胶东深部金矿三维成矿预测及巨大的资源潜力

2023-02-23宋明春周明岭鲍中义温桂军李世勇范家盟杨真亮贺春艳高美霞王洪军王永庆李瑞翔

金属矿山 2023年1期

宋明春周明岭鲍中义温桂军李世勇范家盟杨真亮贺春艳高美霞王洪军王永庆李瑞翔

(1.河北地质大学河北省关键矿产研究协同创新中心,河北石家庄 050031;2.山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队,山东威海 264209;3.山东省核工业二七三地质大队,山东烟台 264006;4.山东省物化探勘查院,山东济南 250013;5.山东省地质矿产勘查开发局第四地质大队,山东潍坊 261021)

我国重要矿产资源严重短缺,铁、铜、铝、钾盐等对外依存度居高不下。黄金产、销之间存在巨大缺口,2020年国内原料产金量365.34 t,黄金消费量820.98 t。由于我国东部地区浅表部矿产资源越来越少,深部找矿成为缓解资源危机的必然选择,深部矿产资源预测则是深部找矿的前提和基础。成矿预测是一项复杂的系统工程[1-2],随着方法、技术进步和地质认识的不断深入,预测结果和找矿成果会发生明显的变化。胶东作为我国最重要的黄金基地,其找矿和成矿预测历程见证了成矿预测的复杂性和不确定性。20世纪60年代以前胶东地区仅探明20余吨金资源量,至80年代由于焦家式破碎带蚀变岩型金矿的发现大幅增加了金矿的发现概率和找矿潜力,至1999年探明的金总资源量扩大到900 t左右。胶东金矿系统性的成矿预测工作始于20世纪80年代,1987年山东省地质矿产局第六地质队提交了《山东省金矿资源总量预测报告》,预测鲁东36个有矿单元金矿资源总量达3 026.486 t,其中潜在资源量2 319.079 t;1989年山东省地质矿产局物化探队提交了《1∶20万胶东地区综合地球物理地球化学信息编图与金成矿预测报告》,将胶东地区划分为9个成矿区、71个预测矿田,其中Ⅰ类预测矿田12个、Ⅱ类19个、Ⅲ类40个。这一阶段的金矿预测工作是山东省第一轮成矿区划的组成部分。20世纪90年代开展的第二轮成矿区划对主要成矿带开展了大比例尺成矿预测,1993年山东省地质矿产局第六地质队提交的《山东省胶东西北部焦家金矿带1∶2.5万金矿成矿预测报告》,采用综合信息成矿预测思路预测的焦家矿带金矿资源总量达992.687 t(包括已探明金矿资源量335.987 t);1994年山东省地质矿产局第六地质队提交的《山东省胶东西北部招远—平度断裂带1∶5万金矿成矿预测报告》,采用多元回归法定量评价的招平带金矿资源总量达849.173 t,其中潜在资源量为665.043 t。进入21世纪,在以往区域成矿预测的基础上,陆续出版了《山东省金矿床及金矿床密集区综合信息成矿预测》和《胶东金矿地质》等金矿成矿预测专著[3-4],预测的胶东矿田级单元金矿资源总量达3 026.494 8 t,其中胶西北地区金矿资源总量2 492.021 15 t。2007—2012年开展了山东省重要矿产资源潜力预测评价工作,采用“三位一体”成矿预测理论方法[5],预测的山东省2 000 m以浅金资源量为4 069 t,其中胶东地区金资源量达3 963 t。目前,胶东地区累计探明金资源量达5 000余吨,已经超过以往预测的资源量,并且已有研究者提出胶东金资源量将会超过10 000 t[6]。胶东是具有世界影响的金成矿区,科学而准确地评估该地区的金资源潜力对于指导深部找矿工作部署具有明确的现实意义,对于推动全国深部找矿工作也具有重要的示范作用。

随着成矿深度加大,深部金矿体被千余米乃至数千米厚的岩层覆盖,矿化信息被强烈压制,主要根据地表物化遥和地质信息进行成矿预测的方法已难以奏效。高精度深部地球物理探测和三维可视化分析为深部资源预测和勘查提供了有效手段。本研究在胶东区域和重要金矿床集中区深部地球物理探测和三维建模的基础上,提出了基于阶梯成矿模式的深部找矿靶区预测方法和基于浅部金资源量的深部资源潜力预测方法,并且预测了胶东地区的找矿靶区和资源潜力,揭示了胶东地区令人振奋的深部找矿前景,为进一步开展深部找矿工作奠定了基础。

1 地质背景和金矿概况

胶东地区位于华北克拉通东南缘和大别—苏鲁超高压变质带东北端,其西部的胶北地体属于华北克拉通,其东部的威海地体属于苏鲁超高压变质带,胶莱盆地上叠于胶北地体和威海地体的南部(图1)。胶北地体主要由新太古代花岗—绿岩带和古元古代—新元古代变质地层组成,威海地体主要由含超高压榴辉岩的新元古代花岗质片麻岩组成,胶莱盆地主要由白垩纪火山—沉积岩系组成。侏罗纪—白垩纪花岗岩类侵入岩广泛侵位于胶北地体和威海地体中,三叠纪花岗岩类仅在威海地体中少量出露。

图1 胶东地区区域地质及金矿床分布[8-9]Fig.1 Regional geology and distribution of gold deposits in the Jiaodong Peninsula

胶东地区断裂构造非常发育,其中NE—NNE向断裂最发育、条数多且密度大,其次为近EW—NEE向断裂。EW向断裂地表出露比较零星,连续性较差。华北克拉通(胶北隆起)和苏鲁造山带(威海隆起)的结合带被NE向断裂和中生代花岗岩叠加,大致位于牟平—即墨断裂带一线附近。胶东金矿主要受NE—NNE向断裂控制,主要控矿断裂有三山岛断裂、焦家断裂、招平断裂、西林—陡崖断裂、金牛山断裂等。

胶东地区已探明资源量的金矿床有200余处,探获金资源量超过5 000 t。金矿床集中分布,被划分为胶西北(莱州—招远)、栖蓬福(栖霞—蓬莱—福山)和牟乳(牟平—乳山)3个成矿小区,三山岛、焦家、招平、栖霞—大柳行、桃村和牟乳6条成矿带,三山岛、焦家、灵北、鞍石、大庄子、玲珑、大尹格庄、旧店、栖霞、大柳行、莱山、蓬家夼和邓格庄13处金矿田[7]。金矿化类型主要为破碎带蚀变岩型(焦家式)和石英脉型(玲珑式、邓格庄式),少量为蚀变角砾岩型(蓬家夼式)、蚀变砾岩型(发云夼式)、层间滑脱拆离带型(杜家崖式)和黄铁矿—碳酸盐脉型(辽上式)。21世纪以来开展的深部找矿工作,在600～2 000 m深度探明金资源量3 000余吨,超过了以往探明的500 m以浅的浅部金资源量。

2 深部金矿三维预测方法

2.1 三维建模方法

2.1.1 胶东区域三维地质建模

建模区域为胶东地区(陆域),极值地理坐标为东经119°30′00″～122°30′00″,北纬36°00′00″～38°00′00″。东西宽约300 km,南北宽约200 km,面积约31 000 km2,底界控制深度10 km。

建模使用的基础资料为1∶25万、1∶20万和1∶5万区域地质调查资料,1∶5万高精度重磁资料、30 m分辨率地表数字高程数据(DEM)。在区域地质图上垂直于主构造方向设计图切剖面,剖面走向130°,间距5 km。由地质技术人员采集制作了61条图切地质剖面,再由地球物理技术人员利用1∶5万高精度重磁进行综合解译,推断、补充深部地质结构,最后由地质技术人员综合编绘形成完整的10 km深度的地质剖面图。对完成的剖面进行矢量化处理并附属性,导入数据库。采用基于复杂地质体的人机交互建模方式,建立了胶东区域三维地质模型(图2)。

图2 胶东区域三维地质模型Fig.2 3D geological model of Jiaodong Peninsula

2.1.2 主要金矿床集中区三维地质建模

建模区域为三山岛断裂带的三山岛金矿床集中区、焦家断裂带的焦家金矿床集中区、招平断裂带的岭南—水旺庄金矿床集中区和大尹格庄金矿床集中区。

建模使用的基础资料为1∶5万和1∶1万区域地质资料、勘查线剖面图、钻孔柱状图、数字高程数据、高精度地球物理剖面。建模参数取值:平面地质图比例尺为1∶1万,勘查线剖面图比例尺为1∶2 000,水平控制网度为60 m×60 m,最小厚度设置为0.1 m。

分别采用311、500、680、291个钻孔资料和相应的矿区基础资料,构建了三山岛、焦家、岭南—李家庄和大尹格庄金矿集中区的矿床三维地质模型(图3)。矿床三维地质模型划分为浅部已知模型和深部推断模型两个部分:浅部已知模型有系统的探矿工程控制,作为已知部分进行空间综合分析,总结成矿规律,提取成矿有利信息;深部推断模型通过综合浅部已知模型及物探解译成果推断构建,为深部成矿预测提供直观属性信息。

图3 三山岛矿区三维地质建模效果Fig.3 3D modeling effects of Sanshandao mining area

2.2 基于阶梯成矿的深部金矿成矿靶区预测方法

2.2.1 方法概述

21世纪以来胶东深部找矿取得了重大突破,主要在700～2 000 m深度探明了大规模金矿资源。通过研究深部断裂特征和赋矿规律,宋明春等[10-11]提出了深部金矿阶梯成矿模式,即:控矿断裂通常呈现沿倾向倾角陡、缓交替的梯变特征,金矿体主要沿断裂倾角梯变的平缓部位和陡、缓转折部位富集。针对深部金矿埋藏深度大、地表很难捕捉到与矿化有关的预测信息问题,根据金矿的控矿断裂规模大,断裂上、下盘分别是物性差异大的早前寒武纪变质岩系和侏罗—白垩纪花岗岩类,采用高精度地球物理方法能够探测到断裂的深部位置和形态特征等特点,提出了基于阶梯成矿的深部金矿预测方法。即:在深部探测和三维地质建模的基础上提取识别控矿断裂和成矿结构面特征的预测要素,将断裂的有利赋矿位置圈定为找矿靶区。

在已知矿区及其深部三维地质建模的基础上,将所构建的三维地质模型分割为大量三维立方块体,每个块体视为均质同性体,所有块体的属性变化规律近似地表达了地质体的内部变化规律,这样的立方块体称为 “单元块”,每个单元块在计算机中存储的地址与其在自然矿床中的位置相对应。首先根据已知矿区控矿地质条件和找矿标志在空间上、特别是在深部的变化规律,综合分析和处理各种深部找矿评价的定量化信息,建立三维找矿预测模型;然后将找矿定量化信息赋予每一个单元块;最后统计每个单元块的找矿信息量,圈出找矿信息量的高值区作为找矿靶区。

2.2.2 主要预测依据

(1)断裂构造依据。① 胶东地区的破碎带蚀变岩型金矿主要受NNE走向的区域较大规模断裂构造控制,断裂带良好的裂隙空间为富金流体富集提供了有利条件,金矿体主要赋存于以断层泥为顶板的断裂主断面下盘的破碎蚀变带中;② EW向断裂和NE向断离的交会部位;③ 断裂沿走向上的拐折、拐弯部位;④ 主断裂下盘次级断裂发育部位、断裂交会处、断裂分支复合处为有利赋矿部位,靠近主干断裂位置更有利于矿体赋存;⑤ 断裂沿倾向倾角变化部位赋矿,断裂倾角较缓段是赋矿有利部位[12-14],如三山岛矿区的金矿体主要赋存于断层面倾角陡、缓转折和相对较缓的凹兜部位(图3(b))。

(2)矿体分布规律依据。① 等间距分布规律,矿床、矿体、矿化富集区大致呈等间距分布;② 矿体侧伏特征[15-16],NE或NNE走向断裂,其倾向NW时矿体向SW向侧伏,而倾向SE时矿体向NE向侧伏,矿体的侧伏方向大致沿SW—NE向同一直线方向展布。

(3)赋矿地质体依据。① 侏罗纪玲珑型花岗岩是胶东金矿床的主要赋矿地质体(赋矿围岩),白垩纪郭家岭型花岗岩和新太古代—古元古代变质岩系次之,少量金矿床赋存于早白垩世莱阳群底部;② 不同地质体的接触带,尤其是早前寒武纪变质岩系与中生代花岗岩类的接触带为有利赋矿部位。

(4)地球物理依据。① 重力异常的线性梯度带,主要是重力低值区的边部(重力高与重力低的过渡带)、大范围的重力低与重力高的接触带,尤其是梯度带的转折部位是成矿的有利部位;② 串珠状、长条状高磁异常带,尤其是磁异常等值线拐弯(向外凸出、凹陷)部位、块状重磁异常边部、小范围的块状和串珠带状正磁异常边部是深部金矿成矿的有利部位。③ 典型的高低阻不同电场分界部位。在视电阻率断面图上,等值线呈稀疏宽大、向下同步弯曲、低阻“U”或“V”形特征为金矿赋存有利部位的标志。④ 在CSAMT、MT、TEM、SIP法、视电阻率断面等值线图上显示为等值线的波动起伏,在剖面上视电阻率等值线起伏波动转折、拐弯部位为金矿赋存的有利部位。其他主要标志包括:SIP法复电阻率参数断面等值线为定向延深的低阻带及低阻带局部膨大部位,极化率、充电率高值异常,高时间常数、低相关系数,金属因数、频散率高值异常等[17]。

2.2.3 预测流程

(1)典型矿床和周边矿区资料分析处理。全面收集预测区及周边区域的矿产、地质、物探、化探等相关资料,掌握典型矿床基本特征;研究成矿地质体、成矿构造、成矿特征和找矿标志、矿床的垂直和水平矿化分带特征,总结成矿规律,建立成矿模式。

(2)深部地球物理勘查。研究矿石、矿物物性特征以及预测区地球物理场特征,开展深部地球物理剖面测量,提取找矿关键信息,建立地球物理模型。根据主要物性特征和地球物理模型,划分不同的地质体、识别断裂构造。

(3)三维建模及赋矿构造三维分析。构建矿床三维地质模型,重点分析断裂表面变化特征与矿体分布富集的耦合关系,提取预测要素,对各预测要素进行评价,将找矿信息量的高值区圈定为找矿有利区和找矿靶区。

2.3 基于控矿断裂带浅部资源量的深部金矿资源潜力预测方法

2.3.1 方法概述

根据在相似地质环境中有相似的矿床产出的相似类比原理[2]和矿床在时间、空间上具有稳定变化趋势的惯性原理[1],采用由“由已知到未知”和趋势外推法,通过对已查明的控矿断裂浅部资源量的统计分析,外推到与之成矿条件相似的深部预测区,对预测区的资源量进行估计。

2.3.2 预测要素

主要预测要素包括控矿断裂,大约-2 000 m高程以浅的累计查明金资源储量及单位面积金平均含量,沿控矿断裂延伸到垂向-5 000 m深度高程的垂直纵投影面积。

深部预测资源量估算方法为:深部预测资源量=含矿率×深部预测区面积。其中,含矿率为浅部单位面积金平均含量,深部预测区面积为-2 000～-5 000 m深度控矿断裂的垂直纵投影面积。即在三维地质模型上截切垂直纵投影图,根据矿体在垂直纵投影图上不同深度的分布情况,确定单位面积金平均含量(含矿率);根据预测深度合理划定控矿断裂的垂直纵投影边界,计算其面积;通过与浅部已知区类比,估算深部潜在的金资源量。

2.3.3 预测流程

深部金矿资源潜力预测流程为:三维地质建模—根据三维模型统计浅部累计查明资源量—截切垂直纵投影图—单位面积含矿率统计—深部预测区面积确定—预测资源量估算。

3 深部找矿靶区预测

3.1 新圈定的找矿靶区

胶东地区地质工作程度高,除了已探明的大型金矿床集中区外,是否有新的尚待勘查的大型金矿床集中区,成为地质工作者普遍关心的焦点问题。根据胶东区域三维地质模型、深部探测资料和相关预测要素的综合分析,确定了3处值得今后重点勘查的找矿靶区。

本隧道通过对浅埋段地表的深层注浆加固，使隧道边墙上部裂隙得以完全充填，形成一个稳定的整体，有效避免在开挖时可能产生的冒顶及坍塌事故，从根本上保证了隧道施工安全。

3.1.1 栖霞靶区

栖霞靶区位于胶北隆起中部(图1),地表主要由早前寒武纪变质岩系组成,零星出露白垩纪花岗岩类,已探明10余处中小型金矿床,均为石英脉型金矿,被地质工作者形容为“只见星星,不见月亮”。近年来在300～900 m深度探明了栖霞笏山村大型蚀变岩型金矿床[6,18],揭示了该区良好的找矿前景。通过对胶东区域三维地质模型的分析发现,地表距离70余千米各自独立分布的玲珑和昆嵛山2个侏罗花岗岩体,其深部规模分别相向扩大,在栖霞一带的早前寒武纪变质岩系下部连为一体(图4),连接带长度约50 km,宽度约5 km,在地表以下2 000 m深度开始相连。胶东的胶西北成矿小区、牟乳成矿小区的金矿床分别围绕玲珑岩体和昆嵛山岩体分布,以往勘查研究发现,由于白垩纪花岗岩类的快速隆升,在侏罗纪花岗岩与早前寒武纪变质岩之间产生拆离断层,胶东金矿主要受拆离断层控制[19-21],构成“热隆—伸展”成矿模式[7]。栖霞地区早前寒武纪变质岩系及其下伏的深部隐伏侏罗纪花岗岩的存在,具备了形成拆离断层的条件,该区白垩纪花岗岩类的存在指示其有“热隆—伸展”的成矿前景。因此,本研究将这一区域确定为深部大型—超大型金矿床的有利成矿靶区。

图4 侏罗纪花岗岩体三维地质模型Fig.4 3D geological model of Jurassic granitic pluton

3.1.2 肖古家断裂靶区

肖古家断裂靶区位于胶北隆起北部的烟台市福山区境内,断裂呈NNE走向,长约15 km,断裂下盘为侏罗纪玲珑型花岗岩和白垩纪郭家岭型花岗岩,上盘为前寒武纪变质地层和新太古代TTG。由于断裂所在位置被第四系覆盖,断裂特征和含矿性不清楚。对断裂三维模型分析表明,断裂倾向E,倾角30°～65°,浅部倾角集中在50°～65°,产状较陡,中部倾角变缓,主要集中在30°～40°。断裂沿走向、倾向均呈波状舒缓。对断裂表面进行坡度分析,发现在0～-1 500 m标高处,断裂倾角明显由陡变缓(图5)。区域对比显示,肖古家断裂与招平断裂北段的破头青和九曲蒋家断裂具有相似的地质条件,二者均位于不同时代地质体的接触界面,下盘均为玲珑型花岗岩,并在花岗岩中赋存较多的石英脉型金矿。近年来,已在破头青和九曲蒋家断裂探明深部破碎带蚀变岩型金矿资源量达600余吨。本研究预测肖古家断裂为破碎带蚀变岩型大型金矿的有利找矿靶区。

图5 肖古家断裂三维地质模型Fig.5 3D geological model of Xiaogujia fault

3.1.3 莱阳北靶区

为深入了解深部地质体、构造发育特征及其与金成矿的关系,施工了一条穿越胶北隆起、胶莱盆地和胶西北金矿集中区的重、磁、MT测量综合物探剖面(图6)。综合物探剖面西起莱州金城、东至海阳二十里店一带,剖面长度120 km,测线方位130°,测线自西向东穿过的地质单元依次为焦家断裂带西部的第四系覆盖区(0～7.5 km)、焦家断裂带和招平断裂带之间的玲珑花岗岩分布区(7.5～33.5 km)、夏甸至河头店之间的早前寒武纪变质岩分布区(33.5～64.0 km)、胶莱盆地(64.0～106.0 km)、伟德山型花岗岩高侵位区(106.0～120.0 km)等。其中,在胶莱盆地北西侧的盆地下伏基底中推断了6条具有明显断裂异常特征的隐伏断裂,编号分别为F1～F6。其中,F5、F6主断裂在MT测量视电阻率断面图中显示出明显的低阻异常带特征,且发育规模较大;F1～F4为次级断裂,具有低阻异常特征,与两侧地质体的电阻率差异明显。F5断层呈铲式特征,其深部与招平断裂有相交趋势。F5断层的地球物理特征和断裂形态与胶东已知的成矿断裂特征相似,故本研究将其作为预测的有矿断裂。

图6 莱州金城—海阳二十里店综合地球物理剖面及推断解译结果Fig.6 Integrated geophysical profiles and inferential interpretation results in Jinchen-Ershilidian,Jiaodong Peninsula

3.2 焦家和三山岛断裂深部找矿靶区

3.2.1 焦家断裂深部找矿靶区

3.2.1.1 单元块划分和成矿有利信息提取

根据已有地质资料对矿体的揭示,特别是勘探线分布,结合已知矿体形态、产状和空间分布特征确定了建模的范围和基本参数。按照行×列×层=120 m×120 m×10 m,将建立的三维地质模型划分为660 800个单元块,其中有矿体的单元块共7 263个。将已知矿体赋值到单元块,有矿单元块赋值为1,无矿单元块赋值为0。对有矿单元块进行控矿要素提取与统计分析,确定定量预测模型,并将所确定的预测参数作为属性赋给每一个单元块。

赋矿断裂有利信息单元块为:① 构造缓冲区,鉴于金矿床严格受断裂控制,金矿体主要赋存于以断层泥为顶板的断裂主断面下盘的破碎蚀变带中,少量位于主断面上盘。将主断面下盘300 m、主断面上盘100 m范围作为有利成矿的构造缓冲区。构造缓冲区包括108 572个单元块(图7),占模型总单元块(660 800个)的16.43%,其中含矿单元块7 124个,占矿体总单元块(7 263个)的98.09%。② 断裂倾角转折部位,矿体主要富集在断裂倾角陡、缓变换的较缓段。将断裂倾角由陡变缓部位划分53 285个单元块,占模型总单元块的8.06%,其中含矿单元块2 866个,占矿体总单元块的39.46%。③ 断裂表面变化率,将断裂面分割成无数个正方形块体,每个块体赋予坡度属性,对固定范围内块体坡度值进行方差计算,确定断裂表面变化情况,将断裂表面变化率划分99 776个单元块,占模型总单元块的15.10%,其中含矿单元块5 670个,占矿体总单元块的78.07%。

图7 焦家断裂缓冲区单元块分布Fig.7 Distribution of unit blocks for buffer zone in Jiaojia fault

通过提取矿体见矿区域(矿体分布)范围和矿化富集区分布范围(图8),可以看出矿体富集区沿走向和倾向均呈近似等间距分布。据此,沿走向等间距划分273 240个单元块,占模型总单元块的41.35%,其中含矿单元块5 932个,占矿体总单元块的81.67%;沿倾向等间距分布划分251 856个单元块,占模型总单元块的38.11%,其中含矿单元块5 884个,占矿体总单元块的81.01%。

图8 焦家矿区矿体沿走向、倾向等间距分布特征Fig.8 Equidistant distribution of gold orebodies in Jiaojia area

3.2.1.2 三维预测模型和信息量统计

根据三维地质模型及提取的成矿有利信息,建立了焦家断裂深部找矿预测模型(表1)。该预测模型包括统计分析特征变量5个,约定各特征变量在单元块中存在时取值为1,不存在时取0。统计特征变量在各单元块的分布,计算每个单元块中各特征变量值的总和,作为成矿预测的信息量(表2)。

表1 焦家断裂深部预测模型Table 1 Prospecting model of Jiaojia deep fault

表2 焦家断裂带找矿信息量计算结果Table 2 Calculation results of quantities of information for the Jiaojia fault

3.2.1.3 预测结果

应用信息量法对各特征变量进行评价,得到成矿信息量值,并将这些数值赋予块体模型。信息量值高的块体成矿概率高。统计块体中各信息量区间比例(表3)并进行稳定性分析,信息量值趋于稳定收敛的范围是成矿的有利区间范围。统计表明:信息量值≥3.222时趋于稳定收敛(图9),因此将≥3.222部分作为成矿有利区间范围(图10(a))。在成矿有利区间内可直观地将信息量值分为3个级别,分别为3.222～4.184,4.184～5.018,≥5.018,根据与已知区对比,将信息量值≥5.018的范围作为预测靶区范围,圈定了2处预测靶区(图10(b))。其中,Ⅰ号靶区(北觉于家)位于莱州市金城镇北觉于家,深度为-1 154～-2 349 m标高,包括预测含矿单元块1 201个;Ⅱ号靶区(西季)位于莱州市金城镇西季,深度为-2 000～-2 490 m标高,包括预测含矿单元块1 588个。

图9 焦家断裂单元块成矿信息量区间比例直方图Fig.9 Histogram of metallogenic information interval proportion of Jiaojia fault block

图10 焦家断裂深部成矿预测结果Fig.10 Metallogenic prediction results of the deep of Jiaojia fault

表3 焦家断裂单元块成矿信息量区间比例Table 3 Proportion of information content of 3D blocks for the Jiaojia fault

3.2.2 三山岛断裂带深部找矿靶区

3.2.2.1 单元块划分和成矿有利信息提取

按照行×列×层120 m×120 m×15 m,将三山岛断裂三维模型划分1 747 886个单元块立方块,其中有矿的单元块共5 323个。将已知矿体赋值到单元块,有矿单元块赋值为1,无矿单元块赋值为0。成矿有利信息提取与焦家断裂相同。

3.2.2.2 三维预测模型和信息量统计

根据矿床三维模型和提取的成矿有利信息建立了三山岛断裂带三维预测模型(表4),包括统计分析特征变量5个,并约定各变量在单元块中存在时取值为1,不存在时取0,各变量在各单元块中的分布统计结果见表5。

表4 三山岛断裂深部预测模型Table 4 Prospecting model of Sanshandao deep fault

表5 三山岛断裂找矿信息量计算结果Table 5 Calculation results of ore-prospecting information of Sanshandao fault

3.2.2.3 预测结果

根据各单元块中信息量区间比例(表6)统计,信息量值≥9.597时信息量趋于稳定收敛(图11),故将≥9.597部分作为成矿有利区间范围(图12(a))。在成矿有利区间内的信息量值分为3个级别,分别为9.597～12.303,12.303～13.080,≥13.080,根据与浅部已知区对比,将信息量值≥13.080范围可作为预测靶区范围(图12(b)),圈定了3处预测靶区。其中,Ⅰ号靶区位于莱州市三山岛镇北东(85°方向)3.8 km处,深度为-2 349～-3 122 m标高,包括预测含矿单元块440个;Ⅱ号靶区位于莱州市三山岛镇南东(100°方向)3.5 km处,深度为-2 306～-3 121 m标高,包括预测含矿单元块368个;Ⅲ号靶区位于莱州市三山岛镇南东(120°方向)3.0 km处,深度为-2 291～-2 701 m标高,包括预测含矿单元块181个。

图11 三山岛断裂信息量区间比例直方图Fig.11 Histogram of metallogenic information interval proportion of Sanshandao fault block

图12 三山岛断裂深部成矿预测结果Fig.12 Metallogenic prediction results of the deep of Sanshandao fault

表6 三山岛断裂单元块信息量区间比例Table 6 Proportion of information content of 3D blocks for the Sanshandao fault

4 深部资源潜力预测

4.1 三山岛断裂资源潜力

4.1.1 已查明资源量

三山岛断裂累计查明金矿石量333.65×106t,金金属量1 240 679 kg,矿体平均厚度7.93 m,平均品位3.72 g/t。其中,第一矿化富集带(0～-500 m标高)金矿石量81.50×106t,金金属量238 503 kg,矿体平均厚度8.10 m,平均品位2.93 g/t;第二矿化富集带(-500～-2 000 m标高)金矿石量252.14×106t,金金属量1 002 176 kg,矿体平均厚度7.90 m,平均品位3.98 g/t。第二矿化富集带与第一矿化富集带资源量比值约4.20。

4.1.2 预测资源量估算参数

(1)预测范围。根据已查明矿床的分布范围向深部外推确定预测范围。已查明矿床范围确定为:南边界为新立矿段最南侧的171#勘探线,北边界为三山岛北部海域矿段最北侧的70#勘探线,西侧为三山岛断裂地表分布位置,东侧为-2 000 m标高线与三山岛断裂延深的交会线在地表的投影位置。预测范围的南、北边界和西边界与查明矿床范围一致,深度为-2 000～-5 000 m。

(2)含矿率。根据已查明资源量与已查明矿床分布范围在垂直纵投影图上的投影面积之比,分别计算了0～-500 m标高范围和-500～-2 000 m标高范围的面积含矿率(图13和表7)。

图13 三山岛断裂深部资源量预测垂直纵投影图Fig.13 Vertical projection of resource prediction in the Sanshandao deep fault

表7 三山岛断裂含矿率参数Table 7 Parameter ore-bearing rate of the Sanshandao fault

4.1.3 资源量预测

在垂直纵投影图上测算-2 000～-5 000 m预测区的面积,分别根据0～-500 m和-500～-2000 m的面积含矿率估算-2 000～-5 000 m预测区的金资源量。本研究预测的三山岛断裂-2 000～-5 000 m区域的金资源量约为矿石量(375～560)×106t,金属量1 100～2 228 t (图12和表8)。

表8 三山岛断裂资源量预测结果统计Table 8 Statistics of the prediction results of resource quantity of Sanshandao fault

4.2 焦家断裂和招平断裂资源潜力

焦家断裂预测范围为:南边界为前陈矿段最南侧的408#勘探线,北边界为新城矿段最北侧的201#勘探线,东侧和西侧分别为焦家断裂地表分布和地表投影位置,深度为-2 000～-5 000 m标高。

招平断裂分为3个预测段:① 断裂北段岭南—水旺庄金矿床集中区预测范围为:南边界为玲南矿段—9#勘探线,北边界为水旺庄矿段最北侧的29#勘探线,西侧和东侧分别为断裂地表分布和地表投影位置;② 中南段的大尹格庄金矿床集中区预测范围为:南边界大尹格庄金矿田54#勘探线,北边界为大尹格庄金矿田120#勘探线,西侧和东侧分别为断裂地表分布和地表投影位置;③ 中南段的夏甸金矿床集中区预测范围为:南边界为夏甸矿段441#勘探线,北边界为道北庄子矿段35#勘探线,西侧和东侧分别为断裂地表分布和地表投影位置。预测区的深度为-2 000～-5 000 m标高。已查明资源量和预测资源量参数取值参照三山岛断裂带,预测结果见表9。

表9 胶西北主要控矿断裂预测的金资源量统计Table 9 Statistics of predict gold resources for main ore controlling faults in Jiaodong Peinsula

综上所述,胶东三山岛、焦家、招平3条主要断裂成矿带-2 000～-5 000 m标高预测的金矿石量为(1 217～2 237)×106t,预测的金金属量为3 377～6 490 t;-5 000 m以浅金资源总量为矿石量为(2 310～3 330)×106t,金金属量为7 073～10 150 t。这一数据仅是胶东西北部主要已知矿床集中区深部预测结果,如果再增加胶东其他深部找矿潜力较好区域的预测成果,并进一步加强深部找矿工作,胶东金矿资源总量在目前5 000余吨的基础上翻一番达到万吨目标是非常有希望的,胶东金矿集区有望成为世界第二大金成矿区。

目前,胶东地区已探明金矿的勘查深度多在2 000 m以浅,仅有数个探索钻孔钻探深度超过3 000 m。其中,在三山岛断裂北段西岭矿区施工的ZK96-5探索钻孔,终孔孔深达4 006.17 m,为我国最深的金矿勘探钻孔,该钻孔在3 500 m左右深度揭露了厚达数十米的断裂破碎蚀变带;山东省地质科学院在焦家断裂中部焦家巨型金矿床深部实施的ZK01孔,孔深为3 266.06 m,在2 810～2 854 m处揭露到多层工业矿体[22];山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队于招平断裂北段的水旺庄矿区深部施工的ZK3401钻孔,终孔孔深为3 000.58 m,于-2 700 m附近揭露到九曲蒋家208#断裂破碎带,经采样分析,最高金品位接近7×10-6。这些深部探索钻孔获得的成矿信息与本研究预测成果相吻合,充分说明在目前已证实的-2 000 m深度以深,还有很大的深部找矿潜力。另外,地质与地球物理探测表明,焦家断裂和三山岛断裂沿倾斜方向向深部倾角逐渐变缓,二者在-4 500 m标高左右交会[17]。结合对剥蚀程度、成矿深度、深部钻探验证和断裂向深部延伸等的综合分析认为,焦家断裂和三山岛断裂在其延伸范围的-4 500 m标高以浅具备良好的金成矿条件和巨大的找矿潜力。