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    在新一轮找矿突破战略行动中,中国地质科学院(以下简称“地科院”)充分发挥其在地球物理探测技术领域的技术积淀与创新优势,以三维激电探测技术为利刃,在全国多个重点成矿区带取得显著找矿成果,为保障国家能源资源安全提供了坚实力量。

    近年来,地科院科研团队在三维激电探测技术研究方面取得丰硕成果。获国内外多项专利授权,涵盖三维激电测量装置、数据采集与处理方法等多个关键环节;成功登记一系列软件著作权,如三维激电数据处理软件等,极大地提升三维激电探测数据的处理效率与解释精度;同时,发表多篇高水平学术论文,深入剖析三维激电方法的理论基础、数据处理方法及地质解释模型,为该技术的广泛应用提供了坚实的理论支撑。

    团队获得的三维激电方法技术发明专利证书 

    (左:南非发明专利;中:国内发明专利;右:美国发明专利) 

     

    团队取得的三维激电方法技术软件著作权 

    团队发表的三维激电方法技术部分相关文章

    此外,地科院在硬件设备储备上同样优势显著。目前,已配备超过 150 台全波形分布式三维激电接收机,是全国该型号设备保有量最大的机构。这一庞大的设备储备,为开展大规模、高精度的三维激电探测工作提供了坚实的硬件支撑,有力支持深地探测重点实验室各项目任务,从容应对不同区域、不同规模的勘查需求,为技术持续应用和创新提供了强力保障。

    凭借先进的三维激电探测技术,目前地科院项目团队已承接新疆、宁夏、内蒙古和黑龙江等多地的金属矿地球物理探测勘查工作,项目总额超过400万元。在新疆某重点成矿带开展勘查中,通过三维激电探测,精准圈定了具有重要找矿潜力的异常区域;在某铜多金属矿勘查项目中,依据三维激电数据构建的地下地质模型,清晰揭示了深部矿体的空间分布形态与赋存规律。经对比钻探验证,成功发现了地下隐伏的脉状金矿体,显著提升了该地区的资源储量规模与找矿潜力。

    某金矿三维激电探测反演综合图

    在宁夏,聚焦中卫北山地区金属矿勘查,团队利用三维激电探测技术,有效识别出矿区回填物覆盖层下部物探异常,为后续地质调查与找矿工作指明了方向,大大提高了找矿工作的针对性与成功率;在内蒙古,团队深入大兴安岭北段等重点区域开展勘查作业,借助三维激电探测技术准确获取深部地质体的电性信息,成功圈定多个与铜钼矿相关的异常靶区;在黑龙江,团队针对黑河三道湾子金矿开展了详细的地球物理探测工作,通过三维激电探测,对主体构造与深部岩体分布形态进行大体了解,有待对极化率信息及关键示矿信息的地质意义及信息提取进行深入研究。在此基础上,团队还成功预测多个潜在矿体分布区域,为进一步扩大矿区资源储量提供了有力依据。

     

      

    黑龙江三道湾子金矿三维激电反演解释图(上)和综合剖面图(下)

    地科院三维激电探测技术在新一轮找矿突破战略行动中的卓越表现,不仅展示了地球物理技术在深部资源勘查中的强大威力,也为我国矿产资源勘查工作提供了全新的技术思路与方法范式。未来,地科院将继续加大在地球物理探测技术领域的研发投入,不断优化三维激电探测技术体系,为推动我国找矿突破战略行动持续深入开展、实现深部找矿重大突破贡献更多智慧与力量。

     

    地科院三维激电探测技术赋能新一轮找矿突破战略行动

         12月17日,在国土资源部机关召开了2013年海域天然气水合物勘探成果新闻发布会,宣布在我国珠江口盆地东部海域首次探获了高纯度新类型天然气水合物。

         据悉,2013年6月至9月,我国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。天然气水合物赋存于水深600-1100米的海底以下220米以内的两个矿层中,上层厚度15米,下层厚度30米,自然产状呈层状、块状、结核状、脉状等多种类型,肉眼可辨。岩芯中天然气水合物含矿率平均为45%—55%;其中天然气水合物样品中甲烷含量最高达到99%。通过实施23口钻探井,控制天然气水合物分布面积55平方公里,将天然气水合物折算成天然气,控制储量1000-1500亿立方米,相当于特大型常规天然气规模。

         我国天然气水合物资源调查与评价工作起步晚、起点低,经历了艰苦的探索历程。1995年起原地质矿产部开始天然气水合物前期研究,1999年在国家发展改革委、财政部等部门的大力支持下,国土资源部正式启动天然气水合物资源调查,整合了国内各方面优势力量,做了大量的基础性、探索性工作。截至目前,国土资源部中国地质调查局在珠江口盆地开展天然气水合物综合调查40个航次,完成高分辨率多道地震测量45800公里、多波束测量36800公里、浅地层剖面测量7100公里、海底地质取样1480个站位、海底热流测量222个站位等调查工作。

         经过十多年的艰苦调查和研究工作,逐步探索出一套适合我国海域特点的天然气水合物资源综合勘查技术体系,自主研发了高分辨率多道地震与海底地震联合目标探测、海底微地貌和热流探测、海底原位孔隙水取样等关键技术,系统总结了天然气水合物控制因素与成藏模式,创建了准被动大陆边缘天然气水合物复式成藏理论。在综合研究成果的支撑下,发现了大量的天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学及生物等异常标志,圈定了天然气水合物资源远景区、成矿有利区,确定了钻探目标,为我国海域天然气水合物资源勘查与评价提供了有力的理论指导和技术保障。

         2013年,中国地质调查局所属广州海洋地质调查局在珠江口盆地东部海域首次实施三个航段的钻探,共计102天。我国有5个单位26位科技人员部署现场作业、制定取芯计划、检测分析样品等工作。期间克服多次台风袭击等恶劣海况,通过利用世界先进的深潜器、随钻测井、保压取芯、现场测试等技术,实现了600-1100米水深条件下的钻孔精确定位、随钻监控、锁定目标、获取样品。

         第一航段,完成了10个站位10口先导孔的随钻测井,测井进尺2198米,获取了温度、电阻率等综合测井数据。其中4口测井存在明显的天然气水合物异常特征,为后续钻探取芯确定了目标站位与目的层位。

         第二航段,完成了4个站位8口井的取芯任务,获取了多种类型的天然气水合物可视实物样品,确定了天然气水合物矿体的分布范围,获得天然气水合物折算成天然气的控制储量。

         此次发现的最大特点是,在同一矿区具有多种类型、多层位富集的天然气水合物,且矿层厚度大、含矿率高、甲烷纯度高,目前在国际上实属罕见。

         第三航段,完成了3个站位电缆测井、2个孔的全取芯工作,为深入开展天然气水合物成藏机理研究和资源评价提供了丰富的资料。

    我国首次钻获高纯度新类型天然气水合物

    ●关键矿产之所以关键,是由于它们在高科技领域的广泛应用。随着社会进步和经济发展,各国对关键矿产的需求在不断增加,甚至可以说是急剧攀升。国际上,关键矿产并无统一、严格的定义,各国各机构一般根据经济重要性和供应风险等因素确定。

    ●各主要国家针对矿产资源,尤其是战略性新兴产业所需关键矿产纷纷制定并发布战略报告。西方主要经济体厘定的关键矿产清单具有高度耦合性、大多数关键矿产以共伴生矿产形式产出。

    ●从世界供需形势、我国矿产资源探明储量和资源禀赋特点入手,关键矿产可划分为主导型、技术和条件制约型、市场制约型和资源短缺型四类。

    ●我国应提升主导型关键矿产的国际话语权,加强短缺型关键矿产勘查,加大开采和冶炼技术研发,延伸产业链并研发高精尖高附加值新材料。

    国外关键矿产清单对比

    美国、欧盟、英国等主要国家和地区在全球经济贸易版图中占据主导地位,近年都相继发布了关键矿产战略或清单。

    美国

    美国着眼于国家发展对于矿产资源的需求,早在20世纪70年代中期,曾发布《国家安全研究备忘录设立的特别小组:关键进口材料》研究报告,其中就将铝土矿、铬和铂等矿产列为关键矿产。2008年,随着战略性新兴产业的快速发展,美国又开始了新一轮的关键矿产研究,美国能源部、美国国防研究所、美国国家研究理事会等机构都分别发布了关键矿产研究报告。

    近年来,逆全球化趋势加剧,2017年,美国政府签署了《保障关键矿产安全可靠供应的联邦战略》行政令,强调保障美国关键矿产的稳定供给。2018年2月,美国内政部发布《关键矿产清单》(草案),列出了美国对外依存度高,且对美经济发展和国家安全至关重要的35种关键矿产。清单内容包括关键矿产品在美国的主要应用部门、最大生产国、最大供应国以及典型应用实例。2019年6月,美国商务部发布名为《确保关键矿产安全可靠供应的联邦战略》的报告,从科技研发、保障供应链安全、国际贸易、地质调查、矿业政策和人力资源等方面,提出了保障关键矿产供应的61项具体措施。

    近年来,美国不仅加大力度在本国,甚至全球开展稀土资源的找矿勘查,而且与澳大利亚联合成立稀土矿业公司,试图快速攻克稀土元素分离的科技问题,但这些行动仍然需要较长时间才能见到效果。

    欧盟

    鉴于关键矿产对于欧盟制造业的战略重要性,欧盟于2008年启动了《原材料倡议》,关键矿产清单制定就是该倡议的一项重要成果,目的在于保障欧盟关键矿产的安全、可持续、可获得的供应。到目前为止,欧盟关键矿产清单共更新了3版,关键矿产种类数量从2011年的14种一直增加到2017年的27种,清单内容更为详尽,包括欧盟关键矿产主要生产国及占比、欧盟主要进口国及占比、欧盟供应来源及占比、进口依存度及替代指数、生命周期结束回收率(指废旧金属回收量与欧盟需求量的比值)等。

    欧盟主要从供应风险和经济重要性等两个维度确定其关键矿产种类,其关键矿产清单主要为欧盟在贸易、创新和工业等方面的战略和政策制定提供参考和依据,以加强欧盟工业的竞争力。欧盟关键矿产清单每3年更新一次,以反映出生产和市场的变化以及技术研发的进步。

    英国

    英国曾于2011年和2012年发布了风险矿产清单,2015年更新了清单,是目前英国最新的风险矿产清单,共41种矿产/矿产组。与美国和欧盟不同,英国的风险矿产清单仅从供应风险指数的单一维度评价。英国认为,由于一些矿产的储量和生产高度集中,这些矿产可能受到地缘政治、资源民族主义、矿工罢工、自然灾害和基础设施可用性等导致的供应中断,进而给国家经济和国防安全带来重要影响。值得指出的是,英国所列出的铜、铅、锌、金、铁、钼和铝等在国际上通常不属于关键矿产,仅英国在这些矿产的供给方面存在风险。

    通过对美国、欧盟和英国等西方发达国家和地区关键矿产战略及其所列清单的初步分析,可以发现以下特点:

    西方主要经济体关键矿产清单具有高度耦合性

    虽然美国、欧盟、英国等国家和地区在进行矿产资源关键性评价时所采用的方法各不相同,但他们的结果却具有高度耦合性,对于某一国家较为关键的矿产,对于其他国家同样较为关键。这背后反映出发达经济体对新一轮工业革命中诞生的战略性新兴产业和高新技术产业的高度认同,而这些产业同样是我国未来崛起的重要支柱性产业。

    美国、欧盟和英国的关键矿产清单具有较高的重合性,在50种关键矿产中有16种被3个国家和地区同时认定为关键矿产,占32%;有15种同时被两个国家或地区认定为关键矿产,占30%。

    由36个市场经济国家组成的政府间国际经济组织——经济合作与发展组织的一份报告,研究了不同国家和地区之间关键矿产的关联度。从中可以看出,对于美国经济越重要的关键矿产,对于除美国之外的经合组织国家同样越重要,这里只有一个例外就是重晶石,对美国的经济重要性明显高于对其他经合组织国家的经济重要性,主要是由于重晶石大量应用于美国的石油工业。而对于欧盟经济越重要的关键矿产,对于经合组织国家同样越重要,由于相同的原因,重晶石是一个例外。

    西方主要经济体关键矿产来源分析

    梳理美国、欧盟、英国等国家关键矿产清单可以看出,其主要生产国和主要进口来源国有一半甚至一半以上都是我国。其中,美国35种关键矿产中,13种关键矿产的最大供应国是我国,占比达到了37%;我国还是19种关键矿产的最大生产国,占比超过50%。虽然从1993年以来,美国开始多元化矿产资源进口,但我国仍然是其矿产品进口的重要来源国。英国2015风险矿产清单显示,我国在其所列矿产的生产上占据主导地位,41种矿产中我国是23种矿产的全球最大生产国,占比超过50%。

    在欧盟,从大多数关键矿产全球供应的角度来看,我国是最具影响力的国家。如:稀土元素、镁、钨、锑、镓和锗等21种关键矿产的最大来源国是我国,占比超过50%;其中,锑、镁、铋等矿产的我国进口份额超过80%。

    大多数关键矿产以共伴生矿产的形式产出

    西方主要经济体矿产清单显示,仅有个别关键矿产通常作为主要矿产品开采(包括铂族金属、锑、锂和钨矿等),其他关键矿产大多属于共生和伴生矿产,往往作为副产品开采回收。如:从铁矿开采中回收稀土元素、在锡矿开采中回收铟、从铜镍矿开采中回收钴、从铅锌矿开采和煤矿燃烧中回收锗、镉和铊。

    从清单来看,每类矿产都是一类元素共伴生组合,最内核的主要矿产的外围是伴生矿产。例如:与锌矿伴生的主要有镉和铟(75%~100%)、锗(50%~75%)、银(25%~50%)、镓、锡、铜和金(0~25%)。

    我国关键矿产类型分析

    西方国家厘定的关键矿产与我国以往称呼的三稀矿产(稀有、稀土和稀散矿产)以及后来称呼的战略新兴矿产具有很大的耦合性。我国是关键矿产大国,除了个别矿产外大多数资源丰富,产量较大。从世界供需形势、我国矿产资源探明储量和资源禀赋特点入手,关键矿产可划分为主导型、技术和条件制约型、市场制约型和资源短缺型四类。

    主导型

    我国该类型矿产的储量和产量通常居于世界前三位,属于我国的优势矿产,能够满足国内需求,在国际上也处于主导优势,甚至一些矿产在一定程度上可以影响国际市场。这类主导型矿产主要有锗、铟、重稀土、轻稀土、钨、天然石墨、锑、镁、镓、钒、铋、重晶石、萤石、钪、钛、锶、砷、碲、汞、镉、氟、钡。据相关数据统计,2018年我国稀土储量4400万吨,占全球的36.7%,更为重要的是,我国拥有完整的产业链。稀土提炼需要经过开采、提纯和还原三个步骤,我国几乎掌握全部核心技术。设备方面,稀土资源相关生产线和大型设备的厂家基本都在我国,几乎全世界所有的稀土加工都是由我国完成。

    技术和条件制约型

    关键矿产在我国储量较大,但因技术和其他条件制约回收利用率较低,导致产量较小,主要有锂、锡、铷、铍、铌和锰。

    我国盐湖卤水型锂资源丰富,这类型锂矿分别占我国锂资源储量和查明资源储量的89.8%和85.1%,但是普遍具有较高的镁锂比值,开采和提取难度大。

    另外,我国硬岩锂(即伟晶岩型锂辉石矿)资源丰富,找矿潜力大,尤其近年在川西甲基卡一带和西昆仑大红柳滩探明多个超大型矿床。但由于这些矿产地处偏僻,交通困难,电力不足,近期难以大规模开采。

    我国曾经是锡资源大国,但由于经济社会的快速发展,目前需要从国外进口30%。值得指出的是,在我国已探明锡资源中,约有100多万吨由于锡石超细粒度和赋存状态等问题,尚未回收利用,包括湖南省柿竹园矿床40万吨、内蒙古黄岗矿床46万吨和大顶17万吨。

    我国已探明铷资源量巨大,但绝大多数是天河石型,提取和回收利用难。尽管在广东省河源地区新发现以云母为赋存矿物的大型铷矿,但品位低。

    铍是我国长期依赖从美国进口的矿产。其实,我国并不缺少铍矿,仅在湖南省柿竹园和香花岭两个矿区拥有含铍矿物数十种,铍资源丰富,亟待厘定资源量,创新选矿和提取技术,保障有效开发利用。

    此外,白云鄂博是全球第二大铌矿床,迄今尚未综合利用。我国锰矿相对丰富,尤其在贵州—湖南—重庆毗邻区探明近10万吨锰,但大规模开发难度不小。

    市场制约型

    该类型矿产在我国储量较大,但是由于较高的开发成本和市场需求极其有限,造成大量矿产资源难以开发利用。

    市场制约型矿产主要包括铼、镓、钪、碲等稀散矿产资源。以铼为例,主要作为钼矿的副产品回收利用,国家公布的保有储量237吨。我国潜在铼资源量丰富,而我国目前每年消耗仅10吨左右。正是由于市场规模较小,绝大多数企业不回收铼,以至于造成巨大的资源浪费。

    资源短缺型

    该类型矿产在我国没有足够的资源储量,需要从国外进口,主要包括镍、钴、铂族元素和铬等矿产。

    关于关键矿产管理的思考

    关键矿产之所以关键,是由于它们在高科技领域的广泛应用。随着社会进步和经济发展,各国对关键矿产的需求在不断增加,甚至可以说是急剧攀升。鉴于目前国内外形势,提出以下思考:

    强化宏观管理力度,提升主导型关键矿产的国际话语权

    主导型关键矿产是中国的巨大财富,可以为中国科技和军事现代化提供关键材料,政府应当加强宏观管理力度,全面提升对此类矿产的治理能力。对于稀散金属等小矿种应该通过合理的国家储备和减免税收等政策,拉动企业有效回收资源。对外销售矿产品以及相关的不同类型衍生材料,国家应当建立统一标准和价格,防止国内企业相互压价,廉价销售,以此提高中国此类关键矿产的国际话语权。

    加强短缺型关键矿产勘查,充分利用两种资源和两个市场

    利用两种资源和两个市场是世界各国发展的必由之路。作为一个发展中大国,中国必须系统化常态化开展短缺型关键矿产资源潜力评价,发现和探明新资源。例如:在大兴安岭南段脉状银铅锌矿与锡矿为同一成矿系统,与南美玻利维亚锡矿带具有类似性,找矿潜力巨大,在该地区开展系统研究和勘查,有望发现一批锡矿资源,满足中国发展的需求。中国尚未发现富含钴的砂岩型铜矿,绝大多数铬、镍和钴矿都与基性—超基性岩浆作用有关。而在中国地质历史过程中,曾经历过不同时代的洋陆转换、大洋开裂、俯冲、岛弧拼贴和大陆碰撞等地质事件,发育有几十条不同时代的基性—超基性岩带,通过地质调查、系统研究和找矿勘查,查明资源潜力,有望发现和探明这些短缺型关键矿产。

    加大开采和冶炼技术研发,提高资源利用率

    中国矿产资源禀赋特点之一就是共伴生矿产多,选冶难度大,绝大多数关键矿产尤为突出。尽管中国的选冶技术在许多方面处于国际先进甚至领先地位,但仍然有很大提升空间。例如:上述难选冶锡矿和天河石中的铷,高镁锂比值盐湖锂资源。对于难选冶的固体矿产,首先必须深入开展矿物学研究,查明物质组分,了解赋存状态,为开发和选冶提供坚实的基础。针对一些难点问题,应当加强基础矿物学研究,破解难选冶资源的分离和选冶技术,充分利用已探明的资源,变废为宝。

    延伸产业链,研发高精尖高附加值新材料

    尽管中国大多数关键矿产丰富,并具有资源优势和初中级材料加工能力,但在高端材料和新型材料研发方面仍然薄弱。当前,中国正处于产业结构调整和转型时期,强化创新,研发核心技术,驱动快速发展是新时代的重要任务。鉴于此,应当充分开发关键矿产新性能,研发出应用于航空航天、军事、交通和通信等领域的新材料,推动中国战略性新兴产业快速发展。

    (作者单位:中国地质调查局中国地质科学院资源所,中国地质调查局发展研究中心)

    关键矿产国际动向研究与思考

    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

    日前,自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所建立了包括设备、方法、标准在内的以钻代槽绿色勘查技术方法体系。

    为解决槽探、浅井等传统地表揭露手段自身局限性问题(不可能开挖很深、很大范围、灵活性差)及减少对生态环境的扰动和破坏。早在2005年,探矿工程所就对浅钻技术应用于地质找矿方面作了拓展,在内蒙古开展了浅钻与槽探揭露地质现象的效果对比研究。2014年,在海南、云南两省进行了以钻代槽勘查技术方法研究和示范,解决了以钻代槽关键技术问题,使其成为绿色勘查关键技术之一。其间,编制了《浅层取样钻探技术规程》。

    以钻代槽勘查方法的关键技术是组合钻孔布设方法。常用的钻孔布设方法有“探索孔-追索孔-验证孔”三步布孔法、十字布孔法等。以海南省东方市风塘岭金矿区矿产勘查为例。在地质分析基础上,依次进行浅钻施工——样品分析——确定品位——后续槽探施工,确定了矿脉走向,对矿区金矿异常高值区进行矿脉追索,通过对该区域槽探所发现的硅化带、破碎带(碎裂岩)上布置浅钻进行验证。结果表明:(1)试验性钻探所揭露的岩性组合与传统槽探结果一致;(2)浅钻与槽探所对应的样品分析结果基本吻合;(3)通过探索孔与追索孔、确认孔的共同施工,可以确定地质体产状。针对脉状或条带状的矿带进行钻探,采取施工斜孔的方法布孔可以快速达到地质目的,更高程度地提高浅钻成功率,可达到或接近槽探“施工范围内近水平方向上的连续观察剖面”的效果。

    基于浅钻的优势,认为以钻代槽技术勘查方法有以下优点:(1)浅钻在施工中占地面积小、地表破坏少、操作简单,对环境扰动轻微,安全系数高,符合绿色勘查的要求;(2)基本解决了难进入地区、特殊浅覆盖区取样的难题,有望彻底改变井探、槽探和人工挖掘等破坏生态的传统地质取样方法;(3)以钻代槽勘查技术可以实现对地质体结构、构造、形态、产状及接触关系等要素进行有效勘测和控制,可以拓展勘查深度;(4)以钻代槽方法灵活,可以快速布孔,取样工作速度快及取样质量高,缩短了勘查周期;(5)相对于槽探,以钻代槽综合费用低,尤其是避免了巨额占地赔偿,节约了项目资金。目前以钻代槽方法已在黑龙江、西藏、甘肃、陕西等多个地区得到应用,产生了良好的生态效益和经济效益。

     

     
    科技创新探矿工程 精心服务绿色勘查

    木瓜园钨矿是近年来在湘东北地区发现的第一个大型斑岩型钨矿。该矿床地处湖南省益阳市桃江县城北西约14 千米的修山镇范围内,大地构造位于江南造山带中部地区,与中国地质科学院矿产资源研究所毛景文研究员提出的“江南古陆及邻区世界级斑岩钨矿带”的范围一致。因此,该矿床的地质特征与地质意义与赣西北-皖南地区的大湖塘、朱溪等超大型钨矿具有重要对比研究价值。

    目前,该矿床总体研究程度较低,成矿作用与成矿背景尚未查明。由地调局武汉地调中心承担的“扬子陆块及周缘地质矿产调查工程”所属二级项目“鄂东-湘东北地区地质矿产调查”,会同湖南地勘局418队,对该矿床开展了矿床地质特征、成岩成矿时代及区域地质意义综合研究工作,取得以下进展与认识:

    一是查明矿区主要地质特征。木瓜园钨矿矿区出露地层主要为新元古界冷家溪群、板溪群马底驿组及第四系,马底驿组是主要的赋矿围岩;主要构造为北西西向花桥港断裂,分布于矿区中部,控制斑岩体和矿体分布;岩浆岩主要呈脉状分布于矿区东部木瓜园一带,其次为矿区中部三仙坝一带的含矿花岗斑岩。三仙坝含矿花岗斑岩出露长约200 米、宽约50 米,风化较强烈,斑晶为石英、长石,围岩蚀变包括绢云母化、硅化、云英岩化、黄铁矿化、绿泥石化等。钨矿体赋存于花桥港断裂南侧的三仙坝花岗斑岩体中。白钨矿呈浸染状分布于花岗斑岩中,或呈细脉状分布于微裂隙中(图1),钨矿化与硅化蚀变关系密切。金属矿物为白钨矿、黄铁矿及少量辉钼矿,局部可形成辉钼矿伴生矿体,偶见毒砂。

    二是厘定含矿斑岩体成岩时代为印支期晚三叠世。利用LA-ICP-MS锆石微区原位U-Pb同位素分析方法对三仙坝花岗斑岩体中的锆石进行定年,获得17个206Pb/238U有效年龄值,介于220-232 Ma间,加权平均值为224.2±1.7 Ma(MSWD=2.6,N=17)(图2),代表岩浆结晶年龄,表明三仙坝含矿花岗斑岩形成于晚三叠世,为印支期构造-岩浆活动的产物。含矿斑岩体成岩时代的厘定为该矿床的成因提供了重要的时代约束。

    三是基于辉钼矿Re-Os等时线年龄成矿时代厘定正在进行中。木瓜园钨矿中辉钼矿的Re-Os等时线年龄定年工作正在开展中,目前无法确定其精确成矿年龄,但由于白钨矿呈浸染状产于花岗斑岩中,表明成岩与成矿作用近于同时,暗示木瓜园斑岩型钨矿可能也形成于印支期。

    四是区域成矿作用及其地质意义。近年来,在皖南-赣北-湘东北一带的江南造山带范围发现香炉山、大湖塘、阳储岭、朱溪等大型钨矿,构成一条北东向展布的以钨矿为主的钨成矿带,即毛景文研究员所指出“江南古陆及邻区世界级斑岩钨矿带”的主要范围(图3)。木瓜园钨矿位于该钨矿带的南西方向,目前尚不确定其与成矿带的归属关系。如基于地质特征与成岩成矿时代、成矿作用等对比研究的结果确定该矿床同属江南古陆及邻区世界级斑岩钨矿带,则意味着将现有钨矿带的范围可以向西南方向延伸约200 千米,进一步凸显了木瓜园矿区及该钨矿带的重要意义与资源潜力。南岭地区近年陆续发现一些印支期钨矿,如木瓜园斑岩型钨矿成矿时代为印支期,该矿床的发现则进一步扩大了华南印支期钨矿分布范围,为湘东北地区增加了新的成矿类型和找矿方向,对湘东北地区找矿部署工作具有重要意义。

    1 三仙坝花岗斑岩中细脉-浸染状白钨矿

    2 三仙坝花岗斑岩锆石U-Pb谐和图

    3 湘东北—赣北—皖南地区钨矿分布简图

    湘东北木瓜园斑岩型钨矿与江南古陆及邻区世界级斑岩...

    一、可燃冰的概念是什么?

    可燃冰,学名“天然气水合物”,是一种气体分子和水分子在低温高压下形成的结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%。

    可燃冰外貌极像冰雪,遇火可以燃烧,又称“气冰”、“固体瓦斯”等。自然界中多呈块状、层状、透镜状、结核状、脉状、浸染状、分散状等形态。2007年起,在我国海域陆续发现了多种形态的可燃冰,2009年我国祁连山冻土区发现的可燃冰则以裂隙充填型为主(图1)。

    图1 我国可燃冰产状特征

    二、可燃冰的结构是怎么样的?

    可燃冰主要有三种结构类型。I型由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢等较小直径的气体分子和水分子结合而成;Ⅱ型由甲烷、乙烷等小分子,丙烷及异丁烷等较大分子和水分子结合而成;H型由气体组分中有异戊烷等较大气体分子和水分子结合而成(图2)。

    图2 I型、II型和H型水合物结构类型示意图

     

    在自然界,Ⅰ型可燃冰最常见,Ⅱ型次之,H型较为罕见。我国南海北部的可燃冰以I型为主,甲烷含量最高达99.5%。祁连山冻土区的可燃冰以II型为主,甲烷含量为54%~76%,除甲烷外,还有乙烷、丙烷等其他烃类气体。

    三、形成可燃冰的气体来源有哪些?

    可燃冰的形成需要大量的烃类气体,这些烃类气体有的来自于微生物的分解,也有一些来自于深部油气田的热降解,当然也有两者混合形成的。相应的可以分为三种类型,分别是微生物气型、热解气型、混合气型。

    在海域发现的可燃冰绝大多数为微生物气型,我国南海北部海域发现的主要属于这种类型。在陆域发现的可燃冰以混合气型、热解气型为主,如我国祁连山冻土区发现的可燃冰。可以利用碳同位素的比例关系,来判断可燃冰的气体来源(图3)。

    图3 可燃冰气体来源判别图

     

    (中国地质调查局油气资源调查中心,“青南藏北冻土区天然气水合物调查”项目供稿)

    可燃冰是什么?
      白雾散去,银色滤网上,一块5、6厘米见方的白色冰状物慢慢冒出气泡,这就是来自南海1000多米水深下的海底可燃冰,其神秘面容第一次呈现在社会公众的面前。广州海洋地质调查局技术员举起火焰点火器,点火,冰块化成水、化成天然气被点燃。

      这是4月21日上午,中国地质调查局广州海洋地质调查局在南岗基地举办了第47个世界地球日科普宣传——“走进可燃冰”海洋地质科普大讲堂活动的一幕。全场180多位市民代表、学生及部分干部职工,凝神观看这一激动人心的场面。

      社会民众走近可燃冰

      科普讲座、海底视频播放、可燃冰点火、地质样品库参观、海洋地质成果展览、海底样品、海洋设备模型展示,广州海洋局以丰富、生动、直观的海洋地质科普大讲堂,给社会民众和大中学生提供了一个走近可燃冰,了解中国可燃冰资源调查研究进展以及海洋地质工作的良好平台。以未来新能源——天然气水合物为主题,精心组织开展世界地球日宣传活动。

      广州海洋局局长叶建良在开场白说,“世界地球日”活动旨在唤起人类爱护地球、保护家园的意识,促进资源开发与环境保护的协调发展。希望同学们通过此次活动,了解绿色能源—可燃冰,了解海洋,了解地质工作。

      广州海洋地质调查局为科普大讲堂派出了强大的专家团队,中国地质调查局“李四光学者”、广州海洋局梁金强教授级高级工程师作的“走近可燃冰”科普讲座是第一课。他深入浅出地介绍了天然气水合物—可燃冰的相关科学知识和我国在这一领域的调查研究成果,用多媒体的形式向民众和学生们展示了可燃冰调查、研究的过程,以及海上工作的珍贵图片。尤其是展示了中国2007、2013、2015年钻获的块状、脉状、分散状等多种类型的可燃冰样品图片,吸引着大家的目光。据梁金强介绍,截止2015年底,在全球已直接或间接发现的水合物矿点已达232处,其中4个矿点开展了试开采工作。我国也将在2017年开展海域天然气水合物开采试验。

      全国十大海洋人物、广州海洋局教授级高级工程师、“海马”号项目负责陶军做的“‘海马’号和‘海马冷泉’”视频讲座精彩纷呈。他制作的视频画面精彩,展示了无人遥控潜水器“海马”号在神秘的深海海底的工作视频,以及陶军现场生动的解说,吸引着全场观众和大中学生。在视频中,大家看到中国南海的深海底,第一次看到了南海“海马冷泉”,看到海底聚集的大白贝、双壳类生物群、甲烷生物化学礁、碳酸盐结壳、菌席,以及可燃冰冒出的气泡。当然,也有深海海参、鱿鱼、大红虾等,为大家演绎了一场生动的海底大片。

      可燃冰点火

      最精彩的环节莫过于可燃冰点火了。这是广州海洋局首次向社会民众展示可燃冰样品,并点火,为大家揭开了可燃冰神秘的面纱。亲眼看见海底可燃冰,别说市民、学生,广州海洋局的职工中见过这一珍贵样品的也屈指可数。

      全场眼光聚集在主席台的中央,身着白大褂的技术人员将可燃冰从液氮罐中用长钳夹出,零下196度的液氮冒着白雾,慢慢散去,“可燃冰”的真实面貌展现在现场市民、大中学生的面前,并通过主席台两侧的大LED显示屏,清晰地展示在全场观众的眼前,这就是可燃冰,点火,燃烧。或许就在不远的将来,这一新能源将走进你我的生活。

      猛料、笋嘢丰富的课堂知识,视觉的盛宴

      科普讲堂设在广州海洋地质调查局南岗基地职工活动中心,约400平方的大厅里,布设了20块内容丰富的海洋地质成果展板,内容涵盖了广州海洋局在水合物研究与勘查、海洋油气地质、海洋基础地质调查、环境与工程地质调查、大洋科学考察、海洋高技术研发等多个方面取得的调查研究成果,现场还展示了“海洋六号”船模、“海马”号无人遥控潜水器模型以及海底富钴结壳、多金属结核及碳酸盐烟囱等地质样品,主席台两侧布放的2个近3米宽的LED大液晶屏,将活动现场同步直播。此外,还开放了样品库、成果展览馆等供大家参观。

      活动备受关注,市民学生非常踊跃。黄埔区人大代表,来自中山大学、华南理工大学、华南师范大学等大学生,广州市第87中学的中学生参加了科普大讲堂,并和专家团队现场互动,梁金强、陆敬安、刘坚、陶军、盛堰、梁前勇、王宏斌等组成的水合物专家团队,回答了学生们提出的下一轮可燃冰试开采将采取什么方法、开采对环境的影响、可燃冰今后的应用方向等问题,现场气氛活跃,观众兴致很高。87中的一位中学生说,上周化学课刚好讲了可燃冰的内容,这次课堂真及时,进一步加深了对可燃冰这种实物的印象。华南理工大学的学生说,这是他第一次走进校外的实物资料馆,近距离观看海底实物样品,很难得。(陈惠玲、刘卫红、朱夏)


    活动现场

    科技人员点燃可燃冰

    大学生在向专家现场提问

    专家团队回答观众提问

    同学们围着海马号模型向专家请教

    科技人员给同学们讲解介绍样品

    工作人员向同学们介绍科普宣传展板

    同学们在展览室仔细地观看海底样品

    同学们在样品库听管理人员介绍实物样品

     

    揭开可燃冰神秘面纱

    “李四光学者”梁金强

      一位令人尊敬的专家,早在20世纪末期,就以他睿智的远见,率先参与到中国南海天然气水合物这一新资源的调查研究工作中,首次在南海北部的西沙海域解释发现了天然气水合物地震反射波找矿标志——似海底反射界面BSR。他为了点燃神秘的海底火种,潜心攻关,执着追求,带领团队长期地勘探实践,创立形成了具有南海特点的水合物资源勘查、评价和预测技术体系,从而有效地提高了矿藏目标预测的可靠性和钻探成功率,取得了中国南海天然气水合物资源勘查的一系列突破性成果。他和他的团队历时十五载,在中国南海发现了两个超千亿方级的可燃冰巨大矿藏,为破解中国能源紧缺难题,寻找新能源基地奠定了基础。

      他,就是广州海洋地质调查局矿产所副所长、教授级高工、中国地质调查局“李四光学者”称号获得者梁金强。

      艰辛探索十五载,发现南海可燃冰巨大矿藏

      1999年,广州海洋地质调查局率先在南海开展了天然气水合物资源前期勘查,梁金强负责调查资料的综合研究,他和他的同事们解释发现了水合物存在的地震反射证据——似海底反射界面(BSR),并取得了开拓性成果。梁金强主持编写了我国海域第一份天然气水合物资源调查报告《西沙海槽区天然气水合物前期调查报告》。从此,他全身心地投入到海域水合物调查研究中。

      经过连续多年的调查研究,中国地质调查局广州海洋局调查取得了天然气水合物赋存的一系列地球物理、地球化学、地质和生物等有利证据。在反复研究的基础上,2007年,梁金强负责钻探目标评价优选及井位部署,他主持编写了南海北部神狐海域天然气水合物钻探井位建议报告,并全程参与钻探现场工作。通过钻探,我国首次获取到水合物实物样品,钻探证实水合物矿体面积约22平方千米,天然气储量达194亿立方米。我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划在海底钻探获得水合物实物样品的国家,也是在南海海域首次获取天然气水合物实物样品的国家。

      为尽早开发利用水合物,国家有关部门批准继续开展这一资源的勘查与试采工作。到2013年,调查进入新的阶段。梁金强主持编写了《南海北部珠江口盆地东部海域天然气水合物钻探井位建议报告》,并全程参与钻探现场工作。钻探获取了大量的层状、块状、脉状及分散状等多种类型水合物样品,发现了达千亿方级的水合物特大型矿藏。2015年,作为项目负责人,梁金强主持了南海北部神狐海域天然气水合物钻探井位部署工作,并参与钻探工作,钻探成功率达到百分之百,并取得重大钻探发现,再次发现了千亿方级水合物矿藏。

      创立南海特点的水合物技术体系,创新提出南海北部可燃冰成因模式

      经过长期的勘探实践、探索和创新,梁金强教授及其团队创立形成了具有南海特点的水合物资源勘查、评价和预测技术体系,提高了矿藏目标预测的可靠性和钻探的成功率。

      “十五”期间,梁金强教授带领团队自主研发形成了海域天然气水合物资源评价技术,建立了分级勘探评价标准,创立了基于模糊数学的勘探目标优选方法以及基于概率论的水合物资源量计算方法,开发了具有自主知识产权的水合物资源评价系统,在南海天然气水合物资源勘查中得到了广泛应用。应用相关技术,中国地质调查局广州海洋局已在南海北部陆坡圈定了6个天然气水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块、24个钻探目标区,为今后勘探部署指明了方向。

      “十一五”期间,针对天然气水合物资源勘查重大技术需求,梁金强带领团队创新性地开展天然气水合物储层预测及建模技术、天然气水合物地球物理测井评价技术、天然气水合物成矿数值模拟技术等方面研究,建立了多学科融合、多信息叠合和关联分析技术,开发集成具有当今先进水平的水合物找矿预测系统,为南海水合物矿体目标预测提供了有效指导,在水合物钻探井位确定中发挥了关键作用。2015年,他带领团队在神狐海域实现了百分之百的钻探成功率并发现了大型水合物矿藏,并首次在珠江口盆地西部海域目标区发现大规模的活动冷泉区,获取了可视水合物样品,充分证明了相关技术的有效性和可靠性。

      同时,梁金强及其团队通过对水合物成矿理论的创新研究,深入论证了南海北部陆坡天然气水合物的成矿条件及成藏控制因素,提出了南海北部3种水合物成因模式:受流体势和岩性控制的成藏模式、受垂向与侧向疏导体系联合控制的复合成藏模式以及受深部垂向疏导体系控制的成藏模式。首次提出南海北部存在两个水合物成矿带的论断:第一成矿带为水深大于2000米、新生代中小型沉积盆地发育的古斜坡区域;第二成矿带为水深800~1500米、新生代大型沉积盆地发育的区域,台西南盆地北缘、琼东南盆地深水区以及珠江口盆地白云凹陷是最有利的水合物富集区,该理论成果对南海天然气水合物资源勘查部署具有重要的指导意义。

      十五年来,梁金强在探秘可燃冰奥秘的道路上勤奋钻研,负责或参与完成了国家专项项目、863和973课题等40余项水合物地勘和科研项目,获得部级科技成果一等奖1项、二等奖5项,合作撰写出版专著6部,独立和合作发表论文50余篇,获得国家计算机软件著作权5项。在天然气水合物资源综合评价、目标预测及成矿地质理论等方面取得重大创新成果,对我国海域天然气水合物资源勘查具有重要指导意义,在南海天然气水合物找矿突破中发挥了关键作用。

      形成一支海洋可燃冰调查研究团队,成为实施国家水合物专项的主力军

      目前,在梁金强教授的带领下,中国地质调查局广州海洋局已形成一支具有国际水准的海洋水合物调查研究团队,成为实施国家水合物专项的主力军,勘查成果卓著。

      在梁金强的带领下,该团队核心成员达30余人,全部为硕士以上学历,其中博士后2人,教授级高工12人,中国地质调查局地质英才1人。其学科领域涵盖地质、地球物理、地球化学、储层预测和资源评价等。团队先后承担了“西沙海槽区天然气水合物资源调查与评价”项目,“我国海域天然气水合物资源调查与评价”,以及“我国海域天然气水合物资源勘查与试采工程”,先后承担完成多项国家863 计划、国家973 计划以及自然科学基金等项目(课题),形成了一支具有国际水准的海洋水合物勘查研究团队。

      长期以来,梁金强教授带领的水合物团队针对勘查重大技术需求,联合国内优势力量,开展勘查技术研发,在水合物高分辨率准三维地震探测、海底地震仪、海洋可控源电磁探测等关键技术研发取得突破性进展,在南海水合物资源勘查中发挥了重要作用。同时,通过深入开展水合物成矿理论研究,他提出了具有南海特点的水合物成藏地质理论认识,取得了一批原创性重大成果,在国内外产生了广泛影响。目前,该团队已形成水合物综合探测技术系统、取得关键科学问题研究创新突破的能力,可为实现海域天然气水合物勘查工程总体目标提供坚实保障。
    揭开海底可燃冰奥秘的先行者

      

     一位令人尊敬的专家,早在20世纪末期,就以他睿智的远见,率先参与到中国南海天然气水合物这一新资源的调查研究工作中,首次在南海北部西沙海域解释发现了天然气水合物地震反射波找矿标志——似海底反射界面BSR。他为了点燃神秘的海底火种,潜心攻关,执着追求,带领团队经过长期勘探实践,创立形成了具有南海特点的水合物资源勘查、评价和预测技术体系,从而有效提高了矿藏目标预测的可靠性和钻探成功率,取得了中国南海天然气水合物资源勘查的一系列突破性成果。他和他的团队历时十五载,在中国南海发现了两个超千亿方级的可燃冰巨大矿藏,为破解中国能源紧缺难题,寻找新能源基地奠定了基础。
        他,就是广州海洋地质调查局矿产所副所长,教授级高工、中国地质调查局“李四光学者”称号获得者梁金强。

        艰辛探索十五载  发现南海可燃冰巨大矿藏

        1999年,广州海洋地质调查局率先在南海开展了天然气水合物资源前期勘察,梁金强负责对调查资料的综合研究,他和他的同事们解释发现了水合物存在的地震反射证据——似海底反射界面(BSR),并取得了开拓性成果。梁金强主持编写了我国海域第一份天然气水合物资源调查报告《西沙海槽区天然气水合物前期调查报告》。从此,他全身心地投入到海域水合物调查研究中。
        经过连续多年的调查研究,中国地调局广州海洋局调查取得了天然气水合物赋存的一系列地球物理、地球化学、地质和生物等有利证据。在反复研究的基础上,2007年,梁金强负责钻探目标评价优选及井位部署,他主持编写南海北部神狐海域天然气水合物钻探井位建议报告,并作为中方科学家全程参与钻探现场工作。通过钻探,我国首次获取到水合物实物样品,钻探证实水合物矿体面积约22平方千米,天然气储量达194亿立方米。我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划在海底钻探获得水合物实物样品的国家,也是在南海海域首次获取天然气水合物实物样品的国家。
        为尽早开发利用水合物,国家有关部门批准继续开展这一资源的勘查与试采工作。到2013年,调查进入新的阶段。梁金强主持编写了《南海北部珠江口盆地东部海域天然气水合物钻探井位建议报告》,作为中方首席科学家助理全程参与钻探现场工作。钻探获取了大量的层状、块状、脉状及分散状等多种类型水合物样品,发现了达千亿方级的水合物特大型矿藏。2015年,作为项目负责人,梁金强主持南海北部神狐海域天然气水合物钻探井位部署工作,并作为钻探航次第一航段中方首席科学家助理,及第三航段首席科学家参与钻探工作,钻探成功率达到百分之百,并取得重大钻探发现,再次发现了千亿方级水合物矿藏。

        创立南海特点的水合物技术体系 创新提出南海北部可燃冰成因模式

        经过长期的勘探实践、探索和创新,梁金强教授及其团队创立形成了具有南海特点的水合物资源勘查、评价和预测技术体系,提高了矿藏目标预测的可靠性和钻探的成功率。
       “十五”期间,梁金强教授带领团队自主研发形成了海域天然气水合物资源评价技术,建立分级勘探评价标准,创立基于模糊数学的勘探目标优选方法以及基于概率论的水合物资源量计算方法,开发了具有自主知识产权的水合物资源评价系统,在南海天然气水合物资源勘查中得到了广泛应用。应用相关技术,中国地质调查局广州海洋局已在南海北部陆坡圈定了6个天然气水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块、24个钻探目标区,为今后勘探部署指明了方向。
        “十一五”期间,针对天然气水合物资源勘查重大技术需求,梁金强带领团队创新性开展天然气水合物储层预测及建模技术、天然气水合物地球物理测井评价技术、天然气水合物成矿数值模拟技术等方面研究,建立了多学科融合、多信息叠合和关联分析技术,开发集成具有当今先进水平的水合物找矿预测系统,为南海水合物矿体目标预测提供了有效指导,在水合物钻探井位确定中发挥了关键作用。2015年在神狐海域实现了百分之百钻探成功率并发现大型水合物矿藏。并首次在珠江口盆地西部海域目标区发现大规模的活动冷泉区,获取了可视水合物样品。充分证明了相关技术的有效性和可靠性。
        同时,梁金强教授及团队通过对水合物成矿理论的创新研究,深入论证了南海北部陆坡天然气水合物成矿条件及成藏控制因素,提出了南海北部三种水合物成因模式:受流体势和岩性控制的成藏模式、受垂向与侧向疏导体系联合控制的复合成藏模式以及受深部垂向疏导体系控制的成藏模式。首次提出南海北部存在两个水合物成矿带的论断:第一成矿带为水深大于2000米、新生代中小型沉积盆地发育的古斜坡区域;第二成矿带为水深800-1500米、新生代大型沉积盆地发育的区域,台西南盆地北缘、琼东南盆地深水区以及珠江口盆地白云凹陷是最有利的水合物富集区,该理论成果对南海天然气水合物资源勘查部署具有重要的指导意义。
        十五年来,梁金强在探秘可燃冰奥秘的道路上勤奋钻研,负责或参与完成了国家专项项目、863和973课题等40余项水合物地勘和科研项目,获得部级科技成果一等奖1项,二等奖5项,合作撰写出版专著6部,独立和合作发表论文50余篇,获得国家计算机软件著作权5项。在天然气水合物资源综合评价、目标预测及成矿地质理论等方面取得重大创新成果,对我国海域天然气水合物资源勘查具有重要指导意义,在南海天然气水合物找矿突破中发挥了关键作用。

        形成一支海洋可燃冰调查研究团队 成为实施国家水合物专项的主力军

        目前,在梁金强教授的带领下,中国地质调查局广州海洋局已形成一支具有国际水准的海洋水合物调查研究团队,成为实施国家水合物专项的主力军,勘查成果卓著。
        团队核心成员达30余人,全部为硕士以上学位,其中博士后2人,教授级高工12人,中国地质调查局地质英才1人。其学科领域涵盖地质、地球物理、地球化学、储层预测和资源评价等。团队先后承担了“西沙海槽区天然气水合物资源调查与评价”项目, “我国海域天然气水合物资源调查与评价”,以及 “我国海域天然气水合物资源勘查与试采工程”,先后承担完成多项国家863 计划、国家973 计划以及自然科学基金等项目(课题),形成了一支具有国际水准的海洋水合物勘查研究团队。
        长期以来,梁金强教授带领的水合物团队针对勘查重大技术需求,联合国内优势力量,开展勘查技术研发,在水合物高分辨率准三维地震探测、海底地震仪、海洋可控源电磁探测等关键技术研发取得突破性进展,在南海水合物资源勘查中发挥了重要作用。同时,通过深入开展水合物成矿理论研究,提出了具有南海特点的水合物成藏地质理论认识,取得了一批原创性重大成果,在国内外产生了广泛影响。目前,团队已形成水合物综合探测技术系统、取得关键科学问题研究创新突破的能力,可为实现海域天然气水合物勘查工程总体目标提供坚实保障。
     

    揭开海底可燃冰奥秘的先行者

    古老大陆的起源以及超大陆的恢复与重建是全球地球科学家关注和竞相研究的热点。国内扬子地块中–新元古代岩石的成因和构造背景研究对揭示罗迪尼亚超大陆的形成与演化过程至关重要。目前,主要有以下两种认识:(1)地幔柱模式,扬子西缘洋壳俯冲过程起始于1100–1000 Ma,并且一直持续至850 Ma左右,随后的岩浆作用受控于850–830 Ma、830–795 Ma和780–745 Ma的多期地幔柱活动;(2)洋壳俯冲模式,扬子西缘洋壳俯冲过程从1100 Ma一直持续到750 Ma左右,相关岩浆作用与洋壳俯冲和弧后拉张相关。基于此,自然资源部中国地质调查局地质研究所胡培远副研究员和翟庆国研究员项目组对扬子西缘地区的石棉杂岩开展了一系列的研究工作,取得了阶段性进展。

    详细的野外调研、剖面测制和室内综合研究表明(图1),石棉杂岩保留了3期中–新元古代岩浆作用记录。第1期(1066 Ma)包括变质橄榄岩、玄武岩、辉长岩、辉绿岩和少量异剥钙榴岩。其中,玄武岩和辉长岩兼具N-MORB和岛弧玄武岩的特征,明显亏损的锆石Hf同位素(εHf(t)=+10.8~+18.3)和类似于幔源的锆石氧同位素组成(δ18O=4.6–5.6‰),与典型俯冲相关型(SSZ)蛇绿岩特征类似。第2期(937 Ma),主要为辉长岩,侵入于第1期变质橄榄岩中,具有相对稍微富集的锆石Hf同位素(εHf(t)=+7.9~+17.1)和类似于壳源的锆石氧同位素组成(δ18O=6.0–7.7‰),这些特征与岛弧玄武岩类似。第3期(839–836 Ma),包括辉绿岩和流纹岩;辉绿岩呈脉状侵入于第1期变质橄榄岩中,具有岛弧玄武岩类似的地球化学特征;流纹岩地球化学组成类似于A型花岗岩。综上所述,石棉杂岩记录了中–新元古代罗迪尼亚超大陆周缘的洋壳俯冲过程。

    图1 扬子地块西缘及石棉地区地质简图及中–新元古代主要岩浆记录的时空分布

    值得注意的是,扬子西缘地区尚没有与SSZ型蛇绿岩(1066 Ma)同时代岛弧岩浆岩的报道。已知的最古老弧岩浆岩为盐边地区的冷水箐岩体(936 Ma)和本次研究获得的第2期辉长岩(937 Ma)。扬子北缘存在近同时代的SSZ型蛇绿混杂岩(庙湾:1115 Ma)和弧岩浆岩(神农架:1103 Ma)以及稍年轻的弧岩浆岩(西厢群下段:950 Ma)。在综合这些研究资料的基础上,研究团队初步提出扬子西缘中–新元古代穿时性俯冲消减的新见解:(1)约1100–1000 Ma,扬子北缘开始发生洋壳的俯冲消减,形成了神农架弧,庙湾和石棉蛇绿混杂岩记录了相应的弧后扩张作用(图2a);(2)约1000–940 Ma,随着扬子北缘持续的洋壳俯冲,西厢群下段的玻安质岩石形成,与此同时扬子西缘的洋壳俯冲刚刚开始,并形成了冷水箐岩体和石棉蛇绿混杂岩中的新元古代基性岩脉(图2b);(3)约940–780 Ma,受俯冲板片后撤及断离的影响,扬子地块西–北缘岩浆活动逐渐增强,形成了广泛分布的俯冲增生杂岩和火山弧岩浆带(图3)。本研究成果符合前人提出的洋壳俯冲模式,对深入理解罗迪尼亚超大陆形成与演化过程具有重要的科学意义。

    图2 扬子地块西缘中元古代晚期–新元古代早期穿时性俯冲造山示意图

     

    图3扬子地块西缘俯冲增生杂岩和火山弧岩浆带形成示意图

    上述研究受到了国家自然科学基金(41872240和42072268)、中国地质调查局(DD20190060和DD20190370)等项目的资助。相关研究成果发表在国际知名地学期刊《Precambrian Research》上。1.Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Jun Wang, Yue Tang, Guang-ming Ren, Zhi-cai Zhu, Hao Wu. 2020. U–Pb zircon geochronology, geochemistry, and Sr–Nd–Hf–O isotopic study of Middle Neoproterozoic magmatic rocks in the Kangdian Rift, South China: Slab rollback and backarc extension at the northwestern edge of the Rodinia. Precambrian Research 347, 105863. 原文链接:https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.105863。2. Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Jun Wang, Yue Tang, Guang-ming Ren. 2017. The Shimian ophiolite in the western Yangtze Block, SW China: Zircon SHRIMP U-Pb ages, geochemical and Hf-O isotopic characteristics, and tectonic implications. Precambrian Research 298, 107-122. 原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2017.06.005

    扬子地块西缘前寒武纪构造演化方面研究新进展

    铌(Nb)和钽(Ta)是尖端技术装备仪器制作中不可或缺的重要金属原料,铌钽资源已被各国列为关键金属,成为重要的战略资源。寻找中大型、单一以及高品位的铌钽矿床是亟待解决的资源战略问题。Nb-Ta矿床多寄存在高分异的酸性岩石中,如花岗伟晶岩、富Li-F花岗岩和一些碱性侵入岩。近些年,学界围绕发生稀有金属矿化的高分异花岗岩成矿开展了大量研究,但在Nb、Ta富集的控制因素以及Nb-Ta氧化物的结晶习性等问题上仍然存在争议。

     

    图1(a)中国大地构造简图;(b)华北克拉通构造简图(据Zhao et al.,2005修改)(B)大青山区域地质图(据Wang et al.,2015修改)

      内蒙古武川县赵井沟矿床是新近发现的大型铌钽稀有金属矿床,揭示了内蒙中—东部地区具有稀有金属的重大成矿潜力。由自然资源部中国地质调查局地质研究所和中国地质大学(北京)联合培养的硕士研究生吴欢欢对内蒙古大青山地区赵井沟大型铌钽矿床开展了详细的调研,厘清了赵井沟铌钽矿床的成矿年代、岩石学成因以及Nb、Ta富集的岩浆—岩浆热液过程。

    图2 赵井沟铌钽矿床成矿模式简图

    研究结果表明:

    1.赵井沟铌钽矿主要寄存在以脉状侵位于虎头山岩体周边的花岗细晶岩、天河石伟晶岩、含天河石的钠长花岗岩和虎头山岩体顶部的似伟晶岩壳中。矿化的花岗细晶岩脉和虎头山岩体侵位时间分别为127 ± 2Ma和126 ± 1Ma(锆石SIMS U-Pb定年),属于白垩世同一期侵位。全岩地球化学与矿物化学分析显示赵井沟铌钽矿化脉与虎头山似伟晶岩壳和碱长花岗岩具有相似的演化趋势,虎头山岩体的母岩浆应该是赵井沟铌钽矿成矿物质的直接来源。

    2.虎头山岩体与矿化岩脉等各类岩石均属于A型花岗岩岩类。虎头山碱长花岗岩与花岗细晶岩中锆石具有较负的εHf(t)值(-6.80~-12.95),锆石Hf同位素计算的二阶段模式年龄(TDM2)为1997-1611Ma。虎头山岩体的原始岩浆源于古元古代地壳在区域韧性伸展过程中发生的减压熔融。

    3.Nb、Ta在虎头山岩体母岩浆早期结晶过程中不断发生富集。在虎头山岩体母岩浆结晶的晚期阶段,强烈富集Nb、Ta的富卤素熔体从晶粥中分离,并向岩体顶部聚集形成似伟晶岩壳和矿化岩脉,直接导致了Nb-Ta的矿化。矿化岩脉中广泛发育的钠长石化、镧系元素“四分组”效应以及极低的Nb/Ta比值表明其经历了岩浆-热液转换阶段,后岩浆热液流体与(半)固结岩脉发生了亚固相线再平衡。部分铌铁矿的两期生长结构指示,后岩浆流体对于Nb-Ta成矿也有一定贡献。

    4.氟元素(F)在虎头山岩体母岩浆演化和赵井沟铌钽成矿过程中具有重要作用。F在熔体中的不断富集增加了Nb、Ta在熔体中的溶解度,同时通过解聚熔体降低熔体的粘度,使得富Nb-Ta的残余熔体在虎头山岩体母岩浆结晶的最晚期阶段从晶粥中分离上升,并结晶出具有经济价值的铌铁矿。

    本研究明确指出花岗岩浆的高度分异演化、晚期富卤素熔体从晶粥中分离并向岩体顶部汇聚是导致Nb、Ta富集成矿的关键性因素, Nb-Ta氧化物主要形成于岩浆阶段,并受到一定程度的后期热液活动的改造。本研究同时提出了赵井沟铌钽矿床的成岩成矿模型,为研究同类型稀有金属花岗岩的形成、演化和成矿提供了新思路,也为地勘单位和矿业企业在区内寻找同类矿床提供了重要的工作思路和基础资料。

    本研究成果由国家重点研发计划项目(2017YFC0601305)、国家自然科学基金项目(41972225,41402054)和中国地质调查项目(DD20190001)联合资助。研究成果发表于国际矿床学知名期刊《Ore Geology Reviews》上:Wu, H.H., Huang, H.*, Zhang, Z.C., Wang T., Guo L., Zhang Y.H., Wang W., 2020. Geochronology, geochemistry, mineralogy and metallogenic implications of the Zhaojinggou Nb-Ta deposit in the northern

     
    内蒙古赵井沟铌钽矿床年代学、地球化学、矿物学特征...