皖东北厚覆盖区构造蚀变岩型金矿勘查模式与关键技术——以五河金矿整装勘查区为例

汪青松，张顺林，张金会，张家嘉，尤淼

(1.自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心，安徽合肥 230001；2.安徽省勘查技术院，安徽合肥 230031)

0 引言

皖东北地区位于我国著名的北北东向郯庐断裂带南段，控制长度达300km。区内成矿地质背景优越，构造蚀变岩型金矿是区内主要矿床类型[1]。由于区内大面积第四系覆盖，基岩出露面积小，地质构造条件复杂，找矿难度大。找矿一直未有大的突破成果，在2010年之前，全区尚未发现中型规模以上金矿床。五河地区是区内找矿成果相对突出的地区，也曾是国内找金热点地区。

上世纪90年代，五河地区朱顶镇农民建房挖地基发现了高品位金矿，招来民众哄抢，曾引起地矿部门和当地政府的高度重视，先后有多支地勘单位和科研院所在此开展找金工作，县政府还在全国招商，引进开发资金和勘查技术，掀起了区内金矿勘查高潮。截止2010年，累计发现小型金矿4个，矿点50余处，共探明金资源储量6.7t，建成3 座小型矿山。但实际找矿效果并不理想，与同处于郯庐断裂带上地质背景与矿化类型类似的胶东地区金矿找矿相比具有天壤之别。

郯庐断裂带是中国东部地区规模巨大的多种矿床类型构成的北东向金矿成矿带，控制着中国东部地区众多特大型、大型及中小型金矿床的分布[2]。其中胶东成矿区找矿成果特别突出，2010年之前已探明石英脉-构造蚀变岩型金矿资源2000余吨，“358找矿突破战备行动”实施之后又探明了一大批金矿床，新增金资源量2400 余吨，至2017 年区内累计探明金资源量达4500t[3]。

皖东北地区成矿条件有利，区内五河地区金矿异常信息最丰富，2010年安徽省国土厅在五河地区设立了省级金矿整装勘查区，安徽省勘查技术院为项目承担单位，负责整装勘查区找矿技术指导工作，实行“统一部署、统一设计、统一实施、统一规范、统一进度”资料共享的“五统一”勘查。2010 年开始实施，多次续作，至今项目还在实施中。

五河金矿整装勘查过程漫长，早期进展并不顺利，2013年之前按照物化探扫面圈定靶区→综合勘查评价确定孔位→钻探验证提交普查基地的勘查思路开展工作，在获得丰富的地质物化探异常信息基础上，设计施工14个钻孔，验证评价了10个靶区，虽有7个靶区见矿，但因未能发现高品位或厚大矿体，还不能提交普查勘查基地，需要按照“循环渐近式”覆盖区找矿理论和“一选三定四阶段反复循环”覆盖区综合找矿模式[4]，深入开展区域地质矿产特征和地球物理场特征研究，分析区域控矿条件，总结成矿规律和找矿方法有效性，并在此基础上进行了穿透厚覆盖层薄层矿体探测技术试验，应用物探成果引领地质勘查理论创新，利用“继承性断裂构造控矿模式”找矿思想，指导找矿靶区圈定和钻探验证工作，自2016年起陆续收获了找矿突破成果，钻探验证见矿情况与靶区预测成果基本一致。

2016年，在朱顶靶区内探明小型金矿1处(朱顶蓝天金矿)；2017年，在河口-荣渡靶区内探明中型金矿1处(河口金矿)，备案333 类资源量金5.9t(含伴生)，铅8800t(含伴生)[5]，这是皖东北地区第一个中型规模以上构造蚀变岩型金矿床；同年在大巩山靶区某矿山深边部找矿，新增探明小型规模1处；2018年，在天井湖靶区北部发现整装勘查区内第二处中型规模金矿床(天井湖金矿)，备案333+334 类资源量金8.3t，铅19700t，伴生银2.95t；2019年，在天井湖靶区南部和河口—荣渡靶区内探明小型金矿1 处(方庵金矿)。4 年时间内连续新发现了2 处中型和3 处小型金矿床，新增总资源量已达大型规模，是整装勘查区内2010年之前探明金资源量的2倍多，整装勘查取得了很好的找矿效果，估算预测靶区内潜在金矿资源量可达特大型规模[5]，实现了郯庐断裂带南段安徽省境内找金矿的重大突破。

1 区域地质背景与五河金矿整装勘查区找矿难点

1.1 皖东北地区地质矿产概况

皖东北地区包含安徽省淮北市、宿州市、蚌埠市、滁州市、合肥市以及与安徽省接壤的江苏省徐州市、宿迁市广大地区。地貌单元分属淮北平原、江淮丘陵和沿江平原，地表被大面积第四系松散层和白垩系—新近系“红层”覆盖，在滁州市地区还有新近系玄武岩覆盖，覆盖区面积占90%以上，基岩出露少。大地构造位置处于华北地台、扬子地台、秦岭-大别-苏鲁造山带结合部位。北部地区属于华北地台，主要地层岩性为青白口系—二叠系沉积岩、前震旦系变质岩。中部地区属于秦岭-大别-苏鲁造山带，以前震旦系变质岩为主。南部属于扬子地台，主要地层岩性为震旦系—三叠系沉积岩。

区内构造格架为近东西向-北西西向基底构造，叠加了北北东-近南北向郯庐断裂带。北北东向和近南北向断裂是区内最重要断裂构造，属于郯庐断裂带系统[6]。郯庐断裂带南段从皖东北地区通过，由江苏省宿迁市进入安徽省五河县境内，向南偏西依次穿过五河县、滁州市，在庐江县出皖东北地区。郯庐断裂带切割了近东西向基底构造和盖层褶皱构造，控制着区内大部分中新生代“红层”沉积盆地的边界。

区内发育有多个时代的岩浆岩，早期的有新太古代蚌埠期蚌埠混合花岗岩；燕山期岩浆岩最为发育，主要有淮北三铺花岗闪长岩体、蚌埠荆山花岗岩体等[7～9]和明光管店花岗闪长岩体等。在喜马拉雅期，明光-张八岭地区有大量火山岩喷发和潜火山岩体。

区内已发现铁、铜、金、铅、锌、重晶石等矿产。华北地台区主要矿床类型有沉积变质型铁矿、矽卡岩型铁铜金矿[10]和石英脉-构造蚀变岩金矿；秦岭-大别-苏鲁造山带区主要矿床类型有石英脉-构造蚀变岩金矿[11]；扬子地台区主要矿床类型有矽卡岩型铜金矿[12]和构造破碎带型金矿等[13～14]。

1.2 五河金矿整装勘查区找矿难点

五河金矿整装勘查区位于五河县东部地区，面积400km2。大地构造处于近东西向蚌埠复背斜构造东段与北北东向郯庐断裂带的交汇部位。郯庐断裂带近南北向从整装勘查区中部穿过。西侧为前震旦系五河岩群变质岩系，东侧为白垩系新庄组红色砂砾岩。整装勘查区横跨淮河两岸，地表大部分为第四系松散层覆盖和白垩系“红层”分布区，仅在大巩山地区有零星五河岩群基岩露头。

五河岩群变质岩系属于中深变质的片麻岩与大理岩组合，主要岩性有斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩、石英角闪片麻岩、角闪岩、浅粒岩、变粒岩和大理岩等。

主要矿床类型有石英脉-构造蚀变岩金矿，共、伴生有铅矿。矿化发生在糜棱岩、构造片岩、碎粒-碎裂岩带中，在构造角砾之间形成细脉、微细脉和浸染状金矿化。主要金属矿物有黄铁矿和方铅矿、黄铜矿及少量闪锌矿等，黄铁矿化、绢云母化和硅化为主要蚀变特征。

五河金矿整装勘查区既是厚覆盖区，又是构造复杂条件区，找矿难度大，找矿突破存在有3 个方面难点：

（1）厚覆盖区，缺少穿透厚覆盖层探测矿体技术。整装勘查区覆盖区面积占比大于80%，覆盖层厚度大部分在90m 以上，具有低阻屏蔽作用，物探找矿效果也差。石英脉-构造蚀变岩型金矿体多呈陡倾斜脉状，厚度薄、无磁性，埋藏于厚覆盖层下，难以查明矿化带分布情况，无法确定钻探验证位置。

（2）属于典型构造条件复杂地区，难以查明控矿条件。整装勘查区处于华北地台、扬子地台、秦岭-大别造山带三大构造单元交汇处，郯庐断裂带的主干断裂——朱顶-石门山断层从整装勘查区中部呈近南北向穿过。郯庐断裂带长期活动，主干断裂及其次生牵引构造既是控岩控矿构造又是破坏矿体的构造，区内地质构造极其复杂。

（3）以往地质勘查工作程度低，缺少成矿模式理论指导。不同的成矿区具有不同的成矿模式。成矿模式决定找矿方向，五河金矿整装勘查实施时，1∶5万区调和矿调工作尚未完成，以往地质勘查和综合研究程度低，前人没有查明控矿条件，没有成矿模式理论指导，不能确定正确的找矿主攻方向。

2 继承性断裂构造控矿模式

圈定找矿靶区是实现覆盖区找矿突破的关键步骤也是难点所在。笔者为了解决安徽省五河金矿整装勘查中缺少成矿模式指导问题，分析研究了皖东北区域重磁异常特征和成矿规律，应用物探成果引领地质理论创新，创建了皖东北地区继承性断裂构造控矿模式，指导靶区圈定，取得了找矿效果。

2.1 皖东北重力异常特征与继承性断裂构造控矿模式

经对皖东北地区重磁资料进行综合整理与分析[9,15]，获得重要发现：即重力低异常具有弧形条带特征[16]，并以郯庐断裂带为界，两侧弧形凸向相反，大致具有旋转对称性(图1)。笔者创新物探异常解释方法，根据区域物探异常特征进行断裂构造时空演化推断解释，推断皖东北地区保存有印支期断裂构造格架痕迹；区内北东-北北东向主要断裂构造具有继承性，形成于印支期，燕山期继续活动，控制白垩纪“红层盆地”，与地质学家研究郯庐断裂带演化特征相符[17～19]。

分析研究区域控矿条件和成矿规律时还发现：区内热液充填构造破碎带型矿床和矽卡岩型矿床均受北东-北北东向继承性断裂构造控制[16]。

图1 皖东北地区重力异常与继承性断裂构造分布图(据汪青松等，2018)Figure 1. Distribution map of gravity anomalies and inherited faults in northeastern Anhui Province (after Wang Qingsong et al., 2018)

继承性断裂构造控矿模式[20]：郯庐断裂形成于印支期，长期活动，压扭拉张作用时而转换，发挥着板块内部应力集中的块体边界作用，控制了区内燕山期的岩浆活动与成矿作用[21]。在印支期以左行压扭应力作用为主，在左行走滑压扭阶段，在其两侧形成了一系列次级断裂构造或派生牵引构造。由应变椭球体分析可知，在主干断裂两侧可派生主压应力轴和主张应力轴，可产生一系列压性、压扭性次级断层和张性、压扭性次级断层，在皖东北地区主要表现为北东-北北东向断裂构造。至早白垩世进入伸展阶段，以拉张应力作用为主，岩体侵入、成矿与断陷盆地形成。在伸展期，郯庐断裂带主干断裂左行压扭应力作用消失，在压扭拉张应力转换期，早期形成的次级主断裂侵入岩体，成矿物质在合适部位沉淀形成矿床。这一时期是中国大陆中东部发生的燕山期大规模成矿作用时期[22]，皖东北地区也进入金矿形成的主要时期。成矿岩体沿已有断裂构造侵入，含矿热液在郯庐断裂次级断裂构造或派生牵引构造裂隙中成矿，在古生代及震旦纪地层分布区可形成矽卡岩型金矿和热液充填构造破碎带型金矿(远离岩体)，在前震旦系变质岩分布区可形成石英脉-构造蚀变岩型金矿。这些控矿构造都是继承了郯庐断裂带受压扭作用形成的次级断裂构造或派生牵引构造带。

2.2 继承性断裂构造控矿模式找矿方法

成矿模式习惯上多指矿床成因模式，强调的是成矿物质来源、运移过程和沉淀场所。“控矿模式”属于矿床存在模式，强调继承性断裂构造的最重要控矿作用。继承性断裂构造物探异常具有显著特征，依据特有的物探异常特征，可以在覆盖区识别确定控矿构造位置，指导靶区圈定工作，这是创建继承性断裂构造控矿模式的意义所在。

图2 五河金矿整装勘查区找矿靶区与普查控制区分布图Figure 2. Distribution of prospecting target areas and general survey-controlled areas in the integrated exploration area of the Wuhe gold deposit

继承性断裂构造控矿模式，解决了皖东北地区缺少勘查理论指导的难题，用于指导五河金矿整装勘查工作，取得了重要找矿成果。指导找矿方法是：分析继承性断裂构造压扭性形成机理，可知继承断裂构造应当不切割主干断裂，其弧形物探异常也会不切割主干断裂，当继承断裂构造带发生矿化蚀变作用时，具有较强磁性前寒武系变质岩还会发生消磁作用，继承性断裂构造带会伴随有磁场低值带异常存在。因此继承性断裂构造控矿具有特殊的物探异常特征，是寻找和判断控矿破碎带构造的标志。因此，在五河金矿整装勘查区依据①弧形物探异常；②不切割主干断裂；③伴随磁场低值带3个重要物探异常特征标志，再结合其他资料，圈定了6个找矿靶区(图2)。经普查验证，见矿钻孔分布与靶区范围基本一致，现已发现金矿床5处，找矿效果显著。据此预测区内金矿远景资源量可达超大型规模(50t)，不仅实现了五河金矿整装勘查区找矿突破，更是为皖东北地区覆盖区找矿提供了一种继承性断裂构造控矿模式找矿方法。

3 “中大比例尺多方法组合覆盖区基岩地质构造探测技术”

覆盖区找矿都要探测基岩地质信息和地球物理场特征，编制基岩地质图，需要多尺度探测成矿系统[23]。利用继承性断裂构造控矿模式指导圈定找矿靶区时，也需要查明区内基岩地质情况和重磁场特征，以便判断区内地质特征是否具有区域控矿地质条件共性，对比分析区内物探异常是否具有继承性断裂构造物探异常基本特征。回顾五河金矿整装勘查过程，分析各项物探方法有效性，总结提出了“中大比例尺多方法组合覆盖区基岩地质构造探测技术”（简称“中大比例尺组合探测技术”），具有分辨率高、成本低、速度快的优点，主要地球物理方法如下：

3.1 1∶2.5万比例尺重力、磁法、激电中梯、化探扫面

重力、磁法不受低阻屏蔽作用影响，可利用重磁扫面异常识别基岩地层岩性和推断隐伏岩体；激电中梯方法可以获取基岩区和浅覆盖区电阻率和极化率异常信息，特别是对低阻地质体和高极化率矿体有较好的反映；化探方法在风化残丘和极浅覆盖区，可以测量出基岩化学元素含量，对矿化显示效果好。多方法组合能够发挥优势互补作用，可克服单一物探方法的局限性。

3.2 1∶1万比例尺CSAMT、CR、IP法剖面测量

主要用于异常查证和靶区评价。可控源音频大地电磁法(CSAMT法)，能够较好地探测出地层剖面中电阻率(ρs)异常分布特征。复电阻率法(CR法)，能够定窗口高密度测量地层中视电阻率参数(ρs)、激电视充电率(ms)、电阻率、视时间参数(τs)、视频率相关参数(cs)，可区别矿和非矿异常。激电测深剖面法(IP法)，能够同时探测剖面视电阻率(ρs)和视极化率(ηs)异常。

“中大比例尺组合探测技术”，即1∶2.5万扫面与1∶1 万剖面组合的多方法多比例尺综合探测技术。其基本网度为250m×(50～100)m，较网度为500m×(100～200)m 的1∶5 万中比例尺探测平面分辨率提高4～8倍，重点地区网度加密。能较详细查明地球物理场分布，判断覆盖层厚度，探测基岩地层岩性，寻找隐伏岩体，圈定矿化蚀变带和推断解释断裂构造，具有识别较小目标体优势。

4 穿透厚覆盖层探测矿体新技术

寻找覆盖层下陡倾斜、无磁性、脉状金属矿体难度很大，开展了多项穿透厚覆盖层探测陡倾斜脉状矿体的技术试验，“极低频电流磁场法”和“四方位充电测井法”效果好。

4.1 极低频电流磁场法

极低频电流磁场法，是一种测磁场的传导类电法[24]，吸收了磁法勘探和激发极化法的优点。根据良导体通电产生电流磁场基本原理，基于金属矿体具有良好的导电性，并与围岩存在较大的电性差异，当有人工电场作用时，经过矿体内外的电流密度分布存在不均匀，矿体中分布电流较多，将形成局部电流磁场异常，且异常强度与供电电流大小有关。构造蚀变岩型金矿脉电阻率低，五河群变质岩电阻率高。当平行矿脉在地面供以强大电流时，进入基岩中的电流便更多选择在低阻矿脉中通过，金矿脉相当于供电导线，由毕奥-萨伐尔定律可知，在金矿脉周围会产生一次电流的磁场，磁场强度与电流大小成正比，与距离平方成反比；由于低阻覆盖层具有电流趋肤效应，由电磁波趋肤深度与频率相关性可知，在低阻覆盖区进行稳定电流供电时，进入矿体的电流大小还与供电频率有关，流入金矿脉中电流会随着供电频率的降低而增大，频率越低穿透覆盖层的能力越强，进入基岩矿体中电流就越多，磁场强度越大。不同频率供电，金属矿体产生的电磁场异常不同。

“极低频电流磁场法”测量时，在地面发射交变电场，激发基岩中矿体产生电流感应磁场信号，在地面测量供电前后(或不同频率供电)磁场并进行对比研究，筛选磁场异常变化之处的局部异常即为金属矿体所在位置。矿致异常＝供电前磁场(或高频磁场)-供电后磁场(或高频磁场)，前后磁场的差值体现了磁场异常变化情况，还可以消除背景影响和测量误差。

在五河金矿整装勘查区河口金矿10 号勘探线Ⅰ号金矿体上方开展了“极低频电流磁场法”试验工作。Ⅰ号金矿体为构造蚀变岩型金矿脉(低阻)，产于前寒武系变质岩中(高阻)，倾角60°～70°（陡倾斜），其上部为第四系覆盖层(低阻)，厚度98m。试验时采用V8 多功能电法系统[25]与MT 法MTC-50 型磁传感器组合构成电流磁场法观测系统。试验结果发现供电频率为2-4Hz、2-5Hz、2-6Hz时矿体上方出现了条带状磁异常与后期钻探验证矿化带对应，其中(2-6Hz-2-4Hz)剩余异常最明显(图3)，取得了很好找矿效果。

图3 河口铅金矿Ⅰ号矿体电流磁场剩余异常平面图Figure 3. Plan of residual current magnetic field anomalies for the ore body I of the Hekou Pb-Au deposit

4.2 四方位充电测井法

金属矿钻探发现矿体后，往往需要判断矿体的产状倾向，常用的方法有四方位激电测井法。该方法在地面距离井口一定距离的四方位分别通过A 极供电（B 极置无穷远），同时在井中不同深度连续测量MN间一次电位和二次电位，通过对比不同方位电阻率或极化率高低判断矿层产状倾向，在基岩出露区应用效果好。然而，在低阻厚覆盖区，由于存在覆盖层屏蔽电场信号难题，地面供电信号到达基岩后被减弱，MN测量信号微弱，往往难以判别薄矿层产状倾向。

四方位充电测井法是一种井-地联合探测方法。电极布设如图4，在井中通过A极供电(B极置无穷远)连续移动充电，在地面距离井口等距离四方位同时测量4个M极电位(N极置无穷远)。由于供电电极A与低阻矿体直接接触，低阻矿体形成等电位体，倾斜矿体上端距离地表近，地面电位高，倾斜矿体下端距离地表远，地面电位小，通过对比不同方位的电位高低可判断矿层产状倾向。

试验工作在五河金矿整装勘查区内河口金矿ZK2002 孔进行，孔深650.15m。0～98.65m 为第四系低阻覆盖层。其下基岩为片麻岩类变质岩，电阻率高。在孔深378.18～388.95m 发现含金矿化蚀变岩带，视厚度10.77m，为低阻矿化带。

野外试验时，使用1 台供电发射机与4 台接收机组合完成。试验结果显示，在含金矿化蚀变岩段，四方位电位异常十分突出(图5)，且西北方向两个M 极电位明显高于东北方向两个M极电位，据此判断西北方向矿体埋藏浅，东南方向矿体埋藏深，矿体倾向东南，与矿体实际倾向一致[16]。

图4 四方位充电测井法电极布置示意图Figure 4. Electrode layout of tetragonal charging logging method

图5 ZK2002孔四方位电位异常图Figure 5. Tetragonal potential anomaly of the borehole ZK2002

5 总结

（1）研究区域地质物探异常特征、分析控矿条件、总结成矿规律，应用物探成果引领地质理论创新，创建了继承性断裂构造控矿模式，为皖东北地区找矿提供了理论依据，成功地指导了五河金矿整装勘查圈定找矿靶区工作，“继承性断裂构造控矿模式”具有推广应用意义。

（2）“中大比例尺多方法组合探测技术”，为整装勘查靶区圈定和钻探孔位确定提供了基础地质物探异常信息。具有分辨率高、成本低优势，适合地质构造条件复杂的厚覆盖区地质调查与矿产勘查推广。

（3）“极低频电流磁场法”和“四方位充电测井法”是穿透厚覆盖层探测矿体的有效技术。

极低频电流磁场法具有穿透低阻覆盖层能力，为覆盖区寻找陡倾斜脉状金属矿体提供了一种有效方法。基于现有仪器设备发挥潜能，可以开展该方法工作。四方位充电测井法能够在低阻厚覆盖区探测薄层矿体产状，发现钻探打漏矿层，寻找井侧面、井底盲矿体。

（4）回顾五河金矿整装勘查找矿突破过程，物探成果引领，创建皖继承性断裂构造控矿模式，为靶区预测提供了理论依据，在找矿突破过程中发挥了关键作用；创新物探技术，为地质构造条件复杂的厚覆盖区探测基岩地质信息提供了关键技术。五河金矿整装勘查找矿突破成果是伴随着物探成果引领地质理论创新和结合实际的物探方法创新而实现的，因此提出“皖东北地区物探成果引领，探测技术创新”勘查模式，可适应皖东北覆盖区和郯庐断裂带地区地质调查与矿产勘查的需要。

致谢！在五河金矿整装勘查找矿突破过程中，始终得到了安徽省自然资源厅盛中烈教授的精心指导，不断鼓励笔者创新和大胆验证，深表感谢！