白云鄂博礦區(qū)深邊部鐵礦床勘查突破及啟示
李以科1，柯昌輝1，王登紅1，趙永崗2，佘宏全1，李瑞萍1，郝美珍2，王安建1，鄧震3，高玉璞2，張強(qiáng)4，張麗2，李進(jìn)文1，胡古月1，劉云4，郭賓2，苑星宇2
1中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室
2包鋼(集團(tuán))公司白云鄂博鐵礦
3中國地質(zhì)科學(xué)院
4包鋼勘察測繪研究院
第一作者簡介：李以科，高級工程師，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)
導(dǎo)讀：
白云鄂博礦床世界著名，鐵礦規(guī)模超大型，稀土礦全球最大，是包頭鋼鐵的主要原料基地，經(jīng)過60多年的開采，資源接續(xù)問題迫在眉睫。礦床研究一直是熱點和難點，長期存在成因爭議和研究工作不足問題：一是有碳酸巖賦礦圍巖沉積成因和巖漿成因之爭議，導(dǎo)致深部找礦方向不明；二是成礦地質(zhì)模型不完善，特別是缺乏巖漿成因的碳酸巖巖體成礦地質(zhì)模型；三是礦區(qū)為復(fù)雜地形及強(qiáng)干擾條件，缺少相應(yīng)的綜合地球物理勘查新模型。
李以科等通過綜合地球物理勘查、專題地質(zhì)填圖和綜合研究，進(jìn)一步查明了礦區(qū)控礦地質(zhì)條件，并發(fā)現(xiàn)切割破壞礦體的逆-平移斷層（F2）。基于本次調(diào)查研究成果，提出了白云鄂博鐵礦屬于巖漿碳酸巖侵入接觸交代型礦床新認(rèn)識，構(gòu)建了白云鄂博礦床成礦模式和新的勘查模型，預(yù)測深部存在鐵礦體，圈定3處找礦靶區(qū)，經(jīng)鉆探驗證發(fā)現(xiàn)了視厚度超百米的厚大礦體。2021年以來，在新理論和新方法的指導(dǎo)下，共施工15個鉆孔，全部見礦，單孔最大累計見礦視厚度達(dá)327.2m，見礦情況與預(yù)測成果一致并超預(yù)期，實現(xiàn)了白云鄂博礦區(qū)深部鐵礦勘查數(shù)十年來首次重大突破。
內(nèi)容提綱
1 以往勘查研究概況與本次方法
1.1 以往勘查程度與存在問題
白云鄂博多金屬礦床是全球最大的稀土礦床，同時是超大型鐵礦床，伴生有鈮、釷、鈧、螢石等多種戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源，其供應(yīng)了全球40%以上的稀土資源需求，也是包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵礦石主要原料生產(chǎn)基地。主礦、東礦是白云鄂博礦區(qū)最大的2個鐵礦體，占據(jù)了90%以上的鐵資源量，二者相距500余米（圖1），均進(jìn)入露天開采晚期階段。截至目前，東礦開采標(biāo)高分別為海拔1275m，開采境界內(nèi)（海拔1230m）剩余鐵礦石資源儲量1150萬噸，按300萬噸/年產(chǎn)能，僅可以維持3~4年。主礦開采標(biāo)高1374m，距離設(shè)計邊界（1230m）也僅有5~8年的開采時間。由此可見，尋找深邊部接替資源，保障礦山發(fā)展迫在眉睫。
1—第四系；2—白堊系固陽組；3—長城系尖山組；4—長城系都拉哈拉組；5—新太古界烏拉山群；6—二疊紀(jì)二長花崗巖；7—黑云母花崗閃長巖；8—中元古代白云石碳酸巖；9—花崗巖脈；10—石英斑巖脈；11—閃長巖/閃長玢巖脈；12—碳酸巖脈；13—堿性巖脈；14—鈉角閃石巖脈；15—鈉輝石鈉角閃石堿性巖脈；16—鐵礦化體；17—低品位鐵礦化帶；18—實測或推測正斷層；19—實測或推測逆斷層及編號；20—實測或推測性質(zhì)不明斷層；1—韌性剪切帶；2—鐵礦靶區(qū)及編號；3—鉆孔號及編號：1964年勘探鉆孔：l-CK14-l-2；-CK14-l-l；-ZK14-E-l；4-CK15-9，本次驗證鉆孔：5-TK15-03-02；6-TK15-03-01；7-TK15-03-03；8-KY15-03F-01；9-KY15-04-01；24—勘探線及編號；25—電磁測深剖面
白云鄂博多金屬礦床主礦、東礦之間500m區(qū)域是深部找礦第一目標(biāo)區(qū)域，但兩者之間是否具有找礦前景一直存在較大爭議。早在1950~1954年，地質(zhì)部241地質(zhì)勘探大隊為了追索礦體延伸情況，在主礦、東礦之間部署了少量槽探和鉆探工作，以及磁法和電測深工作，結(jié)果認(rèn)為主礦、東礦在地表和深部不相連，主礦體東端和東礦體西端自然尖滅，不是斷層導(dǎo)致；1958~1959年，中蘇合作地質(zhì)隊（1959）研究認(rèn)為主礦、東礦之間存在斷層導(dǎo)致深部礦體不相連，主礦、東礦之間沒有鐵礦體存在；1959~1963年，白云鐵礦地質(zhì)隊發(fā)現(xiàn)東礦體西端有變厚和向西隱伏延展的可能性，指出需要進(jìn)一步研究主礦、東礦之間的成礦潛力；1964~1965年，包鋼541地質(zhì)勘探隊為了查明主礦、東礦之間成礦潛力，通過鉆探驗證工作（CK14-1-1、CK14-1-2、CK14-E-1，累計鉆探進(jìn)尺806.59m），在主礦、東礦之間探明10余個小鐵礦體，估算資源儲量僅59萬噸，成果報告明確指出主礦、東鐵礦體無論地表還是地下均不相連，礦體由于成礦作用自然尖滅，二者之間不存在斷層，否定了前人的認(rèn)識。根據(jù)包鋼541地質(zhì)勘探隊（1964）研究結(jié)果，礦山設(shè)計單位確定了主礦、東礦2個礦體獨立開采的方案。自此，主礦、東礦之間無礦的觀點一直影響至今。
然而，隨著露天開采不斷揭露出新的地質(zhì)證據(jù)，最新東礦深部勘查結(jié)果顯示（包鋼勘察測繪研究院，2016），主礦、東礦之間的相互關(guān)系仍存在以下幾個矛盾無法解釋：①成礦作用自然尖滅處的礦體礦石品位一般較低，規(guī)模較小，然而目前采場揭露發(fā)現(xiàn)，東礦體最西端和主礦體最東端的礦體均為塊狀富礦石（Fe品位可達(dá)到45%~60%）；②主礦14號勘探線與東礦15號勘探在礦體延伸方向上，在海拔1200m和900m處礦體突然加厚，與推斷的自然尖滅情況明顯不符，且導(dǎo)致礦體突然加厚的原因不清楚；③主礦、東礦體以及之間的白云石碳酸巖在極短的距離（500m）發(fā)生了突變，特別是東礦15~18線，在海拔1300~800m處，突然出現(xiàn)厚層白云巖碳酸巖，與地質(zhì)體正常延伸存在明顯矛盾，可能存在斷層構(gòu)造導(dǎo)致地質(zhì)體發(fā)生錯動；④通過礦區(qū)1：5000地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)，頂板圍巖地層走向在主礦、東礦之間沿走向中斷，具有明顯的斷層切割的現(xiàn)象。
綜上所述，主礦、東礦之間是否存在斷層，其相互關(guān)系仍然存在較大爭論。如果存在斷層構(gòu)造，其對深部礦體控制作用如何？特別是在主礦、東礦深部和南側(cè)，是否存在隱伏的鐵礦體？顯然，這些都是白云鄂博鐵礦深、邊部勘探工作首先要回答的問題。
1.2 本次研究方法
為了查明白云鄂博主礦、東礦之間成礦潛力，實現(xiàn)接替資源找礦突破。2019~2021年，筆者及研究團(tuán)隊在白云鄂博礦區(qū)開展了礦床成礦作用、礦田構(gòu)造、綜合地球物理探測及鐵礦找礦靶區(qū)預(yù)測研究工作，主要包括：更新白云鄂博礦集區(qū)85km2的1：10000大比例尺地質(zhì)圖件，主東礦區(qū)12km2的1：5000巖石構(gòu)造專題圖件；完成主、東礦區(qū)1：10000重、磁、電、震立體綜合勘查，累計完成重磁測量4563點，電磁測深287點，巖石物性標(biāo)本660塊，處理深反射地震剖面14km，二次處理以往重力、磁法數(shù)據(jù)580km2，此外，還開展了巖芯編錄、構(gòu)造專題研究等綜合研究工作。通過3年的勘查研究和鉆探驗證工作，研究團(tuán)隊找礦成果突出，構(gòu)建了成礦模式和綜合勘查模型。
2 成礦模式和綜合勘查模型
研究團(tuán)隊首次在白云鄂博礦集區(qū)開展專題地質(zhì)填圖-反射地震-重力-磁法-電法綜合勘查技術(shù)方法示范，通過專題構(gòu)造填圖提出礦區(qū)近東西向逆-平移斷層遲）導(dǎo)致了主礦、東礦深部礦體向東平移的新認(rèn)識，且明確指出主礦、東礦深部存在受構(gòu)造控制的鐵礦體（圖2）。利用三維正演的方式精確地消除了人文干擾源（數(shù)百米高的礦渣堆）在重力地形改正過程中帶來的密度不均一問題，開展重磁聯(lián)合反演建模，透視主東礦區(qū)深部結(jié)構(gòu)，定位深部礦體空間位置。此外，筆者修正了1954年以來沉積變質(zhì)型控礦的勘查模型，提出了構(gòu)造控制的接觸交代型礦床模型（圖2），預(yù)測3處鐵礦找礦靶區(qū)（圖1），有效支撐了礦區(qū)深邊部勘查工作的部署。
3 靶區(qū)驗證與找礦突破
圍繞研究提出的找礦靶區(qū)，包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計了48個鉆孔開展鉆探驗證。在主礦、東礦之間的2號找礦靶區(qū)（Fe-002）部署了鉆探驗證工作（圖1），目前已完成的15個鉆孔全部見礦，其中，TK15-03-03累計見礦厚度327.2m，鐵礦品位20%~30%；TK15-03-01累計見礦厚度254.2m，品位25%~30%；TK15-03-02累計見礦厚度130m，品位25%~35%。近期的深鉆結(jié)果表明，主礦14勘探線和東礦15勘探線、15-03勘探線深部的礦體均變厚，且14線向東、15線向西，礦體均未封閉，資源潛力非?？捎^。
鉆探施工現(xiàn)場
TK15-03-01鉆孔982～987米高品位鐵礦石巖心 （中國地調(diào)局網(wǎng)站）
4 啟示意義
（1）對礦床成因研究的認(rèn)識不同，需要提出合理的勘查模型，進(jìn)而為找礦工作服務(wù)。自1950年以來，白云鄂博礦床勘查一直以沉積-變質(zhì)-熱液改造向斜控礦模型為指導(dǎo)，本次研究基于大量地質(zhì)研究，提出白云鄂博鐵礦是與巖漿碳酸巖侵入接觸交代型礦床的不同認(rèn)識，找礦標(biāo)志從控礦地層調(diào)整為巖漿碳酸巖與圍巖接觸帶以及控礦構(gòu)造，建立了白云鄂博主礦、東礦深部礦體構(gòu)造模型，鉆探驗證初步證實了模型合理性。
(2)主礦、東礦之間深部隱伏鐵礦體的發(fā)現(xiàn)，破解了1959年、1964年不同研究單位多次提出的主礦、東礦相關(guān)性關(guān)鍵疑難問題，打破了深部礦體不相連的傳統(tǒng)認(rèn)識，對于外圍鐵礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測也具有一定指導(dǎo)意義。根據(jù)構(gòu)造和接觸帶控制礦體產(chǎn)出的規(guī)律，筆者提出東介勒格勒礦體深部可能向南傾的認(rèn)識，預(yù)測了第3號找礦靶區(qū)(Fe-003)(圖1)。
(3)預(yù)測靶區(qū)深部厚大鐵礦體的發(fā)現(xiàn)，是科研指導(dǎo)勘查，降低勘查風(fēng)險，提高找礦效率的典型實踐。通過進(jìn)一步勘查工作，必將提升了白云鄂博資源保障能力，有效促進(jìn)了科研成果的及時轉(zhuǎn)化。
致謝：工作中得到中國工程院陳毓川院士、毛景文院士，中國地質(zhì)調(diào)查局李朋德副局長，資源評價部韓志軍副主任，包頭鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司孫國龍總經(jīng)理、劉振剛副總經(jīng)理、王臣部長、武鳳茹工程師，內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司李曉總經(jīng)理等專家領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)指導(dǎo)；包頭稀土研究院楊占峰院長、劉建軍副院長的技術(shù)支持和交流；中國地質(zhì)科學(xué)院深部探測中心孟貴祥研究員的地球物理綜合勘查方面的技術(shù)指導(dǎo)；中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所李厚民研究員、唐菊興研究員、王曉霞研究員、楊岳清研究員在礦床成因研究方面的交流指導(dǎo)；吉林大學(xué)徐仲元教授、劉正宏教授和董曉杰講師在構(gòu)造研究方面的支持；包鋼勘察測繪研究院翟華偉院長、王武、趙利斌、宿澤江等工程師有益交流和資料共享。在西礦區(qū)開展工作時得到劉占全總經(jīng)理、崔鳳總工程師、趙劍工程師的支持，野外工作期間參與工作的礦山技術(shù)人員辛苦付出。中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所包鋼白云鄂博科學(xué)研究基地是本次工作得以順利開展的重要研究平臺，科學(xué)基地的成立得到資源所陳仁義所長、李劍書記、原黨委書記傅秉峰研究員及各職能部門領(lǐng)導(dǎo)大力支持，在此一并表示感謝。
來源：礦床地質(zhì) 2022年2月 第41卷 第1期
