劉長純

遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽 110031

遼東地區(qū)菱鎂礦找礦概率-地球化學塊體資源評價

劉長純

遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽 110031

菱鎂礦是遼寧省非常重要的礦種之一，集中分布于遼吉裂谷內，規(guī)模巨大，地球化學特征和異常突出明顯，成礦條件優(yōu)越.在遼吉裂谷有利的地質條件基礎上，充分利用地質、化探各類找礦標志，應用找礦概率-地球化學塊體法在遼吉裂谷內對菱鎂礦進行了礦產預測與評價.以地球化學塊體為理論依據，劃分了菱鎂礦地球化學塊體，梳理了地球化學塊體譜系，最終應用找礦概率-地球化學塊體法共圈定11個遠景區(qū)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類遠景區(qū)分別有2個、7個和3個，計算預測資源量為114.1268×108t.

地球化學特征；找礦概率-地球化學塊體；資源評價；菱鎂礦；遼東地區(qū)

自謝學錦院士提出地球化學塊體理論后，在全國不同省份和地區(qū)，在不同礦種的資源量估算與資源評價方面得到了廣泛的應用.雖然這一理論考慮了各類控礦因素及找礦標志對礦床形成的影響，但還限于定性階段，多用于塊體內含礦性的判斷與遠景區(qū)的分級方面.本文正是從這個弊端考慮充分利用找礦概率法對遼東地區(qū)菱鎂礦進行了資源量估算與評價.估算結果表明遼東地區(qū)菱鎂礦資源潛力巨大，可信度較高.

1 區(qū)域成礦地質背景

1.1 地層

研究區(qū)處于遼吉裂谷內，地層發(fā)育完整，從新太古代到第四系均有發(fā)育.但主體以古元古代遼河群變質巖系為主，這套巖石也是遼吉古裂谷內的主要含礦巖系.

太古宙發(fā)育的地層為鞍山群茨溝組、大峪溝組、櫻桃園組，主要巖性有千枚巖、片巖、變粒巖、淺粒巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖夾磁鐵礦組合.古元古代為遼河群變質巖系，地層從新到老如表1所示，其含礦性明顯，遼寧省重要的金、銀、銅、鉛鋅、硼、菱鎂礦均產于遼河群變質巖系內，特別是大石橋組三段是菱鎂礦的含礦層.新元古代地層出露較少，主要為永寧組、榆樹砬子組、橋頭組、南芬組、釣魚臺組地層.古生界較發(fā)育，主要有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系地層組成.而中生代則以一套火山巖、火山沉積巖為主.新生界和第四系主要以松散堆積的砂礫石、黏土為主［1］.

表1 古元古代遼河群地層表Table 1 Stratigraphy of Paleoproterozoic Liaohe Group

1.2 巖漿巖

巖漿侵入活動具多旋回、多期次特點，巖石類型多.研究區(qū)內的巖漿巖主要控制金屬礦產，對菱鎂礦起破壞礦體作用.按時間順序可將侵入巖分為：1）太古宙鞍山旋回（γ1）：以超基性巖為主，呈小的單巖體或巖體群；2）華力西旋回（γ2）：以閃長巖類為主，其次為輝綠巖、輝長巖，呈巖床、巖墻或巖盆狀，最高侵位至大石橋組；3）印支旋回、燕山旋回（γ4、γ5）：侵入活動最強烈，其中侏羅紀侵入巖極其發(fā)育，基性巖主要為輝長巖、輝綠巖，中酸性巖有閃長巖、石英閃長巖以及花崗巖等，噴出巖有安山玢巖、英安玢巖、流紋斑巖［1-2］.

1.3 構造

太古宙早期具明顯卵形褶皺群特點，組成中朝準地臺內最早的呈孤島狀的古陸核.晚期地層受上述卵形褶皺群控制，呈不規(guī)則的線形，環(huán)繞古老褶皺穹隆分布.元古宙沉積海槽大致沿陸核邊緣呈東西向有規(guī)律的分布，并伴隨有斷裂產生，呂梁運動使元古宙沉陷區(qū)褶皺隆起，形成近東西向的緊密線狀倒轉褶皺，包括英落-草河口-太平哨復向斜、虎皮峪-紅石砬子復背斜、蓋縣-岫巖-古樓子復向斜及中固-李家臺復向斜，從而使中朝準地臺結晶基底發(fā)育成熟.

褶皺構造是區(qū)內主要構造形跡，主要含菱鎂礦地層大石橋組卷入褶皺變形，構成復向斜、復背斜的南北兩翼，它們控制了區(qū)內菱鎂礦床的產出.主要特征為：英洛-草河口太-平哨復向斜呈東西向展布，卷入褶皺變形的地層主要為古元古界遼河群地層，其次為古生界地層；虎皮峪-紅石砬子復背斜呈東西向展布，卷入褶皺變形的地層主要為古元古界遼河群地層，其次為新元古界地層；蓋縣-岫巖-古樓子復向斜呈東西向展布，卷入褶皺變形的地層主要為古元古界遼河群地層，其次為新元古界地層［1］.主要地質特征如圖1所示.

圖1 遼東地區(qū)區(qū)域地質礦產圖（據《遼寧省菱鎂礦成礦預測報告》修改）Fig.1 Regional geological map of Eastern Liaoning（Modified from Metallogenic Prediction Report of Magnesite in Liaoning Province）

2 菱鎂礦地球化學特征

地層中巖石的元素豐度可以揭示水系沉積物中礦體和成礦物質的主要來源，為地球化學塊體的劃分和分析濃集情況提供更有利的證據.前人研究表明：地殼、中國地殼、華北地臺、華北地臺古元古代、遼河群大石橋組三段鎂的豐度分別為：2.09%、1.95%、2.15%、6.68%及12.6%.這表明在研究區(qū)內鎂元素強烈的富集于古元古代遼河群大石橋組三段中.同時通過大石橋組三段與華北地臺古元古代和華北地臺鎂元素的富集系統(tǒng)的計算發(fā)現，大石橋組三段相對于華北地臺古元古代鎂元素質量分數富集1.89倍，相對于華北地臺富集5.86倍.這說明區(qū)內古元古代遼河群大石橋組三段是菱鎂礦的主要物質來源［3］.

研究區(qū)MgO地球化學場主體呈NE向展布，兩側為近S-N向展布（如圖2所示）.結合區(qū)域地質背景分析表明，MgO高背景區(qū)被英洛-草河口-太平哨復向斜、虎皮峪-紅石砬子復背斜、蓋縣-岫巖-古樓子復向斜所圈閉.特別是英洛-草河口-太平哨復向斜、虎皮峪-紅石砬子復背斜的兩翼控制了MgO地球化學場的主體部分，由于其他地質條件的限制，將整個MgO地球化學異常分割為3個大的異常中心.其中，中部最大的地球化學異常中心與已發(fā)現的菱鎂礦產地吻合很好，指導尋找菱鎂礦意義明顯.

3 菱鎂礦找礦標志

3.1 菱鎂礦礦床特征

菱鎂礦主要賦存在大石橋組三段，一般可分中、下2個層位.下部含礦層距離三段底部為0～375 m，走向斷續(xù)延長約50 km，產出礦床有小圣水寺、鏵子峪、金家堡子、下房身、梨樹溝等；中部含礦層相距下部含礦層420～830 m，斷續(xù)延長約60 km，賦存礦床有官馬山、圣水寺、高莊、青山懷、石匠溝、老官山、吉洞峪東山等.沿走向2個含礦層中的礦體均有變小和變劣的現象.下部含礦層中菱鎂礦礦體底板圍巖一般為灰色條帶狀中粗粒含炭質綠泥石菱鎂礦大理巖，有的則是以斷層與白云石大理巖相接觸，如小圣水寺，頂板圍巖為白、灰白色，薄—厚層細粒含透閃石白云石大理巖.

大多數礦體為層狀、似層狀，極少呈透鏡狀、不規(guī)則狀（有的是受后生變質變形改造或斷裂切割等原因造成）.礦體中夾層主要為滑石化千枚巖、斜綠泥石片巖、白云石大理巖，在鏵子峪礦床底部夾有二層紋層狀大理巖.

圖2 Ⅱ號地球化學塊體結構套合圖Fig.2 The structural map of No.Ⅱgeochemical block

礦體產狀與圍巖基本一致，走向變化于50～100°之間，傾向南東，傾角從西向東由45～87°逐漸變陡，自鏵子峪菱鎂礦東段向東礦體傾向發(fā)生倒轉，傾向為330～10°，傾角42～87°.

礦石主要為純鎂型、硅鎂型.主要礦物成分為菱鎂礦，其次為白云石、鐵白云石、蛋白石、石英、菱鐵礦、黃鐵礦.后期蝕變礦物有滑石、透閃石、蛇紋石、直閃石、斜綠泥石、絹云母、海泡石、褐鐵礦等.個別礦區(qū)還含有少量方鉛礦、閃鋅礦、石榴石、蛇紋石、白云母、斜硅鎂石.礦石呈粒狀結構，塊狀、薄—厚層狀、條帶狀、放射狀或菊花狀、蠕蟲狀、虎皮狀或花斑狀、片狀構造，其中構造以前3種為主.

3.2 菱鎂礦找礦標志

研究區(qū)內的菱鎂礦床無論是特大型還是礦點，均產于古元古代遼河群大石橋組三段，白云質大理巖是菱鎂礦的主要含礦圍巖.濱海-鈣鎂碳酸鹽巖相的古地理環(huán)境是形成這種巖性和礦產不可或缺的條件.同時，遼吉裂古內所有菱鎂礦基本都夾于英洛-草河口-太平哨復向斜、虎皮峪-紅石砬子復背斜、蓋縣-岫巖-古樓子復向斜之間，特別是英洛-草河口-太平復向斜的兩翼更集中了全區(qū)大部分菱鎂礦床.

區(qū)內CaO/MgO比值變化區(qū)間為0.13～100，等值線平行古陸邊緣展布，同時與古元古代遼河群大石橋組基本吻合，當巖石平均CaO/MgO<2.2時?李東濤，等.遼寧省菱鎂礦成礦預測報告.2006.，基本巖石組合為白云石大理巖，并有菱鎂礦層出現；CaO/MgO比值與地層厚度也有非常重要的聯系，CaO/MgO<2.2時碳酸鹽巖地層則大于500 m，同時也控制了菱鎂礦的產出.所以CaO/MgO<2.2，碳酸鹽巖厚度大于500 m為菱鎂礦的重要找礦標志.表2列出了菱鎂礦找礦標志.

表2 菱鎂礦找礦標志表Table 2 Prospecting indicators of magnesite

4 菱鎂礦地球化學塊體特征

4.1 菱鎂礦地球化學塊體的劃分

根據謝學錦［4］提出的“地球化學塊體成礦理論模式譜系”及劉大文［5］闡述的有關地球化學礦體的概念，對研究區(qū)1∶20萬水系沉積物原始數據進行了處理，利用4 km×4 km窗口對數據進行地球化學塊體的圈定和內部結構的劃分，開展了本地區(qū)的地球化學塊體的研究工作.

通過對研究區(qū)內水系沉積物數據的計算，確定MgO地球化學塊體下限為2.4×10-6.為了更清楚地追蹤菱鎂礦的塊體濃集特征，結合MgO分布特點，分別以2.56×10-6、2.75×10-6、3.04×10-6、3.5×10-6、4.5×10-6為分級標準，依次劃定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5級塊體并進行內部結構的劃分［6-7］.

4.2 菱鎂礦地球化學塊體譜系

根據地球化學理論，將地球化學異常面積大于1000 km2定義為地球化學塊體，面積100～1000 km2定義為區(qū)域異常，小于100 km2定義為局部異常［5］.這樣研究區(qū)共可劃分3個地球化學塊體，若干區(qū)域異常和局部異常.為追索地球化學塊體的濃集趨勢，依據前人的編碼系統(tǒng)［5］對各級子塊體進行編碼（如圖2所示）.以鏵子峪菱鎂礦所在的地球化學塊體為例，它是由Ⅱ、Ⅱ2、Ⅱ2-2、Ⅱ22-2、Ⅱ222-1共5級子塊體逐步富集起來的.由于Ⅱ號塊體及其子塊體控制了區(qū)內90%以上的礦床，控制了全部的大型、特大型礦床，所以這一塊體的菱鎂礦濃集趨勢就是主成礦路徑.其主成礦路徑及譜系特征如圖3所示.

4.3 菱鎂礦地球化學塊體特征

本文共劃分出地球化學塊體3個，其中以Ⅱ號地球化學塊體成礦條件最有利、礦化分布最密集、找礦標志最齊全，塊體內部的結構也最為復雜.

Ⅰ號地球化學塊體：位于研究區(qū)的西南端、復州古拗陷中，處于近南北向金州斷裂、碧流河斷裂，近東西向復州達營子斷裂交匯部位.塊體整體呈近等軸狀分布，面積達2 122.24 km2，具有5層塊體結構，主要是由古元古代大石橋三段白云質大理巖所引起，但其他找礦標志不明顯，找礦條件一般.

Ⅱ號地球化學塊體：位于研究區(qū)的近中央、營口-寬甸古隆起內，主體部分位于虎皮峪-紅石砬子復背斜的北側、英洛-草河口-太平哨復向斜的兩翼.此塊體為研究區(qū)的主體，塊體整體呈NE向展布、面積高達3 590.57 km2，具有5層塊體結構.通過對該塊體結構及MgO的濃集特征研究，塊體的濃集中心主要由海城王家堡子-下房身、海城市鏵子峪、大石橋市小圣水寺、海城市孤山鎮(zhèn)黑溝、岫巖縣大房身特大型、大型菱鎂礦所引起的.塊體內有3個特大型、6個大型、3個小型以及若干礦點分布.塊體內廣泛發(fā)育大石橋組三段，軸向為NE向的褶皺構造發(fā)育，成礦條件有利.該塊體的形成與區(qū)內白云質大理巖、菱鎂礦關系密切.

Ⅲ號地球化學塊體：位于研究區(qū)的最東端、營口-

圖3 菱鎂礦Ⅱ號塊體譜系圖Fig.3 The pedigree of magnesite No.II block

寬甸古隆起的東部，夾于NE向鴨綠江斷裂與桓仁斷裂之間.塊體走向近NS，呈條狀，面積1 046.63 km2、具有5層結構.塊體主要發(fā)育古元古代遼河群大石橋組三段白云質大理巖，同時重力資料表明，在塊體的西南部隱伏有碳酸鹽巖地層，而且西南端發(fā)育的甬子溝菱鎂礦也印證了這一點.該塊體正是由于地層以及菱鎂礦所引起的.

5 找礦概率-地球化學塊體資源量計算與評價

5.1 找礦概率-地球化學塊體資源量計算方法

5.1.1 成礦率

成礦率（Mc）的確定一般選擇研究區(qū)內勘探及研究程度最高的塊體.假定所選定的塊體內的所有礦床均進行了勘探，那么該塊體內的所有礦床的探明資源量與塊體內的金屬供應量的比值就是成礦率.對于篩選出的有遠景的塊體即靶區(qū)，可利用成礦率來計算有遠景的塊體的預測資源量.計算公式為：

其中，Mc為成礦率，R為塊體內已所有礦床已探明的資源量，T為金屬供應量.

本文采用勘探程度最高的Ⅱ222-1五級地球化學塊體求得的成礦率為0.34.

5.1.2 金屬供應量

研究區(qū)內塊體的金屬供應量可用公式：

其中：Tg為金屬供應量，S為塊體面積，ρ為塊體內巖石的平均密度（本文采用大石橋組三段白云質大理巖的密度2.76×103kg/m3）；Cbt為塊體內MgO的平均含量，L為塊體內礦床的勘探深度.Ⅱ222-1子塊體發(fā)育有大型、特大型礦床最多，勘探程度也最高，塊體內勘探深度平均已達0.39 km，所以預測深度為0.39 km.而其他塊體預測深度為0.2 km（菱鎂礦勘探深度僅為0.2 km）.

5.2 菱鎂礦找礦概率-地球化學塊體資源評價

5.2.1 找礦概率

找礦概率的計算主要是應用特征分析法，其基本原理如下.通過對研究區(qū)內各個子塊體找礦標志的研究，以子塊體為行、變量為列形成原始變量表，其中令xij為第j個子塊體第i個變量值，對上述變量表使用乘積矩陣矢量長度求得ai，ai為變量xi的權重.令：

Yj為第j個子塊體的成礦關聯度，將其推廣到各個子塊體，表示各個子塊體的成礦有利程度.再令Yj值最大時α=1，Yj值最小時α=0來構置αj=a+b×Yj函數來求解a、b，最終計算αj即每一個子塊體的找礦概率［8］.

5.2.2 找礦概率-地球化學塊體資源量的估算

地球化學塊體法所獲得的資源量只是從物源的角度進行的資源量估算，是基于地球化學本身而進行的，很少考慮到地層、巖漿巖、構造、物化探等方面對資源量估算的影響.本文正是基于此，把以上所提到的地質因素數量化，即求得找礦概率后進行的資源量估算.一種礦產的產出不僅僅要有物源，而且有利的成礦地質背景是成礦不可或缺的條件，同時物化探異常也是非常好的間接找礦標志.這些因素共同制約了礦床的形成［9-10］.

找礦概率-地球化學塊體儲量計算法不僅從物源方面進行儲量估算，同時應用找礦概率對原有地球化學塊體法所估算的資源量進行了修正，這樣所得到的資源量是在各種因素共同約束下的資源量，更準確可信.

找礦概率-地球化學塊體資源量估算公式：

其中：α為找礦概率，T為資源量計算結果，R為查明資源量，S、ρ、L、Cbt、Mc的意義與5.1.1和5.1.2中的一致.

5.3 找礦概率-地球化學塊體資源評價

1）通過特征分析法對地質變量權重的計算結果表明：地層及其厚度、巖相古地理、構造、CaO/MgO比值這幾個變量的權重最高，是在研究區(qū)內尋找菱鎂礦最好的找礦標志.

2）通過對已知菱鎂礦與各級菱鎂礦地球化學塊體的對應關系分析可以知道，5級地球化學塊體發(fā)育有區(qū)域內已知46處菱鎂礦產地中的36處（其中4個小型、6個礦點），可見5級地球化學塊體已經基本控制了區(qū)域內的菱鎂礦產地的分布，故可用5級地球化學塊體作為預測遠景區(qū)進行資源量的估算.

3）直接用全部5級地球化學塊體進行資源量估算顯然并不完全準確，因為這其中有一部分地球化學塊體很可能是由于大石橋白云質大理巖引起的，而并不是由礦床引起的，所以需要從5級地球化學塊體中找到哪些塊體是由菱鎂礦引起的，即劃分出菱鎂礦找礦遠景區(qū).并對遠景區(qū)進行分級，這樣計算出來的資源量結果才更真實可信.

遠景區(qū)必須發(fā)育有古元古代遼河群大石橋三段、濱海-鈣鎂碳酸鹽相古地理環(huán)境，以找礦概率為主要依據，同時把成礦地質條件、地球化學特征相結合，對地球化學塊體進行篩選和分級.最終劃分了12個遠景區(qū)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類遠景區(qū)分別有2個、7個、3個.總預測資源量為114.1268×108t.

最終，利用地球化學塊體-找礦概率法計算5級塊體預測資源量結果及遠景區(qū)級別，如表3所示.

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RESOURCE EVALUATION OF MAGNESITE IN EASTERN LIAONING PROVINCE WITH PROSPECTING PROBABILITY-GEOCHEMICAL BLOCK METHOD

LIU Chang-chun

Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

Magnesite,as a very important mineral in Liaoning Province,is concentrated in the Liaoning-Jilin rift and characterized by large scale,distinct geochemical characteristics features and anomalies and good metallogenic conditions. Based on the favorable geological conditions,the author makes full use of various geological and geochemical prospecting indicators and prospecting probability-geochemical block method to make mineral prediction and evaluation of magnesite in the Liaoning-Jilin rift,divides geochemical block of magnesite and presents geochemical block pedigree with the theoretical basis of geochemical block,and finally delineates 11 prospective areas,including 2 gradeⅠ,7 gradeⅡand 3 gradeⅢprospects,with predicted resources of 11.41268 billion tons.

geochemicalcharacteristics;prospectingprobability-geochemicalblock;resourcesevaluation;magnesite;Eastern Liaoning

表3 菱鎂礦預測資源量計算結果及遠景區(qū)分級表Table 3 Calculation of predicted magnesite resources and prospect classification

1671-1947（2015）04-0347-06

P619.23

A

2014－09－20；

2015-03-28.編輯：李蘭英．

遼寧省礦產資源潛力評價工作項目（編號1212010813006）.

劉長純（1986—），男，工程師，從事礦產勘查、礦產評價、礦產預測，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)寧山中路42號，E-mail//liulnddy@sina.com