黔西南戈塘金矿三维地质建模与矿床成因研究

摘要：为直观展现戈塘金矿矿体空间展布规律并进行综合成矿分析，本文基于现有钻孔与剖面等地质资料，结合已有成矿物质来源等研究结果，利用Petrel软件建立了戈塘金矿三维地质模型，在此基础上讨论了戈塘金矿体在地下的空间展布规律与富集特征，分析了该矿床的成矿过程，并总结了该矿床的成矿模式。研究结果表明：Au主要富集于龙潭组1段地层，大多矿体品位较低，达到工业品位的矿体多集中于断层附近，总体上矿体品位与矿体体积呈负相关，但高品位矿体多次出现体积的异常增加；矿床顺地层展布特征显著，受不整合面或层间滑脱面控制明显，但断层可能为含矿热液提供了上升通道；矿床形成与岩浆活动有较大关系，热液沿断层进入含矿层并发生强烈蚀变，使Au析出预富集，在后期地下水等作用下形成金矿床，为热液运移-流体改造的成矿模式。上述研究结果对我国卡林型金矿成因研究及找矿工作具有一定的指示及参考意义。

关键词：戈塘金矿；三维地质建模；卡林型金矿；成矿分析

中图分类号：P618.51文献标志码：A卡林型金矿（Carlin-type gold deposits）最早发现于美国内华达州卡林地区并因此得名［1-2］，特点是矿体浸染，赋存于碳酸盐岩围岩中［3-4］。“滇-黔-桂”金三角作为我国重要的金矿富集地之一，探明储量超800 t ［5］。位于黔西南的戈塘金矿是金三角重要的组成部分［6］。前人对黔西南卡林型金矿成矿机制、成矿流体特征与流体来源、成矿年代等进行过大量研究［7-9］。以上研究多基于样品试验分析方法与二维地质资料等分析讨论，对矿区三维地质特征缺乏深入的认识，没有形成立体的三维地质格架。由于戈塘金矿开采条件极为复杂，现有的钻孔及剖面等地质资料往往因为不够直观而无法及时准确地应用于开采实践中，或者导致开采过程中的资源浪费等问题。因此，如何实现对矿床更为直观、准确地认识成为了亟待解决的问题。

三维地质建模的概念由加拿大地质学家HOULDING ［10］提出，即在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术［11-13］。近年来，计算机技术及地理信息科学等的发展，开启了地质大数据时代［14］，数字地球［15］、数字矿山［16］、玻璃地球［17］等的提出指明了未来地质行业的发展趋势。三维地质建模是实现以上理论重要的技术手段之一。由斯伦贝谢公司开发的Petrel软件具有模块化、高精度、高集成等优点，被大量学者应用于油气储层模拟［18］、第四系沉积物垂向分布规律研究［19］、储层流体模拟［20］、钻孔设计［21］等方面；在固体矿产方面，Petrel也被大量应用于地质环境表征等研究［22］。

因此，本文利用Petrel软件，以戈塘金矿接替资源勘查区为研究对象，以现有钻孔及剖面数据为基础，建立戈塘金矿接替资源勘查区三维地质模型，并进行综合成矿分析，结合矿区地质资料讨论矿床成矿模式，对我国卡林型金矿成因研究及找矿工作具有一定的指示及参考意义。

1地质背景

1.1区域地质背景

研究区大地构造位置处于扬子准地台西南缘的黔北台隆六盘水断陷中（图1（a）），区内主体构造为戈塘穹窿背斜［1， 23］，具弧形转折走向多变的特点［24］；断裂构造发育，主体构造线为北东向，多为高角度正断层［6］，且切割含矿层或破坏矿体。构造区域内沉积地层较为发育，出露地层以二叠系茅口组、龙潭组及长兴大隆组与三叠系夜郎组及永宁镇组为主［6］，岩性以灰岩、砂岩及黏土岩等为主［25］。火成岩出露较少［25-26］，只在局部有峨眉山溢流玄武岩和碱性超镁质岩出露［6， 27］。然而重磁勘探资料表明在深部有隐伏岩浆岩侵入［25， 28-29］。区内矿产以金矿与煤矿为主，金矿多集中于茅口组与龙潭组地层接触带，煤矿多集中于龙潭组地层中［6］ 。研究区大地构造演化经历了拉张裂陷、挤压碰撞、伸展裂陷等过程［4， 30］，此期间区内深大断裂形成超基性岩脉侵入体，利于卡林型金矿成矿［29-30］。盆地裂陷过程中发育的正断层也为含矿流体上升提供了通道［4］。黔西南大地构造位置独特，构造演化复杂多样，最终形成了良好的卡林型金矿成矿条件。

1.2矿区地质背景

戈塘金矿位于黔西南戈塘穹窿东南部（图1（b）），主要出露地层为二叠系茅口组与龙潭组；其中，茅口组为灰色厚层至块状灰岩，厚度大于200 m；龙潭组分5段，地层厚约250 m，平行不整合于下覆茅口组灰岩之上［1， 6］。第1段含金角砾岩层为研究区金矿产出层位，岩性以黏土角砾岩及硅化灰岩角砾岩为主，厚度不大，横向变化明显；第2段为黏土岩与粉砂岩，部分区域夹煤线；第3段以黏土岩为主；第4段为硅化灰岩或灰岩；第5段为黏土岩、粉砂岩及细砂岩互层。矿区褶皱构造不发育；断裂构造发育，以北东向为主［6］，对矿体破坏较小。矿石类型主要为氧化矿石（表1），围岩蚀变以硅化为主，次为黄铁矿化，再次为辉锑矿化、硫砷矿化、萤石化、石膏化、黏土化等。（a） 右江盆地构造简图；（b） 黔西南卡林型金矿区域地质图

通过统计分析矿体空间位置、规模、矿石类型、平均品位、形态、产状及赋矿岩性等，发现矿体平面上主要位于勘探线11-5A之间（图2），空间上主要集中于龙潭组1段。为便于理解，本文图2—图9中坐标系为CGCS2000坐标系。为完整建立戈塘金矿矿体三维模型，水平上大致以勘探线11-5A为本次建模边界（图2， 3）、（表1）；由于现有钻孔及剖面资料未探及茅口组底部边界，因此，垂向上以龙潭组顶为模型顶部边界，底部边界设定为1 100 m。

2三维地质建模

2.1数据准备

地质数据是三维地质建模的基础，在其它条件都相同的情况下，对各种条件数据的掌握程度（数量、精度等）就决定了模型的预测效果［31］。本研究共收集矿区相关资料包括：地质勘查报告2份，地形地质图2份，勘探线剖面图17份，钻孔柱状图77份；钻孔取样分析结果482个；利用上述资料统计地层分层与断层数据若干，将数据导入Petrel软件并建立矿区地质数据库，以备后续建立三维模型时快速调用。

2.2断层模型

断层模型可以较为准确地表征断层的发育形态、断层与断层以及断层与层面的接触关系［32］。根据研究区地质资料，建模区域内共7条断层，大部分为北东向高角度正断层，断层均切穿龙潭组地层。利用AutoCAD软件读取勘探线剖面图中断层产状信息，并以断层线方式导入Petrel中。将断层线转换为断层柱（pillar），利用pillar控制的曲面建立断层面，将剖面图导入Petrel以约束断层产状，同时可以通过编辑pillar修改断层面；建出断层模型如图4所示，为便于后续地层建模中网格化步骤的进行，需将不同断层模型相交处进行连接，之后开始建立地层模型。

2.3地层模型

地层模型是对地层组成、结构等的综合表现。能够清晰地展示地层在地下的展布，地层模型的空间网格还是建立属性模型的前提。研究区地质资料显示，区内出露地层主要为二叠系茅口组、龙潭组地层，龙潭组地层自下而上分为5段（P3l1—P3l5），因此，将模型层位数设为6。由于资料中无茅口组底部数据，为完整建立龙潭组一段底部层面，将钻孔分层数据中茅口组底部海拔统一设定为1 100 m，同时为模型底部边界。以精度为20 m×20 m网格化模型，边界确定以矿体分布范围为主。建立层面模型后利用先前导入勘探线剖面图调整层面断距，确定模型层面产状，随后建立地层空间模型（图5）。由图可知，龙潭组地层褶皱以单斜为主，走向为北东向，可见小挠曲。为之后建立矿体品位模型，将地层模型在垂向上细分为1 m厚的小层，便于向网格内部填充品位属性。

2.4品位分布模型

Petrel软件基于油气藏开发，无针对矿体建模的模块，但Petrel软件对断层的粗化处理相比较其他建模软件来说更为精确，更加适合卡林型金矿三维地质模拟，能够更为直观地展现矿体品位与断层的关系。因此，本文选择参考地质模块中属性模型的建立方法，以测得样品品位为测井属性导入Petrel软件，按照属性模型建模步骤进行测井曲线粗化与数据分析，根据传统上矿体边界品位与工业品位的定义［33］，将0.5 g/t与1 g/t分别作为矿床边界品位与工业品位，品位高于0.5 g/t的区域定义为矿化体，高于1 g/t的区域定义为矿体并设为红色以筛选网格，最终建立戈塘金矿矿体品位分布模型与矿体品位模型（图6）。观察发现龙潭组上部地层几乎无矿体分布，矿体展布与龙潭组1段地层产状高度一致，沿地层分布特征明显；另外矿体富集区大多靠近断层，证明断层可能为成矿热液上升提供了通道。

3Au富集与展布

戈塘金矿中不同地层Au富集情况差异很大。以矿区地层模型及品位模型等为基础，以边界品位为约束进行品位提取，统计分析Au品位富集规律。利用软件中属性报告将Au品位网格数以0.5～13 g/t为边界，以0.25 g/t为区间顺序提取，得到Au品位分布直方图（图7）。经统计，矿区地层平均Au品位为0.20 g/t，主要含矿层为1.02 g/t。Au品位主要集中于0.5～2 g/t之间。低于工业品位1 g/t的网格占比69.08%，高于5 g/t的网格占比13.37%。总体上来看，矿体品位越高，对应网格数量逐渐减少，呈负相关关系。但在直方图中多次出现较高品位矿体体积异常增加，可能是地层中存在某种作用使得Au出现异常富集。

为更好对比垂向上各地层Au富集情况， 将各个层位分别进行品位统计，在龙潭组3段至龙潭组5段地层中未发现含金矿石，因此，将龙潭组1段与龙潭组2段进行统计（图8）。整体上各地层矿体仍以低品位为主，且矿体品位与体积具有负相关趋势；矿体主要集中于龙潭组1段，龙潭组2段仅有少量矿化体。在龙潭组1段 4.5 g/t及9 g/t处与2段5～9.5 g/t处多次出现Au矿体体积异常增加。龙潭组1段品位分布较为连续，矿体具有较好的展布；龙潭组2段品位分布不连续，在1.5 g/t处矿体体积急剧减小，证明在该段地层中仅有少量低品位矿体与矿化体存在，且分布不连续。

整体上看，戈塘金矿床中Au的三维富集与空间展布具有较好的吻合程度，集中表现为低品位矿体居多，异常富集现象频繁，多富集于龙潭组1段不整合面及断层附近等。龙潭组1段中Au品位远高于其他地层，相邻地层中矿体品位急剧降低，数量急剧减少，且多沿断层附近展布，证明不整合面为戈塘金矿床重要的控矿因素，断层可能为流体上升通道。

4矿床成因探讨

4.1成矿物质来源

卡林型金矿中Au主要以Au-S络合物的形式赋存于成矿流体中［34-36］。在与围岩含铁矿物的硫化作用中富集沉淀，是卡林型金矿床金属沉淀的重要机制之一［27， 36］。因此，反应生成的硫化物中的S能够指示Au来源，前人在关于黔西南卡林型金矿Au来源的研究中已经做了大量工作［26］，对戈塘金矿的成矿物质来源却仍有较大争议，LI等对矿床样品进行了地球化学分析，认为沉积岩对戈塘金矿成矿具有主要贡献［1］；而部分学者却通过硫同位素及氦同位素测试结果得出戈塘金矿成矿物质与岩浆有较大关系的结论。例如，由于黄铁矿为戈塘金矿床中最为主要的含金矿物［23， 27， 35］，在成岩期、成矿早期、成矿晚期等均有生成［29， 36］，因此，HU等根据黄铁矿的形态与共生特征，共鉴别出4期黄铁矿，并通过主成矿期与成岩期黄铁矿S同位素值差异较大排除了S来源于沉积物的可能性［6］。再由于本区内尚未发现区域变质作用踪迹，由此可推测与矿物有关的S可能来源于深部岩浆。尽管在研究区火成岩出露较少，但证明深部可能有隐伏岩浆岩侵入的重磁勘探资料也为此提供了强有力的证据［25， 28-29］。对于黔西南卡林型金矿成矿流体来源前人已做过大量研究，认为该地区卡林型金矿具有相似的成矿流体特征［3， 23］。CHEN等流体包裹体数据表明，盆地成矿流体以中低温为主（113～294 ℃），盐度低（0.18～13.18 wt%） 且呈弱酸性［37］，LI等与CHEN等还发现，由早期至晚期成矿，盆地流体温度、盐度与氧逸度fO2均降低，pH值升高［37-38］；LIU等则通过紫木凼矿床地球化学分析结果推断成矿流体富含H2S[39]。对于成矿流体来源大量学者形成了几种主要认识包括：部分学者通过流体包裹体中氢-氧同位素分析判断为大气降水或变质流体［40-41］；PENG等测试了流体包裹体中碳-氧同位素特征，认为成矿流体主要来源于盆地［42］；然而ZHENG等通过金矿中Hg与As和Sb的强相关性排除了变质流体的可能，并借助硫同位素分析判断右江盆地卡林型金矿成矿流体可能为岩浆成因［43］；XIE等也通过测试碳酸盐岩中Mg同位素值确定了贵州卡林型金矿的岩浆成因［44］。事实上，JIN等通过氦-氖-氩同位素测试，发现氖和氩同位素组成与空气饱和水大致相当，而氦-氖同位素数据则位于地壳端元附近［25］，这证明成矿流体并非某一单独来源，而是不同时期多种流体混合来源。综上所述，成矿流体主要为上升岩浆流体与沉积孔隙流体的混合流体，晚期成矿流体主要为沉积孔隙流体与浅层大气地下水的混合流体［25， 41， 45］。

4.2主要控矿因素

为更加清晰地认识戈塘金矿床的控矿因素，将戈塘金矿各个层位矿体网格分别显示并以不同颜色区分不同品位矿体，得到戈塘金矿Au品位分布三维模型（图6（b）， （c））。另外，由于矿区断层多为北东走向，因此，在北西-南东向建立多条近似垂直断层走向的剖面线以进一步研究矿体展布规律（图9）。矿体品位模型与矿体剖面显示戈塘金矿床中主要赋矿地层为龙潭组与茅口组间不整合面，矿体对于层位的选择十分明显，龙潭组3段至龙潭组5段地层仅有极少低品位矿化体零散分布。龙潭组2段地层中Au仅在矿区东北侧及东南侧沿层面于断层附近少量富集，且品位较低。龙潭组1段地层Au矿体沿不整合面较为连续分布，Au富集与地层关系明显，然而几处矿体区域均靠近断层，证明含矿热液极可能沿矿区断层向上运移，进入茅口组与龙潭组间地层接触面成矿。少部分沿断层继续向上运移进入上覆地层，使得龙潭组2段中断层附近存在少量Au富集。

从岩石能干性差异上，也能够解释Au在龙潭组1段的富集现象。能干性指岩石强度的大小，反映岩石变形的难易程度［46］。龙潭组1段主要由粉砂岩、泥灰岩、黏土岩、硅化灰岩等组成，相较下伏茅口组块状灰岩能干性较弱［47］，地层软硬相间，滑脱面发育［48］，含矿热液易沿滑脱面进入龙潭组1段；而上覆龙潭组2段黏土岩则成为封堵热液的良好顶板［49］，使得大部分热液不再继续上升而成矿。综上所述，戈塘金矿床形成与龙潭组及茅口组间地层接触面关系密切，Au富集主要受不整合面或层间滑脱面控制。

4.3成矿过程

龙潭组及茅口组间不整合面对戈塘金矿体的形成起到了最主要的控制作用，断层作为成矿流体迁移通道也产生了一定的影响。根据戈塘金矿三维地质模型及矿体品位展布统计分析结果，结合戈塘金矿床成矿流体迁移研究成果，推测Au富集过程为：

中二叠世晚期，茅口组灰岩受构造运动影响抬升遭受侵蚀，与上覆龙潭组地层间形成不整合面后在矿床北西部发生了大面积岩浆活动，岩浆气液中含有大量H2O、CO2、H2S、HF、Au、As、Sb、Hg等组份，它们以卤化物、络合物或挥发性气体化合物形式，沿构造裂隙、裂缝源源不断进入地堑盆地，到达不整合面后由于上部黏土岩地层封堵，大部分热液进入含矿层，造成围岩强烈蚀变和析出大量岩石中K、Na、Ca、Mg等碱金属，改变了水介质成份，使其成为碱性还原环境，促使火山气液迅速冷却，金属硫化物快速析出和沉淀。由图5（c）中可知，龙潭组2段中矿体多于断层附近富集，推测极少部分热液沿断层继续向上迁移，进入上部地层成矿。随后含矿层中的Au、Sb等元素在温度、压力升高和地下水参与下发生迁移、分解、析出、沉淀，在有利部位富集成矿。因此，研究区矿床为热液运移-流体改造形成的金矿床（图10）。

5结论

（1）通过建立戈塘金矿三维地质模型并统计分析，发现Au主要富集层位为龙潭组1段，大多矿体品位较低，达到工业品位的矿体多集中于断层附近，总体上矿体品位与矿体体积呈负相关，但多次出现较高品位矿体的异常体积增加现象。

（2）戈塘金矿床与地层关系密切，矿体集中于龙潭组底部，受不整合面或层间滑脱面控制明显，顺层展布特征显著，但断层可能为含矿热液提供了向上运移的通道。

（3）戈塘金矿的形成与岩浆活动有较大关系，热液沿断层进入含矿层并发生强烈蚀变，蚀变类型以硅化为主，使Au析出预富集，在后期地下水等作用下形成金矿床，为热液运移-流体改造的成矿模式。参考文献：

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（责任编辑：于慧梅）

Study on Three-Dimensional Geological Modeling and Genesis of

Getang Gold Deposit in Southwestern Guizhou

CHAI Wenju TIAN Feng FU Yong ZOU Niuniu HUANG Yongzhi

（1.College of Resources and Environmental Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

2.State Key Laboratory of Public Big Data， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

3.Key Laboratory of Karst Georesources and Environment， Ministry of Education， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

4.China Petrochemical Shengli Oilfield Petroleum Development Center Co.， Ltd.， Dongying 257099， China）Abstract： In order to intuitively show the spatial distribution law of Getang gold deposit and carry out comprehensive metallogenic analysis， based on the existing geological data such as boreholes and profiles， combined with the existing research results of ore-forming material sources， a three-dimensional geological model of Getang gold deposit was established using Petrel software. On this basis， the spatial distribution and enrichment characteristics of Getang gold deposit were discussed， the metallogenic process of the deposit was analyzed， and the metallogenic model of the deposit was summarized. The results show that Au is mainly enriched in the first member of Longtan Formation， and most of the ore bodies have low grade. The ore bodies with industrial grade are mostly concentrated near the fault; in general， the grade of ore bodies is negatively correlated with the volume of ore bodies， but the abnormal increase of volume occurs many times in high grade ore bodies. The distribution characteristics of the deposit along the strata are significant， which are obviously controlled by the unconformity surface or the interlayer slip surface， but the fault may provide an upward channel for the ore-bearing hydrothermal fluid. The formation of the deposit is closely related to magmatic activity; the hydrothermal fluid enters the ore-bearing layer along the fault and undergoes strong alteration， so that Au is precipitated and pre-enriched， and the gold deposit is formed under the action of groundwater in the later stage， which is the metallogenic model of volcanic sedimentation-hydrothermal transformation. The above research results have certain indication and reference significance for the genesis research and prospecting work of Carlin-type gold deposits in China.

Key words： Getang gold mine; three-dimensional geological modeling; carlin-type gold deposit; ore-forming analysis