向　杰，陳建平，胡　橋，安文通，尹曉云

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京　100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 國土資源與高新技術(shù)研究中心，北京　100083)

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基于礦床成礦系列的三維成礦預(yù)測

——以安徽銅陵礦集區(qū)為例

向杰1,2，陳建平1,2，胡橋1,2，安文通1,2，尹曉云1,2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 國土資源與高新技術(shù)研究中心，北京100083)

為了對安徽銅陵礦集區(qū)深部礦產(chǎn)資源進行定量預(yù)測評價，并按不同礦床類型實現(xiàn)混合成因預(yù)測，以礦床成礦系列為指導(dǎo)開展三維成礦預(yù)測很有必要。在前人研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了研究區(qū)兩個礦床成礦系列：與燕山期巖漿作用有關(guān)的成礦系列和沉積-改造(變質(zhì))成礦系列，以及斑巖-矽卡巖-熱液型成礦模式，并利用三維可視化技術(shù)，對研究區(qū)進行了三維地質(zhì)建模。在此基礎(chǔ)上，運用“立方塊預(yù)測模型”找礦方法，對研究區(qū)開展三維成礦預(yù)測，根據(jù)信息量值結(jié)合地質(zhì)情況圈定了14個找礦遠景區(qū)。該研究成功地將傳統(tǒng)二維成礦預(yù)測理論與三維可視化技術(shù)結(jié)合，將區(qū)域礦產(chǎn)預(yù)測拓展到三維空間，更有利于區(qū)域范圍內(nèi)隱伏礦體的圈定工作，亦為今后的三維成礦預(yù)測工作提供了參考。

銅陵礦集區(qū)；礦床成礦系列；立方塊預(yù)測模型；信息量；三維成礦預(yù)測

0　引　言

成礦系列的概念是由程裕淇、陳毓川、趙一鳴于1979年提出[1]。經(jīng)過30多年的研究，逐步得到完善。礦床成礦系列是成礦系列概念中的核心組成部分，自從礦床成礦系列概念提出以來，我國的廣大地質(zhì)工作者以成礦系列為指導(dǎo)，在地質(zhì)找礦勘查中取得了顯著成績[2]。

21世紀(jì)以來，在三維基礎(chǔ)上利用計算機三維建模技術(shù)和地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)進行隱伏礦三維定量預(yù)測已經(jīng)成為礦產(chǎn)勘查一大亮點[3]。通過對礦區(qū)的三維地質(zhì)建模，能夠形象直觀地反映各種地質(zhì)體、地球化學(xué)異常、地球物理異常之間的互相關(guān)系。另外，通過對塊體模型進行賦值，利用地質(zhì)統(tǒng)計技術(shù)對空間數(shù)據(jù)進行科學(xué)計算，可以更科學(xué)地實現(xiàn)定位、定量預(yù)測的目的[4]。

目前區(qū)域礦產(chǎn)資源評價運用三維預(yù)測方法往往只針對單一礦種或單一礦床類型，沒有從礦床成礦系列角度進行混合成因類型預(yù)測。陳毓川曾指出，成礦系列的核心思想就是認(rèn)為礦床是以礦床組合自然體存在的，而這種礦床組合是在一定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中，由不同礦種、不同成因的礦床所組成的[5]。本文基于對安徽銅陵礦集區(qū)礦床成礦系列的總結(jié)，并以此為指導(dǎo)開展了礦集區(qū)三維成礦預(yù)測研究。

1　區(qū)域地質(zhì)

圖1　銅陵礦集區(qū)大地構(gòu)造位置(a)[19]和銅陵礦集區(qū)地質(zhì)簡圖(b)[20]Fig.1　Tectonic position of Tongling mineral district(a)[19] and geological sketch map of Tongling mineral district(b)[20]

銅陵礦集區(qū)位于下?lián)P子坳陷帶中部，貴池—馬鞍山印支期隆起帶中部的銅陵凸起中。西與華北地塊和大別地塊毗鄰，以郯廬斷裂為分界，南東與江南臺隆相接。南、北兩側(cè)由東西向的隱伏基底斷裂圍限，與貴池、繁昌兩個北東向的S狀隆褶帶相隔[6]；東、西兩側(cè)分別以北東向斷裂帶為界，構(gòu)成一個菱形隆起地塊。本區(qū)構(gòu)造格局由近東西向、近南北向的基底斷裂及北東向印支期褶皺和燕山期斷裂為主的蓋層構(gòu)造組成[7]。本區(qū)地層除缺失中—下泥盆統(tǒng)外，出露志留系到第四系，累計厚度大于4 500 m。在燕山期巖漿活動強烈，地表出露的小巖體約有76個，面積70 km2，主要為輝石閃長巖-閃長巖-石英閃長巖-二長巖-花崗閃長巖[8-10]。礦集區(qū)從西至東分布有銅官山礦田、獅子山礦田、新橋礦田、鳳凰山礦田和沙灘角礦田(圖1)。

2　礦床成礦系列

礦床成礦系列是“在一定的地質(zhì)歷史時期或構(gòu)造運動階段，在一定的地質(zhì)構(gòu)造單元及構(gòu)造部位，與一定的地質(zhì)成礦作用有關(guān)，形成一組具有成因聯(lián)系的礦床的自然組合”[1]。前人對該區(qū)礦床開展了大量的研究工作，提出了矽卡巖型、同生沉積型、(噴流)沉積-熱液疊加改造型、層控矽卡巖型[11-14]、廣義矽卡巖型-斑巖型-熱液型[15]和斑巖-矽卡巖型[16]等觀點，以及“三位一體”成礦模式[17]、“多層樓”成礦模式[18]。為更好地開展該研究區(qū)的定量預(yù)測，通過綜合研究該區(qū)鐵、銅、金等礦床，得出該區(qū)主要分為與燕山期巖漿作用有關(guān)的成礦系列和沉積-改造(變質(zhì))成礦系列。

2.1與燕山期巖漿作用有關(guān)的成礦系列

本系列主要形成于中生代板內(nèi)變形階段，是與燕山期構(gòu)造—巖漿活動密切相關(guān)的銅、金成礦系列。預(yù)測類型亞類屬于銅陵式，成礦區(qū)帶屬于安慶—銅陵—繁昌Cu-Fe-Pb-Zn-Au-Ag-硫鐵礦-明礬石成礦亞帶。成礦時代為燕山期，成礦與高鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖石有密切的成因聯(lián)系，屬于比較典型的斑巖-矽卡巖成礦系統(tǒng)。本系列進一步分為3個亞系列。

(1)接觸交代矽卡巖型(鳳凰山式)：成礦時代為燕山期晚侏羅世，大地構(gòu)造位置處于下?lián)P子前陸坳陷帶地幔上隆區(qū)，基底斷裂主要為東西向、近南北向斷裂，蓋層構(gòu)造以北東向印支期褶皺、燕山期斷裂為主。礦床受區(qū)域東西向大斷裂、南北向蓋層斷裂及北東向新屋里復(fù)向斜組成的網(wǎng)格狀構(gòu)造體系復(fù)合控制。巖體與圍巖間的接觸帶構(gòu)造，為礦體的主要賦存空間。

(2)熱液型(姚家?guī)X式)：成礦時代為燕山晚期，構(gòu)造位置屬于銅陵隆起與繁昌盆地過渡部位，靠近銅陵隆起的一側(cè)。花崗閃長斑巖中Cu、Pb、Zn等成礦元素的含量高于鄰近的巖體，是該類型主要的成礦物質(zhì)來源。區(qū)內(nèi)石炭-二疊系地層是區(qū)域內(nèi)重要的Cu、Au、Ag、Pb、Zn礦源層，也為成礦提供了較多的物質(zhì)來源。成礦流體以巖漿期后熱液為主。

(3)斑巖型(舒家店式)：成礦時代為燕山中期，大地構(gòu)造處于下?lián)P子前陸坳陷帶，銅陵斷塊隆起區(qū)內(nèi)。東西向、近南北向、北東向基底斷裂發(fā)育。蓋層構(gòu)造以北東向印支期褶皺、燕山期斷裂為主?；讛嗔鸭把嗌狡跀嗔褬?gòu)造控制著區(qū)域內(nèi)巖漿活動及礦化作用。北東向壓性斷裂是區(qū)內(nèi)主要的巖漿通道，其產(chǎn)生的同方向構(gòu)造破碎帶是礦區(qū)內(nèi)重要的控礦構(gòu)造。在巖體接觸帶內(nèi)側(cè)裂隙發(fā)育，構(gòu)成舒家店銅礦的主要聚礦空間。

由于銅陵地區(qū)大量的碳酸鹽巖發(fā)育，矽卡巖型礦床比斑巖型礦床更加發(fā)育，而且具有通?？梢姷牡V化分帶特征，即斑巖型礦床出現(xiàn)在巖體隆起部位，而接觸帶為矽卡巖型礦床，向外有矽卡巖-熱液型金礦和鉛鋅礦[16]，這樣的分帶特征為我們的預(yù)測提供了很好的參考。

2.2沉積-改造(變質(zhì))成礦系列

本成礦系列主要形成于古生代的蓋層沉積階段，多生成于濱?！獪\海相沉積環(huán)境，以炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)粘土巖和白云巖為主，通過正常的沉積成礦作用而形成原始的黃鐵礦層或菱鐵礦層，經(jīng)過燕山期巖漿熱液進一步疊加、復(fù)合而形成礦床，屬于層控矽卡巖型(冬瓜山式)。

層控矽卡巖型(冬瓜山式)：成礦時代為晚侏羅世至早白堊世，大地構(gòu)造位置處于揚子板塊的東北緣，屬大別造山帶的下?lián)P子前陸坳陷褶皺帶內(nèi)，銅陵—戴家匯巖漿斷裂活動斷塊區(qū)。該系列礦床具有同生沉積和后生巖漿熱液疊加改造兩期礦化特征[21]。典型礦床如冬瓜山、新橋硫銅多金屬礦。冬瓜山礦床的鐵礦成礦物質(zhì)既有地幔深部巖漿攜帶的鐵質(zhì)來源，又活化、遷移了上石炭統(tǒng)白云巖地層中同生沉積的黃鐵礦層中的鐵質(zhì)，在上泥盆統(tǒng)五通組與石炭系地層間的層間滑脫構(gòu)造中富集成礦。

基于對以上的總結(jié)認(rèn)識，本文建立了銅陵地區(qū)成礦模式(圖2)。深部巖漿房分異出成礦熱液流體，沿斷裂上升萃取成礦物質(zhì)。成礦熱液流體上升至淺部侵入體并受上覆硅質(zhì)巖或砂巖圈閉時，在侵入體中形成斑巖型礦床；成礦熱液流體上升并與五通組砂頁巖之上的鎂質(zhì)碳酸鹽巖發(fā)生交代作用，形成層控矽卡巖型礦床；成礦熱液流體沿侵入體與圍巖接觸帶上升，在巖體與晚石炭世至中三疊世碳酸鹽地層接觸帶發(fā)生雙交代作用，形成接觸交代矽卡巖；成礦熱液遷移至淺部巖體或圍巖的斷裂裂隙構(gòu)造中，發(fā)生交代或充填，形成熱液型礦床[21-23]。

圖2　銅陵礦集區(qū)成礦模式圖(據(jù)徐曉春等[23]，2014略改)Fig.2　Metallogenic model in Tongling mineral district(modified after Xu et al.[23]，2014)

3　三維成礦預(yù)測

區(qū)域隱伏礦體三維預(yù)測評價是以多年積累的二維地質(zhì)調(diào)查成果與經(jīng)驗為基礎(chǔ)，依托三維可視化技術(shù)拓展為三維實體地質(zhì)模型，以成礦控制因素有利組合部位的定量圈定與篩選實現(xiàn)深部礦產(chǎn)資源的定位與評價[3,24-27]，近年來取得了很好的成果[28-30]。深部找礦預(yù)測在創(chuàng)建預(yù)測評價模型之前，必須先建立三維地質(zhì)模型，再根據(jù)成礦理論總結(jié)成礦規(guī)律，從而挖掘出成礦有利信息，提取有利預(yù)測變量，最終形成三維預(yù)測模型[31-32]。

3.1建立三維地質(zhì)模型

三維地質(zhì)建模是三維定量預(yù)測評價的前提和基礎(chǔ)[3]，同時也是一項高度綜合和非常復(fù)雜的系統(tǒng)性地質(zhì)研究工作。三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)資料主要是區(qū)域?qū)崪y剖面、地球物理資料、地球化學(xué)資料、鉆孔數(shù)據(jù)等，通過三維可視化技術(shù)來構(gòu)建地層、構(gòu)造、巖體、礦體等三維實體模型。

3.1.1建模基礎(chǔ)資料

本次三維地質(zhì)建模的資料基礎(chǔ)為縱貫研究區(qū)的25條地質(zhì)地球物理聯(lián)合反演的綜合剖面，該剖面的獲得是安徽銅陵深部礦產(chǎn)調(diào)查項目組以地質(zhì)剖面為初始模型，以巖(礦)石物性為紐帶，根據(jù)航磁化極、剩余異常推斷了巖體的形態(tài)；根據(jù)剩余重力異常推斷了背斜、向斜形態(tài)及斷裂位置等，對25條剖面進行了重力-磁法-AMT-地質(zhì)聯(lián)合反演(圖3)，保證了本次三維建模的模型準(zhǔn)確性。

圖3　重力-磁法-AMT-地質(zhì)聯(lián)合剖面Fig.3　Gravity-magnetism-AMT-geology combined profile

3.1.2三維地質(zhì)建模

本次研究應(yīng)用主流的地質(zhì)三維建模軟件Surpac 6.3.2，采用剖面建模法對研究區(qū)地層、巖體、構(gòu)造、礦體進行了三維地質(zhì)建模(圖4—圖6)。本區(qū)石炭系與二疊系地層物性近似，采用重磁-AMT聯(lián)合反演無法加以區(qū)分，因此兩者統(tǒng)稱為石炭—二疊系，并進行統(tǒng)一建模。

圖4　銅陵礦集區(qū)地層實體模型Fig.4　3D entity model of strata in Tongling mineral district

圖5　銅陵礦集區(qū)巖體實體模型Fig.5　3D entity model of rock mass in Tongling mineral district

圖6　銅陵礦集區(qū)斷裂實體模型 Fig.6　3D entity model of fracture in Tongling mineral district

3.2成礦有利信息分析

本次研究使用“立方塊預(yù)測模型”[27]進行礦產(chǎn)資源預(yù)測評價。本次研究區(qū)面積約1 200 km2，模型區(qū)坐標(biāo)范圍為南北3 396 035～3 431 835 m、東西571 407～616 507 m，高程為-3 000～600 m，單元塊行×列×層為100 m×100 m×50 m，模型總共有5 893 440個單元塊。每個立方塊模型中都賦有地質(zhì)屬性值，按照不同預(yù)測類型的控礦因素，提取出有利的成礦信息，形成該區(qū)域定量預(yù)測模型。

3.2.1有利地層信息提取

依據(jù)地層模型對立方塊模型進行限定，劃分出不同地層的塊體單元。同樣將已知礦體信息賦值到塊體單元，作為礦床預(yù)測中的先驗條件。通過已知礦體與不同地層的圖層疊加統(tǒng)計，得出三疊系含礦最多，石炭—二疊系次之(圖7)，印證了區(qū)內(nèi)C+P+T的“多層樓”成礦模式[18,21]。

圖7　不同地層含礦立方體數(shù)目統(tǒng)計Fig.7　Statistics of the amount of ore cubes in different strata

3.2.2巖體信息提取

本次深部建模數(shù)據(jù)為重磁-AMT聯(lián)合反演剖面，難以將閃長巖-石英閃長巖-花崗閃長巖區(qū)分，因此將其統(tǒng)一建模為閃長巖。根據(jù)區(qū)內(nèi)主要為“巖體+地層”的成礦模式，對巖體分別做了500 m緩沖區(qū)、1 000 m緩沖區(qū)，同樣通過與已知礦體疊加，可見在閃長巖及其緩沖區(qū)中含礦性較好(圖8)。

圖8　不同巖體部位含礦單元體數(shù)目圖Fig.8　Statistics of the amount of ore cubes in different rock mass parts

巖漿的分異作用可使形成的巖漿巖形態(tài)較為復(fù)雜，流體對巖體的破壞也使巖體呈現(xiàn)出復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，巖體的復(fù)雜程度特征反映了巖體的分異特征，我們將之稱為巖體分異系數(shù)。經(jīng)過統(tǒng)計，選取巖體分異系數(shù)(2，2.5)區(qū)間為成礦有利區(qū)間。圖9為巖體分異系數(shù)分布，可以直觀地看到，成礦有利區(qū)間與巖體的分異程度非常吻合。

圖9　巖體分異系數(shù)分布圖Fig.9　Distribution of differentiation coefficient of rock mass

3.2.3有利構(gòu)造信息提取

根據(jù)本區(qū)礦床特征，主要的構(gòu)造控礦類型分為斷裂控礦、褶皺控礦。本次研究對斷裂進行了三維建模，并做200 m斷裂緩沖區(qū)來表征斷裂帶，用方位異常度表征局部斷裂特征。經(jīng)統(tǒng)計，選取方位異常度(0.985，0.995)為成礦有利區(qū)間。圖10顯示方位異常度與主干斷裂疊合，由圖可以看出異常區(qū)間很好地反映了局部斷裂特征。

圖10　方位異常度分布圖Fig.10　Distribution of azimuth abnormality degree

褶皺也是該區(qū)的重要控礦因素。本次研究根據(jù)銅陵地區(qū)構(gòu)造推斷圖，分別提取了背斜和向斜的賦值區(qū)域。經(jīng)統(tǒng)計72%的已知礦體在背斜區(qū)域，10%的已知礦體在向斜區(qū)域，由此證明褶皺作為一項重要控礦因素不可忽視。

3.3定量預(yù)測模型的建立

3.3.1定量計算方法

本次研究采用三維找礦信息量的方法，計算研究區(qū)各找礦標(biāo)志的信息量值，即設(shè)定含有找礦標(biāo)志的單元塊中該項屬性為1，不存在的為0，通過信息量計算公式(1)，計算出不同類型不同找礦標(biāo)志的信息量值(表1)。

(1)

式中：IA(B)為A標(biāo)志有B礦的信息量；Nj表示研究區(qū)內(nèi)具有標(biāo)志A的含礦單元數(shù)；N為研究區(qū)內(nèi)的含礦單元數(shù)；Sj為研究區(qū)內(nèi)具有標(biāo)志A的單元數(shù)；S為研究區(qū)的單元塊總數(shù)。

3.3.2定量預(yù)測模型及信息量

通過對研究區(qū)礦床成礦系列和成礦模式的總結(jié)歸納，本次三維定量預(yù)測分4種礦床類型開展，按照4種礦床式(舒家店式、鳳凰山式、冬瓜山式、姚家?guī)X式)，總結(jié)了4種定量預(yù)測模型(表1)。定量預(yù)測模型是定量預(yù)測的指導(dǎo)，是將地質(zhì)控礦因素轉(zhuǎn)換為能夠為計算機識別計算的GIS圖層，通過三維信息量方法計算，求取各個變量在不同預(yù)測類型中的信息量值。從表中可以看到信息量值均大于零，證明了找礦標(biāo)志的有效性。

圖11　銅陵預(yù)測遠景區(qū)及靶區(qū)劃分Fig.11　Predicted prospect area and division of targets in Tongling mineral district

4　預(yù)測結(jié)果

按照不同的定量預(yù)測模型將計算出的信息量賦值給單元塊中每一個變量，再將每個單元塊所含變量的信息量值進行疊加，得到每個單元塊信息量加和[31-32]。按照含礦濃集程度的收斂曲線分別確定4種類型的信息量下限：層控矽卡巖型信息量下限為3.88、接觸交代矽卡巖型信息量下限為2.618、熱液型信息量下限為1.764、斑巖型信息量下限為2.648。大于信息量下限的塊體即為預(yù)測遠景區(qū)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征及已有找礦事實，圈定了14個預(yù)測靶區(qū)，并依據(jù)信息量高值塊體數(shù)目將預(yù)測靶區(qū)分為A、B、C 3級(圖11)。從圖中可以看到，銅官山礦田、獅子山礦田、新橋礦田、鳳凰山礦田和沙灘角礦田都屬于信息量濃集區(qū)域，證明了該預(yù)測方法的有效性。本次圈定的預(yù)測靶區(qū)不僅包含了已知礦區(qū)，還包含了沒有找礦發(fā)現(xiàn)但是潛力較大的新區(qū)，如B8-8、C5-2、C5-3、C5-5是下一步找礦的方向。

5　結(jié)　論

(1)通過對前人研究的歸納整理，總結(jié)了銅陵礦集區(qū)礦床成礦系列，分為與燕山期巖漿作用有關(guān)的成礦系列和沉積-改造(變質(zhì))成礦系列，并梳理了銅陵礦集區(qū)斑巖-矽卡巖-熱液型成礦模式。

(2)運用三維可視化技術(shù)建立了銅陵礦集區(qū)三維地質(zhì)模型，并基于研究區(qū)的礦床成礦系列，提出了該區(qū)4種礦床類型的定量預(yù)測模型。在定量預(yù)測模型的指導(dǎo)下，運用“立方塊預(yù)測模型”找礦方法，圈出了14個找礦遠景區(qū)，其中4個屬于未開發(fā)區(qū)域。

(3)本次研究結(jié)果與找礦事實較一致，充分表明基于礦床成礦系列進行分類型三維預(yù)測的現(xiàn)實可行性。該研究成功地將傳統(tǒng)二維成礦預(yù)測理論與三維可視化技術(shù)結(jié)合，將區(qū)域礦產(chǎn)預(yù)測拓展到三維空間，更有利于區(qū)域范圍內(nèi)隱伏礦體的圈定工作，為深部邊部找礦提供了有效的技術(shù)手段。

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3D Metallogenic Prediction Based on Minerogenetic Series:A Case Study in Tongling Mineral District of Anhui

XIANG Jie1,2，CHEN Jian-ping1,2，HU Qiao1,2，AN Wen-tong1,2，YIN Xiao-yun1,2

(1.SchoolofEarthSciencesandResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；2.InstituteofLandResourcesandHighTechniques，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China)

In order to quantitatively predict the underlying mineral resources in Tongling mineral district and implement mixed genesis prediction according to the different deposit types，3D metallogenic prediction based on minerogenic series is imperative. In this paper，we summarized two minerogenic series on the basis of previous studies，including the minerogenic series related to the Yanshanian magmatism and the sedimentary-reformation(metamorphic) minerogenic series. In addition，we summarized the porphyry-skarn-hydrothermal metallogenic model in the study area. Using 3D visualization technology，the 3D digital mine is modeled. After that,by implementing “cubic predicting model”prospecting method, we carried out a three-dimensional metallogenic prediction in the study area，and delineated 14 predicted targets according to the value of information and geolo-gical condition. Our research combines the traditional two-dimensional regional metallogenic prediction methods with advanced visualization technologies successfully，and extends the prediction of mineral resources within the region to three-dimensional space，makes it more conducive to concealed ore delineation work within the region，and also provides a reference for future three-dimensional prediction.

Tongling mineral district；minerogenic series；cubic predicting model；information quantity；3D metallogenic prediction

2015-09-12；改回日期：2015-12-21；責(zé)任編輯：樓亞兒。

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“老礦山找礦技術(shù)創(chuàng)新與示范”(1212011220737)。

向杰，男，博士研究生，1990年出生，地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，主要從事礦產(chǎn)資源定量預(yù)測與評價研究。

Email:530861206@qq.com。

陳建平，男，教授，博士生導(dǎo)師，1959年出生，地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，主要從事礦產(chǎn)資源定量預(yù)測與評價研究。Email:3s@cugb.edu.com。

P628；P612

A

1000-8527(2016)01-0230-09