胶东两类脉型金矿的矿体分段富集数学模拟*
胶东地区两类金矿床矿体分段富集的数学模拟刘，(吉林大学地球科学学院，长春130061)和刘(吉林大学地球科学学院，长春130061)胶东地区有两种热液脉型金矿床。金矿体分段富集是脉状金矿的重要特征。本文着重对这一特征进行数学模拟，两类金矿床的风格明显不同。研究结果具有理论和实践意义。关键词脉状金矿床金矿体分段富集的数学模拟胶东脉状金矿是指产于金矿脉中金矿体与矿化区之间韵律中的金矿床，可分为深部型、中深部型和浅部型三类。我国深部形成的金矿床只有辽北龙王庙金矿床(刘·，1996)。浅成低温热液金矿是中国最重要的金矿类型。胶东主要为中深部脉型金矿(富硫化物应时脉型、细脉型、网脉型)；将浅部金矿床划分为7个亚类(贫硫化物脉型、富硫化物脉型、细脉型、网状脉型、平缓构造带型、卡林型和矽卡岩型)，其中脉型金矿床最为重要(刘等，2000，2001)。1.中深、浅部脉型金矿床的矿体是阶段性富集的，金矿体在脉中是阶段性产出和再现的。解释金矿体分段富集成因和过程的理论称为矿体分段富集理论。分析矿脉含矿率的变化(姚等，1990；刘等，1994)，研究分馏富集规律(刘等，1996)，系统阐述分馏富集理论(刘等，1999，2000)，说明这一认识是在理论指导下的应用研究中逐步深化和完善的。刘和作者用矿体分段富集理论有效地指导了脉状金矿的找矿预测。该成果不仅具有显著的经济效益，而且丰富了热液金矿化理论。就脉型金矿的富集而言，首先要确定脉型金矿的成因类型。(1)两类脉型金矿床矿体长度的统计规律。矿体分割的研究内容很多，包括矿体大小、矿体深度/长度值、矿化区大小及其与矿体大小的相关性等。本文数学模拟的重点是计算矿体长度。深部脉型金矿矿体规模大，数量少。以中段为统计单元，富硫化物应时脉型平度1号脉(以两期矿化叠加为特征，但以中深成因为主，划为中深脉型)矿体长度10 ~ 243 m(统计29条，下同)，平均85 m(表1)。细脉型九曲金矿床4号主脉，矿体长20 ~ 330米(16)，平均78米，对于脉型矿床，矿化稳定，但矿体较大，常呈柱状。浅部矿体小而多。平度6号矿脉，矿体长3 ~ 93m (54)，平均18.64m马尧金矿的长度为2 ~ 50 m (126)，平均为11.63 m，约为中间深度的1/5(表1)。平度6号矿脉和马家窑金矿每公里分别有16.03和26.45个矿体，而平度1号矿脉和九曲4号主矿脉在中深度只有4.89和5.28个矿体。前者的矿体数量是后者的3 ~ 4倍。(2)两类脉型金矿的矿体再现规律。胶东金矿床矿体的赋存规律可分为柱状、斜状和分段三类。对其规律性的认识有效地指导了生产找矿。列类型。矿脉中的柱状剖面再现是指富集剖面中的柱状矿体(陡倾或缓倾)在水平方向上垂直平行或斜向平行。由于其深度/长度和柱状形状，脉状矿体以柱状重现为特征，尤其是对于大型矿床。金矿地台矿体呈柱状产出，柱状在5 ~ 22行之间，走向长度170~700 m，控制倾向深度1300m；；37号线和47号线之间的柱子长500米，深630米(山东赵晋集团公司，2002年)。在何洁金矿区的垂直和垂向投影图上，明显存在三个斜柱，ⅳ、ⅰ、ⅶ柱位于407 ~ 427线、432 ~ 450线和455 ~ 480线之间(山东赵晋集团公司，2002年)，图上实测柱深/柱长值约为3；柱子之间是矿化段，宽约100 ~ 300米。此外，上庄金矿、北街金矿孙嘉矿段和招远三山岛金矿的矿体或富矿矿柱也以柱状形式再现。斜柱式。它可以垂直复制，也可以垂直复制。有两种表现，一种是斜向型控矿构造，其中的矿脉(体)也是斜向再现的。玲珑金矿九曲矿段右列构造控制着矿体的右列再现(刘等，1996，2000)；平度石桥金矿由2、8、9、10号矿脉组成，排距约100米，呈左列再现，受肇平断裂带下盘派生的北西向次级断裂走滑控制。第二种是同脉矿体的斜向复发。石桥金矿10号矿脉共有5个大小不等的矿体，位于中段106号~ 114号线之间，复发在左排，排距4 ~ 6m(朱永正等，1996)。*教育部资助博士点部分成果第一作者简介(97018706)。陈国华，男，1967年出生，博士，副教授，主要从事矿床学的教学与研究。【接下来】在垂直和垂向投影图上也可显示斜向递推规律，此时矿体侧向倒伏现象明显。灵山沟金矿1974年取得突破的关键是利用了“侧卧再现”规律(姚等，1990)。玲珑矿区108号矿脉，矿体呈透镜状、豆荚状，总体呈SWW-NEE向斜排列，NEE明显侧斜(徐九华等，1982)。矿体ⅸ、ⅵ、ⅵ和ⅺ的尖灭标高依次下移，分别尖灭在280、175、160和140米左右。分段类型。主要是在垂直方向上。矿体形成的富集段大致水平分布；富集区和贫化区之间的间隔；矿石归类为大型矿体，呈斜向或直线平行规则排列分布。剖面呈网格状相交，相交部位矿体规模较大。平度1号矿脉呈两段三列状，第一富集段在第十中段以上(约- 140m)。较大的矿体为1号、2号、5号、13号、14号和15号矿体，断面宽度约220m。13中段以下(约-260米)为ⅱ富集段，其下限未得到控制，由脉内最大的22号矿体组成；ⅰ、ⅱ富集段之间的贫矿段分别有16、18、19、20、22个矿体，规模极小。富集段略偏北东向，侧倾角约10° ~ 12°。5号、18号、19号和22号矿体，1号、7号和13号矿体，以及2号、9号和15号矿体构成了三个平行的矿列。九曲矿段4号主脉也呈段状，矿体呈两段五行状分布。以上是中深部金矿床的阶段矿体富集规律。胶东浅部金矿床的矿体也以斜向、柱状或分段方式再现。平度6号脉(富硫化物应时脉型)在走向和垂向上均为左列，列距5 ~ 7m，尖灭矿体与再现矿体部分重叠。烟台金矿(网脉型)矿体规模小(刘等，1998)，呈成群分布。当用包络矿进行研究时(刘等，2000)，它是一个侧角约30°、宽150m、长600m的倾斜矿柱。朱永正等人(1996)称九店金矿3号矿脉为“两行三列”，实际上相当于本文中的二段三列。第一富集段在海拔-20 ~ 80m，第二富集段在海拔-150 ~-50m；四个矿列几乎平行，等距分布，间距约为50米，它们以约70°的角度侧向西南。2.两类脉型金矿床矿体分期富集的数学模拟。矿体数量多、规模相对较大的地段为富集地段，否则为贫地段。富集段-贫矿段-富集段的节律性变化提供了周期函数的数学模拟思路。本文选取了两个中深成低温热液型金矿床，利用分段富集率——单位长度矿体长度的百分比，进行了垂向分段富集模拟分析。
图1含矿率垂向变化与数学拟中深金矿床——平度1号脉和九曲4号主脉；浅部金矿床-平度6号矿脉和马家窑金矿床的矿体分馏富集率(1)。平度1号矿脉开采矿段，共10个采矿中段。各中段控制矿脉长度312 ~ 945 m，矿体长度28 ~ 243 m，富集率8.97% ~ 64.27%，合计占41.3%(表1，累计矿体长度除以累计矿脉，下同)。从-140 m(第十中段)到- 260 m(第十三中段)，富集率最低，为13.7 ~ 24.7%，形成贫矿段；为第一富集段，富集率在35.4%-62.3%之间。下部为第二富集段，富集率为64.3%(图1)。九曲沈城4号主脉为52号脉系主脉，开采中段9个，中段206 ~ 10个(标高206~10m)，最低富集率0% ~ 23.0%，形成贫矿段；为第一富集段，富集率为56.6% ~ 69.5%。下部为第二富集段，富集率为82.9%(图1)。平度浅部6号矿脉，分6个中段开采，控制矿脉长度420 ~ 704 m，累计矿体长度74 ~ 280 m，富集率17.6 ~ 44.7%，总体38.8%。马尧浅部金矿共有10个开采区段，控制矿脉长度152 ~ 646 m，累计矿体长度51 ~ 200 m，总体富集率22.6% ~ 50%，38.8%(表1)。
表 1 富集率统计表中深静脉型金矿浅脉型金矿
/ m
大臣/ m
平均长度/米长度范围/ m
大臣/ m
平均长度/米六
七
八
九
十
十一
十二
十三
十四
总计达
620945
797
845
581
783
330
345
312
378
5936
46~220(3)38~140(5)
16~240(3)
42~136(5)
22~135(4)
20~205(3)
10~25(3)
60(1)
28(1)
243(1)
10~243(29)
386366
282
426
321
290
50
60
28
243
2452
128.73.2
94.0
85.2
80.3
96.7
16.7
60
28
243
84.6
62.338.7
35.4
50.4
55.2
37
15.2
17.4
8.97
64.3
41.3
平度金矿6号矿脉一个2
三
四
五
六
总计达
440580
575
704
650
420
3369
3~93(11)4~93(9)
3~93(8)
3~70(12)
3~70(8)
3~55(6)
3~93(54)
160259
191
141
230
74
1055
1623.55
21.22
11.75
25.55
10.57
18.64
36.444.7
33.2
20.0
35.4
17.6
38.8
236
206
170
130
90
50
10
-30
总计达
880902
659
460
338
344
35
40
700
4358
45~175(5)45~200(6)
70~95(5)
28(1)
10(1)
79(1)
0
0
30~280(4)
10~280(23)
498627
406
28
10
79
0
0
584
1794
99.8104.5
81.2
28
10
79
0
0
146
七十八
56.669.5
61.6
6.13
2.96
23.0
0
0
82.9
41.2
贾窑金矿193172
143
110
80
50
20
-10
-50
-80
总计达
615646
626
577
530
540
350
355
152
190
4764
2~26(16)2~50(10)
2~20(20)
2~38(13)
4~40(14)
2~33(20)
2~10(12)
2~40(10)
4~9(3)
6~11(8)
2~50(126)
139152
143
163
200
177
102
109
51
95
1331
8.6914.27
7.53
12.54
14.29
8.87
5.67
11.56
6.33
11.88
11.63
22.623.5
22.8
28.3
37.7
32.8
19.1
30.7
33.6
50.0
39.9
式中a、b、l 和φ分别指偏幅、振幅、波长和初相位。其为一个简单的波形函数，为满足富集率实际变化 的复杂性，采用波形分解模拟。即先拟合波长最大的波，其剩余值再拟合次一级波，依次分解拟合。本文 中，二次波形的合成已能满足研究要求。 中深平度1号脉的模拟拟合度为76.1325，两级波形函数的偏幅、振幅和波长依次为36.06779和0.850172、16.35277和14.30834、356.5m和196.2m，九曲4号主脉的拟合度为96.6987，系数为32.42010和 0.08444、35.09856 和20.89515、371.8 m 和131.5m；浅成的平度6号脉拟合度为89.4607，系数值为22.89212 和0.70787、29.60516 和6.4086、1900m和39.4m，马家窑金矿拟合度为83.4258、系数值为34.27571 和 0.05746、－6.40860 和－2.67768、284.5m和85.0m。理论合成曲线（图1的虚线）与实际变 异折线有很好的吻合程度。[next] （3）两类脉型金矿模拟曲线矿床地质释义。胶东两类脉型金矿的矿体赋矿部位，受控矿构造面的形 态控制，可以是波峰（刘石年，1987；孙丰月，1987），也可以是波峰(构造面)变异部位（刘连登等，1994）。构造面的形态是成矿前后和/或成矿期多期应力作用下的合成面，但主导作用的可能只是两期应力，当两期 应力的峰峰叠加，则断面上凸(峰)；而峰谷叠加，断面则起伏不大；若谷谷叠加，断面则下凹(谷)（刘石年，1987）。构造面变异的数量、强度和范围，影响着数学模拟曲线的峰谷数量、振幅、波长。矿体分段富集 数学模拟的大小两个波长的曲线合成，隐含了构造的信息。 虽然两类金矿的总体富集率相似，变化于38.8%～41.3%间，但两类金矿的模拟结论明显不同。若以 x＝（│a│+│b│）/ 2 划线（图1的虚直线），左侧为低富集率、右侧为高富集率。浅成的马家窑金矿和 平度6号脉变异小，靠近该线。其原因如下：①浅成的物理化学条件变化大，在成矿的构造范围内，矿 质金沉淀的速率大，从而使矿体产出的“随机性”相对增大、矿化强度分散、矿体规模小，最终导致富集 率变异小；②品位分形研究表明，浅成脉型金矿的具三个分维值，中深的两个（仇广乐等，2001），分别 代表对金品位有影响的成矿阶段数。当浅成的三个阶段在成矿的构造范围内“随机性”成矿，增加了矿化 地段数量、减小了矿化地段规模，故而进一步降低富集率变异性，导致拟合曲线的峰谷变化更小；③浅成的脉型金矿矿体延深浅，其曲线缺少明显的贫、富矿段（富集率）之分。当富集率曲线急剧降低，往往 显示矿体延深尖灭，如平度 6 号脉。 中深成脉型金矿的曲线变异大，在虚直线两侧摆动明显，富集率具高—低—高的韵律性变化。这是由 于中深成矿物理化学条件相对稳定，矿质金有足够的时间运移到构造的有利部位沉淀，使富集率的变化 与构造的有利程度密切相关，随构造的有利—不利—有利条件，富集率显示显著的高—低—高变化，拟合 曲线的峰谷变化大。因此可明显划分出富集段与贫矿段。据中深成脉型金矿矿体富集率拟合曲线的周期性， 理论上可以判别富矿段和贫矿段的规模和标高范围、矿体富集程度等。如平度1号脉，其模拟曲线显示高 富集率范围为230m左右，类推第Ⅱ富集段尚可下延200m 左右。 3、讨论与结论 脉型金矿中矿体分段富集是普遍特征，其可分为柱列式、斜列式、段列式 3 种重现范式。表征矿体分 段富集的富集率，可用波形分解的方法模拟为两个波长不同的周期性函数。其既隐含有构造的信息，又隐 含有矿床成因的信息，还具有指导生产的实际意义。具体结论如下：①浅成脉型金矿的模拟曲线变异性 小，反映成矿时物理化学条件变化大，矿化分散，缺少富集段和贫矿段的划分标志；②中深成的金矿， 变异性大，可明显划分富集段与贫矿段；③依据函数式的周期性变化，理论上可以推断富矿段和贫矿段 的规模和标高范围、矿体富集程度等。 矿体分段富集数学模拟的两个波长的周期性函数，如何与两期主要应力合成的构造面之间建立对应关 系，还不清楚。脉型金矿的金矿体分段富集，是在同一矿体富集域内进行的。矿体富集域，是指一定的垂 深范围内，包容矿体的分段富集段。文献中通常说的第二富集段，本文称第二富集域，主要是避免与矿体 富集段混淆。我国的脉型金矿是否有第二富集域，目前所知甚少。即使玲珑金矿矿体垂深控制已达 1500 m 左右，仍无明显的标志说明这个问题。本文所述的脉型金矿矿体柱列式、斜列式、段列式 3 种重现范式的研究，属同一个富集域的。 参 考 文 献 仇广乐，刘连登，陈国华，等. 2001. 山东莱西北泊金矿床本质特征. 黄金，22（6）：6～10. 刘连登，陈国华，刘青廷，等. 1998. 烟台金矿床本质特征描述及其意义. 矿床地质，17（增刊）：295～298. 刘连登，陈国华，吴国学，等. 2000. 中国金矿地质研究述评. 黄金，21（1）：1～11. 山东招金集团公司. 2002. 招远金矿集中区地质与找矿. 北京：地震出版社. 438. 姚凤良，刘连登，孔庆存，等. 1990. 胶东西北部脉状金矿. 长春：吉林科学技术出版社. 234.
