勘查区找矿预测理论与方法及其应用案例

吕志成， 陈辉， 宓奎峰， 张帮禄， 谢月桥， 庞振山， 程志中， 薛建玲， 公凡影， 段 彬， 吕 鑫

0 引言

矿产资源是人类经济社会发展的物质基础，也是工业、农业、国防和其他社会行业的“粮食”和主要动力来源（翟明国和胡波，2021）。矿产勘查是发现和查明矿产资源并服务于经济社会发展的重要的先行性和基础性工作，是国民经济的重要基础产业，其发现和探明的矿产资源满足了人类社会对矿物原料日益增长的需要。然而，矿产勘查位于人类利用矿产资源产业链的源头和上游，具有科学性、探索性、实践性强及风险大等特点。降低勘查风险、实现科学找矿和找矿效益最大化一直是国内外矿产勘查界不断探索的前缘领域和研究热点。开展大比例尺矿产（成矿）预测是解决这一难题的有效途径，为此国内外学者经过几十年的探索和研究，形成了大比例尺矿产（成矿）预测的理论和学科体系。国际上，苏联学者基于建造和构造分析基础上，提出了著名的预测普查组合理论（胡惠民等，1995）。西方学者基于矿床成因、描述、统计等模型基础上，提出了矿床模型预测理论（White and Hedenquist，1995）。中国开展大比例尺找矿预测的工作始于20世纪50年代，经过几十年的发展，在大比例尺成矿预测理论和方法方面等取得了突出成果，形成了完整的理论和技术方法体系（朱裕生等，1997；范永香和阳正熙，2003），包括地质异常矿体定位 预 测 与 统 计 预 测（赵 鹏 大 等，1983，1992，1994，1995，1996；赵鹏大和池顺都，1991；赵鹏大和孟宪国，1993； 赵鹏大和陈永清，1998；赵鹏大，2007）、成矿系列（陈裕琪等，1983；陈毓川等，2006）、大比例尺GIS三 维 立 体 预 测（肖 克 炎 等，2000a，2000b，2012；陈建平等，2007）、成矿系统（翟裕生，2000，2003a，2003b；翟裕生等，2010）、三联式成矿预测（赵鹏大，2000，2002；赵鹏大等，2001，2003）、构造成矿动力学（韩润生，2003）、矿田（床）构造地球化学（韩润生，2005）、“三部式”矿产资源评价方法（肖克炎等，2006；Singer and Menzie，2010）、综合信息预测（王世称，2010）、构造岩相学与地球化学岩相学（方维萱，2012）、矿床模型预测理论（毛景文等，2012）、固体矿产矿床模型综合地质信息预测技术（叶天竺，2013）、基于大数据的矿产资源智能预测（陈建平等，2015；肖克炎等，2015；于萍萍等，2015；赵鹏大，2015；周永章等，2018；王功文等，2021；张士红和林子瑜，2021；赵鹏大和陈永清，2021）等。特别是21世纪初实施的国家专项“全国危机矿山接替资源勘查（2004—2010年）”“老矿山深部和外围找矿（2011—2013年）地质调查计划”及整装勘查区及矿集区地质调查项目，大比例尺矿产预测工作在矿山深部、外围和整装勘查区找矿工作中得到广泛应用，并取得显著成效（于晓飞等，2020）。

勘查区找矿预测属于预测矿体级别的大比例尺矿产预测工作，目的是预测、发现和探明未知矿体，指导探矿工程部署，属矿体定位预测。其特点是预测范围较小，一般是几到几十平方千米，深度在1500～2000 m以浅。预测对象与已知矿床（化）可比性强或联系密切，故已知矿床（化）的成矿规律和找矿标志可以作为预测的重要基础。开展大比例尺找矿预测是实现科学找矿的重要途径，也是寻找隐伏矿、深部矿的有效方法之一。在地质工作程度较高，且以寻找隐伏矿、深部矿为主要任务的地区，更需进行大比例尺找矿预测，以提高地质找矿效果实现科学找矿。文章以服务于矿产勘查和实现找矿突破为目标，阐述勘查区找矿预测理论与方法，分析讨论其在三类不同类型矿床找矿中的应用案例，以此推动大比例尺矿体定位预测工作，从而提高预测的准确度，进一步推进实现科学找矿。

1 勘查区找矿预测理论与方法的建立

勘查区找矿预测以现代构造地质学、岩石学、矿物学、地球化学和矿床学等基础理论为指导，以1∶10000和1∶5000大比例尺地质构造和矿化蚀变等地质填图为基础，通过成矿地质体、成矿结构面和成矿作用特征标志研究，构建找矿预测地质模型。结合应用物探和化探方法，预测推断矿体赋存位置。通过工程施工，发现并查明工业矿体（矿床）。勘查区找矿预测是大比例尺矿产预测的重要组成部分，也是矿产勘查的主要内容，贯穿于矿产勘查（普查、详查和勘探）各个阶段，与矿产勘查工作同步进行。

1.1 勘查区找矿预测理论

基于对矿床成矿理论的研究和认识，结合矿产勘查的实际情况，在总结全国矿山深部和外围找矿预测工作成果的基础上，提出了勘查区大比例尺找矿预测的体系框架。

（1）基于找矿预测及矿产勘查的认识规律、方法论及成岩成矿关系，提出了与成矿有关的目标地质体（以下简称成矿地质体）概念，明确勘查区找矿方向。成矿地质体是指与矿床形成在时间、空间和成因上有密切联系的地质体（提供成矿物质和/或成矿的能量）。矿床的形成与成矿地质体同时或相近，或矿床空间分布与成矿地质体相依，或矿床形成与成矿地质体具有成因联系。成矿地质体包括地质建造及形成地质建造的环境，亦为自然岩石组合体和不同尺度地质体间的结构构造。通过对勘查区成矿地质条件的分析研究，确定成矿地质体（表1），明确找矿方向，回答了在一个具体勘查区（或工作区）如何开展找矿预测和矿产勘查的核心问题。

表1 主要类型矿床的成矿地质体（叶天竺等，2014）Table 1 Geological bodies related to the mineralization of the main types of mineral deposits（Ye et al.，2014）

（2）基于构造对矿（床）体成矿、控矿的普遍性规律，提出了成矿结构面的概念。通过对成矿结构面的研究，预测矿体空间位置，实现对矿体定位预测。矿床学的研究表明，无论是内生还是外生矿床，构成矿床的矿体都无不例外地受构造控制，并赋存于构造中。成矿结构面是指赋存矿体的岩石物理化学性质不连续面，可划分为原生成矿结构面、次生成矿结构面和物理化学条件转换结构面。原生成矿结构面包括沉积成岩作用原生构造、火山成岩作用原生构造和岩浆侵入成岩作用原生构造面，如火山、岩浆侵入作用形成的热液水压裂隙构造和隐爆角砾岩构造都是典型的原生成矿结构面。次生成矿结构面包括地质体形成后受构造应力场控制形成的构造界面，如区域应力作用下形成的褶皱、断裂构造中的成矿结构面，褶皱轴面及由褶皱作用形成的次生断裂、裂隙构造、层间破碎带、转折端、虚脱带等构造界面。断裂构造包括各种级别、序次的断裂、裂隙和节理等。物理化学条件转换结构面是分划性结构面，在成矿作用过程中，矿质沉淀于成矿物理化学条件（如温度、压力、酸碱度、氧化还原电位、密度、孔隙度等）转换界面处，如砂岩型铜矿矿体赋存于古氧化还原转换部位；后生水成砂岩型铀矿赋存于层间氧化带前锋带，即氧化还原界面附近等。通过研究成矿构造与区域构造、成岩原生构造、控岩构造的关系，确定成矿构造和成矿结构面（表2），通过勘查技术手段对成矿结构面进一步厘定和评价，进而达到预测矿体的目标。

表2 主要成矿构造系统的成矿结构面类型组合及空间格架（叶天竺等，2014）Table 2 Types and composites of the metallogenetic structural planes in the main metallogenetic systems (Ye et al., 2014)

（3）基于充分发挥各类矿床成矿理论对找矿预测的直接指导作用，提出成矿作用特征标志的概念。矿床是成矿作用的产物，不同矿床类型具有不同的特征标志，主要表现为矿体宏观特征、矿物特征、成矿元素特征等方面，如矿化、蚀变特征、矿化组合、成矿流体、成矿元素迁移沉淀机制等矿床学、矿物学、地球化学方面的特征标志。系统总结主要类型矿床的成矿作用特征标志，并作为找矿预测的依据，不但为勘查区找矿预测提供了理论基础，也为找矿预测提供了科学依据，进而实现矿床学、矿床地球化学理论研究与找矿预测与矿产勘查实践的紧密结合。找矿预测的目的是预测未揭露矿体（隐伏）的空间位置，找矿预测的过程是通过研究成矿作用特征标志及已经揭露部分的矿体特征，推断未揭露矿体的空间位置。

（4）勘查区“三位一体”找矿预测地质模型的概念及构建方法。“三位一体”找矿预测地质模型是以突出表达成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志为基础的三维矿床实体模型，如斑岩铜矿找矿预测地质模型（图1）。“三位一体”找矿预测地质模型中的成矿地质体表达其与矿床形成的时空、物质来源及能量关系。“三位一体”找矿预测地质模型空间结构表达矿化样式在三维空间的变化规律，实现成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志“三位一体”深度融合，以及矿化样式（深浅、上下、左右、内外等矿化样式）在三维空间中的变化规律及三维空间结构的精细刻画。按照勘查区找矿预测理论与方法体系的学术思想，系统构建了中国砂岩型铀矿床、海相火山岩型铜铅锌矿床等25种主要矿床类型的找矿预测地质模型，为勘查区找矿预测提供理论指导。

图1 斑岩铜矿找矿预测地质模型（叶天竺等，2014，2017）Fig. 1 Geological model of prospecting prediction for porphyry copper deposits（Ye et al.，2014，2017）

1.2 勘查区找矿预测技术流程

勘查区找矿预测的方法技术流程及基本方法，是在全面收集勘查区地质、构造和矿产特征资料的基础上开展预研究，确定主攻矿床类型，明确找矿思路。通过典型矿床研究和成矿地质体研究指明找矿方向；通过成矿构造和成矿结构面研究预测推断矿体位置；通过成矿作用特征研究，如矿化样式、矿物组合、围岩蚀变、矿化分带、成矿流体等特征，确定成矿作用特征标志，总结关键控矿地质要素及预测标志，提供矿体预测依据。在上述研究成果基础上，构建找矿预测地质模型。在找矿预测地质模型指导下，针对成矿地质体、成矿结构面和成矿作用特征标志开展大比例尺专项地质填图、物化探探测、专题研究及综合预测（包括计算机及GIS的应用），实现深部矿体精确定位，并部署探矿工程进行靶区验证。

2 四川会理苋槽箐铜矿找矿预测研究

2.1 矿床（田）地质特征

四川会理苋槽箐铜矿位于四川省拉拉铜矿田内。拉拉铜矿（田）地处四川省凉山州会理县黎溪区绿水乡，大地构造位置上处于扬子板块西缘南北向延伸的川滇被动大陆边缘裂谷系的中段（图2a）。是中国西南重要的大型铜矿，同时也是四川省最大铜矿生产基地。几十年来，经勘查开发的主要矿床（点）10余个，其中大型矿床2个（落凼铜矿、红泥坡铜矿）、中型矿床2个（石龙铁铜矿、老羊汗滩沟铜矿），其余为小型矿床和矿点，累计探明铜资源量超过2×106t。苋槽箐铜矿是区内新发现的大型铜矿床，尚未开发。

图2 拉拉地区大地构造位置及矿田地质简图Fig. 2 Geotectonic position and ore field geological sketch map of the Lala area(a) Geotectonic position (modified from Zhou et al., 2014); (b) Ore field geological sketch map (modified from Chen et al., 2021)

拉拉铜矿田赋矿地层为早元古代河口群，河口群地层为大陆边缘裂谷环境下沉积的海相火山-沉积岩系，按其喷发特点可分为三个构造旋回，分别是大营山组、落凼组和长冲组，一些学者的年代学工作显示河口群地层为早元古代（～1700 Ma）喷发沉积（Greentree and Li，2008；Zhao et al.，2010；Chen et al.，2013；Zhu et al.，2018）。区域上还分布大量的辉长岩，其与铜矿化空间上密切相依。矿体呈层状、似层状、脉状产出，具有层控和断控特征，矿床的金属矿物以磁铁矿、黄铁矿和黄铜矿为主，黄铜矿是主要的含铜矿物。除Fe、Cu矿化外，还伴生有Au、Mo、Co、REE等矿化。

拉拉矿田的研究工作始于20世纪90年代初，学者从矿床地质、矿床地球化学、成岩成矿时代、成矿流体、成矿物质来源等方面对拉拉矿田开展了大量研究，积累了较为丰富的资料（陈根文等，1992；申屠保涌，1997；金明霞和沈苏，1998；陈根文和夏斌，2001；黄崇轲等，2001；李泽琴等，2003；Greentree and Li，2008；周 家 云 等，2008；Zhao et al.，2010，2012，2013；Zhao and Zhou，2011；Chen and Zhou，2012； Zhu and Sun，2013；方维萱，2014；Chen et al.，2019；Zhu et al.，2018；孙 君一等，2019；陈辉等，2021）。该矿床研究早期，多数学者根据其赋存于河口群落凼组海相火山岩中，矿体呈层状、似层状产出，矿石主要为块状、条带状构造的特征，结合部分硫铅同位素数据显示成矿物质来自于河口群地层，认为拉拉铜矿属VMS（火山块状硫化物型矿床成矿）成因（陈根文等，1991，1992；陈根文和夏斌，2001；黄崇轲等，2001）。在此基础上，可能存在元古宙末发生的晋宁运动和辉绿岩的侵位，促使成矿元素再次活化富集（周家云等，2008，2009）。2000年以来，随着铁氧化物铜金（铀、稀土）型（IOCG）矿床成因研究的兴起，一些学者通过拉拉铜矿发育很强的钠长石化，出现大量的贫Ti磁铁矿，并富集Co、Au、P、F、REE等证据提出拉拉矿床属于IOCG矿床，此后，拉拉铜矿床可能的IOCG属性陆续得到关注。据此，提出拉拉铜矿具有典型IOCG矿床特征（Chen and Zhou，2012），成矿地质背景为板内裂谷拉张环境（Chen and Zhou，2012），C-H-O-S同位素数据显示其成矿流体为岩浆热液来源，部分成矿物质来自地层（Zhao and Zhou，2011），发育有大面积的钠、钠-钙及钾化蚀变特征（朱志敏等，2009）。成矿时代为多期多阶段，主要集中在新元古代（李泽琴等，2003；Greentree，2007；Chen and Zhou，2012；Zhu and Sun，2013；Zhu et al.，2018；Chen et al.，2019；陈伟等，2019）。

基于详细的野外地质观察及成岩成矿年龄等分析测试结果，认为矿床形成经历了三期地质事件，VMS成矿事件（1.67～1.6 Ga）、变形事件（1.1～0.9 Ga）、热液叠加成矿事件（0.84～0.8 Ga），矿床成因为火山喷流沉积-热液叠加型铜矿床（陈辉等，2021）。自1.85 Ga开始，伴随着哥伦比亚超大陆（Columbia）的裂解，扬子地台产生最初拉伸（耿元生等，2019）。古元古代末（～1.75 Ga），扬子地台西南缘岩石圈拉张减薄，形成地堑式断裂，最终形成板内裂谷盆地，并被海水充填，随后至～1.6 Ga（Zhu et al.，2018），发生了三次大规模的玄武-安山质火山喷溢，分别形成河口群大营山组、落凼组和长冲组的火山-沉积旋回，并在火山喷发间歇期，发育泥质、粉砂质等陆源碎屑沉积及碳酸盐沉积。大规模火山的喷溢，从幔源带来大量的金属成矿物质，由火山岩浆提供的热使海水在火山岩中产生对流循环，并萃取其中成矿物质，形成含矿热液。在～1.67 Ga至～1.6 Ga时，富含金属的热液，沿喷溢口喷出海底，与海水或陆缘碎屑沉积物相互作用而沉淀成矿。1.1～0.9 Ga，扬子板块与华夏板块间发生四堡造山运动，致使河口群发生了区域变质作用，河口群矿源岩以及早期形成的VMS型矿体发生同步褶曲，并于转折端处产生破碎，为热液叠加期成矿创造容矿空间。但根据野外观察，脉状矿体均切穿片理化方向，这种现象表明区域变质作用仅发生变形，而并未产生叠加富集，所以脉状矿体成矿应发生于变质变形期后。0.84～0.8 Ga，伴随着罗迪尼亚超大陆（Rodinia）的裂解，地幔柱上涌，幔源流体（岩浆水）萃取河口群中成矿物质或者活化早期矿体中硫化物，形成含矿热液，在变形期形成的有利部位再度富集，形成脉状矿体。

2.2 找矿预测地质模型构建

此次工作以勘查区找矿预测理论与方法体系为指导，厘定了拉拉铜矿的成矿地质体、成矿构造和成矿结构面，总结了成矿作用特征标志，并建立了找矿预测地质模型（图3）。

图3 拉拉铜矿找矿预测地质模型Fig. 3 Prospecting prediction model of the Lala copper deposit

VMS成矿事件的成矿地质体为古元古代海底火山喷发（溢）的基性—中性火山岩，其提供了成矿物质和海水对流的热能。年代学研究显示落凼组赋矿火山岩的形成年龄为～1.68 Ga，而块状矿体形成年龄为～1.67 Ga，成矿稍晚于成岩。在空间上，经原岩恢复发现，矿体常与火山岩相伴，或赋存于火山岩中，或赋存于火山岩与沉积岩接触带附近的沉积岩中。而脉状矿体形成时间为841.1 Ma（辉钼矿Re-Os）和794.8 Ma（黄铜矿Re-Os），伴随罗迪尼亚超大陆（Rodinia）在850～700 Ma的裂解，该区所在康滇地区处于大陆裂谷环境，位于裂谷下方的超级地幔柱上涌，在康滇地区形成了大量842～795 Ma超基性、基性到酸性的岩体。因此，推测拉拉地区深部可能存在该期的隐伏岩体，其可能是热液叠加期的成矿地质体，为矿化进一步加富提供流体和热能。

从成矿构造和成矿结构面上看，VMS期最主要的为一套原生成矿结构面，矿体均产于基（中）性火山岩（已变质为钠长岩类）与沉积岩（已变质为各类片岩）的界面处，而这套火山岩为裂谷环境下的裂隙式喷发的产物，喷发产状受控于南北向的拉张环境。此外，在落凼铜矿床野外考察时，见火山通道相产物，火山角砾岩和坍塌角砾岩，指示其可能是喷溢口，也是一种原生成矿结构面。东西向F1断裂作为宝台厂-九龙深大断裂的西延部分，控制同期含矿岩体的分布和矿体的延展与富集，并且是辉长岩侵位的通道，表明其为同生断裂。热液叠加期主要为次生成矿结构面，主要为褶皱、断裂和裂隙，区内构造主要有两期，近东西向和近南北向。东西向构造受早中元古代造山运动（会理运动）影响，主压应力方向为南北向，形成了轴向近东西的河口背斜和红泥坡向斜，其控制了基底地层和矿体的整体展布方向；南北向构造受到新元古代扬子板块和华夏板块拼贴作用的影响，东西向为主压应力，形成了一系列近南北向褶皱构造叠加于早期东西向褶皱构造之上，明显控制了矿体的富集改造，因此，叠加期主要的成矿结构面为复合褶皱的核部。

成矿作用特征标志研究显示，矿体主要呈层状、似层状和透镜状，产状与地层层理一致，显示典型的层控特征；容矿岩石为石英钠长岩、黑云石英片岩、白云石英片岩及大理岩等；矿石类型有纹层状、块状、角砾状和脉状矿石；矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿和磁铁矿，次为辉钼矿和赤铁矿等，偶见自然金、少量闪锌矿、磁黄铁矿和斑铜矿；脉石矿物主要为石英、方解石、黑云母、白云母和绿泥石等；矿石结构主要为自形—半自形粒状结构、他形粒状结构、交代结构、包含结构和压碎结构，偶见固溶体分离结构和筛状结构；矿石构造主要为纹层状构造、块状构造、角砾状构造和脉状构造。电子探针Co、Ni数据显示，无论VMS期还是热液叠加期形成的黄铁矿，Co含量都较高，显示富Co特征，同时Ni含量也较高。VMS期形成的黄铁矿Co/Ni比值为0.20～994，均值为119.13，具海底火山喷流-沉积型黄铁矿特征；热液叠加期黄铁矿中Ni含量也较高，Co/Ni比平均值为2.03，具热液成因黄铁矿特征。VMS期形成的纹层状和块状矿体蚀变较弱，以硅化、绿泥石化和碳酸盐化为主；热液叠加期主要发育碳酸盐化、硅化、钠长石化、黑云母化、萤石化和电气石化等。氢氧同位素显示，VMS期成矿流体为岩浆水和海水，热液叠加期成矿流体主要为岩浆水，后期有大气降水混入；硫同位素显示，VMS期硫来自于海水淋滤火山岩和海水硫酸盐热化学还原，热液叠加期硫来自于地幔和地层硫；Pb同位素表明成矿物质来自于富U、Th的河口群；黄铁矿87Sr/86Sr初始值表明VMS期成矿物质来源于河口群火山岩；黄铜矿87Sr/86Sr初始值表明：热液叠加期成矿物质来源于河口群地层。

2.3 找矿预测研究、靶区圈定及验证

经过几十年的勘查，拉拉铜矿田的露头矿基本已评价完毕，广泛出露的新生代地层覆盖区以深部成为找矿重点和难点，其是否有矿、规模如何是亟待解决的关键问题。根据找矿预测模型研究成果，认为拉拉铜矿主矿体主要分布于河口群落凼组上段和长冲组上段层位中，具典型的层控特征，变质火山岩和变质沉积岩界面是重要的赋矿界面，因此，区域河口群地层及其中基性火山岩的识别对于拉拉铜矿深部找矿及明确该区的找矿方向意义重大。

（1）成矿地质体预测及圈定。通过对该区布格重力异常研究，推断河口群在红泥坡以南至黎洪一带连续分布。邱林等（2016）通过对各出露地层岩石的磁性测量，发现河口群基性火山岩具高磁特征。1∶50000航磁资料显示该区南部仍有大面积高磁异常，推测河口群基性火山岩在南部覆盖区下有稳定延伸（图4）。部署的近南北向的AMT剖面测量发现的中高低阻梯度带表明基性—中性火山岩与沉积岩界面有较为连续的延伸。结合地质填图在南部黎洪-姜驿一带已发现河口群火山沉积岩露头，进一步显示河口群火山沉积岩具有稳定向南延伸的趋势。

图4 拉拉地区局部航磁ΔT平面图（据陈辉等，2021）Fig. 4 Local aeromagnetic ΔT plan map of the Lala area (Chen et al.，2021)

（2）成矿结构面的探测。AMT探测剖面显示分布于红泥坡向斜核部位于拉拉-黎洪一带，以往勘查工程大都分布于其北翼，如已发现红泥坡大型铜矿床，而其南翼覆盖层之下同样具有广阔的找矿前景，在南部部署了两条近东西向AMT剖面AMT-16-08和AMT-19-1较好地反映了成矿结构面的形态与深度（陈辉等，2021），为钻探工程部署提供了依据。

（3）钻探验证。在上述成果基础上，相继部署了ZK-1801、ZK-1401、ZK3 三个验证钻孔，在深部成功发现厚大矿体即苋槽箐铜矿，随后实施的ZK4对远景进一步控制。经资源量估算，新增潜在资源铜金属量达5.6×105t，平均品位0.7%，实现了找矿重要突破，预示区域覆盖层之下巨大的找矿空间（图5）。

图5 红泥坡南部外围铜矿纵剖面图Fig. 5 Longitudinal profile of the southern Hongnipo copper deposit

3 玛尔坎苏富锰矿带找矿预测研究

3.1 矿床（田）地质特征

新疆西昆仑玛尔坎苏地区探明的大型优质富碳酸锰矿带是中国近年锰矿勘查的重大突破。玛尔坎苏富锰矿带处于西昆仑造山带与塔里木陆块的结合部位（图6a），东西延伸近60 km，赋矿层位稳定，矿石品位富（Mn＞35%）、质量优（低Fe、低P），主要包括西段的奥尔托喀讷什锰矿、东段的穆呼-玛尔坎土锰矿（张帮禄等，2018；董志国等，2020b）及若干锰矿化点（图6b），已探明300 m以浅的碳酸锰矿石储量超过5×107t，远景资源量可达亿吨级，有望成为中国新的锰矿资源基地（高永宝等，2016，2018）。

图6 西昆仑玛尔坎苏大型碳酸锰矿带大地构造简图和地质图Fig. 6 Tectonic sketch and geological map of the giant Malkansu manganese carbonate zone, northwestern portion of the West Kunlun Orogenic Belt (a modified from Qin et al., 2014; b modified from Zhang et al., 2020)(a)Tectonic sketch; (b) Geological map

在奥尔托喀讷什锰矿区，石炭系—二叠系地层序列展示发育完好的东西走向背斜构造（图7；A-A’剖面）。一条近东西走向的断裂（F1）纵贯矿区，为区域玛尔坎苏断裂的西延部分。受该断裂影响，矿体形态及产状发生变化，呈微弧形弯曲，局部地段浅部矿体产状发生倒转。上石炭统喀拉阿特河组（C2k）是主要含锰岩系，其自下而上可划分为三个岩性段：第一岩性段（C2k1）为含火山角砾灰岩夹薄层微晶灰岩，厚度200～500 m；第二岩性段（C2k2）为砂屑灰岩夹薄层细砂岩，厚度30～60 m；第三岩性段（C2k3）为含碳泥灰岩夹薄层炭质泥岩，厚度30～150 m，一般发育1～2层菱锰矿。锰矿层严格受含锰岩系第三岩性段高有机质含量的泥灰岩层位控制，为层状碳酸锰矿体，产状与地层基本一致，总体近东西走向（90°～100°），倾向350°～12°，倾角较陡（65°～80°）。

图7 奥尔托喀讷什锰矿床地质图（A-A' 剖面显示矿区背斜构造）（据张帮禄等，2018修改）Fig. 7 Geological map of the Ortokarnash manganese carbonate ore deposit, and the profile A-A' shows the anticline of the mining area(modified from Zhang et al., 2018)

奥尔托喀讷什锰矿区共发育两层矿（Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体），均位于背斜北翼，两条矿体间距20～40 m不等。其中，Ⅰ号矿体为矿区主矿体，总长度达5200 m，向东延出矿区，最大延深442 m，平均延深280 m。矿体厚度变化较大，地表出露最大厚度约6 m，单工程控制矿体真厚度介于0.36～22.32 m，平均为4.14 m。锰矿体单工程矿体品位为10.1%～50.2%，平均品位37.8%。矿体两侧围岩发育明显滑脱碎裂泥，且沿滑脱裂隙面发育方解石-蔷薇辉石脉，脉宽10～50 cm；蔷薇辉石呈鲜粉红色，为后期热液交代充填的产物。

在成矿带东部的穆呼-玛尔坎土锰矿区，含锰岩系与奥尔托喀讷什锰矿区一致。矿区共发育4层矿体，以Ⅰ号和Ⅱ号矿体为主（图8）。矿层整体产状与围岩一致，形态比较复杂，呈似层状、透镜状、团块状、鸡窝状，厚度不稳定，存在尖灭—再现和局部膨大、窄小等现象。与奥尔托喀讷什略有不同，该矿区矿体内方解石脉和石英脉较发育，呈透镜状、团块状、细脉条带状和不规则网脉状，厚度从几厘米到几十厘米不等，但近矿围岩顶底板中无方解石和石英脉发育。Ⅰ号矿体断续出露长约2166 m，厚1.34～14.34 m，Mn平均品位29.64%。Ⅱ号矿体断续出露，长度约1290 m，厚1.11～9.12 m，Mn平均品位24.20%。

图8 穆呼-玛尔坎土锰矿床地质图（据董志国等，2020a修改）Fig. 8 Geological map of the Muhu-Maerkantu manganese carbonate ore deposit (modified from Dong et al., 2020a)

3.2 找矿预测地质模型构建

以勘查区找矿预测理论与方法体系为指导，厘定了玛尔坎苏地区锰矿成矿地质体、成矿构造和成矿结构面，总结了成矿作用特征标志，最终建立了找矿预测地质模型（图9）。

（1）成矿地质体。按照成矿地质体的定义，上石炭统喀拉阿特河组（C2k）第二、三岩性段炭泥质灰岩为锰矿床的赋矿地层，与锰矿体（床）空间上密切相依，并与菱锰矿的形成密切相关，是该区锰矿的成矿地质体，也是勘查区找矿的目标地质体。勘查区锰矿找矿需要解决的首要问题是通过专项地质填图、岩相古地理研究及其他物化探等方法，查明上石炭统喀拉阿特河组（C2k）第二、三岩性段的空间展布。

（2）成矿结构面。玛尔坎苏锰矿带形成于晚石炭世—中二叠世拉张活动形成的玛尔坎苏沉积盆地，锰矿体主要受控于断陷盆地内陆棚相、盆地边缘相碳酸盐岩沉积建造。锰矿成矿结构面主要为含碳泥质灰岩原生岩相带界面，该界面同时是控制锰富集的氧化还原界面。同时，由于成矿带位于塔里木陆块与西昆仑弧盆系结合部位，后期构造活动强烈，矿带遭受挤压整体发生推覆，形成一系列逆冲推覆构造，含锰地层局部出露地表，矿体与顶、底板含炭灰岩接触带多发生滑脱、碎裂，形成形态复

杂的拖曳褶皱，走向上存在增厚、减薄、尖灭等变化特征。成矿期后构造破坏使对成矿结构面的厘定变得更加复杂。特别是穆呼-玛尔坎土矿区后期构造极其发育，主要表现为复杂的褶皱和断层，尤其在上石炭统含矿地层中，晚石炭世含锰岩系不同岩性段的地层重复出现，由两层碳酸锰矿层组成的玛尔坎苏含锰岩系，在穆呼矿区表现为四层碳酸锰矿层。

（3）成矿作用特征标志。玛尔坎苏锰矿带锰矿石类型比较单一，95%以上为菱锰矿矿石，局部地段偶见石英-菱锰矿、方解石-菱锰矿、褐锰矿-菱锰矿和硫锰矿-菱锰矿等矿石类型。脉石矿物组成单一，多为细脉状石英、方解石和黏土矿物。锰矿可划分为三个成矿期次，即（热水）沉积-成岩期、热液期和表生氧化期。其中，热液改造作用表现在矿体与围岩接触部位由于层间滑脱而发育的方解石-蔷薇辉石脉，矿物学上表现为近脉矿石发育的少量褐锰矿及脉体中发育的锰方解石，说明矿体受到后期热液活动的影响。同样，表生氧化作用也仅表现在锰碳酸盐矿物裂隙发育的少量纤维状软锰矿及水锰矿，并未见到大规模的氧化带，矿床整体保存原生沉积-成岩-成矿的状态。矿石结构主要为粒状结构、泥晶—微晶结构，偶见有球粒（鲕粒）结构，整体以微晶结构为主。矿石构造主要为致密块状构造、块状构造、细网脉状构造、团块状构造、土状构造和碎裂状构造。大部分矿石由于受构造作用影响，矿石中裂隙密集分布并充填了方解石，致使岩石发生分割并碎裂岩化。

玛尔坎苏锰矿带碳酸锰矿床形成于晚石炭世（320 Ma左右；Li et al.，2022）。在玛尔坎苏地区，早石炭世（350～326 Ma）弧后盆地发育初期，在伸展作用背景下形成早石炭世乌鲁阿特组（C1w）厚层基性火山岩（图9）。该套火山岩地层发育大量VMS型Cu（Au）矿床，如阿克塔什Cu-Au矿和萨洛依Cu矿（张晗，2009；慕生禄，2016）。海底火山（热液）活动在带来Fe、Cu、Ni等金属元素的同时，还可能携带大量金属Mn元素。但跟Fe、Cu等金属元素具有的亲硫属性不同，Mn元素难以沉淀形成硫化物相（Van Cappellen and Wang，1996；Maynard，2010）。这样就会导致火山（热液）体系中Mn与其他亲硫元素，如Fe、Cu、Ni等发生分离（Maynard，2010），故而被释放到海水中的热液应该具有亏损Fe、Cu、Ni等亲硫元素而富集Mn金属的组分特征（图9）。这与美国加利福尼亚地区晚侏罗世—早白垩世地层中发育的富Mn硅质岩的形成过程较为类似（Crerar et al.，1982），即大洋中脊或弧后盆地发育的热液系统可将Fe、Cu等亲硫元素优先富集在海底火山岩中，从而形成独富Mn氧化物的沉积物。玛尔坎苏晚古生代弧后盆地（次级裂陷盆地）可能为氧化-还原分层的水体，故而溶解Mn2+可在盆地底部还原水体中大量积累。在晚石炭世早期，大规模火山活动趋于沉寂，玛尔坎苏盆地亦进入稳定沉寂阶段。由构造作用或环境气候变化而引起的区域海侵过程，将盆地底部还原水体中储藏的溶解Mn2+带至浅层氧化水体，并在Mn2+-MnO2化变线与海底接触的部位以锰氧化物的形式发生沉淀，从而形成原始富Mn氧化物的沉积物（图9）。这些富Mn沉积物随后在成岩过程中，在微生物媒介作用下，与一同埋藏的有机物质发生反应，并最终形成碳酸锰矿床而得以保存（Zhang et al.，2020）。地球化学研究表明含锰岩系富 集Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Mo、As、Sr、Ba、Zr、Ga、Ag等具有热水沉积特征的元素，稀土元素表现为明显的Ce 正异常（陈登辉等，2019）。菱锰矿δ13CPDB为-16.60‰～-1.95‰，δ18OPDB为-11.51‰～-4.48‰，菱锰矿87Sr/86Sr值介于0.70764～0.70790，平均值为0.70781（陈登辉等，2022）。此外，含锰岩系的另一个显著特征是炭质含量明显偏高。在上述研究成果基础上，建立了玛尔坎苏地区锰矿成矿与找矿预测地质模型（图9）。

图9 海底热液过程与玛尔坎苏地区锰矿沉积模型（据Zhang et al.，2020修改）Fig. 9 Qualitative model of submarine hydrothermal processes and deposition of the manganese ore deposit in the Malkansu district (modified from Zhang et al, 2020)

3.3 找矿预测研究、靶区圈定及验证

（1）成矿地质体岩相古地理环境。鉴于上石炭统喀拉阿特河组（C2k）炭泥质灰岩为锰矿床的成矿地质体，成矿地质体岩相古地理环境研究对指导找矿意义重大。已有的研究表明，玛尔坎苏地区石炭系至二叠系火山岩-碳酸盐岩-碎屑岩地层代表晚古生代与古特提斯洋北向俯冲作用有关的弧后盆地沉积序列（高永宝等，2016；张帮禄等，2018；张连昌等，2020；Zhang et al., 2020）。该弧后盆地发育近东西向展布的碳酸盐台地；同时沿着台地边缘发育一些小型沉降盆地（图10）。碳酸锰成矿作用主要发生在这些小型沉降盆地中心（高永宝等，2016；张帮禄等，2018）。成矿地质体炭泥灰岩在区域上出现两个明显的沉积中心，即奥尔托喀讷什和穆呼-玛尔坎土。对含锰岩系的沉积环境和沉积相研究表明，含锰岩系为海水较浅的碎屑滨岸相和浅海陆棚相沉积，矿体顶底板处于海水相对较浅的氧化—弱还原环境，菱锰矿则形成于海水相对较深的浅海陆棚沉积洼地（陈登辉等，2019，2022）。沉积相具有台地相—斜坡相—台盆相—局限台地泻湖亚相变化的特征（金川等，2021）。根据上石炭统喀拉阿特河组（C2k）地层剖面厚度而编绘的地层等值线图（图11）显示，整体上该时期地层厚度具有中间厚、东西两端薄的特征。玛尔坎苏锰矿带中部琼喀讷什沟和博托彦一带，岩性以大厚层块状细晶灰岩、粉晶灰岩为主，属典型浅海碳酸盐台地沉积。而向东至穆呼-玛尔坎土矿区（地层厚442 m），向西至奥尔托喀讷什矿区（地层厚463 m），地层厚度相对变薄；且岩性也以薄层泥灰岩、含碳泥灰岩为主，反映深水台盆相沉积环境。

图10 玛尔坎苏锰矿带晚石炭世地层沉积相恢复剖面图（Zhang et al., 2020）Fig. 10 Recovered profile of the late Carboniferous sedimentary facies in the Malkansu manganese zone (Zhang et al., 2020)

图11 玛尔坎苏锰矿带上石炭统喀拉阿特河组(C2k)地层剖面分布及地层厚度等值线图Fig. 11 Distribution map for the sections of the upper Carboniferous Kalaatehe Formation, also showing the isolines for the thickness of the strata

（2）综合找矿模型及靶区验证。2017—2020年，在玛尔坎苏整装勘查区部署开展了综合研究、锰矿重点找矿区1∶50000矿产地质专项填图、找矿预测和矿产综合检查（主要工作手段为大比例尺地质、物探、化探测量及工程验证）。在锰矿调查评价及沉积相研究基础上，2019年和2020年优选穆呼-玛尔坎土已有矿业权外围的矿业权空白区作为重点勘查区，通过总结矿集区成矿规律和控矿条件及构建找矿预测地质模型，采用大比例尺地、物、化等手段开展矿产检查及找矿预测，在二叠系覆盖区的深部优选找矿靶位开展钻探验证，初步查明矿体的形态、规模、产状、厚度和品位等特征，提交锰矿石推断资源量及潜在矿产资源。

玛尔坎苏地区 80 余件各类岩石、矿石的物性测定表明，锰矿石极化率为3.87%～12.96%，明显高于其他岩石的 0.36%～3.69%。锰矿石密度为 2.76～3.56 g/cm3，多大于3 g/cm3，明显高于其他岩石的 2.51～2.70 g/cm3。因此，重力及激电异常可为深部矿体定位的有效技术方法。通过1∶10000大比例尺专项地质填图和重力、磁法及激电剖面测量，结合找矿预测地质模型，建立了勘查区找矿预测综合模型（图12），并对优选的靶位开展钻探验证。

图12 穆呼-玛尔坎土一带锰矿床找矿预测模型Fig. 12 Prospecting prediction model of the manganese deposits in the Muhu-Maerkantu area

2019年度在穆呼南部地区（矿业权空白区）实施ZK0208，见六层锰矿（化）体，单孔累计见矿厚度达8.68 m，其中，在764.9～770.33 m见Ⅰ1号矿体，视厚度5.43 m，控制斜深740 m，平均品位29.31%，最高达36.77%。2020年度实施 ZK0512，在孔深935.18～936.44 m见真厚度1.02 m Ⅰ1号锰矿体，锰品位18.09%～19.13%，平均品位18.72%，证明矿体向深部稳定延伸，达到深部验证目的。在2019年成果基础上，2020年新疆维吾尔自治区地勘基金跟进，采用稀疏钻孔进行控制，初步查明各锰矿体为穆呼锰矿及玛尔坎土锰矿向南部的延伸，主矿体呈层状、似层状产出，总体倾向南东，倾角43°～49°，区内控制主矿体沿走向长度＞1500 m，倾向上最大控制斜深1085 m，埋深494～1164 m，控矿标高在2790～3420 m，矿体视厚度1.20～5.97 m，平均2.94 m，真厚度0.85～5.15 m，锰品位11.60%～39.93%。对Ⅰ1号主矿体进行了资源量估算，共探获锰矿石推断资源量5.56×106t，达到中型矿床规模。

4 内蒙古维拉斯托矿床找矿预测研究

4.1 矿床地质特征

大兴安岭南段地处内蒙古东南部（图13），是古亚洲洋构造成矿域、蒙古-鄂霍茨克洋构造成矿域和古太平洋构造成矿域的叠加区域，这种特殊的构造位置使该成矿带发生大规模的成矿作用，富含丰富的有色金属矿产资源（Ouyang et al.，2015；江思宏等，2018）。近年来，在大兴安岭南段，先后发现了维拉斯托Sn-Li-Rb-Pb-Zn矿床，以及白音查干Sn-Pb-Zn-Ag多金属矿，此外在白音诺尔Pb-Zn矿外围、浩布高Sn-Fe矿床外围等先后发现了新的找矿线索。大兴安岭南段地区的锡矿化可分为热液脉型、斑岩型、云英岩型或矽卡岩型。不同类型的成矿作用取决于花岗岩岩浆的演化、侵位深度、围岩、熔体和流体所流经通道的构造控制以及晚期岩浆活动中流体和围岩的相互作用等（Romer and Kroner，2016）。

图13 内蒙古黄岗梁-甘珠尔庙成矿带锡矿分布图（据Mi et al.，2020修改）Fig. 13 Locations of the tin polymetallic deposits in the Huanggangliang-Ganzhuermiao metallogenic belt (modified from Mi et al., 2020)

维拉斯托锡多金属矿床是一个以锡为主，共伴生锌、钨、铜、钼、铷、铌、钽和锂的大型矿床（刘瑞麟等，2018）。该矿床的矿化空间上发育明显的垂向分带（“上脉下体”）和水平分带（以花岗岩体为中心的高温W-Sn-Mo矿化、中温Cu-Zn矿化、外围低温Pb-Zn-Ag矿化）（周振华等，2019）。矿床中存在三种矿化类型：①深部蚀变花岗岩型矿体，以锡为主，伴生锌-铷-铌；②中部隐爆角砾岩型矿体，以锂、锡为主，含铜、锌；③浅部石英脉型锡-钨-锌-铜-钼矿体，是矿床内最具经济价值的矿体（刘瑞麟等，2018）。

关于维拉斯托矿床的成岩成矿时代，已做了较多分析测试，主要介于 138～126 Ma，与成矿相关的石英斑岩侵位年龄介于142～136 Ma，成矿年龄稍晚于成岩年龄（Liu et al.，2016；Wang et al.，2017；刘瑞麟等，2018；Gao et al.，2019；周振华等，2019）。由此认为， Sn多金属矿化与早白垩世中细粒石英斑岩的侵入密切相关。

流体包裹体研究表明，维拉斯托矿床主要发育气液两相、富CH4以及含CH4-CO2的包裹体，成矿流体具有中温、低盐度和低密度的特点；包裹体气相 成 分 主 要 为CO2、CH4和H2O（权 鸿 雁 等，2017；Zhu et al.，2021）。氢氧同位素分析结果表明成矿流体具有岩浆水和大气降水混合的特征（权鸿雁等，2017）。硫同位素具有深源特征，表明硫主要来自岩浆（Ouyang et al.，2014；董锡泽等，2019）。铅同位素值表明铅可能来自围岩地层及深源岩浆（Ouyang et al.，2014）。地球化学资料及Sr-Nd-Hf同位素研究表明，成矿石英斑岩的岩浆源区来自于伸展背景下新生下地壳的部分熔融，石英斑岩的高分异结晶和岩浆-热液相互作用促成了维拉斯托Sn多金属矿床的形成（Wang et al.，2017）。成矿机制主要为降温和成矿流体不混溶（梅微等，2015）。

4.2 找矿预测地质模型构建

此次工作以勘查区找矿预测理论与方法为指导，厘定了维拉斯托锡矿床的成矿地质体、成矿构造和成矿结构面，总结了成矿作用特征标志，最终建立了找矿预测地质模型（图14）。

成矿地质体：结合盔甲山岩体研究，认为维拉斯托成矿地质体为二长花岗岩（唐雷等，2017）逐渐演化形成的碱长花岗岩，富Si、高Na，富含Rb、F等挥发分，为还原型高演化花岗岩。

成矿构造与成矿结构面：矿区主要发育北西向（助力可河断裂）及北北东向的两组断裂。其中，北北东向断裂是控矿构造，北西向断裂为主要导矿构造。其成矿结构面分为原生成矿结构面和次生成矿结构面。原生成矿结构面为隐爆角砾岩筒和侵入岩顶部网脉状裂隙，隐爆角砾岩发育于岩体顶部外接触带，呈陡倾简状，与岩体过渡。

维拉斯托锡多金属矿成矿作用特征标志主要有：

矿区发育五类锡铅锌矿体，分别为：①花岗岩型锡锌矿；②矿化长英质脉；③石英脉型锡锌矿体；④脉状铜锌矿；⑤脉状铅锌银矿。

围岩蚀变方面，靠近矿体的部位为钠长石化、硅化、天河石化、云英岩化、黄铁矿化、绢英岩化、绢云母化发育，远离矿体的部位可见高岭土化、碳酸盐化、伊利石化等。其中钠长石化、天河石化、硅化与锡矿化有关。

成矿阶段可分为四个阶段：云英岩阶段、石英+锡石+闪锌矿阶段、石英+闪锌矿+黄铜矿+方铅矿等硫化物阶段、萤石+碳酸盐阶段。

在化探异常上呈现以成矿岩体为中心向外构成Sn（Li、Rb）+Zn（W+Mo）→Cu-Zn→Pb+Zn+Ag→Pb+Ag→F的分带特征（图14；邹滔等，2022）。

图14 维拉斯托锡多金属床综合勘查模型（邹滔等，2022）Fig. 14 Prospecting prediction model of the Weilasituo tin polymetallic deposit (Zou et al., 2022)

4.3 靶区圈定及验证

在勘查区找矿预测理论的指导下，内蒙古浩布高-榆树林-黄土梁锡多金属矿矿集区矿产地质调查项目在敖脑达坝区域内，以锡为主攻矿种，兼顾铜、铅、锌、银等，在已有工作程度和找矿预测需求的基础上，以“补平填齐”的原则，开展地质、物探、化探等工作，发现在敖脑达坝向斜核部，高侵位酸性小侵入体富含挥发组分和成矿元素，多期次构造活动和含矿气液的活动为矿床的形成提供了物质来源和沉积空间。同时二叠系中统哲斯组地层构成良好的屏蔽作用，具有成矿的有利地质环境。经钻探验证，发现矿体，控制长200 m，控制斜深120 m，赋矿标高为910～893 m，埋深0～118 m，矿体总体走向170°，倾向260°，倾角80°～88°。矿体厚度变化范围为1.30～1.50 m，平均厚度1.45 m，厚度变化系数16.06%。矿体Sn品位0.250%～0.705%，平均品位0.412%。估算新增推断资源量及潜在矿产资源Sn矿 石 量5.333×106t，金 属 量21792 t；Zn矿 石 量4.52×105t，金属量16474 t；Ag矿石量2.08×105t，金属量201 t；Cu矿石量1.94×105t，金属量4108 t。

5 结论

（1）勘 查 区找矿预测 以1∶10000和1∶5000大 比例尺地质构造和矿化蚀变等地质填图为基础，通过成矿地质体、成矿结构面、成矿作用特征标志研究，构建找矿预测地质模型。结合物探和化探综合方法应用，预测推断矿体赋存位置。通过工程施工，发现并查明工业矿体（矿床）。勘查区找矿预测是大比例尺矿产预测的重要组成部分，也是矿产勘查的主要工作，贯穿于矿产勘查（普查、详查和勘探）各个阶段。

（2）按照勘查区找矿预测理论与方法体系，在四川拉拉铜矿、玛尔坎苏锰矿带穆呼-玛尔坎土外围及大兴安岭南段敖脑达坝地区开展找矿预测，取得了较好的效果。

致谢：衷心感谢邢树文研究员、胡健民研究员的盛情邀稿。此文是集体工作成果，参加研究工作的单位包括中国地质科学院地质力学研究所、北京矿产地质研究院、中国地质大学（北京）、中国科学院地质与地球物理研究所、吉林大学、昆明理工大学、中国地质大学（武汉）、南京大学、相关地勘单位等，在此一并致谢。感谢审稿专家提出的建设性、指导性意见。