隐伏矿找矿成功案例分析——以辽宁瓦房店地区金刚石矿找矿为例

付海涛，戴晓川，许洪斌，张国仁，蒋丽丽，万方来，仲米山，李祎昕，李金龙

(1.辽宁省地质勘探矿业集团，辽宁 沈阳 110032；2.辽宁省自然资源厅，辽宁 沈阳 110032；3.辽宁省第六地质大队有限责任公司，辽宁 大连 116200；4.辽宁省地质勘查院有限责任公司，辽宁 大连 116100；5.辽宁省物测勘查院有限责任公司，辽宁 沈阳 110031)

金刚石矿是辽宁省的优势矿产，辽宁南部瓦房店地区已探明的金刚石矿资源量占全国的一半以上。辽宁的金刚石矿勘查工作始于20世纪60年代中期。1965年，山东蒙阴地区发现含金刚石的金伯利岩之后，辽宁省地矿局即组建金刚石专业队开始在辽东半岛开展以寻找金刚石原生矿为主要目标的水系重砂测量工作并发现了铬铁石、镁铝榴石等重砂异常，1971年6月在复县(现称瓦房店市)石灰窑子发现了1号和 2号金伯利岩管，从此为辽宁金刚石勘查工作揭开了新的一页。辽南地区金刚石找矿以地质力学理论为指导，采用“沟沟岔岔靠重砂，平平坦坦靠物探，山山岗岗靠地测”的综合普查找矿方法，相继发现了一系列的金伯利岩体，先后提交了42号、50号、30号岩管等大型原生金刚石矿床[1]。截至目前，瓦房店地区已提交4个大型、1个中型原生金刚石矿床和3个小型金刚石砂矿床[2]。瓦房店地区金刚石矿找矿工作大致可分为4个阶段：①普查找矿阶段，主要以发现金伯利岩为主要目标；②提交资源/储量阶段，主要是对已发现的具有较大规模的岩管等进行评价，提交资源/储量；③对外合作阶段，随着不断取得找矿成果，相继有多家国外公司到此开展金刚石矿找矿工作；④深入挖潜阶段，在以往已取得成果基础上，努力寻找新的矿产资源，当前属于此阶段。2008年以后，辽宁省加大了此区金刚石找矿的投资力度，先后设置了多个勘查项目，本区于2012年被列为国土资源部的整装勘查区。随着工作不断深入，发现对岩管形态的认识和控矿因素的认识是制约找矿成果的主要问题，相继引进了三维地质建模、井中物探等技术方法；组建了专家指导下的多专业联合攻关团队，终于实现了隐伏矿的找矿突破。在远离已知岩管1000m以上、地下近300m处找到了宽度仅几十米的隐伏金伯利岩体，提交了1个中型原生金刚石矿床并预测在一个长350m、宽200m、埋深300～400m范围内存在金刚石资源潜力可达大型矿床规模的厚大的金伯利岩体。

1 瓦房店地区地质概况

瓦房店地区位于辽宁省南部，大地构造位置位于华北陆块辽东新元古代—古生代坳陷带，跨两个四级构造单元，东侧为城子坦—庄河太古宙基底隆起，西侧为大连新元古代—古生代凹陷。东侧隆起区主要出露新太古界片麻岩；西侧凹陷区，出露有古元古界、新元古界、古生界、中生界，以及沟谷中的新生界。其中，新元古界分布面积最大，约占全区总面积的60%(图1)。

图1 瓦房店地区区域地质简图

瓦房店地区的原生金刚石矿均为金伯利岩型，可分为三类五种岩性，即块状金伯利岩、含岩球金伯利岩和角砾状金伯利岩。其中块状金伯利岩分为斑状金伯利岩和斑状金云母金伯利岩；含岩球斑状金伯利岩，具有特殊的球状构造，风化强烈的岩石岩球脱落，在其残坡积物中可见大小不等的圆形球蛋；角砾状金伯利岩分为含围岩角砾金伯利岩和含金伯利岩物质角砾岩。区内金伯利岩既有岩管也有岩脉，以岩脉为主，岩管约占20%，已发现的114个岩体中有25个岩管。岩管以角砾状金伯利岩为主，其中最著名的50号岩管角砾状金伯利岩约占80%，块状金伯利岩约占20%。而脉状金伯利岩则基本上都是块状金伯利岩。区内金伯利岩的蚀变作用主要为蛇纹石化和碳酸盐化，地表褐铁矿化、绿泥石化比较发育，深部逐渐变弱。强烈碳酸盐化是区内金伯利岩显著的、普遍的蚀变作用。

这些金伯利岩体主要集中分布在长约33km、宽约15km的范围内(称之为矿田核心区)，此外在矿田核心区西北侧27km处还发现了7个疑似金伯利岩体，出土了9粒金刚石。这些金伯利岩体成群成带分布，以往将其分为4个矿带，有人认为根据金伯利岩体相邻关系将金伯利岩划分为岩群区、岩带区和单岩体区可能更能合理反映金伯岩的分布特征[2]。

本区金伯利岩体受断裂构造控制特征明显，岩脉一般呈北东东至近东西向展布，走向65°～90°，方向性明显，严格受密集节理带控制，相邻脉体相互平行，走向一般比较稳定，倾向南东，倾角70°～85°，长度几十米到千余米不等，脉宽0.2～1.0m，个别地段可达3～5m。一般来说，脉体形态简单规整，与围岩界线清楚，脉幅变化较小，仅在局部有膨大或变窄现象，脉体沿走向具有尖灭再现分枝复合现象，局部可见几条相互平行的脉组成一个小脉带。脉状金伯利岩岩性比较简单主要为强碳酸盐化斑状金云母金伯利岩，一般均含有金刚石。岩管的形态比较复杂，地表出露形态有椭圆状、菱形状、葫芦状和不规则状等，有的岩管具有明显的长轴方向，有的岩管则呈近等轴状，能看出长轴方向基本上均为近东西向或北东向。岩管形态亦能看出其受断裂构造控制的特征。

2 隐伏矿找矿问题的提出

自从发现金伯利岩以来，本区的金刚石勘查工作基本上没有中断，特别是瓦房店地区开展金刚石矿整装勘查以后，区内施工了很多深孔以求探获更多的资源量，但未取得预想的成果。30号岩管是大型原生金刚石矿床之一，以往认为30号岩管是一个倾斜的岩管，因此在其倾斜的方向上布设了4个千米左右的钻孔，结果未在预想的部位揭露到矿体。为了研究其原因，引进三维建模技术，根据钻孔见矿资料进行岩管形态模拟。结果发现，该岩管是一个直立岩管由于被成矿后近水平断层错断而显示见矿深度逐渐加深的现象[3]。

50号岩管是区内最重要的大型原生金刚石矿床，该岩管于1974年被发现，1980～2002年对其进行了开采，是区内唯一进行工业开采的岩管，因其金刚石品位高、质量好而享誉国内外，也是区内找矿工作中重点研究的对象。50号岩管与其他岩管相比具有明显的不同，地表出露标高140m，向下延深仅210m，在-70m标高突然尖灭，而30号岩管地表出露标高132m，向下延深近千米，最深见矿标高为-801.5～-835.6m(ZK1201)。30号岩管与50号岩管相距13km，同处一个金刚石矿田，向下延深情况差别巨大。以往研究认为，50号岩管为根部相，有人以根部相的观点计算了瓦房店地区金伯利岩剥蚀深度与金刚石剥蚀量[4]，但50号岩管的三维模型显示为一个“靴子”状，其底部东低西高，西侧底部上翘，东侧底部尖细，具有明显的拖尾现象，根据这一模型的形态，提出了50号岩管是被推覆构造破坏了的新认识，同时提出应开展隐伏矿找矿的问题[5-6]。

隐伏矿找矿是众多专家学者长期研究的一个问题，随着勘探程度的提高，勘查的主体对象从地表矿和近地表矿逐渐转向隐伏矿[7]；加强隐伏矿勘查有利于缓解我国矿产资源紧缺的矛盾[8]；需要建立隐伏矿预测系统，推广动用综合信息预测方法解决隐伏矿找矿问题并界定隐伏矿的定义[9]。前人研究了隐伏矿找矿的地球化学方法[10-11]、地球物理方法[12-13]，并总结了勘查经验，提出矿产勘查要看勘查实效、要看是否见矿[14]。以往的研究大多是基于金属矿而进行的，本文所说隐伏矿是指50号岩管金刚石矿被推覆构造错断的部分。

3 过程与讨论

3.1 引进三维建模技术，提出推覆构造破坏矿体的新认识

长久以来，瓦房店地区的金刚石找矿工作大致采用水系重测量先行，力求发现镁铝榴石、铬铁矿等指示矿物异常，然后对发现的水系重砂异常进行检查，主要包括地表路线地质调查和地面磁法测量，磁法工作一般部署在地表露头不好的地段，最后用槽探、钻探等工程手段对发现的磁异常进行验证，对发现的金伯利岩体进行控制。30号岩管，在详查时认为是一个向南东倾伏的岩管，分为两段，上部为30-1号，下部为30-2号，在实施整装勘查的过程中对30-2号进行深部控制时，施工了4个深孔，其中ZK1132(孔深887.4m)和ZK1201(孔深1039.5m)见矿，而ZK1202(孔深1036.3m)和ZK1401(孔深983.4m)未见矿。根据原有认识，部署在岩管深部侧伏位置的ZK1202 和ZK1401两个钻孔也应该见矿。为了研究这两个钻孔未见矿的原因，2016年引进了三维建模技术对30号岩管钻孔控制的岩体形态进行模拟，结果发现，30号岩管总体上是近直立的，有若干个近水平的错动面使岩体位置发生位移，从而导致钻孔见矿深度逐渐加深并被判断为矿体是倾斜的。为了深入研究各个岩管的形态，相续对42号和50号岩管主矿体部分进行了三维建模(图2)。

图2 瓦房店地区典型金伯利岩管三维模型形态对比图

从三个典型岩管的三维模型可以看到，42号岩管由两个基本直立的岩管组成，钻孔控制延深约600m(勘探时技术条件限制未继续向下控制)，该岩管基本未受近水平断层的影响；30号岩管在浅部可以看到明显的错断现象，深部有两个钻孔见矿，向下延深近千米；50号岩管与其它岩管明显不一样，仅向下延深了210m左右。这3个岩管大致分布在北东40°方向的一条带上，50号岩管在西南部，30号岩管在中间，42号岩管在北东部。研究认为本区金伯利岩侵位后受到了近水平断层的破坏，特别是50号岩管底界面与30号岩管第二层错动面标高基本相同，更加坚定了这种认识。初步判断，42号岩管所在的北部受到这种水平剪切的力很小或基本未受影响；30号岩管所在的中部受到了水平剪切力的影响但力量不大，30号岩管虽然受到破坏但岩管上下还是基本连续的；位于南部的50号岩管受到了巨大影响，已探明储量的50号岩管应该是具有一定运移距离的一个断块。依据50号岩管形态和运移距离较大的认识，认为这一水平断层应该是推覆构造。从50号岩管底部西端翘起、东端有拖尾、底界平直的形态以及30号岩管上部向西移动的特征，判断本区的推覆构造是由东向西运动的。至此，因引进三维建模技术模拟岩管形态而提出了本区存在推覆构造的新认识，这一认识在后续工作中得到了证实并直接改变了勘查工作方向，实现了找矿突破。

3.2 以是否存在推覆构造为问题导向，调整勘查工作部署

瓦房店地区存在推覆构造、50号岩管是遭受推覆构造破坏后的金伯利岩体的一个断块这一认识，得到了原辽宁省国土资源厅(现自然资源厅)的认同，并于2018年组织多专业联合攻关团队，以本区是否存在推覆构造为问题导向，分别开展地质构造专项调查、区域性及剖面性物探测量等工作。

瓦房店地区是地质工作程度很高的一个地区。1971年本区开展1/20万区域地质调查的过程中发现了金伯利岩；1976～1978年开展 1/5万区域地质调查，基本查清了测区内地层层序，应用地质力学理论划分了构造体系和构造带，并提出了华夏系构造是金伯利岩的控岩构造；2000年进行了1/25万地质图修编，重新梳理了研究区地层层序，对区内不同时代侵入岩的岩浆起源、源岩性质、岩浆成因、侵位机制及与区域构造的关系等做了较深入研究。2017年对金刚石矿田核心区进行了矿产地质调查并修编了1/5万地质图。为了解决是否存在推覆构造的问题，2019年部署了三维地质构造专项调查，通过重新查阅以往工作中的构造地质点资料，并经过实地核实，确认了区内存在推覆构造形迹点，而后又在钻孔中发现了地层重复现象，从而证实了本区确实存在推覆构造并初步确定了推覆构造的几何学特征[15-16]。本区能够发现推覆构造充分说明了地质工作中问题导向的重要性。

3.3 隐伏矿找矿成果

根据钻孔资料的初始研究结果认为，50号岩管被错断的部分应在50号岩管东侧地表300m以下的200m×600m范围内去寻找[6]，本区可能存在推覆构造的判断被证实后，找矿靶区范围扩大了，因此对探测技术提出了新的要求。金伯利岩具有一定的磁性，磁法测量也在发现金伯利岩的过程中发挥了重要作用，但由于50号岩管总体规模不算大，磁性也不够强，地面磁测用50nT为边界圈定的异常与岩管出露的范围基本一致，通过详细研究工作区地面高磁测量结果，认为无法使用磁测结果来预测隐伏矿体的位置。因而，在确认区内存在推覆构造后，参照推覆体运动方向，布设了一块包括50号岩管在内的长5000m、宽800m、网度200m×100m的音频大地电磁测量(AMT)面积性工作，测线方向112°，在最有利寻找隐伏矿的部位，网度加密至100m×50m。结果L4测线在50号岩管东南1000m左右的地方发现一个电阻率异常(图3)。该异常的顶界面位于推测的、与50号岩管底界面对应的推覆构造面之下。由于被错断的50号岩管下部岩段位于电阻率较低的泥岩、泥灰岩及页岩之中，金伯利岩的电阻率又高于泥岩、泥灰岩及页岩，低于石英砂岩(电阻率统计结果见表1)，所以对这个位于找矿靶区之内的电阻率异常进行了详细研究，对此异常开展钻探验证工作取得了找矿突破。

表1 研究区岩石电阻率统计表[16]

图3 L4线AMT测量电阻率异常与50号岩管的关系图

发现L4线的AMT异常后，参考L3线的结果，在异常的中间部位布设了ZK2007孔进行验证，结果未见到异常体。对ZK2007孔进行井中磁测发现，在推覆构造面附近磁场出现波动，但没有明显的异常，经分析认为这个微弱异常可能指示了ZK2007孔旁侧存在弱的磁性体，鉴于50号岩管的磁性较弱又不均匀，推测这一弱磁异常体可能就是金伯利岩。为了进一步研究L4线异常的形态，在该异常处布设了3条南北向AMT剖面，线距50m、点距20m，编号新1、新2和新3线。借用这3条线延长方向上的一些AMT测点的数据与20m点距的数据一起进行二维反演，在新3线发现一个微弱的电阻率异常，表现为低阻区局部有电阻率升高现象，并将低阻区分隔成两个部分(图4)。

图4 新3线AMT测量电阻率异常图

对比L4和新3线AMT测量结果，认为该处存在一个东西向较长、南北向较窄的异常体，其电阻率高于泥岩、泥灰岩及页岩，低于石英砂岩，符合金伯利岩体电阻率的特征。经过反复论证，结合磁测井资料，决定对其进行钻探验证。在ZK2007孔北东66m处布设了ZK2008孔，于孔深277.52～286.92m钻遇9.40m金伯利岩，在制作该金伯利岩岩心薄片时发现1粒金刚石。该岩体的岩石特征与50号岩管一致，命名为50-1号金伯利岩体。后经2022～2023年钻探控制，50-1号岩体为平均厚度9.38m的近水平产出的板状体，其上下均为构造岩与围岩接触，佐证了其是50号岩管被截断的一个断块的认识。对ZK2301孔9.35m岩心进行了选矿试验，选获16粒-0.5+0.2mm金刚石。在ZK2008孔东侧426m处的ZK2303孔，在392.85～395.32m钻遇2.47m金伯利岩，命名为50-2号岩体。参照50号岩管开采水平断面面积和平均品位，估算50-1号岩体已钻探控制段块的金刚石资源量可达中型矿床规模；50-2号顶界面标高与50-1号已控制段块的底界面标高约有90m的高差，预测它们之间存在一个厚大的金伯利岩断块，推测金刚石资源潜力可达大型矿床规模。至此，瓦房店地区原生金刚石隐伏矿找矿实现突破。

4 结论

关于隐伏矿找矿本次工作得到如下一些认识：

(1)要有得当的技术方法。本次工作，引入三维建模技术模拟岩管形态提出了推覆构造破坏矿体的认识，开展专项三维地质构造调查获得了推覆构造的基本特征并圈定找矿靶区，AMT测量和井中物探为钻探验证并最终找到隐伏矿提供了重要而关键的信息。

(2)要有资金保障。本次工作得到了多个项目的资助，使得隐伏矿找矿平稳向前推进并取得成果。

(3)要有合适的工作模式。专家指导下的联合攻关团队是项目顺利实施的必要条件，专家组织协调、把握方向确保攻关团队协调有序地开展工作。