宋明春教授：胶东深部金矿三维成矿预测及资源潜力评价

我国重要矿产资源严重短缺。其中，黄金产、销之间存在巨大缺口，如2024年国内原料产金量377.24 t，黄金消费量985.31 t。由于我国东部地区浅表部矿产资源越来越少，深部找矿成为解决资源危机的必然选择，深部矿产资源预测则是深部找矿的前提和基础。成矿预测是一项复杂的系统工程，随着方法、技术进步和地质认识的不断深入，预测结果和找矿成果会发生明显的变化。

胶东作为我国最重要的黄金基地，其找矿和成矿预测历程见证了成矿预测的复杂性和不确定性。20世纪60年代以前胶东地区仅探明20余吨金资源量，至80年代由于焦家式破碎带蚀变岩型金矿的发现大幅增加了金矿的发现率和找矿潜力，至1999年探明的金总资源量扩大到接近900 t。胶东金矿系统性的成矿预测工作始于20世纪80年代，20世纪90年代开展的第二轮成矿区划对主要成矿带开展了大比例尺成矿预测。进入21世纪，在以往区域成矿预测的基础上，陆续出版了《山东省金矿床及金矿床密集区综合信息成矿预测》和《胶东金矿地质》等金矿成矿预测专著，预测的胶东矿田级单元金矿资源总量达3 026.494 8 t，其中胶西北地区金矿资源总量2 492.021 15 t。目前，胶东地区累计探明金资源量5 000余吨，已经超过以往预测的资源量，并且已有研究者提出胶东金资源量将会超过10 000 t

胶东是具有世界影响的金成矿区，位于华北克拉通东南缘和大别—苏鲁超高压变质带东北端，其西部的胶北地体属于华北克拉通，其东部的威海地体属于苏鲁超高压变质带，胶莱盆地上叠于胶北地体和威海地体的南部。胶北地体主要由新太古代花岗—绿岩带和古元古代—新元古代变质地层组成，威海地体主要由含超高压榴辉岩的新元古代花岗质片麻岩组成，胶莱盆地主要由白垩纪火山—沉积岩系组成。侏罗纪—白垩纪花岗岩类侵入岩广泛侵位于胶北和威海地体中，三叠纪花岗岩类仅在威海地体中少量出露。

胶东地区区域地质特征及金矿床分布

随着成矿深度加大，深部金矿体被千余米乃至数千米厚的岩层覆盖，矿化信息被强烈压制，主要根据地表物化遥和地质信息进行成矿预测的方法已难以奏效。高精度深部地球物理探测和三维可视化分析为深部资源预测和勘查提供了有效手段

宋明春教授团队采用地质和地球物理相结合的方法建立了胶东区域三维地质模型，采用钻探与地球物理相结合的方法建立了主要金矿床集中区的三维地质模型。根据三维空间上的金矿断裂控矿规律，提出了基于阶梯成矿模式重点根据断裂倾角梯变和缓倾角段控矿规律的深部找矿靶区预测方法和基于控矿断裂浅部资源量的深部金矿资源潜力预测方法。根据胶东区域三维地质模型和深部地球物理探测，圈定了3处找矿新靶区；根据金矿床集中区三维地质模型，提取了断裂缓冲区、断裂倾角、断裂表面变化率、矿体等间距分布等特征变量，在焦家断裂和三山岛断裂共圈定了5处深部找矿靶区；根据三山岛、焦家、招平3条控矿断裂-2 000 m标高以浅已探明的金资源量，预测三者-2 000～-5 000 m深度金资源量达到3 598～6 490 t，认为胶东金资源总量有望超过万吨目标

1 三维地质建模

»»»胶东区域三维地质建模区域为胶东地区（陆域），极值地理坐标为东经119°30′00″～122°30′00″，北纬36°00′00″～38°00′00″。东西长约300 km，南北宽约200 km，面积约31 000 km，底界控制深度10 km。

建模使用的基础资料为1:25万、1:20万和1:5万区域地质调查资料，1:5万高精度重磁资料以及30 m分辨率地表数字高程数据（DEM）。在区域地质图上垂直于主构造方向设计图切剖面，剖面走向130°，间距5 km。由地质技术人员采集制作了61条图切地质剖面，再由地球物理技术人员利用1:5万高精度重磁进行综合解译，推断、补充深部地质结构，最后由地质技术人员综合编绘形成完整的10 km深度的地质剖面图。对完成的剖面进行矢量化处理并附属性，导入数据库。采用基于复杂地质体的人机交互建模方式，建立了胶东区域三维地质模型。

胶东区域三维地质模型

»»»主要金矿床集中区三维地质建模区域为三山岛断裂带的三山岛金矿床集中区、焦家断裂带的焦家金矿床集中区、招平断裂带的岭南—水旺庄金矿床集中区和大尹格庄金矿床集中区。

建模使用的基础资料为1:5万和1:1万区域地质资料、勘查线剖面图、钻孔柱状图、数字高程数据、高精度地球物理剖面。建模参数取值：平面地质图比例尺为1:1万，勘查线剖面图比例尺为1:2 000，水平控制网度为60 m×60 m，最小厚度设为0.1 m。

分别采用311、500、680、291个钻孔资料和相应的矿区基础资料，构建了三山岛、焦家、岭南—李家庄和大尹格庄金矿集中区的矿床三维地质模型。矿床三维地质模型划分为浅部已知模型和深部推断模型2个部分：浅部已知模型有系统的探矿工程控制，作为已知部分进行空间综合分析，总结成矿规律，提取成矿有利信息；深部推断模型通过综合浅部已知模型及物探解译成果推断构建，为深部成矿预测提供直观属性信息。

（a）矿区三维地质模型

（b）断层面与金矿体叠合效果

三山岛矿区三维地质建模效果

2 成矿预测方法

»»»基于阶梯成矿模式、重点根据断裂倾角梯变和缓倾角段控矿规律的深部找矿靶区预测方法

在已知矿区及其深部三维地质建模的基础上，将所构建的三维地质模型分割为大量三维立方块体，每个块体视为均质同性体，所有块体的属性变化规律近似地表达了地质体的内部变化规律，这样的立方块体称为“单元块”，每个单元块在计算机中存储的地址与其在自然矿床中的位置相对应。首先根据已知矿区控矿地质条件和找矿标志在空间上、特别是在深部的变化规律，综合分析和处理各种深部找矿评价的定量化信息，建立三维找矿预测模型；然后将找矿定量化信息赋予每一个单元块；最后统计每个单元块的找矿信息量，圈出找矿信息量高值区作为找矿靶区。主要步骤包括：典型矿床和周边矿区资料分析处理、深部地球物理勘查、三维建模及赋矿构造三维分析。

»»»基于控矿断裂浅部资源量的深部金矿资源潜力预测方法

根据在相似地质环境中有相似的矿床产出的相似类比原理和矿床在时间、空间上具有稳定变化趋势的惯性原理，采用由“由已知到未知”思路和趋势外推法，通过对已查明的控矿断裂浅部资源量的统计分析，外推到与之成矿条件相似的深部预测区，对预测区的资源量进行估计。预测流程为：三维地质建模—根据三维模型统计浅部累计查明资源量—截切垂直纵投影图—单位面积含矿率统计—深部预测区面积确定—预测资源量估算。

3 找矿靶区圈定

»»»新圈定的找矿靶区

栖霞靶区：位于胶北隆起中部，地表主要由早前寒武纪变质岩系组成，零星出露白垩纪花岗岩类，已探明10余处中小型金矿床，均为石英脉型金矿，被地质工作者形容为“只见星星，不见月亮”。通过对胶东区域三维地质模型的分析发现，地表距离70余千米各自独立分布的玲珑和昆嵛山2个侏罗纪花岗岩体，其深部规模分别相向扩大，在栖霞一带的早前寒武纪变质岩系下部连为一体，连接带长度约50 km，宽度约5 km，在地表以下2 000 m深度开始相连。因此，将这一区域确定为深部大型—超大型金矿床的有利成矿靶区

肖古家断裂靶区：位于胶北隆起北部的烟台市福山区境内，断裂呈NNE走向，长约15 km，断裂下盘为侏罗纪玲珑型花岗岩和白垩纪郭家岭型花岗岩，上盘为前寒武纪变质地层和新太古代TTG。区域对比显示，肖古家断裂与招平断裂北段的破头青和九曲蒋家断裂具有相似的地质条件，二者均位于不同时代地质体的接触界面，下盘均为玲珑型花岗岩，并在花岗岩中赋存较多的石英脉型金矿。近年来，已在破头青和九曲蒋家断裂探明深部破碎带蚀变岩型金矿资源量600余吨。本研究预测肖古家断裂为破碎带蚀变岩型大型金矿的有利找矿靶区

莱阳北靶区：本研究施工了一条穿越胶北隆起、胶莱盆地和胶西北金矿集中区的重、磁、MT测量综合物探剖面。综合物探剖面西起莱州金城、东至海阳二十里店一带，剖面长度120 km，测线方位130°，测线自西向东穿过的地质单元依次为焦家断裂带西部的第四系覆盖区（0～7.5 km）、焦家断裂带和招平断裂带之间的玲珑花岗岩分布区（7.5～33.5 km）、夏甸至河头店之间的早前寒武纪变质岩分布区（33.5～64.0 km）、胶莱盆地（64.0～106.0 km）、伟德山型花岗岩高侵位区（106.0～120.0 km）。其中，在胶莱盆地北西侧的盆地下伏基底中推断6条具有明显断裂异常特征的隐伏断裂，编号分别为~F其中，断层的地球物理特征和断裂形态与胶东已知的成矿断裂特征相似，故本研究将其作为预测的有矿断裂

（a）1D联合反演视电阻率等值线断面

（b）二维反演视电阻率等值线断面

（c）地质推断1.5 km以浅剖面

（d）物探解译10 km以浅剖面

莱州金城—海阳二十里店综合地球物理剖面

»»»焦家和三山岛断裂深部找矿靶区

焦家断裂深部找矿靶区：根据三维地质模型及提取的成矿有利信息，建立了焦家断裂深部找矿预测模型。应用信息量法对模型各特征变量进行评价，得到成矿信息量值，并将这些数值赋予块体模型。信息量值高的块体成矿概率高。据此确定了2处靶区：I号靶区（北觉于家）位于莱州市金城镇北觉于家，深度为-1 154～-2 349 m标高，包括预测含矿单元块1 201个；II号靶区（西季）位于莱州市金城镇西季，深度为-2 000～-2 490 m标高，包括预测含矿单元块1 588个。

焦家断裂深部预测模型

（a）深部成矿有利区

（b）深部预测成矿靶区

焦家断裂深部成矿预测结果

三山岛断裂带深部找矿靶区：根据矿床三维模型和提取的成矿有利信息建立了三山岛断裂带三维预测模型。圈定了3处预测靶区。其中，Ⅰ号靶区位于莱州市三山岛镇北东（85°方向）3.8 km处，深度为-2 349～-3 122 m标高，包括预测含矿单元块440个；Ⅱ号靶区位于莱州市三山岛镇南东（100°方向）3.5 km处，深度为-2 306～-3 121 m标高，包括预测含矿单元块368个；Ⅲ号靶区位于莱州市三山岛镇南东（120°方向）3.0 km处，深度为-2 291～-2 701 m标高，包括预测含矿单元块181个。

三山岛断裂深部预测模型

（a）深部成矿有利区

（b）深部找矿靶区

三山岛断裂深部成矿预测结果

4 深部资源潜力预测

胶东三山岛、焦家、招平3条主要断裂成矿带-2 000～-5 000 m标高预测的金矿石量为（1 217～2 046）×10t，预测的金金属量为3 598～6 490 t；-5 000 m以浅金资源总量矿石量为（2 310～3 139）×10t，金金属量为7 258～10 150 t。这一数据仅是胶东西北部主要已知矿床集中区深部预测结果，如果再增加对胶东其他深部找矿潜力较好区域的预测成果，并进一步加强深部找矿工作，胶东金矿资源总量在目前5 000余吨的基础上翻一番达到万吨目标是非常有希望的。

胶西北主要控矿断裂预测的金资源量统计

目前，胶东地区已探明金矿的勘查深度多在2 000 m以浅，仅有数个探索钻孔钻探深度超过3 000 m。其中，在三山岛断裂北段西岭矿区施工的ZK96-5探索钻孔，终孔孔深达4 006.17 m，为我国最深的金矿勘探钻孔，该钻孔在3 500 m左右深度揭露了厚达数十米的断裂破碎蚀变带；山东省地质科学院在焦家断裂中部焦家巨型金矿床深部实施的ZK01孔，孔深为3 266.06 m，在2 810～2 854 m处揭露到多层工业矿体；山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队于招平断裂北段的水旺庄矿区深部施工的ZK3401钻孔，终孔孔深为3 000.58 m，于-2 700 m附近揭露到九曲蒋家208断裂破碎带，经采样分析，最高金品位近7×10^-6。这些深部探索钻孔获得的成矿信息与本研究预测成果相吻合，充分说明在目前已证实的-2 000 m深度以深，还有很大的深部找矿潜力。

另外，地质与地球物理探测表明，焦家断裂和三山岛断裂沿倾斜方向向深部倾角逐渐变缓，二者在-4 500 m标高左右交会。结合对剥蚀程度、成矿深度、深部钻探验证和断裂向深部延伸等的综合分析认为，焦家断裂和三山岛断裂在其延伸范围的-4 500 m标高以浅具备良好的金成矿条件和巨大的找矿潜力

本项研究取得如下结论

»»»深部矿床不具备传统的综合信息成矿预测条件，依据高精度地球物理探测和已知区域钻探工程建立三维地质模型成为深部成矿预测的重要手段。通过剖析胶东金矿断裂控矿规律，提出了基于阶梯成矿模式、重点根据断裂倾角梯变和缓倾角段控矿规律的深部找矿靶区预测方法和基于控矿断裂浅部资源量的深部金矿资源潜力预测方法。

»»»在胶东区域三维地质模型分析和高精度地球物理探测的基础上，主要依据断裂产状、赋矿地质体分布等圈定了3处找矿新靶区。在主要金矿床集中区三维地质模型中提取断裂缓冲区、断裂倾角、断裂表面变化率、矿化富集区等间距分布等特征变量，通过三维信息量统计，在焦家断裂和三山岛断裂深部共圈定了5处找矿靶区。

»»»通过统计三山岛、焦家、招平3条控矿断裂主要金矿集中区-2 000 m标高以浅的已探明金资源量，预测三者-2 000～-5 000 m标高金资源量为3 598～6 490 t，认为胶东金资源总量有望超过万吨目标。

作者简介

宋明春

河北地质大学二级教授

曾任山东省地质矿产勘查开发局总工程师和首席专家。荣获李四光地质科学奖、国务院政府特殊津贴、全国优秀科技工作者、全国五一劳动奖章、全国地质勘探工程技术人员技能大赛第一名、国土资源部科技领军人才和山东省泰山学者等荣誉。

长期从事地质矿产勘查工作，在深部找矿和地质调查理论技术方面取得了创新成果。创造性提出了金矿“热隆-伸展”成矿理论和阶梯成矿模式，建立了深部阶梯找矿技术体系，集成发展了固体矿产勘查地质填图和三维地质建模技术标准，推动胶东地区深部金矿勘查取得了具有世界级影响的重大突破。相关成果获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技奖15项；制定国家、行业和地方标准5项，授权发明专利12件；出版学术专著15部，发表论文160余篇，入选2024年中国知网TOP1%高被引学者。

成果来源

宋明春，周明岭，鲍中义，温桂军，李世勇，范家盟，杨真亮，贺春艳，高美霞，王洪军，王永庆，李瑞翔.胶东深部金矿三维成矿预测及巨大的资源潜力[J].金属矿山，2023（1）：246-258.

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

编排：余思晨

审核：王小兵

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