內(nèi)蒙古哈達門溝金礦區(qū)深部找礦方法綜合應用研究

楊 彪, 陳孝強, 王文杰, 徐浩清, 蘇攀云,4

(1.中國地質調查局 呼和浩特自然資源綜合調查中心，呼和浩特 010010；2.中國地質調查局 地球物理調查中心，廊坊 065000；3. 成都理工大學 地球科學學院，成都 610059；4.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京 100083 )

0 引言

哈達門溝金礦位于華北克拉通北緣西段，是烏拉山-大青山金成礦帶中規(guī)模最大的金礦[1]。該金礦自1986年發(fā)現(xiàn)以來，目前已累計探獲金資源儲量達140 t左右[2]。通過前人近二十多年的不斷研究，哈達門溝金礦床在成礦地質背景、構造控礦與構造演化、成礦流體以及成礦年代學研究等方面取得了豐富的科研成果[3-13]。目前該礦床的礦床成因研究主要有以下幾種觀點：①與韌性剪切帶相關的變質及后期改造成礦成因；②海西中期構造-巖漿活動和印支早期巖漿熱液活動相關的熱液型金礦床；③與堿性成礦流體有關的中高溫巖漿熱液的偉晶巖型金礦床。而世界上的金礦多與斷裂構造有著極為密切的關系，深部的斷裂構造為金礦最后的成礦提供著重要的物質來源通道與深部地球動力學支撐[14-15]。

區(qū)內(nèi)地層圍巖與礦體(礦化帶)物性差異不大，同時偉晶巖分布廣泛，其物性特征與含礦石英脈相差無幾，礦脈(礦化帶)整體比較窄，這樣就造成通過物性差異性確定礦體位置的工作較難實現(xiàn)。但由于礦體(礦化帶)與斷層(構造破碎帶)有很密切的關系，可以通過識別斷層與圍巖的物性差異,從而實現(xiàn)間接確定礦體賦存的大致位置的目的。根據(jù)目前最新勘查成果，礦區(qū)100號脈具有明顯的控礦構造特征，礦體上下盤均與構造破碎帶密切相關，構造破碎帶的出露位置多數(shù)為礦體上盤，偶見有穿切礦體。通過實際地質情況與鉆孔剖面分析，構造破碎帶整體呈南傾，傾角為55°～75°，寬為2 m至15 m±。

礦區(qū)內(nèi)開展過的地球物理工作主要有兩方面：①陳孝強等[16]通過EH4連續(xù)電導率測量，識別出礦區(qū)內(nèi)主要地質單元(山前斷裂)、成礦地質單元與圍巖間明顯的電性差異，以推測探討深部礦體的連續(xù)性問題，但隨著勘查工作的不斷深入(目前礦區(qū)最深施工鉆孔已達970 m)，單一的電法測量已無法滿足深部礦體的地球物理評價工作；②王春生等[17]通過CSAMT工作對主要地質單元、成礦地質單元進行了深部探測，發(fā)現(xiàn)成礦的有利區(qū)域一般集中在低阻或高低阻的梯度帶。本次工作對前人開展的CSAMT測量工作進行深部構造行跡的有效解釋，結合區(qū)域地震剖面資料，探討成礦機制，進而為深部找礦勘查提供依據(jù)[18]。

1 礦區(qū)概況

1.1 地質特征概況

研究區(qū)位于陰山隆起與鄂爾多斯拗陷兩個Ⅲ級構造單元的臨界處，礦區(qū)構造活動復雜強烈，期次多，繼承性明顯，褶皺構造及斷裂構造均比較發(fā)育[7]。區(qū)域內(nèi)基底巖系遭受了麻粒巖相—高角閃巖相及混合巖化作用，同時出現(xiàn)了大量的巖漿活動。它們一并經(jīng)歷了前期固態(tài)流變、主期彈塑性彎曲和后期脆性破裂等不同世代，不同構造層次的構造復合和改造[10]。成為一個變質-巖漿-構造作用十分活躍的高級變質區(qū)，最后形成強烈定向的東西向線性構造帶。主要包括烏拉山復背斜、韌性變形帶、山前大斷裂、山后大斷裂及其派生的控巖、控礦(脈)斷裂、成礦后多期活動的斷層等[12]。包頭—呼和浩特深大斷裂在研究區(qū)南側通過，為南傾斜的正斷層，礦區(qū)的斷裂構造均為其次級構造，十分發(fā)育。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有太古界集寧群及烏拉山群、早中元古界二道洼群和馬家店群以及中生界石拐子群、侏羅系大青山組和白堊系固陽組(圖1)，相比之下，古生界寒武系、下奧陶統(tǒng)、石炭系和二疊系地層分布比較零星。賦礦地層主要為中太古界烏拉山(巖)群第一巖組第一、二巖段，按巖性分別為黑云角閃斜長片麻巖(Ar2wl1-1)、含榴石黑云斜長片麻巖(Ar2wl1-2)。研究區(qū)內(nèi)脈巖相當發(fā)育，主要是花崗偉晶巖脈、花崗巖脈、輝綠(玢)巖脈等[5]。

圖1 華北克拉通北緣大地構造圖和內(nèi)蒙古哈達門溝礦區(qū)區(qū)域地質簡圖[1,5]Fig.1 Geotectonics map of northern margin of north China Craton and regional geological map of Hadamengou mining area in inner Mongolia[1,5](a)華北板塊北緣大地構;(b)內(nèi)蒙古哈達門溝礦區(qū)區(qū)域地質簡圖[1,5]

1.2 地球物理特征概況

根據(jù)以往地球物理工作及本次物性測量工作資料(表1)，研究區(qū)內(nèi)巖石地層地球物理特征為：區(qū)內(nèi)巖石密度變化較大，時代越新則密度越小[5]。烏拉山巖群巖石密度為2.74 g/cm3～2.76 g/cm3，第四系為1.58 g/cm3。烏拉山(巖)群的各類片麻巖，大多沒有明顯磁性，巖性不同差異性相對較大。

表1 哈達門溝礦區(qū)巖石物性參數(shù)統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of physical and physical parameters of Hadamengou mining area

偉晶巖具高阻低極化特征，磁鐵石英脈具中低阻高極化特征，片麻巖普遍呈現(xiàn)中高阻特征，因礦區(qū)烏拉山(巖)群中黃鐵礦比較發(fā)育，個別片麻巖樣品的視極化率相對較高。發(fā)生混合演化的片麻巖普遍呈現(xiàn)出電阻率與極化率降低的現(xiàn)象。鉀硅化蝕變巖帶呈現(xiàn)高極化、高電阻的特征，黃鐵礦化強烈(金礦化越明顯)的地段視極化率也相對較高，其高極化、高電阻特征較為明顯。區(qū)內(nèi)的控礦構造主要是以構造破碎帶的形式呈現(xiàn)。通過方法試驗，構造破碎帶可能在二維反演電阻率斷面圖中，表現(xiàn)為高-低阻和高-中低阻間的梯度帶，并由梯度帶的步距來顯示構造破碎帶的強度[19-20]。

綜上所述，研究區(qū)礦體與圍巖物性差異明顯，具備開展電磁法的物性前提。

2 典型剖面分析

2.1 工作方法

結合研究區(qū)礦床類型、圍巖蝕變及成礦模式特征，選擇可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)對研究區(qū)重要礦脈開展地球物理工作。野外施工采用加拿大鳳凰地球物理有限公司生產(chǎn)V8多功能電法系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。

本次物探工作以100號脈群為重點研究對象，在該地段布置了八條測線，測線方位與地質勘探線方位一致180°，線距為400 m，點距為40 m．可控源音頻大地電磁測深采用電偶源供電AB極距為4 km，測點觀測在場源AB垂直平分線兩側30°角扇形范圍內(nèi)進行，收發(fā)距約9 km。數(shù)據(jù)采集采用TM 觀測模式多道排列方式，每個排列為6 個電道，1個磁道，采集頻點共25 個，頻段為1 Hz～ 8 196 Hz，采集時間為50 min。主要對3條CSAMT剖面(圖2)測量情況進行分析。

圖2 哈達門溝礦區(qū)100號脈群CSAMT工作部署圖Fig.2 CSAMT work deployment diagram of 100 vein group in Hadamengou mining area

2.2 CSAMT工作成果

2.2.1 HDMG940線成果解譯

圖3中測量剖面位于胡虜斯太溝，北段與100號脈04勘探線重合，中段穿切51號脈、55號脈和58號脈，南段穿切山前大斷裂、控制山前盆地，測量剖面總長為2 640 m。

圖3 940線CSAMT二維反演電阻率斷面圖Fig.3 CSAMT 2D inversion resistivity profile of 940 line

剖面北段100號脈群在地表淺部范圍顯示為低阻異常，整體南傾，延伸情況較好，與實際鉆探揭露情況一致；中段55、58號脈也顯示為低阻異常，產(chǎn)狀近直立但仍有南傾趨勢，延伸相對較差。在標高1 000 m～500 m范圍內(nèi)，存在一大范圍的低阻異常(R2)，產(chǎn)狀平緩，呈“凹”型，南北兩揚起端分別與55號脈群與100號脈群相連；剖面北中段淺部呈現(xiàn)出低阻等間距重現(xiàn)的特征，每隔230 m～260 m會在近地表出現(xiàn)一小范圍的低阻異常區(qū)，此結果與實際地質情況相吻合，在剖面北中段對應位置有規(guī)模偏小的101號脈、99號脈、98號脈、71號脈、51號脈、55號脈以及58號脈；剖面南中段標高850 m～500 m范圍內(nèi)為一未封閉的中高阻異常，根據(jù)其形態(tài)特征與該地段普遍發(fā)育偉晶巖特征分析，該中高阻體可能為偉晶巖；剖面南段顯示為一大范圍的低阻異常(R3)，產(chǎn)狀南傾，且深部未封閉，推測該異常應是山前斷裂引起的，整體控制南部第四系山前盆地。

2.2.2 HDMG980線成果解譯

圖4中測量剖面位于胡虜斯太溝東側山腰，北段與100號脈43勘探線重合，中段同樣穿切51號脈、55號脈和58號脈，南段穿切山前大斷裂、控制山前盆地，測量剖面總長為2 600 m。

圖4 980線CSAMT二維反演電阻率斷面圖Fig.4 CSAMT 2D inversion resistivity profile of 980 line

剖面北段100號脈群在地表淺部范圍顯示為低阻異常，整體南傾，在標高1 300 m～1 100 m，顯示深部延伸情況較好表現(xiàn)為范圍較寬的中阻異常，在北段標高1 050 m～850 m存在一平緩低阻異常，向東延伸至剖面中段之后異常范圍逐漸擴大并存在向下延伸趨勢；中段55、58號脈也顯示為低阻異常，產(chǎn)狀北傾，延伸相對較差，該現(xiàn)象與地表礦脈傾向一致。剖面北中段淺部同樣呈現(xiàn)出低阻等間距重現(xiàn)的特征，相隔230 m～260 m會在近地表出現(xiàn)一小范圍的低阻異常區(qū)，此結果與實際地質情況相吻合，在剖面北中段同樣對應位置有規(guī)模偏小的101號脈、99號脈、98號脈、71號脈、51號脈、55號脈以及58號脈出露；剖面南中段標高1 000 m～600 m范圍內(nèi)為一未封閉的中高阻異常，呈直立形態(tài)，根據(jù)其形態(tài)特征與該地段普遍發(fā)育偉晶巖特征分析，該中高阻體可能為偉晶巖；剖面南段顯示為一大范圍的低阻異常(R3)，產(chǎn)狀南傾，且深部未封閉，推測該異常應是山前斷裂引起的，整體控制南部第四系山前盆地。

2.2.3 HDMG1020線成果解譯

圖5中測量剖面位于大斷溝東側山腰，北段與100號脈75勘探線重合，中段穿切51號脈、55號脈，南段穿切山前大斷裂、控制山前盆地，測量剖面總長2 400 m。

圖5 1020線CSAMT二維反演電阻率斷面圖Fig.5 CSAMT 2D inversion resistivity profile of 1020 line

剖面北段100號脈群在地表淺部范圍顯示為低阻異常，產(chǎn)狀整體南傾深部有變陡趨勢，向下延伸情況較好，與實際鉆探揭露情況一致。

剖面北中段在標高1 300 m～1000 m范圍內(nèi)，存在一大范圍的中高阻異常(R2)，呈現(xiàn)為橢球狀體；標高900 m以下顯示出一為封閉的范圍較大的低阻異常，整體同樣呈“凹”型，南北兩揚起端分別與55號脈群與100號脈群相連。在淺部呈現(xiàn)出低阻等間距重現(xiàn)的特征，隔230 m～260 m會在近地表出現(xiàn)一小范圍的低阻異常區(qū)，此結果與實際地質情況相吻合，在剖面北中段對應位置有規(guī)模偏小的101號脈、99號脈、51號脈以及55號脈。

3 討論

3.1 山前斷裂與深部構造分析

山前斷裂屬于區(qū)域性烏拉特前旗-呼和浩特深大斷裂的中段，結合區(qū)域航磁資料(圖6)及CSAMT(圖7)測量剖面結果來看，斷裂北側為正磁場區(qū)、南側為低值正、負磁場區(qū)，推測礦區(qū)南部對應位置的最大斷距可能達3 km以上[4]。

圖6 哈達門溝礦區(qū)1:50 000航磁ΔT數(shù)據(jù)平面圖Fig.6 The 1:50 000 aeromagnetic ΔT data plan of Hadamengou mining area

圖7 大青山山前斷裂帶在深地震反射剖面淺部的特征圖[23] Fig.7 Characteristics of Daqingshan piedmont fault zone in shallow part of deep seismic reflection profile[23]

山前斷裂是由構造雜巖、韌性剪切糜棱巖帶、張性角礫巖帶、破碎帶等共同組成的斷裂帶，兼有韌性斷層和脆性斷層特征[5]。根據(jù)地震剖面(圖7)來看，可能存在一深切上地幔的隱伏構造，為烏拉山-大青山提供深部幔源物質。在早侏羅世，該斷裂已初步形成；之后在晚侏羅世末，表現(xiàn)為由南向北的逆沖推覆構造，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育逆沖疊瓦構造與低角度推覆構造；早白堊世，表現(xiàn)為正斷層性質，北部烏拉山-大青山抬升，南部下沉，形成呼包盆地的雛形[4,19]。通過前人對呼包盆地進行的深地震反射剖面結果看，山前斷裂可能為一深達下地殼的區(qū)域性深大斷裂，是由斷裂F1、F2和F3組成的斷裂帶[22-23]。斷裂F1、F2和F3在剖面上均為向南傾的正斷層，大約在深度6 km～7 km左右的基底面附近，這3條斷裂合并為一條鏟形正斷層，呈現(xiàn)出上陡下緩的特征，并向下一直延伸至25 km～26 km[23]。

山前大斷裂的存在為深部熱物質的上涌與能量的強烈交換提供了通道(圖8)。深地震反射剖面中下地殼的弧狀強反射可能是下地幔巖漿沿大青山山前深斷裂涌入的反映。巖漿的上涌，使下地殼相應部位升溫、受擠并發(fā)生側向物質遷移[22-23]。

圖8 河套斷陷盆地地震構造與地層剖面圖[24]Fig.8 Seismic structure and stratigraphic profile of Hetao fault depression basin [24]

3.2 成礦機制探討

哈達門溝金礦自發(fā)現(xiàn)以來，前人從礦床地質特征、原生暈地球化學、成礦流體特征、成礦時代研究、構造控礦特征以及礦床成因研究等方面做了大量工作，主要研究成果集中在：是構造主導的構造-巖漿熱液事件導致成礦的這種機制還是以巖漿活動主導的巖漿-構造事件導致的巨量金屬的富集。我們知道金礦的成礦多數(shù)是與區(qū)域性深大斷裂的次(次)級構造密切相關的，次(次)級構造為最后的成礦流體提供了良好的沉淀富集場所。由上可知，山前斷裂帶可能由深部的三條正斷層所共同組成，由淺及深，斷層產(chǎn)狀由陡變緩。此現(xiàn)象與目前100號脈群的勘查現(xiàn)狀吻合，在100號脈11勘探線、75勘探線以及123勘探線施工的深部鉆孔均有不同程度的產(chǎn)狀變緩趨勢。結合CSAMT測量成果，在100號脈西段與中段深部出現(xiàn)的“凹”型低阻異常，對應著礦體的產(chǎn)狀變緩趨勢。

從哈達門溝金礦床整體的礦脈分布特征來看，首先所有礦脈均為薄脈型，脈寬2 m～20 m不等，礦脈長度由幾百米到最長的5.7 km不等。同時所有礦脈中約90%左右均為近EW走向，均為南傾(除55號脈局部地段)，傾角多在45°～65° 之間，各礦脈間具有在SN向上等間距分布的特征[10]。造成如此的礦脈分布特征，大概率是受區(qū)域性的深大斷裂控制。通過地震剖面顯示，山前大斷裂深達下地殼，呈現(xiàn)出正斷層性質(地震剖面)。在山前大斷裂啟動初始，應力達到頂點，多數(shù)巖石結構形成張裂，使得深部成礦物質釋壓上涌，最終在次(次)級斷裂中沉淀成礦，隨著應力逐步釋放，山前斷裂趨于穩(wěn)定，但上盤下降的趨勢并未消失，下盤山體的應力狀態(tài)也由突然的張裂，熱液充填就位，逐步變?yōu)閿D壓性質，礦脈受此影響在深部表現(xiàn)為舒緩波狀特點。之后形成的巖脈，也是沿山前斷裂的軟弱面上涌，將南部礦脈的局部地段進行了再改造。綜上研究，初步認為哈達門溝金礦床成因與區(qū)域上以構造為主導的構造巖漿事件密切相關，金成礦是伴隨著區(qū)域性山前斷裂帶的活動而形成的，引起淺部地層拉張、深部巖漿上涌、熱液填充至山前斷裂帶的次(次)級構造裂隙中而沉淀成礦，之后斷裂帶活動減弱，應力由拉張狀態(tài)逐漸變?yōu)榫植繑D壓狀態(tài)，使得整體礦脈呈舒緩波狀特征。其后山前斷裂帶又引發(fā)小規(guī)模的巖漿上涌，使得局部地段的礦脈被改造反傾，最終形成現(xiàn)今哈達門溝金礦的分布。

4 結論

1)本次工作初步查明了哈達門溝礦區(qū)100號脈群向南至山前斷裂之間的深部地質結構電性分布特征。

2)根據(jù)該礦床構造控礦特征，山前斷裂帶與容礦的構造破碎帶具有相同正斷層特性，在CSAMT斷面圖中表現(xiàn)為高-低阻或中高-低阻間的梯度帶。

3)初步探討了哈達門溝金礦成礦機制問題，認為山前斷裂帶為金成礦提供了深部物質與能量來源，并控制著礦體的地表展布形態(tài)與深部延伸情況。