2. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061
2. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China
0 引言
阿尔哈达铅锌矿床位于内蒙古东乌珠穆沁旗境内，地处二连浩特—东乌珠穆沁旗多金属成矿带东段。该地区先后经历了古亚洲洋构造域与古太平洋构造域演化阶段，区域成矿条件有利，找矿前景良好，已发现朝不楞铁锌多金属矿床、查干敖包铁锌多金属矿床、迪彦钦阿木斑岩钼矿床、吉林宝力格银矿床、沙麦钨矿床及小坝梁金铜矿床等一系列重要多金属矿床[1-4]。
阿尔哈达铅锌矿床由冶金518地质队于1999年进行区域地质普查时发现，现由锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司进行生产，已探明资源储量2 376.77 kt，达到中型铅锌矿床规模。该矿床的发现，不仅是区域找矿工作所取得的一项重大突破，也为该区同类矿床进一步找矿工作提供了典型范例。
长期以来，许多学者对阿尔哈达铅锌矿床的地质特征、物质来源、成矿流体特征及成矿年代学等方面进行过研究工作，并取得了诸多成果[5-7]。高群学等[5]认为该矿床成矿方式以含矿热液沿构造裂隙充填为主，构造裂隙所产生的成矿空间控制了矿体的规模与产状；张万益等[6]通过对矿区内围岩及矿石硫、铅同位素的研究，指出矿床的成矿物质来源于泥盆系火山-沉积岩和印支期花岗岩的混合作用；谢玉玲等[7]在包裹体测温研究的基础上，提出成矿流体早期以岩浆热液为主，晚期大气降水逐渐占主导作用，阿尔哈达为一与岩浆热液有关的受断裂控制的中温热液矿床。这些代表性研究成果较大程度地提高了对阿尔哈达铅锌矿的成矿理论认识水平，但随着矿山生产对已探明储量的消耗，目前矿区保有储量严重不足，矿山生产正面临严重危机。
近年来，由于计算机技术的飞速发展，一系列成熟的数学、力学理论渗透到地质构造研究领域，并广泛应用于成矿规律研究及预测[8-12]。本文以矿床地质特征研究为基础，通过控矿断裂运动性质及矿化强度指标空间分布规律分析，总结成矿规律，运用数值趋势模拟技术对阿尔哈达矿区深部进行成矿预测，为进一步探矿工作指明方向。
1 区域地质背景阿尔哈达铅锌矿床位于满都胡宝力格苏木东北部，大地构造位置处于东乌珠穆沁旗—二连浩特复背斜北东部的东乌珠穆沁旗褶皱带内[13-14]。
区内出露地层由老至新为奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、侏罗系、白垩系及第四系。奥陶系仅零星出露于额仁高毕一带，由绢云母片岩、砂质板岩、中酸性火山岩、凝灰质砂岩和粉砂岩组成。志留系分布在额仁高毕东北部，岩性主要为板岩、变质粉砂岩、砂岩及大理岩。泥盆系出露较为广泛，由凝灰质砂岩、板岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及火山碎屑岩组成，区内大部分多金属矿床(点)赋存在该套地层中。二叠系集中分布在乌拉盖以西地区，主要由海相碎屑岩和火山沉积岩组成。侏罗系与白垩系主要分布于断陷盆地中，由一套火山熔岩、火山碎屑岩和碎屑沉积岩组成。第四系泥岩、砂砾等广泛分布于平地和山间沟谷中(图 1)。
研究区经历了多期构造运动，形成了以北东向构造形迹为主的构造格局。其中，海西运动导致地层强烈褶皱、断裂构造发育，形成了一系列轴向北东、北东东向紧密线型褶皱、倒转褶皱和北东向断裂；燕山期以断裂构造为主，仅发育有一些宽缓褶皱，并导致早期断裂构造的活化和北北东向断裂的叠加。
区内岩浆活动强烈，海西期侵入岩主要分布于宝力格苏木附近，岩性为钾长花岗岩。印支期侵入岩分布在矿区北东部，岩性为黑云母花岗岩与似斑状花岗岩。燕山期侵入岩沿褶皱轴部和深断裂分布，形成北东向岩浆岩带，岩性主要为黑云母花岗岩、花岗闪长岩及石英闪长岩。
2 矿床地质特征 2.1 矿区地质 2.1.1 矿区地层矿区内出露地层相对简单，主要为泥盆系上统安格尔音乌拉组(D3a)、侏罗系上统布拉根哈达组(J3b)及第四系(Q)碎屑沉积物(图 2)。安格尔音乌拉组是矿床的主要赋矿围岩，地层走向北东60°~70°，倾向南东，倾角35°~60°，厚度近900 m，占出露基岩总面积的80%以上。据其岩性特征，由下至上分为5个岩性段：一段岩性为灰色板状砂岩、深灰色含炭质细砂岩并夹有薄层粉砂质板岩(D3a1)；二段岩性为浅灰色粉砂质板岩夹粉砂质板状砂岩及泥质板岩(D3a2)；三段以浅灰色泥硅质板岩为主，夹有粉砂质硅板岩(D3a3)；四段岩性以浅灰色泥质板岩夹薄层凝灰岩及粉砂质板岩为主(D3a4)；五段岩性为安山质晶屑凝灰岩、安山质凝灰岩、安山质岩屑晶屑凝灰岩、流纹质凝灰岩，局部和泥质板岩互层(D3a5)。侏罗系上统布拉根哈达组主要分布于矿区西北部，出露面积约0.6 km2，不整合覆盖于安格尔音乌拉组之上，岩石类型主要为复成分砾岩、含砾流纹质凝灰岩及流纹岩等。
2.1.2 矿区构造
矿区内断裂构造发育，按其展布方向，划分为北东东向、北东向和北西向3组(图 2)。北东东向断裂内可见构造角砾岩、碎裂岩、次生硅化带等，断裂显示出多期活动的特征，海西期表现为压扭性质，燕山期表现出较强的继承活动。北东向断裂为一碎裂岩带，主要由碎裂岩、角砾岩和断层泥组成，钻孔揭露厚度达10 m，力学性质为压扭性，对本区早期矿体产生了破坏作用。北西向断裂由一系列规模不等的断层、碎裂蚀变带、片理化带组成，断裂成群出现，断裂带内发育多种围岩角砾，显示成矿期构造具有张性特点。该组断裂是本区的主要容矿构造，主要矿脉均产于该组断裂中。
2.1.3 矿区岩浆岩矿区范围内未见侵入岩出露，但有大面积花岗岩分布于矿区外围北东及北西方向。已有研究表明，北西方向燕山早期敖包特岩体与本区成矿作用关系最为密切[16-17]。
2.2 矿化特征 2.2.1 矿脉特征矿区内共发现3条矿脉，由北向南编号依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号。其中：Ⅰ号矿脉规模最大，为主要生产矿段，该矿脉位于矿区北部，长度近3 000 m，宽350~600 m，其走向北西290°~325°，倾向南西，倾角25°~65°，由西向东倾角逐渐变陡。Ⅱ号脉位于矿区中部，长约1 600 m，宽约100 m，总体走向北西280°~300°，倾向以南西为主，倾角67°，局部倾向北东，倾角45°~85°；Ⅲ号脉位于矿区西南部，其长约3 500 m，宽100~400 m，总体走向近东西，倾向南西。3条矿脉内圈定出具工业意义的矿体171条，主要分布在Ⅰ号矿脉内，矿体多呈平行脉状、似层状、透镜状产出，总体走向280°~320°，倾向南西，倾角20°~70°。单个矿体长40~600 m不等，最大控制长度1 765 m，矿体延深50~350 m，最大延深655 m，矿体厚度1~5 m，最大厚度可达36 m(图 3)。
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| 图 3 阿尔哈达铅锌矿床23号勘探线地质剖面图 Figure 3 Geology section of Exploration Line 23 in Aerhada Pb-Zn deposit |
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矿石中金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿，其次为毒砂、黄铜矿等；非金属矿物主要为石英、方解石、萤石，其次为绿泥石、高岭土、绢云母等。常见的矿石结构有自形—半自形结构、固溶体分离结构、包含结构及骸晶结构(图 4)。矿石构造包括块状构造、角砾状构造、浸染状构造和脉状构造等。
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| a.黄铁矿(Py)交代压裂结构的毒砂(Apy)；b.黄铁矿被交代呈骸晶结构；c.自形—半自形结构的黄铁矿被方铅矿(Gn)与闪锌矿(Sp)交代；d.闪锌矿中的黄铜矿(Ccp)呈固溶体分离结构；e.闪锌矿中的黄铜矿与磁黄铁矿(Po)呈固溶体分离结构；f.方铅矿交代闪锌矿。 图 4 阿尔哈达铅锌矿床矿石结构特征 Figure 4 Characteristics of ore structure of Aerhada Pb-Zn deposit |
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受成矿期和成矿期后多期次热液活动影响，矿区围岩发育不同程度的热液蚀变，主要为硅化、碳酸盐化、萤石化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化及高岭土化(图 5a、b、c)，其中硅化、碳酸盐化、萤石化与矿化关系最为密切。
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| a.硅化；b.萤石化；c.绿帘石化；d.Ⅲ阶段闪锌矿-方铅矿脉穿切Ⅰ阶段毒砂-黄铁矿脉；e. Ⅲ阶段黄铁矿-闪锌矿-方铅矿脉穿切Ⅱ阶段贫硫化物石英矿脉；f.Ⅳ阶段方解石脉穿切Ⅲ阶段闪锌矿-方铅矿脉。Qtz.石英；Flu.萤石；Ep.绿帘石；Apy.毒砂；Py.黄铁矿；Sp.闪锌矿；Gn.方铅矿；Cal.方解石。 图 5 阿尔哈达铅锌矿床围岩蚀变与矿脉穿切关系 Figure 5 Wall rock alteration and cutting relationship of ore veins in Aerhada Pb-Zn deposit |
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根据显微镜下矿物共生组合、矿石结构构造、围岩蚀变特征及井下观察到的矿脉之穿切关系，将阿尔哈达铅锌矿床热液成矿期划分为石英-毒砂-黄铁矿阶段(Ⅰ)、贫硫化物-石英阶段(Ⅱ)、多金属硫化物阶段(Ⅲ)及少量方铅矿-萤石-方解石阶段(Ⅳ)4个成矿阶段，各阶段矿化在空间上相互叠加(图 5 d、e、f)。
3 断裂运动方式与矿化富集规律 3.1 断裂运动方式与成矿关系矿区矿脉产出及展布主要受断裂构造控制，控矿断裂成矿期表现出脉动活动特征，导致其两侧发育不同特征的次级构造裂隙，其内由不同组合热液矿物充填，且相互交切，体现出多阶段热液矿化特点(表 1)。
| 成矿阶段 | 矿化特征 | 发育程度 | 控矿断裂活动方式 |
| 石英-毒砂-黄铁矿阶段(Ⅰ) | 少量石英的黄铁矿网脉，或者毒砂黄铁矿脉 | 较强 | 左旋张扭性(多见角砾) |
| 贫硫化物-石英阶段(Ⅱ) | 少量的硫化物与大量的石英脉组成 | 较弱 | 左旋张扭性(多见角砾) |
| 多金属硫化物阶段(Ⅲ) | 大量的方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和少量的石英 | 强 | 兼具左旋(主)、右旋、张扭(主)、压剪 |
| 少量方铅矿-萤石-方解石阶段(Ⅳ) | 含方解石、萤石等碳酸盐细脉，金属矿物含量少 | 弱 | 左旋张扭或压剪 |
Ⅰ阶段形成大量网脉或脉状黄铁矿、毒砂及少量石英，部分规模较大的矿脉中见围岩角砾(图 6a)。该阶段构造脉动强度大，波及范围广，产状为210°~240°∠50°~60°，运动方式为左旋张扭性(图 6b)。断裂局部产生张开空间，矿体赋存其中。Ⅱ阶段形成含少量硫化物的石英脉，石英脉宽30~50 cm，黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等呈浸染状分布于石英脉中，部分石英脉中可见围岩角砾。Ⅱ阶段构造脉动范围明显小于Ⅰ阶段，产状230°~240°∠20°~30°或45°~60°∠50°~60°，以左旋张扭性运动为主(图 6c)，并使Ⅰ阶段产生一定程度的脆性变形。Ⅲ阶段以形成大量的方铅矿、闪锌矿为标志。构造强度大、范围广，产状为200°~230°∠50°~60°，兼具有左旋、右旋、压剪、扭张的性质(图 6d，e)。构造脉动使局部早期矿体破碎，矿液沿裂隙贯入而形成矿化叠加。矿脉中方铅矿晶型较好，常呈团块状，显示成矿时具有较大的空间。Ⅳ阶段形成大量方解石与萤石。断裂分布范围小数量少，表明此阶段的构造脉动较弱，产状集中为225°∠30°~40°或0°∠50°~60°，运动性质为左旋张扭或压剪(图 6f)。方解石、萤石细脉穿切早期阶段，显示其为后期热液灌入的结果。
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| a.Ⅰ阶段黄铁矿脉中含有围岩角砾；b. Ⅰ阶段毒砂-黄铁矿脉左旋压性运动；c. Ⅱ阶段石英-方铅矿脉左旋张性运动；d. Ⅲ阶段多金属硫化物脉右旋张性运动；e. Ⅲ阶段多金属硫化物脉左旋张性运动；f.Ⅳ阶段萤石-方解石-黄铁矿脉左旋张性运动。图b—f均为顶板观察现象，实际运动方向与图中相反。 图 6 阿尔哈达铅锌矿床各阶段矿脉构造活动方式 Figure 6 Activity characteristics of ore veins for different stages in Aerhada Pb-Zn deposit |
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矿区内断裂活动的强度从早到晚强弱交替，早期的构造格局决定了矿化的范围和规模，后期的多次叠加改造决定了矿化的强度和矿化的不均匀性。对北西向矿脉而言，成矿期以左行正断层的运动方式为主，容矿空间的形成、发展及各矿化阶段空间分布，受平面左行、剖面正断层两个方向运动分量的联合制约。在剖面上，由于上盘斜落，在断裂产状较陡部位常形成局部启张空间；在平面上，由于左行运动，断裂走向偏西地段是铅锌矿体产出的有利部位。
3.2 断裂面形态特征Ⅰ号矿脉是阿尔哈达矿区最具代表性的矿脉，对其控矿断裂底盘面进行数值模拟结果见图 7。控矿断裂底盘面表现出较明显的波状变化规律，沿走向呈现波峰区、峰谷过渡区和波谷区连续递变出现特征，且波峰区与波谷区基本呈等间距产出，断面波状变化幅度为150~220 m；断面形态在垂向上变化明显小于走向，断面波状变化幅度为100~150 m。断裂面波峰间联线(波谷间联线)，显示断裂向南西深部侧伏[18]，侧伏角30°。断裂面波峰、波谷中心联线也向南西侧伏，侧伏角为10°~20°，这与矿脉内单个矿体的侧伏方向和侧伏角度基本一致，反映现今断裂面的形态可能是多种波状构造叠加作用的结果[18]。
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| 图 7 阿尔哈达铅锌矿床Ⅰ号矿脉控矿断裂底盘面三次趋势分析剩余图 Figure 7 Three times trend analysis residual figure for ore controlled fault of ore vein 1 at Aerhada Pb-Zn deposit |
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为更加深入地探讨阿尔哈达铅锌矿床矿化富集规律，选取Ⅰ号矿脉为研究对象，对其矿体厚度、厚度×品位、蚀变带厚度等矿化强度指标进行定量分析和数值模拟，探讨其空间分布规律。
矿体厚度在空间分布上呈现出多个高值中心，高值中心形态多呈椭圆状，椭圆长轴向南西延伸，指示矿体具有向南西侧伏的趋势：沿走向，Ⅰ号矿脉两侧矿体厚度较小，中部13—35线矿体较厚且稳定，为矿体的主要赋存区间；倾向上，自888 m中段至568 m中段，矿体厚度呈现出高→低→高的变化规律，浅部矿化范围分布较广，深部矿化范围相对集中(图 8a)。矿体厚度×品位空间分布与矿体厚度相似，但因叠加了铅锌品位具有更高的趋势值：走向上，由Ⅰ号矿脉两侧向中部，厚度×品位逐渐富集，中部13—33线趋势值相对较高；倾向上，自浅部至深部，矿体厚度×品位也呈现高→低→高的变化规律(图 8b)。矿区内蚀变带分布较广且也具有向南西侧伏的趋势，蚀变带向深部延伸，显示深部仍具有较强的矿化(图 8c)。矿体厚度、厚度×品位及蚀变带厚度等值线深部均未闭合，暗示矿区深部具有一定的找矿潜力。
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| a.矿体厚度空间变化趋势；b.矿体厚度×品位空间变化趋势；c.蚀变带厚度空间变化趋势。 图 8 阿尔哈达铅锌矿床Ⅰ号矿脉矿化强度指标空间变化趋势图 Figure 8 Mineralization intensity index trend graph of ore vein 1 at Aerhada Pb-Zn deposit |
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将各矿化强度指标与控矿断裂底盘面形态进行拟合(图 8)，总结得出如下规律：1)主要工业矿体均在断面形态的峰谷过渡区或波谷附近产出；2)波峰区和波谷区的规模与形态对矿体规模、矿化强度具有明显的控制作用，大波峰与大波谷的过渡区和波峰、波谷急剧变化区，矿体规模大、矿化富集；3)矿体的侧伏方向受控矿断裂面波峰及波谷空间分布规律的制约，断裂底盘面形态、矿体厚度、厚度×品位及蚀变带厚度空间分布形态均反映矿脉有向南西侧伏的趋势；4)蚀变带厚度、厚度×品位值及矿体厚度高值中心与断裂面峰谷过渡区基本一致，其重合区形成具有工业价值的矿体；5)矿化强度指标与断裂面形态等值线两侧及深部均未闭合，指示矿区深部找矿前景良好。
4 深部矿体空间定位预测利用数值模拟系统[9, 19-20]，对断裂底盘面形态、矿体厚度、厚度×品位及蚀变带厚度等指标参数进行趋势模拟，根据空间变化规律，自矿区北西至南东，共预测了6个成矿远景区(图 9)，包括一级远景区4个，二级远景区2个。其中：A区位于9—13线，标高488~568 m，厚度×品位趋势值10~20 m×10-2，蚀变带厚度趋势值6~10 m，矿体厚度趋势值显正值，处于断裂面形态峰谷过渡区，属二级远景区，具有一定的找矿潜力；B区位于15—19线，标高408~568 m，矿体厚度趋势值4~9 m，厚度×品位趋势值35~55 m×10-2，蚀变带厚度趋势值12~20 m，处于断裂面形态峰谷过渡区，属一级远景区，找矿潜力较大；C区位于23—35线，标高450~568 m，矿体厚度趋势值4~9 m，厚度×品位趋势值35~55 m×10-2，蚀变带厚度趋势值12~20 m，处于断裂面形态峰谷过渡区，属一级远景区，找矿潜力较大；D区位于41A—47线，标高500~648 m，矿体厚度趋势值4~7 m，厚度×品位趋势值20~35 m×10-2，蚀变带厚度趋势值10~14 m，处于断裂面形态峰谷过渡区，属一级远景区，找矿潜力较大；E区位于35—39线，标高268~368 m，矿体厚度趋势值3~7 m，厚度×品位趋势值40~45 m×10-2，蚀变带厚度趋势值16~20 m，处于断裂面形态近波峰的峰谷过渡区，属一级远景区，找矿潜力较大；F区位于49—53线，标高350~450 m，矿体厚度趋势值在正负过渡区间，厚度×品位趋势值25~45 m×10-2，蚀变带厚度趋势值8~12 m，处于断裂面形态峰谷过渡区，属二级远景区，具有一定找矿潜力。
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| 图 9 阿尔哈达铅锌矿床Ⅰ号矿脉外围及深部成矿远景区预测图 Figure 9 Prognostic map for favorable area of ore-prospecting at peripheral and depth of ore vein 1 in Aerhada Pb-Zn deposit |
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最近的工程揭露已不断证实了上述预测的正确性。如ZK2714在Ⅲ区454 m标高揭露矿体，竖直厚度3.5 m，铅锌平均品位2.5%；ZK4310在Ⅳ区600~630 m标高揭露矿体，竖直厚度31.5 m，铅锌平均品位5.3%；ZK5309在Ⅵ区350 m，竖直厚度5.5 m，铅锌平均品位3.4%。根据以上总结的规律，本次探矿靶区预获122b及333资源储量323.7万t，铅+锌金属量12.8万t。
5 结论1) 根据野外观察，结合矿物组合、矿石组构及矿脉穿切关系等，将热液成矿期划分为石英-毒砂-黄铁矿阶段(Ⅰ)、贫硫化物-石英阶段(Ⅱ)、多金属硫化物阶段(Ⅲ)及少量方铅矿-萤石-方解石阶段(Ⅳ)。
2) 控矿断裂成矿期以左行张性的运动方式为主，剖面上断裂产状较陡部位、平面上断裂走向偏西地段为矿体产出的有利部位。矿化强度指标高值中心与断裂面峰谷过渡区相吻合，显示断裂面峰谷过渡区是矿体赋存及矿化富集的有利位置。
3) 利用数值模拟技术对阿尔哈达铅锌矿床Ⅰ号矿脉两侧及深部进行成矿远景评价和矿体定位预测，圈定了6处远景区。
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