新疆西天山哈尔达坂铅锌矿床三维地质建模及找矿方向研究

李永，成勇，曹新南，解程皓

摘 要：哈尔达坂铅锌矿是近些年来在西天山别珍套山地区发现的一个大型喷流沉积型铅锌矿床，矿体主要赋存于中元古界长城系哈尔达坂群碳酸盐岩中，与闪长岩脉在空间上关系密切。通过对矿区地质、物探及工程等资料的综合研究，以重、磁、电为主要探测手段，开展矿区3 000 m以浅的成矿地质体、矿化蚀变体及构造等的综合探测，集成地质、遥感和中-深部地球物理探测数据，构建了矿区3 000 m以浅三维地质模型，揭示了深部矿体赋存特征，预测了深部找矿方向，圈定找矿靶区2处，为该区今后矿产勘查工作提供科学依据。

关键词：哈尔达坂铅锌矿床;三维地质模型;找矿方向;矿产勘查

西天山造山带处于中亚造山带的西南部边缘，大致经历了古陆形成、增生造山、碰撞造山和陆内成盆等地球动力学过程[1-2]，内部发育不同时期的陆缘盆地、增生岛弧和山前盆地等重要成矿环境。哈尔达坂铅锌矿床就位于带内陆缘盆地中，成矿条件较为优越。经初步勘查，探获铅锌资源量60余万吨，矿床铅平均品位1.06%，锌平均品位6.09%，矿床规模已达大型，成因类型属喷流沉积型。前人对哈尔达坂矿区开展了大量研究，主要是从矿床地球化学、地质年代学及矿床成因等方面进行了探讨[3-8]，而对于矿床深部的找矿方向仍没有开展系统研究，制约了进一步的勘查评价工作。目前，哈尔达坂矿区主要矿体富集地段已完成详查，本文利用大量的地质、地球物理及钻探等资料，采用SUKA-GOCAD软件开展高精度的地层、构造、侵入体、矿体等地质体建模，对矿区上述地质要素在三维空间内进行精细刻画，能够深化对矿体赋存状态的理解，实现深部地质体的可视化，圈定深部找矿靶区，为矿区下一步勘查评价工作提供重要依据。

1  区域地质背景

西天山造山带位于新疆中西部，地处中亚造山带的西南部边缘，西邻哈萨克斯坦，东西延伸大于800 km，南北宽120～350 km，是一条EW向夹持于哈萨克斯坦-准噶尔与塔里木两大板块之间的增生型造山带，为我国重要的铜、金、铅锌等多金属成矿带之一[9-13]。哈尔达坂铅锌矿床位于西天山造山带伊犁-伊赛克地块西北缘赛里木微地块内，西接哈萨克斯坦南准噶尔复背斜，东连汉吉尕褶皱带，北以博尔塔拉大断裂与阿拉套晚古生代陆缘盆地相隔，南以博罗科努阿奇克库都克断裂与博罗霍洛古生代岛弧带相邻[14]。区内断裂构造较发育，形成以近EW向或NW向区域性大断裂为主、次级NW向和晚期NE向断裂为辅的多序次断裂体系，主要断裂有博尔塔拉断裂、博罗科努阿奇克库都克断裂、奥尔塔克赛尔断裂等（图1）。出露地层主要有下元古界温泉群一套中深变质碎屑岩夹碳酸盐岩建造，中—上元古界长城系哈尔达坂群、蓟县系库松木切克群、青白口系凯尔塔斯群一套浅变质碎屑岩-碳酸盐岩建造，古生界泥盆系汗吉尕组、托斯库尔它乌组一套陆源碎屑岩及生物碎屑岩建造，石炭系大哈拉军山组、章古苏组、阿恰勒河组一套滨海相陆源碎屑岩夹碳酸盐岩建造，二叠系乌朗组一套火山岩夹火山碎屑岩建造，中生界侏罗系头屯河组一套碎屑岩建造。岩浆活动以华力西期为主，少量古—新元古代侵入岩，主要岩性为石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩及混合花岗岩、辉长岩等。火山作用主要集中在二叠系，形成岩石以钙碱性为主[3]。

2  矿区地质特征

2.1  矿区地质特征

矿区出露地层主要为中元古界长城系哈尔达坂群和古生界下石炭统阿恰勒河组，其中，长城系哈尔达坂群主要为碎屑岩夹碳酸盐岩建造，分为上、下两个亚群，岩性为白云质灰岩、灰岩、大理岩、砂岩、粉砂岩、钙质板岩及绢云母石英片岩等，目前已圈定的铅锌矿体主要分布于该群上亚群的碳酸盐岩中（图2-a）;下石炭统阿恰勒河组主要为滨浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩建造，岩性为长石岩屑砂岩及粉砂岩。区内构造简单，主要表现为褶皱作用，总体呈一单斜构造，走向近EW向，倾向南，倾角较大，局部发育小的层间褶皱及断裂，对矿体有一定的破坏作用。区内仅见细粒闪长岩脉，岩脉走向呈NE或EW向，规模不大，顺层产出或斜切地层，受褶皱、断裂构造影响而形态复杂。已发现的铅锌矿体附近多可見岩脉分布，部分脉岩边部可见呈脉状或囊状产出的铅锌矿体，局部地段因岩脉充填，矿体变得支离破碎[3]。

2.2  矿床地质特征

矿区内共圈出铅锌矿体60多条，赋矿岩石主要为白云质灰岩，近矿围岩为含碳质微晶灰岩、钙质板岩、闪长岩、白云质大理岩化灰岩等。矿体呈似层状、透镜体状顺层产出，走向近EW，总体倾向南，陡倾，矿体沿倾向具波状弯曲，分枝复合特点（图2-b）。主矿体长130～800 m，厚1.04～7.03 m，单工程最大厚度可达23.26 m，已控制主矿体沿倾向延深约300 m，矿体（铅、锌）平均品位3.5%～9.33%，以锌为主，共探获（铅、锌）资源量60余万吨。

2.3  矿石质量特征

矿石中主要金属矿物有闪锌矿、方铅矿，少量黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿，次生矿物有菱锌矿、白铅矿、铅钒、黄钾铁钒、褐铁矿等。脉石矿物主要为方解石，少量石英、白云石、重晶石等。

矿石结构主要有粒状变晶结构、半自形-他形粒状结构、交代-残余结构等，矿石构造主要有条纹（条带）状、角砾状、脉状、团块状、块状等。

3  三维地质建模

本次三维地质模型采用SUKA-GOCAD软件来建立，其最大特点是基于DSI空间插值算法，在表达地质构造的空间特征时具较好效果[15-17]。建模资料包括矿区高精度遥感图、1∶10000地质图、1∶2000地质图、12条重、磁、电剖面图、27条勘查线剖面图及47个钻孔柱状图。据已有资料，为更好的表达矿区的精细地质结构，集成哈尔达坂矿区的地质、遥感和中-深部地球物理探测数据，确定浅部成矿有利部位和成矿构造具体形态，并对中深部地球物理反演结果进行约束，进而构建了矿区3 000 m以浅的三维地质模型，主要包括矿区地表、钻孔、地层、侵入体、矿体及重、磁、电异常分布的三维模型。

3.1  三维地表及钻孔模型

通过矿区勘查线在地表分布及钻孔三维模型显示（图3-a，b），矿区属于深切割中山地貌，海拔2 700～4 100 m，相对高差约500～1 000 m，区内呈现“两山夹一沟”地形，主要矿体位于山顶平台，以“沟”为界分布在东、西两段。自西向东从64线至67线，西段布设勘查线18条、东段布设9条，总计27条。其中，针对两段矿体较厚部位从04～12线、35～43线及44～56线进行加密控制。在上述勘探线上共布置了钻孔47个，孔深80.15～443.36 m，平均孔深为226.11 m，基本实现了对矿区浅部主要矿体的控制。

3.2  三维地层模型

通过地质填图及钻孔揭露，矿区内地层主要为中元古界长城系哈尔达坂群、下石炭统阿恰勒河组及第四系。长城系哈尔达坂群又分为上、下两个亚群。

中元古界长城系哈尔达坂群主要分布于F1断层以北，厚度1.9～2.4 km，呈单斜状产出，倾向南，倾角65°～87°。其中，上亚群厚度1.2～1.4 km，为本区主要赋矿层位。目前已发现的铅锌矿体主要分布在该岩性段中部宽500～800 m的白云质灰岩中（图4-a）;下亚群厚度0.7～1.0 km，地层中未见铅锌矿化。

下石炭统阿恰勒河组主要分布于F1断层以南，厚度约0.5 km，呈单斜状产出，倾向南，与下伏哈尔达坂群下亚群呈断层接触关系（图4-b）。

3.3  三维侵入体模型

矿区内仅见有细粒闪长岩脉，从模型来看，多呈岩枝状、脉状产出，岩脉总体走向NE，长为200～3 000 m，宽几米至几十米（图5-a）。岩脉在西段顺地层大角度产出，而东段近水平斜切地层，因断裂构造作用多呈蛇形弯曲、形态复杂。已发现的铅锌矿体附近多见闪长岩脉（图5-b），显示矿体与闪长岩脉的关系十分密切，可能对成矿有一定作用。

3.4  三维矿体模型

矿区内共圈定矿体60余条，主要分布在东、西两段内（图5-c，d）。矿体赋存于中元古界长城系哈尔达坂群的白云质灰岩中。建模仅针对Ⅰ-10、11、12及Ⅱ-3、4、6号主矿体开展。

Ⅰ-10、11、12号矿体位于矿区西段，从矿体埋藏特点来看，均具有“西低东高”的特征（图5-e），东侧最高处海拔约3 780 m，出露于地表。西侧最高处海拔约3 450 m，隐伏于地下，距地表约300 m，总体具向西侧伏的特点。矿体东西长350～550 m，南北厚度6.5～8.0 m，形态总体呈似层状、板状，向深部延伸稳定，走向65°～85°，倾向南东，倾角65°～85°，矿体沿走向在东、西两端较陡直，倾角80°～85°，在中部相对较缓，倾角65°～80°，局部略显“S”型，厚度变化不大。

Ⅱ-3、4、6号矿体位于矿区东段，平行斜列展布。从矿体埋藏特点来看，自西向东具 “深-浅-深”的特点（图5-f），中间最浅处出露于地表，两侧最浅处距地表约40 m。矿体东侧在倾向上延伸有限，有被岩体“侵食”的可能（图5-f），西侧有向深部延伸的趋势。矿体东西长300～400 m，南北厚4.0～42.5 m，走向近EW向，倾向南，倾角65°～80°，矿体呈似层状，厚度变化不大。

3.5  三维物探模型

本次研究共布设了12条重、磁、电物探综合剖面，对深部地层、构造、岩浆岩及矿体等的赋存状态进行探测。从采集的600余件岩（矿）石物性参数测量结果来看，铅锌矿石密度在2.99～3.48 g/cm3，白云质灰岩、白云岩与闪长岩密度在2.84～2.86 g/cm3，与区内其它岩石密度差在0.12～0.74 g/cm3之间。矿区内仅闪长岩具弱-中等磁性，磁化率在50～200×10-6  4π，其它岩石、矿石均无磁性。铅锌矿石电阻率均值在300～800 Ω·m，属低阻岩石。石英片岩、灰岩、闪长岩的电阻率均值在2 000～4 000 Ω·m，属中高阻岩石。白云质灰岩、大理岩、钙质板岩电阻率均值为6 000～25 000 Ω·m，属高阻岩石。综上所述，本区铅锌矿石总体呈高重、无磁、低阻的特征。按照按“一横两纵”图切3条剖面（图6-a-c），得出物探异常与各地质体空间相互关系特征。

3.5.1  重力模型

矿区重力异常呈中部高、其它地段低的特征（图6-d）。南侧局部重力高异常主要由高密度的闪长岩、白云岩等引起，中部铅锌矿体引起的重力高为0.05～0.5×10-2 mGal，且大多与白云岩、白云质灰岩或闪长岩引起的宽大重力高叠加在一起，重力异常能有效排除碳质地层干扰。

3.5.2  磁法模型

矿区磁异常以平缓的低磁及负磁背景磁场为主（图6-e），其内分布宽度40～300 m异常值为100～400 nT的局部磁力高，主要呈脉状及团块状，大部分磁力高異常地表都出露有闪长岩脉，部分为隐伏闪长岩脉或闪长岩体引起。铅锌矿体主要位于低磁或无磁区，闪长岩对应磁力高异常的特征，可利用磁法辅助识别矿致重力高与闪长岩引起的重力高。

3.5.3  电法（AMT）模型

音频大地电磁测深（AMT）是利用天然交变电磁场来探测地电性质及异常分布特征的物探类勘查技术手段，能够快速准确地反映随深度而变化的地下电性结构特征[18]。从模型来看（图6-f），灰岩、白云质灰岩对应1 000～5 000 Ω·m的高阻异常，其间出现一些相对低阻区，浅部钻探控制的铅锌矿体都分布在相对低阻异常区内;板岩、石英片岩对应10～1 000 Ω·m的中低阻异常区，石英片岩电阻率相对较低、板岩相对较高;闪长岩均表现为高阻异常。利用AMT测深圈定低阻异常能有效的向深部追索矿带延深。

4  找矿方向

据哈尔达坂铅锌矿床受层位控制的特征，结合物探异常与脉岩及矿体的空间位置关系，在地质-地球物理三维反演、建模的基础上，依据其成矿规律研究的最新成果，提取控矿要素，从浅部含矿地质体和控矿构造厘定中深部成矿有利地质体和物探异常定位等两个层次进行综合分析，建立矿区三维可视化地质模型。运用大数据平台开展了深部矿体空间位置预测，揭示深部矿体赋存特征，开展深部找矿方向的探讨。

从三维地质、地球物理模型成果来看，赋存于白云岩、白云质灰岩中的铅锌矿体附近因发育闪长岩脉，总体表现为重力高、相对高磁、低阻的异常特征。石英片岩、钙质板岩等因其板理、片理发育，为透水性、含水好的岩性层，实测电阻率为100～1 000 Ω·m，表现为中低阻特征，重、磁异常均不明显。白云岩、白云质灰岩、闪长岩均表现为高阻、重力高特征，但后者具明显的磁力高异常。灰岩则表现为中高阻、平缓的磁场及重力场，利用重力高异常可区分灰岩与白云质灰岩。

分析认为，可将白云岩、白云质灰岩层中电阻率小于1 000 Ω·m、浅部有矿化带分布、对应有重力高异常地段划定为找矿靶区。

综合上述特征，在矿区东、西两段深部各圈定了一处较为有利的找矿靶区（图7-a，b），编号为B1和B2。其中B1号靶区分布在矿区西段，地表位于27～59号勘查线处，深部赋存标高2 650～3 580 m，宽度70～110 m，东西延伸约1 050m;B2号靶区分布在矿区东段，地表位于40～64号勘查线处，深部赋存标高2 950～3 450 m，宽度80～15 m，东西延伸约600 m。

5  结论

（1） 采用SUKA-GOCAD软件建立了哈尔达坂铅锌矿区地表模型和各实体模型，直观的显示了地层、岩体和矿体等地质体在真实三维空间中的形态、展布特征及规律，为后续勘查评价和矿山开采工作提供了有利依据。

（2） 通过三维地质模型的建立，结合AMT矿致异常信息三维模型，认为矿区东、西两段深部仍具较大的找矿潜力。

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Research on 3D Geological Modeling and Prospecting Direction of HaerdabanPb-Zn Deposit in WesternTianshan， Xinjiang

Li yong，Cheng yong，Cao Xinnan，Xie Chenghao

（Institute of Geological and Mineral Exploration，Xinjiang Non-ferrous Geological Exploration，bureau，

Urumqi，Xinjiang，830000，China;）

Abstract： The HaerdabanPb-Zn deposit is a large-scale sedimentary-exhalative deposit discovered in the Biezhentao area of WesternTianshan in recent years. The orebodies mainly occur in a set of carbonate rocks in the Haerdaban Group of the Great Wall System of the Mesoproterozoic， which are closely related to the diorite veins in space. Through the comprehensive study of geological， geophysical and engineering data in the mining area， the comprehensive exploration of metallogenic geological bodies， mineralized alteration and structures less than 3000 meters in the mining area is carried out by using gravity， magnetism and electricity as the main detection means. By integrating geological， remote sensing and middle deep geophysical exploration data， a three-dimensional geological model less than 3000 meters in the mining area is constructed to reveal the occurrence characteristics of deep ore bodies， The deep prospecting direction is predicted and two prospecting targets are delineated， which provides a scientific basis for the future mineral exploration in this area.

Key words： HaerdabanPb-Zn deposit; 3D geological model; Prospecting guideline; Mineral exploration