向　杰，陳建平，胡　橋，安文通，尹曉云

(1.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京　100083；2.中國地質大學(北京) 國土資源與高新技術研究中心，北京　100083)

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基于礦床成礦系列的三維成礦預測

——以安徽銅陵礦集區(qū)為例

向杰1,2，陳建平1,2，胡橋1,2，安文通1,2，尹曉云1,2

(1.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質大學(北京) 國土資源與高新技術研究中心，北京100083)

為了對安徽銅陵礦集區(qū)深部礦產資源進行定量預測評價，并按不同礦床類型實現混合成因預測，以礦床成礦系列為指導開展三維成礦預測很有必要。在前人研究的基礎上，總結歸納了研究區(qū)兩個礦床成礦系列：與燕山期巖漿作用有關的成礦系列和沉積-改造(變質)成礦系列，以及斑巖-矽卡巖-熱液型成礦模式，并利用三維可視化技術，對研究區(qū)進行了三維地質建模。在此基礎上，運用“立方塊預測模型”找礦方法，對研究區(qū)開展三維成礦預測，根據信息量值結合地質情況圈定了14個找礦遠景區(qū)。該研究成功地將傳統二維成礦預測理論與三維可視化技術結合，將區(qū)域礦產預測拓展到三維空間，更有利于區(qū)域范圍內隱伏礦體的圈定工作，亦為今后的三維成礦預測工作提供了參考。

銅陵礦集區(qū)；礦床成礦系列；立方塊預測模型；信息量；三維成礦預測

0　引　言

成礦系列的概念是由程裕淇、陳毓川、趙一鳴于1979年提出[1]。經過30多年的研究，逐步得到完善。礦床成礦系列是成礦系列概念中的核心組成部分，自從礦床成礦系列概念提出以來，我國的廣大地質工作者以成礦系列為指導，在地質找礦勘查中取得了顯著成績[2]。

21世紀以來，在三維基礎上利用計算機三維建模技術和地質統計學進行隱伏礦三維定量預測已經成為礦產勘查一大亮點[3]。通過對礦區(qū)的三維地質建模，能夠形象直觀地反映各種地質體、地球化學異常、地球物理異常之間的互相關系。另外，通過對塊體模型進行賦值，利用地質統計技術對空間數據進行科學計算，可以更科學地實現定位、定量預測的目的[4]。

目前區(qū)域礦產資源評價運用三維預測方法往往只針對單一礦種或單一礦床類型，沒有從礦床成礦系列角度進行混合成因類型預測。陳毓川曾指出，成礦系列的核心思想就是認為礦床是以礦床組合自然體存在的，而這種礦床組合是在一定的地質構造環(huán)境中，由不同礦種、不同成因的礦床所組成的[5]。本文基于對安徽銅陵礦集區(qū)礦床成礦系列的總結，并以此為指導開展了礦集區(qū)三維成礦預測研究。

1　區(qū)域地質

圖1　銅陵礦集區(qū)大地構造位置(a)[19]和銅陵礦集區(qū)地質簡圖(b)[20]Fig.1　Tectonic position of Tongling mineral district(a)[19] and geological sketch map of Tongling mineral district(b)[20]

銅陵礦集區(qū)位于下揚子坳陷帶中部，貴池—馬鞍山印支期隆起帶中部的銅陵凸起中。西與華北地塊和大別地塊毗鄰，以郯廬斷裂為分界，南東與江南臺隆相接。南、北兩側由東西向的隱伏基底斷裂圍限，與貴池、繁昌兩個北東向的S狀隆褶帶相隔[6]；東、西兩側分別以北東向斷裂帶為界，構成一個菱形隆起地塊。本區(qū)構造格局由近東西向、近南北向的基底斷裂及北東向印支期褶皺和燕山期斷裂為主的蓋層構造組成[7]。本區(qū)地層除缺失中—下泥盆統外，出露志留系到第四系，累計厚度大于4 500 m。在燕山期巖漿活動強烈，地表出露的小巖體約有76個，面積70 km2，主要為輝石閃長巖-閃長巖-石英閃長巖-二長巖-花崗閃長巖[8-10]。礦集區(qū)從西至東分布有銅官山礦田、獅子山礦田、新橋礦田、鳳凰山礦田和沙灘角礦田(圖1)。

2　礦床成礦系列

礦床成礦系列是“在一定的地質歷史時期或構造運動階段，在一定的地質構造單元及構造部位，與一定的地質成礦作用有關，形成一組具有成因聯系的礦床的自然組合”[1]。前人對該區(qū)礦床開展了大量的研究工作，提出了矽卡巖型、同生沉積型、(噴流)沉積-熱液疊加改造型、層控矽卡巖型[11-14]、廣義矽卡巖型-斑巖型-熱液型[15]和斑巖-矽卡巖型[16]等觀點，以及“三位一體”成礦模式[17]、“多層樓”成礦模式[18]。為更好地開展該研究區(qū)的定量預測，通過綜合研究該區(qū)鐵、銅、金等礦床，得出該區(qū)主要分為與燕山期巖漿作用有關的成礦系列和沉積-改造(變質)成礦系列。

2.1與燕山期巖漿作用有關的成礦系列

本系列主要形成于中生代板內變形階段，是與燕山期構造—巖漿活動密切相關的銅、金成礦系列。預測類型亞類屬于銅陵式，成礦區(qū)帶屬于安慶—銅陵—繁昌Cu-Fe-Pb-Zn-Au-Ag-硫鐵礦-明礬石成礦亞帶。成礦時代為燕山期，成礦與高鉀鈣堿性花崗質巖石有密切的成因聯系，屬于比較典型的斑巖-矽卡巖成礦系統。本系列進一步分為3個亞系列。

(1)接觸交代矽卡巖型(鳳凰山式)：成礦時代為燕山期晚侏羅世，大地構造位置處于下揚子前陸坳陷帶地幔上隆區(qū)，基底斷裂主要為東西向、近南北向斷裂，蓋層構造以北東向印支期褶皺、燕山期斷裂為主。礦床受區(qū)域東西向大斷裂、南北向蓋層斷裂及北東向新屋里復向斜組成的網格狀構造體系復合控制。巖體與圍巖間的接觸帶構造，為礦體的主要賦存空間。

(2)熱液型(姚家?guī)X式)：成礦時代為燕山晚期，構造位置屬于銅陵隆起與繁昌盆地過渡部位，靠近銅陵隆起的一側。花崗閃長斑巖中Cu、Pb、Zn等成礦元素的含量高于鄰近的巖體，是該類型主要的成礦物質來源。區(qū)內石炭-二疊系地層是區(qū)域內重要的Cu、Au、Ag、Pb、Zn礦源層，也為成礦提供了較多的物質來源。成礦流體以巖漿期后熱液為主。

(3)斑巖型(舒家店式)：成礦時代為燕山中期，大地構造處于下揚子前陸坳陷帶，銅陵斷塊隆起區(qū)內。東西向、近南北向、北東向基底斷裂發(fā)育。蓋層構造以北東向印支期褶皺、燕山期斷裂為主?；讛嗔鸭把嗌狡跀嗔褬嬙炜刂浦鴧^(qū)域內巖漿活動及礦化作用。北東向壓性斷裂是區(qū)內主要的巖漿通道，其產生的同方向構造破碎帶是礦區(qū)內重要的控礦構造。在巖體接觸帶內側裂隙發(fā)育，構成舒家店銅礦的主要聚礦空間。

由于銅陵地區(qū)大量的碳酸鹽巖發(fā)育，矽卡巖型礦床比斑巖型礦床更加發(fā)育，而且具有通常可見的礦化分帶特征，即斑巖型礦床出現在巖體隆起部位，而接觸帶為矽卡巖型礦床，向外有矽卡巖-熱液型金礦和鉛鋅礦[16]，這樣的分帶特征為我們的預測提供了很好的參考。

2.2沉積-改造(變質)成礦系列

本成礦系列主要形成于古生代的蓋層沉積階段，多生成于濱海—淺海相沉積環(huán)境，以炭質頁巖、粉砂質粘土巖和白云巖為主，通過正常的沉積成礦作用而形成原始的黃鐵礦層或菱鐵礦層，經過燕山期巖漿熱液進一步疊加、復合而形成礦床，屬于層控矽卡巖型(冬瓜山式)。

層控矽卡巖型(冬瓜山式)：成礦時代為晚侏羅世至早白堊世，大地構造位置處于揚子板塊的東北緣，屬大別造山帶的下揚子前陸坳陷褶皺帶內，銅陵—戴家匯巖漿斷裂活動斷塊區(qū)。該系列礦床具有同生沉積和后生巖漿熱液疊加改造兩期礦化特征[21]。典型礦床如冬瓜山、新橋硫銅多金屬礦。冬瓜山礦床的鐵礦成礦物質既有地幔深部巖漿攜帶的鐵質來源，又活化、遷移了上石炭統白云巖地層中同生沉積的黃鐵礦層中的鐵質，在上泥盆統五通組與石炭系地層間的層間滑脫構造中富集成礦。

基于對以上的總結認識，本文建立了銅陵地區(qū)成礦模式(圖2)。深部巖漿房分異出成礦熱液流體，沿斷裂上升萃取成礦物質。成礦熱液流體上升至淺部侵入體并受上覆硅質巖或砂巖圈閉時，在侵入體中形成斑巖型礦床；成礦熱液流體上升并與五通組砂頁巖之上的鎂質碳酸鹽巖發(fā)生交代作用，形成層控矽卡巖型礦床；成礦熱液流體沿侵入體與圍巖接觸帶上升，在巖體與晚石炭世至中三疊世碳酸鹽地層接觸帶發(fā)生雙交代作用，形成接觸交代矽卡巖；成礦熱液遷移至淺部巖體或圍巖的斷裂裂隙構造中，發(fā)生交代或充填，形成熱液型礦床[21-23]。

圖2　銅陵礦集區(qū)成礦模式圖(據徐曉春等[23]，2014略改)Fig.2　Metallogenic model in Tongling mineral district(modified after Xu et al.[23]，2014)

3　三維成礦預測

區(qū)域隱伏礦體三維預測評價是以多年積累的二維地質調查成果與經驗為基礎，依托三維可視化技術拓展為三維實體地質模型，以成礦控制因素有利組合部位的定量圈定與篩選實現深部礦產資源的定位與評價[3,24-27]，近年來取得了很好的成果[28-30]。深部找礦預測在創(chuàng)建預測評價模型之前，必須先建立三維地質模型，再根據成礦理論總結成礦規(guī)律，從而挖掘出成礦有利信息，提取有利預測變量，最終形成三維預測模型[31-32]。

3.1建立三維地質模型

三維地質建模是三維定量預測評價的前提和基礎[3]，同時也是一項高度綜合和非常復雜的系統性地質研究工作。三維地質建模的基礎資料主要是區(qū)域實測剖面、地球物理資料、地球化學資料、鉆孔數據等，通過三維可視化技術來構建地層、構造、巖體、礦體等三維實體模型。

3.1.1建?；A資料

本次三維地質建模的資料基礎為縱貫研究區(qū)的25條地質地球物理聯合反演的綜合剖面，該剖面的獲得是安徽銅陵深部礦產調查項目組以地質剖面為初始模型，以巖(礦)石物性為紐帶，根據航磁化極、剩余異常推斷了巖體的形態(tài)；根據剩余重力異常推斷了背斜、向斜形態(tài)及斷裂位置等，對25條剖面進行了重力-磁法-AMT-地質聯合反演(圖3)，保證了本次三維建模的模型準確性。

圖3　重力-磁法-AMT-地質聯合剖面Fig.3　Gravity-magnetism-AMT-geology combined profile

3.1.2三維地質建模

本次研究應用主流的地質三維建模軟件Surpac 6.3.2，采用剖面建模法對研究區(qū)地層、巖體、構造、礦體進行了三維地質建模(圖4—圖6)。本區(qū)石炭系與二疊系地層物性近似，采用重磁-AMT聯合反演無法加以區(qū)分，因此兩者統稱為石炭—二疊系，并進行統一建模。

圖4　銅陵礦集區(qū)地層實體模型Fig.4　3D entity model of strata in Tongling mineral district

圖5　銅陵礦集區(qū)巖體實體模型Fig.5　3D entity model of rock mass in Tongling mineral district

圖6　銅陵礦集區(qū)斷裂實體模型 Fig.6　3D entity model of fracture in Tongling mineral district

3.2成礦有利信息分析

本次研究使用“立方塊預測模型”[27]進行礦產資源預測評價。本次研究區(qū)面積約1 200 km2，模型區(qū)坐標范圍為南北3 396 035～3 431 835 m、東西571 407～616 507 m，高程為-3 000～600 m，單元塊行×列×層為100 m×100 m×50 m，模型總共有5 893 440個單元塊。每個立方塊模型中都賦有地質屬性值，按照不同預測類型的控礦因素，提取出有利的成礦信息，形成該區(qū)域定量預測模型。

3.2.1有利地層信息提取

依據地層模型對立方塊模型進行限定，劃分出不同地層的塊體單元。同樣將已知礦體信息賦值到塊體單元，作為礦床預測中的先驗條件。通過已知礦體與不同地層的圖層疊加統計，得出三疊系含礦最多，石炭—二疊系次之(圖7)，印證了區(qū)內C+P+T的“多層樓”成礦模式[18,21]。

圖7　不同地層含礦立方體數目統計Fig.7　Statistics of the amount of ore cubes in different strata

3.2.2巖體信息提取

本次深部建模數據為重磁-AMT聯合反演剖面，難以將閃長巖-石英閃長巖-花崗閃長巖區(qū)分，因此將其統一建模為閃長巖。根據區(qū)內主要為“巖體+地層”的成礦模式，對巖體分別做了500 m緩沖區(qū)、1 000 m緩沖區(qū)，同樣通過與已知礦體疊加，可見在閃長巖及其緩沖區(qū)中含礦性較好(圖8)。

圖8　不同巖體部位含礦單元體數目圖Fig.8　Statistics of the amount of ore cubes in different rock mass parts

巖漿的分異作用可使形成的巖漿巖形態(tài)較為復雜，流體對巖體的破壞也使巖體呈現出復雜的表面結構，巖體的復雜程度特征反映了巖體的分異特征，我們將之稱為巖體分異系數。經過統計，選取巖體分異系數(2，2.5)區(qū)間為成礦有利區(qū)間。圖9為巖體分異系數分布，可以直觀地看到，成礦有利區(qū)間與巖體的分異程度非常吻合。

圖9　巖體分異系數分布圖Fig.9　Distribution of differentiation coefficient of rock mass

3.2.3有利構造信息提取

根據本區(qū)礦床特征，主要的構造控礦類型分為斷裂控礦、褶皺控礦。本次研究對斷裂進行了三維建模，并做200 m斷裂緩沖區(qū)來表征斷裂帶，用方位異常度表征局部斷裂特征。經統計，選取方位異常度(0.985，0.995)為成礦有利區(qū)間。圖10顯示方位異常度與主干斷裂疊合，由圖可以看出異常區(qū)間很好地反映了局部斷裂特征。

圖10　方位異常度分布圖Fig.10　Distribution of azimuth abnormality degree

褶皺也是該區(qū)的重要控礦因素。本次研究根據銅陵地區(qū)構造推斷圖，分別提取了背斜和向斜的賦值區(qū)域。經統計72%的已知礦體在背斜區(qū)域，10%的已知礦體在向斜區(qū)域，由此證明褶皺作為一項重要控礦因素不可忽視。

3.3定量預測模型的建立

3.3.1定量計算方法

本次研究采用三維找礦信息量的方法，計算研究區(qū)各找礦標志的信息量值，即設定含有找礦標志的單元塊中該項屬性為1，不存在的為0，通過信息量計算公式(1)，計算出不同類型不同找礦標志的信息量值(表1)。

(1)

式中：IA(B)為A標志有B礦的信息量；Nj表示研究區(qū)內具有標志A的含礦單元數；N為研究區(qū)內的含礦單元數；Sj為研究區(qū)內具有標志A的單元數；S為研究區(qū)的單元塊總數。

3.3.2定量預測模型及信息量

通過對研究區(qū)礦床成礦系列和成礦模式的總結歸納，本次三維定量預測分4種礦床類型開展，按照4種礦床式(舒家店式、鳳凰山式、冬瓜山式、姚家?guī)X式)，總結了4種定量預測模型(表1)。定量預測模型是定量預測的指導，是將地質控礦因素轉換為能夠為計算機識別計算的GIS圖層，通過三維信息量方法計算，求取各個變量在不同預測類型中的信息量值。從表中可以看到信息量值均大于零，證明了找礦標志的有效性。

圖11　銅陵預測遠景區(qū)及靶區(qū)劃分Fig.11　Predicted prospect area and division of targets in Tongling mineral district

4　預測結果

按照不同的定量預測模型將計算出的信息量賦值給單元塊中每一個變量，再將每個單元塊所含變量的信息量值進行疊加，得到每個單元塊信息量加和[31-32]。按照含礦濃集程度的收斂曲線分別確定4種類型的信息量下限：層控矽卡巖型信息量下限為3.88、接觸交代矽卡巖型信息量下限為2.618、熱液型信息量下限為1.764、斑巖型信息量下限為2.648。大于信息量下限的塊體即為預測遠景區(qū)，結合區(qū)域地質特征及已有找礦事實，圈定了14個預測靶區(qū)，并依據信息量高值塊體數目將預測靶區(qū)分為A、B、C 3級(圖11)。從圖中可以看到，銅官山礦田、獅子山礦田、新橋礦田、鳳凰山礦田和沙灘角礦田都屬于信息量濃集區(qū)域，證明了該預測方法的有效性。本次圈定的預測靶區(qū)不僅包含了已知礦區(qū)，還包含了沒有找礦發(fā)現但是潛力較大的新區(qū)，如B8-8、C5-2、C5-3、C5-5是下一步找礦的方向。

5　結　論

(1)通過對前人研究的歸納整理，總結了銅陵礦集區(qū)礦床成礦系列，分為與燕山期巖漿作用有關的成礦系列和沉積-改造(變質)成礦系列，并梳理了銅陵礦集區(qū)斑巖-矽卡巖-熱液型成礦模式。

(2)運用三維可視化技術建立了銅陵礦集區(qū)三維地質模型，并基于研究區(qū)的礦床成礦系列，提出了該區(qū)4種礦床類型的定量預測模型。在定量預測模型的指導下，運用“立方塊預測模型”找礦方法，圈出了14個找礦遠景區(qū)，其中4個屬于未開發(fā)區(qū)域。

(3)本次研究結果與找礦事實較一致，充分表明基于礦床成礦系列進行分類型三維預測的現實可行性。該研究成功地將傳統二維成礦預測理論與三維可視化技術結合，將區(qū)域礦產預測拓展到三維空間，更有利于區(qū)域范圍內隱伏礦體的圈定工作，為深部邊部找礦提供了有效的技術手段。

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3D Metallogenic Prediction Based on Minerogenetic Series:A Case Study in Tongling Mineral District of Anhui

XIANG Jie1,2，CHEN Jian-ping1,2，HU Qiao1,2，AN Wen-tong1,2，YIN Xiao-yun1,2

(1.SchoolofEarthSciencesandResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；2.InstituteofLandResourcesandHighTechniques，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China)

In order to quantitatively predict the underlying mineral resources in Tongling mineral district and implement mixed genesis prediction according to the different deposit types，3D metallogenic prediction based on minerogenic series is imperative. In this paper，we summarized two minerogenic series on the basis of previous studies，including the minerogenic series related to the Yanshanian magmatism and the sedimentary-reformation(metamorphic) minerogenic series. In addition，we summarized the porphyry-skarn-hydrothermal metallogenic model in the study area. Using 3D visualization technology，the 3D digital mine is modeled. After that,by implementing “cubic predicting model”prospecting method, we carried out a three-dimensional metallogenic prediction in the study area，and delineated 14 predicted targets according to the value of information and geolo-gical condition. Our research combines the traditional two-dimensional regional metallogenic prediction methods with advanced visualization technologies successfully，and extends the prediction of mineral resources within the region to three-dimensional space，makes it more conducive to concealed ore delineation work within the region，and also provides a reference for future three-dimensional prediction.

Tongling mineral district；minerogenic series；cubic predicting model；information quantity；3D metallogenic prediction

2015-09-12；改回日期：2015-12-21；責任編輯：樓亞兒。

中國地質調查局項目“老礦山找礦技術創(chuàng)新與示范”(1212011220737)。

向杰，男，博士研究生，1990年出生，地球探測與信息技術專業(yè)，主要從事礦產資源定量預測與評價研究。

Email:530861206@qq.com。

陳建平，男，教授，博士生導師，1959年出生，地球探測與信息技術專業(yè)，主要從事礦產資源定量預測與評價研究。Email:3s@cugb.edu.com。

P628；P612

A

1000-8527(2016)01-0230-09