黔西南戈塘金礦三維地質建模與礦床成因研究

摘要：為直觀展現戈塘金礦礦體空間展布規律并進行綜合成礦分析，本文基于現有鉆孔與剖面等地質資料，結合已有成礦物質來源等研究結果，利用Petrel軟件建立了戈塘金礦三維地質模型，在此基礎上討論了戈塘金礦體在地下的空間展布規律與富集特征，分析了該礦床的成礦過程，并總結了該礦床的成礦模式。研究結果表明：Au主要富集于龍潭組1段地層，大多礦體品位較低，達到工業品位的礦體多集中于斷層附近，總體上礦體品位與礦體體積呈負相關，但高品位礦體多次出現體積的異常增加；礦床順地層展布特征顯著，受不整合面或層間滑脫面控制明顯，但斷層可能為含礦熱液提供了上升通道；礦床形成與巖漿活動有較大關系，熱液沿斷層進入含礦層并發生強烈蝕變，使Au析出預富集，在后期地下水等作用下形成金礦床，為熱液運移-流體改造的成礦模式。上述研究結果對我國卡林型金礦成因研究及找礦工作具有一定的指示及參考意義。

關鍵詞：戈塘金礦；三維地質建模；卡林型金礦；成礦分析

中圖分類號：P618.51文獻標志碼：A卡林型金礦（Carlin-type gold deposits）最早發現于美國內華達州卡林地區并因此得名［1-2］，特點是礦體浸染，賦存于碳酸鹽巖圍巖中［3-4］。“滇-黔-桂”金三角作為我國重要的金礦富集地之一，探明儲量超800 t ［5］。位于黔西南的戈塘金礦是金三角重要的組成部分［6］。前人對黔西南卡林型金礦成礦機制、成礦流體特征與流體來源、成礦年代等進行過大量研究［7-9］。以上研究多基于樣品試驗分析方法與二維地質資料等分析討論，對礦區三維地質特征缺乏深入的認識，沒有形成立體的三維地質格架。由于戈塘金礦開采條件極為復雜，現有的鉆孔及剖面等地質資料往往因為不夠直觀而無法及時準確地應用于開采實踐中，或者導致開采過程中的資源浪費等問題。因此，如何實現對礦床更為直觀、準確地認識成為了亟待解決的問題。

三維地質建模的概念由加拿大地質學家HOULDING ［10］提出，即在三維環境下，將空間信息管理、地質解譯、空間分析和預測、地學統計、實體內容分析以及圖形可視化等工具結合起來，并用于地質分析的技術［11-13］。近年來，計算機技術及地理信息科學等的發展，開啟了地質大數據時代［14］，數字地球［15］、數字礦山［16］、玻璃地球［17］等的提出指明了未來地質行業的發展趨勢。三維地質建模是實現以上理論重要的技術手段之一。由斯倫貝謝公司開發的Petrel軟件具有模塊化、高精度、高集成等優點，被大量學者應用于油氣儲層模擬［18］、第四系沉積物垂向分布規律研究［19］、儲層流體模擬［20］、鉆孔設計［21］等方面；在固體礦產方面，Petrel也被大量應用于地質環境表征等研究［22］。

因此，本文利用Petrel軟件，以戈塘金礦接替資源勘查區為研究對象，以現有鉆孔及剖面數據為基礎，建立戈塘金礦接替資源勘查區三維地質模型，并進行綜合成礦分析，結合礦區地質資料討論礦床成礦模式，對我國卡林型金礦成因研究及找礦工作具有一定的指示及參考意義。

1地質背景

1.1區域地質背景

研究區大地構造位置處于揚子準地臺西南緣的黔北臺隆六盤水斷陷中（圖1（a）），區內主體構造為戈塘穹窿背斜［1， 23］，具弧形轉折走向多變的特點［24］；斷裂構造發育，主體構造線為北東向，多為高角度正斷層［6］，且切割含礦層或破壞礦體。構造區域內沉積地層較為發育，出露地層以二疊系茅口組、龍潭組及長興大隆組與三疊系夜郎組及永寧鎮組為主［6］，巖性以灰巖、砂巖及黏土巖等為主［25］。火成巖出露較少［25-26］，只在局部有峨眉山溢流玄武巖和堿性超鎂質巖出露［6， 27］。然而重磁勘探資料表明在深部有隱伏巖漿巖侵入［25， 28-29］。區內礦產以金礦與煤礦為主，金礦多集中于茅口組與龍潭組地層接觸帶，煤礦多集中于龍潭組地層中［6］ 。研究區大地構造演化經歷了拉張裂陷、擠壓碰撞、伸展裂陷等過程［4， 30］，此期間區內深大斷裂形成超基性巖脈侵入體，利于卡林型金礦成礦［29-30］。盆地裂陷過程中發育的正斷層也為含礦流體上升提供了通道［4］。黔西南大地構造位置獨特，構造演化復雜多樣，最終形成了良好的卡林型金礦成礦條件。

1.2礦區地質背景

戈塘金礦位于黔西南戈塘穹窿東南部（圖1（b）），主要出露地層為二疊系茅口組與龍潭組；其中，茅口組為灰色厚層至塊狀灰巖，厚度大于200 m；龍潭組分5段，地層厚約250 m，平行不整合于下覆茅口組灰巖之上［1， 6］。第1段含金角礫巖層為研究區金礦產出層位，巖性以黏土角礫巖及硅化灰巖角礫巖為主，厚度不大，橫向變化明顯；第2段為黏土巖與粉砂巖，部分區域夾煤線；第3段以黏土巖為主；第4段為硅化灰巖或灰巖；第5段為黏土巖、粉砂巖及細砂巖互層。礦區褶皺構造不發育；斷裂構造發育，以北東向為主［6］，對礦體破壞較小。礦石類型主要為氧化礦石（表1），圍巖蝕變以硅化為主，次為黃鐵礦化，再次為輝銻礦化、硫砷礦化、螢石化、石膏化、黏土化等。（a） 右江盆地構造簡圖；（b） 黔西南卡林型金礦區域地質圖

通過統計分析礦體空間位置、規模、礦石類型、平均品位、形態、產狀及賦礦巖性等，發現礦體平面上主要位于勘探線11-5A之間（圖2），空間上主要集中于龍潭組1段。為便于理解，本文圖2—圖9中坐標系為CGCS2000坐標系。為完整建立戈塘金礦礦體三維模型，水平上大致以勘探線11-5A為本次建模邊界（圖2， 3）、（表1）；由于現有鉆孔及剖面資料未探及茅口組底部邊界，因此，垂向上以龍潭組頂為模型頂部邊界，底部邊界設定為1 100 m。

2三維地質建模

2.1數據準備

地質數據是三維地質建模的基礎，在其它條件都相同的情況下，對各種條件數據的掌握程度（數量、精度等）就決定了模型的預測效果［31］。本研究共收集礦區相關資料包括：地質勘查報告2份，地形地質圖2份，勘探線剖面圖17份，鉆孔柱狀圖77份；鉆孔取樣分析結果482個；利用上述資料統計地層分層與斷層數據若干，將數據導入Petrel軟件并建立礦區地質數據庫，以備后續建立三維模型時快速調用。

2.2斷層模型

斷層模型可以較為準確地表征斷層的發育形態、斷層與斷層以及斷層與層面的接觸關系［32］。根據研究區地質資料，建模區域內共7條斷層，大部分為北東向高角度正斷層，斷層均切穿龍潭組地層。利用AutoCAD軟件讀取勘探線剖面圖中斷層產狀信息，并以斷層線方式導入Petrel中。將斷層線轉換為斷層柱（pillar），利用pillar控制的曲面建立斷層面，將剖面圖導入Petrel以約束斷層產狀，同時可以通過編輯pillar修改斷層面；建出斷層模型如圖4所示，為便于后續地層建模中網格化步驟的進行，需將不同斷層模型相交處進行連接，之后開始建立地層模型。

2.3地層模型

地層模型是對地層組成、結構等的綜合表現。能夠清晰地展示地層在地下的展布，地層模型的空間網格還是建立屬性模型的前提。研究區地質資料顯示，區內出露地層主要為二疊系茅口組、龍潭組地層，龍潭組地層自下而上分為5段（P3l1—P3l5），因此，將模型層位數設為6。由于資料中無茅口組底部數據，為完整建立龍潭組一段底部層面，將鉆孔分層數據中茅口組底部海拔統一設定為1 100 m，同時為模型底部邊界。以精度為20 m×20 m網格化模型，邊界確定以礦體分布范圍為主。建立層面模型后利用先前導入勘探線剖面圖調整層面斷距，確定模型層面產狀，隨后建立地層空間模型（圖5）。由圖可知，龍潭組地層褶皺以單斜為主，走向為北東向，可見小撓曲。為之后建立礦體品位模型，將地層模型在垂向上細分為1 m厚的小層，便于向網格內部填充品位屬性。

2.4品位分布模型

Petrel軟件基于油氣藏開發，無針對礦體建模的模塊，但Petrel軟件對斷層的粗化處理相比較其他建模軟件來說更為精確，更加適合卡林型金礦三維地質模擬，能夠更為直觀地展現礦體品位與斷層的關系。因此，本文選擇參考地質模塊中屬性模型的建立方法，以測得樣品品位為測井屬性導入Petrel軟件，按照屬性模型建模步驟進行測井曲線粗化與數據分析，根據傳統上礦體邊界品位與工業品位的定義［33］，將0.5 g/t與1 g/t分別作為礦床邊界品位與工業品位，品位高于0.5 g/t的區域定義為礦化體，高于1 g/t的區域定義為礦體并設為紅色以篩選網格，最終建立戈塘金礦礦體品位分布模型與礦體品位模型（圖6）。觀察發現龍潭組上部地層幾乎無礦體分布，礦體展布與龍潭組1段地層產狀高度一致，沿地層分布特征明顯；另外礦體富集區大多靠近斷層，證明斷層可能為成礦熱液上升提供了通道。

3Au富集與展布

戈塘金礦中不同地層Au富集情況差異很大。以礦區地層模型及品位模型等為基礎，以邊界品位為約束進行品位提取，統計分析Au品位富集規律。利用軟件中屬性報告將Au品位網格數以0.5～13 g/t為邊界，以0.25 g/t為區間順序提取，得到Au品位分布直方圖（圖7）。經統計，礦區地層平均Au品位為0.20 g/t，主要含礦層為1.02 g/t。Au品位主要集中于0.5～2 g/t之間。低于工業品位1 g/t的網格占比69.08%，高于5 g/t的網格占比13.37%。總體上來看，礦體品位越高，對應網格數量逐漸減少，呈負相關關系。但在直方圖中多次出現較高品位礦體體積異常增加，可能是地層中存在某種作用使得Au出現異常富集。

為更好對比垂向上各地層Au富集情況， 將各個層位分別進行品位統計，在龍潭組3段至龍潭組5段地層中未發現含金礦石，因此，將龍潭組1段與龍潭組2段進行統計（圖8）。整體上各地層礦體仍以低品位為主，且礦體品位與體積具有負相關趨勢；礦體主要集中于龍潭組1段，龍潭組2段僅有少量礦化體。在龍潭組1段 4.5 g/t及9 g/t處與2段5～9.5 g/t處多次出現Au礦體體積異常增加。龍潭組1段品位分布較為連續，礦體具有較好的展布；龍潭組2段品位分布不連續，在1.5 g/t處礦體體積急劇減小，證明在該段地層中僅有少量低品位礦體與礦化體存在，且分布不連續。

整體上看，戈塘金礦床中Au的三維富集與空間展布具有較好的吻合程度，集中表現為低品位礦體居多，異常富集現象頻繁，多富集于龍潭組1段不整合面及斷層附近等。龍潭組1段中Au品位遠高于其他地層，相鄰地層中礦體品位急劇降低，數量急劇減少，且多沿斷層附近展布，證明不整合面為戈塘金礦床重要的控礦因素，斷層可能為流體上升通道。

4礦床成因探討

4.1成礦物質來源

卡林型金礦中Au主要以Au-S絡合物的形式賦存于成礦流體中［34-36］。在與圍巖含鐵礦物的硫化作用中富集沉淀，是卡林型金礦床金屬沉淀的重要機制之一［27， 36］。因此，反應生成的硫化物中的S能夠指示Au來源，前人在關于黔西南卡林型金礦Au來源的研究中已經做了大量工作［26］，對戈塘金礦的成礦物質來源卻仍有較大爭議，LI等對礦床樣品進行了地球化學分析，認為沉積巖對戈塘金礦成礦具有主要貢獻［1］；而部分學者卻通過硫同位素及氦同位素測試結果得出戈塘金礦成礦物質與巖漿有較大關系的結論。例如，由于黃鐵礦為戈塘金礦床中最為主要的含金礦物［23， 27， 35］，在成巖期、成礦早期、成礦晚期等均有生成［29， 36］，因此，HU等根據黃鐵礦的形態與共生特征，共鑒別出4期黃鐵礦，并通過主成礦期與成巖期黃鐵礦S同位素值差異較大排除了S來源于沉積物的可能性［6］。再由于本區內尚未發現區域變質作用蹤跡，由此可推測與礦物有關的S可能來源于深部巖漿。盡管在研究區火成巖出露較少，但證明深部可能有隱伏巖漿巖侵入的重磁勘探資料也為此提供了強有力的證據［25， 28-29］。對于黔西南卡林型金礦成礦流體來源前人已做過大量研究，認為該地區卡林型金礦具有相似的成礦流體特征［3， 23］。CHEN等流體包裹體數據表明，盆地成礦流體以中低溫為主（113～294 ℃），鹽度低（0.18～13.18 wt%） 且呈弱酸性［37］，LI等與CHEN等還發現，由早期至晚期成礦，盆地流體溫度、鹽度與氧逸度fO2均降低，pH值升高［37-38］；LIU等則通過紫木凼礦床地球化學分析結果推斷成礦流體富含H2S[39]。對于成礦流體來源大量學者形成了幾種主要認識包括：部分學者通過流體包裹體中氫-氧同位素分析判斷為大氣降水或變質流體［40-41］；PENG等測試了流體包裹體中碳-氧同位素特征，認為成礦流體主要來源于盆地［42］；然而ZHENG等通過金礦中Hg與As和Sb的強相關性排除了變質流體的可能，并借助硫同位素分析判斷右江盆地卡林型金礦成礦流體可能為巖漿成因［43］；XIE等也通過測試碳酸鹽巖中Mg同位素值確定了貴州卡林型金礦的巖漿成因［44］。事實上，JIN等通過氦-氖-氬同位素測試，發現氖和氬同位素組成與空氣飽和水大致相當，而氦-氖同位素數據則位于地殼端元附近［25］，這證明成礦流體并非某一單獨來源，而是不同時期多種流體混合來源。綜上所述，成礦流體主要為上升巖漿流體與沉積孔隙流體的混合流體，晚期成礦流體主要為沉積孔隙流體與淺層大氣地下水的混合流體［25， 41， 45］。

4.2主要控礦因素

為更加清晰地認識戈塘金礦床的控礦因素，將戈塘金礦各個層位礦體網格分別顯示并以不同顏色區分不同品位礦體，得到戈塘金礦Au品位分布三維模型（圖6（b）， （c））。另外，由于礦區斷層多為北東走向，因此，在北西-南東向建立多條近似垂直斷層走向的剖面線以進一步研究礦體展布規律（圖9）。礦體品位模型與礦體剖面顯示戈塘金礦床中主要賦礦地層為龍潭組與茅口組間不整合面，礦體對于層位的選擇十分明顯，龍潭組3段至龍潭組5段地層僅有極少低品位礦化體零散分布。龍潭組2段地層中Au僅在礦區東北側及東南側沿層面于斷層附近少量富集，且品位較低。龍潭組1段地層Au礦體沿不整合面較為連續分布，Au富集與地層關系明顯，然而幾處礦體區域均靠近斷層，證明含礦熱液極可能沿礦區斷層向上運移，進入茅口組與龍潭組間地層接觸面成礦。少部分沿斷層繼續向上運移進入上覆地層，使得龍潭組2段中斷層附近存在少量Au富集。

從巖石能干性差異上，也能夠解釋Au在龍潭組1段的富集現象。能干性指巖石強度的大小，反映巖石變形的難易程度［46］。龍潭組1段主要由粉砂巖、泥灰巖、黏土巖、硅化灰巖等組成，相較下伏茅口組塊狀灰巖能干性較弱［47］，地層軟硬相間，滑脫面發育［48］，含礦熱液易沿滑脫面進入龍潭組1段；而上覆龍潭組2段黏土巖則成為封堵熱液的良好頂板［49］，使得大部分熱液不再繼續上升而成礦。綜上所述，戈塘金礦床形成與龍潭組及茅口組間地層接觸面關系密切，Au富集主要受不整合面或層間滑脫面控制。

4.3成礦過程

龍潭組及茅口組間不整合面對戈塘金礦體的形成起到了最主要的控制作用，斷層作為成礦流體遷移通道也產生了一定的影響。根據戈塘金礦三維地質模型及礦體品位展布統計分析結果，結合戈塘金礦床成礦流體遷移研究成果，推測Au富集過程為：

中二疊世晚期，茅口組灰巖受構造運動影響抬升遭受侵蝕，與上覆龍潭組地層間形成不整合面后在礦床北西部發生了大面積巖漿活動，巖漿氣液中含有大量H2O、CO2、H2S、HF、Au、As、Sb、Hg等組份，它們以鹵化物、絡合物或揮發性氣體化合物形式，沿構造裂隙、裂縫源源不斷進入地塹盆地，到達不整合面后由于上部黏土巖地層封堵，大部分熱液進入含礦層，造成圍巖強烈蝕變和析出大量巖石中K、Na、Ca、Mg等堿金屬，改變了水介質成份，使其成為堿性還原環境，促使火山氣液迅速冷卻，金屬硫化物快速析出和沉淀。由圖5（c）中可知，龍潭組2段中礦體多于斷層附近富集，推測極少部分熱液沿斷層繼續向上遷移，進入上部地層成礦。隨后含礦層中的Au、Sb等元素在溫度、壓力升高和地下水參與下發生遷移、分解、析出、沉淀，在有利部位富集成礦。因此，研究區礦床為熱液運移-流體改造形成的金礦床（圖10）。

5結論

（1）通過建立戈塘金礦三維地質模型并統計分析，發現Au主要富集層位為龍潭組1段，大多礦體品位較低，達到工業品位的礦體多集中于斷層附近，總體上礦體品位與礦體體積呈負相關，但多次出現較高品位礦體的異常體積增加現象。

（2）戈塘金礦床與地層關系密切，礦體集中于龍潭組底部，受不整合面或層間滑脫面控制明顯，順層展布特征顯著，但斷層可能為含礦熱液提供了向上運移的通道。

（3）戈塘金礦的形成與巖漿活動有較大關系，熱液沿斷層進入含礦層并發生強烈蝕變，蝕變類型以硅化為主，使Au析出預富集，在后期地下水等作用下形成金礦床，為熱液運移-流體改造的成礦模式。參考文獻：

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（責任編輯：于慧梅）

Study on Three-Dimensional Geological Modeling and Genesis of

Getang Gold Deposit in Southwestern Guizhou

CHAI Wenju TIAN Feng FU Yong ZOU Niuniu HUANG Yongzhi

（1.College of Resources and Environmental Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

2.State Key Laboratory of Public Big Data， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

3.Key Laboratory of Karst Georesources and Environment， Ministry of Education， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

4.China Petrochemical Shengli Oilfield Petroleum Development Center Co.， Ltd.， Dongying 257099， China）Abstract： In order to intuitively show the spatial distribution law of Getang gold deposit and carry out comprehensive metallogenic analysis， based on the existing geological data such as boreholes and profiles， combined with the existing research results of ore-forming material sources， a three-dimensional geological model of Getang gold deposit was established using Petrel software. On this basis， the spatial distribution and enrichment characteristics of Getang gold deposit were discussed， the metallogenic process of the deposit was analyzed， and the metallogenic model of the deposit was summarized. The results show that Au is mainly enriched in the first member of Longtan Formation， and most of the ore bodies have low grade. The ore bodies with industrial grade are mostly concentrated near the fault; in general， the grade of ore bodies is negatively correlated with the volume of ore bodies， but the abnormal increase of volume occurs many times in high grade ore bodies. The distribution characteristics of the deposit along the strata are significant， which are obviously controlled by the unconformity surface or the interlayer slip surface， but the fault may provide an upward channel for the ore-bearing hydrothermal fluid. The formation of the deposit is closely related to magmatic activity; the hydrothermal fluid enters the ore-bearing layer along the fault and undergoes strong alteration， so that Au is precipitated and pre-enriched， and the gold deposit is formed under the action of groundwater in the later stage， which is the metallogenic model of volcanic sedimentation-hydrothermal transformation. The above research results have certain indication and reference significance for the genesis research and prospecting work of Carlin-type gold deposits in China.

Key words： Getang gold mine; three-dimensional geological modeling; carlin-type gold deposit; ore-forming analysis