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《勘查区找矿预测理论与方法》编订与应用纪实
勘查区找矿预测有了工具书
2015-12-22 | 作者: 张立 郭佳 | 来源: 中国矿业报 分享到

  “勘查区找矿预测无理论可言,全凭经验!”今后,如果您还这样认为,说明您已经OUT了。

  12月18日,受国土资源部科技与国际合作司委托,国土资源部地质勘查司(矿产勘查办公室)组织有关专家在北京对《勘查区找矿预测理论与方法》进行了成果鉴定。

  包括陈毓川、汤中立、裴荣富、翟裕生、翟明国等5名院士的10多位专家审阅了成果报告和相关资料,经质疑讨论后一致认为:这一成果系统地将矿床科学研究成果充分应用到勘查区找矿预测中,丰富了我国找矿预测理论,提高了预测成功率,使矿产预测更具科学性。

  国土资源部地勘司副司长车长波也充分认可了该成果的现实意义。他表示,“该成果在全国危机矿山接替资源找矿、老矿山深部和外围找矿、整装勘查实施中得到了广泛应用,大幅提高了勘查区找矿预测的成功率,相信该成果的推广将会对找矿突破战略行动的继续实施起到重要的推动作用。”

  能得到地质行业“大咖”们这么高的评价着实不易,但也实至名归。因为在此之前,我国勘查区找矿预测理论体系几乎是一片空白。

  勘查区找矿预测急需理论指导

  众所周知,矿产预测主要分区域矿产预测和勘查区找矿预测,前者被称为中小比例尺预测(≤1:5万比例尺),主要目的是提交找矿远景区;后者被称为大比例尺预测,主要目的是部署探矿工程、揭露矿体位置。

  自20世纪80年代以来,国内外创建并研究和总结了许多区域矿产预测理论方法。如赵鹏大院士等提出的“三联式”数字找矿与定量预测评价矿产预测理论方法,王世称等提出的“综合信息预测方法技术”,朱裕生和肖克炎提出的“GIS矿产预测方法技术”等。

  然而,大比例尺矿产预测的概念则是到上世纪80年代我国开展“成矿区划”工作时才提出的。当时并没有十分明确的内容,直至今日,也未形成一个整体的理论研究体系。

  追溯我国矿产勘查历史,在20世纪50~70年代,我国主要借鉴前苏联的做法,通过1:20万区调、1:20万区域化探、航空磁测和区域重力测量等手段获得基础资料,再通过区域性工作直接发现矿产地,或者通过物探和化探异常查证工作发现矿产地。

  自20世纪80年代开始,随着全国第二轮区域化探扫面工作的进行,掀起了以水系沉积物测量信息为主的找矿热潮。这一时期,绝大部分矿产地是经过化探异常查证后发现的。直至20世纪末,我国找矿勘查基本以发现地表或浅部矿床为主。

  进入21世纪以来,在工业化和城镇化高速发展的带动下,我国又掀起了新一轮矿产勘查高潮。随着勘查工作程度的提高,矿产勘查领域正在发生历史性的转变——从以寻找地表矿或浅部矿为主逐步转向寻找隐伏矿和深部矿。

  矿是越来越难找,大比例尺矿产预测却一直没有系统成型的理论和方法体系,这怎么行?从现实来看,我国勘查区找矿预测总体尚处于“一事一例”的经验式阶段,从理论到方法都没有实现系统化和综合化。若再不进行探索总结,找矿工作就不得已还是只能“凭经验”!

  21世纪初,针对我国开采几十年以上的老矿山,国家组织力量实施了《全国危机矿山接替资源找矿规划纲要》的编制工作,经过调查,集中选择了230个矿山开展深部找矿。该项目历时8年,取得了显著找矿成果,同时也发现了大量新的成矿现象。

  中国矿业报记者了解到,“勘查区找矿预测理论与方法”正是上述纲要提出的“开展矿山资源潜力调查、实施危机矿山接替资源找矿勘查、总结大比例尺找矿预测理论和方法”三项任务之一。前两项任务已经完成,成果均获得了国土资源部科技一等奖,第三项任务的主要目标是对全国危机矿山接替资源勘查专项工作的工作方法总结,研究大比例尺找矿预测理论和方法。

  自2009年提出理论思路后,中国地质调查局发展研究中心(国土资源部矿产勘查技术指导中心)集中力量,以叶天竺研究员为首席专家,组织中国地质科学院地质力学研究所、北京地质矿产研究院、中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)、南京大学、吉林大学、昆明理工大学等地质类科研院所的的数百名专家学者,对该理论体系进行了专题研究与总结。

  从根本上解决类比不确定性问题

  毫无疑问,这是一项非常庞大的系统工程。

  叶天竺等专题研究团队深知,其实关于隐伏矿、深部矿的找矿勘查究竟采用什么样的技术路线,一直以来,广大地质勘查工作者研究人员都在关注和探索。

  一般情况下,勘查区找矿勘查程序大致如下:首先,应用区域性基础资料和已有矿点、矿化点线索进行选区;其次,开展大比例尺地质填图和物探、化探扫面;第三步,通过对地表矿化蚀变线索和物化探异常等找矿信息综合分析后,进行探矿工程验证。

  这样操作的结果是,有些发现的大中型矿产地在转入评价阶段后探明为工业矿床。但大多数情况下,只见到矿化蚀变现象和零星工业矿体。这也正是人们总结“发现大中型矿床的找矿成功率只有5%左右”的说法的来源。

  因此,很多时候,当上述三步勘查工作做完后,勘查工作者仍处于纠结和茫然的状态。

  除了放弃,下一步该怎么办?

  目前大体有三种做法:一是把找矿突破的希望寄托于深部物探、化探方法的应用,例如当前盛行的电磁法和构造地化学叠加晕方法的使用,试图通过深部物探和化探方法解决隐伏矿、深部矿的找矿问题;二是综合勘查人员的实践经验,通过对矿化线索的分析,结合物探、化探信息提出可能的找矿设想,布置探矿工程验证;三是开展专题研究,一般通过岩矿测试取得矿物成因特征、同位素、微量元素和流体包裹体等微观数据,和已知的矿床模型进行类比预测,结合物探、化探提出深部工程验证方案。

  虽然上述三种情况都能获得一定的找矿成功率,但是总体仍尚处于“一例一议”的层面。勘查区找矿预测理论研究长期停留在这种找矿经验总结的案例汇编式状态,导致进行实际类比应用时,找矿成果存在极大的不确定性。

  目前,常用的以矿床模型为基础的比较矿床学研究方法,是以描述性概念模型为类比预测数据,大量典型矿床研究成果也止于与成矿作用相关的微观数据的描述,并未破解成矿机理,且将经典的矿床模型应用于不同地区还存在成矿条件等方面的差异,因此尚不能从根本上解决类比不确定性的问题。

  为了解决这一问题,叶天竺等专家组经过理论研究,结合我国各种类型矿床实例,尝试以探索成矿作用机理为切入点,在复杂纷繁的成矿地质现象中,总结成矿作用的特征标志,构建勘查区找矿预测地质模型,解决找矿预测标志的不确定性问题。

  基本思路是寻找确定性找矿标志

  什么是找矿预测标志的不确定性?它和找矿预测又有什么直接关系呢?其实,这涉及非常专业的地球化学理论研究工作。

  要知道,成矿作用过程十分复杂,成矿类型有纷繁多样,巨量成矿物质集聚堆积受各种复杂因素的影响,而现阶段科技水平和实验室水平尚不具备全面进行理论总结的条件。

  但由于元素地球化学特征是理解矿床成因和开展矿产预测的基础或纽带,叶天竺等专家从最本源的元素地球化学特征切入,以巨量金属的运移、集聚到矿床/矿体为主线,重点选择成矿物质从流体状态转变为成矿结构面中的固体矿物这一短暂过程进行探索研究,以解决异常复杂的成矿作用问题。

  他们认为,现代地球化学基础理论和矿物形成过程的大量分析和实验资料,再加上典型矿床的丰富研究成果,均为这一方面的探索研究提供了条件。他们应用矿床地球化学理论解释复杂的成矿地质现象,通过研究成矿物质到达矿床现今所在位置后由流体态转变为固体矿物态的物理化学条件的变化,从元素地球化学特征角度再现这一成矿过程,进而解决找矿标志的不确定问题。

  具体而言,针对如何解决成矿地质现象作为找矿标志的不确定性这个问题,他们从两方面入手。一是从研究决定元素地球化学行为的内在因素和外在因素出发。地球化学的基本原理说明决定元素地球化学行为的基本因素分为内因和外因,内因包括原子结构、元素结合方式、化学键类型、电负性、亲和性等。在流体体系中,决定元素存在形式和地球化学行为的基本因素是离子半径和离子电价。由此,在成矿作用过程中形成了各种复杂纷繁的地质现象。二是从研究外部条件因素出发。决定元素地球化学行为的外部因素是环境温度、压力、酸碱度、氧化还原条件等基本物理化学要素,而引起这些基本物理化学要素变化的外部条件就是地质作用,包括沉积、火山、岩浆侵入、区域变质和大型变形五类。

  由此,他们得出结论:决定成矿作用的内因是元素的地球化学特征,外因是地质作用条件。

  通过两方面的研究,可以对成矿地质现象进行甄别,区分偶然现象和必然现象。他们把能够用元素地球化学行为特征理论解释的、带有普遍性的现象确定为必然现象,把在各种地质作用条件下都可以出现的必然现象作为确定性找矿标志,并通过地球化学基础理论解释、热力学和矿物学实验资料验证、典型矿床地质事实证实、找矿预测实践验证的途径加以确认和归纳。

  解决了技术路径,基本思路也逐渐明了。

  研究成果直接服务于找矿工作

  通过近6年的经验总结及实地考察,专题组团队在全国危机矿山接替资源找矿专项230个勘查项目和129个典型矿床研究基础上,利用近年来矿山深部资源勘查中的新发现和新认识,确立了一个全新的找矿预测理论与方法体系。

  叶天竺向中国矿业报记者介绍,这是基于“成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志”的“三位一体”勘查区找矿预测理论与方法体系,立足于勘查区找矿预测,重点针对矿山深边部找矿和隐伏矿找矿,具有较高的实践应用性。

  该理论在成矿找矿理论方法方面有如下创新:一是运用成矿作用时(间)、空(间)、物(质)、能(量)一体化研究,创建了成矿地质体研究理论。二是运用成矿作用与构造的关系,创建了成矿结构面研究理论方法体系。三是通过成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志、空间模型结构研究,创建了“三位一体”勘查区找矿预测理论方法体系。四是填补了大比例尺矿产预测理论与方法体系的空白,使矿床学、矿床地球化学的研究与矿产勘查紧密结合,研究成果直接服务于找矿工作。

  据悉,目前该理论体系已运用于我国众多危机矿山和老矿山的勘查工作,取得了显著成效,尤其是为那些“只见星星不见月亮”、久攻不破的勘查区找矿提供了解脱困境的途径和方法。其中,在胶东金矿、红透山铜矿、大厂铅锌矿、邓格庄金矿、石禄铁矿等多个矿山的找矿突破中起到了直接作用,做出了重大贡献。硅钙岩性界面成矿理论,更是在湖南康家湾铅锌矿、江苏栖霞山铅锌矿、西藏亚归拉铅锌矿、西藏蒙亚阿铅锌矿、西藏甲玛铜铅锌多金属矿、浙江银山银矿、新疆彩霞山铅锌矿、广东玉水铜矿、黑龙江弓棚子铜多金属矿、安徽桃冲铁矿、浙江漓渚铁矿、福建洛阳铁矿、福建马坑铁矿等找矿项目中,得了普遍认可和推广。

  据国土资源部矿产勘查技术指导中心工作人员透露,用该理论方法有效指导的398个项目中,新增资源储量达到大型的有62个,中型的达117个。

  该理论以勘查区大比例尺找矿预测为出发点,以元素地球化学特征(内因)和成矿地质作用(外因)的关系为切入点,以成矿物质迁移、沉淀集聚为研究对象,研究成矿过程中的普遍规律作为找矿预测标志,提出了勘查区找矿的地质方法解决方案。

  有专家评价,这一成果破解了信息不对称前提下二维转三维的找矿预测难题,最大限度地降低了找矿标志的不确定性,显著提高找矿预测可信度,为我国勘查区找矿领域提供了系统的方法体系,显著提升了我国大比例尺矿产预测理论与方法水平,使矿床学、矿床地球化学的研究与矿产勘查紧密结合,研究成果可直接服务于找矿工作,解决了产学研严重脱节的问题。

  据中国矿业报记者了解,国土资源部矿产勘查技术指导中心已在全国范围内分期分批组织了《勘查区找矿预测理论与方法》找矿实例的宣讲、技术方法的培训、专著的出版推广,全面普及《勘查区找矿预测理论与方法》。至目前,该中心共举办培训班11次,培训各类技术人员1619人次,获得较好的反响。同时,已经出版的专著《勘查区找矿预测理论与方法(总论)》目前也已向社会上从事一线矿产勘查工作的技术人员发放了16000多册。

  参考运用可大幅提高找矿预测成功率

  “这一成果是对近10年来我国老矿山找矿、深部找矿工作的高度总结,具有极强的指导意义……整体达到国际先进水平,将为下一步勘查区找矿提供理论方法的支撑……将是勘查区找矿的一本实用性‘工具书’。”在成果鉴定会上,院士专家对这一成果十分赞赏。

  他们一致认为,这一成果首次创建了以成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志、空间模型结构研究为核心内容的勘查区找矿预测理论方法体系,有效地降低了找矿标志的不确定性,显著提高了找矿预测可信度,实现了矿床学、矿床地球化学研究与矿产勘查紧密结合,为推进我国整装勘查区找矿突破提供了系统的方法体系。

  其次,该成果提出了勘查区找矿预测地质模型的构建方法,实现了成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志“三位一体”深度融合,以及矿化样式三维空间结构的精细刻画,具有很强的实践性。

  此外,按照勘查区找矿预测理论方法体系的学术思路,首次系统构建了我国砂岩型铀矿床、热水沉积型铅锌矿床、碳酸盐岩容矿的层控型铅锌矿床、海相火山岩型铜铅锌矿床、陆相火山岩型铁矿床、陆相火山热液型铜金多金属矿床、斑岩型铜矿床、斑岩型钼矿床、接触交代型铁铜矿床、高温岩浆热液型钨锡矿床、沉积变质型铁矿床等25种主要矿床类型的找矿预测地质模型,对勘查区找矿预测具有重要指导意义。

  鉴于进一步提高该成果的实用性,院士专家建议,可在系列成果专著的基础上,编写简化版便携式“勘查区找矿预测理论与方法”指导手册,以更方便于野外地质人员使用。

  不过,叶天竺等编著者指出,这一勘查区找矿预测理论方法体系应用于矿集区大比例尺找矿预测,虽然能显著提高找矿成功概率,但它仍具有一定的局限性。

  “成果带有鲜明的偏向于矿山深部找矿和隐伏矿床找矿的痕迹,对一般的勘查区预查,普查阶段的找矿预测,包括基本的地质填图,物探、化探异常查证等初级阶段的工作方法没有进行全面总结,尤其是对信息不完全清楚的情况下的找矿预测思想方法、思路确定,物化探方法的应用等方面没有专门总结,希望在参考专著提出的工作方法时,应加以区别,可以参考但不要照搬照套。”在《勘查区找矿预测理论与方法》总论的结束语上这样写道。

  在编著者们看来,毕竟在勘查区找矿的初始阶段,还是应当以地质填图、宏观观察和精细的原始编录,加上经验判断以及物化探方法的合理选择和准确应用为主,并严格遵循由已知到未知、由疏到密、由浅入深的探矿工程部署原则。□

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