者相金矿是近年来在黔西南地区发现的一个以层控为主、断裂控矿为辅的复合型隐伏卡林型金矿床,位于灰家堡背斜最东边的倾伏端^[1-2]。当前,多数地质工作者认为,随着灰家堡背斜在者相金矿东段由背斜变成单斜或尖灭,灰家堡背斜矿田截止于者相金矿,再往东或背斜两翼则变成无矿,局部浅钻工程结果似乎也验证了该观点^[3-4]。因此,者相金矿能否开辟第二找矿空间,是目前找矿工作的重点。

近40年来,地球化学找矿方法是寻找黔西南卡林型金矿的最重要技术手段之一。20世纪70~90年代末代,相关地勘单位在黔西南地区利用“以砷找金”的岩石地球化学间接找矿方法,先后发现了丫他、板其、戈塘、紫木凼等卡林型金矿;利用水系沉积物、土壤地球化学等找矿方法,发现烂泥沟、泥堡、老万场、砂锅厂、雄黄岩等金矿床^[5];2000年以后,随着地表金矿的殆尽,黔西南卡林型金矿勘查从地表找矿转入地下深部的找矿和预测,随后刘建中等 ^[6]提出的“构造地球化学”找矿方法在黔西南广泛推行,先后在黔西南灰家堡背斜东段发现了水银洞超大型金矿、簸箕田大型金矿、者相中型金矿等。但上述传统地球化学找矿方法还是基于地表采样,很难实现在已探明矿床的深部及外围获取更有用的成矿作用信息来进行深部成矿预测及扩大找矿规模。由于传统的化探工作是基于地表采样,其原理是追索地球化学元素异常引起的原生晕 ^[7],一般认为,根据原生晕原理在地表进行采样,形成的异常能真实地反映矿区深部异常,但处理后的数据偶尔也会出现不能反映局部真实异常的情况,有时会出现含矿位置形成低异常、无矿位置形成高异常的特殊情况。由于地表的风化、雨水剥蚀搬运等作用,使沉淀于地表的成矿元素离开原位置,或者被外来物质混入,有时会造成地表采样数据不能真实反映深部的地质异常。若化探样品均来源于深部,元素会避免受到地表作用的影响,则数据异常更能真实反映深部地质特征。近年来,国内多数学者利用深部化探数据研究来进行深部成矿预测的指导理论,属李惠等^[8]提出的深部构造叠加晕找矿理论最为推广。随后,徐良易^[9]利用深部构造叠加晕找矿方法对灰家堡背斜东段倾伏端(者相)进行找矿靶区的圈定及预测;李惠等^[10]利用构造叠加晕模型对胶东石英脉型金矿床深部进行成矿预测;代力^[11]利用构造叠加晕找矿方法对四川夏塞银铅锌矿进行深部成矿预测;韩扬^[12]利用构造叠加晕找矿方法对云南芦子园铅锌矿进行深部成矿预测等。但上述多数学者的研究只局限于深部单勘查线剖面的化探数据异常分析,无多维度的化探研究对比,预测的靶区缺乏可靠的评价标准。当前,者相金矿区有大量的深部钻孔Au化探样品数据,其数据只简单用来验证深部是否有达到工业品位的矿体,而大量低于该区工业品位2.2×10^-6的Au化探测试数据未引起足够的重视,缺乏对者相金矿深部成矿潜力的评价。

鉴于上述分析,本文以者相金矿的含矿地层——龙潭组为研究对象,搜集了矿区近年来获得的10 000多件采自深部含矿地层龙潭组的钻孔Au化探测试数据,利用就矿找矿的原则,即以深部Au异常寻找深部金矿的研究思路,开展深部Au化探异常特征研究。利用迭代法结合直方图法、钻孔化探样长加权平均法来对化探测试数据进行处理,从勘查线剖面(矿体倾向)、纵剖面(矿体走向)、深部三维平面分布3个维度对矿区钻孔Au异常数据进行全方位的化探异常信息提取,精细地寻找深部Au化探异常规律,结合矿区地质特征,进行矿床深部成矿潜力预测,构建矿区构造控矿模式。此研究目的有两点:其一,验证“灰家堡背斜矿田截止于者相金矿,再往东或背斜两翼则变成无矿”的观点是否正确,以期能为者相金矿深部及外围优选找矿靶区,为指导灰家堡矿田其他矿区的矿产勘查起到重要的示范作用;其二,希望本次使用的两种化探数据处理方法能为其他矿区的化探异常信息提取起到借鉴作用,即利用迭代法结合直方图法来确定地层化探异常背景值范围,用钻孔样长加权平均品位法计算深部地层各钻孔点的化探异常值来代替该点真实的异常值。

者相金矿位于黔西南的南盘江—右江成矿区北部兴仁—安龙金矿带之灰家堡背斜东段,其西边沿灰家堡背斜轴部自西向东依次分布有紫木凼金矿、太平洞金矿、烂木厂汞铊矿、水银洞金矿、簸箕田金矿等,形成一条近EW向的金、汞、铊矿化带(图1a)。矿区地表出露的地层及岩性有三叠系下统夜郎组一至三段的碎屑岩、泥灰岩及灰岩,三叠系下统嘉陵江组白云质灰岩夹黏土岩,以及灰家堡背斜周围分布的第四系浮土(图1b)。深部地层及岩性主要为二叠系中统茅口组灰白色白云质灰岩,二叠系上统龙潭组黏土岩、炭质黏土岩、粉砂岩、粉砂质黏土岩夹薄层灰岩,二叠系上统长兴组钙质黏土岩,二叠系上统大隆组灰黑色黏土岩夹黄绿色蒙脱石黏土岩^[4]。矿区位于灰家堡背斜东段,向东倾伏地段,灰家堡背斜为研究区主干构造,区内延伸4 km,宽4 km。背斜轴向总体为NWW—SEE向,翼部岩层总体倾角5°~20°,受后期构造影响,背斜两翼发育大量的次级褶皱与断裂,背斜核部向两翼800 m范围内控制了区内金矿体的产出,为一宽缓的斜歪背斜。矿区断裂构造主要发育近EW向和近SN向断裂。EW向断裂有F₁₀₁、F₂₀和F₁₀₂断层;SN向断裂主要有F₂₂₄断层,位于矿区东部。其中,在矿区西边相邻的簸箕田金矿内,F₁₀₁断层中发现了工业矿体(图1b);F₂₀断层是通过钻孔揭露的隐伏断裂,位于龙潭组一至二段地层中,为倾向NE、走向NW—SE的深部隐伏逆断层^[4,13-14],根据少量钻孔揭露,断裂内部及其两侧控制有大量透镜状矿体产出,受限于该断层钻孔控制程度少、埋藏深等影响,很难判定F₂₀隐伏断层是否为矿区的主要深部控矿断裂。深部龙潭组地层为者相金矿矿体的主要赋矿层位,矿体主要产于F₂₀断裂及其两侧、灰家堡背斜轴部及两翼;按矿体在空间产出形态,划分为断裂型赋矿层和层控型碳酸盐岩赋矿层,其中断裂型赋矿层容矿岩石为硅化碎裂岩、角砾岩、钙质黏土岩等,该类型矿石产于F₂₀断裂带及其周围。层控碳酸盐岩容矿层容矿岩石主要为龙潭组一至三段地层的生物碎屑灰岩,具有顺层矿化特点^[4-5]。

利用QuantyPES三维软件绘制矿区钻孔采样位置分布,如图2所示,本次参与化探研究的样品,采样位置均位于龙潭组地层。

分別对者相金矿6条NE—SW走向的勘查线剖面(图1所示624线、620线、616线、608线、600线、609线)开展深部化探异常研究。首先确定Au异常背景值范围和异常下限,之后选择Surfer数据分析软件对上述勘查线钻孔化探测试数据绘制等值线图^[15],探寻Au异常在深部勘查线剖面的分布特征及规律。

绘制Au异常曲线和图件,首先是计算异常下限及背景值,最后圈定可能反映矿化信息的异常值。确定背景值和异常下限值的方法有以下几种,包括剖面图法、直方图解法、迭代法、稳健统计法等^[16-17]。其中,迭代法是当前数据处理中的一种常用方法,是以微量元素在地质体中呈正态分布为理论基础,其步骤为:依次求得样本的均值X、标准离差S、偏度C_s、峰度C_t等参数,通过比较偏度C_s和峰度C_t的绝对值以及综合考虑与对应临界值的关系,若不在此范围内,则需要剔除。可简单理解为,采取均值加上两倍标准离差得到的值作为标准范围,在该范围内对数据进行甄别,后再检验偏度与峰度,循环上步操作,直到所有数据都在该范围为止。最后得到的数据X作为背景值C₀,以平均值X加上两倍的标准离差作为异常下限T的值。

上述传统的求取背景值方法,其优点为:通过迭代法对极值数据进行剔除,使数据符合正态分布理论;缺点为:利用“平均值=背景值”法来确定背景值,平均值是确定的“一个单独数据”,其代表性差,不能真实反映背景值。若利用一个 “范围”数据来表示背景值,其代表性更真实。因此,本次选择迭代法结合直方图法来计算异常下限及其背景值。在综合分析矿区地质的基础上,通过迭代法结合直方图法求得的背景值范围如图3所示,异常下限值见表1。

如图3、表1所示,6条勘查线的异常背景值基本符合正态分布。自西向东,624勘查线的Au异常背景值范围为(0.046~0.106)×10^-6,异常下限为0.24×10^-6;620勘查线的Au异常背景值范围为(0.040~0.103)×10^-6,异常下限为0.242×10^-6;616勘查线的Au异常背景值范围为(0.048~0.084)×10^-6,异常下限为0.215×10^-6;608勘查线的Au异常背景值范围为(0.032~0.096)×10^-6,异常下限为0.233×10^-6;600勘查线的Au异常背景值范围(0.051~0.120)×10^-6,异常下限为0.25×10^-6;609勘查线的Au异常背景值范围为(0.030~0.123)×10^-6,异常下限为0.256×10^-6。综合以上数据,者相金矿深部龙潭组地层Au异常背景值范围可取为(0.040~0.120)×10^-6,异常下限约为0.24 ×10^-6。6条勘查线的Au异常背景值范围与异常下限极其相近,尤其是西段624、620两条相邻的勘查线的背景值与异常下限几乎一致,说明本次利用迭代法和直方图分析法所获取的背景值及异常下限较客观真实,也说明应用该方法具有可行性。

6条勘查线的Au异常背景值范围与异常下限虽然总体相近,但对图4进行详细观察发现,自西向东,西段624~616线的异常下限及背景值逐渐递减,与前人认为灰家堡矿田自西向东含矿逐渐减少的规律一致,但东段616~609线的异常下限及背景值具有上升趋势,这一局部规律显示,其东边深部龙潭组地层中可能还存在找矿的潜力。因此,深部钻孔Au异常下限及背景值的整体变化趋势,符合灰家堡矿田自西向东含矿逐渐减少的区域规律;而东段616~609线异常下限和背景值的上升趋势,显示灰家堡背斜矿田有很大的可能性不会截止于者相金矿,其东侧延伸方向上还具有一定的找矿潜力。

在确定Au异常背景值和异常下限的基础上,利用Surfer软件里的克里格法,对选取的6条勘查线化探样品数据绘制等值线图,只要异常值大于或等于异常下限即可视为矿化(体)异常区,生成的等值线异常如图5所示。

图5异常特征与图6矿体分布特征具有较高的吻合性,具体如下:

1)图5所示,位于矿区西段的624、620、616、608、600、609共6条相邻的勘查线具有相似的Au异常规律,主要表现为高异常几何形态极其相似,6条勘查线的Au高异常带皆呈断续串珠状向灰家堡背斜北翼下倾,且北翼异常强于南翼。结合深部龙潭组地层分布特征及钻孔查证情况(图6),所有高异常范围和已查明含矿带(体)的产状标高范围一致。元素高异常带集中在-200~+400 m标高之间,和实际矿体的分布范围几乎完全一致。

2)除608线外,另外5条勘查线在龙潭组一段中的F₂₀断层附近皆出现了大范围的Au高异常及大面积未闭合的Au高异常。在+100 m深部的北侧,出现大范围Au高异常沿龙潭组一段中的F₂₀断层分布,整体呈现出大面积未闭合的特征。根据6条勘查线剖面的钻孔数据分析,F₂₀号矿体和Ⅱa矿体确实在该处有分布,但它们在该处厚度很小,矿体厚度与大面积的高异常分布范围似乎不符,为何造成该现象?结合采样资料和工业矿体圈定原则得知,依据地质勘查相关规范,者相金矿区Au品位值不低于2.20×10^-6的可圈定为工业矿体,品位值范围在(0.80 ~2.20)×10^-6视为低品位矿体,结合本次计算的矿区异常下限值,认为品位值范围在(0.24~0.80)×10^-6可作为矿化异常。在前期工作中,品位值小于2.20×10^-6的样品未在勘查线剖面图中圈算。结合采样资料查验发现,该处具有大量品位值分布在(0.24~0.80)×10^-6的测试样品,这是大面积未闭合高Au异常的主要原因。据此认为F₂₀断层附近分布的大面积Au高异常,实际上反映的是矿化异常,而F₂₀断层倾向NNE,往NNE方向深部还有延伸的可能,那么往北边依然有可能是Au矿化(体)的延伸。此外,位于F₂₀断层上部的龙潭组二段、龙潭组三段地层的大范围Au高异常与下部F₂₀断层高异常具有线性连接的趋势,推断为F₂₀断层向上延伸至龙潭组二段和龙潭组三段,大量高异常(矿体或矿化体)皆围绕F₂₀断层分布,犹如F₂₀断层起着导矿和控矿作用,根据该特征,初步判定F₂₀断层是矿区的主要导矿及控矿构造。

3)608线在北翼深部+200 m以下出现高异常,反映的是龙潭组二段Ⅲa、Ⅲb、Ⅲc等矿体异常及其矿体附近的矿化异常。此外,在616线标高-200~-50 m、609线标高-100~+150 m间分布着形似纺锤状的高异常,与龙潭组一段底部Ⅱa矿体具有较高的吻合性,其反映的是Ⅱa矿体Au高异常和构造蚀变体的矿化异常向北深部延伸,故推测Ⅱa矿体往北边深部还有延伸的可能。

为了进一步反映矿区深部矿(化)体Au异常分布规律,本次工作沿着深部矿(化)体走向(近EW向)进行Au异常分布特征查证。具体为自西向东沿矿体走向,采取每条勘查线的钻孔连成纵剖面图,在纵剖面图上进行深部矿(化)体走向Au异常分布特征的研究。与勘查线异常方法类似,利用迭代法结合直方图法,求得624~625纵剖面线深部龙潭组地层Au异常背景值范围为(0.040~0.102)×10^-6,对应的异常下限值为0.223×10^-6,背景值分布范围符合正态分布规律(图7)。其背景值范围分布在勘查线异常(0.040~0.120)×10^-6范围内,异常下限值接近6条勘查线的异常下限值0.24 ×10^-6。图8明显看出,已查明矿体与Au高异常带具有较高的吻合性,此外,东边高异常未截止,暗示Ⅱa、Ⅲb+1矿体往东还有延伸。

本文从平面的维度选择主要含矿层——龙潭组地层进行研究,采取钻孔样长加权平均品位法对数据进行处理,样品皆采自龙潭组地层。处理方法为:分别将各钻孔样品的样长和对应的Au品位值相乘得到线金属量,将所有样品线金属量进行求和得到总线金属量,用总线金属量除以总样长得到单个钻孔的样长加权平均品位值,用该值来代替该孔位的异常值,能更有效反映深部地质异常特征。

利用样长加权平均品位法对矿区82个钻孔、龙潭组地层17 670个数据进行再处理,处理结果见表2、图9。整体Au异常特征为矿区中部异常高、南北两侧异常相对较弱。矿区中部高异常带呈线性形状沿近EW向分布,与灰家堡背斜轴部走向具有较高的吻合性。结合矿区地质特征分析,矿区矿体主要沿着灰家堡背斜走向分布,矿体主要赋存于灰家堡背斜轴部及两翼地层中,矿体走向近EW,因此矿区中部呈线性形状沿近EW向分布的高异常带,实际反映的是沿着灰家堡背斜轴部分布的矿体。此外,Au异常分布具有西高东低的特点,这可能反映了灰家堡背斜自西向东含矿逐渐减少的特征。异常中部高,南北两侧异常相对较弱,与矿区的中部矿体多、南北两侧矿体少的特征一致。矿区北边中部还有部分范围的高异常延伸,推断北边还有一定的找矿潜力,矿区东边沿灰家堡背斜走向高Au异常延伸未截止,显示沿灰家堡背斜走向往东可能存在深部矿体的延伸。此外,矿区南边Au异常逐渐变弱,可能指示了找矿潜力不大。本次研究获取的矿区Au异常分布特征与龙潭组地层矿体分布特征具有较高的一致性,表明采取钻孔样长加权平均品位法处理后的数据真实可靠。

深部龙潭组地层Au三维异常图显示,矿区存在的近EW向分布的Au高异常带对应的是沿着灰家堡背斜轴部分布的金矿体,反映了背斜构造控矿模式。624、620、616、600和609勘查线剖面化探异常显示,大范围且未闭合的高Au异常沿着龙潭组一段中的F₂₀断层附近呈线性分布,也论证了F₂₀断层是者相金矿主要导矿和控矿断裂的认知;F₂₀向上延伸至龙潭组二段、龙潭组三段地层,矿区矿体皆围绕其分布,断层起着导矿和控矿作用。因此, F₂₀断层是者相金矿的导矿和控矿断裂。F₂₀断层是在灰家堡背斜形成时伴生的挤压构造背景下形成的次级逆冲推覆断层,其形成为者相金矿提供了有利的断裂构造通道,构成热液通道,深部含矿热液沿F₂₀断层向上流动,至背斜两翼的龙潭组地层沉淀,使含矿热液在其两侧有利的岩性中形成层控型矿体,也能使含矿热液在断裂处滞留形成断裂型矿体。综合地质特征及化探异常分布规律,建立了黔西南者相金矿床的深部构造控矿模式概念图(图10)。

者相金矿床深部多维度化探Au异常特征及构造控矿模式的综合研究结果表明,该矿床北端成矿和找矿的可能性大于南边,矿床外围的北部、东端深部还有较大的成矿和找矿潜力,并圈定了两个找矿靶区(图11),建议在北端、东端进行深部钻孔的工程验证。具体分析如下:

北端成矿预测:①图5、图6表明,Au高异常具有向灰家堡背斜北翼深部延伸未截止的特征,暗示Au矿体还有向北延伸的可能,同时,灰家堡北边Au异常强于南边,说明北边成矿和找矿可能性大于南边;②624、620、616、600、609勘查线剖面化探异常显示,分布在F₂₀断层附近大面积未闭合的Au高异常向北边深部还有延伸的趋势,结合地质特征分析,作为者相金矿的主要导矿和控矿断裂,F₂₀断层控制了深部含矿热液的上升迁移及后期的沉淀成矿,值得指出的是,F₂₀断层是倾向NNE的逆冲断层,断层往NNE向深部还有延伸的趋势,指示了F₂₀断层往北翼深部延伸还有断裂型矿体成矿的可能;③矿区北边受到F₁₀₁断层控制,在与矿区相邻的西边簸箕田金矿的纳秧矿段内F₁₀₁断层中出现工业矿体,也说明者相金矿北边F₁₀₁断层的深部延伸方向上还有成矿的可能性;④深部三维Au异常显示,矿区北边还有部分Au高异常延伸,说明北边有较大的成矿可能性。综上所述,者相金矿床北端的深部和外围具有较大的成矿和找矿潜力,建议进行深钻验证。

东端成矿预测:①图4显示往矿区东边616~609线的Au异常下限及背景值具有上升的变化趋势,说明矿区东边深部的龙潭组地层还有成矿和找矿的潜力;②624~625线纵剖面图显示,在东边见Ⅲb+1、F₂₀矿体及其周围的矿化高异常,且该Au高异常带未闭合,说明往东边方向上有很有可能是Ⅲb+1、F₂₀矿体的延伸,在其东边剖面底部,见龙潭组一段的Ⅱa矿体Au高异常及其构造蚀变体周围的矿化Au中—高异常,该异常带往东边还有微弱的延伸,推断Ⅱa矿体、构造蚀变体往东还有延伸的可能;③深部龙潭组地层三维Au异常分布特征显示,矿区东边沿着灰家堡背斜的Au高异常未截止,说明沿着灰家堡背斜往东可能是深部矿体的延伸。综合以上3种异常特征,推断者相金矿外围的东边深部也有成矿和找矿的潜力,东边矿体埋深在0~+300 m标高间,建议进行工程验证。

本文从勘查线剖面、纵剖面、深部三维分布3个维度对矿区Au化探异常进行信息提取,多维度化探异常结果显示,者相金矿外围的北端、东端深部具有较大的成矿和找矿潜力。因此,多数地质工作者所谓的 “灰家堡背斜矿田截止于者相金矿,再往东或背斜两翼则变成无矿”的观点值得商榷。根据异常分布规律推测,往北端和东端矿体埋藏较深,很大可能在深度1 000 m以下,导致之前的局部浅钻工程无法探寻到矿体。

在研究方法上,本次使用迭代法结合直方图法来确定地层化探异常背景值范围,有别于传统的平均值(背景值=平均值)法;利用钻孔样长加权平均品位法计算深部地层各钻孔点的化探异常值,来代替该点真实的异常值。两种方法处理之后的化探数据,经过软件生成的Au异常等值线图,与深部矿床地质特征具有较高的吻合性,说明两种化探数据处理方法具有较高的可行性。通过研究,获得以下结论:

1)矿区深部龙潭组地层Au异常背景值范围为(0.04~0.12)×10^-6,异常下限约为0.24×10^-6。

2)构建了者相金矿床的深部构造控矿模式。认为F₂₀断层是者相金矿的主要导矿和控矿断裂,沿着F₂₀断层倾向延伸,其深部还有成矿和找矿的潜力。

3)者相金矿的北部成矿可能性大于南部,矿区外围的北端、东端深部还有较大的找矿潜力,并圈定了两个找矿靶区,建议在两个靶区内进行钻探验证。

本研究成果对该区后续找矿勘查及工程验证提供了依据,圈定的靶区已引起贵州省一0五地质大队的重视,并准备申请地勘基金项目。