李 惠,禹 斌,魏 江,李永才,王 俊,魏子鑫,孫鳳舟,王 旭,任良良,張賀然,彭 偉,李 上,司淑云,楊亞娟,駱雪飛
(中國冶金地質總局地球物理勘查院,河北保定 071051)
勘查區是指正在開展找礦評價的工作區,包括礦權主礦山及外圍的普查、詳查、勘探找礦區,將尚未發現礦床的地區(新區)稱為勘查(新)區(普查或詳查區)(葉天竺等,2014),不同勘查區構造疊加暈的研究預測方法不同。
近年來,很多礦權主要求在所屬的勘查(新)區進行找礦預測,由于尚未發現礦床,無已知礦床建模,地質工作程度較低,一般只發現化探異常或各種構造蝕變帶或礦化體露頭(或探槽揭露),或地表礦化體只用少量鉆孔或平硐進行了深部控制。為進一步進行深部探礦,礦權主急需了解地表未見礦化的構造蝕變帶深部是否有盲礦,礦化體露頭向深部有無延伸,地表礦體經深部鉆孔控制若不見礦,鉆孔深部是否還有盲礦等問題。
日前,國內外在勘查(新)區應用化探方法找礦預測中,主要采用1/2000~1/10000土壤地球化學測量,部分(新)區采用了巖石地球化學測量方法,發現和評價異常,縮小找礦范圍,為深部探礦提供依據。近年來作者根據熱液礦床嚴格受構造控制,構造是成礦熱液活動的導礦、容礦空間,當構造帶中有熱液活動形成礦體時,必然形成比礦體大的成礦-伴生元素暈,通過對構造帶內采樣、多元素分析,強化異常,加大預測深度,可發現構造帶內成礦成暈疊加的直接信息,指導深部探礦。構造疊加暈法抓住了勘查(新)區找礦的關鍵,相比土壤地球化學測量和巖石地球化學測量方法更直接、快速、有效。
構造疊加暈找盲礦法按照從已知到未知原則,研究建立本礦床構造疊加暈模型(包括模式和盲礦預測標志),從而實現對礦床深部及外圍的找礦預測。根據作者在90多個礦山研究建立的深部盲礦預測的構造疊加暈模型,并已證明該模型在礦山深部預測取得較好效果的基礎上,總結出了熱液金及有色金屬礦床原生暈軸向分帶(前緣暈、近礦暈及尾暈的特征指示元素)共性和疊加暈的共性特點及預測盲礦的共性標志(李惠等,2013,2015,2020),建立了熱液金及有色金屬礦床深部盲礦預測的構造疊加暈實用理想模型(李惠等,2020),為不能建模的勘查(新)區構造疊加暈研究、異常評價、預測和建模提供了重要依據。按照從已知到未知原則,參照“實用理想模型”,結合勘查(新)區特點建立了勘查(新)區深部預測采用構造疊加暈尋找熱液型礦床的“參照實用理想模型”。當在某勘查(新)區采用構造疊加暈研究預測時,再結合該區主要尋找礦種,選擇參考指示元素,可轉換為某勘查(新)區深部預測的構造疊加暈具體“參照實用模型”。據此,對本勘查(新)區構造疊加暈異常進行評價和深部含礦性預測,可解決礦權主上述問題,縮小找礦范圍,為深部探礦提供依據。
熱液金及有色金屬礦床深部盲礦預測的構造疊加暈研究成果及“實用理想模型”中所總結的熱液礦床構造疊加暈特征、深部盲礦預測理論、方法及標志的共性,也是勘查(新)區將要發現的熱液型礦床的共性和建模的依據。
(1)構造疊加暈在礦山深部及外圍預測已取得了顯著效果
近30年來,作者團隊先后應90多個礦山邀請,120多次立項應用構造疊加暈研究預測,建立了90多個(金、銀、銅、鉛、鋅、銻等)典型礦床的構造疊加暈模型,90%以上礦山都取證得了顯著找礦效果,19個礦山以此驗證預測靶位,累計找到金已突破300噸,達312噸,銅18萬噸。2010年全國危機礦山項目要求跟蹤14個礦山驗證預測靶位見礦情況,結果表明,預測準確性達80%以上。研究預測成果已發表五部專著及近百篇論文(李惠等,1998,2011,2013,2014,2015),2008年獲中國地質學會十大科技成果“危機礦山深部預測盲礦的新突破-構造疊加暈找礦法”,先后獲省、全國性學會科技進步獎22項,其中特等獎1項、一等獎14項。實踐證明,構造疊加暈在礦山深部及外圍預測是一種直接有效的新方法。
(2)構造疊加暈法在礦區深部預測的高準確性及顯著效果,證明了構造疊加暈研究-預測的核心理論、特征指示元素及預測盲礦的標志的正確性,據其共性建立的熱液金及有色金屬礦床深部盲礦預測的構造疊加暈“實用理想模型”,不僅適用于礦區,也是勘查(新)區采用構造疊加暈研究-預測-建立“參照實用理想模型”重要參考依據。
在研究建立礦床深部盲礦預測的構造疊加暈模型及預測過程中,始終有三個核心理論指導,在勘查(新)區尋找熱液礦床采用構造疊加暈法研究-預測也必須用三個核心理論指導才能取得好的找礦效果。(1)熱液礦床的“原生暈軸向分帶理論”:即每次成礦形成的每個礦體都有自己的前緣暈、近礦暈和尾暈,暈比礦體范圍大,其中前緣暈指示元素異常,在礦體前緣可達幾百米,是預測盲礦的重要依據。熱液礦床的前緣暈和尾暈特征指示元素組合有很大共性,如F、I、As、Sb、Hg、B等在熱液礦床中都是前緣暈指示元素,而Bi、Mo、Mn、Co、Ni為尾暈,這是勘查(新)區選擇參考指示元素和預測盲礦的重要依據;(2)“原生疊加暈理論”:熱液礦床成礦成暈具有多期多階段疊加特點,不同期次形成礦體-暈在空間上有同位-部分同位疊加或同一次成礦形成多個相近礦體或串珠狀上-下礦體前-尾暈可疊加共存。“原生疊加暈理論”不僅破解了原生暈“反常-或反分帶、前-尾暈共存”的難題,而且將“反常或反分帶、前-尾暈共存”變成了預測盲礦的重要標志。在勘查(新)區,當地表構造疊加暈出現前-尾暈共存,反映了上部已剝蝕礦體只殘留尾暈,有深部盲礦體前緣暈疊加,指示深部有盲礦存在;當地表礦體經打鉆深部不見礦時,而鉆孔出現前-尾暈疊加共存,反映了深部盲礦的前緣暈疊加,指示鉆孔深部還有盲礦存在;當坑道盲脈構造疊加暈出現前-尾暈共存,指示坑道上部、下部都有盲礦存在;(3)“構造疊加暈理論”:熱液礦床嚴格受構造控制,只研究構造帶內疊加暈足可反映礦體-暈軸向分帶和疊加結構及各種成礦信息,只在構造中采集疊加暈樣品,不但強化了盲礦信息,加大了預測深度,而且大大減少了樣品采集、加工、分析工作量(李惠等,2011,2014,2015,2016)。
“實用理想模型”中熱液型礦床礦體的前緣暈、近礦暈和尾暈共性特征指示元素組合是(李惠等,2011,2014,2015,2020):
前緣暈特征指示元素:I、F、Hg、As、Sb、(Li、Sc:W-Sn礦)、B、Ba等;
近礦暈特征指示元素:Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Cd、Sb(礦)、W-Sn(礦)等;
尾暈特征指示元素:Bi、Mo、Mn、Co、Ni、V、Ti、W、Sn等。
以上共性特征指示元素組合為勘查(新)區構造疊加暈研究-預測選擇參考特征指示元素提供了依據,在不同勘查(新)區尋找的礦產不同,選擇的參考指示元素也有區別。
構造疊加暈預測礦床深部有盲礦的六條共性標志,不僅明確了前緣暈、近礦暈和尾暈特征指示元素組合標志,更重要的是提出了其濃度(內、中、外帶)標志(李惠等,2011,2014,2015,2016)。這六條共性標志中有三條適用于勘查(新)區,指示深部有盲礦標志是:即在成礦元素有中-外帶異常的條件下:①前緣暈元素為中-外帶異常,尾暈元素無-弱異常;②前、尾暈元素為中-外帶異常疊加共存;③前緣暈元素濃度增強趨勢準則:當有兩個以上標高控制構造蝕變帶時,從上到下,前緣暈及近礦暈指示元素強度由中外帶→中-內帶→增強。
(1)構造疊加暈特殊的采樣技術,保證取得可靠的樣品(李惠等,2011);(2)根據尋找礦種選擇好特征前緣暈、近礦暈、尾暈參考指示元素;(3)確定各指示元素內、中、外帶濃度分帶參考標準,特別是前緣暈、尾暈元素分帶標準。因為各種構造疊加暈圖是以各指示元素內、中、外三個濃度帶作圖展示的,若對前緣暈、尾暈元素確定的分帶標準不合適,在構造疊加暈圖上會出現都是內帶或外帶異常,難以識別出前緣暈和尾暈元素;(4)確定構造疊加暈預測盲礦的標志:即近礦暈、前緣暈、尾暈組合及內、中、外帶標志確定。“實用理想模型”總結了90多個礦床構造疊加暈預測盲礦的共性標志。如找金,在有成礦元素Au出現中、外帶異常條件下,Hg、As、Sb等元素前緣暈出現中-外帶異常,尾暈元素無或少量外帶異常,指示深部有金盲礦。
本文建立勘查(新)區構造疊加暈研究的技術流程見圖1。

圖1 勘查(新)區構造疊加暈研究技術流程Fig.1 Technical flowchart of structural superimposed halo research in exploration (new) area
首先分析成礦可能性:如有區域化探異常一定要仔細研究,據化探異常元素組合、強度及異常規模可確定尋找的礦種及礦床類型。根據熱液礦床前-尾暈共性特征元素的分布,初步評價哪些異常深部可能有隱伏盲礦。注意研究異常水平分帶,與斑巖礦床地球化學異常分帶模型對比,識別是否有形成斑巖礦床可能。
(1)地球化學背景研究:對該區地層、巖漿巖等有代表性巖石類型,采集未受蝕變影響新鮮巖石樣品,多元素分析,以其幾何平均值作為本區各元素背景值,作為各元素外、中、內帶濃度分帶依據,也可為成礦物質來源提供信息,為巖漿巖與成礦的親緣關系提供依據。
(2)不同構造蝕變帶或礦化體疊加暈采樣:系統對勘查(新)區地表-坑道-鉆孔內所有構造蝕變帶沿構造帶采集樣品。根據熱液礦床嚴格受構造控制疊加成礦成暈特點,在詳細觀察構造-蝕變-礦化特征基礎上,在構造帶中尋找有成礦熱液蝕變疊加樣品。點距一般5~10 m,出露不好部位可考慮按20~30 m距離挖點槽。當構造帶寬度大于2 m時,垂直構造帶每2~5 m采一個樣品,樣品重300~500 g,做好記錄。
(3)送化驗室加工、分析,不同指示元素采用不同方法定量分析。
(1)根據區內各參考指示元素背景及其含量區間,確定其內、中、外帶濃度分帶的參考標準。由于各指示元素含量區間尚未顯露,其濃度分帶也是預測盲礦前、尾暈元素內、中、外帶的參考標準。
(2)繪制各構造蝕變帶構造疊加暈單一元素和前緣暈、近礦暈和尾暈元素組合的平面圖,若有二個標高工程控制作垂直縱投影圖、剖面圖或表圖。
(3)圈定構造疊加暈綜合異常,據主成礦元素、近礦暈、前緣暈及尾暈參照指示元素內-中-外帶異常組合、強度劃分構造疊加暈綜合異常單元,對異常編號。
由于勘查(新)區無已知礦床建模,其前緣、近礦及尾暈參考指示元素及預測盲礦的參考標志,都是根據熱液金及有色金屬礦床構造疊加暈共性建立的深部盲礦預測的構造疊加暈“實用理想模型”確定的,故建立的勘查(新)區深部預測的構造疊加暈模型稱為“參照實用理想模型”(圖2、3)。
(1)展示了構造-礦體-疊加暈在平面圖、剖面圖及垂直縱投影圖上的三維形態(李惠等,2020);(2)平面圖可視為地表構造帶向深部預測,也可視為坑道或鉆孔發現的盲構造蝕變帶,當其上、下300 m內無工程控制,則向上、向下預測;(3)展示了不同條件(構造帶地表有礦、地表無礦,地表-鉆孔都有礦、地表有礦-鉆孔無礦等),即:A、B、C、D、E、F、G、H、I九種情況下預測深部可能有盲礦的構造疊加暈具體參照標志,即前緣暈、近礦暈及尾暈組合及內、中、外帶具體濃度標志;(4)“參照實用理想模型”立體圖下方附有勘查(新)區共性參考特征指示元素組合及其外、中、內帶濃度表。其中前緣暈指示元素:I、F、Hg、As、Sb、(Li、Sc:W-Sn礦)、B、Ba;近礦指示元素:Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Cd 、Sb(礦)、W-Sn(礦);尾暈指示元素:Bi、Mo、Mn、Co、Ni、V、Ti、W、Sn。
勘查(新)區地表的“高、大、全”異常指示深部有礦概率雖大,但不一定都有礦。地表的“弱”異常深部也可能有大礦,地表礦體露頭向深部不一定有延伸,地表無礦體的構造帶其深部可能有盲礦。根據作者對90多個礦床構造疊加暈預測盲礦的特征指示元素組合及其內、中、外帶濃度的共性預測標志,確定以下3種不同情況深部可能有礦的參照評價預測標志:(1)地表無礦化(A、B、C)構造疊加暈預測盲礦參照標志(圖2);(2)地表構造內有礦體需預測延伸大小的(D、E、F)構造疊加暈參照預測標志(圖2);(3)據地表-鉆孔變化預測鉆孔深部盲礦(G、H、I)構造疊加暈參照預測標志(圖3)。

圖2 勘查(新)區尋找熱液礦床深部盲礦預測的構造疊加暈參照實用理想模型立體圖Fig.2 3D view of the reference practical ideal model for prediction of deep blind ore bodies of hydrothermal deposits in exploration (new)areas

圖3 勘查(新)區(有鉆孔)尋找熱液礦床深部盲礦預測的構造疊加暈“參照實用理想模型”立體圖Fig.3 3D view of the reference practical ideal model for prediction of deep blind ore bodies of hydrothermal deposits in exploration (new)areas with boreholes
(1)地表或坑道構造中無礦化的A、B、C三類構造疊加暈參照預測標志:如果是對地表含礦構造帶預測,A、B、C則是預測深部有盲礦的構造疊加暈參照標志;如果是坑道發現盲脈,且上、下300 m內無工程控制,A、B、C則是向上、向下預測的構造疊加暈參照標志。預測有盲礦準則是:在有近礦暈中-外帶條件下,前緣暈強-尾暈弱、前-尾暈共存。
A標志:在成礦及近礦暈元素有中-外帶條件下,前-尾暈中-外帶共存。如找金:近礦暈參考特征指示元素(Au、Ag、Cu、Pb、Zn,下同)有中-外帶條件下,前緣暈參考特征指示元素(Hg、As、Sb、B、Ba)有中-外帶異常。尾暈參考指示元素(Bi、Mo、Mn、Co、Ni、V、Ti、W 、Sn)有中-外帶異常,若為地表構造帶,則指示深部可能有盲礦,上部礦體已剝蝕;若為坑道盲脈-構造帶,則指示構造帶上、下都可能有盲礦(圖2A)。
B標志:在近礦暈元素有中-外帶條件下,前緣暈中-外帶異常,尾暈無或少量外帶,指示地表構造帶或盲脈下方可能有盲礦存在。
C標志:在近礦暈元素有中-外帶條件下,尾暈中-外帶異常,前緣暈無-少量外帶,若為盲脈-構造帶,指示構造帶上方可能有盲礦;若為地表構造帶,則指示上部礦體已剝蝕,深部無礦。
(2)地表或坑道有礦體,三類構造疊加暈預測參照標志:
D標志:在近礦暈有內帶條件下,前-尾暈中-內帶共存。若為地表構造帶,則指示向深部可能有延伸,上部礦體已剝蝕。若為坑道盲礦脈礦體,指示構造帶向上、向下都可能延伸較大。
E標志:在近礦暈有內帶條件下,前緣暈中-內帶異常,尾暈無或少量外帶,指示構造帶脈礦體向下延伸很大。
F標志:在近礦暈有內帶條件下,尾暈中-內帶異常,前緣暈無或少量外帶,若為地表構造帶,則指示礦體上部已剝蝕,深部礦延伸很小;若為坑道盲礦脈,指示礦體向上方可能有較大延伸。
(3)據地表-鉆孔變化預測鉆孔深部盲礦G、H、I三類構造疊加暈評價預測標志(圖3):地表→鉆孔,鉆孔在有近礦暈中-外帶異常條件下,前緣暈有增強趨勢,指示鉆孔深部存在盲礦。
G標志:地表構造無礦,鉆孔未見礦,預測鉆孔深部有盲礦標志。地表有前緣暈中帶和近礦暈中帶,無尾暈,指示深部可能有礦,但鉆孔探礦未見礦,地表→鉆孔:前緣暈中帶→鉆孔升為中-內帶異常增強趨勢,近礦暈中帶異常→中-內帶異常增強,是趨近礦體的標志,指示深部有盲礦,可提出預測靶位。
H標志:地表有礦,鉆孔不見礦,地表→鉆孔:前緣暈增強趨勢,指示鉆孔深部有盲礦標志。
地表前緣暈中-外帶,近礦暈內帶異常,尾暈中-內帶異常,前緣暈中-外帶與尾暈中-內帶共存,指示深部可能有礦,但鉆孔未見礦。地表→鉆孔:前緣暈中-外→中-內帶增強,指示有深部盲礦的前緣暈疊加,指示鉆孔深部有盲礦存在,可提出預測靶位。
I標志:地表有礦,鉆孔見礦。地表→鉆孔:近礦暈為內帶,前緣暈中-內帶異常→內帶異常增強,反映深部有另一次成礦的前緣暈疊加,指示礦體延伸還很大(李惠等,2004,2008;馬久菊等,2014,2015;李永才等,2015)。
在某勘查(新)區采用構造疊加暈研究預測,須根據勘查(新)區構造疊加暈預測盲礦的“參照實用理想模型”,建立某勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用模型”,作為該區構造疊加暈預測盲礦的依據。
以勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用理想模型”(圖3)為基礎,只需將模型下表具體化,即換成某勘查(新)區構造疊加暈特征指示元素組合及其外、中、內濃度分帶標準,即形成了某勘查(新)區“參照實用模型”(圖4)。

圖4 內蒙古某勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用模型”立體圖Fig.4 3D view of the reference practical ideal model for prediction of deep blind ore bodies using structural superposed haloes in an exploration (new) area of Inner Mongolia
方法如下:①根據本勘查(新)區尋找礦種確定本勘查區具體前緣、近礦及尾暈參考指示元素;②采集勘查區背景樣品及沿各構造蝕變帶采集構造疊加暈樣品,分析參考指示元素;③根據背景和各參考元素含量區間確定元素外、中、內帶濃度分帶標準制表,將勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用理想模型”下方表格換成某勘查(新)區前緣、近礦及尾暈參考指示元素及分帶標準,即成為某勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用模型”。據此,可對某勘查(新)區構造評價預測。
作者團隊李永才、王俊等2018年對內蒙古某勘查(新)區采用構造疊加暈法進行了研究預測。該勘查區主要找金銀礦,地表有十多條含金構造蝕變帶(長200~300 m),有的構造帶地表無礦,有的構造帶地表有礦-鉆孔未見礦,有的構造地表有礦、鉆孔也見礦。為預測地表和鉆孔深部是否有盲礦,根據“參照實用理想模型”(圖2~3)建立了本勘查區地表構造疊加暈預測的“參照實用模型”(圖4),即:將其下方特征指示元素表換成了該區參考特征指元素濃度分帶表,其方法是參照本區找金銀礦床的元素組合共性特征指示元素,確定了本區參考特征指示元素:前緣暈為Hg、As、Sb、F、B、Ba,近礦暈為Au、Ag、Cu、Pb、Zn,尾暈為Bi、Mo、Mn、Co,根據本區各元素背暈及構造疊加暈含量范圍確定了各元素內、中、外帶異常標準列表。
據各元素內、中、外帶標準繪制本區各構造帶的前緣、近礦、尾暈參考特征指示元素的綜合構造帶構造疊加暈平面圖。根據異常分布、元素組合在構造帶內圈定了構造疊加暈綜合異常,用本區“參照實用模型”(圖4)對各異常進行了評價和預測,提出了有利成礦部位,縮小了找礦范圍,為進一步勘查提供了依據。
(1)熱液礦床嚴格受構造控制,構造中有礦就會有成礦及伴生元素暈。構造疊加暈研究預測抓住了成礦的本質(內因-暈),在勘查(新)區也是一種直接、快速、有效的新方法。
(2)對構造疊加暈評價,按照就礦找礦、從已知到未知的找礦準則,研究建立本礦床己知礦體構造疊加暈模型,用本礦床模型對礦床深部預測準確性高,效果好。勘查(新)區雖無已知礦建模,但根椐熱液金及有色金屬礦床構造疊加暈共性“實用理想模型”建立的勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用理想模型”,應用于某勘查(新)區時,再結合該勘查(新)區尋找礦產和取得的構造疊加暈資料建立該區的“參照實用模型”。據該區的“參照實用模型”對該區進行評價預測,其預測的準確性雖低于用本礦床模型對本礦床深部預測準確性,但仍可有效識別出構造蝕變帶是否有成礦熱液活動,篩選出深部可能有盲礦的構造蝕變帶,提出深部可能有盲礦的有利成礦部位,進而縮小找礦范圍,指導進一步深部探礦。
(3)由于勘查(新)區各指示元素含量區間尚未顯露,其濃度分帶也是參考標準,預測盲礦的前、尾暈元素的內、中、外帶標準也是參考標準,所預測的有利成礦部位也不能肯定有礦,建議根據有利成礦部最好→較好→差排序,對最好的有利成礦部位先驗證,視見礦情況認識評價有利成礦部位是否有盲礦。
例如找金礦,幾乎所有金礦的前緣暈指示元素都有As,即其含量在礦體前緣比尾暈相對高,但不同礦床前緣、尾暈含量相差懸殊。如甲金礦床礦體As在前緣最高為120×10-6(單位下同)、尾暈為50;乙金礦床礦體As在前緣最高只有50、尾暈為20;無已知礦建模的某勘查(新)區,Au為出現0.05異常,若As最高出現50異常,由于礦體頭、尾As含量區間并未顯露,按乙礦標準為礦前緣(深部有盲礦),按甲礦標準為尾暈(無盲礦)。雖難以確定其深部是否有盲礦,但有As異常部位反映了有熱液活動信息,深部可能有礦,無As異常則無礦。據此對區內異常評價-排序,建議用鉆孔驗證As的50異常。若見礦則證明其是盲礦前緣暈即與乙礦相近,則可確定區內其余As達50異常深部有盲礦的概率很大,建議全面驗證;若不見礦則與甲礦相近,其余As達50異常深部都無礦,停止驗證。
(4)當區內構造蝕變帶有地表→鉆孔(或坑道)兩個以上標高控制時,即G、H、I標志(圖3):即從上→下前緣暈指示元素含量若有增長趨勢,則可較準確預測深部盲礦存在,可將預測的有利成礦部位升為預測準確高的預測靶位。
本文介紹的勘查(新)區構造疊加暈預測的研究預測理論與方法及“參照實用理想模型”,對勘查(新)區尋找熱液金及有色金屬礦產采用構造疊加暈方法研究預測都具有重要參考價值。此外,在礦區外圍地表或坑道發現盲脈可據“參照實用理想模型”研究建模預測,在老礦山上部坑道已充填無法采樣、只在礦床深部1~2個中段或鉆孔采到構造疊加暈樣品,難以建模時也可參照勘查(新)區構造疊加暈預測的“參照實用理想模型”來研究建模預測,都可取得好的預測找礦效果。