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名称 深部找矿基本问题及方法
发布机构 科技外事处 索引号 2189234/2020-00286
主题分类 科技发展 文号
发布日期 2020-12-28 主题词

深部找矿基本问题及方法

发布日期:2020-12-28 17:34 信息来源:科技外事处 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

深部找矿基本问题及方法

1深部找矿的重要性、必要性

近年来,中国地质找矿虽取得系列重大成果,但未来515年,中国重要矿产全球消费量第一,对外依存度仍在较长时期内维持在较高水平;重要矿产资源静态保障年限呈下降态势,能源资源安全保障受到严峻挑战。未来石油、金等矿产消费量仍将高速增长,铁、铜、铝等大宗矿产需求增速自2020年之后逐步趋缓,但仍将长期处于高位。从全球重要矿产产量占比看,中国石油、铁矿占比较低,增长相对平稳;铜、铅、锌、铝等矿种产量占比仍在不断增长;黄金产量占比增加较快。国内石油、铜等重要矿产消费量远大于产量,对外依存度仍将维持较高水平。预计到2030年,石油、铁矿石、铜、铝等矿产的对外依存度分别为70%85%80%60%左右。2017年后,中国石油、铁、铜等矿种静态保障年限将下降到15年以下;锌、铝、铅、金等静态保障年限则将低于10年;2030年,铁矿石、铜、铝等重要矿产资源静态保障年限将跌至10年以内。因此,加强矿山或矿集区深部找矿工作,发现接替资源,满足国家资源安全战略对能源资源保障需求,具有重要的社会和经济意义。

随着经济社会不断发展,中国社会经济发展站在了新的历史起点上,中国特色社会主义建设进入新的发展阶段,对中国矿产资源调查工作也提出了新要求。习近平总书记明确指出绝不能以牺牲生态环境为代价换取经济的一时发展,并多次提出既要金山银山,又要绿水青山绿水青山就是金山银山的理念。走向深部,向深部要资源,是矿产勘查的必然趋势。要改变铺摊子找矿思路,有进有退,压缩平面找矿范围,由面上要资源转向向深部要资源,大宗支柱性矿产的勘查向勘查开发基地和重要矿集区集中,实现“点上开发,面上保护”。

中国是发展中国家,现代矿业的发展起步较晚。目前国际上先进的勘探和开采深度已达25004000m,而中国普遍小于500m。从理论上讲,地球内部可利用的成矿空间分布从地表到地下10000m,向地球深部进军是必须要解决的战略科技问题。随着勘查工作向矿床深部和外围的拓展,一些新的地质现象和成矿系统不断地被揭示,打破了人们对固有找矿模式的认识,拓宽了深部找矿思路,也为探索深部找矿预测理论、研发技术方法提供了机遇和条件。

2深部找矿概念

深部是多深?是500m1000m1500m?目前没有一个公认的深度。就成矿系统而言,舍赫特曼等指出矿床形成深度就有成矿作用深度、矿源深度、单个矿体深度、最小成矿深度、最大成矿深度、中心(成矿)深度、成矿深度等多个概念。从找矿预测的角度看,矿体垂直范围(成矿深度DE)最具实用意义,指一个矿床(田)垂向上最上部矿体的顶界直到最深处矿体的底界,即该矿床标型金属矿物按温度已不能沉淀的深度,这一范围直接决定了矿体或容矿带(中段、块段)向深部的可能延伸。深部找矿深度为成矿深度(DE)叠加后期地质构造运动后埋藏或剥蚀深度。

当前剥蚀面之下各类金属矿床的近似垂直范围,约等于预计的矿体垂直范围,且不同类型矿床的形成深度变化较大。例如与岩浆作用有关的不同类型热液矿床形成的深度范围变化很大,浅成低温热液矿床的成矿深度在501100m范围,如果流体含有CO2,深度可以增至1500m;热液脉状矿床的成矿深度为0.54.5km;与花岗岩有关的脉状钨--钼矿床的成矿深度为1.55km,形成深度可延深至8km;斑岩矿床的成矿深度为16km,最大形成深度达9km。矽卡岩矿床的形成深度为1.512km。随着勘查和采矿深度增加,各类型矿床的损失和耗竭也不同。勘查和开采至地下10m左右,沉积类矿床的估算损失达到60%70%以上;勘查和开采至地下5001000m时,绝大多数的沉积类和火山热液类矿床已损失殆尽;勘查和开采至地下5000m时,斑岩型矿床(CuAuMo)估算损失达到95%以上,中温热液脉状贱金属矿床(PbZnCu)的估算损失为70%80%,变质岩中的造山型金矿床的估算损失为20%30%。而对于内生金属矿床,矿化总规模取决于含矿岩体规模、形状及矿体保存程度,即矿体侵蚀截面深度。因此,不同类型矿床有不同的成矿深度,并非矿区范围内所有的深部都有矿,找矿并非越深越好。受高成本和复杂的开采技术条件所限,大规模、高品位矿床(体)才是深部找矿的目标。

由此提出深部是一个相对概念,不能用绝对深度限定。一是指已知矿体深部,包括已知矿体的延伸部分、已知矿体深部的未知矿体或矿区外围的盲矿体;二是指没有已知矿床的新区且未出露地表的矿体,包括隐伏矿体或埋藏矿体。深部找矿就要找已知矿体深部,即已知矿体的延伸部分,且类型相同的矿体;以及已知矿体深部的隐伏矿体,矿体类型相同或不同的矿体。没有已知矿床的新区,且未发现地表矿体,即隐伏矿体或埋藏矿体,可根据预研究分析矿床类型。

3深部找矿现状

3.1深部找矿有潜力

根据全国资源潜力评价报告,2000m以浅预测资源量与查明资源储量相比,锑是查明资源储量的5.6倍;铅锌、金是4.34.5倍;钨、菱镁矿、铬铁矿、锰、钼、重晶石为3.5-3.8倍;硬岩锂、稀土、煤炭、银、硫铁矿为3.03.2倍;硼、磷、铁、铜、锡为2.62.7倍;镍、钾盐分别为2O2.2倍;自然硫为0.7倍。表明除自然硫以外,其他矿产均具有至少是当前查明资源储量2倍及以上的资源潜力。

3.2矿山开采深度有限

世界上,矿山开采深度达到10002000m的有60座,20003000m的有12座,30004000m的有5座,大于4000m1座。而中国矿山开采深度大多集中在500m以浅,开采深度超过1000m的不足20座,其中小秦岭地区8座,最深1700m;吉林二道沟1700m;云南会泽1526m;辽宁二道沟1500m;胶东地区4座,最深1263m;安徽冬瓜山1100m

3.3中国固体矿产勘查深度较浅

通过对全国钻孔数据库(固体矿产)数据统计,共90万个固体矿产钻孔,其中小于200m的有49万个,占54%200500m28万个,累计占86%5001000m11万个,累计占98%10002000m1.4万个;20003000m168个;3000-4000m的有2个;4006.17m1个。

3.4固体矿产勘查不断向深部推进

中国金属矿产勘查深度长期在500m以浅,2004年最大勘查深度1400m2008年首次突破2000m,山东三山岛金矿ZK56-4,孔深达2060m,在16601664m深处,见到厚3.34m的主矿体,平均品位3.33×10-6,开创了中国大深度找矿的新局面。2015年,山金集团在三山岛金矿施工了4006.17m深的钻孔,见到矿化体,主构造延伸(深)稳定。2017年,山东地科院在焦家金矿施工了3266m钻孔,在28002854m深处见6层金矿体,累计见矿厚度约25m,平均品位1.82×10-6。这是中国目前最深的见矿钻孔,该孔的实施,极大地激励了地质工作者深部找矿的积极性。2015-2018年,胶东地区施工了183个深度大于1500m的钻孔,找矿空间从500m拓展到4000m。至此,胶东深部找矿取得重大突破。近年来在老矿山深部探明300t以上矿床3个,形成三山岛、焦家、玲珑、邓格庄4个千吨级金矿田,累计探明资源储量达4600t,成为继南非兰德金矿(探明资源储量53000t)和乌兹别克斯坦穆龙套金矿(探明资源储量近6000t)之后的世界第三大金矿区。其中三山岛成矿带累计探明金资源储量达到1235t,北部海域金矿累计资源储量达470t、西岭金矿382t、三山岛金矿127t、新立金矿151t、仓上金矿27.4t。焦家成矿带累计探明金资源储量1397t,其中纱岭金矿330t、焦家深部105t、朱郭李家深部126t

3.5深部找矿取得突破

找矿突破战略行动实施以来,实施了老矿山深部与外围找矿(2012-2014)、全国重要矿集区找矿预测(2015-2018)、矿集区矿产调查及深部找矿预测(2019-2021)、深部矿产资源三维找矿预测评价示范(2017-2020),以及华北克拉通辽东/胶东重要成矿区带金多金属矿深部预测及勘查示范(2018-2021)等国家重大地质勘查专项,2012-2021年累计投入资金25亿元。其中,中央财政资金14亿元,地方和企业资金11亿元。累计完成钻探100×104m、坑探7×l04m。矿山深部找矿新增一批资源储量,有效缓解了矿山资源危机,延长了矿山服务年限,并在四川拉拉、河南洛宁、河南围山城、山东焦家、陕西山阳等20多个矿集区深部发现新矿种、新类型、新层位,取得重要找矿进展。新进展、新发现也为深部找矿提供了新的线索。

3.6深部找矿的难点

深部找矿潜力巨大,但机遇与挑战并存,深部找矿存在诸多困难。从地质方面,深部岩石、构造、蚀变矿化信息推断难度大、不准确;物探方面,分辨率低,浅部地质体干扰因素多,矿山人文干扰强,异常定性定量困难;化探方面,浅表化探信息推断深部地质构造理论方法尚不成熟。目前来看最有效的深部探测手段即为钻探,但深部验证投入大。

4深部找矿思路

深部找矿怎么找?本文以勘查区找矿预测理论与方法等为指导开展深部找矿工作研究,提出了预研究出思路、典型矿床研究提供综合预测模型、确定成矿地质体指明找矿方向、成矿构造和成矿结构面研究推断矿体位置、成矿作用特征标志提供预测矿体的依据、以间接找矿为主,采用地质、物探、化探相结合方式等综合找矿方法。

4.1成矿作用的本质

温度(T)、压力(P)、酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)等物理化学条件的变化造成成矿流体溶质浓度变化,使成矿物质聚集沉淀成矿。成矿作用本质即成矿元素根据其地球化学特征在不同地质作用条件下活化、迁移、集聚、沉淀、聚集而形成各种类型的矿床。成矿作用是一种十分复杂的动力学过程,目前尚难完全解释其基本机制。但通过大量矿床的实际资料研究,以及大量实验室矿物学数据的积累,可以对其基本机制概括归纳如下。成矿作用是地质作用的产物和组成部分。地质作用的产物为矿体,地质作用的实物载体为地质体,矿体与成矿地质体在时间、空间、物质、能量等方面有密切的关系,关于成矿作用和地质作用的关系研究即是成矿地质体及其与矿体关系的研究;②成矿作用发生在各种地质界面上,包括岩性界面、构造界面和物理化学界面,关于界面研究即是成矿构造系统和成矿结构面研究;③成矿作用在物理化学条件突变时发生。成矿物质到达聚集地后由于物理化学条件发生突然变化而由流体态变成以矿物为主体的固态,即成矿作用特征标志研究。

4.2预研究提出找矿思路

系统收集已有区域地质、矿产地质、物探、化探等资料,研究区域地层、构造、岩浆岩、变质岩、大型变形构造等基本地质特征和矿产类型、成因、成矿时代等在宏观层面的基本控制因素,分析物探、化探、重砂、遥感异常特征,避免重复性工作,提高野外工作的目的性。

通过预研究,确定研究区的大地构造位置、分析研究区所处板块构造活动的裂解、离散、会聚、碰撞、造山等大地构造背景,研究板块构造和成矿关系,探讨研究区形成某种矿床的可能性,将找矿变为找什么矿;根据区域岩石构造的空间分布规律,结合物探、化探特征,圈定找矿远景区。

4.3典型矿床研究提供勘查示范

通过典型矿床研究,查明成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志等特征,建立找矿预测地质模型,确定成矿要素,结合物探、化探、遥感信息确定预测要素,为区域矿产预测提供类比依据。

典型矿床要选择工作程度高、研究程度高、地质特征具代表意义的矿床。通过典型矿床研究,要查明区域成矿区带大地构造位置及其所在板块构造活动的演化阶段,落实到Ⅳ-V级分区,区域成矿地质体分布区、区域构造带中的位置、区域控岩构造带的位置和成矿构造带中的位置,确定成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志及其地球物理、地球化学特征,提供找矿的范例,确定找矿预测的方法组合。

4.4研究成矿地质体确定找矿方向

成矿地质体指与矿床形成在时间、空间和成因上有密切联系的地质体。与矿床形成在时间、空间、成因上密切联系的地质体,矿床形成与成矿地质体同时或相近,矿床空间分布与成矿地质体相依,是形成矿床主要矿产(具有工业价值)主成矿阶段空间定位的成矿地质作用的实物载体。

应用专项地质填图、物探、化探等综合方法在区域上确定成矿地质体的时空分布及特征,成矿地质体的分布区就是找矿靶区。根据矿体与成矿地质体的空间分布规律,开展找矿工作。如斑岩型矿床位于岩体顶部及上部内外接触带1km范围内;高温热液型矿床位于岩体顶部外接触带11.5km到内接触带300m范围内;中低温热液矿床位于岩体顶部2-3km范围内;矽卡岩型铁矿位于岩体顶部、边部接触带500m范围内,铅锌矿位于距岩体接触带2—3km范围内,铜矿位于两者之间。

研究确定成矿地质体及其形态、规模、产状及分布范围(三维);查明成矿地质体形成时代,侵位深度及剥蚀程度;查明成矿地质体成分特征,包括岩石类型、矿物组分、化学成分等特征;查明与成矿有关的地质体母体与成矿地质体关系;查明成矿地质体与矿体的关系:时间、空间、成矿元素;查明成矿地质体与区域相关地质母体分布区的关系,区域控岩构造带的时、空、物关系。

岩浆热液型矿床成矿地质体往往是隐伏岩体,确定方法有:中酸性成分脉岩密集出露或可见岩枝产出,辉绿岩、煌斑岩仅指示深源构造的存在,不指示隐伏岩体;可见面状硅化、角岩化、绢云母化、高岭石化、明矾石化、云英岩化、萤石化、电气石化等蚀变矿物分布;沉积岩区或变质岩区常见显著重、磁异常;化探异常可见WSnMoBi等高温元素面状分布区;水压裂隙和热液角砾岩深部常见岩体;沉积岩、变质岩、火山岩及非成矿年龄同期侵入岩为围岩的岩浆热液型矿体深部可能找到隐伏的成矿岩体;⑦包裹体测温等值线图在同一个平面上出现中心式温度偏高部位,次火山岩体与侵入体标志相同。

4.5研究成矿构造和成矿结构面预测矿体赋存位置

成矿构造指在矿田(勘查区)范围内和成矿作用密切相关、制约矿体空间位置的构造,与矿床形成及改造有关,控制其发生原因、物质来源、形成环境、空间分布的构造。成矿构造包括成矿结构面、成矿地质体成岩构造、成矿后构造,分为矿体、矿床、矿田、矿带构造。

成矿结构面指成矿作用过程中赋存矿体的显性或隐性存在的岩石物理化学性质不连续面,是成矿物质经过成矿作用的沉淀空间、成矿作用特征的空间体现。成矿结构面按成因(指成矿物质迁移、聚集的驱动力,包括构造应力、重力、压力、热力、流体动力)分为2类:由重力、压力、热力、流体动力形成的原生成矿结构面和构造动力形成的次生成矿结构面。

通过成矿构造和成矿结构面的研究,确定成矿构造系统,研究成矿结构面特征,区分成矿前、成矿期、成矿后构造,研究成矿构造与成岩构造关系,以及成矿构造与区域构造关系,构建勘查区成矿构造空间格架和勘查区成矿构造体系,预测矿体赋存位置。

以成矿地质体为基础,依据矿体宏观特征及矿化样式建立多元空间结构,以次生成矿结构面、原生成矿结构面与成矿地质体空间关系建立多元结构空间模型,指导找矿。

次生成矿结构面指成矿地质体形成以后产生的构造界面,是区域应力作用下形成的褶皱、断裂构造中的成矿结构面。根据变质和热液矿床褶皱次生结构面特征,提出了向斜(形)控矿模式,认为铁矿体以多层状分布于向斜(形)构造内,在向斜(形)构造的两翼中铁矿体层数较少,厚度不大,形态复杂,向(形)斜核部矿体层数增多、厚度变大、品位增富(部分地段可达富矿)、产状平缓,以此为指导在河北迁安铁矿、海南石碌铁矿等取得了找矿重要进展。通过对贵州灰家堡背斜控制模式的研究,指导该地区金矿取得了重大突破。叶天竺等和韦昌山等通过对586个矿床1050个矿体次生结构面的研究,总结了受断裂控制的脉状矿体侧伏判别法:判断断裂运动方向(左行、右行),矿体侧伏方向与运动方向垂直;编制单矿体品位等值线图,矿体侧伏方向与单矿体品位等值线长轴方向垂直;编制单矿体厚度等值线图,矿体侧伏方向与单矿体厚度等值线长轴方向平行。

原生成矿结构面有特殊岩性层界面、沉积同生断裂、后生化学沉积氧化还原转换面、热液成矿氧化还原转换面、脉状水压裂隙、细脉浸染型水压裂隙、热液角砾岩、热液成矿作用特殊岩性构造界面、侵入体接触界面(带)、海底火山喷发沉积岩性层界面、陆相破火山口层凝灰岩界面、单向固结结构(UST)、热液成矿的古岩溶洞、岩浆型硫化铜镍矿床层块状浸染体、岩浆型钒钛磁铁矿层块状堆晶体、造山带蛇绿混杂岩构造岩相带贯入脉状结构面等。通过对原生结构面的研究,可以推测隐伏成矿地质体的位置,从而预测矿体赋存位置。例如吉林海沟金矿历经多轮调查研究,久攻不破,通过坑道调查,在14中段发现大量的水压裂隙,推测深部存在隐伏的成矿地质体,根据岩浆热液型金矿找矿预测地质模型预测,成矿地质体顶部发育厚大矿体,经坑内钻探验证,深部发现厚8m、品位6×10-6的厚大富金矿体,资源潜力大,项目成果为深部接替资源找矿打开了广阔空间。

4.6研究成矿作用特征标志,提供预测依据

研究矿体形状产状、矿石特征、物质组成、成矿物理化学条件、物质成分来源、成矿时代、成矿深度、成矿作用过程与成矿地质体、成矿结构面的关系,确定成矿作用中心空间位置。根据蚀变矿物分带,脉石矿物、矿石矿物标型特征及相互关系,分析物理化学条件转换关系,判别氧化还原转换及酸碱转换地球化学障空间结构,确定成矿地球化学障空间位置;根据地质模型空间结构查明成矿作用中心及其上下结构标志。

判断成矿作用中心是成矿作用特征标志研究的目的之一,也是找矿预测工作最重要的环节。通过成矿作用特征标志研究,在空间上确定成矿地球化学障位置,在时间上理清成矿作用过程。根据成矿地球化学障的空间位置确定成矿作用中心部位,预测未揭露矿体的空间位置。大致有如下几种情况:一是浅部仅发现零星矿体,但是存在强烈的大范围酸碱和热液蚀变,通过成矿地球化学障研究,可以推测深部可能存在成矿作用中心(如陆相次火山热液型矿床);二是浅部发现某种矿化样式的矿体,通过该类型矿体样式垂向模式判断,属于成矿作用上部的矿化样式,推测深部可能存在的成矿作用中心及其他矿化样式的隐伏矿体(如陆相次火山热液型矿床中的爆破角砾岩型矿体,深部可能存在次火山岩顶部接触带细脉浸染型层状矿体);三是浅部发现大量矿化蚀变,但是已经显示成矿地球化学障下部的交代蚀变矿物或元素组合(如斑岩铜矿出现代表碱性环境的钾长石蚀变),可以判断成矿作用中心已经被剥蚀掉。

4.7综合方法找矿

深部找矿要采用地质、物探、化探等综合方法找矿,建立间接找矿思维,构建找矿预测综合信息模型。由于深部矿体埋深大、地质体物性复杂、各类干扰强,靠单一的方法存在误差是肯定的,需要采用综合方法的勘查进行相互印证,从而圈定深部矿化体的异常。众所周知,深部矿体相对其他地质体规模小,异常信息不明显,因此首先要寻找规模相对较大的成矿地质体,再根据成矿地质体与矿体的关系,预测矿体的赋存位置。

5结论与建议

为促进生态环境与矿产资源勘查开发协调发展,保障国家资源安全,提高国际矿产品市场定价权和话语权,加强深部找矿迫在眉睫,关于如何加强深部找矿,提出如下建议。

(1)充分发挥理论指导找矿的作用。进一步深化和完善勘查区找矿预测理论,充分发挥好以成矿地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用标志为主要内容的勘查区找矿预测理论与方法指导找矿的作用,加强该理论已建立的25种找矿预测地质模型在深部找矿工作中的应用。

(2)研发与推广适合深部找矿的方法技术。充分发挥物探技术方法在深部找矿中的作用,研发推广使用大深度、抗干扰、高分辨率的物探技术;总结一套适用于不同景观和复杂地质特征区深部矿产预测的勘查地球化学方法;把钻探技术作为深部找矿最重要的手段。

(3)充分利用大数据等现代信息技术。在重要矿产勘查开发和储备基地及重要矿集区,充分利用好已有的探采成果,坚持从已知到未知,由浅入深的原则,对海量多元地学信息进行综合研究,采用三维建模技术,精细刻画深部地质体的空间分布特征,开展立体空间成矿预测,预测深部矿体位置,实现从二维到三维预测的转化。

(4)深入开展国家科技攻关项目应用示范研究。深地研发计划等国家科技攻关项目开展成矿机制、深部资源评价、深部矿产资源开采等基础性理论和方法技术研究,在此基础上,结合地质调查等项目,开展应用示范研究,进行有效的产业化推广,实现科研成果到实际生产力的转化,推进大多数矿集区勘查深度到2000m

(5)加强深部勘查和综合人才队伍的建设。建立产、学、研相结合的深部资源找矿预测团队,组织专家开展监督指导,开展多层次、多形式深部找矿理论技术培训、专题研讨。

 

摘自《地质通报》2020年第8

 

 

 

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深部找矿基本问题及方法

科技外事处 2020-12-28

深部找矿基本问题及方法

1深部找矿的重要性、必要性

近年来,中国地质找矿虽取得系列重大成果,但未来515年,中国重要矿产全球消费量第一,对外依存度仍在较长时期内维持在较高水平;重要矿产资源静态保障年限呈下降态势,能源资源安全保障受到严峻挑战。未来石油、金等矿产消费量仍将高速增长,铁、铜、铝等大宗矿产需求增速自2020年之后逐步趋缓,但仍将长期处于高位。从全球重要矿产产量占比看,中国石油、铁矿占比较低,增长相对平稳;铜、铅、锌、铝等矿种产量占比仍在不断增长;黄金产量占比增加较快。国内石油、铜等重要矿产消费量远大于产量,对外依存度仍将维持较高水平。预计到2030年,石油、铁矿石、铜、铝等矿产的对外依存度分别为70%85%80%60%左右。2017年后,中国石油、铁、铜等矿种静态保障年限将下降到15年以下;锌、铝、铅、金等静态保障年限则将低于10年;2030年,铁矿石、铜、铝等重要矿产资源静态保障年限将跌至10年以内。因此,加强矿山或矿集区深部找矿工作,发现接替资源,满足国家资源安全战略对能源资源保障需求,具有重要的社会和经济意义。

随着经济社会不断发展,中国社会经济发展站在了新的历史起点上,中国特色社会主义建设进入新的发展阶段,对中国矿产资源调查工作也提出了新要求。习近平总书记明确指出绝不能以牺牲生态环境为代价换取经济的一时发展,并多次提出既要金山银山,又要绿水青山绿水青山就是金山银山的理念。走向深部,向深部要资源,是矿产勘查的必然趋势。要改变铺摊子找矿思路,有进有退,压缩平面找矿范围,由面上要资源转向向深部要资源,大宗支柱性矿产的勘查向勘查开发基地和重要矿集区集中,实现“点上开发,面上保护”。

中国是发展中国家,现代矿业的发展起步较晚。目前国际上先进的勘探和开采深度已达25004000m,而中国普遍小于500m。从理论上讲,地球内部可利用的成矿空间分布从地表到地下10000m,向地球深部进军是必须要解决的战略科技问题。随着勘查工作向矿床深部和外围的拓展,一些新的地质现象和成矿系统不断地被揭示,打破了人们对固有找矿模式的认识,拓宽了深部找矿思路,也为探索深部找矿预测理论、研发技术方法提供了机遇和条件。

2深部找矿概念

深部是多深?是500m1000m1500m?目前没有一个公认的深度。就成矿系统而言,舍赫特曼等指出矿床形成深度就有成矿作用深度、矿源深度、单个矿体深度、最小成矿深度、最大成矿深度、中心(成矿)深度、成矿深度等多个概念。从找矿预测的角度看,矿体垂直范围(成矿深度DE)最具实用意义,指一个矿床(田)垂向上最上部矿体的顶界直到最深处矿体的底界,即该矿床标型金属矿物按温度已不能沉淀的深度,这一范围直接决定了矿体或容矿带(中段、块段)向深部的可能延伸。深部找矿深度为成矿深度(DE)叠加后期地质构造运动后埋藏或剥蚀深度。

当前剥蚀面之下各类金属矿床的近似垂直范围,约等于预计的矿体垂直范围,且不同类型矿床的形成深度变化较大。例如与岩浆作用有关的不同类型热液矿床形成的深度范围变化很大,浅成低温热液矿床的成矿深度在501100m范围,如果流体含有CO2,深度可以增至1500m;热液脉状矿床的成矿深度为0.54.5km;与花岗岩有关的脉状钨--钼矿床的成矿深度为1.55km,形成深度可延深至8km;斑岩矿床的成矿深度为16km,最大形成深度达9km。矽卡岩矿床的形成深度为1.512km。随着勘查和采矿深度增加,各类型矿床的损失和耗竭也不同。勘查和开采至地下10m左右,沉积类矿床的估算损失达到60%70%以上;勘查和开采至地下5001000m时,绝大多数的沉积类和火山热液类矿床已损失殆尽;勘查和开采至地下5000m时,斑岩型矿床(CuAuMo)估算损失达到95%以上,中温热液脉状贱金属矿床(PbZnCu)的估算损失为70%80%,变质岩中的造山型金矿床的估算损失为20%30%。而对于内生金属矿床,矿化总规模取决于含矿岩体规模、形状及矿体保存程度,即矿体侵蚀截面深度。因此,不同类型矿床有不同的成矿深度,并非矿区范围内所有的深部都有矿,找矿并非越深越好。受高成本和复杂的开采技术条件所限,大规模、高品位矿床(体)才是深部找矿的目标。

由此提出深部是一个相对概念,不能用绝对深度限定。一是指已知矿体深部,包括已知矿体的延伸部分、已知矿体深部的未知矿体或矿区外围的盲矿体;二是指没有已知矿床的新区且未出露地表的矿体,包括隐伏矿体或埋藏矿体。深部找矿就要找已知矿体深部,即已知矿体的延伸部分,且类型相同的矿体;以及已知矿体深部的隐伏矿体,矿体类型相同或不同的矿体。没有已知矿床的新区,且未发现地表矿体,即隐伏矿体或埋藏矿体,可根据预研究分析矿床类型。

3深部找矿现状

3.1深部找矿有潜力

根据全国资源潜力评价报告,2000m以浅预测资源量与查明资源储量相比,锑是查明资源储量的5.6倍;铅锌、金是4.34.5倍;钨、菱镁矿、铬铁矿、锰、钼、重晶石为3.5-3.8倍;硬岩锂、稀土、煤炭、银、硫铁矿为3.03.2倍;硼、磷、铁、铜、锡为2.62.7倍;镍、钾盐分别为2O2.2倍;自然硫为0.7倍。表明除自然硫以外,其他矿产均具有至少是当前查明资源储量2倍及以上的资源潜力。

3.2矿山开采深度有限

世界上,矿山开采深度达到10002000m的有60座,20003000m的有12座,30004000m的有5座,大于4000m1座。而中国矿山开采深度大多集中在500m以浅,开采深度超过1000m的不足20座,其中小秦岭地区8座,最深1700m;吉林二道沟1700m;云南会泽1526m;辽宁二道沟1500m;胶东地区4座,最深1263m;安徽冬瓜山1100m

3.3中国固体矿产勘查深度较浅

通过对全国钻孔数据库(固体矿产)数据统计,共90万个固体矿产钻孔,其中小于200m的有49万个,占54%200500m28万个,累计占86%5001000m11万个,累计占98%10002000m1.4万个;20003000m168个;3000-4000m的有2个;4006.17m1个。

3.4固体矿产勘查不断向深部推进

中国金属矿产勘查深度长期在500m以浅,2004年最大勘查深度1400m2008年首次突破2000m,山东三山岛金矿ZK56-4,孔深达2060m,在16601664m深处,见到厚3.34m的主矿体,平均品位3.33×10-6,开创了中国大深度找矿的新局面。2015年,山金集团在三山岛金矿施工了4006.17m深的钻孔,见到矿化体,主构造延伸(深)稳定。2017年,山东地科院在焦家金矿施工了3266m钻孔,在28002854m深处见6层金矿体,累计见矿厚度约25m,平均品位1.82×10-6。这是中国目前最深的见矿钻孔,该孔的实施,极大地激励了地质工作者深部找矿的积极性。2015-2018年,胶东地区施工了183个深度大于1500m的钻孔,找矿空间从500m拓展到4000m。至此,胶东深部找矿取得重大突破。近年来在老矿山深部探明300t以上矿床3个,形成三山岛、焦家、玲珑、邓格庄4个千吨级金矿田,累计探明资源储量达4600t,成为继南非兰德金矿(探明资源储量53000t)和乌兹别克斯坦穆龙套金矿(探明资源储量近6000t)之后的世界第三大金矿区。其中三山岛成矿带累计探明金资源储量达到1235t,北部海域金矿累计资源储量达470t、西岭金矿382t、三山岛金矿127t、新立金矿151t、仓上金矿27.4t。焦家成矿带累计探明金资源储量1397t,其中纱岭金矿330t、焦家深部105t、朱郭李家深部126t

3.5深部找矿取得突破

找矿突破战略行动实施以来,实施了老矿山深部与外围找矿(2012-2014)、全国重要矿集区找矿预测(2015-2018)、矿集区矿产调查及深部找矿预测(2019-2021)、深部矿产资源三维找矿预测评价示范(2017-2020),以及华北克拉通辽东/胶东重要成矿区带金多金属矿深部预测及勘查示范(2018-2021)等国家重大地质勘查专项,2012-2021年累计投入资金25亿元。其中,中央财政资金14亿元,地方和企业资金11亿元。累计完成钻探100×104m、坑探7×l04m。矿山深部找矿新增一批资源储量,有效缓解了矿山资源危机,延长了矿山服务年限,并在四川拉拉、河南洛宁、河南围山城、山东焦家、陕西山阳等20多个矿集区深部发现新矿种、新类型、新层位,取得重要找矿进展。新进展、新发现也为深部找矿提供了新的线索。

3.6深部找矿的难点

深部找矿潜力巨大,但机遇与挑战并存,深部找矿存在诸多困难。从地质方面,深部岩石、构造、蚀变矿化信息推断难度大、不准确;物探方面,分辨率低,浅部地质体干扰因素多,矿山人文干扰强,异常定性定量困难;化探方面,浅表化探信息推断深部地质构造理论方法尚不成熟。目前来看最有效的深部探测手段即为钻探,但深部验证投入大。

4深部找矿思路

深部找矿怎么找?本文以勘查区找矿预测理论与方法等为指导开展深部找矿工作研究,提出了预研究出思路、典型矿床研究提供综合预测模型、确定成矿地质体指明找矿方向、成矿构造和成矿结构面研究推断矿体位置、成矿作用特征标志提供预测矿体的依据、以间接找矿为主,采用地质、物探、化探相结合方式等综合找矿方法。

4.1成矿作用的本质

温度(T)、压力(P)、酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)等物理化学条件的变化造成成矿流体溶质浓度变化,使成矿物质聚集沉淀成矿。成矿作用本质即成矿元素根据其地球化学特征在不同地质作用条件下活化、迁移、集聚、沉淀、聚集而形成各种类型的矿床。成矿作用是一种十分复杂的动力学过程,目前尚难完全解释其基本机制。但通过大量矿床的实际资料研究,以及大量实验室矿物学数据的积累,可以对其基本机制概括归纳如下。成矿作用是地质作用的产物和组成部分。地质作用的产物为矿体,地质作用的实物载体为地质体,矿体与成矿地质体在时间、空间、物质、能量等方面有密切的关系,关于成矿作用和地质作用的关系研究即是成矿地质体及其与矿体关系的研究;②成矿作用发生在各种地质界面上,包括岩性界面、构造界面和物理化学界面,关于界面研究即是成矿构造系统和成矿结构面研究;③成矿作用在物理化学条件突变时发生。成矿物质到达聚集地后由于物理化学条件发生突然变化而由流体态变成以矿物为主体的固态,即成矿作用特征标志研究。

4.2预研究提出找矿思路

系统收集已有区域地质、矿产地质、物探、化探等资料,研究区域地层、构造、岩浆岩、变质岩、大型变形构造等基本地质特征和矿产类型、成因、成矿时代等在宏观层面的基本控制因素,分析物探、化探、重砂、遥感异常特征,避免重复性工作,提高野外工作的目的性。

通过预研究,确定研究区的大地构造位置、分析研究区所处板块构造活动的裂解、离散、会聚、碰撞、造山等大地构造背景,研究板块构造和成矿关系,探讨研究区形成某种矿床的可能性,将找矿变为找什么矿;根据区域岩石构造的空间分布规律,结合物探、化探特征,圈定找矿远景区。

4.3典型矿床研究提供勘查示范

通过典型矿床研究,查明成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志等特征,建立找矿预测地质模型,确定成矿要素,结合物探、化探、遥感信息确定预测要素,为区域矿产预测提供类比依据。

典型矿床要选择工作程度高、研究程度高、地质特征具代表意义的矿床。通过典型矿床研究,要查明区域成矿区带大地构造位置及其所在板块构造活动的演化阶段,落实到Ⅳ-V级分区,区域成矿地质体分布区、区域构造带中的位置、区域控岩构造带的位置和成矿构造带中的位置,确定成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志及其地球物理、地球化学特征,提供找矿的范例,确定找矿预测的方法组合。

4.4研究成矿地质体确定找矿方向

成矿地质体指与矿床形成在时间、空间和成因上有密切联系的地质体。与矿床形成在时间、空间、成因上密切联系的地质体,矿床形成与成矿地质体同时或相近,矿床空间分布与成矿地质体相依,是形成矿床主要矿产(具有工业价值)主成矿阶段空间定位的成矿地质作用的实物载体。

应用专项地质填图、物探、化探等综合方法在区域上确定成矿地质体的时空分布及特征,成矿地质体的分布区就是找矿靶区。根据矿体与成矿地质体的空间分布规律,开展找矿工作。如斑岩型矿床位于岩体顶部及上部内外接触带1km范围内;高温热液型矿床位于岩体顶部外接触带11.5km到内接触带300m范围内;中低温热液矿床位于岩体顶部2-3km范围内;矽卡岩型铁矿位于岩体顶部、边部接触带500m范围内,铅锌矿位于距岩体接触带2—3km范围内,铜矿位于两者之间。

研究确定成矿地质体及其形态、规模、产状及分布范围(三维);查明成矿地质体形成时代,侵位深度及剥蚀程度;查明成矿地质体成分特征,包括岩石类型、矿物组分、化学成分等特征;查明与成矿有关的地质体母体与成矿地质体关系;查明成矿地质体与矿体的关系:时间、空间、成矿元素;查明成矿地质体与区域相关地质母体分布区的关系,区域控岩构造带的时、空、物关系。

岩浆热液型矿床成矿地质体往往是隐伏岩体,确定方法有:中酸性成分脉岩密集出露或可见岩枝产出,辉绿岩、煌斑岩仅指示深源构造的存在,不指示隐伏岩体;可见面状硅化、角岩化、绢云母化、高岭石化、明矾石化、云英岩化、萤石化、电气石化等蚀变矿物分布;沉积岩区或变质岩区常见显著重、磁异常;化探异常可见WSnMoBi等高温元素面状分布区;水压裂隙和热液角砾岩深部常见岩体;沉积岩、变质岩、火山岩及非成矿年龄同期侵入岩为围岩的岩浆热液型矿体深部可能找到隐伏的成矿岩体;⑦包裹体测温等值线图在同一个平面上出现中心式温度偏高部位,次火山岩体与侵入体标志相同。

4.5研究成矿构造和成矿结构面预测矿体赋存位置

成矿构造指在矿田(勘查区)范围内和成矿作用密切相关、制约矿体空间位置的构造,与矿床形成及改造有关,控制其发生原因、物质来源、形成环境、空间分布的构造。成矿构造包括成矿结构面、成矿地质体成岩构造、成矿后构造,分为矿体、矿床、矿田、矿带构造。

成矿结构面指成矿作用过程中赋存矿体的显性或隐性存在的岩石物理化学性质不连续面,是成矿物质经过成矿作用的沉淀空间、成矿作用特征的空间体现。成矿结构面按成因(指成矿物质迁移、聚集的驱动力,包括构造应力、重力、压力、热力、流体动力)分为2类:由重力、压力、热力、流体动力形成的原生成矿结构面和构造动力形成的次生成矿结构面。

通过成矿构造和成矿结构面的研究,确定成矿构造系统,研究成矿结构面特征,区分成矿前、成矿期、成矿后构造,研究成矿构造与成岩构造关系,以及成矿构造与区域构造关系,构建勘查区成矿构造空间格架和勘查区成矿构造体系,预测矿体赋存位置。

以成矿地质体为基础,依据矿体宏观特征及矿化样式建立多元空间结构,以次生成矿结构面、原生成矿结构面与成矿地质体空间关系建立多元结构空间模型,指导找矿。

次生成矿结构面指成矿地质体形成以后产生的构造界面,是区域应力作用下形成的褶皱、断裂构造中的成矿结构面。根据变质和热液矿床褶皱次生结构面特征,提出了向斜(形)控矿模式,认为铁矿体以多层状分布于向斜(形)构造内,在向斜(形)构造的两翼中铁矿体层数较少,厚度不大,形态复杂,向(形)斜核部矿体层数增多、厚度变大、品位增富(部分地段可达富矿)、产状平缓,以此为指导在河北迁安铁矿、海南石碌铁矿等取得了找矿重要进展。通过对贵州灰家堡背斜控制模式的研究,指导该地区金矿取得了重大突破。叶天竺等和韦昌山等通过对586个矿床1050个矿体次生结构面的研究,总结了受断裂控制的脉状矿体侧伏判别法:判断断裂运动方向(左行、右行),矿体侧伏方向与运动方向垂直;编制单矿体品位等值线图,矿体侧伏方向与单矿体品位等值线长轴方向垂直;编制单矿体厚度等值线图,矿体侧伏方向与单矿体厚度等值线长轴方向平行。

原生成矿结构面有特殊岩性层界面、沉积同生断裂、后生化学沉积氧化还原转换面、热液成矿氧化还原转换面、脉状水压裂隙、细脉浸染型水压裂隙、热液角砾岩、热液成矿作用特殊岩性构造界面、侵入体接触界面(带)、海底火山喷发沉积岩性层界面、陆相破火山口层凝灰岩界面、单向固结结构(UST)、热液成矿的古岩溶洞、岩浆型硫化铜镍矿床层块状浸染体、岩浆型钒钛磁铁矿层块状堆晶体、造山带蛇绿混杂岩构造岩相带贯入脉状结构面等。通过对原生结构面的研究,可以推测隐伏成矿地质体的位置,从而预测矿体赋存位置。例如吉林海沟金矿历经多轮调查研究,久攻不破,通过坑道调查,在14中段发现大量的水压裂隙,推测深部存在隐伏的成矿地质体,根据岩浆热液型金矿找矿预测地质模型预测,成矿地质体顶部发育厚大矿体,经坑内钻探验证,深部发现厚8m、品位6×10-6的厚大富金矿体,资源潜力大,项目成果为深部接替资源找矿打开了广阔空间。

4.6研究成矿作用特征标志,提供预测依据

研究矿体形状产状、矿石特征、物质组成、成矿物理化学条件、物质成分来源、成矿时代、成矿深度、成矿作用过程与成矿地质体、成矿结构面的关系,确定成矿作用中心空间位置。根据蚀变矿物分带,脉石矿物、矿石矿物标型特征及相互关系,分析物理化学条件转换关系,判别氧化还原转换及酸碱转换地球化学障空间结构,确定成矿地球化学障空间位置;根据地质模型空间结构查明成矿作用中心及其上下结构标志。

判断成矿作用中心是成矿作用特征标志研究的目的之一,也是找矿预测工作最重要的环节。通过成矿作用特征标志研究,在空间上确定成矿地球化学障位置,在时间上理清成矿作用过程。根据成矿地球化学障的空间位置确定成矿作用中心部位,预测未揭露矿体的空间位置。大致有如下几种情况:一是浅部仅发现零星矿体,但是存在强烈的大范围酸碱和热液蚀变,通过成矿地球化学障研究,可以推测深部可能存在成矿作用中心(如陆相次火山热液型矿床);二是浅部发现某种矿化样式的矿体,通过该类型矿体样式垂向模式判断,属于成矿作用上部的矿化样式,推测深部可能存在的成矿作用中心及其他矿化样式的隐伏矿体(如陆相次火山热液型矿床中的爆破角砾岩型矿体,深部可能存在次火山岩顶部接触带细脉浸染型层状矿体);三是浅部发现大量矿化蚀变,但是已经显示成矿地球化学障下部的交代蚀变矿物或元素组合(如斑岩铜矿出现代表碱性环境的钾长石蚀变),可以判断成矿作用中心已经被剥蚀掉。

4.7综合方法找矿

深部找矿要采用地质、物探、化探等综合方法找矿,建立间接找矿思维,构建找矿预测综合信息模型。由于深部矿体埋深大、地质体物性复杂、各类干扰强,靠单一的方法存在误差是肯定的,需要采用综合方法的勘查进行相互印证,从而圈定深部矿化体的异常。众所周知,深部矿体相对其他地质体规模小,异常信息不明显,因此首先要寻找规模相对较大的成矿地质体,再根据成矿地质体与矿体的关系,预测矿体的赋存位置。

5结论与建议

为促进生态环境与矿产资源勘查开发协调发展,保障国家资源安全,提高国际矿产品市场定价权和话语权,加强深部找矿迫在眉睫,关于如何加强深部找矿,提出如下建议。

(1)充分发挥理论指导找矿的作用。进一步深化和完善勘查区找矿预测理论,充分发挥好以成矿地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用标志为主要内容的勘查区找矿预测理论与方法指导找矿的作用,加强该理论已建立的25种找矿预测地质模型在深部找矿工作中的应用。

(2)研发与推广适合深部找矿的方法技术。充分发挥物探技术方法在深部找矿中的作用,研发推广使用大深度、抗干扰、高分辨率的物探技术;总结一套适用于不同景观和复杂地质特征区深部矿产预测的勘查地球化学方法;把钻探技术作为深部找矿最重要的手段。

(3)充分利用大数据等现代信息技术。在重要矿产勘查开发和储备基地及重要矿集区,充分利用好已有的探采成果,坚持从已知到未知,由浅入深的原则,对海量多元地学信息进行综合研究,采用三维建模技术,精细刻画深部地质体的空间分布特征,开展立体空间成矿预测,预测深部矿体位置,实现从二维到三维预测的转化。

(4)深入开展国家科技攻关项目应用示范研究。深地研发计划等国家科技攻关项目开展成矿机制、深部资源评价、深部矿产资源开采等基础性理论和方法技术研究,在此基础上,结合地质调查等项目,开展应用示范研究,进行有效的产业化推广,实现科研成果到实际生产力的转化,推进大多数矿集区勘查深度到2000m

(5)加强深部勘查和综合人才队伍的建设。建立产、学、研相结合的深部资源找矿预测团队,组织专家开展监督指导,开展多层次、多形式深部找矿理论技术培训、专题研讨。

 

摘自《地质通报》2020年第8