我国东部找矿方向、找矿思路与勘察技术.pdf

1 我国东部深部找矿方向、找矿思路与勘查技术 以长江中下游成矿带为实例 吕庆田 1、侯增谦2 1中国地质科学院矿产资源研究所，北京，100037 2中国地质科学院地质研究所，北京，100037 摘要摘要拓展深部找矿空间是实现我国资源可持续发展的必然途径。如何开展深部找矿找什么类型的 矿在哪个层位上找矿按照什么样的思路、使用哪些技术开展深部勘查工作是目前深部找矿急需解决 的关键问题。笔者在分析长江中下游成矿带成矿规律和成矿特点的基础上，按照成矿“缺位”预测的原则， 指出了成矿带深部找矿方向和主要目标层，提出“追踪主要容矿构造” ， “模式类比”和“成矿系统分析、 综合探测、立体填图”的深部找矿基本思路。并以铜陵矿集区为例，介绍地震技术在追踪“五通组”顶板 的探测结果。本文试图“抛砖引玉” ，引导大家对深部找矿思路和技术方法的讨论，尽快形成可操作的深部 矿产勘查程序，指导我国危机矿山深、边部的找矿工作。 关键词关键词 深部深部找矿方向找矿方向 容矿层容矿层 立体填图立体填图 成矿系统成矿系统 成矿模式成矿模式 一、前言一、前言 资源短缺已经成为我国经济社会发展的瓶颈制约， 加强接替资源勘查刻不容缓。 深部是 未来资源勘查的重要方向，现有成矿理论（翟裕生等，2004）和找矿实践说明深部（500m） 具有巨大的找矿潜力 ①， 而勘查技术的进步使 2000 m 以内的勘查成为可能 （R.Gordon,2006） ， 向深部要资源时机已经成熟。 长江中下游是我国东部的重要成矿带，素有东部“工业走廊”之称，对“长三角”的经 济发展具有举足轻重的意义。对长江中下游深部的成矿潜力，早在上世纪 90 年代就有专家 预测长江中下游成矿带之下存在“第二个长江中下游” 。还有专家预测如果将勘查评价 深度延伸到地下 2000 米，我国金属矿储量可能翻一番。最近，在对全国 565 座大中型矿山 进行的初步调查显示 ②，其中 192 座具有资源潜力，占调查矿山的 34，预测可能找到大型 规模矿床的有 51 座，中型规模的 96 座，有 39 座有望取得重大找矿突破。初步估计这些矿 山的资源潜力为铁矿石 6.2 亿吨、锰矿石 500 万吨、铜 280 万吨、铝土矿 5000 万吨、铅 230 万吨、锌 200 万吨、钨 19.5 万吨、锡 15.5 万吨、钼 6 万吨、锑 20.5 万吨、镍 7 万吨、 金 302 吨。实际上上述估计仅局限在已知矿山深部和外围，如果考虑到我国还有大面积浅 覆盖区，可以预见深部找矿前景一片光明。 2004 年国家危机矿山接替资源找矿计划实施以来，在已开展的野外施工的 48 个矿山 找矿项目中，有 35 个取得重要找矿进展 ①。其中广西南丹铜坑锡矿、湖北大冶铁矿、河北 迁安铁矿、辽宁省红透山铜锌矿等取得突破性进展。南丹铜坑锡矿新增 333 锌金属量 93.70 万吨、铜金属量 4.32 万吨、银金属量 542 吨；大冶铁矿新增 333334 铁矿资源量 2304.62 万吨，新增伴共生铜金属量为 10.3 万吨；迁安铁矿新增 333 铁矿资源量 1.1 亿吨。这些实 例进一步说明有一批大中型矿床外围和深部具备找矿潜力。 然而，深部找矿面临巨大的挑战。地球物理探测并不能唯一、准确地反映深部矿体的位 国家科技支撑计划课题（2006BAB01B01）资助。 作者简介吕庆田（1964－） ，男，博士，博士生导师，研究员，长期从事深部探测和金属矿勘查技术方法 研究。lqt 2 置、 规模和品质， 钻探风险依然很大。 对深部成矿规律的准确认识和合理的找矿思路 （战略） 是降低勘探风险的有效措施。本文在分析长江中下游成矿带成矿规律和成矿特点的基础上， 按照成矿“缺位”预测的原则，对成矿带深部成矿潜力和主要找矿目标层进行了分析，提出 “追踪主要容矿构造” ， “模式类比”和“成矿系统分析、综合探测、立体填图”为目前深部 找矿的基本思路。并以铜陵矿集区为例，介绍地震技术在追踪“五通组”顶板的探测结果。 二、二、成矿带成矿带的的基本基本成矿规律成矿规律与深部与深部找矿方向找矿方向 长江中下游成矿带的成矿规律可以概括为成矿、控矿的区域层控规律；成矿金属空间 分带规律和多类型矿床共生、 复合的“多位一体”规律。 三个规律反映在三个层次上的成矿 规律，即成矿带、矿集区和矿田。根据成矿“缺位”预测的思想，笔者认为长江中下游成 矿带下一步深部和外围的找矿方向为 系统评价火山岩盆地和覆盖区 500 米以下五通组－黄 龙组容矿层及三叠纪中、 下统容矿层的成矿潜力； 系统评价矿集区外围新类型矿床和已知矿 床深部“多位一体”组合中的“缺位”矿床。 1 1．．成矿、控矿的层控规律成矿、控矿的层控规律与区域与区域找矿方向找矿方向 长江中下游成矿带包含了 7 个大型矿集区（Pan Y M 等，1999） ，从北东到南西依次为 宁镇（Cu-Fe-Pb-Zn） 、宁芜（Fe） 、铜陵（Cu-Au） 、庐枞（Fe-Cu） 、安庆-贵池（Cu） 、九瑞 （Cu-Au）和鄂东（Fe-Cu） 。在成矿带内的“第一找矿空间（0－500 米） ”已经发现了几十 个大型、超大型矿床，它是不同时代沉积-喷流沉积成矿作用与中生代岩浆热液流体成矿作 用偶合、叠加形成的。从区域分布看，这些矿床几乎都集中分布在 3 个层位，表现出典型的 层控“多层楼”成矿规律（刘湘培等，1988，1989；常印佛等，1991） 。3 个主要控矿层位 是 （1）泥盆系五通组顶部不整合界面至石炭系黄龙组（或栖霞组）灰岩间，是成矿带内最 主要的容矿、控矿层位。该层位控制的矿床的金属储量占整个成矿带的铜 29.21，金 28.78，钼 25.59，铅 73.69，锌 69.30（常印佛等，1991） 。发育在该层位的矿床具有 三种类型第一类是海底喷流沉积型块状硫化物矿床（顾连兴等，1986；王道华等，1987； 杨竹森等，2004） ，如，铜陵矿集区峙门口、桃园等矿床；第二类是叠加改造型，即在海底 喷流沉积的基础上，经过燕山期岩浆热液进一步叠加、复合形成的矿床。这类矿床是这个层 位的重要类型，已发现的绝大多数大型矿床，如冬瓜山、新桥、铜官山，城门山、武山等都 属于此种类型；第三类是层控矽卡岩型（常印佛等，1983） ，受层间断裂、滑动和裂隙控制， 如东、西狮子山矿床等。 （2）三叠系中、下统（蒲圻群与大冶群）之间，尤其是含膏（盐）层的周冲村组（东马 鞍山组） ，是成矿带第二个主要的容矿层位。该层位控制的矿床的金属储量分别占整个成矿 带的铜 44.23，铁 11.09，金 51.63，钼 36.76（常印佛等，1991） 。在鄂东南矿集区， 该层位附近的铁、铜储量分别占该地区铁铜总储量的 91.14和 56.32。发育在该层位的主 要矿床类型有矽卡岩型（接触-层控式） 、潜火山气液型、沉积改造型以及上述类型的复合 型。典型矿床有程潮、铁山、铜绿山等。 （3）侏罗系上统和白垩系下统是成矿带内铁、硫（铜金）矿的主要容矿层位。该层位为 一套火山岩系，它控制了成矿带 53.77的铁和 63.22的硫储量（常印佛等，1991） 。该层 位主要发育在庐枞宁芜潥水潥阳拗陷带中的“继承性”火山岩盆地。矿床主要与大王 山喷发旋回（庐枞为砖桥旋回）结束阶段的富钠偏基性的辉石闪长玢岩、闪长玢岩、石英闪 长玢岩、钠长斑岩、辉石粗安玢岩密切相关（宁芜研究项目编写小组， 1978） 。矿体多赋存 于这些潜火山岩与大王山组（砖桥组）的接触部位，具有明显的“层状”和“似层状”特征。 如宁芜盆地的凹山、向山铁矿等；庐枞盆地的罗河、河家小岭和大鲍庄铁（铜）矿。矿床类 3 型主要为接触交代、矿浆充填、火山沉积及上述类型的复合型。 长江中下游成矿带 7 个矿集区在第一找矿空间（0－500 米） （腾吉文，2006）的主要容 矿、控矿层各有不同（或侧重） ，从与构造、地层和岩浆岩的关系，可大致分为 3 类（吴言 昌等，1988；常印佛等，1991；董树文，1991） ，一类是产于断陷火山岩盆地与富钠闪长岩 系有关的铁、铜矿集区，如庐枞和宁芜，主要容矿层为侏罗系上统和白垩系下统之间；二是 产于断块褶皱隆起区与高钾闪长岩系有关的铜金矿集区，如铜陵、九瑞、安庆-贵池和宁镇， 主要容矿层五通组和黄龙组之间；三是产于隆起和拗陷过渡区，如鄂东南，主要容矿层中三 叠统东马鞍山组。由于长江中下游成矿带具有统一的盖层沉积演化史，分布稳定，大范围具 有可对比性（常印佛等，1991，1996） ，而且中生代岩浆活动强烈（毛建仁等，1990） ，并贯 穿于各构造地层单元，3 类矿集区在晚三叠世以前具有相同的成矿地质环境，应该发育相同 的成矿系统， 晚三叠世以后由于隆凹格局和剥蚀深度的变化， 才出现了形式上与隆起和拗陷 关系密切的 3 类矿集区。 理论上， 在拗陷区深部应该发育和存在与隆起区同样的成矿系统和 相应的矿床。因此，笔者（吕庆田等，2007）和很多专家都认为（常印佛等，1991）每一类 矿集区深部都存在巨大的找矿潜力，按照成矿“缺位”预测的原则，在第一类矿集区（如宁 芜和庐枞）之下应该存在第二（铜陵、九瑞等）和第三类矿集区（鄂东南） ；在第三类矿集 区之下应该存在第二类矿集区， 在第二类矿集区深部也有新的容矿层， 如早古生代奥陶系上 统五峰组与汤头组，其中发育有层控铅锌铜矿，典型矿床有贵池黄山岭矽卡岩型铅锌矿， 安庆温家桥、 郑家冲铅锌铜矿。 实际上在第一类矿集区宁芜和庐枞盆地已经发现了产于黄马 青组下部及青龙群灰岩与辉长闪长岩的接触带中的矿床 （鄂东南式） ， 如宁芜盆地的凤凰山、 白象山、前钟山等铁矿（常印佛等，1991） 。 综上所述，笔者认为长江中下游未来深部找矿方向，即所谓长江中下游深部“第二成 矿带”或“第二富集带” ，应该定位在拗陷区和覆盖区 500 米以下受控于五通组和黄龙的容 矿层，和三叠纪中、下统之间的容矿层及可能存在的矿床，这两个容矿层应该作为深部找矿 的战略目标，尽快开展系统的评价工作。目前，对这两个层位在坳陷区和覆盖区的深度、含 矿性还不很了解，下一步要解决的关键问题是  第一、三类矿集区的精细结构，从结构上证实存在深部容矿层位。重点包括五通 组顶板深度及起伏周冲村组 （东马鞍山组） 顶板深度及起伏拗陷区火山岩盆底形态断 裂系统（可能的流体通道）和下地壳的结构形态  第一、三类矿集区成矿系统时空结构重点包括第一、三两类矿集区是否存在类 似铜陵、 九瑞矿集区的海西喷流沉积成矿系统和深部岩浆流体成矿系统以及成矿系统的时 空结构 2 2．．金属空间分带金属空间分带规律与规律与矿集区矿集区深部、深部、外围找矿方向外围找矿方向 金属分带在长江中下游成矿带、 矿集区和矿田三个层次都存在， 但其性质和成因不尽相 同。成矿带层次的金属分带可分为（刘湘培等 1988；董树文等 1991） 以铁（硫、铜）组合 的内带和以铜（金、硫、铁、铅锌）组合外带，内带主要分布在长江深断裂带轴线上的断陷 火山岩盆地及与断块隆起区的过渡区； 外带主要分布在长江深断裂带轴线两侧的断块隆起区 内， 成矿带的金属分带主要受构造和岩性控制。 对深部和外围找矿更有意义的是矿集区和矿 田范围的金属分带规律， 一般围绕岩浆活动中心由内向外按照成矿温度由高到低， 依次出现 不同的金属组合和与之相应的蚀变组合，一般表现出（钼）铜、铁、铅、锌、金、银的分带 规律，分带的空间范围的大小取决于岩浆活动的强弱。以铜陵矿集区为例，围绕铜官山构造 －岩浆活动中心，内带为铁、铜（铜官山矿床） ；中带为铜、铅、锌（狮子山、焦冲、五贵 桥等矿床） ，外带为铅锌、铜矿床。最近，取得突破的姚家岭铅锌矿，应该属于外带找矿突 4 破的成功例子。宁镇矿集区，西部为铅锌带，中部为铜（钼）带，东带为铁带（刘湘培等 1988） 。 金属的空间分带规律对挖掘老矿山外围资源潜力， 指导外围找矿十分重要。 按照金属分 带规律，长江中下游多数矿集区外围找矿重点应放在中、 低温热液型铅、 锌、 银、金等矿床， 或受断裂破碎控制、或受层间裂隙控制，或受小岩株、岩脉控制。 3 3．多类型矿床共生、复合的．多类型矿床共生、复合的““多位一体多位一体””规律规律与已知矿床深部找矿与已知矿床深部找矿方向方向 长江中下游成矿带另一重要成矿特色就是多类型矿床共生、 复合的 “多位一体” 规律 （刘 湘培，1989） 。最典型的如“三位一体”成矿模式，即三种成矿（成因）类型共存于一个矿 床中，通常指斑岩型、矽卡岩型和层控矽卡岩型；或斑岩型、矽卡岩型和喷流沉积块状硫化 物型。从成矿系统角度看，前者属于同一成矿系统，即岩浆热液流体成矿系统；而后者属于 不同成矿系统的叠加、 复合， 即燕山期岩浆流体成矿系统和海西期喷流沉积成矿系统的复合， 后者在长江中下游成矿带更具有区域特色。 典型的 “三位一体” 矿床在九瑞、 铜陵矿集区 （褶 皱隆起区）尤为常见，如城门山、武山、铜官山、冬瓜山等矿床。实际情况中，有诸多矿床 表现为“二位一体” 、 “四位一体” ，甚至“五位一体” （加上热液脉型和爆破角砾岩筒型）等 各种情况。 “多位一体”矿床的形成反应了成矿过程的多期性和复合性特征，是成矿带区域 构造、地层和岩浆共同作用的结果。该模式的典型特征为“一圈多层” ，即矿体围绕侵入体 平面呈环状分布，剖面呈多层状。 “玢岩铁矿” （宁芜研究项目编写小组，1978）是与火山-次火山岩侵入活动有关的多类 型矿床共生、 复合的又一种理想组合形式。 在空间上这些矿床基本围绕火山侵入活动中心 成套出现。在每一火山侵入活动中心的次火山岩体（辉长闪长玢岩-辉长闪长岩）内部及 周围接触带和临近的围岩中，依此形成各种类型的矿床（化） 岩体内部形成的浸染状铁矿 床（如，陶村、和尚桥等） ，岩体边部形成的接触型或爆破角砾岩型铁矿床（如凹山、东山 铁矿等） ，岩体接触带附近形成的矿浆-潜火山气液复合型矿床（如梅山铁矿）及层控-接触 复合型矿床（如庐江小岭铁矿） ，外接触带火山岩系中形成热液交代充填型矿床（如向山、 龙虎山）和火山沉积矿床（如龙旗山、竹园山等） 。实际情况中，两种或两种以上矿床类型 组合更为常见，如矿浆-潜火山气液、接触-隐爆角砾、层控-接触等，它们环绕火山穹隆作有 规律的分布。 除了隆起区的“三位一体”和拗陷区的“玢岩铁矿”外，在隆拗过渡区，这种“多位一 体”矿床组合特征仍然表现十分明显。以大冶-鄂城矿集区为例，成矿与浅成侵入岩有关， 主要为矿浆型、沉积型（王道华等，1987）和矽卡岩型铁矿，但多数矿床表现为上述类型的 复合，如铁山铁矿。又如，宁芜盆地边缘的白象山铁矿，是矽卡岩型、热液叠加改造型的复 合。 上述多类型矿床复合共生的“多位一体”规律，对指导危机矿山深部资源勘查具有重要 意义，指明了就矿找矿的基本方向。根据“多位一体”规律，在一个矿田上，如果只发现一 种类型的矿床，根据“缺位”预测的原则，在其深部很可能存在其它类型的矿床。 “缺位” 的矿床就是深部找矿的重要方向。例如已知矿床是矽卡岩型矿床，其深部找矿的重点可以 放在斑岩、 层控矽卡岩或喷流沉积块状硫化物型； 已知矿床是 “玢岩铁矿” 组合中的一种 （前 述） ，组合中的其它“缺位”类型就是深部找矿的重要方向。根据“多位一体”规律中的“缺 位”预测，在长江中下游已经发现了很多深部矿床，如狮子山矿田深部的冬瓜山矿床、城门 山深部的层控矿床等。 三、三、深部找矿深部找矿的几种基本的几种基本思路与思路与勘查勘查技术技术 5 无论是深部找矿，还是地表找矿，通常都需要三个要素，即成矿模式（规律） 、示矿信 息和勘查定位技术。准确建立成矿模式，明确深部找矿目标是开展深部找矿的前提。获得深 部示矿信息、确定矿体的可能深度、形态是深部找矿必然途径。根据找矿三要素的要求，笔 者结合长江中下游成矿的特点，提出深部找矿的三种基本思路。 1 1．．直接直接追踪追踪已知矿床的已知矿床的容矿地层或控矿构造容矿地层或控矿构造向向深部深部的的延伸延伸，，并实施钻探验证。并实施钻探验证。 对于明显受层位、岩体接触带、或断裂控制的矿床，可以根据控矿构造的形态（近直立 或近水平） ，使用不同的勘查技术对深部控矿构造直接进行追踪。对于近直立的控矿构造目 前常用的技术包括CSAMT、TEM、高精度重磁测量及三维反演技术。对于近水平的控矿层位 和断裂，可以使用反射地震技术直接对容矿层位成像。近年来，金属矿地震在数据采集、处 理和解释方面都取得了重要进展，使得该技术在探测深部控矿构造、圈定容矿地层，甚至直 接寻找深部盲矿体方面发挥越来越重要的作用。在加拿大的 Sudbery、Noranda 等矿区，使 用反射地震技术成功揭示出控矿构造在深部的延伸，并获得了钻探验证（Wu J,etc,1995; Calvert. A. J, 1999,2003） 。在铜陵矿集区的反射地震试验，清晰地揭示出主要容矿地层五通 组顶板的深部空间形态（吕庆田等，2004，2005） 。笔者认为，深部找矿存在更大的不可知 性，必须改变思路，应从地表的直接找矿向寻找深部控矿构造的间接找矿方向转变，要敢于 钻探验证。 2 2．．通过模式（成矿模式、综合信息模式）类比，在已知矿床外围通过模式（成矿模式、综合信息模式）类比，在已知矿床外围选取靶区和选取靶区和筛选类似筛选类似 模式模式异常异常，，分析异常的成因，分析异常的成因，并实施钻探验证。并实施钻探验证。 总结已知矿床的成矿模式（描述模式及成因模式）和综合信息模式（地球物理、地球化 学） ，以此模式为依据在已知矿床外围或矿集区内筛选具有类似成矿条件的地区，或筛选具 有类似的模式异常，实施钻探验证，并在验证过程中寻找异常起因，直至钻到异常体为止。 在模式类比过程中， 重视弱小异常和宽缓异常对深部矿体的指示意义， 重视模式变化对新类 型矿床的指示意义； 在钻探验证过程中要重视井中物探的作用。 模式找矿一直是矿产勘查的 基本战略，最近，安徽庐枞泥河深部取得的重大找矿突破，就是在总结罗河铁矿综合信息找 矿模式的基础上，在外围进行异常筛选，选定了重磁同位、同源，其异常特征、围岩特征等 与罗河铁矿相似的泥河地区为找矿靶区（据安徽地调院资料，2007） 。在最近完成的第一个 钻孔中， 于 714－1096 米处见数层共厚 250 余米的磁铁矿， 其中 714－921 米处见到连续 210 多米的厚层磁铁矿矿层,Tfe 含量可达 45，初步估计该矿床达大型规模。 3 3．．通过成矿系统分析，综合探测、立体填图，通过成矿系统分析，综合探测、立体填图，系统查明一个矿集区成矿系统的时空分系统查明一个矿集区成矿系统的时空分 布和三维精细结构，在此基础上优选深部成矿布和三维精细结构，在此基础上优选深部成矿靶区，靶区，大胆实施科学大胆实施科学钻探验证。钻探验证。 在矿集区深部要取得找矿突破， 科学预测深部未知矿体的位置， 至少需要开展两个方面 的系统工作。 一方面需要查明一个矿集区从古至今存在的成矿流体系统类型、 时间演化框架 及成矿特征（成矿类型及控矿因素等） ，不同时期成矿系统之间的空间关系和成因联系，建 立综合成矿、控矿模式，指明深部找矿方向和目标（即对地下物质运动规律的认识） 。另一 方面需要精细了解地下一定深度（0－3000 米）的精细结构，主要容矿、控矿构造（或层位） 的空间三维分布，使地下空间的物质和结构成为“透明” （即对地下结构的认识） 。二者有机 结合，预测深部成矿靶区，实施钻探验证。立体填图是通过综合探测技术、三维反演技术和 计算机三维可视化技术获得地下 3D 物性分布的集成使用，再通过地质学家的解译，转换成 对地下物质和结构的认识。是地质矿床学家最终认识地下物质和结构的一种手段和途径。 最近，借助于 3D 地震的思路发展的 3D 电磁法技术（Quantec 公司 Titan 24 电磁法采 集系统）已经成熟，可以直接获得 2km 内的三维电阻率和激化率参数，并在各种类型的深部 矿探测试验中获得成功（见 Quantec Science 网站） 。澳大利亚一些研究单位已经按照立体 6 填图的思路开展深部成矿预测，并取得良好效果。如在西澳 Menzies-Norseman 成矿带进 行的三维立体地质填图和深部成矿预测 ③。该工作综合使用地震反射剖面、钻孔资料、重、 磁模拟和地表地质图，建立三维地质模型，给出所有岩石单元的空间分布，尤其是与成矿密 切相关的绿岩带及绿岩带中的主要断裂和岩体的空间分布， 提出深部地壳剪切带与绿岩带底 部滑脱带的交叉部位控制该地区金矿的形成的认识，并成功预测出 4 个金矿体。还通过立 体填图， 对科马提岩型镍矿的控矿地层提出了新认识， 改变了原先认为容矿地层底部为NNW 向的认识，从而扩大了镍矿的资源储量。 四四、、地震技术探测“五通－黄龙组”容矿层地震技术探测“五通－黄龙组”容矿层和岩体和岩体的的初步初步结果结果 近年来， 随着地震技术的巨大进步及找矿思路的改变， 地震技术已经成为深部金属矿勘 查的主要手段，不仅用于探测深部成矿、控矿和导矿（流体通道）构造（Swager, C. P.等， 1997；Drummond B J 等，1997） ，还用于直接发现深部矿体（Calvert A J 等, 1999） ，并取得 了良好效果。按照同样的思路，为试验地震技术在探测铜陵矿集区五通－黄龙组容矿、控矿 层位的能力，笔者在铜陵矿集区的狮子山矿田开展了高分辨率反射地震（吕庆田等，2004） 和层析试验研究，通过 3 条互相平行的地震剖面，试验该技术在金属矿区解决问题的能力， 为下一步开展深部找矿积累经验。下文介绍试验的结果及对一些问题的思考。 1 1、试验区、试验区地质背景地质背景 试验区位于我国重要的铜矿基地－铜陵， 该区构造上位于扬子板块的前陆带， 区域地层 由古生代早中生代浅海-深海相砂岩及碳酸盐岩和早中生代新生代陆相碎屑岩及火山沉 积岩组成。研究区发生了广泛的褶皱变形、断裂作用和岩浆活动，褶皱由若干背斜、向斜和 复向斜组成。断裂主要有 3 组NE 向，NW 向，近 EW 向，EW 向为基底隐伏断裂，控制 区内岩浆岩的分布；NE 向为一组与褶皱同期形成的压剪性断裂；NW 向以挤压破碎带为特 征，常错断地层，规模一般较小。岩浆活动开始于晚三叠纪，侏罗和白垩纪活动强烈。大多 数岩体沿背斜和向斜褶皱轴侵入，侵入体岩性主要为辉石闪长岩、石英闪长岩和闪长岩（图 1） 。试验区主要矿床类型有两种矽卡岩型铜矿床和海底喷流沉积型铜多金属矿床，前者受 岩体与围岩接触带控制； 后者受石炭系黄龙组底部灰岩控制， 但明显具有燕山岩浆热液叠加 改造的特点。该层内已有东瓜山、新桥、寺门口等多个大中型矿床产出，矿体一般呈透镜状 和似层状。区域物性测量结果显示[10]，黄龙组灰岩地震 P 波平均速度为 5.5km/s，而其下的 五通组砂岩平均 P 波速度为 4.5km/s，两者之间构成一强波组抗界面。产出在该层位上的冬 瓜山矿床矿体规模巨大，已勘探的矿体范围长超过 2km 以上，宽达 1km 以上，且尚未尖灭， 厚度一般在 3545m，最厚达 80-90m，埋深在 7001000 m 间。这种规模的矿体，用地震反 射法理论上应该探测得到。因此，无论是容矿层物性特征，还是矿体本身的空间尺寸，为在 本地区开展地震成像试验创造了必要的前提条件。 2 2、地震数据采集与处理、地震数据采集与处理 采集参数采集参数 地震剖面呈北西－南东向穿过成矿密集的青山背斜， 位于冬瓜山大型矿床的 南侧边缘（图 1） 。共实施 3 条地震剖面试验，每条剖面长 8 km，剖面间距 400m。数据采集 使用 ARIES 24 位数字地震仪器和 REFTEK-125 便携式地震仪。为兼顾两种地震探测方法对 数据的不同要求，施工时采取灵活的观测系统和激发参数。具体如下同时在 3 条剖面上布 设 860 道检波器，间距依次为30m、20m、40m，炮间距依次为120m、80m、160m。采用爆 炸震源激发， 激发深度 6-12m， 药量 4-8kg 不等,取决于钻井条件。 地震反射记录长度为 14s， 采样间隔 1ms。为保证层析数据质量和射线穿透深度，在剖面内每隔 1 km、剖面两端延长线 上每隔 2km 放一大炮，激发药量大于 24kg。同时在剖面两端延长线上每隔 2km 布设 7 TEFTEK-125 地震仪 1 台，接收大偏移距地震信号，以增加射线穿透深度。 反射地震数据处理反射地震数据处理金属矿区地形复杂，地表速度变化大，信噪比（S/N）低，能否获 得深部有用信息， 高精度静校和去噪是资料处理的关键。 我们使用了一系列新技术进行高精 度静校正和去噪，以提高地震资料的信噪比和处理质量。资料处理在 SUN 工作站上完成， 处理流程包括高程静校正、折射静校正、叠前去噪、地表一致性、反褶积、速度分析、动 校（NMO） 、层析静较、叠加、叠后去噪、叠加偏移等（详见吕庆田等，2004） 。 图 1铜陵狮子山矿田地质简图及地震反射测线位置（据 120 万地质图简化，安徽地矿局，1974） 。 1第四系; 2上三叠统黄马青组; 3中三叠统龙头山组; 4中三叠统分水岭组; 5中三叠统南岭湖组; 6 下三叠统塔山组; 7下三叠统小凉亭组; 8上二叠统大龙组; 9上二叠统龙潭组; 10下二叠统茅口组; 11下二叠统栖霞组; 12下石炭统黄龙组; 13上泥盆统五通组; 14上志留统茅山组; 15中志留统坟头 组; 16岩脉或铁帽; 17东瓜山矿床; 18大团山矿床; 19老鸦岭矿床; 20中酸性岩体; 21图 4A 范围; 22图 5A 范围; 23勘探线及钻孔; 24地震测线及编号. 层析成像数据处理层析成像数据处理处理过程主要包括 4 步首波走时提取，模型参数化，迭代反演 和可靠性测试。走时提取采用了手工与自动相关相结合的方式，共计从 253 炮中提取了 118281 个走时数据。正演模型体由 50m50m50m 三维网格单元组成，正演走时采用三维 有限差分方法 （Vidale J E. 1990） 计算。 反演模型体由 100m400m100m 三维网格单元组成， 反演采用共轭梯度迭代反演方法。模型 Y 坐标与正北方向夹角为 34，X 坐标基本垂直于地 表构造方向。反演过程中采用了 9 次迭代，反演结果使得走时残差 均方根 从初始模型的 8 97.0ms 降为结果模型的 8.1ms，数据改善率达 91.6。采用了“棋盘格”测试方法（Hearn, T. M., and J. F. Ni, 1994）测试层析成像反演结果的分辨情况。首先在结果模型中附加幅度为 0.2km/s 正负相间、边长为 300m 的“棋盘格”状速度异常，计算与野外观测系统完全一致 的正演走时数据，然后再以结果模型为初始模型进行反演。理论上讲，如果“棋盘格”形的 速度异常得以恢复，可以认为反演结果中相应的部分是可靠的。反之，可靠性较差（详见史 大年等，2004） 。 3 3、、主要成像特征及地质解释主要成像特征及地质解释 反射地震特征及地质解释反射地震特征及地质解释以中心叠加剖面（TGS2）为例图 2,C，1s 的叠加剖面有 2 组反射清晰可见，由浅到深依此为 R1、R2。R1 反射出现在剖面右侧，对应位置从 4.6km 到 7km 之间， 形态呈向下凸出的弧形, 深度在 0.5s （TWT） ， 约 1.0km （假定平均速度 4.0km/s） 。 该反射地表对应朱村向斜， 为第四系沉积和老第三系砂砾岩。 根据区域地层分布和岩性特征， 我们把 R1 解释为向斜底部的中三叠统龙头山组灰岩。 R2 反射出现在剖面中部大部分地段，对应位置从 1.2km 到 7km 之间，是叠加剖面上连 续性最好的反射。空间形态类似正弦曲线，深度变化在 0.4-0.9s（TWT） ，约 1.1-2.5km（假 设平均速度为 5.5km/s） 。 根据已有勘探线钻孔资料 ④， 主要容矿层 （石炭纪黄龙组灰岩底部） 的深度从东瓜山主矿体的近 700 米向南逐渐变深，最南端钻孔控制的矿体顶深已达 913 米， 按照这种变化趋势推测，中心剖面经过位置容矿层的深度最浅也应在 1000 米左右。R2 反射 的深度与推测容矿层的深度基本一致。因此，我们把 R2 反射解释为狮子山矿田的容矿层， 即黄龙组灰岩与五通组砂岩之间的界面（不排除是矿体的可能性） 。R2 连续反射层在局部出 现错位或不连续，可能为岩体侵入或断层引起，它们破坏了原反射层的连续性。 层析成像特征及地质解释层析成像特征及地质解释以中心层析切片（TGS2）为例（图 2，B） ，显示以下速度特 征在剖面 4.4-7km 之间存在一明显“盆状”低速体，以速度 5.5km/s（相当于灰岩平均速 度）为界，低速体深度在 0.9-1.0km，与 R1 反射的深度基本相同，解释为朱村向斜。在低 速体两侧，各有一高速异常体H1, H2，速度大于 6.0km/s。地表地质图显示，在两高速异 常附近都有岩体出露，因此，笔者将此高速异常解释为隐伏岩体。剖面左侧 0-4km 之间，除 了出现局部高速（H3，大于 6.0km/s）和低速（小于 4.5km/s）外，大多数地方速度在 5.0-6.0km/s 之间，与灰岩速度吻合，因此，解释为三叠系灰岩。局部高速体解释为岩株, 局部低速体解释为断层破碎带。这一解释与地表地质情况吻合。 4 4、、试验结果对深部找矿勘查的意义试验结果对深部找矿勘查的意义 在资源日趋紧张的今天， 向深部要资源是必然选择， 地震探测技术无疑是未来深部勘查 的重要手段。最近，刚终孔的钻探验证结果证实了对 R2 反射的地质解释，在 1475 米处见到 4 米厚的黄铁矿层。该矿层蚀变很弱，几乎没有受到后期热液活动的影响，代表当时喷流沉 积形成的矿层。这一结果对深部找矿具有重要的意义。 首先， 它进一步证实了五通－黄龙组容矿层是区域深部找矿的重要目标层， 指明了深部 找矿的方向。按照“层位＋岩体”叠加改造模式或“三位一体”成矿共生复合模式，该地区 深部找矿的重要方向应该是岩体（出露或隐伏）附近的五通－黄龙组。另外对海西这套喷流 沉积成矿作用本身能否形成独立的矿床， 目前还有争议， 但更多的证据逐渐支持海西喷流沉 积可以形成独立矿床的认识（如寺门口矿） 。一旦这种认识得到证实，则长江中下有深部资 源远景将十分光明。 其次， 本次试验验证了反射地震技术在追踪容矿层深部延伸方面的有效性， 为深部资源 勘查提供了重要的技术手段。虽然，金属矿地震目前还存在很多技术上的难题，如地表速度 变化大、地形起伏大，静校正难于彻底；信噪比低，弱信息提取困难等，但反射地震勘探在 9 探测深度和分辨率上有不可替代的优势， 随着数据处理新技术不断出现， 相信在不久的将来 反射地震技术在金属矿勘探会有较好的应用前景。 首波层析成像可以揭示浅层速度分布，直观反映岩体、构造的形态。但探测深度受炮检 距和地下速度分布影响较大。金属矿区一般很难满足速度随深度呈正梯度变化的基本条件 （吕庆田等，2004） 。解决途径之一是增加炮检距和激发能量；另一途径是利用直达波走时 与反射波走时同时进行成像反演。随着分布式小型地震仪（如 REFTEK-125）的发展，方法 成本较低，在金属矿区施工简单易行，可作为下一步研究的主要方向。 图 2 A地震剖面位置及地质简图（图例同图 3） ； B层析中心（TGS2）剖面； C中心剖面（TGS2）叠加剖面； 六、结论六、结论 本文要点总结如下 （1）长江中下游成矿带的区域成矿规律可以概括为成矿控矿的区域层控规律；金属 垂向、横向的分带规律和多类型矿床共生、复合的“多位一体”规律。按照成矿“缺位”预 测原则，成矿带深部仍有巨大的成矿、找矿潜力，深部找矿的主要方向是拗陷区和覆盖区 500 米以下受控于五通组和黄龙的容矿层，和三叠纪中、下统之间的容矿层及可能存在的矿 床；在矿集区、矿田范围，找矿的方向应放在深部“多位一体”模式中“缺位”的矿床类型， 外围应关注远离岩浆活动中心的低温热液型矿床， 它们或受断裂破碎带控制， 或受外围小岩 脉、岩株控制。 （2）长江中下游深部找矿可以按照以下三种基本思路开展工作部署 （1）直接追踪已 10 知矿床的容矿地层或控矿构造向深部的延伸；（2） 建立已知矿床的成矿模式和综合信息模式， 并通过类比， 在外围选取靶区和筛选类似模式异常， 分析异常的成因， 并实施钻探验证。 （3） 系统开展成矿系统分析，综合探测、立体填图，查明一个矿集区成矿系统的时空分布和三维 精细结构，在此基础上优选深部成矿靶区，大胆实施科学钻探验证。 （4）海西喷流沉积块状硫化物型（及其岩浆叠加改造型）矿床是铜陵矿集区深部最具 潜力的找矿目标， 用反射地震可以有效追踪该容矿层的空间分布。 初步明确了在深部什么位 置，用什么技术找矿的问题，为铜陵矿集区深部“第二成矿富集带”找矿突破奠定了基础。 致谢致谢 本文的思路和想法是近年执行国土资源部专项科技计划项目 “大型矿集区深部精细结构 与含矿信息”的过程中逐渐形成的，其中包括多次与常印佛院士等一些专家的讨论与交流， 对形成本文的思路起到关键作用。 感谢全国深部找矿研讨会给的这次会议交流机会。 注释注释 ①、全国危机矿山接替资源找矿专项 2006 年度成果报告，2007，全国危机矿山接替资源找矿项目管理 办公室技术管理处。 ②、全国重要固体矿产资源潜力分析与勘查工作设想专题报告（国土资源部，内部资料） ③、Australia Geodynamics Cooperative Research Center Annual Report 1998/1999. ④、安徽狮子山矿田勘查报告. 1995. 安徽省地矿局 321 地质队 参考文献参考文献 1 翟裕生、邓军、王建平，等，2004，深部找矿研究问题，矿床地质，23（2） 142－149. 2 Gordon. R, 2006, New technology approach needed for mining industry, First Break, 2463-69. 3 Pan Y. M., P. Dong. 1999. The Lower Changjiang Yangzi / Yangtze River metallogenic belt, east central China intrusion- and wall rock-hosted Cu-Fe-Au, Mo, Zn, Pb, Ag deposits. Ore Geology Reviews. 15177-242. 4 刘湘培，常印佛，吴言昌. 1988. 论长江中下游地区成矿条件和成矿规律，地质学报[J], 2 期167～ 177. 5 刘湘培. 1989. 长江中下游地区成矿系列和成矿模式，地质论评[J], 355398-408. 6 常印佛,刘湘培,吴言昌. 1991. 长江中下游铜铁成矿带[M]. 北京 地质出版社, pp1-325； 7 顾连兴, 徐克勤. 1986. 论长江中下游中石炭世海底块状硫化物矿床[J]. 地质学报,2176～188. 8 王道华、傅德鑫、吴履秀. 1987. 长江中下游区域铜、金、铁、硫矿床基本特征及成矿规律[M]. 北 京 地质出版社, pp1-196； 9 杨竹森，侯增谦，蒙义峰，等. 2004. 安徽铜陵矿集区海西期喷流沉积流体系统