關(guān)于深部找礦問題的思考

陳喜峰

(中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 100025)

隨著國民經(jīng)濟建設的快速持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高,我國一些主要大宗礦產(chǎn)資源供不應求、短缺的矛盾日益突出?，F(xiàn)有主要金屬礦產(chǎn)的大中型礦山中, 有近一半處于危機礦山狀態(tài)。同時，近幾十年來，隨著礦業(yè)的迅猛發(fā)展，易采礦、地表礦、淺部礦等基本開發(fā)利用殆盡，因而急需發(fā)現(xiàn)接替資源，以緩解資源供應緊缺的狀況,促進礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展。探索新的礦產(chǎn)資源，無非宇宙、地下深部、海洋3大空間，相比較而言，向地下深部找礦是比較現(xiàn)實和可行的。因此, 向地下深部找礦，必將成為我國礦產(chǎn)勘查的主攻方向之一。開展深部礦的地質(zhì)研究和勘查工作，具有重要的經(jīng)濟、理論與實踐意義。

1 深部礦床的定義

礦床形成后，因受后期的地殼升降、構(gòu)造運動、巖漿活動等因素的影響，其產(chǎn)出深度會發(fā)生變化。因而，深部礦床是指現(xiàn)階段產(chǎn)在深部的礦床,而不一定就是指在深部形成的礦床〔1〕。深部礦與淺部礦在產(chǎn)出深度、礦化特征、成礦特征與規(guī)律、勘查找礦技術(shù)方法與要求等方面具有明顯不同(表1)。

目前，由于世界各國的礦產(chǎn)資源情況、地質(zhì)工作程度、礦業(yè)發(fā)展歷程與水平、勘查技術(shù)水平、礦產(chǎn)市場形勢等方面都各不相同，對礦產(chǎn)勘查的深度也有不同的要求與理解，因而，對于劃分深部礦和淺部礦的具體深度范圍各不相同，尚無定論。依據(jù)我國礦產(chǎn)勘查與開發(fā)利用的技術(shù)水平與要求，固體礦產(chǎn)勘查一般對地表500m 以下的資源只做遠景控制、不做詳細調(diào)查的勘查要求，我國絕大多數(shù)現(xiàn)有金屬礦山的探采深度為300～500m。因此，筆者認為，我國的深部礦床可認為是指距現(xiàn)今地表500 m以下的礦床。

表1 深部礦與淺部礦特征對比表

2 深部找礦潛力分析

根據(jù)成礦理論,成礦有利空間為地下5～10km的深度范圍,這個深度范圍正好是地殼內(nèi)外動力的復合疊加場,也是多種成礦要素發(fā)生突變與耦合的轉(zhuǎn)折帶,有利于大量巖漿礦床、熱液礦床的產(chǎn)出[1]。裴榮富等[2]對一些成礦區(qū)帶的綜合研究表明,一個大型熱液成礦系統(tǒng)的垂直延伸，可達4～5km或更深。近年來，國外的深部找礦工作取得巨大進展，代表性的金屬礦山有：印度采礦深度達3200m的太古宙綠巖型Kolar金礦、南非采礦深達4000m的金-鈾礫巖型Witwatersrand金礦、俄羅斯在地下10km深度發(fā)現(xiàn)的賦存于變超基性巖中的Cu-Ni硫化物礦床和賦存于基性巖中的Fe-Ti 礦化、單個礦體產(chǎn)出深度都大于1km的澳大利亞Parks斑巖銅礦床和Rand型Au-U礫巖型層控礦床等等。近年來，特別是自2004年國家危機礦山接替資源找礦計劃實施以來，我國深部找礦取得了重大進展，代表性的金屬礦山有：云南的會澤鉛鋅礦和個舊錫礦、廣東凡口鉛鋅礦、廣西南丹銅坑錫礦、安徽冬瓜山銅礦、江西相山鈾礦、膠東招遠金礦、西藏驅(qū)龍銅礦、遼寧弓長嶺鐵礦和紅透山銅鋅礦、河北遷安鐵礦、山東玲瓏金礦、湖北大冶鐵礦等。以上國內(nèi)外找礦實例說明，深部具備形成金屬礦床的有利構(gòu)造地質(zhì)條件,成礦潛力大。最新的成礦理論研究和深部定位預測驗證結(jié)果均表明，地下500～1500m深度見礦范例眾多，例如在膠東，證實深部存在第二富集帶，深度約600～1200m，礦體在側(cè)伏方向上具有等間距雁列分布的規(guī)律[3]?？傮w看，我國絕大多數(shù)礦山開采深度不超過500m，只有少數(shù)礦山的開采深度達到了1000m，表明我國礦山深部蘊藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源，特別是我國東部研究程度比較高的重要成礦帶，深部找礦潛力大。

3 深部找礦的技術(shù)路線與關(guān)鍵

加強深部找礦在我國是近幾年才提出來而受到重視的，因此，與其相關(guān)的地質(zhì)研究、勘查方法、找礦技術(shù)路線等還處于探索研究階段。代表性的研究成果為葉天竺等[4]提出的深部找礦基本技術(shù)路線，指出深部找礦的三要素：地質(zhì)研究是基礎, 物探技術(shù)是主要技術(shù)支撐, 鉆掘工程是實現(xiàn)條件。通過地質(zhì)研究工作建立明確的深部找礦思路, 通過物探、化探推斷深部礦體位置、施工鉆掘工程，實現(xiàn)深部找礦突破。近幾年，我國的危機礦山接替資源找礦和國外深部找礦的實踐證明，這一基本技術(shù)路線是可行、有效的。此外，已有實踐經(jīng)驗[5]證實，政府的強力支持、礦業(yè)企業(yè)的高強度投入、基于成礦理論建立的礦床模型的指導、新技術(shù)新方法的聯(lián)合探測、綜合信息的提取、大密度的工程施工，是深部找礦取得成功的關(guān)鍵。

4 深部找礦面臨的挑戰(zhàn)

由于深部礦具有不同于淺部礦的成礦條件、成礦規(guī)律、成礦模式、地質(zhì)研究程度底等特點，對其礦化信息、礦床地質(zhì)特征、成礦構(gòu)造地質(zhì)條件、成礦規(guī)律和成礦模式等信息的獲得多是間接的，因此，深部勘查找礦對現(xiàn)有地質(zhì)研究提出了新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的地質(zhì)研究成果可謂覆蓋面廣、系統(tǒng)、全面而有效，但絕大多數(shù)只針對、適用于淺部礦，而不適用于深部找礦。例如：傳統(tǒng)的適用于淺部的定性的線性推理地質(zhì)思維，對深部復雜的非線性系統(tǒng)是不適用的；經(jīng)驗式的、依賴于足夠地質(zhì)信息的、適用于對已有事實解釋的成礦模式、成礦規(guī)律，不適用于對深部未知礦床的預測，缺乏深部地質(zhì)演化信息支持的現(xiàn)有地質(zhì)構(gòu)造演化理論，對深部成礦預測存在不確定性等等。因此，如何解決這些類似問題，是今后深部勘查找礦地質(zhì)研究工作的主要任務。

深部礦埋藏較深、礦化信息弱，因而無論是地球物理還是地球化學的探測技術(shù)，隨著探測深度的增大，地質(zhì)背景就越復雜，探測獲得的信息的準確性、可靠性就越低。因此，深部找礦對現(xiàn)有適用于淺部礦找礦的勘查技術(shù)方法，提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。以往的物探與化探技術(shù)，多存在探測深度淺、分辨率低、抗干擾差、存在多解性等問題。因此，必須對現(xiàn)有適用于淺部礦找礦的勘查技術(shù)方法進行改進、調(diào)整與升級，研究開發(fā)適用于深部礦找礦的勘查技術(shù)方法。

5 深部找礦成礦理論與技術(shù)方法研究現(xiàn)狀

深部礦埋藏深、礦化信息弱、找礦難度大，因而研發(fā)適用于深部找礦的行之有效的成礦理論與技術(shù)方法是當務之急。

5.1 深部找礦成礦理論研究現(xiàn)狀

目前，對深部找礦成礦理論的研究，主要表現(xiàn)在對以下方面：

1)深部礦床定義的厘定：翟裕生等[1]通過對礦床的成礦深度、礦床形成后因后期地質(zhì)構(gòu)造作用其埋藏深度可能發(fā)生的各種變化情況、礦床產(chǎn)出深度等方面的綜合分析，提出了深部礦床的定義。并根據(jù)我國礦產(chǎn)勘查與礦山開發(fā)技術(shù)水平與要求，指出我國的深部礦床多指埋藏距現(xiàn)今地表500m以下的礦床，這一定義符合我國礦產(chǎn)勘查與開發(fā)利用的實情。

2)成礦系統(tǒng)研究現(xiàn)狀：成礦系統(tǒng)是指在一定時空域中,由成礦要素、源-運-儲成礦過程、成礦產(chǎn)物及成礦后變化等諸因素構(gòu)成的成礦整體。一個發(fā)育完整的成礦系統(tǒng),具有一定的時-空邊界,包括三維網(wǎng)絡空間,常能包括多個礦種和多種礦床類型[6]?；谶@一概念和近年來依據(jù)成礦系統(tǒng)理論所取得的研究成果，翟裕生等[1]從成礦系統(tǒng)發(fā)育的完整程度、成礦系統(tǒng)發(fā)育的深度、成礦系統(tǒng)網(wǎng)絡的三維結(jié)構(gòu)與礦床分帶(圖1)、深部礦床的示蹤標志、礦體和礦化通道中的各類異常不是孤立的,而是密切關(guān)聯(lián)的(圖2)等方面，詳細闡述與分析了成礦系統(tǒng)理論在深部找礦中的指導意義和如何利用成礦系統(tǒng)理論進行深部找礦。實踐證明，成礦系統(tǒng)理論對深部成礦預測具有重要的指導作用，適用于深部找礦。

圖1 主要成礦系統(tǒng)發(fā)育深度概圖(據(jù)翟裕生等，2004)

圖2 成礦系統(tǒng)及綜合異常網(wǎng)絡圖解(據(jù)翟裕生，2004)

3)第二富集帶研究現(xiàn)狀：第二富集帶是一個新概念，前人的研究成果[1,7-11]直接或相近地對該概念進行了分析、研究和引用，并指出長江中下游礦集區(qū)、小秦嶺金礦帶、膠東金礦區(qū)的深部可能存在第二富集帶。但迄今為止,對第二富集帶的定義尚無定論。曹新志等〔5〕認為，第二富集帶是指在已知礦集區(qū)或礦區(qū)深部的新的礦化富集空間, 其與上部礦化富集帶, 即第一礦化富集帶之間由所謂的無礦(或貧礦) 帶所分隔。目前，一些地質(zhì)學家提出了針對第二富集帶的研究思路與技術(shù)方法，已發(fā)表了一些相關(guān)論文，但研究深度十分有限，對地下深部是否存在第二富集帶、其定義與地質(zhì)意義、與第一富集帶的聯(lián)系及異同點、識別標志、地質(zhì)構(gòu)造演化過程、成礦機制等還沒有可靠的研究成果，有待于進一步深入研究。

4) 綜合基礎地質(zhì)研究現(xiàn)狀：深部找礦是探索性很強的實踐問題，具有高度的綜合性，具體礦區(qū)的深部找礦是戰(zhàn)術(shù)性問題[4],找礦難度大。實踐證明，合理、有效、科學的綜合地質(zhì)研究，是深部找礦取得突破的前提。國內(nèi)眾多地質(zhì)學家從不同角度，提出了針對深部找礦綜合地質(zhì)研究的認識，代表性的研究成果有：葉天竺等[4]強調(diào)深部找礦方法理論研究應突出三維空間信息的綜合研究，以及成礦作用的垂向變化特征的研究，即深部找礦地質(zhì)研究基礎工作，應包括成礦地質(zhì)作用研究、礦田構(gòu)造研究和成礦作用標志研究等三個方面，并對這三方面展開了深入、詳細的分析與研究。依據(jù)這些研究成果，葉天竺等在危機礦山接替資源找礦工作中取得了重大突破，例遼寧弓長嶺鐵礦、山東玲瓏金礦、湖北大冶鐵礦等；翟裕生等[1]強調(diào)深部找礦的關(guān)鍵，是要對區(qū)域和礦區(qū)的成礦規(guī)律開展深入研究, 重點研究成礦環(huán)境、成礦系統(tǒng)和成礦演化, 從而獲得礦床就位于深部空間的原因及其制約因素,再運用適當手段找到深部礦床；趙鵬大[12]則強調(diào)地殼深部結(jié)構(gòu)的研究。綜上所述，上述認識和成果極大地豐富和促進了深部找礦的綜合地質(zhì)研究的發(fā)展，并在深部找礦工作中發(fā)揮了積極的指導作用。

深部找礦的綜合地質(zhì)研究，具有復雜性、綜合性、未知性和不確定性，淺部礦床的成礦地質(zhì)背景、成礦特征、控礦因素、成礦規(guī)律和成礦模式等，并不一定適用于其下部的深部礦床，但淺部礦床與其下部的深部礦床之間可能存在某種因果關(guān)系。因此，針對不同成礦區(qū)帶、具體礦區(qū)的深部找礦的綜合地質(zhì)研究應具體問題具體分析，可由已知研究未知、由表及里，最大程度地從最可靠、最準確、最直接的地質(zhì)信息著手，逐步展開綜合地質(zhì)研究工作。此外，任何新成礦理論的研究，都是以野外實地對各種地質(zhì)現(xiàn)象進行詳細、認真細致的觀察、記錄、分析、編錄等為基礎的，即只有在掌握野外獲得的詳實可靠的第一手資料的基礎上，才能研究出實用、科學、可行的適用于深部找礦的成礦理論。

5.2 深部找礦技術(shù)方法研究現(xiàn)狀

深部礦無疑埋藏較深，因而與之相匹配、探測深度能夠達到其埋藏深度的找礦技術(shù)方法，是實現(xiàn)找到深部礦的先決條件。傳統(tǒng)的物探方法大多存在探測淺(小于300m)、功率小、笨重、抗干擾差等缺點；而傳統(tǒng)的化探方法對礦化信息弱的深部礦而言，更是存在多解性、不確定性等問題。因此，為適應與滿足深部找礦對找礦技術(shù)方法的要求，必須研發(fā)新物化探技術(shù)方法。近年來，國內(nèi)外在這方面取得了一定進展。

1)新物探技術(shù)方法研究現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外在研制探測深度大、分辨率高、輕便、抗干擾強的物探新技術(shù)方法方面取得了一定進展。例如：①瞬變電磁法(T EM)：探測深度300～400m；②可控源音頻大地電磁法(CSAMT )：探測深度可達1km，招金集團利用該方法在7個礦山中的6個找到深達800～1000m的深部礦體[5]；③井中物探：該方法包括井中磁測、井中瞬變電磁法、井中激發(fā)極化法和井中充電法等。其中，井中瞬變電磁法與深部鉆孔組合應用效果更好，其探測深度可達2500～3000m,探測井周半徑為200～300m。井中物探法在國內(nèi)外的深部找礦中取得較好的找礦效果，例如加拿大薩德伯里銅鎳礦區(qū)用深部鉆孔加井中瞬變電磁測量組合方法,相繼發(fā)現(xiàn)了埋深1280m的Linsley銅鎳礦床、埋深2400m Victor銅鎳礦床、埋深1000～1500m的New McCeedy銅鎳礦床等[5]。

總體看，可控源音頻大地電磁法和井中物探法在我國深部找礦中得到推廣應用，而且找礦效果較好。

2)新化探技術(shù)方法研究現(xiàn)狀

歸納起來，適用于深部找礦的、效果較好的新化探方法主要有：①活動態(tài)金屬離子法(MMI)：這種方法主要分析Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Au、Ag 、Pd 等,探測深度可達700m[13]；②地電化學法(CHIM)：包括元素賦存形式法、熱磁地球化學法、擴散提取法和部分金屬提取法等方法。地電化學法的探測深度超過500m?？傮w看，活動態(tài)金屬離子法和地電化學法在深部找礦中應用較廣，找礦效果相對較好。

6 結(jié)語

深部礦產(chǎn)是指現(xiàn)階段產(chǎn)在深部的礦產(chǎn)，是今后我國乃至世界范圍內(nèi)礦產(chǎn)勘查的主攻方向之一。研究表明，我國礦山深部有巨大的找礦潛力。因此，如何利用有效、可行、科學的成礦地質(zhì)理論和勘查技術(shù)方法找到深部礦產(chǎn)，是迫切需要研究解決的問題，故提出以下建議：

1)轉(zhuǎn)變找礦思路：由于傳統(tǒng)的找礦思路大多以可直接獲得的可靠的礦化信息、有詳細可信地質(zhì)信息支撐的成礦地質(zhì)背景、成礦構(gòu)造地質(zhì)條件、成礦規(guī)律和成礦模式等為基礎和依據(jù)，對于找淺部礦而言，是可行和實用的，而對于礦化信息弱、各種地質(zhì)信息不確定的深部礦而言就可能不適用，效果不好。因此，要調(diào)整和轉(zhuǎn)變找礦思路，針對不同的成礦帶、礦區(qū)，可以借鑒國外有效的找礦思路。

2)加強深部找礦成礦理論研究：近年來，盡管我國在成礦系統(tǒng)理論、第二富集帶、綜合地質(zhì)研究等成礦理論研究方面取得了一定的研究成果，但總體看，缺乏深入的研究，與國外某些國家相比相距甚遠。因此，為適應深部找礦的需求與發(fā)展，應加強深部找礦成礦理論研究，學習和應用國外先進的、科學的深部找礦成礦地質(zhì)理論。

3)研發(fā)新的勘查技術(shù)方法：盡管現(xiàn)階段我國在深部找礦中應用的勘查技術(shù)方法取得了一定的找礦效果，但總體看，它們的分辨率、抗干擾力、特別是探測深度還十分有限，無法滿足深部找礦的需要。因此，應加強適用于深部找礦的新物探、化探勘查技術(shù)方法的研究。

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