【矿产资讯】中亚造山带铜镍硫化物矿床:红旗岭深部找矿

2023-11-15 15:23 浏览:26

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中亚造山带岩浆铜镍硫化物矿床深部找矿——以红旗岭铜镍矿床为例

许志河¹^,²，孙丰月³，顾观文^1,2，牛兴国⁴，钱烨³

1 防灾科技学院地球科学学院

2 河北省地震动力学重点实验室

3 吉林大学地球科学学院

4 内蒙古有色地质矿业（集团）物探勘查有限责任公司

作者简介：许志河，博士研究生，主要从事矿产勘查方面的研究。

导读：

国内外矿床学家对中亚造山成矿带内大型岩浆铜镍矿床进行了研究，结果显示其成矿物质多来源于岩石圈地幔，富含铜、镍和铂族元素的镁铁质—超镁铁质岩浆沿深部岩浆通道上侵至地壳，其含矿岩体最终定位空间深度可达数千米，多属于“小岩体成大矿”成矿模式，矿体埋藏深，找矿定位难度大。

中亚造山成矿带东段南缘红旗岭铜镍矿床属于老矿山，2004年以前为我国的第二大铜镍矿床。该矿床的找矿工作一直以来利用传统的“三高一低”即高磁、高重力、高极化率和低电阻率的地球物理特征来识别浅部（0-500m）矿致异常，并取得了成果，但其深部找矿一直未见效果。常用的重力和磁法等地球物理异常场强随深度呈二次方衰减，厘定和解释深部（500～1000m）微弱地球物理异常能力不足，导致很难分辨出岩体底部矿体的矿化异常。

为了对红旗岭岩浆型铜镍硫化物矿床深部隐伏矿体进行成矿预测，本研究开展了大比例尺高精度重力数据精细化和网格化解释，通过多种数据处理与信息提取技术并结合2.5维人机交互式反演，推测出红旗岭铜镍矿床#3岩体深部存在底部矿体。钻探验证：在#3岩体底部700-1100m处见5个矿体，其中②号主矿体埋深700～1100m，铜品位0.11%，钴品位0.03%，镍品位0.39%。共发现镍金属32259t，镍平均品位0.36%。

吉林省红旗岭铜镍矿区#3岩体底部矿体的发现，不仅证明了红旗岭地区已知矿山深部还有找矿潜力，也说明中亚造山带岩浆型铜镍矿床深部找矿有前景。本文研究成果为岩浆熔离型铜镍硫化物矿床深部找矿定位勘查提供了一种有效方法。

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0 引言

1 地质概况

1.1 区域地质概况

1.2 矿区地质特征

2 地球物理特征

2.1 地球物理方法

2.2 地球物理结果

3 深部找矿

4 结论

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0 引言

岩浆型铜镍硫化物矿床是指与镁铁质—超镁铁质岩浆成矿作用有关的、以硫化物为主的矿床。近年来，国内外矿床学家对中亚造山成矿带内大型岩浆铜镍矿床（如喀拉通克、图拉尔根、黄山、黄山东、香山及北山等）开展了成矿动力学调查，结果显示其成矿物质多来源于岩石圈地幔，富含铜、镍和铂族元素的镁铁质—超镁铁质岩浆沿深部岩浆通道上侵至地壳，其含矿岩体最终定位空间深度可达数千米。吉林省红旗岭铜镍矿床为中亚造山成矿带内典型的“小岩体成大矿”成矿模式，故传统地球物理方法（小比例尺重力测量、区域航空磁法勘查及常规电法等）在勘查精度和深度上难以实现精细化和网格化解释，识别和分离与深部隐伏的铜镍硫化物矿体有关的微弱或复杂的地球物理信号存在一定困难。同时前人在红旗岭矿区工作多集中于#7和#1岩体的浅部勘查，深度勘查较少报道，仅在红旗岭#3岩体曾报道过见细脉状矿体。本文开展大比例尺高精度重力数据精细化和网格化解释，将矿体与镁铁质—超镁铁质岩体或围岩在地表形成的叠加重力场相分离。在水平方向上采用边界识别技术，在垂直方向上采用不同阶次垂向导数，将不同深部的重力位场剥离，并针对深部矿体进行储量预测，采用2.5维人机交互式反演并结合实际钻探进行验证，以期对该区深部（500～1000m）隐伏矿体进行成矿预测。

1 地质概况

1.1 区域地质概况

红旗岭—漂河川—长仁岩浆铜镍硫化物矿床成矿带整体呈北东—南西向展布于中亚造山成矿带的东段南缘。中亚造山带北侧为西伯利亚板块，南侧为华北板块及塔里木板块（图1a）自古生代以来，古亚洲洋主要为洋-陆俯冲和弧-陆碰撞的增生造山过程，洋内各微陆块之间发生碰撞-拼合等地质作用；石炭纪一早二叠世，古亚洲洋洋壳开始俯冲消减，古亚洲洋进入消亡期；二叠纪—三叠纪，北方西伯利亚板块与东北地体、华北板块发生碰撞，古亚洲洋逐渐向东呈“剪刀式”闭合，局部呈突刺状闭合，并形成了一系列镁铁质—超镁铁质岩体，这些岩群形成的年龄暗示了古亚洲洋的最终闭合形式为自西向东逆时针闭合（图1a）。红旗岭一漂河川一长仁岩浆铜镍硫化物矿床直接或间接受控于敦化—密山断裂（图1b）。岩群内数千个岩体侵位于古生界呼兰群变质岩中（图1c）。研究区内以中生代侵入岩为主，岩性组合为闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩以及晚期的花岗斑岩等。

图1 中亚造山带铜镍铂族元素矿床（a）、红旗岭一漂河川一长仁铜镍成矿带（b）及红旗岭矿区（c）地质简图

1.2 矿区地质特征

红旗岭矿区内镁铁质—超镁铁质岩体整体呈北西向展布，自西向东可划分为3个岩带（I号、Ⅱ号和Ⅲ号），其中I号带#1、#3和#7岩体内赋存岩浆型铜镍矿矿床。#3岩体围岩为古生界寒武系—奥陶系呼兰群（图2）。该群为以黑云母花岗质片麻岩、角闪片岩和大理岩为主的变质岩系，自下而上分为黄莺屯组和小三顶子组。#3岩体南北向长约2.5km，东西向宽0.04～0.50km。与铜镍硫化物成矿有关的岩体主要有橄榄二辉岩、二辉橄榄岩、角闪辉石岩和辉长岩（图3）。矿体主要为脉状矿体和囊状矿体，产于辉长岩和角闪辉石岩中。矿体延长为100～300m，延深54-265m，厚度150-16427m，矿体厚度变化大，倾角在4°-25°之间变化。

图2 红旗岭矿区#3岩体地质平面图(a)和地质剖面图(b)

图3 红旗岭矿区I号岩带含矿岩体主要岩石类型手标本及显微镜下照片

a.橄榄二辉岩；b.二辉橄榄岩；c.角闪辉石岩；d.辉长岩。Cpx.单斜辉石；Opx.斜方辉石；Sul.硫化物；OL橄榄石；Sph.蛇纹石化；Hbl.角闪石；PL斜长石。

2 地球物理特征

2.1 地球物理方法

1／10000高精度重力地面测量采用加拿大Scintrex公司生产的CG-5陆地高精度重力仪，该仪器测量精度为1X10^-8m/s²，重复性小于5X10^-8m/s²，长期残余漂移小于0.02X10^-⁵(m/s²)/d(静态)。测量面积约为6km²，间距为100mX40m，网格化数据间隔为50mX40m。

通过RGIS (rource geology information system)截取1/10000高精度重力剖面数据L3和L5，开展2.5维人机交互式反演。重力异常数据值P(x，y，z)可以通过下列公式计算得到：

式中:△g为重力异常(m/s²)；P为位置；G为地球引力常值(N・m²/kg²)，σ为网格体密度值；i为网格体角点号；N为网格体边数；I为倾角；y为y方向坐标w为圆心角(rad/s)¹。

正演计算理论模型见图4。

图4 人机交互式反演中的正演计算理论模型图

Y₁.y轴坐标；P.模型位置；A_i_＋₁（xi＋1，zi＋1）．模型交点坐标（x和z方向）。

2.2 地球物理结果

根据＃1、＃2和＃3岩体开展的1/10000高精度重力地面测量结果显示，在＃1和＃3岩体出现高重力异常区，其异常高值约为12X10^-5m/s²，较好地圈定了镁铁质一超镁铁质岩体范围(图5a)。但由于＃3岩体地表出露面积较大，导致＃1岩体的异常被＃3岩体所掩盖，很难从高异常背景场中将＃1岩体重力异常提取出来。采用一阶垂向导数的数据处理技术后，#1岩体(B3异常)与#3岩体(B2异常)重力异常向分离，同时在＃3岩体西侧出现一个小的重力异常（B1），推测为新#3岩体引起（图5a'）。

重力异常值梯度值变化很小，显示#3岩体整体岩相分异较弱。通过不同高度向上延拓并结合相应—阶垂向导数，可知新#3岩体与#3岩体在向上延拓80m后，其重力异常区合并为同一异常区，说明新#3岩体与#3岩体在深部合并为同—岩体（图5b—d，5b'—d'）。

图5 高精度地面重力平面异常区

a—d.不同高度（、0、0和200m）上延重力异常平面图；a'—d'不同高度（0.40.80和200m）—阶垂向导数重力异常平面图。

针对#3岩体L3和L5剖面开展2.5维重力人机交互式反演，结果见图6。结合研究区实测岩石密度参数，如呼兰群黑云母花岗片麻岩密度为2.70g/cm³、辉长岩密度为2.91g/cm³、角闪辉石岩密度为2.98g/cm³、铜镍矿石密度为3.13g/cm³，先依据#3岩体地表出露情况模拟岩体地下形态，再根据实测数据曲线形态修改岩体形态。绿色曲线为底部不含铜镍矿体的拟合曲线，重力实测数据（黑色）与绿色拟合曲线残差约为15%，在重力实测数据梯度变化最剧烈处（黑色曲线顶部），实测数据与拟合数据存在6X10^-8m/s²差值（图6a，6a'）。当将岩体底部200m厚的地质体密度值修改为3.13g/cm³后，重力实测数据（黑色）与红色拟合曲线残差约为5%，且在曲线顶端完全拟合实测数据。因此推测#3岩体L3位置可能存在加大厚度的底部矿体。同时，L5位置底部也应存在隐伏矿体（图6b，6b'）。

图6 红旗岭地区#3岩体2.5维人机交互反演地质解释图

a.L3线重力剖面拟合图；b.L5线重力剖面拟合图；a'.L3线重力剖面地质解释图；d.L5线重力剖面地质解释图。

3 深部找矿

近年来，国外矿床学家受加拿大Sudbury老矿区深部发现VictorDepth矿床的影响，纷纷在其他世界超大型铜镍铂族元素矿床如俄罗斯Noril'k-Talnakh矿床及我国甘肃金川、青海东昆仑夏日哈木矿床开展深部及外围找矿研究，并取得了一定成果。红旗岭铜镍矿床作为2004年以前我国的第二大铜镍矿床，一直以来利用传统的“三高一低”即高磁、高重力、高极化率和低电阻率的地球物理特征来识别浅部（0-500m）矿致异常，并取得了一定成果，但其深部找矿一直未见效果。常用的重力和磁法等地球物理异常场强随深度呈二次方衰减，厘定和解释深部（500～1000m）微弱地球物理异常能力不足，导致很难分辨出岩体底部矿体的矿化异常。本研究通过多种数据处理与信息提取技术并结合2.5维人机交互式反演，推测出红旗岭铜镍矿床#3岩体深部存在底部矿体，因此我们开展了钻探验证工作。

地表ZK0809、CK310、CK301、ZK08011、ZK0802、ZK1101和ZK0902共7个钻孔（图7）的验证结果显示，在#3岩体底部700-1100m处见5个脉状矿体，共发现镍矿32259t，矿石平均品位达0.36%（表1）。其中②号矿体为最厚矿体，矿体埋深为700～1100m，铜矿平均品位为0.11%，钴矿平均品位为0.03%，镍矿平均品位为0.39%。