董東柱

中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司,北京 100040

0 引言

位于山西省南部的中條山地區(qū)是我國一個重要的銅礦集中區(qū)[1]。曾作為我國六大銅業(yè)基地之一的中條山有色金屬公司,經(jīng)過幾十年的開采,已面臨富礦短缺,后備礦山基地緊張的嚴(yán)重局面,目前主要依靠銅礦峪礦山生產(chǎn)。銅礦峪礦現(xiàn)保有銅礦石資源儲量2.5億噸、金屬量151 萬噸。胡家峪礦在深部新探明銅礦石量1 千萬噸、銅金屬量10 萬噸,為國內(nèi)隱伏銅礦找礦的成功典范[2]。

本文作者希望根據(jù)已掌握的銅礦床分布規(guī)律、控礦因素、地球物理和地球化學(xué)特征,結(jié)合新物探勘查技術(shù),能打開中條山地區(qū)新一輪找礦工作的新局面。

1 中條山地區(qū)成礦地質(zhì)背景簡析

中條山地區(qū)在大地構(gòu)造上屬于華北地臺(Ⅰ級)豫西斷隆(Ⅱ級) 中條山斷拱(Ⅲ級),經(jīng)歷中太古代陸核形成期(涑水雜巖)、新太古代絳縣期優(yōu)地槽火山—沉積—巖漿侵入期、古元古代中條期冒地槽碎屑—碳酸鹽巖沉積期、中—新元古代大規(guī)模陸內(nèi)安山巖噴發(fā)期、古生代穩(wěn)定地臺發(fā)展期、中—新生代構(gòu)造—中酸性—堿性偏堿性巖漿侵入活動期等6 個發(fā)展階段[3]。區(qū)內(nèi)地層包括太古界涑水雜巖、新太古界絳縣群、古元古界中條群、中元古界西陽河群及長城紀(jì)、古生界、中生界地層。與成礦有關(guān)的主要為新太古界和古元古界地層,主要巖性為變中酸性—中基性火山巖類、絹英片巖、綠泥片巖、碳質(zhì)片巖、變細(xì)碧巖、大理巖等。成礦作用以變質(zhì)作用和巖漿熱液作用為主。

由圖1 可知,區(qū)內(nèi)NNE—NW 向斷裂所組成的X型構(gòu)造網(wǎng)絡(luò),控制了主要銅礦床的分布。而中條山中部大部分地區(qū)被安山巖覆蓋,且有些地方厚度較大,給找礦勘查工作帶來了極大困難。

圖1 中條山地質(zhì)略圖(據(jù)山西、河南區(qū)調(diào)資料編繪)[4]Fig.1 Geological sketch map of Zhongtiaoshan Mountain

中條山區(qū)主要銅礦類型成礦具有地層專屬性[5],即賦存于晚太古代或早元古代變質(zhì)巖系中。如銅礦峪銅礦床賦存于絳縣群銅礦峪組變中基性—中酸性鉀質(zhì)火山巖及泥質(zhì)絹英片巖中[6];落家河銅礦床含礦地層為絳縣群宋家山組綠泥片巖類;篦子溝銅礦床賦礦巖性為早元古代中條群含碳質(zhì)絹英片巖、大理巖等[7]。各類型礦床的控礦因素以層位控礦為主,構(gòu)造裂隙次之。礦化巖石以硫化物原生礦為主,且伴生礦產(chǎn)豐富,在已探明的銅礦中,普遍伴生有金、銀、鈷、稼、石墨等。

在中條山區(qū)的含礦變質(zhì)火山巖系中,金屬礦化(黃銅礦化、黃鐵礦化) 多以星散狀和浸染狀出現(xiàn),它們具有較高的ηS值,與其它巖石有明顯差異,是投入激發(fā)極化法的有利前提[8]。篦子溝組和宋家山組中的含碳質(zhì)片巖類,有較高的極化率。但是含碳質(zhì)片巖中碳質(zhì)含量與銅礦化呈正比關(guān)系,含碳質(zhì)片巖本身就是容礦巖石或近礦圍巖——落家河型銅礦就賦存在含碳質(zhì)綠泥片巖中,且碳質(zhì)含量越高,銅礦床越富。

下一步找礦工作目標(biāo):除繼續(xù)在新太古界絳縣群和古元古界中條群地層中找銅礦外,還要在涑水雜巖分布區(qū)找與基性巖有關(guān)的新類型銅礦。在燕山期巖漿巖及構(gòu)造發(fā)育地段作為熱液型金礦的找礦靶區(qū)[9]。

2 安山巖覆蓋區(qū)典型銅礦床地質(zhì)特征

2.1 落家河銅礦地質(zhì)特征

落家河銅礦是因區(qū)域性NW 向大斷裂通過銅礦區(qū),形成了構(gòu)造剝蝕天窗,致使絳縣群宋家山組變質(zhì)巖系出露,使落家河銅礦床被發(fā)現(xiàn)。落家河礦區(qū)賦礦巖性主要為宋家山組石墨綠泥片巖、(絹云) 綠泥片巖和變細(xì)碧巖,地層對成礦起著主要控制作用,具有明顯的層控性,礦體厚度與綠泥片巖層的厚度關(guān)系密切,經(jīng)對落家河主礦段礦體厚度與綠泥片巖厚度進(jìn)行統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)容礦主巖綠泥片巖厚度大且完整時,礦層累計厚度也大,若綠泥片巖厚度在200 m 以上者,礦層明顯加厚。另外,本區(qū)銅礦(化) 層在空間上多與長英質(zhì)脈(團(tuán)) 共生,且銅品位相對較高[10]。

落家河銅礦床礦石礦物成份比較簡單,主要有黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦,少量輝銅礦、孔雀石、銅蘭等;脈石礦物有綠泥石、石英、方解石、絹云母、黑云母等。銅品位為1.0% 左右,最高單樣品位12.77%,并伴生Ga、Mo、Co 等元素。礦石中銅品位與碳含量成正相關(guān),凡含碳質(zhì)綠泥片巖的多半富礦。

2.2 巖石地球物理特征

物化探工作在落家河礦區(qū)的找礦過程中取得了較好的效果,激電中梯異常及化探原生暈異常均被鉆孔所證實(shí)屬銅礦(化) 體引起。

(1) 地磁場特征

落家河銅礦各類巖石的磁化率(k) 顯著不同,經(jīng)測定細(xì)碧巖為63 000×4π·10-6SI、綠泥片巖為15 000×4π·10-6SI、奧長花崗巖為 1 000×4π·10-6SI、安山巖為2 000×4π·10-6SI ( 《山西省中條山地區(qū)物化探成果資料》(山西冶金物探隊(duì)) )。由此可見,與成礦關(guān)系密切的細(xì)碧巖和綠泥片巖的磁性是較強(qiáng)的,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安山巖和奧長花崗巖。另外,據(jù)航磁異常資料,安山巖雖然也能引起正異常,但強(qiáng)度只有50 nT,且異常小而零亂,無規(guī)律。變基性火山巖一般引起的異常在200 nT 以上,并且有一定的規(guī)模,形態(tài)也比較完整。利用巖石磁性差異和航磁異常配合地面檢查,結(jié)合地質(zhì)情況能夠推斷隱伏于安山巖下的變基性火山巖,起到間接找礦目的。

(2) 地電場特征

落家河銅礦不同巖石極化率的測定結(jié)果表明(表1),除閃長巖和礦化細(xì)碧巖外,其余各類巖石極化率(η) 平均值都在3.0%以下。礦化細(xì)碧巖極化率是其它巖石極化率的7～12 倍,超出閃長巖的3～7 倍。而閃長巖一般呈脈狀或小巖株?duì)?出露有限,無規(guī)律,因此地面測得的極化率異常無疑是銅礦(化) 體引起。表中礦化細(xì)碧巖實(shí)際是以礦化綠泥片巖為主的巖石。極化率的顯著差異,使激發(fā)極化法物探勘探技術(shù)在本區(qū)能取得良好效果。從勘探資料來看,落家河礦區(qū)極化率異常高值部分與礦帶展布方向及規(guī)模均很吻 合,低值部分則反映了容礦巖石的分布范圍。

圖2 山西省垣曲縣落家河礦田地質(zhì)圖(1 ∶5000)[10]Fig.2 Geological map of Luojiahe mine field,Yuanqu County,Shanxi Province

表1 室內(nèi)標(biāo)本測定結(jié)果統(tǒng)計表[10]Table 1 Statistical table rock samples determination results indoor

2.3 落家河?xùn)|區(qū)勘查情況

落家河銅礦區(qū)周圍地表均被安山巖覆蓋(圖3),2005—2008 年,冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院在落家河礦區(qū)東部開展了普查工作,采用的主要手段是激電中梯剖面測量、大功率三極激電測深(IP) 及鉆探。由于落家河?xùn)|區(qū)地表有安山巖覆蓋,構(gòu)造和巖漿巖發(fā)育,在物探測量過程中受到礦山生產(chǎn)的影響,所以對認(rèn)識和評價物探異常帶來一定困難。但是通過鉆探驗(yàn)證仍取得了一定的找礦信息,并發(fā)現(xiàn)了銅礦化體,為和落家河礦區(qū)進(jìn)行對比提供了較翔實(shí)的地質(zhì)和物探資料。

圖3 落家河?xùn)|某勘查線剖面圖[10]Fig.3 Section of an exploration line in the east of Luojiahe

普查工作共圈定4 條礦體,工程控制礦體長50～200 m,寬50～100 m,厚0.61～3.33 m。落家河礦區(qū)東部安山巖覆蓋區(qū)勘查成果已表明在安山巖蓋層下面分布有廣泛的絳縣群賦礦地層,與已知的落家河銅礦有相同的成礦地質(zhì)背景及相似的成礦地質(zhì)條件。

3 下一步在安山巖覆蓋區(qū)找礦方法的選擇

2017 年,國家設(shè)立重點(diǎn)研發(fā)計劃“深地勘查開采” 重點(diǎn)專項(xiàng),針對典型覆蓋區(qū)深部礦產(chǎn)勘查理論方法和技術(shù),開展科技攻關(guān)。面對中條山這樣的典型覆蓋區(qū),安山巖蓋層厚度不均勻,賦礦地層埋深大、(激電) 礦致異常弱,也可能會有其他干擾異常存在[11],如何識別和提取弱礦致異常,對礦體進(jìn)行定位預(yù)測(位置、深度),將是面臨的主要挑戰(zhàn)。

針對以上問題,如何通過理論與技術(shù)創(chuàng)新,達(dá)到事半功倍的找礦效果,本人提幾點(diǎn)粗淺的看法。

3.1 充分利用遙感解譯成果

20 世紀(jì)90 年代,中冶三局對中條山地區(qū)做了遙感構(gòu)造解譯和遙感地層巖性識別工作,成果見圖4。

從圖4 可以看出,在線性構(gòu)造和弧形線性構(gòu)造的交叉部位,并且有環(huán)形影像,均為成礦有利部位,如銅礦峪銅礦、落家河銅礦。在落家河NW 向的大斷裂兩側(cè),東部有王屋構(gòu)造—剝蝕天窗,西部有同善構(gòu)造—剝蝕天窗,在三個天窗內(nèi),均見有絳縣群宋家山組變質(zhì)巖系,其中賦存銅礦床、銅礦化點(diǎn)和鐵礦床多處。有些預(yù)測靶區(qū)位于長城紀(jì)砂巖和安山巖覆蓋區(qū)。

另外,近些年,隨著高分遙感數(shù)據(jù)在地質(zhì)勘查工作中的廣泛應(yīng)用,使得遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中的指導(dǎo)作用又向前邁進(jìn)了一大步,提高了找礦效率,節(jié)省了找礦的時間和成本。高分遙感在分析區(qū)域性構(gòu)造、含礦巖系、礦化蝕變等方面具有一定的指示意義。

建議對中條山地區(qū)重新利用高分遙感數(shù)據(jù)做地質(zhì)解譯,重點(diǎn)放在解譯與成礦有關(guān)的地質(zhì)體的線性、面性影像特征等有意義的信息上[12],為下一步物探測量驗(yàn)證提供指導(dǎo)性的靶區(qū)。

3.2 物探方法的選擇

中條山地區(qū)構(gòu)造極其發(fā)育,其典型特征是以NNE和NW 向兩組斷裂相互交叉形成構(gòu)造網(wǎng)絡(luò),局部地層褶皺強(qiáng)烈,中部地表大面積被安山巖覆蓋,且地形復(fù)雜,屬典型的構(gòu)造侵蝕地貌[13]。針對這一特殊的地球物理景觀,下一步銅礦找礦工作,物探方法的選擇具有關(guān)鍵作用。

圖4 中條山地區(qū)TM 衛(wèi)片地質(zhì)解譯圖Fig.4 Geological interpretation of TM remote sensing images in Zhongtiaoshan Area

根據(jù)以往礦區(qū)及區(qū)域工作的物性資料,中條山區(qū)銅礦床屬硫化物型銅礦,礦體與圍巖物性差異明顯,具備開展電法、磁法的物性前提[13]。野外工作建議空中和地面物探測量方法相結(jié)合。

3.2.1 高分辨率綜合航空地球物理方法技術(shù)

(1) 我國自主創(chuàng)新的高靈敏度系列航空磁力儀為高分辨航磁勘查技術(shù)和中高山高精度航磁勘查技術(shù)的發(fā)展提供了硬件保障。進(jìn)行高精度磁法測量的目的是了解細(xì)碧巖和綠泥石片巖的埋深及分布情況。

(2) 重力測量對于掩蓋區(qū)的地質(zhì)填圖、圏定斷裂、侵入體、大的高密度礦體等方面具有其獨(dú)特的作用[14]?？梢酝ㄟ^航空重磁勘查獲取高精度航空重磁數(shù)據(jù);弱信息提取方法識別深部弱緩異常;重磁數(shù)據(jù)融合確定找礦目標(biāo)區(qū)。

(3) 時間域航空電磁勘查技術(shù)和頻率域航空電磁勘查技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍,其探測精度比以往提高了3～5 倍,探測深度增加了2～3 倍。航磁系統(tǒng)分辨率提高了10 倍?；緦?shí)現(xiàn)了復(fù)雜條件下的高分辨、中—大深度、經(jīng)濟(jì)高效探測。這也是一種好的方法選擇。

近幾年,我國自主創(chuàng)新的高分辨率綜合航空地球物理勘查技術(shù)體系已經(jīng)形成。如多參數(shù)航空綜合勘查系統(tǒng)集成、繁雜干擾信號精細(xì)剔除、快速低高度飛行的高分辨探測、數(shù)據(jù)精細(xì)處理與分析、多參數(shù)綜合地質(zhì)解釋、遠(yuǎn)離目標(biāo)的大深度勘查。所以,以上任何一種方法的選擇都能達(dá)到期望的效果。

3.2.2 地面物探測量方法技術(shù)

可控源音頻大地電磁法(CSAMT) 一出現(xiàn)就展示了比較好的應(yīng)用前景,尤其是作為普通電阻率法和激發(fā)極化法的補(bǔ)充,可以解決深層的地質(zhì)問題,如在尋找隱伏金屬礦、油氣構(gòu)造勘查、推覆體或火山巖下找煤、地?zé)峥辈楹退墓こ痰刭|(zhì)勘查等方面,均取得了良好的地質(zhì)效果。

CSAMT 方法的優(yōu)點(diǎn):(1) 抗干擾能力強(qiáng)。與其他頻率域電磁法相比,由于CSAMT 方法采用了人工可控發(fā)射源,能獲得較強(qiáng)的信號,增強(qiáng)了抗干擾能力,并減少地形的影響。(2) 分辨力較強(qiáng)。(3) 低阻敏感,高阻屏蔽作用小。由于CSAMT 方法使用的是交變電磁場,可以穿過高阻蓋層,高阻屏蔽作用小,對高阻背景中的深部低阻反映效果較好。(4) 探測深度范圍大。理論上,探測深度可達(dá)1～2 km。實(shí)際工作中,0.5～1 km 深度獲得的數(shù)據(jù)較為可靠。(5)工作效率高。

結(jié)合本區(qū)礦床類型、圍巖蝕變及深部找礦的要求,選擇可控源音頻大地電磁法(CSAMT),對于遙感解譯和航空測量發(fā)現(xiàn)的靶區(qū),用CSAMT 方法做進(jìn)一步的地面查證,無疑是一種可靠的選擇。

3.2.3 地球物理數(shù)據(jù)處理解譯

近幾年,我國的地球物理數(shù)據(jù)處理解釋技術(shù)取得了全面進(jìn)步。如磁測數(shù)據(jù)處理方面,弱信息提取和挖掘上取得了較大進(jìn)步。電磁數(shù)據(jù)處理方面,三維—地球物理地質(zhì)建模技術(shù)和深部礦產(chǎn)資源預(yù)測技術(shù)基本成熟,可以較準(zhǔn)確地確定目標(biāo)體的埋深、厚度及規(guī)模,科學(xué)指導(dǎo)鉆探部署。

總之,有國際一流的儀器裝備(硬件和軟件),高靈敏度的系列航空和地面物探測量方法,為我們下一步在中條山地區(qū)展開新一輪銅礦勘查并很快實(shí)現(xiàn)找礦突破提供了一切技術(shù)保障。