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    近日,青岛海洋地质研究所深海极端环境探测研究团队在东海冲绳海槽冷泉沉积物铁、锰、硫、碳元素循环耦合研究方面取得新进展,研究成果发表在地球科学领域国际权威期刊Global and Planetary Change。

    作为典型的弧后盆地,冲绳海槽广泛发育海底热液和冷泉系统,这对该区域的碳循环具有重要影响。以往冷泉碳酸盐岩的记录显示,热液来源的金属驱动了冷泉区甲烷的厌氧氧化作用,从而降低了冷泉碳泄漏强度。然而,由于缺乏现代孔隙水地球化学数据,导致对研究区域内铁、锰、硫和碳循环之间动态相互作用的认识仍不清晰。

    针对上述问题,该研究利用冲绳海槽中段的海底浅钻和重力柱沉积物样品,开展了孔隙水地球化学研究,研究数据首次记录到了热液锰供应对有机质矿化的增强作用,从而降低了弧后盆地中有机碳的埋藏效率。

    研究证实:通过厌氧氧化作用可显著改变孔隙水碱度,并促进碳酸盐岩沉淀,从而实现冷泉碳泄漏的截留。此外,该研究还提出了一种新的海底白云石形成机制,认为其与产甲烷带内厌氧氧化作用有关,而非前人认为的沉积物风化、逆风化控制的白云岩化作用。

    上述研究对理解弧后盆地中铁、锰、硫和碳的循环具有重要意义,也为认识甲烷丰富但硫酸盐贫乏的太古代海洋提供了科学依据。该研究由青岛海洋地质研究所和崂山实验室共同完成。

     冲绳海槽冷泉沉积物铁、锰、硫、碳元素循环耦合模式

    青岛海洋地质研究所在弧后盆地冷泉区沉积物元素循环...

    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

    地调局地质力学所张拴宏研究员等人在开展白云鄂博矿区富稀土-Nb火成碳酸岩年代学研究过程中,成功地从白云鄂博矿区东侧靠近晚古生代花岗岩接触带附近3个富稀土-Nb火成碳酸岩样品中分选出了斜锆石。

    作为硅不饱和岩浆中结晶的副矿物之一,斜锆石(ZrO2)在基性-超基性岩及碱性岩如碳酸岩、金伯利岩、辉绿岩、正长岩、辉长岩等精确定年中近十多年来发挥着越来越重要的作用。由于成因简单(一般均为岩浆结晶成因)并且普通铅含量很低,斜锆石已经成为国内外开展硅不饱和岩石U-Pb定年的首选矿物之一。

    对此次发现的斜锆石离子探针(SIMS)及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb测年结果获得的结晶年龄为310~270 Ma,这一结晶年龄与白云鄂博火成碳酸岩侵位年龄(~1300 Ma)完全不同,而与附近花岗岩体的结晶年龄相接近。电子探针分析结果表明,在这些锆石中除包含有金云母、磷灰石、磁铁矿及铈褐钇钶矿外,还见有大量硅镁石的矿物包体。背散射及电子探针分析结果显示在部分斜锆石颗粒中还存在有与其共生的锆石。由于硅镁石是典型的接触交代矿物,这些斜锆石的测年结果及包体组成表明它们不是从火成碳酸岩岩浆中结晶出来的,而是接触交代成因的,代表了火成碳酸岩中发现的一种新的斜锆石类型。通过对富稀土-Nb火成碳酸岩中矿物组合及前人发表资料的综合分析,提出了这些斜锆石形成于晚古生代花岗岩侵位过程中已有锆石与白云石的交代反应,或者是矽卡岩化中某些阶段贫硅流体结晶的产物。对于认识受到接触交代影响的火成碳酸岩中斜锆石的成因机制及白云鄂博矿床的后期改造作用具有重要科学意义。

    该研究成果近期发表在国际SCI刊物Lithos上(Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Qiu-Li Li, Zhao-Chu Hu, Zhen-Yu Chen, 2017. First identification of baddeleyite related/linked to contact metamorphism from carbonatites in the world's largest REE deposit, Bayan Obo in North China Craton. Lithos. 284–285, 654–665. DOI: 10.1016/j.lithos.2017.05.015)。

     

    白云鄂博矿区及其外围地质图 

     

    斜锆石反射光(ACE)及透射光图像(BDF 

     

    斜锆石包体组成(A-D)及共存的斜锆石及锆石(EF 

     

    斜锆石U-Pb谐和图 

    世界上首例在火成碳酸岩中发现接触交代成因的斜锆石
    所在单位:地科院地质研究所
    完成人员:朱祥坤、孙剑、房楠、李世珍、潘晨旭、陈岳龙
    项目来源:国家自然科学基金项目,行业基金项目
    起止时间:2009年1月-2014年12月

    主要进展

      白云鄂博稀土-铌-铁矿床是世界著名的超大型多金属矿床,受到国内外地学界的广泛关注。自1927年发现以来,前人在此做了大量工作,取得了一系列成果,但对矿床形成机制和成矿时代或期次的认识仍存在很大分歧。本项目利用新兴的铁、镁同位素示踪技术,结合传统的钐-钕、锶、碳、氧同位素体系,对矿床的形成机制和成矿时代进行研究,取得了以下创新性成果:

      1.首次系统地开展了白云鄂博矿床的铁、镁同位素研究,对矿化元素本身和赋矿层的主量元素进行了直接示踪,结果为矿床的岩浆成因提供了有力的证据。这不仅是白云鄂博矿床成因研究的一大重要进展,也为如何运用铁、镁等新兴同位素体系进行矿床成因研究提供了范例(成果发表在Precambrian Research, International Geology Reivews, Chinese Journal of Geochemistry, 岩石学报等)。

      在白云鄂博矿床的成矿机制方面,前人争论的焦点在于铁的物质来源和赋矿层“H8”白云岩的成因(火成或水成),但缺乏直接可靠的证据。由于铁是成矿元素,铁、镁是赋矿层的主量元素,本研究系统开展铁、镁同位素研究,为矿床的成矿物质来源和矿床成因进行直接示踪。

      首先对典型沉积成因的含铁建造及其碳酸盐岩、和矿区广泛分布的火成碳酸岩墙的铁、镁同位素进行了研究,结合已有工作,厘定了沉积、火成岩石的Fe、Mg同位素组成分布范围。在此基础上,详细调查了白云鄂博矿床铁矿体及赋矿层“H8”白云质大理岩的铁、镁同位素分布特征。研究结果表明,白云鄂博矿床细粒铁矿石和“H8”白云岩的铁同位素平均值δ56Fe-IRMM在0附近,并且变化范围很窄,与火成岩的铁同位素组成一致;同时,磁铁矿和白云石矿物之间的铁同位素分馏很小,指示高温形成环境。“H8”白云岩的大部分样品镁同位素组成落在火成岩范围,少量数据落在火成岩和沉积白云岩之间。这表明白云鄂博矿床是以岩浆作用为主导而形成的矿床。由于铁、镁是白云鄂博矿床的主量元素,铁、镁同位素的研究成果为该观点提供了有力而直接的证据。

      2. 运用Sm-Nd同位素技术对白云鄂博矿床的形成时代进行了精确定年,并重新厘定了矿床的成矿时代和成矿期次(成果发表在Ore Geology Review, 地球学报等)。

      在白云鄂博矿床成矿年代学方面,前人已对开展大量的研究,获得了大量的年龄数据。虽然如此,这些年龄数据所代表的真正地质意义仍有待进一步研究,白云鄂博矿床的成矿时代和成矿期次仍然存在激烈的争论。由于白云鄂博矿床是一个稀土矿床,本研究利用Sm-Nd同位素体系对矿床的成矿时代和成矿期次进行直接制约和厘定。

      由于白云鄂博矿床遭受了复杂的地质作用和多期次的交代作用,选取合适的样品是获得可靠的定年结果的基础。本研究首先开展了详细的岩相学和矿相学研究,对矿石和赋矿岩石的期次进行了划分。在此基础上,选取了未遭受交代作用的白云岩“原岩”进行Sm-Nd同位素定年,获得了高精度的等时线年龄1287±26Ma。同时,对不同期次的矿石和赋矿岩石的全岩和单矿物进行了Sm-Nd同位素测定。综合前人的数据,利用Sm-Nd同位素体系对矿床的成矿时代和期次进行了厘定。结果表明,白云鄂博稀土的成矿时代约为1.3Ga,与碳酸岩墙的形成时间一致,成矿物质来源于地幔。加里东期的热事件(约0.44Ga) 导致了白云鄂博矿床的晚期稀土矿脉的形成和原有矿体中部分稀土矿物的重结晶,但成矿物质主要来源于矿体内部的稀土再循环,外源物质的贡献不明显。约1.3Ga到约0.44Ga间的一系列中间年龄为后期热扰动的结果,并不代表成矿事件。简言之,白云鄂博矿床只在中元古代发生过一次实质性的稀土矿化作用,地幔是稀土物质的单一源区。

      3. 对白云鄂博矿床开展了铁、镁、碳、氧、锶、钕等同位素的综合研究,完善了白云鄂博矿床的成矿模式。
      利用不同同位素的特点,综合开展了铁、镁、碳、氧、锶、钕等同位素的综合研究,从不同角度对矿床的成因进行制约。研究表明,白云鄂博矿床可能是在中元古代时期(约1.3Ga)的大陆裂谷环境下,由火成碳酸岩岩浆在海底侵入或喷出而形成,岩浆侵入或喷发期间可能有海水或少量沉积碳酸盐岩加入,也很有可能伴随热液活动。矿床形成后区域上发生了多次地质事件,矿床发生了一定的热扰动,但成矿物质只在内部发生了再循环,外源成矿物质的加入很有限。
     
      上述研究为白云鄂博矿床的成因和成矿时代提供了重要制约,完善了白云鄂博矿床的成矿模式。

      上述研究的部分成果已在国内外期刊上发表论文18篇(其中SCI期刊8篇,EI期刊3篇)。


    图1 白云鄂博矿床Fe同位素组成及与其他类型矿床的对比


    图2 白云鄂博矿床Mg同位素组成


    图3 白云鄂博矿床成矿模式图

    1-5 白云鄂博矿床成因再研究

    中国地质调查局水文地质环境地质研究所在北方陆相页岩气开发中地下水循环演变及异常评估研究取得新进展。该研究以我国北方侏罗统大煤沟组页岩气储层为研究对象,分析页岩地层水的主要补给来源和水化学演化机制,识别地层水赋予返排液的地球化学特征,筛选返排液潜在识别指标,揭示水力压裂引发的水岩作用对页岩矿物相关识别指标的影响及其机理,提出可广泛应用于我国北方陆相页岩返排液污染浅层含水层的标识,为我国北方陆相页岩气开发区地下水循环演变及异常评估提供科学依据。

    随着全球范围内页岩气开采程度的不断增长,主要页岩气开采国对页岩气开发潜在的地下水影响越发关注,使水力压裂返排液在浅层地下水中的识别成为当前研究热点。研究发现:一是大煤沟组陆相页岩地层水起源于受大气降水补给的古湖水,并在形成过程中发生了蒸发浓缩作用、硫酸盐热化学还原作用、长石的伊利石化/高岭石化作用、白云石/方解石化作用和硼酸盐溶解作用,使地层水形成了独特的水化学和同位素特征,并通过和压裂液的混合作用,赋予了返排液与其相似的地球化学特征。经分析Br/Cl、Ba/Sr、87Sr/86Srδ11B可作为返排液的潜在识别指标。二是压裂引发的页岩中长石溶解,可赋予返排液陆相页岩独特的硼同位素指纹特征,而且不因地层水的混合而明显改变。因此,硼同位素可广泛应用于我国北方以大气降水为主要补给来源的浅层地下水中陆相页岩返排液的污染标识。但压裂引发的页岩中碳酸盐矿物溶解,释放低87Sr/86Sr值、高元素浓度的Sr,阻碍返排液“继承”陆相富硅酸盐页岩高87Sr/86Sr和高Ba/Sr的特征,故87Sr/86Sr和Ba/Sr成为贫碳酸盐陆相页岩返排液污染标识的潜力较大。

         

     

    大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标及其特征区间值

     大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标对压裂引发水岩作用的响应

    水环所在北方陆相页岩气开发中浅层地下水循环演变及...

    摘要:应用找矿预测地质模型+物探深部定位+深部钻探验证的“三步式”综合找矿模式,四川拉拉铜矿外围红泥坡矿区铜矿勘新增铜资源量63万t,达大型矿床规模。

    1.项目概况

    拉拉铜矿位于四川省凉山彝族自治州会理县境内,属川滇有色金属成矿带北段。2012—2014年,地质矿产调查评 价专项实施了“四川省会理县拉拉铜矿 接替资源勘查”项目,由四川省地质矿 产勘查开发局四◦三地质队承担,主要 在拉拉铜矿外围红泥坡矿区以“拉拉式” 火山沉积变质型铜矿为目标开展接替资 源勘查。

    2.  成果简介

    拉拉铜矿属火山沉积变质型铜矿,矿体赋存于古元古界河口群沉积变质岩-细碧角斑岩系中,具有明显的层控特征。本次工作主要在总结研究区域成矿规律和开展火山建造构造专题地质填图基础上,结合物探工作成果,进行钻探验证和矿体追索控制。3年累计施工钻孔33个,总进尺2.09万m,其中见矿孔31个。本次发现并大致查明了①号和②号主矿体的延伸情况(图1)。①号铜 矿体在勘查区内东西水平延伸最大为 1600m,南北水平延伸约1400m。矿体顶部埋深52~630m,矿体厚0.95~37.91m,平均厚度11.99m;单工程Cu平均品位0.32%~3.79%,矿体Cu 平均品位1.49%。 ②号铜矿体在勘查区内东西水平延伸约100~940m,南北延伸约1650m,矿体顶部埋深490~740m,矿体厚度0.91~1.56m,平均厚度1.36m,矿体Cu平均品位0.44%。

    按含矿岩石类型,矿石可划分为钠长岩型(图2)、片岩型、角砾岩型和交代岩型4种类型。金属矿物有磁铁矿、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。

     

    通过对①、②号铜矿体进行资源量估算,新增铜( 333+334 )资源量63万t, Cu平均品位1.42%。

    3.成果意义

    (1)该项目的实施拓宽了拉拉铜矿的找矿空间,明确了找矿方向,增强了矿山企业“拉拉外围找拉拉”的找矿信心,为区域开展“拉拉式”铜矿找矿提供了可借鉴的经验。

    (2)在矿区深部和外围发现厚大富铜矿体,新增资源量可延长矿山服务年限11.5年,稳定职工就业近千人,经济社会效益显著。

    (国土资源部矿产勘查技术指导中心 陶文,四川省地质矿产勘查开发局四〇三地质队 沈和明供稿)


     

    四川拉拉铜矿外围接替资源勘查取得重大突破
      日前,中国地质调查局郑州综合所申请的发明专利“一种白云石质凹凸棒石复合增强阻燃剂及其制备方法”获得国家知识产权局授权。专利号为ZL201310404670.5。

      该项发明属于非金属矿粉体制备领域,特别涉及一种对塑料、橡胶基体具有热力学性能增强和阻燃双重功能的白云石质凹凸棒石复合粉体及其制备方法。技术合理利用了白云石质凹凸棒石含片状白云石及含多孔纤维状凹凸棒石矿物的特性,采用破碎、粉碎/包覆、复合等处理过程,整套工艺具有原料成分利用合理、工艺流程短、产品性能用途广的特点。

      该白云石质凹凸棒石矿含白云石30-80%、凹凸棒石20-40%,余量0-30%为含0-4种伴生方解石、石英、长石、蒙脱石矿物的合计含量。



    郑州综合所新获一项发明专利