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地质找矿改革与深部找矿

来源:www.dbkyw.com   时间:2022-10-03 10:11   点击:128  编辑:仲祥   手机版

张林

(河南省有色金属地质勘查总院)

在地质找矿改革发展中,制约地质找矿突破的关键因素是什么?除了体制机制的问题以外,就是技术问题。我国基础地质工作程度总体偏低,在市场进一步扩大需求下,矿产勘查技术难度加大,部分重要矿产资源可采储量下降,后备勘查和开发基地逐渐减少。目前已有2/3的国有骨干矿山进入中晚期,400多座矿山生产因资源逐步枯竭而难以为继。国内矿产资源保障程度下降,对外依存度不断攀升。这是地表、浅地表矿产资源深度勘查、开发的必然结果。我国在解决这一供求问题的途径上虽然可以多元化地利用世界资源,但在资源安全问题上必须立足本土。只有立足本土才能建立起安全、可靠,并可持续供给的金属矿产资源的战略后备基地。这是因为社会的发展对资源的依赖存在着严重的供、需矛盾。进一步开展和加强深部找矿则有望缓解这个突出的矛盾。地球深部空间是否有丰富的矿产资源、深隐伏矿床的赋存规律,以及如何进行勘查就成为目前待以解决的技术问题。

如果将我国目前所公布的各类金属矿产的资源量定义为第一深度空间(0~500m深度范围内),那么,在500m以下的空间就将要成为今后地质勘查的主要领域,这就是第二地下空间(500~2000m)矿产资源的勘查和开发利用,以待深部大型、超大型矿床和多金属矿集区的发现。

一、国内、外第二深度空间成矿案例

近年来国内外已知成矿区(带)深部找矿勘探不断取得新进展,并现出令人瞩目的新发现和新突破(“据全国深部找矿工作研讨会”各有关报告和讨论,合肥,2007年9月),表明第二深度空间的找矿勘探潜力巨大,这对认识地壳深部成矿机制和在第二深度空间发现大型、超大型矿床和多金属矿集区具有十分深远的指导意义。

基于各国矿山资源均存在一定的保密性,这里只能引用有关文献报道进行概述,以提高有关人员对第二深度空间找矿、勘探与开发的认识。

(一)当今世界上有关国家第二深度空间找矿、勘探的实践与概况

据不完全统计,当今国外金属矿产资源开采超过1000m深度的已有80多座,金矿床的矿化深度平均为1600m。国外在已有矿床区(带)的深部已不断找到和发现了一系列大型、超大型矿床和大、中型金属矿产资源。目前已知的典型矿床案例有:

(1)目前世界上开采最深的矿床是南非的西兰德(Western Deep Level)金矿,其勘查与开采深度已达4800m,不久将会达到5000m。巴布顿金矿开采深度为3800m。

(2)加拿大萨德伯里(Sudbury)铜、镍矿床,围绕萨德伯里杂岩体有30多个铜、镍矿床,其中有多个大、中型矿床,现已开采到2000m。目前探测最深的矿体在维克多(Viector),已达2430m,鹰桥公司(Falconbridge)和因科(Inco)公司最深金属矿的钻井已打到3050m。2004年在西麦克雷迪(McCreedy)和莱尼氏克・富特沃尔(Levackfootwall)矿区在1180m深处发现了特富的矿床。

(3)澳大利亚奥林匹克坝(Olympic Dam)Cu-Au金属矿体在深处发现隐伏的直立矿床,矿床产于中元古代热液蚀变的、以碱性花岗岩为主的角砾岩岩筒和岩墙杂岩体内,长度大于5km,延深达1000m。

(4)国外有很多金矿床矿化深度均很深,平均可达1600m左右。其中印度科拉提金矿床的深度已达3200m。

(5)美、加绿岩型金矿的开采深度为1600~2600m。

(二)国内第二深度空间找矿的事实与概况

近年来,我国地球科学各有关学科的科技工作者均认识到,大型、超大型矿床和多金属矿集区的时空分布在本质上是受着深部物质与能量的交换和其深层过程的制约,故将成矿过程视为深部物质运移,地壳演化与动力学响应的重要作用所致,而岩石圈的特异层、块结构和其不连续变异及再活化却为大型、超大型矿床和多金属矿集区形成的深层动力过程和聚集空间提供了重要的边界条件。

事实表明,在我国各成矿区(带),即在其地壳深部第二深度找矿、勘探与开发空间也发现了一些矿床。如:

(1)辽宁红透山火山喷发沉积变质型铜矿勘探开发深度在1100m见富矿,且还在向深处延伸,并见到厚层大矿体。

(2)铜陵矽卡岩型铜矿,该矿区冬瓜山特大型铜矿床的产出深度在800~1000m以下。

(3)江西银山铜、铅、锌、金、银矿在800m深度左右主为金和铜,12个深度大于1000m的钻井,在其3孔1500m的钻井中均发现富有Cu、Pb、Zn的矿床。

(4)福建紫金山金、铜矿床距地表的深度已达1900~2000m。

(5)新疆阿勒泰阿舍勒铜、金、锌特富矿床深达1800m左右,可可塔勒铅锌矿在深达1200m处矿体近于垂直。

(6)四川会泽麒麟厂铅、锌矿的富矿体产出已达1300m深。

(7)湖北大冶铁矿在1100m以下发现了巨型的铁、铜、金共生富集矿藏。

此外,在湖南、湖北、安徽、云南、山西、江西、山东、广东、广西、辽宁、河北等地在第二空间均发现了具有一定工业品位和规模的矿床。

二、第二空间找矿勘查的技术方法

(一)地质成矿理论研究与成矿预测

地质成矿理论研究就是要解决成矿空间问题,确定在500~2000m深度范围内,哪里可能成矿、成什么矿;在此基础上进行成矿预测。理论上,在地球深处的有利成矿空间为5~10km,因为这个空间恰为地球内部、深部与浅部物质与能量强烈交换和其深层动力作用过程的交错地域;也是多种成矿要素发生变异和耦合与转折的部位,并适宜于大量岩浆矿床和热液矿床的产出。基于对一些成矿带的综合研究表明,一个大型热液成矿系统的垂直延伸可达4~5km,岩浆矿床形成的深度一般均为10km或更深。事实上,矿床的分布受着地幔隆起等深部要素的制约,而大型、超大型矿床和矿集区与岩石圈各圈、层的岩石介质与结构的不均性和各向异性密切相关。但是具体到当前的成矿深度位置,应当建立一套符合客观实际成矿模式与分布空间,才可以解决实际的找矿问题。

成矿预测是依据具体的成矿理论和成矿模式,确定勘查目标及其所发育的空间位置,主要包括目标地质体的地质类型、目标地质体与金属矿床之间的关系;目标地质体与围岩的岩性差异、边界条件、构造因素;目标地质体的可能空间参数等。成矿预测是进行第二空间找矿工作的基础,不仅要确定勘查靶区的具体位置,也是优化勘查方法的主要依据。

目前,最直接、最有效的成矿预测是攻深找盲,就是在现役或闭坑矿山深部及外围开展进一步找矿勘查。即便如此,在开展具体的勘查工作之前也需要进行深入研究地质成矿环境研究,进行具体的成矿预测,在此基础上选择勘查技术优化工作方法。

(二)物探工作方法

要探测500~2000m深度范围的目标地质体,研究成矿环境、构造特征和具体的矿体赋存位置(条件),就必须选择有效的物探方法。目前可选择的主要物探方法有位场法、电磁法及振动波方法等。

1.位场地球物理勘探

在这一领域里主要的探测方法是基于重力场、地磁场和温度场效应。它们分别可以在地表进行探测,在井中进行测量和在大型矿山的巷道中或井中进行测量。位场的观测在金属矿产资源区域找矿勘探中占有重要地位,它们可以发现大型岩基体和区域性异常圈闭,这是寻找大、中型金属矿床的重要场源效应,在区域重力高和磁力高的重合、叠置与交错地域往往是大型、超大型矿床富集的地域。

(1)航空磁测。在较大区域内首先进行轮廓性的航空磁测探查,待发现区域异常后,进一步通过高精度航空磁测以揭示成矿区(带)深部基岩体(酸性的或是基性的)的分布与属性。这是由于地下矿产资源是成带、成群、连续或断续分布的,但必须受到深部岩浆运移到地壳浅部形成岩基体物质,与周边介质和构造耦合效应的控制。

(2)地面高精度磁场测量。在较大范围内航空磁测的靶区或远景区进行地面高精度磁测,以进一步检验、揭示和确定区域异常的成矿背景,特别是厘定深部大型基岩体的埋深和分布范围。

(3)地面高精度重力场测量。它与地面高精度磁场观测的目的与属性是一致的,但重力场却能够通过正、反演计算与分析,可以发现在深处不同密度物质的分布,特别是大型和超大型矿床与深部岩基体的存在。

在区域重力高与磁力高同源的异常区,深部可能存在着中―基性岩浆体(已冷却固结)。由于热液与围岩作用、交代与蚀变,含矿物质重新分异和调整,故在岩浆体周边或上部则往往会形成大、中型矿田,如在淮北宁芜地区的深部铁矿床和在大冶老矿山下面发现的更为富集的铁、铜共生的矿床等。

重、磁同高、重低磁高等基本同源的地区,重力梯度带叠加有磁异常的地区,是应注意详查的铜、铁远景地带,如铜陵铜矿区等。这里要特别指出的是要强化发展航空重力梯度测量,这有可能是在深部发现大型、超大型金属矿床的一个重要技术支撑。

2.电磁波场

在电磁波场勘探中,主要是应用地面电磁测深(MT),瞬变电磁法(TEM),可控源音频大地电磁法(CSAMT),电导率连续成像系统(EH4),高密度电法和大功率充(激)电法。通过电磁波场效应在地表和坑道以及井中观测(特别是井中瞬变电磁法),以查明深部矿体延伸和矿床富集与分布地带。

这些方法可在我国大型成矿带(区)和危机矿山接替资源勘查中用于勘查深部矿产;如胶东金矿集区,南岭有色-贵金属矿区,湘黔桂三角区(铅、锌、金),九瑞铜多金属矿集区,德兴-永平大型铜金矿集区,金川铜镍硫化物矿集区,东川-易门铜矿集区,哀牢山金多金属矿集区,东部典型铁矿区和西部大型成矿带(区)及已寻找和发现大型和超大型矿床和多金属矿集区。

3.地震波场效应

地震波场主要针对大型和超大型金属矿产资源的探查,确定成矿区(带)深部的空间形态,非耦合变形形态及过程,评价大型、超大型金属矿床的深部介质和构造环境,物质运移的轨迹,精确确定研究区的主要富矿层层位。目的是揭示区域成矿规律和其形成的动力学响应,成矿与富集的运动学和动力学模型的建立等,具有其他勘探方法不可替代的技术优势。地震深部探测在澳大利亚的奥林匹克坝,南非的金、铂矿床,西伯利亚东北矿集区,俄罗斯乌拉尔造山带,加拿大的萨德伯里,澳大利亚卡尔古利绿岩型金矿带,哈萨克斯坦东北裂谷区和中国铜陵冬瓜山铜等矿床均已显示了重要作用。

(三)化探工作方法

在第二空间找矿工作中,要注意发挥化探工作的作用。

1.进一步发挥区域化探资料的作用

把区域化探资料与基础地质、构造作用,以及全球尺度的浅表部和深部地质作用结合起来,为基础地质提供很多新的信息。把化探资料的区域背景与地球块体、不同构造区、大的成矿带联系起来,在地质成矿基础理论研究中发挥作用。

在区域成矿作用研究方面,过去利用的元素少,偏重于研究局部异常,很少从大的成矿角度考虑问题。应该把区域化探资料与地质和物探很好结合起来,从成矿系列的角度反映大的成矿战略区,发挥在成矿预测中的重要作用。

2.注意在寻找隐伏矿中取得突破

近些年来,国内外正在积极研究深穿透地球化学方法,识别大型和巨型矿的地球化学定量方法。过去开展的原生晕、构造地球化学、热释汞、卤素、相态分析等,都证明在寻找隐伏矿床方面还是有一定效果的。

三、目前我们必须开展的工作

为了在第二空间找矿工作中确实发挥作用,我们必须开展以下工作:

1.建立自主、自立的理念

在当今我国资源供需不均衡的情况下,必须立足本土(包括大陆和海域),强化进行第二深度空间的找矿、勘探和开发,以资迅速建立起安全、可靠,并能持续保证供给的金属矿产资源战备后备基地,组构我国科学与技术、社会与经济可持续发展的坚强后盾。因为在深部矿产资源勘探中,从理论上,方法上与技术上均已基本成形,世界各地的勘探事实也证实了深部大型、超大型矿床的存在。为此第二深度空间找矿、勘探理念的提出是有着较深厚的理论和实践基础的。2006年1月20日国务院发出的《关于加强地质工作的决定》(国发〔2006〕4号)指出,要以科学发展观指导地质工作,突出能源矿产勘查。为此,这就迫使我们必须转变已有的理念,以国家战略需求为本,奋力自主创新,立即进行全国第二轮金属矿产资源的探查。

2.建立完整的第二空间找矿勘查的工作体系

开展第二空间资源勘查,其工作内容和工作程序与以往的地质工作有很大不同。因此要对已有方法和技术进行改进,建立一套新型的勘查理念、工作思路、方法技术,要提高各种方法技术的深层信息的分辨率。这就需要建立起第二深度空间找矿勘探和开发与应用的理论、方法和技术体系,构建新的成矿与找矿的运动学和动力学模型。

3.进一步完善和发展地球物理探测技术和研发创新性仪器设备

为了迎接第二深度空间,即大陆地区新的找矿、勘探和开发与实施高潮的到来,现有地球物理探测技术必须进行改进,提高分辨率,以资提高深部探测精度,即必须针对第二深度空间找矿勘探与开发的目的,并在强干扰背景下去提取微弱信号。依据国家战略需求,并在自主创新的基点上,有效地利用当代高、新技术的已有成就,进而提出新的思想和途径,研制、开发出新一代的地球物理探测仪器和设备已十分迫切。当今应该加强以下6个方面的研究和控矿介质与构造环境的理论与方法研究:

(1)大深度、高分辨率、多功能电磁探测技术和设备研发;

(2)金属矿地震(二维、三维)探测技术和装备研发;

(3)高精度、高分辨率的井中地球物理探测技术和设备研发;

(4)加强重、磁、电二维、三维反演与解释技术和多元地球物理数据集成的综合研究;

(5)深化研究非均匀性、各向异性和组合介质结构的地球物理正、反演理论方法和应用软件的研究;

(6)健全深部找矿勘探的数据库和软件模块。

第二空间矿产资源的勘查和利用开发是社会发展的必然趋势,我们必须给予高度关注,转变传统的理念和思维方式,迅速提高理论水平和技术能力,争取在500~2000m深度内取得找矿勘查的重大突破。

主要参考资料

腾吉文.2009.岩石圈内部第二深度空间金属矿产资源形成与聚集的深层动力学响应.地球物理学报,52(7).

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