吳俊華,袁承先,趙 贛

(1.中國地質大學資源學院,武漢430074;2.江西省地礦局資源公司,南昌330030)

隱伏礦體的預測理論、探測方法及發(fā)展現(xiàn)狀

吳俊華1,2,袁承先2,趙 贛2

(1.中國地質大學資源學院,武漢430074;2.江西省地礦局資源公司,南昌330030)

隱伏礦體的預測理論與方法已成為當前成礦學和礦產勘查學研究的重點。隱伏礦體預測常用的理論有相似類比理論、礦床模式和模型理論、地質異常導致礦理論、成礦系列和成礦系統(tǒng)理論等;隱伏礦體預測研究的進展主要反映在礦床(產)定量預測理論日益完善,研究方法層出不窮并不斷改進,多種找礦信息的綜合運用,三維空間成礦預測工作的開展,基于GIS的成礦預測方法廣泛應用,創(chuàng)立了一批新的深部成礦理論等方面。在研究中將物探、化探和遙感等技術方法與地質,鉆探綜合運用和恰當配合,形成現(xiàn)代找礦的基本手段。

隱伏礦體;預測;進展;研究現(xiàn)狀;評述

0 引言

當前,地質找礦的主體對象已經由地表礦、淺部礦逐步轉變?yōu)殡[伏礦、深部礦,隱伏礦體的預測理論與方法也成為了成礦學和礦產勘查學研究的熱點。前蘇聯(lián)及歐美國家從上世紀50年代起就開展了對隱伏礦體預測的地質研究,找到了一大批大型、超大型礦床。中國在這方面的系統(tǒng)研究則始于上世紀80年代,隱伏礦體預測理論與方法的研究被列為國家科技攻關項目,找尋隱伏礦的理論與方法、揭示礦體就位機理和定位規(guī)律、找礦靶區(qū)快速定位預測評價技術被列為優(yōu)先資助的研究領域和鼓勵倡導的研究方向,取得了一批礦產預測成果和較為理想的找礦效果。

國外對隱伏礦體預測的研究主要表現(xiàn)為兩個方向:一是以美、加等國為代表,在深入研究成礦地質環(huán)境和成礦機制的基礎上,建立不同層次的礦床勘查模型來指導找礦靶區(qū)優(yōu)選和隱伏礦體預測;二是以俄羅斯為代表,強調綜合應用地質和物化探方法,建立與“階段目標方法”相匹配的“預測普查組合”來指導不同層次的隱伏礦體預測和評價[1]。

1 隱伏礦體預測的定義及特點

目前,對隱伏礦床(體)尚無統(tǒng)一的定義。池三川將隱伏礦床(體)定義為“埋藏于基巖中受到或未受到現(xiàn)代切割作用,受到或未受到沉積物覆蓋的所有礦床(體)”[2]。隱伏礦體預測的工作面積一般為幾平方公里到幾十平方公里,核心任務是在一定的成礦預測理論指導下,運用有效的預測方法和技術,預測工業(yè)礦化地段或礦體賦存的空間位置、礦體形態(tài)以及礦化強度等特征,為勘查工程驗證提供依據(jù)[3]。其具有大比例、小尺度、高精度的特點,屬于大比例尺成礦預測[4]。

隱伏礦體預測缺乏直接的找礦標志,可利用的礦化信息少,而預測的結果又具有小尺度、高精度的要求,因此其具有探索性強、風險性大的特點[5]。據(jù)國外統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)一個隱伏的賤金屬礦床的投資,比發(fā)現(xiàn)一個出露、淺表的貴金屬礦床高10倍以上。為避免高風險帶來的巨大損失,當前找礦投資的關注重點已經由原先的工作量、工程量轉向對找礦思路的科學性、投入方法和工作量的合理性以及工程驗證的目的性等重大技術環(huán)節(jié)的把握方面[6]。

2 隱伏礦體預測理論及研究現(xiàn)狀

2.1 隱伏礦體預測理論

隱伏礦體預測工作中常用的基本理論有相似類比理論、礦床模式和模型理論、地質異常致礦理論、成礦系列和成礦系統(tǒng)理論等。

(1)相似類比理論。相似類比理論是成礦預測學的重要基礎理論[7,8],它認為,在一定的地質條件下產出一定類型的礦床,相似地質條件下賦存有相似的礦床,同類礦床之間可以進行類比,與已知礦床地質背景相似的地區(qū)(段)可視為成礦遠景區(qū)或圈定為找礦靶區(qū)。在類比方法上,相似類比理論主要采用的是“將今論古”、“由已知到未知”的分析法,是建立在大量的野外觀察及實踐基礎之上的認識,并根據(jù)所得認識以及歸納的理論去指導找礦預測。由于礦床產出的區(qū)域地質條件可能相似而具體的控礦條件不同,利用這一理論進行成礦預測時,應遵循求大同存小異的原則。相似類比理論可以預測和尋找類似的礦床,但局限性很大,對新類型礦床的預測和尋找沒有指導意義。目前應用相似類比理論提交的預測成果,特別是大比例尺預測成果多屬于在一定風險前提下的定性預測。

(2)礦床模式和模型理論。在研究、對比和概括眾多礦床的地質、地球物理、地球化學特征的基礎上,提出礦床模型(模式)的概念,在找礦工作中起到了很好的借鑒指導作用。1986年美國地質調查所考克斯和辛格編寫了《礦床模式》一書[9],標志著對礦床模型的研究達到了高潮。礦床模型就是以相似類比理論為依據(jù),在對大量礦床進行綜合研究的基礎上,對某一類礦床或礦體的成礦作用基本特征的概括。通常采用圖解、文字或表格等形式將復雜的成礦要素、成礦過程和礦床、礦體地質特征進行歸納,用以指導同類礦床的成礦預測[10]。具體包括描述性礦床模型、礦床成因模型、品位噸位模型等。國內的陳毓川、張貽俠等都對礦床模型理論進行了系統(tǒng)論述[11,12]。礦床模型理論在中國得到了廣泛應用,取得了很好的找礦效果。例如彭程電根據(jù)巖舌下凹兜成礦模型預測并發(fā)現(xiàn)了老廠礦田雙竹礦床[13];姚金炎根據(jù)長坡礦床的礦體類型與分帶模型推斷并發(fā)現(xiàn)了大福樓錫礦床[14];趙玉琛根據(jù)凹山鐵礦“三部八式”的成礦模式,在南山鐵礦深部發(fā)現(xiàn)8 000萬t凹山式鐵礦等[15]。

(3)地質異常理論。為了彌補相似類比理論和礦床模型理論的不足,上世紀90年代,趙鵬大等提出地質異常理論。地質異常是在物質成分、結構構造和成因序次上與周圍環(huán)境有明顯差異的地質體或地質體的組合,是不同地質歷史時期演化發(fā)展的產物,其形成的地質時代、構造背景、地質環(huán)境和巖石類型決定了異常的性質及其賦存的礦產資源種類和規(guī)模[16,17]。地質異常礦體預測是在地質異常理論的指導下,運用多學科信息,以非線性科學和高新信息處理技術為手段,以研究和圈定不同尺度和不同類型的地質異常為基本途徑,逐漸逼近工業(yè)礦體的一種新的成礦預測方法[18-20]。對于隱伏礦體預測來說,地質異常理論摒棄了已知礦床模式對勘查人員的思想束縛,是一種很有應用前景的礦體預測理論。

(4)成礦系列和成礦系統(tǒng)理論。程裕淇、陳毓川和翟裕生等從系統(tǒng)、整體的觀點出發(fā),提出了成礦系列的概念:將區(qū)域成礦作用過程中由地質構造發(fā)展階段的特殊性所決定的不同成礦作用類型之間具有內在聯(lián)系的一組礦床的組合稱為成礦系列[21-23]。成礦系列概念的提出使得人們由對單個礦床的研究發(fā)展到對礦種共生、礦床組合類型的研究,將成礦作用研究與區(qū)域地質背景聯(lián)系起來[24]。成礦系列是礦床學理論研究與礦產勘查實踐之間的橋梁,構成了現(xiàn)代成礦預測的重要基礎理論之一,具有明顯的指導找礦意義。成礦系統(tǒng)自上世紀70年代提出以來有了較大的發(fā)展,國內的於崇文、李人澍和翟裕生等從不同角度論述過成礦系統(tǒng)研究的內容和方法[25-27]。翟裕生認為,成礦系統(tǒng)是指在一定的時空域中,控制礦床形成和保存的全部地質要素和成礦作用動力過程,以及所形成的礦床系列、異常系列構成的整體,是一個具有成礦功能的自然系統(tǒng)。成礦系統(tǒng)的概念體現(xiàn)了與礦床形成有關的物質、運動、時間、空間、形成、演化的統(tǒng)一性、整體性和歷史觀。成礦系統(tǒng)研究的觀點和方法以及成礦系統(tǒng)概念模型的建立有助于將礦床地質研究工作建立在較為完整的科學理論基礎之上,將會提高找礦勘探工作的成效。

2.2 隱伏礦體預測研究現(xiàn)狀

隱伏礦體預測的基本目的是確定未被發(fā)現(xiàn)礦床的位置,并大體推測未知礦床的類型、規(guī)模和品位。礦(床)產預測可分為定性預測和定量預測兩個方面。礦產資源定量預測是將計算機和數(shù)學知識運用到地質問題上,使得礦產資源預測更為高效、客觀、準確,是地質學和數(shù)學、信息技術、計算機技術集成的產物,代表了資源預測的發(fā)展方向;定量預測也是定性預測的深化和具體化,在成果形式上要體現(xiàn)四定[1,2]:即定量圈定成礦遠景區(qū)、定量估算遠景區(qū)內的找礦潛力、定量確定遠景區(qū)內的成礦風險、定量確定遠景區(qū)內的質量。其預測結果可作為找礦勘探工作部署的依據(jù),可減少找礦勘探工作的盲目性和風險性,增加預見性,從而提高找礦工作的效率。因此,各國對礦床定量預測工作都非常重視。但定量預測必須以基本的地質認識和成礦規(guī)律為前提,正如翟裕生等[3]指出的,對控礦地質因素和控礦類型的詳細研究是評價異常和成礦預測的關鍵問題。

(1)礦床(產)定量預測理論日益完善。結合我國地質找礦的實際情況,王世稱創(chuàng)立了綜合信息礦產資源預測方法,趙鵬大較系統(tǒng)地總結了礦床統(tǒng)計預測的基本理論、準則和方法[1],提出礦床統(tǒng)計預測的基本理論是相似-類比理論、求異理論和定量組合控礦理論。求異理論是對物化探異常概念的引伸,它強調地質異常。但在已往的礦床地質異常研究中沒有詳細具體地按礦化階段和不同空間來劃分異常類型,而是把一些不同階段、不同作用生成的異常作為一個“混合體”來籠統(tǒng)處理,以致難以縮小找礦靶區(qū),影響預測效果。為解決此問題,翟裕生等[28]提出在成礦系統(tǒng)的兩類產物中(礦床系列和地質異常系列)地質異常系列包含地質、地球化學和地球物理各類異常,這些異常產生在成礦系統(tǒng)的各個階段和各個部位,具有一定的時空結構。因此,用成礦系統(tǒng)的觀點分析各種異常的來龍去脈、精細地區(qū)分不同異常類型及其成礦意義,就有可能提高異常評價的成效。

(2)研究方法層出不窮并不斷改進。法國學者Allais(1957)開創(chuàng)了定量成礦預測的先河,他在對美國西部含礦盆地進行成礦預測時,把預測區(qū)劃分成許多面積相等的單元,提出每個單元中的礦床數(shù)目服從泊松分布。60年代至80年代中期,隨著計算機技術的逐步發(fā)展,采用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法進行成礦預測取得了突破性的進展。信息量法、證據(jù)權重法等一批新的預測方法開始應用于成礦預測。其中證據(jù)權重法是加拿大數(shù)學地質學家Agterberg提出的基于二值圖像的地學統(tǒng)計方法,是在假設條件獨立的前提下綜合證據(jù)因子的定量預測方法。該模型并不要求對區(qū)域控礦因素的重要性有先驗的知識,它用統(tǒng)計學方法研究各地質因素與礦產分布的關系。證據(jù)權重法作為一種重要的預測模型,在礦產資源預測中已有很多成功的應用。為了使證據(jù)權重法更方便、廣泛的使用,中國地質科學院和中國地質大學(武漢)數(shù)學地質研究所在MAPGIS軟件平臺上分別開發(fā)了MRAS和MOR-PAS(mineral ore resources perspective and assessmentsystem)礦產資源勘查評價系統(tǒng),其中預測方法中均包括證據(jù)權重預測模型。加拿大Laura Kemp也用Avenue語言編寫了基于ArcView平臺的證據(jù)權重法擴展模塊(WofE Extension)。處理定性數(shù)據(jù)的方法也不斷增多,定性變量的取值只有“1”和“0”,需要一套特殊的方法對它進行處理。處理這類變量的方法有秩相關分析、邏輯信息法、數(shù)量化理論、特征分析、信息量分析、條件概率法等。常規(guī)的多元統(tǒng)計方法在定量預測中得到改進和發(fā)展,由于不同的數(shù)學方法在解決某類具體問題上具有優(yōu)勢,通過不同方法的相會交叉而產生新方法,如模糊因子分析、對應分析(因子分析與聚類分析相結合),起到了取長補短的作用。近年來,由于人們對地質現(xiàn)象、過程的非線性認識,使人工神經網絡、分形理論、混沌動力學等方法流行。如礦床的空間分布特征證實了分形理論的正確性(Mandelbrot,1983;Li等,1994;Agterberg等, 1993)。在地球化學勘探中發(fā)現(xiàn)元素的空間分布也適合于分形和多維分形理論(Cheng等,1994)。

(3)多種找礦信息的綜合應用。應用多種信息(如地質、物探、化探、遙感等)進行找礦預測是一種發(fā)展趨勢,但各類信息如何有機融合卻是急待解決的問題。近年來有學者在礦床定量預測中已經對這個問題展開研究,并力圖去解決它。姚書振等(2002)在秦嶺—大別造山帶、松潘—甘孜造山帶成礦規(guī)律與成礦預測研究中,總結出以成礦系統(tǒng)、地質異常理論為指導,以成礦規(guī)律研究為基礎,以“3S”技術為支撐,以多元信息處理為手段,以礦床系列為對象,開展區(qū)域礦產資源預測與潛力評價的思路。

(4)三維空間成礦預測工作的開展。三維空間預測也稱立體預測。隨著找礦工作的深入,需要由中小比例尺的面上預測轉為大比例尺的深部預測,已成為近年找礦工作的主要研究目標之一。如香花嶺錫礦的預測,用統(tǒng)計分析和空間定位等方法建立礦床值與控礦因素間定量聯(lián)系的三維數(shù)學模型[29,30]。

(5)基于GIS的成礦預測方法廣泛應用。地理信息系統(tǒng)(GIS)克服了傳統(tǒng)信息技術無法反映數(shù)據(jù)空間屬性的缺點,通過一系列空間操作和分析方法使研究數(shù)據(jù)可視化、思維可視化?？墒沟刭|、物化探、遙感等地學多源信息進行計算機分層管理、空間信息快速查詢和檢索、按不同目的對多源信息進行疊置構成所需的綜合圖件。中國地調局于1995年立項開展川西揚子地臺西緣部分地區(qū)應用GIS技術的試驗研究工作,總結了應用GIS技術開展中比例尺區(qū)域礦產資源評價的經驗,1996年即在全國8個省地勘局進行推廣[31]。目前GIS用于礦產預測主要有兩類方法。一是利用GIS的基本空間分析功能研究地質礦產實體的空間關系,對未知地段找礦遠景作直觀評價,如通過控礦因素的疊置分析可以圈出找礦有利地段[32-37];二是與數(shù)學模型相結合進行預測,即將各種預測方法移植到GIS中。同時,基于GIS平臺進行成礦預測系統(tǒng)軟件的二次開發(fā)也有了較大發(fā)展。在原地礦部科技司組織下,肖克炎等開發(fā)了“基于GIS平臺上固體礦產資源評價輔助決策系統(tǒng)(MRAS)”;由姚書振等(2000)開發(fā)的“金屬礦產資源評價分析系統(tǒng)(MORPAS)”現(xiàn)已在全國地礦行業(yè)得到廣泛應用。

需要特別指出的是,用于礦產資源定量預測的數(shù)學模型是在地質概念模型的基礎上建立起來的。進行礦床(產)定量預測時,應將多種方法結合起來運用或將幾種方法同時運用,以展現(xiàn)每種方法的長處,并有利于預測結果的相互檢驗和比較。如由于黑礦類型(Kuroko-Type)的礦床中Cu,Pb,Zn的質量分數(shù)之間有很強的非線性關系,單獨用地質統(tǒng)計學的方法很難分析礦石的品位分布情況,Katsuaki Koike等將地質統(tǒng)計學的方法和神經網絡方法結合起來,用于日本北部Hokuroku地區(qū)估計黑礦型礦床中的主要成礦元素(Cu,Pb,Zn)的質量分數(shù),得到較好的預測效果[38]。

(6)創(chuàng)立了一批新的深部成礦理論。上世紀80年代以來,世界范圍內的深部找礦工作取得了重大突破,同時創(chuàng)建和完善了一批新的深部成礦理論,為危機礦山接替資源勘查提供了新的思路[1]。①綠巖帶金礦新模式:上世紀80年代,在太古宙麻粒巖相巖石中發(fā)現(xiàn)了高溫熱液(>700℃)脈金礦床,格羅夫斯等據(jù)此提出了“太古宙脈狀金礦床的地殼連續(xù)成礦模式”,認為從綠片巖相到麻粒巖相變質巖中的脈狀金礦床是連續(xù)的同成因礦床組合。這一模式突破了金礦不能在麻粒巖相中形成的傳統(tǒng)認識,豐富了變質巖區(qū)的金礦成礦理論;②淺成熱液金礦和斑巖銅礦的套疊模式:上世紀80年代初,R.H.西利托指出,在火山巖區(qū)許多斑巖銅礦系統(tǒng)高部位多發(fā)育有淺成熱液貴金屬礦脈,貴金屬礦脈與斑巖銅礦呈套疊狀產出;90年代,西利托又論述了環(huán)太平洋火山巖區(qū)淺成熱液金礦床與富金斑巖銅礦床之間在時空和成因上的聯(lián)系,為尋找與火山作用有關的淺成低溫熱液型-斑巖型金-銅礦拓寬了思路;菲律賓曼卡延(Mankayan)的勒班陀(Lepanto)低溫熱液銅金礦脈和其南部下方的“遠東南”斑巖銅金礦就是這種套疊模式的實例,我國福建紫金山金銅礦也屬同一模式;③微細浸染型金礦深部找礦模式:美國卡林金礦帶是著名的微細浸染型金礦集中區(qū),1987年以前,在100～300 m的深度范圍內發(fā)現(xiàn)20多個低品位(w(Au)<10×10-6)金礦床,1987年初在卡林礦帶550 m深度發(fā)現(xiàn)了高品位、大規(guī)模的深部波斯特-貝茨(Deep Post-Betze)硫化物金礦床(金儲量311 t,平均品位6.12×10-6,最高品位達32×10-6)等一批深部金礦,在格徹爾金礦帶深部發(fā)現(xiàn)有特闊伊斯里奇等深部金礦,說明微細浸染型金礦床的深部存在極大的找礦潛力;④銅鎳硫化物礦床的深部找礦潛力:加拿大肖德伯里礦區(qū)是世界上規(guī)模最大的銅鎳產地,有大型礦床10余個,中小型礦床30余個,上世紀90年代又在礦床深部發(fā)現(xiàn)了幾個大型銅鎳礦床,包括維克多深部礦、鎳環(huán)深部礦、新麥克里達礦床等,由此展示出銅、鎳硫化物礦床深部誘人的找礦前景;⑤噴氣沉積型(Sedex型)鉛鋅礦與網脈狀銅礦在空間上的共生現(xiàn)象:Sedex型鉛鋅礦床是世界上最重要的鉛鋅礦床類型,這類鉛鋅礦床在空間上往往與脈狀、網脈狀銅礦相伴產出;古巴西部的侏羅紀噴氣沉積型鉛鋅礦中既有層狀的Sedex型鉛鋅礦體,又有網脈狀銅礦;⑥金礦和鉛鋅礦的共(伴)生關系:在礦床中金與銅的共生關系已成共識,然而金與鉛鋅礦化之間的關系尚缺乏統(tǒng)一認識;近幾十年來,在鉛鋅礦床外圍相繼發(fā)現(xiàn)了一系列的金礦床,盡管對金礦與鉛鋅礦的成因關系存在著不同見解,但二者相伴出現(xiàn)的事實卻不容置疑,從遼寧青城子、南京棲霞山、湖南水口山仙人巖等金礦與鉛鋅礦的地質特征分析,二者應屬統(tǒng)一的成礦系統(tǒng)。

3 隱伏礦體預測和探測的技術方法

尋找隱伏礦體,礦產勘查人員必須依靠先進的科學技術手段發(fā)展和形成新的找礦能力。傳統(tǒng)的找礦技術與方法在找尋隱伏礦體時遇到了不可逾越的障礙,一方面要尋求地質預測理論的創(chuàng)新與突破,另一方面要積極開發(fā)探測隱伏礦體的適用新技術、新方法,將物探、化探和遙感等技術方法與地質、鉆探綜合運用和恰當配合已成為現(xiàn)代找礦的基本手段。新技術、新方法的應用將更多的成礦信息被挖掘出來,促進了隱伏礦體預測與探測的飛速發(fā)展。

(1)經驗類比法(地質類)。經驗類比法是一種常規(guī)的預測方法,經常貫穿于成礦預測工作的始終[28]。預測工作中應用相似類比原理,對預測對象與已知對象進行類比分析,并根據(jù)其礦床類型、成礦環(huán)境和控礦因素等的相似程度對礦床存在與否、礦化規(guī)模等做出預測。經驗類比法雖然傳統(tǒng),但是目前仍是不可代替的基本方法,尤其是在大比例尺成礦預測中仍然要以此法為主。類比方式也隨著成礦預測學和計算技術的發(fā)展,逐步增加了一些新技術、新方法、新形式,如人工思維類比、成礦模式類比、計算機模擬類比和專家系統(tǒng)類比等。

(2)勘查地球化學方法。地球化學勘探是通過研究地球各圈層各化學元素的分布、分配及其含量變化,來了解地質情況、指導找礦的一種勘查方法。近20多年來相繼開展了同位素地球化學探礦、航空地球化學探礦以及海洋地球化學探礦等方面的研究。在固體礦產隱伏礦、深部礦的地球化學勘查中,開始研制和開發(fā)具有較大探測深度的地球化學方法,即“深穿透(Deep penetrating)地球化學方法”,這些新方法有:活動態(tài)金屬離子法(MMI,Moile Metal Ion),所獲得的地球化學異常重現(xiàn)性較好,能探測到地下700 m深的礦體;酶浸析法,在冰積物覆蓋區(qū)尤為有效,可探測深度>300 m;地電化學法(CHIM),能探測到覆蓋層(厚度>150 m)和基巖(厚度>500 m)之下的深部礦化;地球氣法(NAMEG),我國的謝學錦等從1990年開始研究,已在中國山東金礦、烏茲別克斯坦穆龍?zhí)捉鸬V和澳大利亞奧林匹克壩銅-鈾-金礦進行試驗;還有地氣法(Geogas)、元素分子形式法(MFE)、離子暈法、獨立供電的電化學測量法、水化學測量法等。其中,活動態(tài)金屬法和酶浸析法已廣泛用于隱伏區(qū)的礦產勘查中,而地電化學法正迅速地獲得發(fā)展。在沉積物厚度較大時,特別是在異地沉積物覆蓋區(qū),上述尋找隱伏礦的方法是必須使用的并能取代常規(guī)化探方法的手段。

(3)地球物理方法。對探測隱伏礦床來說,物探方法要解決的關鍵問題是加大探測深度和提高分辨率。國外曾提出到20世紀末找礦深度應超過1 000 m,加拿大J﹒Boldy把地下150～1 500 m作為探測深埋礦物的范圍,前蘇聯(lián)在烏拉爾尋找含銅黃鐵礦時將深度100～600 m的礦床作為找深埋礦的主攻目標。

航空物探具有遠距離、快速地獲取地質信息的能力,航空物探資料對區(qū)域地球化學特征和控礦因素研究、隱伏礦床的靶區(qū)預測尤為有效。澳大利亞在上世紀90年代進行大區(qū)域(幾十萬平方千米)航空磁法測量和航空伽馬能譜測量,獲得編制高質量1︰25萬、1︰10萬比例尺圖件的數(shù)字數(shù)據(jù),同時還直接發(fā)現(xiàn)了一些礦化和與礦有關的異常;熊盛清等(2008)利用直升機快速獲取了黃石、大冶地區(qū)的大比例尺高分辨率航空物探資料,經過對數(shù)據(jù)的精細反演處理,成功地實施了大冶鐵礦的深部預測。

地震方法自上世紀50年代用于石油勘探,現(xiàn)已發(fā)展為三維、四維地震技術,成為石油物探的主要方法。近年來地震方法被引入到固體礦產的深部控礦構造研究、巖性劃分、尋找深部隱伏礦體等方面,發(fā)展成一種尋找深部礦體的有效手段。應用試驗表明,地震方法可在較大的深度范圍內精確地查清不同層次地質構造之間的關系、圈定深部隱伏巖體、探討測區(qū)斷裂系統(tǒng)和構造-巖漿對礦床富集就位的控制作用、不同時代的巖層界面的空間形態(tài)與成礦制約作用;利用綜合地震資料可分辨與礦體有關的局部不均勻體,有效控制隱伏礦體的空間位置;還可以提高鉆孔命中率和地質找礦效果、節(jié)省勘查資金。在加拿大薩德伯里、諾蘭達、馬塔加米等金屬礦的勘查中,通過改進反射地震數(shù)據(jù)收錄和處理方法,取得了這些礦區(qū)深部構造和含礦巖層分布的信息,同時也證明了高分辨率地震測量對以結晶巖為主的金屬礦勘查的價值;蔡新平將該方法應用于變質巖區(qū)和次火山巖區(qū)隱伏金礦體的預測,驗證了建立的構造模型,成功預測了隱伏含礦角礫巖筒的形態(tài)和結構[46]。但金屬礦的地震勘查(尤其是3D法、VSP法)目前還面臨成本較高、技術難度較大等問題。

近年來,一些探測深度較大的物探新方法、新技術不斷問世,并受到人們的青睞。瞬變電磁法(TEM)可探測覆蓋層下的良導電體,探測深度可達300～400 m;可控源音頻大地電磁法(CSAMT)的探測深度為幾十米到近1 km。運用聲波透視技術、無線電波工作站和數(shù)字綜合井站構成井中物探和測井方法系統(tǒng),目前已能發(fā)現(xiàn)井旁、井底和井間100～200 m范圍內的隱伏礦體[39];井中瞬變電磁法的找礦效果良,工作深度達2 500～3 000 m,可探測井周半徑200～300 m范圍內的良導體。上世紀80年代中期到90年代,在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方法組合,相繼發(fā)現(xiàn)了一批深部銅鎳硫化物礦床,如林茲里(Linsley)、維克多(Victor)、新麥克里達(New McCeedy)等埋深1 000～2 400 m的銅鎳礦;哈薩克斯坦應用井中充電法在庫斯穆龍(Kusmurun)礦田成功地探測到埋深700 m的塊狀含銅黃鐵礦礦體。

放射性測量是近20年迅速發(fā)展起來的新方法,較成熟的有α法、γ能譜法和X射線熒光法等。γ能譜法是通過測量含金地質體中鈾、釷、鉀的含量及其比值的異常來確定含金蝕變帶的存在,進而指示金礦體的賦存部位[40,41]。吳國學、沈遠超等應用該方法在黑龍江團結溝金礦外圍和山東乳山金礦進行隱伏金礦體預測,取得了良好的找礦效果[42,43]。

(4)遙感技術。遙感技術作為高科技手段,具有視域寬廣、信息豐富、周期性和客觀性等特點。由于遙感儀器和遙感信息處理方法的不斷創(chuàng)新,遙感找礦的技術方法越來越豐富多彩。遙感找礦就是在區(qū)域范圍內尋找礦化集中區(qū)。將圖像的色、線、環(huán)與成礦的基本要素(成礦巖體、控礦斷裂、圍巖蝕變等)相聯(lián)系,建立遙感礦田構造模式;應用模式標志在航、衛(wèi)片上判別礦田構造,預測新的礦產地。遙感圖像能反映各級斷裂,識別巖性地層,顯示不同的礦化蝕變光譜特征,能為隱伏礦體預測提供有效的信息。在澳大利亞奧林匹克壩銅-鈾-金巨型礦床的衛(wèi)星圖像中,識別出NW向的大型線性構造,對預測巨型構造的位置起到了重要作用;智利科亞瓦西銅礦的衛(wèi)星影像顯示出礦區(qū)近圓形的熱液系統(tǒng)和隱伏礦床的熱液蝕變帶,為尋找新的隱伏礦床提供了靶區(qū);根據(jù)陸地衛(wèi)星影像上的地質信息,在巴基斯坦西部找到2個潛在的斑巖銅礦勘探區(qū);郭華東等利用遙感技術在新疆哈巴河縣發(fā)現(xiàn)恰奔布拉克金礦,科研預測Au儲量25.3 t[44]。

(5)GIS空間數(shù)據(jù)平臺技術。隱伏礦體預測涉及大量多元地學信息,如地質、地球物理、地球化學和遙感等資料。地理信息系統(tǒng)(GIS)無疑是處理這些信息最有力的工具。我國在“八五”期間將GIS技術列為地質礦產勘查的關鍵技術,由此帶來了GIS礦產資源預測技術的長足進步,在一些礦區(qū)隱伏礦的預測研究中得以運用和推廣。如池順都等開展了基于GIS的地質異常分析、金屬礦產經驗預測、找礦有利度分析、找礦有利地段圈定和礦產資源潛力評價等方面的研究[45];王世稱等在MAPGIS軟件平臺上開發(fā)了綜合信息礦產資源預測系統(tǒng)(KCYC)[46];安徽省地質礦產局開展了基于GIS技術的安徽東部地區(qū)金礦資源評價研究[52]。江西地礦局912大隊和東華理工大學在對冷水坑礦田進行多元地學信息GIS集成與融合分析的研究中,將區(qū)調地質圖件數(shù)據(jù)化,并與地球化學、遙感等多元數(shù)據(jù)集成,構建“冷水坑地學專題GIS系統(tǒng)”,將系統(tǒng)用于地學信息圖的分析研究,在燕山—麻地、閩坑等地發(fā)現(xiàn)多處環(huán)形異常和銀、金、多金屬成礦遠景區(qū),可為該區(qū)提供1～2處大型銀鉛鋅礦找礦遠景區(qū)。

(6)地質巖心鉆探技術的進展。目前的地質巖心鉆探可以獲得地下10 km乃至更深的巖石樣品,配合其他手段可以收集到各種深部信息。近30年來,開發(fā)研制出多種新的礦產鉆探工藝方法和配套設備(機具)。①反循環(huán)中心取樣(心)鉆探技術:包括空氣和水的反循環(huán)中心取樣技術,該技術統(tǒng)一了鉆進和取樣過程,提高了鉆進效率,解決了取樣率和取樣質量問題,可獲得100%的巖心采取率,空氣反循環(huán)還可避免沖洗介質對巖樣的污染,提高了樣品質量。我國在20世紀80年代中后期引進了空氣反循環(huán)鉆探技術的成套設備,并在金礦勘探中顯示出極大成效,解決了長期以來的“取心難”問題;②泡沫鉆進技術:該技術采用低密度氣液混合物作沖洗介質,為空氣鉆進技術的重要分支;上世紀60年代初開始用于石油鉆進和水井施工中,80年代起開始用于固體礦產勘探,在干旱缺水地區(qū)和復雜地層(漏失、膨脹、永凍地層等)的鉆井中有極大優(yōu)越性,可使機械鉆速提高30%以上,鉆進效率提高25%～100%,回次進尺提高20%～100%,鉆時消耗和鉆桿器轉動率消耗明顯降低;③受控定向鉆探技術:是在定向鉆探技術基礎上發(fā)展起來的高新技術,為海上平臺鉆進多分支鉆孔,為薄層油氣田和煤層氣田鉆進水平側向孔,為鹽礦床、硫礦床鉆進液化開采孔等提供了有效的技術手段;該技術大大提高了鉆探施工的中靶精度,并可明顯減少鉆探工作量,到80年代末,美國定向孔的最大水平移距已達3 836 m,前蘇聯(lián)為2 500 m;從一個井場(或平臺)鉆進多分支孔或集束孔已多達25～30個;我國的受控定向鉆探工藝現(xiàn)已位居國際先進行列,如安徽冬瓜山礦區(qū)全方位多分支孔(6個)工程、山西中條山銅礦勘探中的纖斜受控定向孔施工、湖南湘衡鹽礦開采孔的地下對接工程等均獲成功。

4 評述

(1)隱伏礦體預測是一項具有挑戰(zhàn)性的工作,要想取得新的找礦突破,就必須突破某些傳統(tǒng)思維的禁錮,大膽探索和科學運用新的觀念和理論,采用符合預測區(qū)實際情況的新技術、新方法,取得新的信息和認識,總結客觀的規(guī)律并形成新思路指導下的科學理論。

(2)現(xiàn)代的地學學科,在學科理論和技術方法方面的滲透、融合程度越來越高,如對油田中伴生的金屬礦床,過去認為石油和金屬礦這兩類礦產幾乎是風馬牛不相及,但現(xiàn)在有越來越多的證據(jù)顯示石油與許多金屬礦有著密不可分的關系,這是一些勘查地球化學家開始關注的;另一方面,以前從事石油勘探的地球物理學家也在嘗試將石油成油理論和勘探方法技術嫁接到金屬礦的深部找礦方面來,他們越來越重視工作區(qū)域的地質、地球化學信息;可以預期,一旦是“兩軍會師”,金屬礦的隱伏礦體預測也許比現(xiàn)在要簡單容易得多。

(3)新的方法技術可能會遭受挫折或失敗,傳統(tǒng)理論如果與新的科學技術有機結合,往往同樣會取得令人意想不到的成功。馬振東等(2008)遵循銅多金屬礦床的時-空套疊成礦作用的準則,以地球化學成礦成暈機制為指導,以勘查地球化學新技術、新方法及高精度的分析測試為支撐,在江西九江城門山礦區(qū)深部及外圍開展精細地球化學研究和成礦預測,建立了三維可視化系統(tǒng),在城門山外圍發(fā)現(xiàn)了Ag,Au礦化點,經驗證,其深部亦有良好的Ag礦化顯示,獲得了令人滿意的效果。

(4)由于許多物、化探方法的異常解釋中具有多解性,從而增大了找礦預測的風險。多元信息只有在不同學科的交流、互補和印證中,才能去粗取精、去偽存真,最大限度地接近客觀,最終達到唯一性。所以建立多學科互補、合作的機制是一條通向成功的找礦之路[6]。

(5)找礦技術方法組合很難有可比性,更重要的是實踐的檢驗。所有的找礦技術方法都有其實用性,同時也都受到適用條件的限制:勘查地球化學和遙感技術明顯受到露頭和地形的影響,而勘查地球物理技術受到地形高差和地質體物性要素的影響。合理地剔除干擾因素,甄別出示礦信息,就必須結合地質成礦理論和地質、地形、物性等條件,在反復實踐中梳理出針對某些礦床類型有效的技術方法組合。

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RESEARCH TECHNIQUE AND PROGRESS ON PROGNOSIS OF CONCEALED ORE BODY

WU Jun-hua1,2,YUAN Cheng-xian2,ZHAO G an2
(1.Faculty of Earth Resources,China University of Geosciences,Wuhan430074,China; 2.J iangxi Geology&Mineral Resources Ex ploration and Development L td.,N anchang330030,China)

Theory and mothodology of bind ore body prediction are the focus for the precent mineral prospecting and metallogeny.Analogue,metallogenic model,geo-anomaly,metallogenic series and system are the common theories.Progress made in the poediction is mainly reflected in 6 aspects:①quantitative prediction theory is perfacted;②prediction techniques emerge endlessly and are improved with time;③multi-informations are integrated and applied to the predction;④3D prediction is efficiently used in the prediction;⑤the GIS-based prediction is widely used;⑥a group of theories for deep ore prediction are established.Data obtained from geophysical and geochemical survey are combined with remote sensing techiques and data of geology and drilling to become the modern ore-searching means.

concealed ore body;prognosis;progress;research status;prediction

P612;P62

: A

: 1001-1412(2010)03-0188-08

2009-04-09

江西省地礦局2009年科技項目資助。

吳俊華(1969-),男,江西南昌人,博士,主要從事成礦規(guī)律及成礦預測研究。通信地址:江西省南昌市迎賓大道938號,江西省地礦局資源公司;郵政編碼:330030。