向与鲁沟断裂的倾向一致，推测此异常为鲁沟断裂的反应。3560/WK4号点高程1200 m龙潭组与茅口组不整合界面(图3)。

图3 WK4线电阻率断面与地质剖面对照图Fig.3 The comparison map of resistivity section and geological section in WK4 line1—下三叠统飞仙关组 2—上二叠统龙潭组 3—中二叠统茅口组 4—粉砂岩5—黏土岩 6—粉砂质黏土岩 7—灰岩 8—正断层 9—逆断层

综上，剖面由北至南横穿上河坝断层、鲁沟断层，物探成果总体上能反映该区域的地质、构造特征。上河坝断裂表现为高低阻梯级带，倾向SE，倾角70°～80°，延伸400余米。鲁沟断裂表现与上河坝断裂类似，延伸500 m，断裂表现与地质较吻合。同时综合推断出深部有利成矿构造及成矿有利界面[9]，即龙潭组与茅口组不整合界面，对寻找隐伏的主要岩性突变界面具有较好指示作用。该方法对提取0～500 m的成矿构造及成矿结构面有较好的指示作用。

2.3 宽频大地电磁测深异常信息提取

对研究区成矿有利地段开展了宽频大地电磁测深。以WK9线为例，WK09线反演结果所示(图4)，从电性结构上，以靠近小海子附近的122号测点为界，在高程500 m以上的浅部地层的左右两侧可分电性差异明显的块体，右侧表现为连片的高阻块体，推断为二叠系茅口组碳酸岩地层；左侧可再分为上下2个差异明显的块体，上部整体表现为中高电阻率块体，推断为下三叠统飞仙关组(T1f)灰岩，下部整体表现为低电阻率块体，推断为下三叠统飞仙关组—上二叠统龙潭组(T1f～P3l)的碎屑岩。

图4 WK9线宽频电阻率断面与推断解释图Fig.4 The inferred interpretation diagram and wideband resistivity section in WK9 line1—下三叠统水宁镇组 2—下三叠统飞仙关组 3—上二叠统龙潭组 4—中二叠统茅口组5—实推测地质界线 6—实推测断层 7—实测点位置 8—施工验证钻孔

根据WK9线的地质推断解译结果所示，剖面128测点深部(高程1200～1400 m)位置存在的一个相对低阻带应为多期次活动海马谷主断层(F1)显示，根据电阻率梯度带的变化特征，推断海马谷断层的总体倾向为SE方向，倾角非常陡立，大致为70°～80°，断层的性质为逆断层。124号测点左侧高程400～500 m处的低、高电阻率梯度带推断为海马谷断层下盘P3/P2有利赋矿层位的显示，该P3/P2界面向北存在逐渐抬升的趋势，其对应的高低电阻率梯度带显示不连续，存在局部的“凹凸”地形的弯曲，在剖面110～112号测深位置“隐约”存在一个相对“隆起点”，其埋深在高程约500 m处，距离地表约1000 m。由于F4逆断层的作用，对应100～104号测深点整体位于逆断层的下盘，相对于上盘，其深部P3/P2界面存在相对向下的距离位移。

通过宽频大地电磁测深，对于埋藏在地表1 km以下的构造和界面均反映比较清楚，综合推断出深部有利成矿构造及成矿有利界面，包括海马谷断裂及龙潭组与茅口组不整合界面，对寻找隐伏的主要岩性突变界面具有较好指示作用。

2.4 复电阻率剖面异常信息提取

在研究区内横穿海马谷断裂及万人洞断层做了复电阻率法剖面测量(CR)，对数据做2.5D反演，形成的电阻率(ρ)断面图和极化率(IP)断面图(图5)。WF1线在1400/WF1～1500/WF1点间和3100/WF1～3200/WF1点间存在两处低阻异常带。这两处异常分别对应海马谷断裂带和万人洞断裂带。所以，推断此两处异常为海马谷断裂和万人洞断裂引起。两低阻带都有较高的极化率异常对应。说明在两条断裂带中含有高极化物体。就调查区而言，高极化物有两种：一种为金属矿物，一种为含煤(或含炭质)地层。对比地质剖面图，可以发现在断裂带中含有明显矿化物，在海马谷断裂南东侧附近出露有龙潭组，而万人洞附近主要为茅口组和栖霞组。结合物性资料，认为1400/WF1～1800/WF1点间的高极化异常为断裂带中矿化体和龙潭组含煤地层共同形成，3000/WF1点以南的高极化异常为矿化异常的可能性较高。通过复电阻率法剖面测量测深，对于断裂构造比较清楚的反映，同时对于含金属矿物的矿种具有直接指导意义。

图5 WF1线 CR法反演电阻率断面、极化率断面与地质剖面对照图

3 地球化学信息提取

3.1 土壤地球化学信息提取

搜集研究区1∶5万土壤地球化学资料数据分析，圈定Au单元素异常18个(图6)。其中Au1单元素异常规模大，强度高，峰值高；Au5、Au6、Au7、Au8、Au9、Au10、Au11、Au15等7个Au单元素异常具有一定规模和强度(均达三级)；Au2、Au3、Au12、Au13、Au18等5个Au单元素异常具有一定规模，但异常强度较低(以一级为主，少部分达二级)。其余Au14、Au16、Au17等3个Au单元素异常强度低，规模较小。

图6 研究区土壤地球化学图

引起区内Au元素异常的主要因素：① 产于茅口组与龙潭组界面的蚀变体，使其形成规模大、强度高、峰值高的异常；② 产于茅口组顶部岩溶洼地、漏斗控制的第四系风化残积型金矿，使其在茅口组中形成高背景、规模大、强度高、峰值高的异常；③ 成岩作用期或成岩期后，构造及热液活动引起地层局部Au元素富集形成高背含量或弱异常；④ 表生风化淋漓作用使Au元素在土壤及半风化岩石中富集形成弱异常。

通过土壤地球化学异常分析，结合工程揭露情况，土壤地球化学信息提取方法对于寻找氧化矿具有直接指示意义，对于寻找埋藏较浅的原生矿有较好的指示信息。

3.2 构造地球化学信息提取

为了进一步查证引起土壤化探异常的原因，确定异常源，针对海马谷断裂、万人洞断层、干寨断层等NE向蚀变带试验性开展了构造地球化学采样测试，针对性的沿断裂蚀变带采集蚀变矿物、方解石细脉、断层泥等样品作测试分析。以HG01为例，对海马谷断裂北西盘圈出的低缓异常(Au元素异常峰值为15×10-9)开展了构造地球化学采样测试分析，其Au元素异常峰值为146.2×10-9，与As、Sb、Hg、W、Mo元素套合较好(图7)。进一步确定异常源及靶位，同时进一步证实了异常是由含矿热液引起。目前通过钻孔验证，揭露出含金蚀变带，该方法采样介质为与成矿有关的物质或蚀变矿物，相对于土壤具有直接指导作用，同时强化了弱异常信息的提取，对于基岩出露较好的区域寻找热液型金矿具有较强的指导作用。不但强化了异常或找矿信息，而且大大减少了采样量和分析费用，提高了工作效率和找矿效果。

图7 HG01构造地球化学剖面与土壤地球化学异常叠合图Fig.7 Superposition diagram of geochemical structure profile and geochemical soil anomaly in HG01 line1—下三叠统水宁镇组第三段 2—水宁镇组第二段 3—水宁镇组第一段 4—下三叠统飞仙关组第四段5—地质界线 6—断层 7—构造地球化学采样点 8—土壤化探异常(Au/10-9)

3.3 地气、地电地球化学信息提取

地电化学测量是以地下岩石中的离子动态平衡状态为基础的地球化学方法。矿石的电化学溶解作用及溶解了的离子，在电流驱动下向上迁移并在测点处形成积累，通过测定积累随时间的变化规律，即可指示隐伏矿体赋存位置。在人工电流场的作用下，使深部处在动态平衡的离子产生两极分化，阴阳离子分别向无穷远极和接收极迁移。离子的迁移并非指从深部直接迁移至地表，而是相邻单元体积内的离子沿电流场的方向移出和移入，并最终形成接收器中的阳离子积累。接收器中阳离子积累的浓度与供电时间、介质中离子的浓度及离子的迁移速度成正消长关系。

地气的概念是1982年由瑞典兰德大学物理系Kristiansson博士和波立登矿业公司勘探部Malmqvist博士共同提出的，我国童纯菡(1989)首次开始了地气法隐伏金矿的试验，随着王学求等人对深穿透地球化学的研究表明，地球内部存在着垂直运移的上升气流，当它流经矿体或岩层时，将其中元素的纳米微粒携带并迁移至地表，从而在矿体上方形成了成矿元素、伴生元素的地气异常。

横穿干寨断裂开展了地电化学及地气测量，以HG03为例，提取了各元素不同程度的异常，且异常明显，异常重合性较好。尤其是19～21号采样点上的Au元素呈单峰异常，异常宽度为60 m，异常峰值为178×10-9，与As、Hg元素组合异常近似完全套合(图8)，其与地气剖面和快速测试分析仪器圈定的异常套合较好，地电化学异常强度较大。通过对异常进行查证，在干寨断层附近发现一条矿化蚀变带，经取样分析具金矿化显示。该方法对于深覆盖区，寻找隐伏矿床具有较好的实用性[12]。

图8 HD3线地电、地气化学剖面与地质剖面对照图Fig.8 The comparison diagram of geoelectricity and gas geochemical profile and geological profile in HD3 line1—下三叠统水宁镇组第三段 2—水宁镇组第二段 3—水宁镇组第一段 4—下三叠统飞仙关组第四段5—砂岩 6—黏土岩 7—粉砂质黏土岩 8—灰岩 9—正断层 10—含金矿化蚀变带

4 遥感蚀变异常信息提取

遥感矿化蚀变信息提取，是利用遥感图像处理技术，直接从遥感图像数据中提取反映矿化围岩蚀变的波谱信息，获取区域羟基及铁染等与矿化密切相关的资料信息[13]，为进一步确定找矿靶区提供依据。

对确定的蚀变异常分量，参考化探异常分级的办法，以σ(标准离差)做为尺度，用数倍σ值做为阈值，限定异常水平。将主分量分析结果的均值(X)理解为代表区域背景，利用(X+kσ)划分异常强度等级。本次k值分别取4、3.5、3时，羟基异常从强到弱分为1～3级；当k值分别取5、4.5、4时，铁染异常从强到弱分为一级、二级、三级。

研究区内的金矿矿化蚀变类型主要有硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、石膏化、黏土化等。其中黄铁矿化主要通过铁染(Fe3+)异常提取来反应，而碳酸盐化矿物含有羟基(—OH)，主要通过羟基(—OH)异常提取来反应碳酸盐化。采用TM数据的(1，4，5，7)波段和TM(1，3，4，5)波段进行主成分分析，分别获取羟基异常及铁染异常信息，根据其中特征向量特点，分别选取指示性吻合的主成分分量PC4为羟基蚀变异常及铁染蚀变异常，并通过设定阀值，限定异常水平，对进行异常分级圈定，羟基异常与铁染异常从强到弱均分为一级、二级、三级[15]。

遥感蚀变异常主要分布在戈塘背斜南东翼，位于海马谷断层和鲁沟断层之间(图9)，与解译的线性构造和环形构造的相关度较高，也与已知金矿点吻合度高。羟基与铁染蚀变异常主要分布在二叠系茅口组、龙潭组中，与断层及线性构造呈一定的相关性。

图9 研究区遥感蚀变异常分布图Fig.9 Distribution map of remote sensing alteration anomalies in the study area1—中三叠统 2—下三叠统 3—上二叠统 4—中二叠统 5—地层界线 6—正断层 7—逆断层 8—断层9—一级铁染异常 10—二级铁染异常 11—三级铁染异常 12—一级羟基异常 13—二级羟基异常 14—三级羟基异常

5 结论

对研究区开展方法性实验，研究区内地质、地球物理、地球化学、矿化蚀变等多元地学数据的找矿信息提取和综合处理技术研究，分析其方法应用效果及其适用性，形成了一套多元信息综合找矿的技术。得出的结论如下：

1)通过物探方法试验，重力能解决深大断裂或隐伏岩体，即可以推断成矿地质体或流体运移通道位置；对于浅部构造可控源音频大地电磁测深测量能较好的反映断裂构造规模及延伸、岩性界面埋深及起伏情况；对于深部构造采用宽频大地电磁测深测量能较好的反映断裂构造规模及延伸、岩性界面埋深及起伏情况。

2)通过构造地球化学的新方法试验工作，相对于土壤地球化学能直接提取与成矿相关的找矿信息，能较好的提取弱异常信息，直接指导找矿靶位，对寻找隐伏矿体有一定指导作用。通过地电、地气地球化学的新方法试验工作，发现地电、地气化学剖面测量能提取与成矿有关的指示信息，强化了弱异常，对强覆盖区寻找隐伏矿体有一定指导作用。

3)研究区内的金矿矿化蚀变类型主要有硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、石膏化、黏土化等。其中黄铁矿化主要通过铁染(Fe3+)异常提取来反应，而碳酸盐化矿物含有羟基(—OH)，主要通过羟基(—OH)异常提取来反应碳酸盐化。采用TM数据进行主成分分析，可以获取羟基异常及铁染异常信息，可以较好的指示矿化蚀变情况及分布范围。