隱伏礦找礦成功案例分析
——以遼寧瓦房店地區金剛石礦找礦為例

付海濤，戴曉川，許洪斌，張國仁，蔣麗麗，萬方來，仲米山，李祎昕，李金龍

(1.遼寧省地質勘探礦業集團，遼寧 沈陽 110032；2.遼寧省自然資源廳，遼寧 沈陽 110032；3.遼寧省第六地質大隊有限責任公司，遼寧 大連 116200；4.遼寧省地質勘查院有限責任公司，遼寧 大連 116100；5.遼寧省物測勘查院有限責任公司，遼寧 沈陽 110031)

金剛石礦是遼寧省的優勢礦產，遼寧南部瓦房店地區已探明的金剛石礦資源量占全國的一半以上。遼寧的金剛石礦勘查工作始于20世紀60年代中期。1965年，山東蒙陰地區發現含金剛石的金伯利巖之后，遼寧省地礦局即組建金剛石專業隊開始在遼東半島開展以尋找金剛石原生礦為主要目標的水系重砂測量工作并發現了鉻鐵石、鎂鋁榴石等重砂異常，1971年6月在復縣(現稱瓦房店市)石灰窯子發現了1號和 2號金伯利巖管，從此為遼寧金剛石勘查工作揭開了新的一頁。遼南地區金剛石找礦以地質力學理論為指導，采用“溝溝岔岔靠重砂，平平坦坦靠物探，山山崗崗靠地測”的綜合普查找礦方法，相繼發現了一系列的金伯利巖體，先后提交了42號、50號、30號巖管等大型原生金剛石礦床[1]。截至目前，瓦房店地區已提交4個大型、1個中型原生金剛石礦床和3個小型金剛石砂礦床[2]。瓦房店地區金剛石礦找礦工作大致可分為4個階段：①普查找礦階段，主要以發現金伯利巖為主要目標；②提交資源/儲量階段，主要是對已發現的具有較大規模的巖管等進行評價，提交資源/儲量；③對外合作階段，隨著不斷取得找礦成果，相繼有多家國外公司到此開展金剛石礦找礦工作；④深入挖潛階段，在以往已取得成果基礎上，努力尋找新的礦產資源，當前屬于此階段。2008年以后，遼寧省加大了此區金剛石找礦的投資力度，先后設置了多個勘查項目，本區于2012年被列為國土資源部的整裝勘查區。隨著工作不斷深入，發現對巖管形態的認識和控礦因素的認識是制約找礦成果的主要問題，相繼引進了三維地質建模、井中物探等技術方法；組建了專家指導下的多專業聯合攻關團隊，終于實現了隱伏礦的找礦突破。在遠離已知巖管1000m以上、地下近300m處找到了寬度僅幾十米的隱伏金伯利巖體，提交了1個中型原生金剛石礦床并預測在一個長350m、寬200m、埋深300～400m范圍內存在金剛石資源潛力可達大型礦床規模的厚大的金伯利巖體。

1 瓦房店地區地質概況

瓦房店地區位于遼寧省南部，大地構造位置位于華北陸塊遼東新元古代—古生代坳陷帶，跨兩個四級構造單元，東側為城子坦—莊河太古宙基底隆起，西側為大連新元古代—古生代凹陷。東側隆起區主要出露新太古界片麻巖；西側凹陷區，出露有古元古界、新元古界、古生界、中生界，以及溝谷中的新生界。其中，新元古界分布面積最大，約占全區總面積的60%(圖1)。

圖1 瓦房店地區區域地質簡圖

瓦房店地區的原生金剛石礦均為金伯利巖型，可分為三類五種巖性，即塊狀金伯利巖、含巖球金伯利巖和角礫狀金伯利巖。其中塊狀金伯利巖分為斑狀金伯利巖和斑狀金云母金伯利巖；含巖球斑狀金伯利巖，具有特殊的球狀構造，風化強烈的巖石巖球脫落，在其殘坡積物中可見大小不等的圓形球蛋；角礫狀金伯利巖分為含圍巖角礫金伯利巖和含金伯利巖物質角礫巖。區內金伯利巖既有巖管也有巖脈，以巖脈為主，巖管約占20%，已發現的114個巖體中有25個巖管。巖管以角礫狀金伯利巖為主，其中最著名的50號巖管角礫狀金伯利巖約占80%，塊狀金伯利巖約占20%。而脈狀金伯利巖則基本上都是塊狀金伯利巖。區內金伯利巖的蝕變作用主要為蛇紋石化和碳酸鹽化，地表褐鐵礦化、綠泥石化比較發育，深部逐漸變弱。強烈碳酸鹽化是區內金伯利巖顯著的、普遍的蝕變作用。

這些金伯利巖體主要集中分布在長約33km、寬約15km的范圍內(稱之為礦田核心區)，此外在礦田核心區西北側27km處還發現了7個疑似金伯利巖體，出土了9粒金剛石。這些金伯利巖體成群成帶分布，以往將其分為4個礦帶，有人認為根據金伯利巖體相鄰關系將金伯利巖劃分為巖群區、巖帶區和單巖體區可能更能合理反映金伯巖的分布特征[2]。

本區金伯利巖體受斷裂構造控制特征明顯，巖脈一般呈北東東至近東西向展布，走向65°～90°，方向性明顯，嚴格受密集節理帶控制，相鄰脈體相互平行，走向一般比較穩定，傾向南東，傾角70°～85°，長度幾十米到千余米不等，脈寬0.2～1.0m，個別地段可達3～5m。一般來說，脈體形態簡單規整，與圍巖界線清楚，脈幅變化較小，僅在局部有膨大或變窄現象，脈體沿走向具有尖滅再現分枝復合現象，局部可見幾條相互平行的脈組成一個小脈帶。脈狀金伯利巖巖性比較簡單主要為強碳酸鹽化斑狀金云母金伯利巖，一般均含有金剛石。巖管的形態比較復雜，地表出露形態有橢圓狀、菱形狀、葫蘆狀和不規則狀等，有的巖管具有明顯的長軸方向，有的巖管則呈近等軸狀，能看出長軸方向基本上均為近東西向或北東向。巖管形態亦能看出其受斷裂構造控制的特征。

2 隱伏礦找礦問題的提出

自從發現金伯利巖以來，本區的金剛石勘查工作基本上沒有中斷，特別是瓦房店地區開展金剛石礦整裝勘查以后，區內施工了很多深孔以求探獲更多的資源量，但未取得預想的成果。30號巖管是大型原生金剛石礦床之一，以往認為30號巖管是一個傾斜的巖管，因此在其傾斜的方向上布設了4個千米左右的鉆孔，結果未在預想的部位揭露到礦體。為了研究其原因，引進三維建模技術，根據鉆孔見礦資料進行巖管形態模擬。結果發現，該巖管是一個直立巖管由于被成礦后近水平斷層錯斷而顯示見礦深度逐漸加深的現象[3]。

50號巖管是區內最重要的大型原生金剛石礦床，該巖管于1974年被發現，1980～2002年對其進行了開采，是區內唯一進行工業開采的巖管，因其金剛石品位高、質量好而享譽國內外，也是區內找礦工作中重點研究的對象。50號巖管與其他巖管相比具有明顯的不同，地表出露標高140m，向下延深僅210m，在-70m標高突然尖滅，而30號巖管地表出露標高132m，向下延深近千米，最深見礦標高為-801.5～-835.6m(ZK1201)。30號巖管與50號巖管相距13km，同處一個金剛石礦田，向下延深情況差別巨大。以往研究認為，50號巖管為根部相，有人以根部相的觀點計算了瓦房店地區金伯利巖剝蝕深度與金剛石剝蝕量[4]，但50號巖管的三維模型顯示為一個“靴子”狀，其底部東低西高，西側底部上翹，東側底部尖細，具有明顯的拖尾現象，根據這一模型的形態，提出了50號巖管是被推覆構造破壞了的新認識，同時提出應開展隱伏礦找礦的問題[5-6]。

隱伏礦找礦是眾多專家學者長期研究的一個問題，隨著勘探程度的提高，勘查的主體對象從地表礦和近地表礦逐漸轉向隱伏礦[7]；加強隱伏礦勘查有利于緩解我國礦產資源緊缺的矛盾[8]；需要建立隱伏礦預測系統，推廣動用綜合信息預測方法解決隱伏礦找礦問題并界定隱伏礦的定義[9]。前人研究了隱伏礦找礦的地球化學方法[10-11]、地球物理方法[12-13]，并總結了勘查經驗，提出礦產勘查要看勘查實效、要看是否見礦[14]。以往的研究大多是基于金屬礦而進行的，本文所說隱伏礦是指50號巖管金剛石礦被推覆構造錯斷的部分。

3 過程與討論

3.1 引進三維建模技術，提出推覆構造破壞礦體的新認識

長久以來，瓦房店地區的金剛石找礦工作大致采用水系重測量先行，力求發現鎂鋁榴石、鉻鐵礦等指示礦物異常，然后對發現的水系重砂異常進行檢查，主要包括地表路線地質調查和地面磁法測量，磁法工作一般部署在地表露頭不好的地段，最后用槽探、鉆探等工程手段對發現的磁異常進行驗證，對發現的金伯利巖體進行控制。30號巖管，在詳查時認為是一個向南東傾伏的巖管，分為兩段，上部為30-1號，下部為30-2號，在實施整裝勘查的過程中對30-2號進行深部控制時，施工了4個深孔，其中ZK1132(孔深887.4m)和ZK1201(孔深1039.5m)見礦，而ZK1202(孔深1036.3m)和ZK1401(孔深983.4m)未見礦。根據原有認識，部署在巖管深部側伏位置的ZK1202 和ZK1401兩個鉆孔也應該見礦。為了研究這兩個鉆孔未見礦的原因，2016年引進了三維建模技術對30號巖管鉆孔控制的巖體形態進行模擬，結果發現，30號巖管總體上是近直立的，有若干個近水平的錯動面使巖體位置發生位移，從而導致鉆孔見礦深度逐漸加深并被判斷為礦體是傾斜的。為了深入研究各個巖管的形態，相續對42號和50號巖管主礦體部分進行了三維建模(圖2)。

圖2 瓦房店地區典型金伯利巖管三維模型形態對比圖

從三個典型巖管的三維模型可以看到，42號巖管由兩個基本直立的巖管組成，鉆孔控制延深約600m(勘探時技術條件限制未繼續向下控制)，該巖管基本未受近水平斷層的影響；30號巖管在淺部可以看到明顯的錯斷現象，深部有兩個鉆孔見礦，向下延深近千米；50號巖管與其它巖管明顯不一樣，僅向下延深了210m左右。這3個巖管大致分布在北東40°方向的一條帶上，50號巖管在西南部，30號巖管在中間，42號巖管在北東部。研究認為本區金伯利巖侵位后受到了近水平斷層的破壞，特別是50號巖管底界面與30號巖管第二層錯動面標高基本相同，更加堅定了這種認識。初步判斷，42號巖管所在的北部受到這種水平剪切的力很小或基本未受影響；30號巖管所在的中部受到了水平剪切力的影響但力量不大，30號巖管雖然受到破壞但巖管上下還是基本連續的；位于南部的50號巖管受到了巨大影響，已探明儲量的50號巖管應該是具有一定運移距離的一個斷塊。依據50號巖管形態和運移距離較大的認識，認為這一水平斷層應該是推覆構造。從50號巖管底部西端翹起、東端有拖尾、底界平直的形態以及30號巖管上部向西移動的特征，判斷本區的推覆構造是由東向西運動的。至此，因引進三維建模技術模擬巖管形態而提出了本區存在推覆構造的新認識，這一認識在后續工作中得到了證實并直接改變了勘查工作方向，實現了找礦突破。

3.2 以是否存在推覆構造為問題導向，調整勘查工作部署

瓦房店地區存在推覆構造、50號巖管是遭受推覆構造破壞后的金伯利巖體的一個斷塊這一認識，得到了原遼寧省國土資源廳(現自然資源廳)的認同，并于2018年組織多專業聯合攻關團隊，以本區是否存在推覆構造為問題導向，分別開展地質構造專項調查、區域性及剖面性物探測量等工作。

瓦房店地區是地質工作程度很高的一個地區。1971年本區開展1/20萬區域地質調查的過程中發現了金伯利巖；1976～1978年開展 1/5萬區域地質調查，基本查清了測區內地層層序，應用地質力學理論劃分了構造體系和構造帶，并提出了華夏系構造是金伯利巖的控巖構造；2000年進行了1/25萬地質圖修編，重新梳理了研究區地層層序，對區內不同時代侵入巖的巖漿起源、源巖性質、巖漿成因、侵位機制及與區域構造的關系等做了較深入研究。2017年對金剛石礦田核心區進行了礦產地質調查并修編了1/5萬地質圖。為了解決是否存在推覆構造的問題，2019年部署了三維地質構造專項調查，通過重新查閱以往工作中的構造地質點資料，并經過實地核實，確認了區內存在推覆構造形跡點，而后又在鉆孔中發現了地層重復現象，從而證實了本區確實存在推覆構造并初步確定了推覆構造的幾何學特征[15-16]。本區能夠發現推覆構造充分說明了地質工作中問題導向的重要性。

3.3 隱伏礦找礦成果

根據鉆孔資料的初始研究結果認為，50號巖管被錯斷的部分應在50號巖管東側地表300m以下的200m×600m范圍內去尋找[6]，本區可能存在推覆構造的判斷被證實后，找礦靶區范圍擴大了，因此對探測技術提出了新的要求。金伯利巖具有一定的磁性，磁法測量也在發現金伯利巖的過程中發揮了重要作用，但由于50號巖管總體規模不算大，磁性也不夠強，地面磁測用50nT為邊界圈定的異常與巖管出露的范圍基本一致，通過詳細研究工作區地面高磁測量結果，認為無法使用磁測結果來預測隱伏礦體的位置。因而，在確認區內存在推覆構造后，參照推覆體運動方向，布設了一塊包括50號巖管在內的長5000m、寬800m、網度200m×100m的音頻大地電磁測量(AMT)面積性工作，測線方向112°，在最有利尋找隱伏礦的部位，網度加密至100m×50m。結果L4測線在50號巖管東南1000m左右的地方發現一個電阻率異常(圖3)。該異常的頂界面位于推測的、與50號巖管底界面對應的推覆構造面之下。由于被錯斷的50號巖管下部巖段位于電阻率較低的泥巖、泥灰巖及頁巖之中，金伯利巖的電阻率又高于泥巖、泥灰巖及頁巖，低于石英砂巖(電阻率統計結果見表1)，所以對這個位于找礦靶區之內的電阻率異常進行了詳細研究，對此異常開展鉆探驗證工作取得了找礦突破。

表1 研究區巖石電阻率統計表[16]

圖3 L4線AMT測量電阻率異常與50號巖管的關系圖

發現L4線的AMT異常后，參考L3線的結果，在異常的中間部位布設了ZK2007孔進行驗證，結果未見到異常體。對ZK2007孔進行井中磁測發現，在推覆構造面附近磁場出現波動，但沒有明顯的異常，經分析認為這個微弱異常可能指示了ZK2007孔旁側存在弱的磁性體，鑒于50號巖管的磁性較弱又不均勻，推測這一弱磁異常體可能就是金伯利巖。為了進一步研究L4線異常的形態，在該異常處布設了3條南北向AMT剖面，線距50m、點距20m，編號新1、新2和新3線。借用這3條線延長方向上的一些AMT測點的數據與20m點距的數據一起進行二維反演，在新3線發現一個微弱的電阻率異常，表現為低阻區局部有電阻率升高現象，并將低阻區分隔成兩個部分(圖4)。

圖4 新3線AMT測量電阻率異常圖

對比L4和新3線AMT測量結果，認為該處存在一個東西向較長、南北向較窄的異常體，其電阻率高于泥巖、泥灰巖及頁巖，低于石英砂巖，符合金伯利巖體電阻率的特征。經過反復論證，結合磁測井資料，決定對其進行鉆探驗證。在ZK2007孔北東66m處布設了ZK2008孔，于孔深277.52～286.92m鉆遇9.40m金伯利巖，在制作該金伯利巖巖心薄片時發現1粒金剛石。該巖體的巖石特征與50號巖管一致，命名為50-1號金伯利巖體。后經2022～2023年鉆探控制，50-1號巖體為平均厚度9.38m的近水平產出的板狀體，其上下均為構造巖與圍巖接觸，佐證了其是50號巖管被截斷的一個斷塊的認識。對ZK2301孔9.35m巖心進行了選礦試驗，選獲16粒-0.5+0.2mm金剛石。在ZK2008孔東側426m處的ZK2303孔，在392.85～395.32m鉆遇2.47m金伯利巖，命名為50-2號巖體。參照50號巖管開采水平斷面面積和平均品位，估算50-1號巖體已鉆探控制段塊的金剛石資源量可達中型礦床規模；50-2號頂界面標高與50-1號已控制段塊的底界面標高約有90m的高差，預測它們之間存在一個厚大的金伯利巖斷塊，推測金剛石資源潛力可達大型礦床規模。至此，瓦房店地區原生金剛石隱伏礦找礦實現突破。

4 結論

關于隱伏礦找礦本次工作得到如下一些認識：

(1)要有得當的技術方法。本次工作，引入三維建模技術模擬巖管形態提出了推覆構造破壞礦體的認識，開展專項三維地質構造調查獲得了推覆構造的基本特征并圈定找礦靶區，AMT測量和井中物探為鉆探驗證并最終找到隱伏礦提供了重要而關鍵的信息。

(2)要有資金保障。本次工作得到了多個項目的資助，使得隱伏礦找礦平穩向前推進并取得成果。

(3)要有合適的工作模式。專家指導下的聯合攻關團隊是項目順利實施的必要條件，專家組織協調、把握方向確保攻關團隊協調有序地開展工作。