综合找矿方法在辽宁阜蒙县东五家子金矿勘查中的应用

袁 和，许云鹏

(辽宁省第四地质大队有限责任公司，辽宁阜新 123000)

0 引言

1967～1992年，原辽宁省地矿局区调队、辽宁省地矿局阜新地质大队等勘查单位先后在辽西阜新地区开展了1∶20万区域地质矿产、区域化探及1∶5万区域地质、矿产调查等工作，并在该区域内陆续发现了多处规模不等的金矿床，如排山楼金矿、新民金矿、两家子金矿等。其中排山楼金矿床为我国典型的韧性剪切带型金矿床(罗镇宽等，2001；王荣湖，2009；纪甲子，2010；贾三石等，2011b)。

到目前为止，辽西阜新地区的矿产勘查工作已达到较高的研究水平，但随着地表较易勘查识别的金矿床陆续被发现，导致找矿难度日益加大，单纯运用某一种勘查方法难以精准圈定找矿靶位，这严重制约了在该区内实现找矿突破。目前综合找矿方法已被广泛应用，并且也取得了较好的找矿效果(蒋成文等，2013；席明杰等，2013；赵荣军等，2013；朱文杰等，2015；何鹏等，2018；邱辉等，2019)。为此本次工作在辽宁省阜蒙县东五家子地区开展了地质-物探-化探相结合的综合找矿方法，并利用勘探工程对综合找矿方法圈定的靶位进行验证，发现了1条长160 m，真厚度为1.38 m的金矿体，金平均品位达5.09×10-6，这实现了在该区内的找矿突破。本文旨在总结综合找矿方法在东五家子地区的应用效果与找矿标志，为今后在这一地区开展地质找矿工作提供理论依据。

1 研究区地质概况

研究区大地构造位置位于华北陆块北缘，燕辽成矿带的东部(贾三石，2011a)(图1a)，NE向大巴-后三角山大型韧性剪切带上(图1b)。华北陆块北缘被认为是我国重要的成矿区带之一，蕴藏着极为丰富的Au、Mo、稀土等重要矿产资源(张勇等,2016)。在早白垩世时期，华北陆块经历了大地构造体系的转换和调整，发生了从挤压到伸展的巨大转变(张岳桥和董树文，2008)。在伸展背景下辽西地区发生了强烈的岩浆作用造成区域内中生代岩浆活动频繁(Wu et al.,2005)及NE向断裂构造较为发育，并伴随着大规模的金成矿地质作用(Mao et al.,2007)，致使区域地质情况复杂，成矿条件极为优越。

图1 辽宁阜蒙县东五家子地区地质图Fig.1 Geological map of the Dongwujiazi area in Fumeng County of Liaoning Province1-第四系；2-中生界白垩系孙家湾组；3-中生界白垩系义县组；4-中元古界蓟县系高于庄组；5-中元古界长城系大红峪组；6-中细粒二长花岗岩；7-花岗闪长岩；8-恒山单元中粗粒二长花岗岩；9-田家沟单元中粗粒花岗岩；10-十家子单元中粗粒二长花岗岩；11-英房单元中细粒二长花岗岩；12-白厂门片麻岩；13-小牵马岭片麻岩；14-斜长角闪岩；15-花岗质片麻岩；16-黑云斜长糜棱岩；17-片麻状闪长岩；18-英安玢岩；19-花岗斑岩；20-逆断层；21-韧性剪切带；22-断裂；23-金矿床；24-矿体；25-物探剖面；26-化探剖面；27-物探测 区；28-化探测区1-Quaternary;2-Mesozoic Cretaceous Sunjiawan Formation;3-Mesozoic Cretaceous Yixian Formation;4-Middle Proterozoic Jixian system Gaozhuang Formation;5-Middle Proterozoic Changcheng system Dahongyu Formation;6-medium-fine-grained monzonitic granite;7-granodiorite;8-Hengshan unit coarse-grained monzonitic granite;9-Tianjiagou unit coarse-grained monzonitic granite;10-Shijiazi unit coarse-grained monzonitic granite;11-Yingfang unit fine-grained monzonitic granite;12-Baichangmen gneiss;13-Xiaoqianmaling gneiss;14-plagioclase amphibolite;15-granitic gneiss;16-biotite plagioclase mylonite;17-gneissic diorite;18-dacite porphyrite;19-granite porphyry;20-reverse fault;21-ductile shear zone;22-fault;23-gold deposit;24-orebody;25-geophysical profile;26-geochemical profile;27-geophysical exploration area;28-geochemical exploration area

1∶5万区域内NE向断裂构造主要有青龙山断裂和贝力房-二道岭断裂(图1b)，其中:①青龙山断裂分布于高山-青龙山一带，总体走向NE，长约16 km，最大宽度约3 km，切割中元古界大红峪组、高于庄组地层、中生界燕山期花岗岩。在青龙山一带发育3条大致平行的压性断裂构造，其中有2条断裂带倾向一致，倾向NE，倾角一般为60°～75°。另一条断裂倾向SE，倾角约60°。3条断裂在高山一带复合为1条断裂，断裂带内断层角砾岩、碎裂岩等较发育。②贝力房-二道岭断裂分布于贝力房-二道岭一带，总体走向呈NE向，与青龙山断裂带大致平行产出。长约27 km，宽为1～3 km，切割中元古界大红峪组、高于庄组地层、中生界燕山期花岗岩。该断裂带在区域内具有明显的分支复合现象，其主断裂倾向NW，倾角60°～70°。断裂带内发育断层角砾岩、碎裂岩等。区域内NE向大巴-后三角山大型韧性剪切带是由一系列的片理化带、糜棱岩化带、糜棱岩带、断裂破碎带组成，由数条剪切带平行排列构成宽度较大的韧性剪切带，其总体走向呈NNE向，倾向NW，倾角一般介于30°～70°之间，整体宽度为3～6 km。

研究区内出露的地层主要有中元古界长城系大红峪组(Pt21d)、中元古界蓟县系高于庄组(Pt22g)及新生界第四系(Q)(图1c)。其中大红峪组在研究区内出露面积较大，该组岩性以中厚层石英砂岩为主。高于庄组主要分布于研究区的东部及南部，其岩性以中厚层粒屑灰岩为主。研究区断裂构造发育，区内分布着F1、F2两条NE向断裂构造，其中F1断裂出露长度大于500 m，宽度介于0.1～0.4 m之间。断裂带内岩石被挤压破碎，局部地段见有断层泥，断层性质为逆断层，断层走向为NE向，倾向315°～345°，倾角65°～70°。F2断裂位于F1断裂的北部，其出露长度大于400 m，宽0.2～0.5 m，断裂带内岩石被挤压破碎，局部地段见有断层泥，断层性质为逆断层，断层走向为NE向，倾向320°～350°，倾角60°～65°。两条断裂带内夹有黑云斜长糜棱岩。

研究区内岩浆岩较发育，东南部及北东部出露燕山早期英安玢岩，北部出露片麻状闪长岩，西北部有2条花岗斑岩脉侵位于中元古界长城系大红峪组地层中(图1c)。

通过槽探及钻探工程揭露，在研究区内发现1条长度为160 m、真厚度为1.38 m呈脉状断续展布的金矿体，矿体赋存于2条断裂构造之间的糜棱岩中，且矿体走向与糜棱岩空间展布方向相一致(图1c)。矿体走向NE，倾向322°，倾角65°～70°，Au平均品位5.09×10-6。矿石类型为含金黑云斜长糜棱岩型，矿石结构以糜棱结构为主，构造以浸染状为主，矿石中金属矿物主要为黄铁矿，呈不均匀稀疏浸染状分布于矿石中。

2 1∶10000土壤地球化学测量

本次在研究区内开展了1∶10000土壤地球化学测量工作，面积为3.93 km2，野外采样网度为100 m×20 m，测线方位350°；样品采集于无污染的B层、BC层，深度一般介于15～30 cm。共采集样品1941件，在样品采集和加工过程中保证样品无污染，最终送到中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁测试研究所进行测试分析，分析元素有Au、 Ag、Cu、 Pb、Zn、Sb、As、Hg、Mn、Mo等 10种元素。

2.1 元素的变化系数、离散富集特征

表1显示，原始数据中Au、Mn 2种元素的变化系数大于1，表明这2种元素在区内分布特征具有不均匀性，同时也说明了Au、Mn元素参与了次生富集成晕的过程，极易形成地球化学致矿异常(袁和等，2017)。而其余8种元素的变化系数均小于1，说明这些元素在区内分布较均匀，没有较大的起伏变化(陈乐柱等，2016)，不利于在局部地段富集形成异常。

表1 土壤地球化学元素含量参数统计特征

运用1∶10000土壤地球化学测量所测得的各元素原始数据变化系数(Cv1)和经数据迭代后的变化系数(Cv2)来反映两组数据集的离散程度，Cv1/Cv2的比值可反映背景拟合处理时对特高值和特低值的削平程度(刘珏玉和孙成才,1990)。本文采用Cv1和Cv1/Cv2制作变化系数解释图(图2)，对研究区内各元素的成矿性进行评价。据图2显示：研究区内Au元素的离散程度较高，表明高值点较多，在局部地段富集成矿性较大，这可能与区域韧性剪切作用及岩浆活动具有密切关系。目前在研究区外围已发现多处相应的金矿床，如排山楼金矿床、新民金矿床等。区内Ag、Cu、Pb、Sb、Zn、Mo、Mn等9种元素的离散程度较小，高值点较少，局部富集成矿性较小。

图2 CV1和CV1/CV2变化系数解释图Fig.2 Interpretation diagram of change coefficients of CV1 and CV1/CV2

2.2 常规化探数据处理

2.3 数据建模

化探数据处理及异常圈定的方法较多(王磊，2010； 侯春秋等，2013；杨震等，2013；张洋洋等，2015；李欢等，2019；赵志飞等，2020)。本文采用“回归分析”的方法构建Au元素与其他相关元素间的回归模型，运用该模型求得Au元素的理论值以便有效圈定有用异常。回归建模不仅可以从不存在确定性关系的观测数据中找出相关变量之间的内在联系，同时还可以根据多个变量值(自变量)来预测另一个变量(因变量)的取值，最终达到所需要的精确度(任文秀等，2018)。

数据建模方法：首先对研究区1∶10000土壤地球化学测量原始数据进行奇异值处理，其次将处理后的数据运用多元回归分析构建全样本及异常样本预测模型(图3)。

图3 研究区常规方法Au元素测试值异常图Fig.3 Anomaly map of Au element test values by conventional method in the study area

(1)全样本回归模型的构建(AuY1)

以东五家子地区采集的1941件土壤地球化学测量数据为样本，将每件样品分析的10种元素测试值作为数据集，构建Au元素与其他9种元素多元回归预测模型，各参数见表2。

表2 模型AuY1回归建模参数统计表

AuY1=-8.53+0.016Ag+0.179As+0.077Cu+175.327Hg+0.068Pb-5.255Sb+0.06Zn+2.557Mo-0.001Mn。

图4 AuY1异常图Fig.4 AuY1 anomaly diagram

(2)异常样本回归模型的构建(AuY2)

为更加精准圈定找矿靶位，对化探数据进行二次建模。由于在自然界中金元素常以不均匀状态分布，为消除由金元素分布状态所引起的误差或低缓非致矿异常，在1941件样本中选取Au元素测试值大于其异常下限值3.18×10-9的594件样品数据为研究对象，构建Au元素与其他9种元素回归模型，各参数见表3。

表3 模型AuY2回归建模参数统计表

AuY2=-6.962+0.113Ag-0.123As-0.04Cu+287.729Hg+0.026Pb-12.331Sb+0.125Zn+5.774Mo-0.002 Mn。

图5 AuY2异常图Fig.5 AuY2 anomaly diagram

3 1∶10000激电中梯测量

在1∶10000地质调查及土壤地球化学测量的基础上，选择在研究区西北部开展1∶10000激电中梯测量(图1c)，面积为1.0 km2。测线方位350°，网度100 m×20 m。本次物探工作采用WDFZ-1型大功率智能发射机及WDJS-1数字直流接收机进行供电与接收。接收机自动测量存储自然电位、二次场、视极化率等参数。测量记录点号为MN中间号点。工作装置采用中间梯度装置，双向短脉宽供电方式。供电极距AB为1500 m，测量电极距MN为20 m，测量范围为AB的2/3，旁测线距主测线不大于AB的1/6。供电时间为8 s，断电延时200 ms。

3.1 岩石电性参数

经前人研究表明 (李祥才等,2009；赵胜金等,2018)，开展物探找矿工作的首要条件是金属矿体与围岩存在显著的物性差异。为此本次物探工作在研究区内测量了4种岩石类别，18块标本(表4)。

表4 岩石物性参数统计表

通过岩石物性测量发现，黑云斜长糜棱岩具有相对较高的极化率，变化范围在0.74%～2.35%，平均值达1.77%。花岗斑岩和石英砂岩极化率最低，平均值在0.62%～0.65%，花岗质片麻岩极化率略高，平均值为1.02%，也属低极化范畴，且三种岩石极化率幅值变化均较稳定。电阻率变化石英砂岩最高(15484 Ω·m)，花岗斑岩与黑云斜长糜棱岩电阻率次之，分别为13366 Ω·m及12115 Ω·m，花岗质麻岩电阻率较低，为4394 Ω·m，反应了不同岩石类型电性特征。黑云斜长糜棱岩的电阻率变化差异较大，最低范围在4035～24376 Ω·m，平均值为12115 Ω·m。区内黑云斜长糜棱岩的电阻率变化范围大，这主要与矿化蚀变程度有关。

根据上述分析，区内黑云斜长糜棱岩具有相对较高的极化率和中高电阻率，并且根据野外地质调查发现区内金矿化体赋存于黄铁矿化较强的黑云斜长糜棱岩中。

3.2 激电中梯异常特征

对实测极化率原始数据进行处理，首先剔除极高值和极低值，并以“平均值+2倍标准离差”计算极化率异常下限，求得视极化率异常下限值为2.6%。

据图6显示，研究区由北西向南东呈较为明显的视极化率变化特征，北西部相对低，南东侧相对较高。区内共圈定异常5处，异常编号为M1、M2-1、M2-2、M3、M4，其中M2-2异常为本次工作的重点找矿标志，该异常位于研究区西北部，呈NE向不规则条带状展布，异常宽介于30～350 m之间，其最大幅值为4.5%。结合化探异常的分布特征，M2-2异常与化探回归建模AuY2圈定的异常相吻合，认为该异常可能是由黄铁矿化较强的黑云斜长糜棱岩引起。M2-1异常带对应高阻异常，推测可能是由片麻状闪长岩与大红峪组地层接触局部变质作用导致。M1与M3异常表现为相对高极化特征，异常均呈带状展布，推测可能是与填充于岩石裂隙中的金属硫化物有关。M4异常呈大面积展布于大红峪组地层中，根据野外地质调查发现在该异常带内并未见到与金矿化关系密切的相关矿化，地表仅见有出露极少的灰黑色含碳质砂岩，推测该异常可能是由深部含碳质矿物引起。

图6 激发极化中间梯度测量视极化率平面等值线图Fig.6 Contour map of apparent polarizability measured by intermediate gradient of induced polarization1-物探异常靶区；2-视极化率异常等值线；3-物探工作区1-geophysical anomaly target；2-abnormal isoline of apparent polarizability；3-geophysical working area

4 成矿地质条件及找矿标志

综合找矿方法在寻找金属矿床方面是有效可行的(黄宁等，2016)，在地质找矿工作中扮演着重要的角色(时永志和李凯成，2014)，并且多种方法手段的结合与相互印证，可精准获得较为理想的矿体定位预测效果(何鹏等，2018)。本文根据研究区地质特征、1∶10000土壤地球化学特征和地球物理特征，对研究区成矿地质条件进行了分析，并总结了找矿标志。

4.1 成矿地质条件

(1)控矿地层：石英砂岩和花岗质片麻岩所夹持的黑云斜长糜棱岩是有利的含矿层位，其中石英砂岩起到成矿地球化学障作用，可有效阻挡因韧性剪切作用使得岩石在变质变形过程中产生的含矿变质热液向外部扩散，使含矿热液聚集于糜棱岩中。虽然糜棱岩粒度较细，但在韧性剪切作用下形成糜棱叶理，含矿热液可沿糜棱叶理面发生迁移，并随着物理化学条件的变化最终在成矿有利部位富集成矿。区域内典型的排山楼金矿、新民金矿床均产于黑云斜长糜棱岩中。

(2)控矿构造：区内2条NE向断裂构造控制着金矿体的产出，矿体整体产状与断裂带产状相一致，断裂构造带为含矿变质热液的运移、成矿物质的聚集提供了有利场所。同时两条断裂带内所夹持的糜棱岩常是韧性剪切作用的产物。因此，在韧性剪切变形变质作用下，原岩在塑性状态下发生物质成分的变化，矿物在动力重结晶过程中可释放金被活化进入流体相中，并沿剪切带发生迁移和交代作用，形成含金糜棱岩带。

4.2 找矿标志

(1)矿化蚀变：区内黄铁矿化与金矿化关系较为密切，黄铁矿化呈不均匀稀疏浸染状分布于黑云斜长糜棱岩中。根据排山楼金矿、新民金矿等矿床产出的特征显示，与金矿关系密切的矿化主要为浸染状黄铁矿化，为此浸染状黄铁矿化可作为区域内寻找金矿的重要标志之一。

(2)通过对1∶10000土壤地球化学测量数据的挖掘，确定了研究区以Au为主攻矿种。运用化探数据构建的回归建模AuY2在研究区内圈定了1处找矿靶位，异常分布于2条断裂带所夹持的黄铁矿化较强的糜棱岩中，异常带内Au最大含量值为1246×10-9，最小值为10.4×10-9，平均值为348.29×10-9，并且该异常与激电中梯M2-2异常套合较好，这为勘查工程的布置提供了理论依据。

(3)研究区内黑云斜长糜棱岩具有相对较高的极化率和中高电阻率，并且根据野外地质调查发现区内金矿化体赋存于黄铁矿化较强的黑云斜长糜棱岩中，因此高极化率、中高电阻率异常是本区内寻找金矿体的地球物理标志。

5 异常查证

根据回归建模构建的模型AuY1在研究区内共圈定3处Au异常，消除了常规方法圈定的一些非矿异常的干扰。但为更加准确地圈定找矿靶位，对化探数据进行二次建模构建了模型AuY2。模型AuY2在研究区内共圈定1处异常，该异常位于研究区西部，其编号为AuY2Ht-1，与激电中梯M2-2异常相吻合。由于化探常规方法对于缩小找矿靶位可以起到重要作用(俞胜等,2016)，本次工作对化探常规方法在研究区内圈定的具有3级分带明显的异常以及激电中梯圈定的5处异常进行槽探工程验证。结果显示，区内多处靶位验证效果并不理想。以化探常规方法圈定的AuHt-2号异常为例，该异常位于研究区东南部，分布于英安玢岩内，异常面积较大，呈不规则状展布，具有明显的3级分带，Au最大含量值为159×10-9，最小值为10.4×10-9，平均值为13.01×10-9，并且该异常与回归模型AuY1Ht-2异常相吻合。经TC28号槽探工程验证，探槽内并未发现与金矿化关系密切的相关矿化，仅见有绿泥石化，且采样化验结果不佳，Au品位为0.0～0.10×10-6。TC20号槽探对激电中梯M3、M2-1号异常进行工程验证，探槽内仅见较强的绿泥石化，对绿泥石化较强的部位进行采样，经化验分析结果显示，Au品位为0.0～0.03×10-6。

研究区内仅在回归建模AuY2Ht-1异常与激电中梯M2-2异常套合较好的地段发现了1条呈脉状断续展布的金矿体(图7)，矿体编号为T1，矿体赋存于区内2条断裂带所夹持的黄铁矿化较强的糜棱岩中，且矿体走向与糜棱岩空间展布方向相一致。

图7 综合异常平面图Fig.7 Comprehensive anomaly map1-化探数据二次建模AuY2异常；2-常规化探异常；3-化探测区；4-物探异常；5物探测区；6-矿体；7-断裂；8-勘探线；9-见矿钻孔及编号1-geochemical data secondary modeling AuY2 anomaly;2-conventional geochemical anomaly;3-geochemical exploration area;4-geophysical anomaly;5-geophysical exploration area;6-orebody;7-faults;8-exploration line;9-ore borehole and number

为查明矿体沿倾向向深部延伸情况，对其实施了钻探工程验证(图8)。T1号矿体长度为160 m，地表由TC4-1、TC8-1探槽工程控制(图7)，深部由ZK8-1钻探工程控制(见矿深度为102.1 m)，矿体水平厚度为1.53 m，厚度变化系数为0.037%。真厚度为1.38 m，走向NE，倾向322°，倾角65°～70°，Au平均品位5.09×10-6，品位变化系数0.27%。

图8 钻孔剖面图Fig.8 Borehole profile1-第四系；2-花岗片麻岩；3-黑云斜长糜棱岩；4-石英砂岩；5-断层；6-矿体；7-钻探工程及编号；8-槽探工程及编号1-Quaternary;2-granite gneiss;3-biotite plagioclase mylonite;4-quartz sandstone;5-fault;6-orebody;7-drilling and number;8-trench exploration and number

上述表明，运用回归建模构建的模型有效解决了因常规方法无法精准圈定找矿靶位预测的难题，并且在回归建模与激电中梯所圈定的异常套合性较好的地段作为研究区重点找矿靶位。

6 结论

(1)根据元素变化系数、CV1和CV1/CV2变化系数解释图对研究区内10种元素进行数理统计分析，得出研究区内Au元素成矿潜力较大，并且在研究区内已发现了金矿体，而其他元素的成矿潜力较小，经工程验证未发现其他矿种。

(2)根据地-物-化相结合的综合找矿方法在研究区内圈定了1处找矿潜力较大的靶位，经工程验证见矿效果较好，这在极大程度上提高了找矿效果。实践表明，综合找矿方法的应用是找矿勘探的有效手段，在东五家子地区开展的找矿工作中得到了显著效果，这为今后在该区域内实施找矿工作提供了指导思想和理论依据。