李寶林，劉金玉，尹貴志(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司，吉林 磐石 132311)

吉林省紅旗嶺礦區(qū)3號巖體礦化特征及深部預測

李寶林，劉金玉，尹貴志
(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司，吉林 磐石 132311)

紅旗嶺礦區(qū)分布幾十個基性—超基性巖體，3號巖體是礦區(qū)規(guī)模最大的巖體，在2008年國家危機礦山資源潛力勘探調(diào)查中，利用地球物理和深部鉆探手段發(fā)現(xiàn)了厚大的深部礦體。通過利用3Dmine礦業(yè)軟件，對巖體、礦體、大理巖捕虜體和剩余重力異常建立三維模型或虛擬三維體，將這些模型相互疊加，進行全方位不同疊加復合的觀測研究，結合地質(zhì)相關理論和信息數(shù)據(jù)進行分析、預測，確定進一步勘探的靶區(qū)。

礦化特征； 勘探靶區(qū)； 3Dmine； 巖體； 礦體

1 前言

紅旗嶺礦區(qū)3號巖體在經(jīng)過多期勘探，在海拔0m標高水平以上發(fā)現(xiàn)3條礦體。2008年在2號勘探線以南，以100m的勘探走向間距加密勘探鉆孔，在距離地面深度600m以下發(fā)現(xiàn)厚大的鎳、鈷礦化體。為了更好地優(yōu)選下一步鉆探靶區(qū)，通過利用3Dmine礦業(yè)軟件，將所有施工的鉆孔獲得的地質(zhì)信息建立數(shù)據(jù)庫，以鉆孔數(shù)據(jù)庫為基礎建立巖體、礦體和大理巖捕虜體的三維模型，結合剩余重力異常等值線建立虛擬異常三維體，將巖體、礦體、大理巖捕虜體的形態(tài)、位置、分布方式與剩余重力異常相疊加，根據(jù)巖漿礦床的控礦條件推斷最有利的礦化部位，確定進一步找礦靶區(qū)是一種新的綜合找礦模式，也是基于三維礦業(yè)軟件進行找礦預測的新嘗試。

2 地質(zhì)背景

2.1 礦區(qū)地質(zhì)背景

吉林紅旗嶺銅鎳硫化物礦床位于吉林省磐石市境內(nèi)，礦區(qū)處于天山—興安地槽系吉林優(yōu)地槽東南緣，以輝發(fā)河深大斷裂為界，南部與華北地臺毗鄰。輝發(fā)河深大斷裂長期活動產(chǎn)生的次級NW斷裂在礦區(qū)最為發(fā)育，其與 NE 向斷裂構成本區(qū)基本的構造格架，NW斷裂控制著本區(qū)鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體的侵位及空間分布[1]。依據(jù)礦區(qū)鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體類型及圍巖巖性特征，前人把礦區(qū)劃分為3個巖帶，依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ巖帶。Ⅰ巖帶是紅旗嶺最重要的成礦巖帶，幾乎所有的工業(yè)礦床都分布在該巖帶的薄家—何家—北興隆斷裂帶內(nèi)，見圖1。在該帶上的晚海西—早印支期的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體，多沿NW與NE向斷裂的交匯部位侵入，并經(jīng)深部與淺部熔離分異貫入形成巖漿硫化銅、鎳礦床。

1—小三個頂子組；2—黃鶯屯組白云母片麻巖段；3—黃鶯屯組角閃斜長片麻巖段；4—黃鶯屯組石榴石黑云母片麻巖段；5—黑云母花崗巖、角閃花崗巖或細粒鉀長石化花崗巖；6—閃長巖；7—斜長花崗巖；8—石英斑巖；9—閃長巖；10—范家屯組；11—德仁組；12—居民區(qū)與村屯；13—逆斷層；14—正斷層；15—鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體及編號圖1 紅旗嶺礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

2.2 3號巖體地質(zhì)特征

3號巖體位于礦區(qū)Ⅰ巖帶的中部，1 號、2 號巖體之間，地表呈近S- N向展布，侵位于寒武—奧陶系黃鶯屯組的黑云母片麻巖夾角閃片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖(局部大理巖)中，與圍巖呈角度不整合接觸[2]。巖體在地表出露有兩部分，歷史上曾經(jīng)稱為老3號和新3號巖體，它們在海拔150m標高合成一個巖體，平面呈蝌蚪狀，總長2 500m，走向約350°，自3號勘探線以南逐漸變窄，形成40～50m寬的狹長脈狀巖墻，長∶深∶寬約為9∶4∶1。在15號勘探線以北，巖體東側向東傾，西側向西傾，傾角80°～85°；在15號勘探線以南，巖體向東傾，傾角70°～81°。巖體主要由角閃輝石巖和橄欖二輝巖及少量的蘇長巖組成，其中，角閃輝石巖蝕變較強，主要為次閃石化、綠泥石化、滑石化以及蛇紋石化。地表與鎳礦化有關的巖石類型主要為橄欖二輝巖和蘇長巖，深部與鎳礦化有關的巖石為蝕變角閃輝巖，主巖相中多見后期霏細斑巖及細粒閃長巖等脈巖侵入，見圖2。

3號巖體主量元素SiO2含量為46.78%～56.96%，MgO 17.02%～25.20%，CaO 1.39%～9.70%，且隨深度的加大，K2O、FeO+Fe2O3含量遞增，SiO2、TiO2、Al2O3、Na2O 等含量遞減。巖石的固結指數(shù)SI=45.64～67.59(多大于 55)、鎂鐵指數(shù) 32.0～53.20、長英指數(shù)8.40～43.20；鎂鐵比值(M/F)=2.00～4.98，屬鐵質(zhì)的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖；氧化度(OX)=0.16 ～ 0.48，反映巖體以原生為主，剝蝕較淺。

巖體中Ni、Co、Cu、Cr等成礦元素呈正相關關系，且隨采樣深度的加大具有含量遞增的趨勢；Ti、Sr、Zr、Nb、Ba、Ta等微量元素也具正相關關系，隨采樣深度的加大具有含量遞減的規(guī)律；V、Zn、Pb等元素相關性不明顯[3]。

1—輝長巖；2—角閃輝石巖；3—銅鎳礦體；4—片麻巖；5—花崗巖；6—剩余重力異常值曲線；7—巖體及地層產(chǎn)狀；8—巖層界線圖2 紅旗嶺礦區(qū)3號巖體剩余重力分布地質(zhì)圖

3 3號巖體與礦體三維模型及礦化特征

3號巖體勘探過程總計施工了50個鉆孔，總進尺約23 500m。不同鉆孔巖心地質(zhì)信息及樣品測試結果，為利用3Dmine軟件建立各種信息數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)建3號巖體及礦體的三維模型奠定了基礎。

3.1 3號巖體及礦體的三維模型

利用不同階段探礦工作所獲得的3號巖體鉆孔地質(zhì)信息，建立3號巖體Access數(shù)據(jù)庫，根據(jù)巖心中巖性特點確定巖體邊界創(chuàng)建3號巖體三維形態(tài)模型，根據(jù)巖心成礦元素邊界(最低工業(yè))品位圈定礦體確定不同塊段礦體的三維分布模型，總計創(chuàng)建6個礦體模型和2個大理巖捕虜體模型，見圖3和圖4。

1—3號巖體；2—礦體；3—大理巖捕虜體；4—剩余重力異常等值線及剩余異常值；5—剩余重力異常軸心線；6—勘探線及編號圖3 3號巖體和礦體三維模型與剩余重力異常等值線復合俯視圖

1—地表模型(DTM)；2—礦體及編號；3—大理巖捕虜體及編號； 4—預測潛力靶區(qū)及編號；5—3號巖體縱向輪廓線；6—鉆孔圖4 3號巖體中礦體三維模型東部側視圖

俯視3號巖體三維模型，具有明顯的蝌蚪狀；東、西兩個方向側視顯示巖體向NW側伏，側伏角約13.5°，巖體北部寬厚，傾角近乎直立，自地表至深部巖體寬度變化平穩(wěn)；巖體南部厚度明顯變窄，傾角顯著變緩；礦體三維模型顯示礦體總體向NW側伏。

圈定建模的6個礦體是由20世紀60年代、90年代和2008年進行的3期鉆探活動陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的。編號為1、2、3、4、5、6號礦體(圖4)。其中1、2、3號礦體是20世紀60年代與90年代勘探發(fā)現(xiàn)的，1、2號礦體是巖體邊部礦體，3號礦體是上懸礦體。按埋藏深度，這3條礦體為淺部鎳礦體；4、5、6號礦體分布在-200m標高以下，為深部礦體。

3.2 3號巖體礦化特征

1號礦體在海拔200m標高以上(圖4)，在地表有兩處露頭(圖2)，靠近巖體下盤，礦體呈陡傾斜的脈狀，礦體下盤底部有大理巖捕虜體出現(xiàn)，礦體產(chǎn)狀與巖體一致，長300m，厚度不穩(wěn)定，一般0.5～11m，平均1.3m，鎳平均品位0.96%。含礦巖石主要為橄欖二輝巖和蘇長巖，礦石以星點狀、大斑點狀、浸染狀結構為主，金屬礦物主要有磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、紫硫鎳礦、黃銅礦。

2號礦體在海拔200m標高以下，0m標高以上，在1號礦體的正下方，靠近巖體下盤，礦體呈陡傾斜的脈狀，礦體上盤多為大理巖捕虜體(圖4)，屬于盲礦體，礦體產(chǎn)狀、巖石成分、礦物成分與1號礦體一致，礦體長380m，厚0.5～1m，鎳平均品位0.53%。

3號礦體在巖體的中部3號勘探線附近，接近巖體的東部邊部，是單線兩個鉆孔控制的小礦體，在海拔200m標高以上(圖4)，礦體形態(tài)呈囊狀，礦體巖石成分、礦物成分與1號礦體一致。礦體埋深90m，礦體長90m，礦體最大厚度10m，鎳品位最高1.91%，平均0.58%。

4、5、6號3條礦體是2008年鉆探發(fā)現(xiàn)的，是按著鎳0.2%邊界品位圈定的3條較大的礦體。埋深超過600m，大致分布在-370～-720m標高之間(圖4)，含礦金屬主要為鎳元素，伴生鈷和銅，鈷元素含量相對較高。4號礦體為底部礦體，5、6號礦體為上懸礦體。

深部3條礦體含礦巖石都為蝕變的角閃輝石巖，呈灰黑帶綠色，半自形粒、柱狀結構，塊狀構造。主要礦物成分為輝石、角閃石以及斜長石、黑云母，同時還見有少量的棕色云母和橄欖石。巖石蝕變較強，主要為次閃石化、綠泥石化、滑石化、蛇紋石化。金屬礦物為浸染狀構造，它形晶結構。金屬礦物由磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦組成。

鎳鈷礦體中鎳與鈷關系密切，呈正相關關系，鎳與銅之間關系不十分密切，但總的趨勢也呈正相關關系。

4號鎳鈷礦體為3號巖體內(nèi)主要礦體，分布在2號～9號勘探線之間，礦體在延深方向分布在-490～-720m之間，形態(tài)為不對稱的盆狀，最大厚度173m，最小厚度2.88m，平均厚度約60m，礦體總體傾向NE81°，走向與巖體一致，總體傾角20°，側伏角15°，側伏方向NW9.5°(圖4)。礦體上盤圍巖為礦化蝕變輝巖(原巖為含長角閃輝巖)，下盤為花崗質(zhì)片麻巖。礦體厚大，鎳金屬量占整個3號巖體鎳金屬總量的80%以上，鎳、銅、鈷平均品位分別為0.35%、0.1%、0.03%。礦體中金屬硫化物含量自上而下由8%增加至33%左右，鎳鈷品位也隨之增高。

5號礦體，位于7號～0號勘探線之間，由兩個鉆孔控制，礦體長330m，走向204°，傾角近乎水平，側伏角12.5°，側伏方向NE24°(圖4)，礦體最大厚度36m，最小厚度1.5m，平均15m。礦體鎳、銅、鈷平均品位分別為0.26%、0.08%、0.02%，為次邊際經(jīng)濟礦體。礦體上下盤圍巖為蝕變角閃輝石巖。

6號礦體，位于5號～7號勘探線之間，也由兩個鉆孔控制，礦體長220m，走向131°，傾角水平(圖4)，礦體最大厚度10m,最小厚度0.5m，平均3m。礦體鎳、銅、鈷平均品位分別為0.20%、0.06%、0.019%，為次邊際經(jīng)濟礦體。礦體上下盤圍巖也為蝕變角閃輝石巖。

4 3號巖體及礦體三維模型的重力異常響應

在3號巖體地表，歷史上進行過多種地球物理勘探活動，由于受環(huán)境干擾因素影響，實踐證明，磁法和電法效果不明顯。2008年進行重力異常測量，地面重力測量按100m×40m網(wǎng)度布設測點，每條測線上布設51個測點，完成觀測點測量1 505個，測得一個圍繞巖體的剩余重力正異常區(qū)域，底部礦體基本都在重力異常大于0.1gu的區(qū)域內(nèi)(圖3)。異常區(qū)域有兩個濃集中心，分別分布在3號～7號勘探線和15號～19號勘探線，它們的剩余重力異常值最高分別為0.7gu和0.5gu。經(jīng)鉆探驗證，3號～7號勘探線的重力濃集區(qū)域恰好是底部厚大的4號礦體所在區(qū)域(圖3、圖4)。15號～19號勘探線間的異常區(qū)深部還沒有進行鉆探驗證。

為方便對歷史鉆孔的分析，假設重力異常是均勻的重力異常體，創(chuàng)建以0.3gu異常值為邊界的虛擬三維重力異常體模型，對重力異常體模型與3號巖體礦體模型及歷史施工鉆孔進行坐標疊加復合，見圖5，發(fā)現(xiàn)深部4號礦體基本在大于0.3gu異常體內(nèi)部(東部側視，礦體完全被重力異常虛擬體包裹；西部側視，大部分礦體包裹在礦體內(nèi)部)，有些深部鉆孔偏離異常體，直觀地提出了進一步鉆探的方向。

1—地表模型(DTM)；2—大于0.3gu剩余重力異常虛擬三維模型；3—礦體及編號； 4—鉆孔及孔深； 5—勘探線及編號；6—剩余重力異常等值線及剩余異常值圖5 3號巖體歷史施工鉆孔與剩余重力異常虛擬體和礦體三維模型復合體側視圖(上圖為東側視圖，下圖為西側視圖)

在巖體的北端剩余重力異常軸心線與巖體有偏離，重力異常向巖體東側偏離(圖3)。利用重力異常虛擬體與巖體三維模型進行疊加復合，見圖6，巖體的東部重力異常虛擬體在8號～16號勘探線和17號～21號勘探線之間凸出了巖體外部，包裹了巖體；在巖體的南部17號～19號勘探線附近西部，剩余重力異常體虛擬體也凸出了巖體模型外部。造成這種現(xiàn)象原因可能是在這兩個部位存在巖體，由于沒有鉆孔控制，目前的巖體三維模型沒有完整反應巖體的客觀形態(tài)，顯示這兩個區(qū)域存在進一步鉆探驗證的價值。

1—3號巖體；2—大于0.3gu剩余重力異常虛擬三維模型；3—剩余重力異常等值線及剩余異常值；4—鉆孔及孔深；5—勘探線及編號圖6 3號巖體歷史施工鉆孔與巖體、剩余重力異常三維模型復合體側視圖(上圖為西側視圖，下圖為東側視圖)

5 3號巖體與臨近巖體三維狀態(tài)

3號巖體出現(xiàn)于控制1、2號巖體的走向為NW的薄家—何家—北興隆斷裂帶與礦區(qū)NE 向斷裂的交匯部位，在平面上3號巖體重力異常分布區(qū)域與1、2號巖體的控制斷裂產(chǎn)生交叉，見圖7。

1—1號巖體；2—2號巖體；3—3號巖體；4—底部礦體；5—重力異常等值線及其軸心線；6—控制巖體的兩組斷裂圖7 1、2、3號巖體及底部礦體三維模型與重力異常復合平面圖

在這3個巖體中，以3號巖體規(guī)模最大，3個巖體幾乎都有邊部、上懸和底部礦體，2號巖體底部礦體很小，1號巖體和3號巖體的底部礦體的規(guī)模較大(圖7)。在紅旗嶺礦區(qū)鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體內(nèi)最具工業(yè)價值的主要是底部礦體，1號巖體底部礦體側伏方向NW34°,側伏角43.5°；3號巖體底部礦體(4號礦體)側伏方向NW9.5°,側伏角15°；在空間上，1、3號巖體的底部礦體和巖體以不同的側伏角向3個巖體的交匯區(qū)域側伏。

上述3個巖體及礦體的三維模型，比較直觀地展現(xiàn)底部礦體的空間分布規(guī)律，結合巖體、底部礦體的側伏方向及重力異常和控制巖體斷裂的分布，顯示3個巖體的結合部位具有較大的成礦潛力，值得進一步評價。

6 勘探靶區(qū)分析預測

通過上述對巖體、礦體和剩余重力異常建模與分析，可圈定3個深部區(qū)域為進一步鉆探找礦的靶區(qū)，分別編為1號、2號、3號預測勘探靶區(qū)(圖4)。

6.1 1號預測勘探靶區(qū)

1號預測勘探靶區(qū)平面上位于4號～16號勘探線之間，剖面上在巖體的底部，-600m標高以下。該靶區(qū)預測的依據(jù)如下。

(1)16號勘探線附近處于走向NW的薄家—何家—北興隆斷裂與礦區(qū)NE 向斷裂的交匯處，具有良好的控巖控礦空間。

(2)成礦母巖鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體巨大。3號巖體巨大，在該部位傾角近乎直立，平面寬度達200～300m，深度超過1 200m，具有良好的成礦巖漿巖條件。

(3)具有剩余重力異常。大于0.3gu的剩余重力異常在巖體走向方向幾乎延伸整個巖體，并且在12號勘探線處，異常的軸心線向巖體東部偏離，覆蓋了控制1、2號巖體的NW走向的斷裂，異常虛擬體包裹了當前圈定的巖體，說明此處巖體及礦體在深部很可能向東部偏移。

(4)底部礦體側伏方向指向預測區(qū)域。底部礦體4號礦體側伏方向顯示，底部礦體有向該區(qū)域延伸的趨勢。

6.2 2號預測勘探靶區(qū)

2號預測勘探靶區(qū)平面上位于15號～19號勘探線之間，剖面上在巖體的底部，預測在-500～-800m標高之間。依據(jù)有以下幾個方面。

(1)該預測靶區(qū)存在一個0.3～0.5gu的剩余重力濃集區(qū)，剩余重力異常虛擬三維模型包裹了此處的巖體(圖6)，說明巖體在深部有變寬的可能，可能存在底部礦體。

(2)該剩余重力濃集區(qū)深部沒有鉆孔控制，附近雖施工1個深度1 008m的鉆孔，但這個鉆孔偏離了重力異常區(qū)。

(3)3號～7號勘探線的重力異常濃集區(qū)域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)深部厚大的4號礦體，依此推斷該區(qū)域也可能存在礦體。

6.3 3號預測勘探靶區(qū)

3號預測勘探靶區(qū)平面上位于4號～14號勘探線之間，剖面上在1號預測勘查區(qū)的上部(圖4)。該靶區(qū)預測的依據(jù)是在1、2、5、6號礦體附近都有大理巖捕虜體存在。大理巖捕虜體的加入，造成巖漿粘度降低，使基性巖漿中鐵質(zhì)元素分異徹底，對巖漿分異有利。已發(fā)現(xiàn)的這4條礦體的存在極有可能與大理巖捕虜體有聯(lián)系。由于3號預測靶區(qū)在1號大理巖捕虜體的下方，接近大理巖捕虜體，在該區(qū)域可能形成規(guī)模較小的上懸礦體或邊部礦體。

7 結論

通過建立巖體、礦體、剩余重力異常和大理巖捕虜體三維模型，展示了礦體的分布特征和已施工鉆孔的控制范圍。通過分析，把深部具有找礦潛力的勘探靶區(qū)明晰地展示出來，為3號巖體下一步找礦提出了明確的目標區(qū)塊。同時通過創(chuàng)建1、2、3號巖體、礦體三維模型，展示了3號巖體及重力異常與相鄰兩個巖體的三維關系，進一步揭示了1號預測靶區(qū)找礦的可能性，為3號巖體深部地質(zhì)找礦指出了目標和方向。

[1] 中國地質(zhì)科學院地質(zhì)礦產(chǎn)研究所.鉻鎳鈷鉑地質(zhì)礦產(chǎn)專集(第二集)[M].北京：地質(zhì)出版社，1974.1-6.

[2] 周樹亮，孫英華，張向東，等.吉林省紅旗嶺鎳礦區(qū)3號巖體成礦地質(zhì)特征及找礦方向[J].吉林地質(zhì)，2009，28(2):38-44.

[3] 孫英華，周樹亮，依 欣,等.吉林紅旗嶺礦區(qū)3號巖體地球化學特征及成因初探[J].地質(zhì)與資源，2010，19(1):17-19.

Mineralizing characteristics and deep prediction of No.3 rock mass in Hongqiling mining area of Jilin province

There are dozens of basic-ultrabasic rock mass in Hongqiling mining area, and No.3 rock mass is the largest in this mining area. In the exploration and investigation of resource potential of national crisis mine in the year of 2008, the thick deep orebody was found by using geophysical and deep drilling method. Using 3Dmine software built three-dimensional model or virtual three-dimensional body of rock mass, orebody, marble xenolith and the residual gravity anomaly. Through overlying these models, the overall and different superpositions were studied, and combined with the relevant geological theory and information data, further exploration target area was determined.

mineralizing characteristics; exploration target area; 3Dmine; rock mass; ore body

P612

A

李寶林(1964-)，男，高級工程師，從事地質(zhì)找礦工作。