凤阳地区位于蚌埠隆起东段, 蚌埠隆起东段西起怀远县, 经蚌埠市、凤阳县, 止于五河县, 该区为由一系列近EW向和近SN向断裂切割形成的断块格局, 主体呈EW走向, 并具西窄东宽的特点^{[1, 2]}。蚌埠隆起东段一直是安徽省金多金属矿勘查的重要远景区和找矿靶区, 目前已发现的矿种有金、铅、铁、钛、钼、铜、晶质石墨、重晶石等, 共有矿床(点)20余处, 其中金矿床有江山金矿、毛山金矿、中家山铅锌(金银)矿和上王庄金矿, 金总资源量近20 t, 但只有江山金矿达到中型规模, 其他均为小型矿床(点)。

近年来, 前人在凤阳地区开展了大比例尺物探工作, 如高精度磁法、激电中梯、激电测深和可控源音频大地电磁测深等方法, 但由于矿权分散, 使得完整的成矿区带被分割, 各矿业权人开展地质找矿时均受其矿业权边界限制, 受勘查范围不超过探矿权或采矿权范围的限制, 存在勘查范围小、勘查视野窄的弊端, 从而不能从更宏观的成矿地质背景、控矿条件找矿。这是造成近年来凤阳地区未能取得新的找矿成果的主要原因之一。

在新一轮找矿突破战略行动中, 为进一步明确凤阳地区找矿方向, 安徽省开展实施了“ 皖东五河— 凤阳矿集区三维综合探测与深部金铅锌多金属成矿预测” 项目, 实施了1∶ 5万高精度重力测量、1∶ 1万重力剖面测量、音频大地电磁测深测量(audio magneto-telluric, AMT)等物探方法。凤阳江山金矿最早为地表开采的小型铅锌矿, 随后在矿床东部勘查发现金矿化线索, 经过多年勘查, 截至2016年勘探累计探明金资源量约17 t, 是蚌埠隆起区东段目前已探明的最大金矿床^[3], 作为典型的蚀变岩型金矿, 在矿床深部各矿体是否联通及深部找矿潜力等方面还需要进一步的预测和研究。

三维地质建模是实现深部矿产勘查突破的重要途径, 也是开展三维成矿预测工作的重要基础。通过对控制地质体和地质结构进行三维建模, 可以更加精细地刻画控矿要素之间的空间、成因和演化关系, 帮助理解成矿系统, 开展深部找矿预测。因此, 本文通过对比江山金矿矿床地质特征, 总结分析成矿地质条件和成矿规律, 圈定找矿靶区, 为凤阳地区下步找矿方向提供参考。

蚌埠隆起区位于华北陆块东南缘, 北以利辛— 五河断裂(F1)为界与淮北断褶带相邻; 南以刘府断裂(F2)为界, 与淮南褶断带相接, 东至郯庐断裂带, 向西经过夏邑— 固始断裂延伸至河南省(图1)。区域上还发育一系列NE— NNE向断裂, 以往研究认为这些断裂是郯庐断裂带的次级断裂, 也是本区的主要控矿构造^[4]。蚌埠隆起区大部分被第四系覆盖, 基底岩系为太古代五河群变质岩, 包括表壳岩系、变质镁铁质岩系和变质变形花岗质侵入体, 《安徽省区域地质志》^[1]将五河群由老到新分为下亚群和上亚群, 下亚群包括西堌堆组、庄子里组和峰山李组, 上亚群包括小张庄组和殷家涧组。

图1

Fig.1

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	图1 蚌埠— 凤阳地区岩浆岩分布 1.新生代构造层; 2.中生代构造层; 3.古生代构造层; 4.新元古代构造层; 5.中元古代构造层; 6.新太古代— 古元古代五河群; 7.燕山期侵入岩; 8.古元古代侵入岩; 9.实测、推测地质界线; 10.实测、推测断层及编号; 11.复背斜轴迹; 12.复向斜轴迹; 13.研究区范围; 14.勘探线及编号; 15.中型金矿; 16.小型金矿; 17.中型铅锌金银矿; 18. 地名; 19.水系Fig.1 Distribution of magmatic rocks in Bengbu-Fengyang area

蚌埠隆起区岩浆活动强烈, 区内产出不同时代的花岗质侵入岩体。其中磨盘山和庄子里岩体形成于古元古代^[5], 其岩性主要为变钾长花岗岩^[6]; 其余侵入岩均为中生代岩浆活动的产物, 大致分为3期: 晚侏罗世岩体(约167~162 Ma)如荆山岩体和涂山岩体, 其岩性以混合花岗岩为主; 早白垩世早期岩体(131~127 Ma)如女山岩体、西芦山岩体等, 其岩性以花岗闪长岩为主; 早白垩世晚期岩体(117~110 Ma)如曹山岩体、锥子山岩体等, 其岩性以二长花岗岩为主^{[7, 8, 9, 10]}。

凤阳江山金矿位于安徽省凤阳县城东南部, 矿区地表多被第四系覆盖, 根据钻孔揭露, 其下覆地层主要为庄子里组, 岩性主要为斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩、浅粒岩和大理岩, 其次为峰山李组, 岩性主要为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩。矿区位于近EW向官沟— 下纪家断裂和NNE向临淮关— 亮岗断裂的交汇部位。官沟— 下纪家断裂倾向南, 倾角约35° , 具有压性特征, 在矿区内长约3 000 m, 宽110~113 m; 临淮关— 亮岗断裂在矿区内长约4 500 m, 断裂早期为塑性流动变形, 表现为糜棱岩化、片理化, 后期为构造角砾岩化、碎裂岩化。矿区地表大面积出露正长岩, 钻孔揭露还存在石英闪长岩和闪长玢岩^[11]。

金矿体主要沿着断层及次级断层分布, 严格受层间破碎带控制(图2)。矿体呈层状、似层状、透镜状产出, 走向NNE, 倾向南东, 产状平缓, 一般为0° ~25° 。赋矿围岩主要为碎裂状硅化大理岩、碎裂岩。主要的矿石矿物为黄铁矿, 脉石矿物主要为石英、绢云母和少量的碳酸盐矿物。矿石的构造主要为块状构造、细脉浸染状构造和浸染状构造等, 矿石的结构主要为自形— 半自形结构^[12]。

图2

Fig.2

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	图2 江山矿区33勘探线地质剖面示意图(据参考文献[12]修改)Fig.2 Schematic diagram for geological profile of exploration line 33 in Jiangshan mining area (modified after reference [12])

本文总体基于“ 四步式” 三维成矿定量预测方法体系对凤阳地区开展三维成矿预测研究^[14]。由三维地质数据库构建、三维地质建模、三维预测信息深度挖掘和三维数据融合及预测评价4个主要步骤组成。该方法能够有效融合多元、多维的地质数据并挖掘其中的特征和联系, 预测深部找矿靶区。

区内金矿体沿着断裂及次级断裂分布, 严格受层间破碎带控制。因此, 断裂是该区域内最重要的控矿条件。本文基于最新AMT资料成果, 通过融合江山金矿床最新矿产勘查数据资料, 利用三维隐式地质建模方法构建了区内断裂模型。然后结合三维空间分析和三维成矿过程数值模拟方法, 深入开展三维预测信息的挖掘。首先, 计算区内断裂三维距离场, 三维距离场分析能够反映控矿要素的影响范围, 计算出各个块体与控矿要素之间的距离; 其次, 由于有利倾角的断裂可以形成较为稳定的场所, 有助于矿体的形成和富集^[15], 故对模型中的断裂倾角进行了计算。研究表明, 断裂在交汇部分往往是成矿最有利的部位^[16], 提取断裂交点作为预测要素, 计算了其与研究区各块体的距离。此外, 断裂构造发育较密集区域也是矿体赋存的有利空间, 故提取了断裂有利密集区分析局部断裂发育位置, 并计算了三维距离场。根据地球物理数据推断的隐伏岩体, 作为控矿要素之一, 进行了三维距离场计算。基于三维成矿过程数值模拟结果, 提取体应变增量和剪切应变增量的高值区作为与成矿空间紧密相关的预测要素, 并计算它们的距离场。

基于上面构建完成的三维成矿预测信息集, 以江山金矿床主要矿体作为数据驱动端元, 采用隶属于机器学习范畴的 Logistic 回归方法对三维预测信息进行数据融合, 该方法能有效分析和度量不同三维控矿要素与已知矿体的相关性, 进而对整个模型的成矿概率进行计算^[17]。逻辑回归方法的计算公式^[18]为

φ(d)=eα+βixi1+eα+βixi 。(1)

式中: φ (d)为成矿概率; x_i为第i种控矿要素; α 是一个常数; β _i为由最大似然估计方法求得的回归因子。

本次研究选取了成矿概率0.01作为阈值, 提取了Logistic方法预测结果中的高成矿潜力单元, 并圈定了5处新的找矿靶区, 以供为进一步勘探提供方向和依据(图8(b))。

图8

Fig.8

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	图8 凤阳地区三维成矿预测靶区示意图Fig.8 Schematic diagram of three-dimensional mineralization prediction target area in Fengyang area

胶东金成矿区位于郯庐断裂带的东侧, 主要受5条断裂构造控制, 分别为三山岛断裂带、焦家断裂带、招平断裂带、栖霞断裂带和牟乳断裂带, 主要大、中型矿床均位于主干断裂附近, 研究认为这些主要的控矿断裂均为郯庐断裂带的次级断裂。主控矿构造是胶东金矿区最主要控矿因素, 其次大规模的岩浆活动特别是玲珑花岗岩为金矿的形成提供了热源及成矿物质来源^[19]。蚌埠— 凤阳地区位于郯庐断裂带西侧, 与胶东地区具有相似的成矿地质背景, 金多金属矿床主要受郯庐断裂带及其次级断裂构造控制^[20]。因此, 寻找主控矿构造及与成矿有关的岩体是本区实现找矿突破的重中之重。

(1)研究区重磁场异常复杂, 是地下复杂地质环境的反映, 区内存在隐伏的构造岩浆岩带。

(2)深部的岩浆活动为金多金属矿床提供了良好热源条件, 鹿塘断裂(F2)是区内主要的控矿断裂, 含矿热液沿着主控矿构造向上运移并在浅部低缓的破碎带处富集成矿。

(3)研究区还存在多个与江山金矿相似的物探异常, 浅部具有寻找江山式金矿的潜力。深部隐伏岩体与变质基底的接触部位可能是金矿重要的赋矿部位, 岩体内部是否有寻找斑岩型金矿的可能也值得探索。

(4)通过初步的三维成矿预测, 认为徐家湾— 二铺一带找矿潜力最大, 其次为总铺— 高陈家一带, 最后为潘家湾。

(责任编辑: 常艳)