一种钻孔数据统计与找矿预测新方法——以辽宁白云金矿为例

李德东，王玉往，解洪晶，张凤琴，杨泮，张志超，李生辉，刘俊利

（1.北京矿产地质研究院有限责任公司，北京 100012；2.中国地质大学（北京），北京 100083；3.辽宁省有色地质一〇三队有限责任公司，丹东 118008）

0 引言

在矿区范围内的大比例尺找矿预测方法中主要有原生晕（陈耀宇等,2007;鲍霖等,2014;刘玉军等,2018;康恺等,2019;贺昌坤等,2020;刘超等,2020）、控矿构造解析（戢兴忠等,2018;申玉科等,2019）、不同矿段构造变形岩相带特征（张宝林等,2020）或构造岩相学填图（方维萱,2019）、不同深度标型矿物（吴晋超等,2020）以及物探技术组合（刘涛等,2011;黄宁等,2016;杨新雨等,2017;刁理品和黎树明,2017）等预测方法，但这些方法相对传统，需要大量分析测试或大量实地测量工作，使找矿工作面临高成本、高难度、低效率等问题（吴丹,2020）。

一个矿区特别是老矿区通常拥有大量的地质、矿产勘查、开采等综合信息资料，如何利用这些多元信息提取有利的控矿因素对找矿预测起到关键作用。本文通过对辽宁省白云金矿床进行大量钻孔数据的信息提取并作统计分析，利用钻孔中与矿体时空关系密切的各类岩脉和裂隙（破碎带）厚度与矿体厚度及垂向伸展率对比，优选出与矿体厚度相吻合的找矿标识体，并对白云地区的垂向伸展程度与找矿预测方向进行探讨，希望这一方法对指导相同类型金属矿产深部勘查具有借鉴意义。

1 区域地质背景

辽宁省白云金矿床是辽东地区大型金矿床之一，大地构造上属于华北克拉通的东北缘，郯庐断裂带东侧（图1a），位于青城子矿集区的北侧（图1b）。

区内出露地层主要为古元古代辽河群地层和少量中生代白垩系地层。辽河群地层从下至上主要分为浪子山组、里尔峪组、高家峪、大石桥组以及盖县组。浪子山组在本区出露较少，主要分布在青城子矿集区西北侧，主要以石英岩、含石墨二云石英片岩、十字石榴二云片岩夹大理岩为主，厚度约200 m（赵鸿志等,2009）；里尔峪组在本区出露也较少，主要分布在青城子矿集区的周围，以变粒岩和浅粒岩为主，以盛产硼矿为特征，厚度约268 m（辽宁省地质矿产局,1989）；高家峪组在区内分布面积也较小，其原岩为一套含炭质粘土岩-碳酸盐岩建造，以产磷矿为主要特征，厚度约40 m（辽宁省地质矿产局,1989）；大石桥组在区内分布极为广泛，其原岩为一套碳酸盐岩夹粘土岩建造，是区域上铅锌、金、银矿主要赋矿层位，厚度约1500 m（赵鸿志等,2009）；盖县组分布更加广泛，岩性稳定、厚度大及分布范围广是盖县组的主要特征，主要为片岩、千枚岩含石榴石、十字石、堇青石、硬绿泥石等变质矿物组成，厚度大于2400 m（辽宁省地质矿产局,1989），一些金、银、铅锌矿体主要赋存在盖县组与大石桥组接触部位（李德东等,2019），但经过成矿元素分析表明，这些围岩地层并非金矿的矿源层（郝立波等,2017;李德东等,2018）。

区内主要构造为辽吉裂谷演化过程中形成的断裂和褶皱构造，形成了断裂与褶皱共同组成的错综复杂的构造体系。古元古代造山带发育主动裂谷作用，裂谷的中央凹陷发育着EW向深大断裂、NE向深大断裂和NE向剪切断裂；裂谷闭合后形成主断裂构造线为EW向，经挤压碰撞造山和后造山形成内带的由塑性变形-塑脆性变形-脆性变形的弯形断裂构造带（李三忠等,1996）；发展到造山后拆沉阶段，形成层状变质岩系多层顺层韧-脆性变形变质断裂带，晚古生代—早中生代时期，受古亚洲洋和古特提斯洋闭合作用和扬子板块与华北板块碰撞作用双重影响，形成一系列NWW或EW向的逆冲断裂。

区内侵入岩体大致可分为两个世代，即元古代和中生代。元古代主要有辉长岩脉（1252.7 Ma，周国超,2017）、规模较大的大顶子岩体（1621～2176 Ma，芮宗瑶等,1994;宋剑飞,2018）、石家岭岩体和青城子镇南部的一些小岩株（图1b）；中生代侵入岩体可分为印支期和燕山期，印支期岩体占绝大多数，如双顶沟岩体（200～224 Ma，蒋少涌和魏菊英,1989;段晓侠等,2012;周国超等,2017;解洪晶等,2018）、新岭岩体（218～227 Ma，芮宗瑶等,1994;Yu et al.,2009）和大量宽成分谱系岩脉群，主要有花岗斑岩（218～230 Ma，郝立波和陆继龙,2012①，周国超等,2017;Liu et al.,2019）、煌斑岩（220～227 Ma，张朋等,2016a;周国超等,2017）、石英斑岩（218～221 Ma，周国超等,2017;Liu et al.,2019）和闪长玢岩（228～229 Ma，郝立波和陆继龙,2012①，周国超等,2017;Liu et al.,2019）等；而燕山期岩体主要有姚家沟小岩体（169～185 Ma，和成忠,2015;Yu et al.,2009）和少量的岩脉（周国超等,2017;曾庆栋等,2019）。

2 白云矿床地质特征

白云金矿区出露的地层主要为辽河群大石桥组3段岩层和盖县组。大石桥组3段主要由厚层白云质大理岩、石榴石云母片岩、黑云母片岩和条带状大理岩组成，厚度约500 m（辽宁省地质矿产局,1989）。盖县组主要由黑云母变粒岩、浅粒岩、透闪变粒岩和夕线石云母片岩组成，厚度约1700 m（赵鸿志等,2009），一些金、银、铅锌矿体主要赋存在盖县组与大石桥组接触部位（李德东等,2019）。

矿区构造主要为近EW向韧性剪切构造和NW向、NE向的大型断裂构造组成。近EW向的韧性剪切构造主要由一系列褶皱组成，主要有白云山背斜、李家堡子-天桥岭-姚家堡子倒转向斜和苏家堡子背斜等（李德东等,2019），金矿体主要位于李家堡子-天桥岭-姚家堡子倒转向斜和近EW向韧性剪切构造带中（图2）。

矿区内规模较大的岩体尚未发现，但发现大量宽成分谱系岩脉（李德东等,2016,2019），主要有石英斑岩、花岗斑岩、闪长玢岩和煌斑岩等，这些岩脉多为探矿工程揭露被发现的。根据这些岩脉的形成年龄（218～230 Ma，郝立波和陆继龙,2012①，张朋等,2016a;周国超等,2017;Liu et al.,2019）与成矿年龄（225 Ma，张朋等,2016b）相一致，并且它们大多已发生矿化蚀变（李德东等,2019,2020），因此可以把这些岩脉看作与成矿同时形成的产物。

矿区内的金矿体主要呈似层状、脉状、扁豆状赋存在近东西向展布的硅钾蚀变岩带、盖县组片岩与大石桥组大理岩接触界面及盖县组层间破碎带中（李德东等,2019）。在水平方向上，矿体呈带状沿近东向韧性剪切断层或天桥岭-姚家岭-李家堡子倒转向斜分布，与石英斑岩脉近于平行展布，在顾家堡子一带主要呈NW向分布，与闪长玢岩、石英斑岩和花岗斑岩近于平行展布（图2），垂向上矿体具分支复合、尖灭再现和平行脉状产出特点（图3），并且矿体的产状多与岩脉近于平行，如白云矿床5线和2线剖面图中闪长玢岩和石英斑岩脉与矿脉近平行产出（图3）。

3 钻孔中侵入体几何分析

钻孔中测量的侵入体厚度可能不是侵入体的真实厚度，如图4所示，钻孔中测量的厚度L（OC段）要大于侵入体真实厚度w（OD段），这与钻孔的倾角和侵入体的倾角有关。若侵入体倾角为0°（β=0°，即水平侵入），那么钻孔倾角越大测量的钻孔中侵入体厚度L越接近于侵入体的真厚度[w=L×cos(α)]，通常钻孔的倾角是比较大的，比如白云矿区钻孔倾角主要位于80°～89°之间，因此α位于1°～10°之间，cosα位于0.9848～0.9998之间；若侵入体的倾角不为零（通常情况下具有一定的倾斜），理论上β可位于0°～90°之间（0°为水平侵入体，90°为垂直侵入体），钻孔中测量的侵入体厚度与真实厚度之间关系为[w=L× cos(α+β)]，白云矿区内各侵入体产状近于一致，因此各侵入体的倾角可以参考矿体的倾角（角度范围为20°～45°②），故cos(α+β)位于0.5736～0.9336之间。因此，侵入体的倾角越大获得钻孔中测量的侵入体厚度越大，但对于钻孔中各侵入体厚度统计结果在平面上分布趋势是相同的，可以直接进行比较。

对于侵入体引起的垂向伸展，应该考虑因侵入体的侵入引起的垂向分量OE（图4），因为w=OE×cos(β)。假设板状侵入体的真厚度为10 m，钻孔倾斜角度变化以及侵入体倾斜角度变化引起的钻孔中测量的侵入体厚度L和计算的垂向厚度OE的曲线变化趋势见图5。从图5可以看出，两曲线出现两个小角度相交点，即当α+β1=6°+35°=41°时且仅当β2=41°时，以及α+β1=9°+33°=42°且仅当β2=42°时，两曲线值（cos(α+β1),cos(β2)）是相等的，其它角度范围内两者曲线相差不大（图5）。其实，OE值在L范围内可以存在无数个等值点。如果以钻孔中的视厚度L代替垂向厚度OE，对于白云地区钻孔及侵入体产状情况可以产生最大0.07 m的误差（以10 m真厚度侵入体计算），故此钻孔中测试的视厚度L可以初略地代替侵入体的垂向厚度，可以用来衡量垂向伸展程度。

图5 白云矿床钻孔中测量厚度L和计算垂直厚度OE值（以真厚度10 m为例）

4 钻孔中数据提取及统计分析

本文对白云金矿床570多个钻孔（累计钻孔深度大于275900 m，图6）图件资料进行了信息提取工作，并对一些重要钻孔岩心进行了实地编录工作，验证了原始编录资料的准确性，本文统计的资料主要源自原始钻探工程编录资料。

图6 用于统计分析的白云矿床钻孔分布平面图

4.1 矿体厚度及垂向伸展率

矿体是矿山企业直接开采的对象，矿体厚度越大代表矿产资源越丰富，同时矿体也是深部找矿的直接目标体。本文详细提取了钻孔中的矿体厚度，对各钻孔矿体测量的厚度累加获得钻孔矿体厚度L，之后利用Surfer软件绘制厚度等值线图（如图7a）。可以看出，白云地区钻孔中矿体厚度（视厚度L）分布曲线大致呈NWW-SEE（近EW向）和NW向趋势，顾家堡子西北部是两者的交汇处。厚度分布较大的区域可分为四个区域，即白云西部地区、荒甸子地区、顾家堡子西北地区和顾家堡子东南部地区，其中荒甸子地区和顾家堡子西北地区（即7号、10号、11号矿脉群密集产出地区）数值较大，说明这两个地区是目前白云地区矿产资源比较丰富的地段。如果把每个钻孔中的矿体厚度总和（∑L）除以这个钻孔的孔深，即计算这个钻孔位置的平均矿体厚度（L/m），也可视为因矿体厚度引起的垂向伸展程度（即伸展百分率，也称为伸展率）。从图7b可以看出，尽管数值变得较小，但浓度范围区域基本保持不变，仍与矿体厚度分布的四个区域相同。说明矿体厚度与孔深近似成正相关性，即钻孔越深矿体越厚，同时暗示了白云地区深部矿产资源具有较大的成矿潜力。

4.2 裂隙厚度及垂向伸展率

地下深部裂隙记录了地质演化过程中经历过复杂的脆性变形过程，可能包含成矿前、成矿期和成矿后的断裂或破碎，同时也可能包含因岩浆活动强力侵入引起的围岩局部破碎等，在本文统计过程中并没有细分这些阶段，主要分析该地区现存裂隙与矿体之间的关系。

本文详细提取了钻孔中的破碎（或裂隙）厚度，对各钻孔破碎（或裂隙）测量的厚度累加获得钻孔破碎（或裂隙）厚度L，之后利用Surfer软件绘制厚度等值线图。从钻孔中裂隙厚度分布平面图（图8a）来看，白云地区的裂隙厚度分布大致呈近东西向趋势，受近东西向韧性剪切断裂控制比较明显（李德东等,2019）。其中主要密集分布在四个区域，即白云矿部西南、白云矿部东南、荒甸子西部和南部。如果与矿体厚度分布图相比较，可以看出裂隙厚度分布与矿体分布具有较大的偏差，如白云矿部西部矿体厚度密集处，并不是裂隙密集分布区，这个部位的密集分布区则明显偏向西南方向，再如白云矿部东南部裂隙密集分布区也不是矿体厚度密集区，同样也具有较大的偏移距离，最明显的是顾家堡子东南部矿体厚度较大区域（图7a）而裂隙厚度值很低（图8a），这说明现存裂隙可能更大程度地代表了成矿前或成矿后的脆性破裂，对指导找矿预测具有一定的偏差。如果把每个钻孔中裂隙厚度总和除以每个钻孔的深度并计算出因裂隙引起的垂向伸展率，从图8b可以看出这个伸展率浓度分布区域与裂隙厚度分布区域（图8a）是相近的，只是数值有所变化，同样也不能用来精确指导深部找矿预测。

图7 白云矿床钻孔中矿体厚度（a）及垂向伸展率（b）平面图

图8 白云矿区钻孔中裂隙厚度（a）及垂向伸展率（b）平面图

4.3 岩脉厚度及垂向伸展率

白云地区的岩脉主要有花岗斑岩、石英斑岩、闪长玢岩、煌斑岩等，这些岩脉与矿体在空间上是密切相关的（李德东等,2016），但深部这些岩脉与矿体是否具有高度耦合性还不清楚。

本文详细提取了钻孔中的各岩脉厚度，对各钻孔岩脉测量的厚度累加获得钻孔岩脉厚度L，之后利用Surfer软件绘制厚度等值线图。从所有岩脉总厚度（∑L）进行投图（图9a）上，可以看出岩脉总厚度大致沿NW向分布，其密集分布区可分为三个区域，即白云矿部西南部地区、顾家堡子西北地区和顾家堡子东南地区。与矿体厚度分布区域（图7a）相比较，具有较大的偏差，说明深部岩脉厚度密集分布区不能作为有效的找矿标志。如果把每个钻孔中的岩脉厚度总和除以每个钻孔的深度计算出每个钻孔中因岩脉侵入而引起的垂向伸展率（图9b），从图中可以看出这个垂向伸展率密集分布区与矿体厚度密集分布区是高度吻合的，线性趋势也是相同的。岩脉厚度垂向伸展率代表了一个地区地壳因岩脉侵入引起的垂向伸展程度，两者具有高度吻合性说明岩脉的侵入引起的垂向伸展程度可以用来指导深部找矿预测。同时，还指示出从苏家堡子到荒甸子NE方向具有异常高值区，暗示这个方向也可能存在着成矿潜力，需要格外关注。

图9 白云矿区钻孔中岩脉厚度（a）及垂向伸展率（b）平面图

4.4 岩脉与裂隙总厚度及垂向伸展率

由于岩脉可以是岩浆充填已有裂隙形成（Valentine and Krogh,2006）或自开辟裂隙形成（Rubin,1998），据此本文把钻孔中的所有岩脉与所有裂隙总厚度（∑L）进行了统计，从两者总厚度分布图（图10a）可以看出，这个总厚度大致沿NWWSEE和NW向展布，密集分布区可分为四个，即白云西部、顾家堡子西北部、荒甸子西部与南部、和顾家堡子东南部地区，与矿体厚度分布区（图7a）也具有高度吻合性。如果把总厚度除以钻孔的孔深计算出每米孔深的厚度值，即两者垂向伸展率（图10b），可以看出两者垂向伸展率分布趋势也与矿体厚度分布趋势相同，密集分布区基本覆盖了现有矿体密集分布区，因此对高密集分布区内尚未发现大量矿体的部位需要格外注意进行深部找矿预测工作。

图10 白云矿区钻孔中岩脉和裂隙总厚度（a）及垂向伸展率（b）平面图

5 讨论与结论

深部探矿工程特别是钻探一定程度上揭露了地下深部的各地质体的出露情况，因此可以利用钻孔中各地质体（特别是侵入岩体和破裂）来尝试估算该地区（主要是矿区）的伸展程度，特别是矿区尺度范围内的垂向伸展可能对找矿预测具有重要作用。

本文对白云地区目前所有钻孔进行了详细统计工作，提取了矿体厚度、岩脉厚度、裂隙厚度并分别根据钻孔深度计算了每米孔深的矿体厚度、岩脉厚度和裂隙厚度作为垂向伸展率。尽管计算岩脉垂向伸展率要考虑岩脉倾角对伸展率的影响（Marinoni,2001），正如前文所述，钻孔中的矿体视厚度与岩脉视厚度尽管与真厚度不同，但对白云地区各侵入体产状近于相同的情况，利用钻孔中的视厚度代替真厚度在两者密度分布图中并不影响比较之目的，只是对垂向伸展率精确值略有误差，以10 m真厚度侵入体为例，计算了利用视厚度引起的误差只有0.07 m，因此可以视为两者相近，故此本文统一利用钻孔中的视厚度（L）进行比较。

通过对裂隙厚度、岩脉厚度及对应的垂向伸展率分布图与矿体厚度和垂向伸展率分布图比较来看，岩脉厚度垂向伸展率分布与矿体厚度及垂向伸展率分布高度吻合，岩脉+裂隙总厚度及垂向伸展率分布范围也与矿体厚度及垂向伸展率分布吻合性较好，并且还可能指示一些找矿预测潜力区。在今后的找矿预测工作中应该特别注意岩脉和裂隙密集分布区。

2019年至2020年辽宁省自然资源厅出资在顾家堡子附近实施2000 m钻探验证，探获多层金矿体，总厚度约16 m，平均品位1.43 g/t③，取得深部找矿突破，充分证实了这个地区深部具有较大的成矿潜力，也佐证了本文提出的新方法对指导深部找矿的准确性。这种新方法可以在相同类型矿区进行推广，更快更好地为深部找矿预测提供借鉴。

注 释

①郝立波,陆继龙.2012.辽宁省白云金矿床总结研究报告[R].1-121.

② 辽宁省有色地质局一〇三队.2011.辽宁省凤城市白云金矿接替资源勘查[R].1-82.

③辽宁有色地质一〇三队有限责任公司.2020.辽宁省凤城市白云金矿外围金矿预查报告[R].1-72.

致谢辽宁省有色地质一〇三队有限责任公司刘福兴教授级高工和王伟教授级高工提供了大量钻孔图件以及两位匿名评审专家提出意见和建议，在此表示感谢。