基于矿床成矿系列的三维成矿预测以安徽铜陵矿集区为例

第３０卷　第１期２０１６年２月现　代　地　质ＧＥＯＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ．３０　Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１６基于矿床成矿系列的三维成矿预测———以安徽铜陵矿集区为例向　杰１，２，陈建平１，２，胡　桥１，２，安文通１，２，尹晓云１，２（１．中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京　１０００８３；２．中国地质大学（北京）国土资源与高新技术研究中心，北京　１０００８３）　　收稿日期：２０１５０９１２；改回日期：２０１５１２２１；责任编辑：楼亚儿。　　基金项目：中国地质调查局项目“老矿山找矿技术创新与示范”（１２１２０１１２２０７３７）。　　作者简介：向　杰，男，博士研究生，１９９０年出生，地球探测与信息技术专业，主要从事矿产资源定量预测与评价研究。Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。　　通信作者：陈建平，男，教授，博士生导师，１９５９年出生，地球探测与信息技术专业，主要从事矿产资源定量预测与评价研究。Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。摘要：为了对安徽铜陵矿集区深部矿产资源进行定量预测评价，并按不同矿床类型实现混合成因预测，以矿床成矿系列为指导开展三维成矿预测很有必要。在前人研究的基础上，总结归纳了研究区两个矿床成矿系列：与燕山期岩浆作用有关的成矿系列和沉积－改造（变质）成矿系列，以及斑岩－矽卡岩－热液型成矿模式，并利用三维可视化技术，对研究区进行了三维地质建模。在此基础上，运用“立方块预测模型”找矿方法，对研究区开展三维成矿预测，根据信息量值结合地质情况圈定了１４个找矿远景区。该研究成功地将传统二维成矿预测理论与三维可视化技术结合，将区域矿产预测拓展到三维空间，更有利于区域范围内隐伏矿体的圈定工作，亦为今后的三维成矿预测工作提供了参考。关键词：铜陵矿集区；矿床成矿系列；立方块预测模型；信息量；三维成矿预测中图分类号：Ｐ６２８；Ｐ６１２　　　　文献标志码：Ａ　　　　文章编号：１０００－８５２７（２０１６）０１－０２３０－０９３ＤＭｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＭｉｎｅｒｏｇｅｎｅｔｉｃＳｅｒｉｅｓ：ＡＣａｓｅＳｔｕｄｙｉｎＴｏｎｇｌｉｎｇＭｉｎｅｒａｌＤｉｓｔｒｉｃｔｏｆＡｎｈｕｉＸＩＡＮＧＪｉｅ１，２，ＣＨＥＮＪｉａｎ-ｐｉｎｇ１，２，ＨＵＱｉａｏ１，２，ＡＮＷｅｎ-ｔｏｎｇ１，２，ＹＩＮＸｉａｏ-ｙｕｎ１，２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｉｇｈＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＴｏｎｇｌｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｄｉｓｔｒｉｃｔａｎｄｉｍ-ｐｌｅｍｅｎｔｍｉｘｅｄｇｅｎｅｓｉｓｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｔｙｐｅｓ，３Ｄｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｍｉｎｅｒｏｇｅｎｉｃｓｅｒｉｅｓｉｓｉｍｐｅｒａｔｉｖｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｗｏｍｉｎｅｒｏｇｅｎｉｃｓｅｒｉｅｓｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍｉｎｅｒｏｇｅｎｉｃｓｅｒｉｅｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅＹａｎｓｈａｎｉａｎｍａｇｍａｔｉｓｍａｎｄｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ-ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ）ｍｉｎｅｒｏｇｅｎｉｃｓｅｒｉｅｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｐｏｒｐｈｙｒｙ-ｓｋａｒｎ-ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ．Ｕｓｉｎｇ３Ｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ３Ｄｄｉｇｉｔａｌｍｉｎｅｉｓｍｏｄｅｌｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｂｙｉｍ-ｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ“ｃｕｂｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｍｏｄｅｌ”ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃｐｒｅ-ｄｉｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ，ａｎｄｄｅｌｉｎｅａｔｅｄ１４ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔａｒｇｅｔｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｇｅｏｌｏ-ｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｏｕｒｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｗｏ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｇｉｏｎａｌｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈａｄｖａｎｃｅｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ，ａｎｄｅｘｔｅｎｄｓｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｍｉｎｅｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎｔｏｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐａｃｅ，ｍａｋｅｓｉｔｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｃｏｎｃｅａｌｅｄｏｒｅｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎｗｏｒｋｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒｅ-ｇｉｏｎ，ａｎｄａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｕｔｕｒｅｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｏｎｇｌｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｄｉｓｔｒｉｃｔ；ｍｉｎｅｒｏｇｅｎｉｃｓｅｒｉｅｓ；ｃｕｂｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｍｏｄｅｌ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｑｕａｎｔｉｔｙ；３Ｄｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ０　引　言成矿系列的概念是由程裕淇、陈毓川、赵一鸣于１９７９年提出［１］。经过３０多年的研究，逐步得到完善。矿床成矿系列是成矿系列概念中的核心组成部分，自从矿床成矿系列概念提出以来，我国的广大地质工作者以成矿系列为指导，在地质找矿勘查中取得了显著成绩［２］。２１世纪以来，在三维基础上利用计算机三维建模技术和地质统计学进行隐伏矿三维定量预测已经成为矿产勘查一大亮点［３］。通过对矿区的三维地质建模，能够形象直观地反映各种地质体、地球化学异常、地球物理异常之间的互相关系。另外，通过对块体模型进行赋值，利用地质统计技术对空间数据进行科学计算，可以更科学地实现定位、定量预测的目的［４］。目前区域矿产资源评价运用三维预测方法往往只针对单一矿种或单一矿床类型，没有从矿床成矿系列角度进行混合成因类型预测。陈毓川曾指出，成矿系列的核心思想就是认为矿床是以矿床组合自然体存在的，而这种矿床组合是在一定的地质构造环境中，由不同矿种、不同成因的矿床所组成的［５］。本文基于对安徽铜陵矿集区矿床成矿系列的总结，并以此为指导开展了矿集区三维成矿预测研究。１　区域地质铜陵矿集区位于下扬子坳陷带中部，贵池—马鞍山印支期隆起带中部的铜陵凸起中。西与华图１　铜陵矿集区大地构造位置（ａ）［１９］和铜陵矿集区地质简图（ｂ）［２０］Ｆｉｇ．１　ＴｅｃｔｏｎｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＴｏｎｇｌｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｄｉｓｔｒｉｃｔ（ａ）［１９］ａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆＴｏｎｇｌｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｄｉｓｔｒｉｃｔ（ｂ）［２０］北地块和大别地块毗邻，以郯庐断裂为分界，南东与江南台隆相接。南、北两侧由东西向的隐伏基底断裂围限，与贵池、繁昌两个北东向的Ｓ状隆褶带相隔［６］；东、西两侧分别以北东向断裂带为界，构成一个菱形隆起地块。本区构造格局由近东西向、近南北向的基底断裂及北东向印支期褶皱和燕山期断裂为主的盖层构造组成［７］。本区地层除缺失中—下泥盆统外，出露志留系到第四系，累计厚度大于４５００ｍ。在燕山期岩浆活动强烈，地表出露的小岩体约有７６个，面积７０ｋｍ２，主要为辉石闪长岩－闪长岩－石英闪长岩－二长岩－花岗闪长岩［８－１０］。矿集区从西至东分布有铜官山矿田、狮子山矿田、新桥矿田、凤凰山矿田和沙滩角矿田（图１）。２　矿床成矿系列矿床成矿系列是“在一定的地质历史时期或构造运动阶段，在一定的地质构造单元及构造部位，与一定的地质成矿作用有关，形成一组具有成因联系的矿床的自然组合”［１］。前人对该区矿床开展了大量的研究工作，提出了矽卡岩型、同生沉积型、（喷流）沉积－热液叠加改造型、层控矽卡岩型［１１－１４］、广义矽卡岩型－斑岩型－热液型［１５］和斑岩－矽卡岩型［１６］等观点，以及“三位一体”成矿模式［１７］、“多层楼”成矿模式［１８］。为更好地开展该研究区的定量预测，通过综合研究该区铁、铜、金等矿床，得出该区主要分为与燕山期岩浆作用有关的成矿系列和沉积－改造（变质）成矿系列。２.１　与燕山期岩浆作用有关的成矿系列本系列主要形成于中生代板内变形阶段，是１３２　第１期向　杰等：基于矿床成矿系列的三维成矿预测———以安徽铜陵矿集区为例与燕山期构造—岩浆活动密切相关的铜、金成矿系列。预测类型亚类属于铜陵式，成矿区带属于安庆—铜陵—繁昌Ｃｕ－Ｆｅ－Ｐｂ－Ｚｎ－Ａｕ－Ａｇ－硫铁矿－明矾石成矿亚带。成矿时代为燕山期，成矿与高钾钙碱性花岗质岩石有密切的成因联系，属于比较典型的斑岩－矽卡岩成矿系统。本系列进一步分为３个亚系列。（１）接触交代矽卡岩型（凤凰山式）：成矿时代为燕山期晚侏罗世，大地构造位置处于下扬子前陆坳陷带地幔上隆区，基底断裂主要为东西向、近南北向断裂，盖层构造以北东向印支期褶皱、燕山期断裂为主。矿床受区域东西向大断裂、南北向盖层断裂及北东向新屋里复向斜组成的网格状构造体系复合控制。岩体与围岩间的接触带构造，为矿体的主要赋存空间。（２）热液型（姚家岭式）：成矿时代为燕山晚期，构造位置属于铜陵隆起与繁昌盆地过渡部位，靠近铜陵隆起的一侧。花岗闪长斑岩中Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等成矿元素的含量高于邻近的岩体，是该类型主要的成矿物质来源。区内石炭－二叠系地层是区域内重要的Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｚｎ矿源层，也为成矿提供了较多的物质来源。成矿流体以岩浆期后热液为主。（３）斑岩型（舒家店式）：成矿时代为燕山中期，大地构造处于下扬子前陆坳陷带，铜陵断块隆起区内。东西向、近南北向、北东向基底断裂发育。盖层构造以北东向印支期褶皱、燕山期断裂为主。基底断裂及燕山期断裂构造控制着区域内岩浆活动及矿化作用。北东向压性断裂是区内主要的岩浆通道，其产生的同方向构造破碎带是矿区内重要的控矿构造。在岩体接触带内侧裂隙发育，构成舒家店铜矿的主要聚矿空间。由于铜陵地区大量的碳酸盐岩发育，矽卡岩型矿床比斑岩型矿床更加发育，而且具有通常可见的矿化分带特征，即斑岩型矿床出现在岩体隆起部位，而接触带为矽卡岩型矿床，向外有矽卡岩－热液型金矿和铅锌矿［１６］，这样的分带特征为我们的预测提供了很好的参考。２.２　沉积－改造（变质）成矿系列本成矿系列主要形成于古生代的盖层沉积阶段，多生成于滨海—浅海相沉积环境，以炭质页岩、粉砂质粘土岩和白云岩为主，通过正常的沉积成矿作用而形成原始的黄铁矿层或菱铁矿层，经过燕山期岩浆热液进一步叠加、复合而形成矿床，属于层控矽卡岩型（冬瓜山式）。层控矽卡岩型（冬瓜山式）：成矿时代为晚侏罗世至早白垩世，大地构造位置处于扬子板块的东北缘，属大别造山带的下扬子前陆坳陷褶皱带内，铜陵—戴家汇岩浆断裂活动断块区。该系列矿床具有同生沉积和后生岩浆热液叠加改造两期矿化特征［２１］。典型矿床如冬瓜山、新桥硫铜多金属矿。冬瓜山矿床的铁矿成矿物质既有地幔深部岩浆携带的铁质来源，又活化、迁移了上石炭统白云岩地层中同生沉积的黄铁矿层中的铁质，在上泥盆统五通组与石炭系地层间的层间滑脱构造中富集成矿。基于对以上的总结认识，本文建立了铜陵地区成矿模式（图２）。深部岩浆房分异出成矿热液流体，沿断裂上升萃取成矿物质。成矿热液流体上升至浅部侵入体并受上覆硅质岩或砂岩圈闭时，在侵入体中形成斑岩型矿床；成