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    目前,深部矿产资源勘查已成为我国未来矿产勘查的重要方向。近年来,随着全国危机矿山接替资源找矿和老矿山接替资源找矿等项目的实施,深部找矿勘查工作取得了一系列重要进展。这些新发现和新成果,不仅颠覆了对已有矿床成矿规律(成矿系统的发育深度和不同类型矿床的分带、叠合规律等)和矿床成因的认识,推动了科学研究“向深部进军”,还为深部矿产资源勘查提供了重要依据。本文选择近年来深部找矿取得重要突破的矿山,介绍其深部勘查的新发现及意义,以期引起业界对矿床系统的理解和再认识,更好地服务于深部矿产资源勘查工作。同时,结合已有的深部找矿经验,对下一步深部矿产勘查工作提出建议。

    深部找矿新发现促进矿床成因新认识

    1. 西藏罗布莎铬铁矿

    西藏罗布莎铬铁矿床是目前国内规模最大、研究和勘探程度相对最高的铬铁矿床,但经多年开采,矿山保有资源储量严重不足。

    自2006年以来,通过开展矿区含矿构造岩相带与矿体空间分布规律研究,同时配合重磁电综合解释,在矿床深部发现厚大隐伏矿体,实现我国铬铁矿找矿的重大突破。钻探资料显示,钻孔ZKWT02在孔深286.3~341.1米处见累计视厚度达46.28米的4层矿体,Cr2O3含量50%以上;钻孔ZK西2004于孔深334.5~426.9米处见4层矿,累计视厚度46.1米,Cr2O3含量约50%,发现的Cr-80单矿体资源量达115万吨,成为目前国内发现单体规模最大的铬铁矿矿体。此外,通过“千米钻”深孔ZK东04的实施,在孔深679.5米处见蚀变破碎带中的浸染状铬铁矿,验证了深部有规模较大的中央含矿构造岩相带的存在。

    通过深部找矿工作的实施和深部厚大铬铁矿体的发现,对该矿床的成矿规律和成矿模型取得了新的认识,打开了找矿空间。进一步验证了中央含矿构造岩相带对于深部铬铁矿体的控制意义,查明了豆荚状铬铁矿体主要赋存于罗布莎超基性岩体中北部的斜辉橄岩岩相带中,浸染状铬铁矿体赋存于岩体北部纯橄榄岩岩相带中;提出豆荚状铬铁矿形成的多阶段成因模式;矿体表现出成带分布、成群出现、分段集中的特点,与层状铬铁矿的形成机制完全不同,可能是含铬铁矿残浆受构造作用强力侵位的结果;建立了以西藏罗布莎铬铁矿为典型的“板块踫撞蛇绿混杂岩带超镁铁质岩岩相构造带控矿的找矿预测地质模型”。总之,深部找矿工作的开展为罗布莎铬铁矿以及国内同类型铬铁矿床下一步找矿勘查工作提供了新的思路。

    2. 广东大宝山铁铜钼多金属矿

    大宝山铁铜钼多金属矿床是一座以铁、铜、铅、锌、硫、钼为主的大型矿床。广东省地质局705地质大队曾于1958~1961年完成普查—勘探工作,并提交了相当于122b的铜多金属储量79.96万吨(品位0.86%),铅金属储量31.36万吨(品位1.77%),锌金属储量84.97万吨(品位4.44%),铁矿石储量8034万吨(品位49.69%),以及钼金属资源量(2M11,包括外围)2.26万吨。大宝山矿床经过半个多世纪开采,资源几尽枯竭,属严重危机矿山。

    经全国危机矿山接替资源找矿(2006~2009年)和老矿山接替资源找矿(2014年)两轮找矿勘查工作,在大宝山矿区深部分别探获了一处大型规模的斑岩型钼矿体和一处厚大的斑岩型铜硫矿体,取得了重大找矿突破。其中,斑岩型钼矿体主要呈似层状、透镜状产于花岗闪长斑岩和次英安斑岩中,受岩体和构造联合控制。矿体围岩蚀变分带明显,从浅部至深部分别为粘土化带→青磐岩化带→绢英岩化带→钾化带(如图),显示出典型的斑岩型成矿特点。斑岩型铜硫矿体主要赋存于泥盆系棋梓桥组灰岩、粉砂岩和次英安斑岩中,矿石类型以黄铁矿型铜矿石、磁黄铁矿型铜矿石和黄铁矿型硫矿石为主。由此,大宝山铁铜钼多金属矿床的矿体空间分布可分为深部的花岗斑岩型钼(钨)、铜硫矿、矽卡岩型钼(钨)矿、浅部的脉状、似层状铜铅锌矿以及远端的菱铁矿。

    关于大宝山铁铜钼多金属矿床的成因主要有3种观点,即与岩浆期后热液有关、与海相或陆相火山热液有关以及与沉积改造作用有关。大宝山深部斑岩型钼矿体和铜硫矿体的发现进一步改变了以往对该矿床成因的认识,为下一步找矿工作提供了重要线索和依据。祝新友等研究认为,大宝山矿床深部的斑岩型、矽卡岩钼钨铜矿化、浅部的脉状铜铅锌矿化以及远端的菱铁矿化构成了斑岩型或岩浆期后热液型成矿系统。应立娟等对层状铜硫矿体研究后认为,大宝山矿区及外围成矿作用与岩浆热液有关的,属同一成矿系统演化的产物。戴塔根等指出,大宝山多金属矿床斑岩型、矽卡岩型矿体与岩浆热液有关,而似层状铜铅锌矿体则与海底火山热液活动有关,并受后期岩浆热液的叠加改造。

    大宝山矿床37线剖面图

    3.江苏栖霞山铅锌矿

    江苏栖霞山铅锌多金属矿床位于南京市东郊的栖霞镇境内,处于长江中下游成矿带宁镇矿集区。2012年~2014年,地质矿产调查评价专项实施“江苏省南京市栖霞山铅锌矿接替资源勘查”项目,对矿床开展了深部找矿工作。在研究石炭系高骊山组与黄龙组硅/钙面控矿和脉状矿体侧伏规律的基础上,项目利用坑内钻追索和控制了1号主矿体在走向和倾向上的延伸,并新发现多层厚大铅锌矿体。尤其值得注意的是,在钻孔KK4603和KK4201中均发现金、银、铜矿化。其中,钻孔KK4201中银、金、铜平均品位分别为金 2.19克/吨、银 319.73克/吨、铜0.49%。经估算,本次工作新增333+334资源量:铅锌58.13万吨,共(伴)生金7.64吨、银1113吨、铜1.53万吨。

    栖霞山矿床是华东地区目前已发现规模最大的铅锌多金属矿床,前人开展了大量找矿研究工作。然而,关于该矿床的成因一直存在争议,即矿床的形成与岩浆热液成矿作用有关,还是与热水沉积成矿作用有关?此次通过深部找矿勘查工作,在栖霞山矿床深部发现银-金-铜矿化,一方面暗示矿床深部巨大的找矿前景,另一方面为矿床成因研究提供了新的线索和证据。根据这些深部矿化信息,张明超等对矿床开展了流体包裹体显微测温及氢-氧-硫-铅研究,指出栖霞山铅锌矿的成矿流体和成矿物质主要来源于岩浆,岩浆水和大气水的混合是导致矿质沉淀的重要因素。因此,栖霞山矿床深部勘查的新成果不仅促进了矿床成因方面的研究工作,取得了新认识,而且更为下一步找矿工作指明了方向。

    4.云南澜沧铅矿

    云南省澜沧老厂铅锌银多金属矿床一直被认为是以火山岩为容矿建造或与火山岩有关的块状硫化物矿床(VMS)。2006年实施矿山深部找矿工作以来,在矿区继ZK153101钻孔揭露了钼矿化带后,ZK14824、ZK14827钻孔均揭露了深部的钼矿(化)体。其中,ZK14827钻孔孔深1417.05米,圈定的工业矿体总长度696.25米,平均品位0.068%,矿体主要产于深部隐伏斑岩体(喜马拉雅期)和接触带内。深部隐伏斑岩体和岩浆型钼矿的发现引发了学者们对该矿床成因模式的争议。斑岩型或岩浆型成矿系统的存在已是事实,如果考虑前人的石炭纪的块状硫化物成矿系统,则应是2个成矿系统的叠加。

    朱裕生等强调“成矿系列”的“缺位找矿”理论,在多年前建立了“同位成矿”理论。在前人的理论认识基础上,可以对上述新发现给予验证和深化。韩润生等认为,澜沧老厂矿床是2套主要成矿系统、多种有利成矿要素有机耦合的结果,具多成矿动力学环境、大时间间隔和多类型成矿作用同位叠加的显著特征,是多种构造环境演变过程中形成的火山喷流沉积+隐伏斑岩热液成因为主的矿床,并将其成矿模式归纳为“双成矿系统同位叠加模式”。

    5.内蒙古毕力赫金矿

    早期勘查和研究认为,毕力赫金矿床赋存于晚侏罗世玛尼图组火山、次火山、火山碎屑岩系和隐爆角砾岩中,从基性的玄武岩到中酸性的流纹岩构成一套含金火山建造。其中的蚀变火山岩、次火山岩、角砾岩是主要的含金地质体,又是赋矿的直接围岩。主要岩性有安山质角砾熔岩、安山玢岩质角砾熔岩、闪长玢岩、热液角砾岩、蚀变玄武质角砾岩等。矿体的形态特征也表明其与火山机构关系密切。卿敏等通过对矿区深部、外围勘查和典型矿床解剖研究后认为,毕力赫金矿的成矿作用与海西期岩浆活动有关,成矿流体的性质、矿体空间产出与浅成花岗闪长斑岩关系密切,并在此基础上建立了矿田“斑岩-构造蚀变岩-浅成石英脉型矿化类型一体化”成矿模式。

    深部找矿新发现开拓区域找矿新思路 

    1. 内蒙古维拉斯托锡多金属矿

    维拉斯托锡多金属矿床位于大兴安岭南段,曾作为大型铜锌银多金属矿床进行开发和找矿工作。2013年,地质人员在勘查过程中发现矿区及外围的黑云斜长片麻岩中发育有含锡石英脉,进而推测深部可能存在隐伏矿体。2014年地质调查项目实施的老矿山找矿项目,在矿山深部发现石英脉型锡钨锌铜钼矿体、隐爆角砾岩型锡铜锌矿体和浸染状锡锌铷铌钽矿体。其中,隐爆角砾岩型矿体位于岩体顶部外接触带,呈筒状,角砾成分为主要为黑云斜长片麻岩,胶结物以石英、黑钨矿和锡石为主;石英脉型矿体赋存于下古生界锡林郭勒杂岩和石炭纪石英闪长岩中,总体倾向北东,矿物组合为石英、锡石、闪锌矿和黑云母等;浸染状锡锌铷铌钽矿体赋存于云英岩化和天河石化的岩体顶部,矿物组合主要为锡石、闪锌矿和黑钨矿等。项目已初步查明矿体30余条,其中,1号矿体为主矿体,长大于700米、宽大于300米,总体呈舒缓波状;矿体厚度(视厚)平均5.15米,Sn品位平均为0.89%;共提交锡金属量8.1万吨(333及以上),实现了大兴安岭南段锡矿找矿的重大突破。

     

    矿床三维空间结构模型示意图

    大兴安岭南段是我国重要的铅锌、银、铜、锡多金属成矿带。按照成矿物质来源和矿床组合,区内划分出3个成矿带,其中林西-甘珠尔庙一带以锡多金属成矿作用为主,而锡林浩特-霍林郭勒地区则以银铅锌成矿作用为主。因此,长期以来,大兴安岭南段的锡矿找矿工作一直以林西-甘珠尔庙地区为重点,但多年来始终未取得较大突破。维拉斯托矿床位于以银铅锌成矿作用为主的锡林浩特-霍林郭勒地区,其与拜仁达坝矿床一起曾作为大型银铅锌矿床开展找矿勘查和科学研究工作。然而,此次维拉斯托矿床深部锡多金属矿体的发现,显示出传统的银铅锌成矿区巨大的锡矿找矿潜力。最近,Liu et al、祝新友等和Wang et al研究认为,维拉斯托矿床的银铅锌矿体和锡矿体是同一成矿系统的产物,并指出浅部为热液型脉状铅锌银矿,深部则可能存在岩浆热液型锡(钨)多金属矿。因此,维拉斯托矿床深部锡多金属矿的发现不仅改变了人们以往对大兴安岭南段锡、银、铅锌成矿规律的认识,而且将影响该区域今后的锡矿找矿勘查思路,意义重大。

    2. 四川拉拉铜矿

    四川拉拉铜矿田位于扬子准地台康滇地轴中段,属东西走向的金沙江断裂褶皱带与川滇攀西大裂谷南北向构造带的交接复合部位。拉拉铜矿是我国西南重要的大型铜矿,也是四川省最大铜矿生产基地。矿田内金属矿产以铜为主,次为铁、镍,伴生金属有银、金、钴、钼、铂、钯等。2012年以前,经勘查的主要矿床(点)42个,其中大型矿床1个、中型矿床4个,其余为小型矿床和矿点,已累计探明铜资源量130万吨,铁资源量2600万吨,镍资源量5万吨。2012-2014年,老矿山接替资源勘查项目在拉拉落凼铜矿南部红泥坡矿区勘查取得了重大突破,新增333+334铜资源量63.22万吨,实现重大找矿突破。

    拉拉地区铜矿矿体赋存于古元古界河口群火山沉积岩系中,具有明显的层控特征。但与以往拉拉地区铜矿均赋存在河口群中部火山沉积旋回落凼组地层中不同的是,本次发现的红泥坡铜矿体主要赋存在河口群上部火山沉积旋回长冲岩组上段,其主矿体东西最大延伸1950米,南北延伸2100米;矿体平均厚度为10.37米;Cu品位平均为1.36%。红泥坡铜矿矿石矿物有磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、辉钼矿、磁黄铁矿等;脉石矿物有钠长石、白云母、黑云母、钾长石、石英、铁白云石等。与典型的拉拉铜矿条带状矿石构造不同,红泥坡铜矿矿石构造以脉状、网脉状、角砾状为主。

    拉拉铜矿田是我国重要的铜矿集区,一直以来是研究的热点地区,众多学者对其进行了详细的研究并取得了丰富的成果。然而,由于矿床的复杂性,拉拉矿田的成因仍存在争议,目前主要的观点分为两类:一是一些学者根据其赋存于河口群落凼组海相火山岩中,矿体呈层状、似层状产出,矿石主要为块状、条带状构造,结合部分硫铅同位素数据显示成矿物质来自于河口群地层,据此认为矿床属于火山成因块状硫化物矿床(VMS),并认为成矿年龄与成岩年龄一致为16~17亿年,但拉拉铜矿目前较为可靠的辉钼矿Re-Os定年数据显示其可能的成矿年龄为10.86亿年,且该矿矿化元素仅有Cu和Fe,无Pb或Zn,显示其可能的VMS矿床成因证据仍显不足。

    ②也有学者认为其特征很类似IOCG矿床,其发育很强的钠长石化,出现大量的贫Ti磁铁矿,并富集Co、Au、P、F、REE等,而贫Pb、Zn;C-H-O-S同位素数据显示其岩浆热液来源,有部分成矿物质来自于地层;且根据辉钼矿的Re-Os同位素年龄得到其成矿年龄为10.86亿年,并与当时板内拉张环境密切相关。但与典型的IOCG相对比,落凼铜矿缺乏大范围分布的角砾状矿石,并且受断裂控制不明显,所以其可能的IOCG矿床成因也存在争议。红泥坡铜矿的发现及其揭示的矿床地质信息,为研究者研究拉拉铜矿田的成因机制提供了绝佳的契机,通过对其系统的解剖,有望最终确定拉拉铜矿田的矿床成因并建立找矿预测地质模型,进一步指明区域找矿方向。总之,红泥坡铜矿重大的找矿突破打开了拉拉地区广阔的找矿空间,新赋矿层位的发现明确了本地区下一步的找矿方向,并增强了矿山企业“拉拉外围找拉拉”的找矿信心,为川滇有色金属成矿带开展“拉拉式”铜矿找矿提供了可借鉴的成功经验。

    3. 江西相山铀矿

    江西相山铀矿田位于钦杭成矿带北东段,赣杭陆相火山岩铀成矿带西南端,德兴-遂川大断裂的南东侧,是我国重要的热液型铀矿田。以往对于相山铀矿田的研究工作主要侧重于铀的成矿作用机制和找矿预测等方面,且主要集中在矿田浅部。随着矿山深部找矿的实施,多个深孔均见到较好的铅锌铜等多金属矿化,且品位较高,已达综合利用价值。例如,钻孔CUSD3在孔深1095.4~1549.2米、1574.2~1577.5米分别见到铅锌铜矿化脉和铜多金属矿化脉。又如,钻孔ZK26-101在深部见约330米的铅、锌、银等多金属矿化,初步估算铅锌银矿资源量分别为Pb1.7万吨、Zn 0.88万吨、Ag76.2吨。地质特征显示,深部的铅锌银矿化主要赋存于流纹英安岩、碎斑熔岩及基底变质岩中,受断裂构造、岩层界面、火山塌陷构造复合控制;铜矿化主要分布于基底变质岩中。最新研究表明,相山铀矿田浅部的铀成矿作用与深部的铅锌铜成矿作用具有相同的成矿物质来源,属同一岩浆-热液成矿系统的产物。深部铅锌铜多金属矿化的发现构成了相山矿田上铀-中铅锌金-下铜的成矿空间模式,不仅加深了对矿田成矿规律的认识,拓展了深部找矿空间,而且开拓了区域找矿思路。

    4. 南京市梅山铁矿

    根据宁芜地区玢岩铁矿的成矿模式,梅山式铁矿为次火山岩体与火山岩接触带上下高温气液交代充填矿床和矿浆充填矿床,具透辉石-石榴子石-磷灰石-磁铁矿组合。近年来实施的梅山铁矿接替资源找矿项目中,在梅山铁矿层顶部硅化、黄铁矿化、碳酸盐化凝灰岩、沉积凝灰岩、凝灰角砾岩中发现了金矿体,同时这一层位也是梅山铁矿层顶部普遍存在的一个“近矿指示蚀变带”。据江苏省地矿局第一地质大队项目成果资料,ZK4101钻孔在392.2~407.8米处见到金处矿化15.6米,平均品位0.97克/吨;ZK4121钻孔在406.28~414.77米处见金矿层8.49米,平均品位1.88克/吨。初步估算新增333金矿资源量(金属量)2.85吨。

    宁芜地区铜金矿主要有铜井地区的铜井式铜矿,矿床类型均属火山-次火山热液型矿床。此类矿床的矿化与偏碱性、碱性火山活动有关,受区域构造裂隙或火山构造裂隙的控制。矿体一般呈脉状沿构造破碎带或破火山口构造成群出现,陡倾斜产出,与围岩界线清楚。矿石组合多为铜、金、多金属矿物与石英(重晶石、碳酸盐矿物)组合,并以中-低温热液充填型为主。典型矿床有铜井金铜矿(中型)、观山铜铅矿(小型)、谷里铜矿(小型)、金驹山金矿(小型)等。梅山铁矿矿体顶部层位发现的含金蚀变带与铁矿的密切关系可能反映铁矿和金矿是同一岩浆热液不同演化阶段形成的产物,当然目前也不能排除后期热液叠加成矿的可能。尽管目前对铁矿化和金矿化成生关系的认识还有待于进一步深化,但这一发现对宁芜地区玢岩铁矿的找矿不乏指导意义。

    5. 吉林夹皮沟金矿

    夹皮沟金矿位于华北克拉通北缘,是一座资源几近枯竭的危机矿山。该矿床虽有近200年的开采历史,但其成因却一直存在争议。前人曾先后提出过绿岩型、层控型、韧性剪切带型、变质热液型、岩浆热液型等多种成因模式,尤其以韧性剪切带型成因模式最为主要。近年来,随着老矿山接替资源找矿项目的开展,在夹皮沟矿床深部取得了重要突破。经钻孔验证,在夹皮沟矿床深部742~754.9米处见10米厚的细脉浸染型金矿体,平均金品位为2.2克/吨。钻孔编录结果显示,细脉浸染型金矿体主要产于隐伏的石英闪长岩体顶部接触带,矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等,脉石矿物主要为石英、方解石等。此外,在八家子南西的头道溜河地区,还发现了与闪长玢岩体有关的爆破角砾岩型金矿床。多种金矿化类型的新发现,不仅加深了对夹皮沟金矿矿床系统的认识,而且为区域深部找矿提供了新的思路和方向。

    对下一步深部找矿工作的建议 

    1.持续推进矿集区找矿预测工作

    老矿山是开展深部矿产资源勘查的理想场所,而矿集区是大中型矿山密集分布的地区。矿集区矿产地质调查程度和找矿预测直接关系到老矿山及其外围的深部找矿工作。然而,由于种种原因,许多矿集区尚缺乏系统的矿产地质调查及找矿预测,直接阻碍了深部找矿突破。矿集区找矿预测工作主要包括以下两方面内容——

    一是在1∶5万矿产地质调查、地球物理测量、地球化学测量、矿产及异常检查、典型矿床研究、资源潜力评价等工作的基础上,确定重点工作区开展找矿预测。在重点工作区开展大比例尺专项地质填图(含修测)、专项物探、专项化探、专项样品采集及深部钻探探查等工作,系统研究工作区内主要矿床类型的成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志,构建找矿预测综合信息模型,预测矿体赋存位置,评价资源潜力,提交预测资源量,引导后续勘查。

    二是围绕深部找矿预测需求,开展矿集区及老矿山“三位一体”(成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志)找矿预测理论与方法创新与示范,主要包括:1)成矿构造与成矿结构面研究方法与模式建立;2)开展矿床深部定量预测理论与方法研究;3)基于2DGIS/3D建模平台构建矿集区“成矿地质体-成矿构造与成矿结构面-成矿作用特征标志”找矿预测模型。

    2.进一步加强勘查区找矿预测理论与方法研究

    勘查区找矿预测理论方法体系的创建,首次提出成矿地质体、成矿结构面、成矿作用特征标志的概念,在实际使用中取得了良好效果,切实指导了深部找矿。但是,勘查区找矿预测理论目前仍不完善,需要在实际的应用过程中进行修正。

    一是要结合矿山深部和外围找矿的新发现,重新认识各类矿床的成矿规律、成矿系统的发育深度和不同类型矿床的分带、叠合规律。以深部找矿为目标,通过建立典型矿集区脉、层、块、体矿化样式组成的上下、左右多元空间矿床矿化系统结构模型,突出反映找矿信息,进而指导矿山深部和外围找矿工作。

    二是矿床模式的研究要从矿床的角度走向矿集区,从单个的矿床成矿模式发展为典型矿床成矿模式之间的组合模式,从构造体系控矿发展为构造成矿系列的阶段,这对于认识成矿系列控矿的规律,深入总结和认识矿床和矿集区成矿规律,提高对深部矿床成矿理论的认识和指导矿产资源勘查实现重大的突破具有重要意义。

    3.加强科技引领,推进新方法和新技术的研发应用

    从近年来矿山深部找矿的经验来看,重大成果的取得无一不是根据新现象,打破旧思维,结合实际情况进行理论、方法和技术创新的结果。科技创新无疑将对未来深部矿产资源勘查工作起到重要引领作用。因此,在开展深部找矿勘查工作的同时,还应重点研发和推广适合深部找矿的物化探等技术方法。

    一是继续贯彻“三深一土”国土资源科技创新战略,针对矿集区3000米以浅的地下空间,重点研发覆盖区探测技术和深部地质结构与成矿系统探测技术,开展覆盖区物质组成识别标志研究、矿集区深大剖面探测、深部成矿系统蚀变标志研究等工作,查明各类重要成矿要素在深部空间的分布特征,尤其重点探明与成矿有关地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用特征标志等关键成矿要素的空间展布规律和形态特征,建立符合矿集区深部找矿的地球物理和地球化学等技术的指标体系,构建矿集区深部地质三维结构模型。

    二是对成熟的新技术新方法进行推广应用。在科学分析矿集区地质条件的基础上,根据深部新发现,充分利用KGR抗干扰电法仪激电测深、大比例尺低飞航磁测量、井-地磁测反演技术、构造地球化学测量、1∶5万抗干扰电法扫面等先进技术方法,进行推广应用,总结出一套适合本地区寻找同类型矿床的物化探方法组合,进一步指导矿集区及外围深部勘探工程布置,开展深部矿产勘查示范。

    总之,深部找矿新发现进一步促进了深部成矿规律的认识,开拓了找矿思路,已成为持续推进矿产资源勘查“向深部进军”的强大动力。同时,深部找矿突破的实现,还需要系统的矿产地质调查、完善的找矿预测理论和先进的探测技术等作为强有力的支撑。

    深部找矿新发现及意义

    如果在当下,准确地定位马生明的研究领域,应归为勘查地球化学学科范围。但翻看他的履历,他从1984年12月毕业于长春地质学校,分配到物化探所工作至今。在工作过程中,他从未间断学习,从中专读到博士,跨越了找矿、地球化学、水资源等多个专业学科。这一路走来,从更多方向打开了他思考和解决问题的思路,让他获得了更多的成长机会和空间。

     

    马生明,1963年6月生,辽宁本溪人,中国共产党党员,教授级高工(二级),博士,博士生导师。他先后主持科技部科技支撑计划项目、国土资源部行业科研专项、地质矿产调查项目等20项,发表论文80余篇,获国土资源科学技术二等奖1项。30余年来,他结合国家需求和发展需要,潜心钻研,孜孜不倦,在环境地球化学异常形成机理、勘查区成矿潜力评价、覆盖区地球化学勘查等方面取得了创新性成果。

     

    提出“元素相关关系法”

     

    区域地球化学调查结果显示,城镇及其周边土壤中存在着重金属元素异常,引起社会和公众的普遍关注,也给地球化学科学家提出一系列问题——这些异常是怎样形成的?生态效应如何?需要地球化学家围绕土壤重金属元素异常查证和评价方法技术研究这一主题,同时针对目前环境地球化学调查和评价工作中亟待解决的问题,拓展思路,开创性地开展试验研究工作。

     

    在土壤垂直剖面上,异常通常表现为两种主要形式:表层累积型和连续型。表层累积型异常的组分基本来自于人类活动释放产物,至少部分Hg异常与辰砂矿物有关,此类辰砂矿物是在表生条件下通过土壤微生物的参与形成的,部分Cu、Pb、Zn、As等重金属元素异常与煤燃烧或矿石冶炼过程中产生的“微球粒”及磁铁矿、黄铁矿等有关。而连续型异常多为自然成因,以区域性Cd异常为代表,Cd含量与土壤中细粒级物质组成相关。

     

    马生明通过系统的试验研究,提出了确定环境地球化学异常组分基准值的方法“元素相关关系法”,即利用重金属元素与土壤中常量元素含量间的相关性,判断异常成因类型。由此判断,城镇周边土壤Hg异常与表生条件下生物作用形成的辰砂矿物有关。

     

    辰砂和“微球粒”等的发现,为城镇及其周边环境地球化学异常成因及其形成机理研究提供了新的思路,建立起了人类活动-大气污染-土壤污染间的成因联系,促进了环境地球化学、环境矿物学等领域的进步和发展。异常生态效应评价研究结果显示,异常组分存在形态是控制异常生态效应的根本因素。在此基础上,他研究制定了区域土壤生态地球化学评价标准,为土壤重金属异常生态效应评价提供了参考基准。

     

    同时,他根据辰砂和“微球粒”的发现提出,“当污染的土壤的重金属元素呈‘微球粒’存在时,并不会产生过多的危害。”他尝试着通过一些途径来验证。这也恰好印证了谢学锦院士曾在他的一片论文中提出的观点:在勘查地球化学发展史上另一个重大的转折点,是勘查地球化学今后的目标不仅是解决矿产资源问题,更要在环境监控、治理上做文章,不仅着眼于局部的矿山环境,更要着眼于全国乃至全球的环境生态系统调查。

     

    创新性提出多维异常体系

     

    勘查地球化学是通过对各种自然介质(如岩石、土壤、水系沉积物、湖积物、水、气体和植物等)中化学元素及其同位素的含量分布进行系统测量,并研究其空间分布特征、演化规律和迁移、富集变化规律,及其与各种地质过程、地质特征和区域成矿作用之间的关系,主要为区域地质找矿、成矿预测、基础地质研究提供基础地球化学资料。

     

    上个世纪70~80年代,这个学科发展了一些较完善的地球化学勘查程序。它们的基本思路是:运用高效率的地球化学勘查方法,在广大面积内进行广泛的勘查,缩小找矿靶区,然后用效率较低、但能较精确圈定矿化范围的方法开展工作。这种做法可以用尽可能少的人力、物力和时间,找到有经济价值的矿床。

     

    从2006年开始,为了更好地服务深部找矿需求,马生明带领他的团队,以拓展地球化学勘查指标为主线,在40余个(实验区)矿床上系统开展了元素富集贫化特征、富集贫化规律、异常分布状况和控矿地球化学条件等研究。

     

    通过研究,马生明发现,在热液成因有色金属成矿系统中,存在着多属性地球化学异常,既有微量元素,也有常量元素,甚至还有同位素;既有成矿元素、成矿伴生元素,又有矿化剂元素;既有亲石分散元素、稀有元素,还有稀土元素;既有正异常,又有负异常,成矿信息极其丰富。由此拓展了地球化学勘查指标类型。通过系统梳理、集成、概括上述不同属性地球化学异常的成矿指示作用,他将此创新性地提升为深部矿预测地球化学勘查应用基础理论,即“多维异常体系”。

     

    “根据现有研究成果,多维异常体系包括元素负异常、矿化剂元素(S)异常、矿化剂元素(S)与Fe和成矿元素协同平衡、成矿与伴生元素异常、惰性组分等异常体系。”马生明介绍说。

     

    其实,要理解这个复杂的理论融合后的研究结果,或许可以通俗解释为,其中既包含了成矿的时间定位,也包含成矿的空间定位。其中每种属性的异常,都是由一系列具有内在联系的单元素异常构成。

     

    试验案例证实,在多维异常体系理论指导下,围绕勘查区或已知矿深部“是否具备成矿可能、如果具备成矿可能矿体赋存在哪、怎么找”等地质找矿中最关键的核心问题,从成矿前提、成矿强度、成矿物质、成矿机制和成矿环境等多个层面获取地球化学信息,递进地评价勘查区成矿潜力,预测找矿方向,达到提高预测可靠性和准确性的目的。

     

    多维异常体系理论,系统探讨了矿床中各属性异常体系的空间分布特点及其成矿指示作用,构建了试验矿床矿致异常结构模式。以异常结构模型为核心,提出了深部矿地球化学勘查方法技术;根据元素的带出、带入特征及其迁移量的空间变化规律,探讨元素迁移方向即热液流动的方向,进而指示找矿方向。

     

    多维异常体系理论与方法的提出,开启了地球化学勘查新模式。更直观地说,就是能够更快更好地指导找矿。

     

    目前,利用元素负异常界定热液成矿系统边界、利用S含量及其异常判断勘查区成矿强度和成矿前景等实用型技术正在经历实践检验。

     

    引进研发土壤热磁组分测量方法

     

    运积物覆盖区矿产勘查是世界矿产勘查界急需突破的瓶颈,在这种背景下,运积物覆盖区地球化学勘查理论方法创新成为研究的热点和前沿,土壤热磁组分测量方法应运而生。

     

    土壤热磁组分测量最初是由前苏联A.H.波戈留波夫等人在上世纪70年代提出的。

     

    在土壤物质组成成分中,普遍存在着一种非晶质铁锰(氢)氧化物,这种物质与成矿指示元素关系密切,而且这种物质有一个特性,就是经过热处理后可以转变为具有较强磁性的晶质铁锰氧化物,比磁化系数大为提高,利用磁选方法就可以将晶质化的铁锰氧化物从土壤中分离出来,成矿指示元素也同时被分离出来。对其进行分析测试,可明显提高地球化学异常衬度,达到强化矿化异常信息的目的。这也恰恰是土壤热磁组分测量方法的基本原理。

     

    2007年,该方法被马生明引进并开展系统试验研究。马生明在河北北部半干旱低山、内蒙古东部半干旱草原、新疆东部干旱戈壁荒漠、青海柴达木南缘干旱盆地等景观区进行示范研究。结果表明,土壤热磁组分测量将覆盖层中的Cu、Pb、Zn、Ag、Cd、As、Sb、W、Mo等元素的异常强度提高一倍以上,而且异常稳定重现,显示出该方法广泛的适用性和有效性。

     

    青海野马泉试验区冲洪积层厚度大于100米,土壤热磁组分测量在已知勘查区内异常明显,证明了方法的有效性,同时在勘查区外围发现了范围和强度更大的多元素组合异常,为进一步的勘查工作指明了方向。土壤热磁组分测量方法有效推进了覆盖区找矿难题的破解。

     

    历经十余年的发展和积淀,在马生明的带领下,物化探所已经构建起稳定的矿产勘查地球化学理论方法研究团队,培养博士4人,硕士17人,为后备地质人才培养做出了应有贡献。



    用勘查地球化学理念解决资源环境问题


      马生明,1963年6月生,辽宁本溪人,中国共产党党员,教授级高工(二级),博士,博士生导师。1984年12月毕业于长春地质学校,分配到物化探所工作至今。主持科技部科技支撑计划项目、国土资源部行业科研专项、地质矿产调查项目等20项,发表论文80余篇,其中第一作者或通讯作者SCI、EI论文7篇,合著专著2部。获国土资源科学技术二等奖1次。

      经过30余年科研实践,结合国家需求和勘查地球化学学科发展需要,潜心专研,孜孜不倦,在环境地球化学异常形成机理、勘查区成矿潜力评价、覆盖区地球化学勘查等方面,取得了创新性成果。

      1.提出了确定环境地球化学异常组分基准值的方法-元素相关关系法,首次发现城镇周边土壤Hg异常与表生条件下生物作用形成的辰砂矿物有关

      区域地球化学调查结果显示,城镇及其周边土壤中存在着重金属元素异常。这些异常是怎样形成的,生态效应如何,引起社会和公众的普遍关注。围绕土壤重金属元素异常查证和评价方法技术研究这一主题,同时针对目前环境地球化学调查和评价工作中亟待解决和存在的某些悬而未决的问题,拓展思路,开创性地开展试验研究工作。

      通过系统的试验研究,提出了“元素相关关系法”,即利用重金属元素与土壤中常量元素含量间的相关性判断异常成因类型。在土壤垂直剖面上,异常通常表现为两种主要形式:表层累积型和连续型。表层累积型异常的异常组分基本来自人类活动释放产物,至少部分Hg异常与辰砂矿物有关,此类辰砂矿物是在表生条件下通过土壤微生物的参与形成的,部分Cu、Pb、Zn、As等重金属元素异常与煤燃烧或矿石冶炼过程中产生的“微球粒”及磁铁矿、黄铁矿等有关。连续型异常多为自然成因,以区域性Cd异常为代表,Cd含量与土壤中细粒级物质组成相关。

      辰砂和“微球粒”等的发现,给城镇及其周边环境地球化学异常成因及其形成机理研究注入了新的思路,建立起了人类活动-大气污染-土壤污染间的成因联系,促进了环境地球化学、环境矿物学等领域科学进步和发展。异常生态效应评价研究结果显示,异常组分存在形态是控制异常生态效应的根本因素。在此基础上研究制定了区域土壤生态地球化学评价标准,为土壤重金属异常生态效应评价提供了参考基准。

      2. 拓展了地球化学勘查指标类型,创新性提出深部矿预测地球化学勘查应用基础理论-多维异常体系,制定了深部矿勘查方法技术

      从2006年开始,为了更好地服务深部找矿需求,以拓展地球化学勘查指标为主线,在40余个矿床上系统开展了元素富集贫化特征、富集贫化规律、异常分布状况和控矿地球化学条件等研究,发现在热液成因有色金属成矿系统中,存在着多属性地球化学异常,既有微量元素,也有常量元素,甚至还有同位素;既有成矿元素、成矿伴生元素,又有矿化剂元素;既有亲石分散元素、稀有元素,还有稀土元素;既有正异常,又有负异常,成矿信息极其丰富。由此拓展了地球化学勘查指标类型。

      系统梳理、集成、概括上述不同属性地球化学异常的成矿指示作用,创新性地提升为深部矿预测地球化学勘查应用基础理论,定义为多维异常体系。多维既表征特定地质时期形成的矿致异常空间产出状态(时间+空间),又表征矿致异常由多属性异常构成,异常体系是指每种属性的异常由一系列具有内在联系的单元素异常构成。根据现有研究成果,多维异常体系包括元素负异常、矿化剂元素(S)异常、矿化剂元素(S)与Fe和成矿元素协同平衡、成矿与伴生元素异常、惰性组分等异常体系。试验案例证实,在多维异常体系理论指导下,围绕勘查区或已知矿深部“是否具备成矿可能、如果具备成矿可能矿体赋存在哪、怎么找”等地质找矿中最关注的核心问题,从成矿前提、成矿强度、成矿物质、成矿机制和成矿环境等多个层面获取地球化学信息,递进地评价勘查区成矿潜力,预测找矿方向,达到提高预测可靠性和准确性的目的。

      在多维异常体系理论指导下,系统探讨了矿床中各属性异常体系的空间分布特点及其成矿指示作用,在此基础上构建了试验矿床矿致异常结构模式。以异常结构模型为核心,提出了深部矿地球化学勘查方法技术。在方法技术中,引入惰性组分质量守恒原理及相应的元素迁移量计算方法,将试验样品中元素含量转变为原岩-蚀变岩系统中元素的迁移量,根据元素的带出、带入特征及其迁移量的空间变化规律,探讨元素迁移方向即热液流动的方向,进而指示找矿方向。

      多维异常体系理论与方法的提出,开启了地球化学勘查新模式。目前,利用元素负异常界定热液成矿系统边界、利用S含量及其异常判断勘查区成矿强度和成矿前景等实用型技术正在经历实践检验。

      3. 引进研发了土壤热磁组分测量方法,为破解运积物覆盖区地球化学勘查难题提供了技术支持

      运积物覆盖区矿产勘查是世界矿产勘查界亟需突破的瓶颈,在这种背景下,运积物覆盖区地球化学勘查理论方法创新成为研究的热点和前沿,土壤热磁组分测量方法应运而生。土壤热磁组分测量最初由(前)苏联A.H.波戈留波夫等人在上世纪70年代提出,其原理是在土壤物质组成成分中,普遍存在着一种非晶质铁锰(氢)氧化物物质,这种物质与成矿指示元素关系密切,而且这种物质有一个特性,就是经过热处理后可以转变为具有较强磁性的晶质铁锰氧化物,比磁化系数大为提高,利用磁选方法就可以将晶质化的铁锰氧化物从土壤中分离出来,与此同时,成矿指示元素也被一同分离出来,在进行分析测试,就可明显提高地球化学异常衬度,达到强化矿化异常信息的目的。

      2007年,该方法被引进并开展系统试验研究。河北北部半干旱低山、内蒙古东部半干旱草原、新疆东部干旱戈壁荒漠、青海柴达木南缘干旱盆地等景观区示范结果表明,土壤热磁组分测量将覆盖层中Cu、Pb、Zn、Ag、Cd、As、Sb、W、Mo等元素异常强度提高1倍以上,而且异常稳定重现,显示出该方法广泛的适用性和有效性。青海野马泉试验区冲洪积层厚度大于100m,土壤热磁组分测量在已知勘查区内异常明显,证明了方法的有效性,同时在勘查区外围发现了范围和强度更大的多元素组合异常,为进一步的勘查工作指明了方向。

      4. 构建起稳定的矿产勘查地球化学理论方法研究团队

      历经十余年的发展和积淀,以马生明研究员为带头人,物化探所已经构建起稳定的矿产勘查地球化学理论方法研究团队。当前,根据地调局业务调整的需要,该团队以承担的矿产地质调查二级项目为平台,将勘查地球化学理论方法进展应用于矿产地质调查中,促进科技进步与生产实践的深度融合,在提高矿产地质调查水平的同时,深化勘查地球化学理论方法研究,实现调查研究一体化。在此进程中,致力锤炼和培养一支综合型调查研究团队。除自身团队建设稳步推进以外,十年来培养博士4人,硕士17人,为后备地质人才培养做出了应有贡献。



    马生明

    杨经绥,岩石大地构造学家。中国地质科学院地质研究所研究员。1950年6月生于浙江省杭州市,籍贯浙江余杭。1977年毕业于长春地质学院地质勘探系,1992年毕业于加拿大达霍西(Dalhousie)大学获博士学位。国土资源部大陆动力学重点实验室主任,博士生导师,加拿大Dalhousie大学地质学博士,中国大陆科学钻探工程项目(CCSD)总地质师和国际大陆科学钻探委员会(ICDP)专家组成员,中国地质学会岩石专业委员会主任和中国矿物岩石地球化学学会常务理事。长期从事岩石学结合大地构造学的研究,重点研究青藏高原地体边界、中央碰撞造山带的超高压变质岩石及地幔矿物和地幔动力学。

    首先在青藏高原北部柴北缘鱼卡发现榴辉岩,在柴北缘都兰发现榴辉岩和含柯石英片麻岩,建立了中国西部一条长350 km的早古生代超高压变质带,该发现开辟了我国西部超高压变质岩研究的新热点。2002年在东秦岭北带秦岭群的榴辉岩和片麻岩的锆石中发现微粒金刚石,据此在中国中部确定一条新的早古生代超高压变质带。秦岭超高压变质带的发现,为中国西部的超高压变质带延至东秦岭提供了关键科学证据。据此杨经绥等提出沿中央造山带存在4000 km长的早古生代和印支两期超高压变质作用事件的巨型超高压变质带的大思路。在国内外引起了很大反响,柴北缘和东秦岭两条超高压变质带已被国际超高压权威标注在新的全球超高压变质带分布图上,为推进超高压变质带研究和中国重大关键构造问题解决做出重要贡献。

    杨经绥在青藏高原研究中,建立东-西昆仑阿尼玛卿和库地蛇绿岩的古特提斯板块体制,建立青藏高原北部基本构造格架;对比祁连-阿尔金地体南北早古生代双俯冲带及西藏雅鲁藏布江和喜马拉雅双俯冲带,提出板块双俯冲作用的机制;提出东昆仑德尔尼Cu-Co矿床的海底热液成因等方面做出创新性成果。

    在西藏罗布莎蛇绿岩的铬铁矿中首次发现柯石英、蓝晶石和硅金红石等超高压矿物;在中国大陆科学钻探工程主孔的超基性岩中发现具有球状外形的Fe-FeO-Fe3O4特殊矿物组合,这些特殊矿物的发现深化了地幔矿物学和地幔动力学的研究。

    负责和参加了十余项国家级、部级和国际合作项目,多次在国际会议上担任召集人和做特邀报告,也多次组织了国内和国际会议。发表论文100余篇,获科协优秀论文奖和国土资源部科技二等奖第一名。2003年获中央组织部、人事部、宣传部、教育部、统战部、科学技术部六部委颁发的《留学回国人员成就奖》。

     
    杨经绥