構造解析學與物探成果緊密結合是深部找礦突破的最佳途徑

1、構造解析學與物探成果緊密結合是深部找礦突破的最佳途徑 張寶華 蔡運勝 夏訓銀（天津華北地質勘查局地質研究所·300181）構造解析學理論和方法，是80年代馬杏垣教授最早引進、專門針對變質巖區(qū)和復雜構造區(qū)解決構造問題的一門學科。實踐證明該理論和方法對解決復雜構造和找礦難題是行之有效的，80年代許多困擾大型礦山的構造難題都因應用該學科，而得以解決，一些礦山由單斜變褶皺構造的認識，使礦山儲量成倍增長。筆者近30年來追隨老一輩地質學家學習和應用這一學科，并努力解決我國地質找礦方法的難題，直接為擴大礦山資源儲量服務。 在研究工作中深深體會到，深部地質找礦，首先要搞清工作區(qū)各種地質問題，但更重要

2、的是應搞清地質構造及其對礦體的控制規(guī)律，提出深部找礦預測部位，在此基礎上利用當今先進的物探新儀器設備和先進的計算機軟件，對深部地質體異常作出合理解釋。再這里是想通過應用構造解析理論弄清地質構造問題及其與物探結果緊密結合的實例，來闡述深部找礦的方法和技術問題。實例一：我國太古宙鞍山群鐵礦多期褶皺和構造置換是華北地臺北緣太古宙鞍山群巖石中的主要變形特征，也是對太古宙鞍山群鐵礦的形態(tài)、規(guī)模、產狀和分布規(guī)律的主要控制因素。鞍山群主要分布于華北地臺北緣東段的遼寧省本溪地區(qū)、清原地區(qū)及吉林省的渾江(現改為白山)地區(qū)。其中賦存的條帶狀鐵礦(常稱BIF)是我國東北地區(qū)鋼鐵工業(yè)的重要礦石來源。多年來，太古宙鞍山

3、群吸引了國內外大批地質工作者，對其巖石分布區(qū)開展了廣泛的地質測量、地質勘探及多學科研究工作，取得了可觀的鐵礦儲量和豐富的地質理論成果。然而由于該巖群在20多億年的地質歷史中，經歷了多次強烈地殼運動，每次的地殼運動又產生不只一期的構造變形；不同期次的構造變形相互疊加改造，造成該巖群地質構造相當復雜。在這種復雜的地體中恢復地層層序和構造變形序列，就顯得更加艱巨。多年來，對本區(qū)鞍山群地層劃分上有過不少爭議，構造格架上眾說紛紜。筆者經過近10余年來對該巖群專門性的構造變形研究，認為該巖群構造變形的最大特點，就是多期褶皺變形和強烈的構造置換作用；賦存于該巖群的鐵礦完全受這兩種構造形式控制。1 多期褶皺在

4、鞍山群中的表現特征有關太古宙鞍山群構造復雜與簡單之爭，早已被多期褶皺變形的事實而結束。人們在研究太古宙巖群構造時發(fā)現，在華北地臺乃至世界范圍內，太古宙巖群至少發(fā)育兩期以上的褶皺變形。在鞍山群分布區(qū)內，各地構造變形特征、發(fā)育程度盡管不是完全相同(表1)，但總體可以劃分出4期比較顯著的褶皺變形。其構造樣式從早期到晚期有從明顯的不協(xié)調緊閉型向開闊型過渡的特征，表現出從早到晚巖石從塑性向脆性的演變過程。各期褶皺變形主要特征如下：1.1 第l期褶皺變形該期裙皺(F1)在鞍山群分布區(qū)內廣泛發(fā)育，與其伴生的面構造(S1)和線構造(L1)均強烈發(fā)育。該期褶皺(F1)為鞍山群中最早的變形褶皺，其大小從手標本到區(qū)

5、域規(guī)模的都有。在本溪地區(qū)和渾江地區(qū)都是以該期褶皺為主的構造控制區(qū)，形成區(qū)域性的大型褶皺。其形態(tài)為不協(xié)調緊閉同斜型(圖1)。若按Ramsay的分類應屬2型，部分屬1B2型的過渡類型。該期褶皺幾乎均見于鐵礦體中，以鐵礦中的硅鐵條帶為形面。面構造(S1)：為新生的構造面，已完全置換了原始層理(S0)(即S1S0)。為鞍山群中發(fā)育最好、分布最廣的一種透入性面狀構造，為該期褶皺的軸面構造。主要由斜長石、角閃石、陽起石、綠泥石及云母等礦物和壓扁的石英集合體定向排列而顯示的面理及鐵礦中的硅鐵條帶面(硅鐵條帶面雖屬沉積條帶，但已完全被S1所置換，不具S0的意義)。線構造L1：主要為不同規(guī)模的褶軸、窗欞及一些平

6、行褶軸的細條紋。褶皺的規(guī)模越大，其窗欞規(guī)模也越大。固其主要發(fā)育于褶皺轉折端部位，所以窗欞是確定褶皺的指示性線理。l.2 第2期褶皺變形該期褶皺變形，在鞍山群巖石各分布區(qū)內發(fā)育程度不盡相同(見表1)。在清原地區(qū)發(fā)育最好，并伴有軸面構造S2和軸線構造L2。第2期褶皺(F2)其形面為S1，規(guī)模從中小型到大型都有。形態(tài)以中等開闊為主，并見緊閉同斜型(圖2)。與F1褶皺疊加形成Ramsay分類的3型干擾格式。圖1 鞍山群小型裙皺F1a一本溪地區(qū)；b一渾江地區(qū)表1 華北地臺北綠東段各地區(qū)鞍山群構造變型特地區(qū)第1期構造變形第2期構造變形第3期構造變形第4期構造變形本溪強烈發(fā)育，褶皺為緊閉同斜型，中小型至大型

7、規(guī)模都有，軸面為S1，形面為S0，線構造L1發(fā)育弱發(fā)育強烈發(fā)育，緊閉至開闊型褶皺均有，規(guī)模從小型至大型，褶皺面為折劈理S3，線構造L3發(fā)育，后期為置換作用發(fā)生較發(fā)育，褶皺為較開闊的中小型，軸面及線構造不發(fā)育（褶皺除外）清原較發(fā)育，褶皺以小型緊閉同斜型為主， S0為形面，S1為軸面，褶軸、窗欞等線構造L1發(fā)育強烈發(fā)育，明顯形成褶皺帶，即形成大型褶皺，軸面為折劈理S2，形面內S0、S1，線構造L2有窗欞、褶軸較發(fā)育，褶皺為中小型，較開闊，線構造L3弱發(fā)育，一些部位有韌性剪切帶發(fā)育發(fā)育寬緩褶皺，不發(fā)育軸面及褶軸以外的線構造渾江強烈發(fā)育，褶皺為緊閉同斜型，中小型至大型都有，S0為形面，S1為軸面，線構

8、造L1發(fā)育表現為強烈的面置換，褶皺石香腸化，有的部位發(fā)育韌性剪切帶弱發(fā)育弱發(fā)育圖2 第2期小褶皺(清原地區(qū))a一開闊的；b緊閉的1.3 第3期褶皺變形該期以較開闊的褶皺為主幾乎沒有軸面構造和褶軸以外的其他線構造。該期裙皺規(guī)?？梢詮闹行⌒椭链笮?。主要在本溪地區(qū)強烈發(fā)育，使北臺至歪頭山早期褶皺F1再次褶皺，產生Ramsay分類的3型褶皺干擾格式。1.4 第4期褶皺變形該期褶皺主要發(fā)育于本溪地區(qū)，表現為一系列舒緩波狀褶皺，多為中小型，局部地段可以見到露頭規(guī)模的。該期裙皺與F1、F3褶皺疊加關系清楚，形成類似Ramsay所劃分的2型干擾格式(圖3)。2 構造置換特征構造置換是巖石中一種構造在遞進變形的

9、改造過程中，被另一種構造所代替的現象。最常見的是原始沉積層理，在褶皺發(fā)展過程中被新生的軸面構造所置換；而產生新生面理的作用力不斷作用下，又可以使早期完整褶皺與巖石一起拉斷形成石香腸構造。因此，構造置換主要表現在面理置換和褶皺的石香腸化兩個方面。2.l 面理置換面理置換程度與巖性強度和變形強度有關，通常可以產生不只一次的面理置換，如新生的第1期褶軸面S1置換原始沉積層理S0，第2期褶軸面S2置換S0、S1，或S3置換S2、S1 和S0。但置換作用最強的往往是S1對S0的置換。圖3 本溪北臺鐵礦區(qū)F4與F1、F3的疊加鞍山群巖石面理置換特征主要表現為，新生的構造面理，即第1期褶軸面面理S1在整個巖

10、石中均廣泛發(fā)育，構成透入性面構造。區(qū)內從宏觀到微觀所見到的顯著面理皆為此類。除鐵礦層外已見不到原始沉積層理S0。在鐵礦層的褶皺轉折端部位，可以見到兩種相交面理，一種為新生的軸面構造(以礦物定向形式表現出來)，另一種為鐵礦中的硅鐵條帶面(由不同成分巖石而顯示的不同顏色條帶表現出來)。在褶皺翼部，兩種面理平行排列，即S0被S1所置換(見圖1b)。在其他巖石中，因沒有明顯原始沉積標志被保留，所以很難見到殘留的原始沉積層理S0和以S0為形面的褶皺。圖4 本文與前人對渾江板石淘鐵礦新生的構造面理S1，在巖性不同的巖石中，表現形式也不盡相同。在條帶狀磁鐵石英巖中，表現形式也不盡相同。在條帶狀磁鐵石英巖中，

11、除在褶皺轉折端部位表現為礦物的定向面理與硅鐵條帶面相交外，其他部位均表現為定向礦物與條帶面方向一致。但與原始沉積條帶S0不同的是，該面理不僅發(fā)生了重新定位，而且在變形變質作用下，礦物成份也發(fā)生程度不同的分異作用和重結晶作用，使條帶面更加清楚。這可以從轉折端部位S1強發(fā)育和S0弱發(fā)育得到證實。在斜長角閃巖中，S1面理是由角閃石、黑云母、斜長石及石英等礦物定向排列和分異的硅質條帶(或條紋)表現出來。在花崗質巖石中，則為石英、長石、黑云母等礦物的定向排列而構成的片麻理。過去很多人將這種新生構造而理S1，誤認為原始沉積層理，結果造成了地層劃分、構造格架的建立及礦體形態(tài)的確定等一些主要地質問題上的錯誤(

12、圖4)。2.2 褶皺的石香腸化這是構造置換的另一表現形式，它往往發(fā)生在強烈的面理置換之后，其作用力不斷加強的情況下。因其表現出香腸狀的外觀，而內部巖石又發(fā)生強烈褶皺，故名為褶皺的石香腸。該置換現象在區(qū)內廣泛發(fā)育。如北臺至歪頭山近10來個鐵礦床(點)，每個均為褶皺的石香腸體，應為原來連續(xù)的裙皺，在強烈構造置換下拉斷的產物。如，渾江地區(qū)板石溝鐵礦，前人將零星出露的鐵礦劃分為170多個礦體，又把多個礦體集中分布的地段劃歸為19個礦組，并把礦體的這種不連續(xù)視為原始沉積和斷層錯斷的結果。我們在詳細構造變形研究基礎上，認識到所有礦組部位，都不是多條礦體的簡單集中，而是它們已共同組成了不協(xié)調褶皺形態(tài)，一些部

13、位雖有拉斷，但多數部位均為連續(xù)的(圖4)，表現出完整的褶皺形態(tài)，那些單個板狀鐵礦體部位屬原來褶皺翼部產物。即所謂的礦組部位是早期褶皺的被拉斷的次級褶皺部位，構成工業(yè)礦體，而單個礦體是早期褶皺被拉斷的翼部部位。需要指出的是一些強烈構造置換部位已構成小型韌性剪切帶形式。3 構造變形對鐵礦床的控制本區(qū)鞍山群以多期強烈褶皺變形和強烈構造置換兩種構造變形為主要特點，決定了其間的鐵礦也主要受這兩種構造形式的控制關系。3.1 多期褶皺對鐵礦的控制主要表現在褶皺使鐵礦層重復變厚變富和褶皺作用使礦層產狀發(fā)生變化。鐵礦的重復變厚變富：在褶皺發(fā)育過程中，由于單個褶曲的軸部與翼部應力差的明顯差別，促使成礦物質從應力大

14、的翼部向應力小的軸部擴散、遷移，造成軸部礦體加厚和變富。歪頭山鐵礦就是一個較典型例子。另一方面褶皺的多次重復，使原本不具工業(yè)規(guī)模的鐵礦層形成厚大礦體(圖5)。我們在研究過程中曾注意過這種重復加厚的實例，通常褶皺的鐵礦床與未褶皺的鐵礦床厚度之比為3：1，但多數都超過該比值，因造成鐵礦重復的褶皺多為相似式同斜形態(tài)。鞍山群鐵礦床幾乎都是摺皺重復的產物。板石溝鐵礦所謂礦組，不是多個礦體簡單的集中，而是在原始一、二層沉積鐵礦基礎上摺皺重復的結果。圖5 褶皺重復使鐵礦層變厚鐵礦層產狀的變化，由于多期褶皺疊加，第1期褶皺使單一鐵礦層產狀發(fā)生變化，第2期褶皺又使第1期褶軸面及翼部發(fā)生彎曲，即后期使前期褶皺軸面

15、及兩翼巖層發(fā)生彎曲。因此在多期褶皺區(qū)中的鐵礦層產狀是很不穩(wěn)定的。在前期褶皺占主要的控制區(qū)，前期褶皺產狀占主導，局部受后期褶皺影響發(fā)生變化；而在后期褶皺占主要的改造區(qū)中，后期褶皺產狀占主導，前期褶皺產狀不穩(wěn)定。本溪北臺鐵礦就是以第1期褶皺占主導的控制區(qū)，鐵礦總體顯示第1期褶皺控制，但局部又受第3期褶皺影響。如地表北東傾的鐵礦，而到深部受第3期褶皺改造，使具同斜褶皺的鐵礦層再次發(fā)生彎曲，產狀變?yōu)楸蔽鲀A。弄清了褶皺的多期疊加規(guī)律，在生產、探礦中可以達到事半功倍的效果。3.2構造置換對鐵礦的控制構造置換使鐵礦體近等間距分布強烈的構造置換產生廣泛分布的新生構造面理產生大規(guī)模的褶皺石香腸塊體。因此褶皺的石

16、香腸塊體是本區(qū)太古宙鞍山群鐵礦的另一主要控制特征。由于每個褶皺的石香腸體是在近相等的作用力下產生的，所以石香腸體之間的間距，理論上講應該是大致相等的，這就決定了鐵礦體分布上的近等間距性。如北臺歪頭山一帶有多個鐵礦床，它們的間距大致為6km，板石溝鐵礦各礦組之間大致相距1km。根據這一分布規(guī)律可以較好地預測相鄰的盲礦體，指導生產找礦。3.2.2 構造置換控制鐵礦體在褶皺樞紐方向上的尖滅再現構造置換作用產生新的構造面理，使完整的褶皺拉斷，但這種作用力多數情況下，不與主要控礦的褶皺軸垂直，而是斜交。這樣不僅使鐵礦體在水平上拉斷，形成近等間距的鐵礦褶皺石香腸體，而且在褶皺的樞紐方向上也拉斷，形成樞紐方

17、向上的鐵礦尖滅再現。拉斷的間距與各地區(qū)的構造置換強度有關，也可以從一些小型標志層的拉斷來推斷。渾江板石溝鐵礦區(qū)拉斷間距與鐵礦體的大小近相等。運用這一規(guī)律對板石溝鐵礦深部做了較好的找礦預測。弄清工作區(qū)內構造及其對礦體的控制規(guī)律后，再結合區(qū)內物探磁測結果，就能對深部隱伏鐵礦體賦存部位做出準確預測。實例二：非洲剛果（金）銅鈷礦2005年我們與中國北方公司簽定協(xié)議，開展“剛果（金）加丹加省堪蘇祁勘查區(qū)鈷（銅）礦找礦區(qū)段研究”項目。該銅（鈷）礦區(qū)，區(qū)域上位于世界上最大層控類型的中非銅（鈷）礦帶上。為典型的元古代、層狀銅（鈷）礦床。也有人根據礦體明顯受地層和褶皺控制的特點（在褶皺轉折端富集、加厚），劃歸為

18、沉積變質礦床。該銅礦帶，從贊比亞北部一直延伸到剛果（金）南部，礦帶呈南東北西向展布，寬近60公里，長近600公里，兩個國家各占二分之一左右 。該銅礦帶賦存著豐富的銅鈷礦床，據不完全統(tǒng)計：剛果加丹加贊比亞銅鈷礦帶集中了世界上70%的鈷礦資源，也是僅次于南美的全球第二大銅礦帶。銅礦儲量占世界總儲量的20%，剛果（金）鈷儲量排在世界第一位，其產量曾占世界總產量的66%。贊比亞銅礦以層狀礦體為主，而剛果（金）礦體為層狀和脈狀。單個礦體厚727米，走向延長大于2公里，傾斜延伸大于1公里。平均含銅3.5%、鈷0.150.18%。贊比亞重要礦床有：恩卡納，齊布盧瑪和巴盧巴。剛果（金）有：科盧韋齊，卡莫托木索

19、偌，基普希，騰凱豐古魯梅和欣科洛布韋。本次工作的主要成果1、弄清了本區(qū)構造控礦規(guī)律。指出構造推覆體為總體構造特征，推覆體內的強變形帶(韌性剪切帶)為鈷礦的運移通道和賦存空間，指明了本區(qū)鈷礦找礦方向。2、整個堪蘇祁礦區(qū)（包括查巴拉礦段），鈷礦化的發(fā)育并不局限于某個特定的巖性層位，而是主要產于大型韌性剪切帶中的強變形帶及晚期的韌脆性階段的鱗片狀帶中，圍繞著帶內構造透鏡體邊部呈脈狀、囊狀、分枝狀、扁豆狀斷續(xù)分布，而且韌性剪切帶中的強變形帶不只一條，由此造成本區(qū)礦化帶多層次、多條帶分布的特點。本次使用EH4電導率剖面儀取得了真實可靠的原始資料后，到室內利用相應的軟件對原始數據進行處理和反演計算，得出能

20、夠反映地下地質體分布特征的地電斷面圖，包括電阻率深度斷面圖和影象斷面圖。其異常特征與地質構造認識完全一致,異常集中在與地表相對應的緩傾斜的帶內,并成團塊狀異常形式,與地表礦體圍繞構造帶內呈脈狀、囊狀、分枝狀、扁豆狀斷續(xù)分布現象相同，較好地驗證了地表地質認識.2006年甲方鉆探結果完全證明其地質認識及物探測量推斷的正確。實例三:俄羅斯伊爾庫斯克市葉爾果如金銀多金屬礦1.1 伊爾果茹礦田（床）位于我國內蒙古區(qū)的正北部，著名的貝加爾湖西部約500公里。前人認為屬朱高雅克礦結成礦區(qū)內，分屬于哈依拉米諾蘭德托斯克成礦帶。礦區(qū)主要發(fā)育下元古界和下泥盆統(tǒng)：下元古界為阿勒哈迪爾斯克巖系，具淺變質作用（PR1a1h1），巖性主要為火山巖碎屑巖碳酸鹽巖建造。下泥盆統(tǒng)：為上涅爾辛斯克火山巖系（D1Vn1），巖性為粗面玄武巖粗面流紋巖，粗面安山巖等，分布于礦區(qū)西南。與古生代侵入巖有關的礦產為W、Mo，主要為各種類型的花崗巖，分布于朱高雅克成礦區(qū)。與泥盆紀侵入巖有關的礦產為Nb、Sn、Be、Mo、Zn、Al，主要與白崗花崗巖，亞堿性正長巖、花崗斑巖有成因聯(lián)系；與淺色脈巖（安山巖、安山斑巖、正長斑巖、流紋斑巖）有關的礦產有稀有金屬、多金屬、金（如分水嶺、高列洛耶和葉爾