陜西東秦嶺多層金屬礦成礦地質(zhì)條件分析及深部盲礦預(yù)測(cè)研究

高 田

(中陜核工業(yè)集團(tuán)二一四大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710000)

0 前 言

金屬礦經(jīng)過發(fā)掘會(huì)開采出許多稀有的元素和物質(zhì)，使得礦體所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益得到一定的提高。目前陜西東秦嶺區(qū)域內(nèi)存在多層金屬礦，但是金屬礦內(nèi)部的礦體斷裂，使得金屬礦的形態(tài)和富集區(qū)域都出現(xiàn)變替現(xiàn)象，陜西省東秦嶺屬于華北區(qū)域，隨著地理區(qū)域的演化變形，金屬礦的礦體內(nèi)部出現(xiàn)斷裂、分化等一系列的變更，部分多層金屬礦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，影響金屬礦的尋找效率。

常見的金屬礦尋找方法是根據(jù)礦體特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行探尋，為了將金屬礦的經(jīng)濟(jì)利益最大化，以陜西省東秦嶺區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，進(jìn)一步分析金屬礦成礦的地質(zhì)條件和金屬礦深部盲礦的預(yù)測(cè)方法，提高找礦速度，通過分別分析金屬礦礦體地質(zhì)背景、特征以及成礦條件，一方面對(duì)金屬礦的礦體特征進(jìn)行總結(jié)，另一方面為礦體的深部盲礦預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)條件

1.1 金屬礦礦體地質(zhì)背景分析

金屬礦礦體地質(zhì)背景是礦體的一個(gè)保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定保護(hù)內(nèi)部的金屬礦體物質(zhì)不會(huì)發(fā)生質(zhì)變，在陜西東秦嶺區(qū)域的金屬礦內(nèi)部主要由巖漿巖、綠巖以及花崗巖組成。綠巖系是原始火山爆發(fā)過程結(jié)束沉積的一種深變巖體也被稱為太華巖群，普遍存儲(chǔ)在東秦嶺的礦源底層，其巖系的外形多以不規(guī)則形狀出現(xiàn)，但是本身具有較高的金屬背景值，對(duì)于金屬礦的探尋具有重要的指導(dǎo)意義。金屬礦體中含有60%的巖漿巖，其體系幾乎涵蓋了金屬礦的整體結(jié)構(gòu)，主體呈現(xiàn)酸性，巖漿巖隨著時(shí)間的推進(jìn)也在不斷地變化，本身具有較強(qiáng)的活動(dòng)力。巖漿巖主要由燕山期花崗巖漿巖、文峪花崗巖序列、花崗斑巖構(gòu)成[1-3]。陜西省東秦嶺多層金屬礦地質(zhì)構(gòu)造見圖1。

1.中生代黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2.下元古代角閃石二長(zhǎng)花崗巖；3.背斜軸；4.向斜軸；5.北礦帶；6.中礦帶；8.礦脈及編號(hào)；9.礦帶分界線；10.太華群

陜西東秦嶺區(qū)域的整理?xiàng)l線是一個(gè)斷裂發(fā)育、不規(guī)則褶皺的山體，山體區(qū)域長(zhǎng)度為40 km，所涉及的寬度大致在10～15 km范圍內(nèi)，東邊自娘娘山起，由于秦嶺區(qū)域在不斷演化，因此終止地?zé)o法確定，南方由老鴉岔山體至北邊的七樹坪，由南向北的礦體呈現(xiàn)背斜的狀態(tài)。山體的主背斜軸線為北緯60°，西經(jīng)27°，在山體的邊緣區(qū)域會(huì)出現(xiàn)斷裂的結(jié)構(gòu)區(qū)域，每個(gè)整體的小區(qū)域會(huì)一次斷裂成幾百條的山體。陜西省東秦嶺的各礦脈為南傾或北傾，南傾斷裂具中等傾斜，傾角40°，北傾斷裂具緩傾斜，傾角140°，南部的南傾斷裂和北部的北傾斷裂是區(qū)內(nèi)的主要控礦構(gòu)造，規(guī)模較大，長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米，是大中型金屬礦的主要儲(chǔ)礦構(gòu)造[4-7]。

1.2 金屬礦礦體地質(zhì)特征分析

金屬礦處于陜西東秦嶺山脈的主背軸區(qū)域，呈現(xiàn)東西分布，長(zhǎng)度大致為5 km，厚度為1.5 m，金屬礦主要由花崗巖和上殼巖構(gòu)成。目前的礦體呈現(xiàn)脈狀，并且金屬礦的傾向深度超過700 m，金屬礦的地質(zhì)分為3段，分別為西峪西至黑石窯段，黑石窯至西路將段，西路將到西闖東段，并且每段都具有多演化特點(diǎn)。金屬礦體發(fā)生質(zhì)變的主要原因是酸性過高，造成礦邊緣的腐蝕變化，這也使得金屬礦體地質(zhì)呈現(xiàn)酸性的特點(diǎn)[8-10]。

在西峪西至黑石窯段內(nèi)的礦體形狀為透明不規(guī)則體，此段的礦體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，韌性好，會(huì)隨著其他位置巖石的磨損出現(xiàn)糜棱巖。在黑石窯至西路將區(qū)域段內(nèi)礦體的形狀為規(guī)則透明的脈態(tài)，具有較高的含金量[11-13]。另外此地質(zhì)的發(fā)展順延方向?yàn)楸狈?，分支呈現(xiàn)復(fù)合、尖滅再?gòu)?fù)合的規(guī)律變化特征。金屬礦的最后一個(gè)區(qū)域段為不規(guī)則脈狀，此區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不好，幾乎都是裂隙相互連接而成。

陜西東秦嶺多層金屬礦的礦體特征可通過成礦結(jié)構(gòu)的礦脈角度和形態(tài)進(jìn)行分析，得出金屬礦的走向空礦脈走向?yàn)?0°～270°，并且結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的礦體至少通過3次分化、疊加而成。礦脈的斷裂形態(tài)和規(guī)模也是走向空礦特征的具體表現(xiàn)，其斷裂形態(tài)規(guī)整、斷裂的規(guī)模大并呈近東西向水平分帶特點(diǎn)。中部?jī)A向上控礦特征是金屬礦體的重要特征，主要表現(xiàn)為礦體斷裂的角度是傾斜不規(guī)整的，在斷裂的邊緣存在波紋狀，礦體海拔超過500 m，其上下的傾角為47°。礦體的每個(gè)結(jié)構(gòu)都具有關(guān)聯(lián)，中部?jī)A向上控礦特征將礦體的傾角和礦體含金量成比例關(guān)系，有利于礦體的探尋。礦山不同區(qū)域地質(zhì)特征及礦化強(qiáng)度對(duì)比見表1。

表1 礦山不同區(qū)域地質(zhì)特征

1.3 金屬礦礦體地質(zhì)條件分析

只有滿足金屬礦體地質(zhì)條件，金屬礦才能完好無損的存在，經(jīng)過對(duì)資料和實(shí)際勘查發(fā)現(xiàn)陜西省東秦嶺多層金屬礦成礦的地質(zhì)條件走向、控礦條件分析和金屬礦礦體形態(tài)的3個(gè)區(qū)域段特征的介紹，仍然按照3個(gè)礦體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)分析地質(zhì)條件。金屬礦體的西峪西至黑石窯區(qū)域段受到縱向的扭應(yīng)力和橫向的張力，礦體此區(qū)域段逐漸分散為斷裂式結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)擴(kuò)充的新空間，新空間通過演化金屬礦體受到侵蝕時(shí)，滯留物逐漸融入金屬礦體結(jié)構(gòu)內(nèi)[14-15]。文峪礦區(qū)5505號(hào)礦脈淺中部構(gòu)造礦體聯(lián)合中段平面圖見圖2。

1.斷裂帶；2.工業(yè)礦體或礦體；3.礦體產(chǎn)狀；4.坑道編號(hào)及標(biāo)高

黑石窯至西路將區(qū)域內(nèi)的礦體地質(zhì)情況主要呈現(xiàn)工業(yè)化，此區(qū)域的礦體時(shí)刻受到來自2個(gè)區(qū)域段的壓力。壓力的作用不僅使礦體地質(zhì)變薄，并且使金屬礦體滯留物快速風(fēng)干成為貧礦地段。在西路將到西闖東區(qū)域段的金屬礦礦體地質(zhì)具有連續(xù)化，并且此區(qū)域的地質(zhì)穩(wěn)定性由里到外是逐漸遞增的，有利于礦體成礦。

2 多層金屬礦深部盲礦預(yù)測(cè)分析

2.1 多層金屬礦深部盲礦的特征分析

多層金屬礦的深部盲礦是礦體的最底層，盲礦即礦體最堅(jiān)固的一部分，也是礦體最難探尋的結(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù)常見的探測(cè)儀器和計(jì)算完成礦體的發(fā)現(xiàn)。世界上每個(gè)區(qū)域都會(huì)存有特定的磁場(chǎng)，最初磁場(chǎng)都是相同的，但是由于每個(gè)區(qū)域受到的環(huán)境、節(jié)氣等條件的干擾，使得每個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)發(fā)生變化，正是依據(jù)此特點(diǎn)，此次研究提取出金屬礦深部盲礦特有的磁場(chǎng)特征作為盲礦預(yù)測(cè)的主要線索。礦區(qū)重磁異常見圖3。

1.重力等值線；2.航磁正等值線；3.航磁負(fù)等值線；4.航磁零等值線；5.推斷隱伏巖體范圍；6.超大型鋁(鎢)礦床；7.大型鋁(鎢)礦床；8.中性鋁礦床；9.鉛鋅銀礦床；10.金銀鉛礦床；11.多金屬硫鐵礦床

經(jīng)過對(duì)許多礦體深部盲礦記錄參數(shù)分析得出，深部盲礦表現(xiàn)為弱磁場(chǎng)，礦體的南西方呈現(xiàn)出異常電磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度為100～600 nT，東北方向?yàn)檎４艌?chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為100～400 nT。由于深部盲礦的地理位置最低，因此盲礦的化學(xué)元素成分保存最完好，其表面固定存在汞、銀元素，其他元素不定，深部模塊的磁場(chǎng)呈現(xiàn)不均勻波動(dòng)，按照某種規(guī)律進(jìn)行變更。多層金屬礦深部盲礦的中溫度區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度為50 000 nT，高溫度區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度為70 980 nT，另外深部盲礦的磁感應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)導(dǎo)致盲礦的高度不斷下沉。礦區(qū)第1勘探線剖面見圖4。

1.礦化斷裂帶；2.工業(yè)礦體及編號(hào)；3.鉆孔及編號(hào)；4.探礦坑道及編號(hào)；5.礦脈編號(hào)

2.2 構(gòu)建金屬礦深部盲礦預(yù)測(cè)模型

根據(jù)以上金屬礦深部盲礦的磁場(chǎng)特征分析，此次研究完成了金屬礦體深部盲礦的預(yù)測(cè)方法分析，此方法主要為2個(gè)流程，首先是建立盲礦成分的疊加模型計(jì)算深部盲礦的潛力，然后利用盲礦特征建立成礦模型，最終2個(gè)模型相互論證分析，確定金屬礦深部盲礦的地理位置，提高盲礦成礦的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

計(jì)算礦體存在深部盲礦的潛力首先將預(yù)測(cè)區(qū)域根據(jù)合適的比例進(jìn)行礦體結(jié)構(gòu)處理，按照化學(xué)元素的種類劃分，值得注意的是鋅、汞、銀這3種化學(xué)元素既可以在盲礦地質(zhì)區(qū)域存在，也可在其他礦體地質(zhì)區(qū)域存在，不能忽略。將具有深部盲礦化學(xué)元素區(qū)域進(jìn)行整理，然后通過疊加模型將高低溫元素區(qū)域分類，提取出所有溫度為中高區(qū)域并且與地質(zhì)元素重合的區(qū)域，這些區(qū)域礦體具有深部盲礦成礦的潛力。斷裂帶構(gòu)造延伸方向傾角變化與金屬礦化關(guān)系見圖5。

圖5 斷裂帶構(gòu)造延伸方向傾角變化與金屬礦化關(guān)系

對(duì)具有成礦潛力的礦體進(jìn)行特征對(duì)比，根據(jù)上文提到的金屬礦成礦的深部盲礦特有的磁場(chǎng)特征，完成預(yù)測(cè)操作。

3 試驗(yàn)分析

經(jīng)過以上論述，此次研究完成了陜西東秦嶺多層金屬礦成礦地質(zhì)條件分析和深部盲礦預(yù)測(cè)分析，下面設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)檢驗(yàn)此預(yù)測(cè)方法是否具有意義。由于金屬礦的地質(zhì)條件與盲礦的預(yù)測(cè)方法具有關(guān)聯(lián)性，如果金屬礦的地質(zhì)條件分析無誤，那么預(yù)測(cè)方法也會(huì)具有意義，反之，盲礦預(yù)測(cè)方法的結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)偏差，其中也不排除預(yù)測(cè)方法本身的錯(cuò)誤，為了避免此情況的出現(xiàn)，固采用雙重預(yù)測(cè)檢驗(yàn)流程，因此此次研究只需要證明預(yù)測(cè)方法有意義，就能反推出金屬礦的成礦地質(zhì)條件分析正確。為了保證本次對(duì)比試驗(yàn)的公平性與科學(xué)性，選擇基于人工智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)的深部盲礦預(yù)測(cè)方法和基于遙感無人機(jī)分析的深部盲礦預(yù)測(cè)方法作為試驗(yàn)的對(duì)比方法，共同完成試驗(yàn)。

為了提高對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將陜西東秦嶺中深度北礦作為試驗(yàn)的區(qū)域，在試驗(yàn)區(qū)要對(duì)試驗(yàn)涉及的器材進(jìn)行功能檢驗(yàn)，避免在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，同一時(shí)間觸發(fā)3種不同的預(yù)測(cè)方法，數(shù)據(jù)分析記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)檢驗(yàn)到3個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)果后結(jié)束試驗(yàn)，匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)論。預(yù)測(cè)的富集垂向變化趨勢(shì)見圖6。

圖6 預(yù)測(cè)的富集垂向變化趨勢(shì)

在設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，盡量還原實(shí)際預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)的真實(shí)度。經(jīng)過試驗(yàn)，可知研究的金屬礦深部盲礦預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)完成的時(shí)間比2個(gè)傳統(tǒng)方法的預(yù)測(cè)時(shí)間要短，得到這一結(jié)論，主要是此次方法流程簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)清晰。對(duì)陌生的金屬礦結(jié)構(gòu)分析后可以快速得到其礦體的特征，并與預(yù)測(cè)內(nèi)部存儲(chǔ)的深部盲礦特征進(jìn)行比較，就可以縮短深部盲礦預(yù)測(cè)的時(shí)間。然而傳統(tǒng)的方法在預(yù)測(cè)過程中，多是測(cè)量一些經(jīng)過推導(dǎo)就可以計(jì)算的數(shù)據(jù)，延長(zhǎng)了深部盲礦的預(yù)測(cè)時(shí)間。

另外，通過對(duì)比數(shù)據(jù)顯示此次研究的深部盲礦預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)精度比基于人工智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)的深部盲礦預(yù)測(cè)方法和基于遙感無人機(jī)分析的深部盲礦預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)精度高。由于采用真實(shí)的預(yù)測(cè)對(duì)象，試驗(yàn)結(jié)果在我國(guó)地質(zhì)表中有記載，因此只需對(duì)比預(yù)測(cè)結(jié)果，就可以知道哪一個(gè)預(yù)測(cè)方法更精確。這是由于通過SEM模型以及構(gòu)建預(yù)測(cè)模型時(shí)設(shè)置了探尋礦體的潛力分析，有效地縮短了探尋時(shí)間，提高了金屬礦深部盲礦的預(yù)測(cè)精度。

通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)和論述，進(jìn)行綜合權(quán)衡，可以得出此次研究的金屬礦深部盲礦預(yù)測(cè)方法是最優(yōu)的預(yù)測(cè)方法，具有意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)陜西東秦嶺所處的地理位置，以陜西省東秦嶺多層金屬礦為研究對(duì)象，進(jìn)一步分析了多層金屬礦成礦的背景、特征以及地質(zhì)條件，然后分析了如何根據(jù)地質(zhì)特征，完成金屬礦盲礦的預(yù)測(cè)。為了檢驗(yàn)研究的預(yù)測(cè)方法是否具有意義，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，證明了金屬礦深部盲礦預(yù)測(cè)方法具有意義，促進(jìn)了盲礦探尋領(lǐng)域的發(fā)展。