“十二五”期间,国土资源系统广大科技人员深入贯彻落实《国土资源“十二五”科学和技术发展规划》部署要求,紧紧围绕国土资源管理工作和长远发展的需求,深化土地资源管理、地质找矿、地质灾害防治、国土资源遥感应用及信息化等重点领域理论、方法和关键技术创新,取得了一批具有国际、国内先进水平的重大科技成果。

在矿床地质领域摸爬滚打60年的矿床地质学家翟裕生,经历了我国矿床地质学的建设和应用的风风雨雨,60年的学科沉淀,让他对我国的矿床地质学建设有许多新的思考。在翟裕生院士80诞辰庆祝会上,记者与他攀谈起来。
60多年来,我国矿床地质工作迅速发展,大致经历了三个阶段
翟裕生说,新中国成立以来,为了保证经济建设对矿产资源的迫切需求,矿产地质勘查工作迅速发展,矿床学也取得多方面的进展,大致可以分三个阶段:
第一阶段,1949年至上世纪50年代末。
第一个五年计划时期,原地质部、冶金部等部门组织勘探了一批重点矿床。地质资料日趋丰富,对鞍山式铁矿、大冶铁矿、华南钨矿等一些重要矿床的地质特征和成矿条件等作了综合分析。
这一时期,矿床研究偏重于解决矿产勘查中的实际问题,理论与实践密切结合。由于当时勘探的对象主要是一些熟悉的矿床类型,因而研究课题相对简单。其中,岩浆热液成矿理论起了主导作用,尤其是与中小型侵入体有关的矽卡岩矿床和气成热液矿床受到广泛重视。
第二阶段,上世纪60年代至70年代末。
这一时期,地质学发生了重大变革,影响到它的各个分支学科,矿床学在观念、方法和研究内容上也都发生了重要变化。
几个五年计划期间,开采的矿山和勘探矿床的数目日益增多,为矿床学研究提供了广阔的天地,形成了不少分支学科和新的研究方向,包括:层控矿床研究和多成因理论的兴起,花岗岩类成矿研究的深入,矿田构造和成矿预测研究,矿床成因和矿床模型研究等。但随着矿产勘查投资萎缩,以及容易发现的矿床日益减少,研究成果解决实际问题的难度日益增加,出现了某些理论探索与勘查实践的不协调现象。
第三阶段,上世纪80年代至今。
这一时期,地球科学迅猛发展,出现了系统化和全球化的趋势。改革开放推动了对外学术交流与合作,推动了地质岩矿测试和探矿技术装备的不断改善,促进了矿床学的发展提高。
通过国家和有关部门组织的矿产地质攻关项目的实施,矿床理论研究和勘查实践间脱节的现象有所改进。现在正在开展的国家重大基础研究和国土资源大调查以及危机矿山探矿增储等项目,强调解决经济建设中重大问题和学科研究前沿的结合,促使矿床研究与勘查评价工作在更高层次上加以结合,显著提高了成矿理论水平,研究成果丰硕,在发现新矿床和新矿产基地方面也有突破性进展。
60多年来,中国矿床学形成了自己的特色研究,主要体现在五个方面
翟裕生介绍,60多年来,我国矿床学取得多方面进展,同时,也显示了中国矿床研究的一些特色:
——区域成矿规律研究。上世纪70~80年代板块构造学说的兴起带动了整个地球科学的迅速发展,从矿床学研究来看,则发展了从板块构造背景对矿床时空分布规律的研究,对中国的区域成矿规律研究有明显的促进,逐步形成了一些学术观点,如,构造—成岩—成矿、构造体系控矿、全球构造演化控制区域成矿、区域成矿系统等,为进一步深入研究打下基础。近年来,青藏高原为主的碰撞造山成矿过程和机制、大陆内部岩浆—热液成矿作用、大火成岩省演化及其成矿系统等均有重要研究成果。研究显示,中国几个大成矿区带各有特色,已引起广泛关注。
——矿床成矿系列和成矿系统研究。在典型矿床深入研究的基础上,中国学者提出了成矿系列研究的理论和方法,并在全国范围内推广,深化了对矿床类型的对比和综合研究,对预测找矿工作有重要的指导作用。近年来随着系统科学观点向地质科学渗透,矿床学研究开始重视成矿系统分析,突出了矿床形成—演变—保存的全过程研究,进而发展到对成矿系统动力学的深入探索。最近,又提出了“地球系统—成矿系统—勘查系统”的研究理念,体现了当今矿床学的前进方向。
——贵金属矿床地质研究。上世纪70年代以来,中国重点加强了金矿地质勘查和科学研究攻关,发现了众多有价值的新类型金矿,金矿储量和黄金产量有了大幅度增长,解决了生产和理论研究中许多重大问题,包括对甚低品位金矿石的选矿问题。上世纪80年代以后,中国银矿勘查和研究有了重要进展,发现和查明了大型独立银矿,并以银为主矿床,划分了中国银矿床主要类型。近十多年来,对西南等地的铂族元素矿床的物质组成和富集作用等也作了系统研究。
——超大型矿床研究。超大型矿床因其巨大储量和罕见而具有重大经济价值和科学研究意义,成为许多国家、地区和勘查公司追逐的目标。涂光炽先生等倡导和组织了寻找超大型矿床的基础研究,探讨了中国超大型矿床的时空分布规律,剖析了白云鄂博稀土—铌—铁矿、柿竹园钨锡多金属、大厂、金顶等多金属矿床的形成机制,初步总结分析了多数超大型矿床之所以产在大陆边缘构造带的原因。近年来裴荣富等在研究我国超大型矿床的基础上,还进一步对全球的超大型矿床开展了国际合作研究。
——矿床地球化学研究。我国有高水平的矿床地球化学研究队伍,在矿床成因和成矿机理方面取得丰硕成果,显著提高了矿床学的研究水平,不仅推动了矿床研究由定性向定量发展,而且加深了对成矿理论基本问题的认识。对矿床研究的基础问题,包括成矿年代、成矿物质来源、流体来源及迁移过程、矿石沉淀富集机制等,作了大量的研究,已经能从系统角度加以整体分析,并获得大批富有意义的成果。
未来,我国矿床学研究应重点加强四个方面
“我国矿产资源需求旺盛,目前能自给的品种较多。但石油、铜、铝、富铁、钾盐等主要资源不足,已成为制约可持续发展的重要瓶颈。为此,政府已开始加大对矿产勘查和矿床研究的投入,地质工作又将迎来一个新的发展机遇。”翟裕生说,“作为一个已从事60年的老地质工作者,对矿床学面临的这些机遇深受鼓舞,更感到责任重大。”
翟裕生表示,当前矿床研究工作的问题是理论联系实际不够,学科内部各部分发展不平衡。为此,他提出当前我国矿床学研究的几个重点:
第一,由浅部向深部开拓——深浅结合。
随着浅表矿越来越少,深部找矿越发重要,而且众多危机矿山找矿项目中深部矿体的不断发现,显示了很多矿集区深部有良好的资源潜力。不仅如此,在深部钻探中,还发现了新的矿石类型,新的控矿构造,新的赋矿层位等。这些重要发现启发我们,深部找矿不仅具有经济目的,而且是一项科学探索活动。
翟裕生强调,在关注深部找矿的同时,不能忽略对浅部矿床的精细研究。从矿体产状的整体性看,存在一些延深很大的矿床。如在造山型金矿、岩浆管道型铜—镍矿、角砾岩筒型金刚石矿以及沉积变质铁矿中,一个大矿体可延深几千米,矿体的浅表部分与其深部是一个整体。因此,要将深部矿与浅部矿结合起来,先是对浅部矿进行精细研究,再扩展到对深部矿的探索。
第二,矿床解剖与区域展开——点面结合。
在矿床学研究中,将典型矿床解剖与区域成矿研究结合起来是行之有效的。点面结合,微观宏观结合,有利于全面认识矿床成因和区域矿床分布规律,提高找矿工作的成效。
“我们要加强对典型的、有特色的矿床的深入研究,包括研究成矿环境和成矿年代、查明控矿因素、构筑矿床的三维结构、明确围岩与矿石的组构和物质成分及其所蕴含的微观信息等,并用系统观点说明矿床的源—运—储—变—保特征。在此基础上,与同类及类似矿床作对比,建立矿床模型和找矿模型,明确主要找矿标志,提出该矿床的评价准则。”翟裕生说,“在典型矿床研究基础上要区域展开,这涉及更广阔的研究内容,包括:区域大陆动力学背景、区域壳—幔作用与深部过程、区域构造—岩浆—流体作用、区域变质作用、区域表生作用、区域矿床特征与区域成矿系统、区域地质发展史与成矿谱系、区域矿床的形成、改造和保存、分布规律及主要矿产的资源潜力等。”
翟裕生强调,无论是点的深入,还是面的展开,都需要相对稳定的队伍和专家,长期坚持研究,才能做出开创性成果。
第三,矿床系列和异常系列组成的矿化网络——成矿系统网络。
翟裕生说,现在找矿难度越来越大,因此,如何加强矿化异常研究应引起更大关注。矿床系列和异常系列,包括地、物、化、遥、生物等异常,都是一个成矿系统的产物,它们构成一个三维的矿化网络,应将它们作为一个整体加以研究。
为深入研究矿化网络,可运用“矿化网络结构”的概念,即矿床系列和异常系列网络中各矿种、矿床类型及矿化异常间的相互关联的空间结构、时间结构和物质结构三类结构。对矿化异常的空间结构来说,有近程的、远程的;有分带的,有套合的。发现异常浓集带、异常突变带、异常复合带和异常叠加带四种异常应引起关注,因为有可能已经接近矿体。此外,对一些低缓异常也不能忽视,尤其在深部找矿时。针对不同的成矿系统与成矿环境,详细研究异常的结构特征,有助于发现矿床。
第四,研究与发现新型矿产资源。
为了实现矿产资源的可持续供应,除了继续找寻常规的矿产外,还要研究、预测和发现新型矿产资源,这包括新的矿床类型、新的成矿环境、新的成矿作用、新矿种、新的岩矿性能以及矿床物质的综合利用等。
我国地处三大板块的交汇带,大地构造历史复杂,成矿多样性和多期性显著,叠加成矿和改造成矿作用比较发育。现已发现多个叠加型层控矿床,还存在进一步发现由叠加和改造成矿作用形成的新类型矿产的可能性。
翟裕生表示:“在找矿工作中,除对单个矿种的找寻及评价外,还要从区域的地质成矿条件出发,加强对成矿系统‘源—运—储—变—保’的全面分析,以区域成矿系统所形成的矿床系列作为找矿的综合目标,把握全局,举一反三,由已知矿床类型,找未知矿床类型包括新类型矿床,从而探寻新的矿产类型,开拓新的资源领域。”

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据统计,2011~2015年间,在国土资源部正式登记的科技成果1756项;获国家科技进步奖特等奖1项、二等奖8项,国家自然科学奖2项,国际科技合作奖3项,国土资源科学技术奖一等奖59项、二等奖283项。科技创新作为破解国土资源难题的根本举措之一,为国土资源事业发展提供了强大动力。

据中国地质调查局消息,全国危机矿山接替资源勘查理论创新与找矿重大突破荣获国家科技进步奖二等奖。

  “十二五”期间,广大地质科技人员在成矿理论与勘查技术创新方面,建立完善了青藏高原、海域天然气水合物、钾盐成矿、北方陆相盆地砂岩型铀矿成矿等理论,建立了我国成矿规律时空格架,提出了“三位一体”找矿预测地质模型理论认识,有效地指导了地质找矿实践;航空地球物理勘查技术、地球化学勘查技术、地质钻探技术、地质实验测试技术与装备、矿产资源综合利用技术、天然气水合物勘查技术等地质勘查新技术进步显著,为地质找矿提供了重要利器。地质理论创新、勘查技术进步有效地指导、支撑我国找矿重大发现,培养了一大批地质找矿人才,产生了重大社会效益和经济效益。

资源枯竭是矿山无法逃避的宿命,矿山的发展由盛而衰也是无法越过的坎。对于这样的窘境,人们干脆赋予了一个新的名词――危机矿山。

  从本期起,本报将推出介绍我国“十二五”期间成矿理论与勘查技术重大科技成果的系列报道,请关注。

危机矿山指由于矿区范围内可供开采的矿产资源短缺,或者可采储量逐年萎缩,而难以继续经济地开发利用其保有的矿产资源,由此导致矿山产量持续下滑,矿山保有服务年限低于警戒线,在目前或者今后一段时期内难以维持正常生产经营而面临闭坑或破产危机的矿山企业。

  科学技术是第一生产力,地质理论创新与勘查技术进步是支撑找矿突破的重要利器。

21世纪初,据对全国1010座大中型矿山调查,其中632座面临资源枯竭,形成资源危机矿山,涉及240多万矿工和1000余万家属的工作和生活,直接影响到国民经济的可持续发展和社会稳定。

  《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》明确,要依托科技进步,解决资源重大问题,并将能源、水和矿产资源及找矿、开发利用列为国家科技中长期规划的重点领域和优先主题。

党中央、国务院十分关心矿业的可持续发展。2004年,国务院第63次常务会议通过《全国危机矿山接替资源找矿规划纲要(2004~2010)》,设立国家专项,由国家发展与改革委员会、财政部、国土资源部组织实施。

  国务院发布的《找矿突破战略行动纲要(2011~2020年)》强调,找矿突破战略行动要强化科技支撑引领作用,突出成矿理论和找矿技术方法研究,建立完善重点成矿区带成矿规律和矿床模型,攻关解决矿产资源综合利用关键技术难题,为立足国内实现找矿突破,提升矿产资源保障程度做出强有力支撑。

作为业务和技术指导单位,中国地质调查局临“危”受命,责无旁贷地承担起了这个艰巨的任务。但是,要真正解决危机矿山面临的问题,并不是想象的那么容易。根据以往的经验,危机矿山找矿难度极大,工作程度高,探矿深度大,电磁干扰因素复杂,缺乏系统的理论指导和有效的方法手段,矿山虽经多轮勘查,仍未摆脱危机,陷入了束手无策的困境。

  “十二五”期间,广大地质科技人员按照《国土资源“十二五”科学和技术发展规划》部署要求,突出需求引领,重点围绕我国紧缺大宗矿产资源、深部矿产资源、能源资源、海洋矿产资源,以及矿产资源综合利用等方面,坚持海陆统筹,推进成矿理论创新和勘查技术进步;坚持东西部并举,推进深部矿产勘查技术方法组合优化和大宗紧缺矿产成矿规律研究;坚持节约集约,推进矿产资源综合利用技术发展;坚持示范引领,推进科技成果转化应用,取得了卓越成效。

为实现国家目标,作为项目牵头实施单位,中国地质调查局发展研究中心采用统一规划、统一部署、统一管理的组织形式,历经8年,由全国28个省(区)、168个地勘单位、31个科研团队、230个矿山企业及100多名资深专家参加。投入资金35.9亿元,完成钻探248.8万米、坑探38.1万米,在47个重要矿集区优选230座矿山开展深部找矿工作,涉及铁、铜、铅锌、金、铀等20个矿种,通过“理论指导、技术突破、机制创新”的途径,取得了一系列科技创新成果。

  据中国矿业报记者了解,5年来,在国土资源系统承担的矿产资源领域5项“973”项目、6项“863”项目、17项科技支撑计划,以及一批面向地质找矿的公益性、行业性、基础性调查科研项目支持下,全国科研院所、地调机构、地勘单位协同创新,联合攻关,大力推进了地质理论创新和勘查技术进步,支撑实现了地质找矿的重大突破。

首次在资源枯竭矿山开展全国性深部找矿行动,实现了找矿重大突破

  青藏高原地质理论创新与找矿重大突破

根据“理论指导、技术先行、探边摸底、拓展外围”的原则,充分认识危机矿山探矿工作的艰巨性,一大批监审专家,矿山企业、地勘单位、科研院所技术研究人员,各级国土资源和财政部门管理人员,全国危机矿山找矿专项专家委员会主任及成员,是他们的共同努力,才实现了危机矿山找矿的重大胜利,给共和国提交了解决危矿问题的答卷。

  专家介绍,青藏高原地处全球三大成矿域之特提斯-喜马拉雅成矿域,洋陆转换、壳幔交换等地质过程复杂,成矿地质条件好,资源潜力巨大。围绕青藏高原地质找矿基础理论问题,在系统总结1∶25万地质调查成果基础上,针对印度-亚洲大陆碰撞成矿动力学背景、大地构造演化、成矿作用、成矿模型、成矿规律等应用基础重大科学问题,全国地质调查单位、科研院所、高校和地勘单位开展了深入地质调查,联合攻关,创新了青藏高原基础地质理论,解决了一批制约青藏高原地质找矿的科学问题,在地质理论指导下,实现了地质找矿的重大突破。该项成果获得了2011年度国家科技进步奖特等奖。

――广西铜坑锡矿、山东三山岛金矿、辽宁白云金矿、甘肃格尔珂金矿、江西银山铜矿、山西支家地铅锌矿等45座矿山新增资源储量达大型-超大型规模,湖北鸡冠咀铜矿、安徽铜山铜矿等80座矿山新增资源储量达中型规模,94座矿山新增资源储量达小型规模。其中,辽宁阜新八道壕煤矿新增煤炭资源储量有力地支撑了矿业城市的经济发展。河北迁安铁矿新增资源储量2.4亿吨。辽宁红透山铜矿新增铜锌资源储量24万吨。湖南宝山铅锌矿等矿山深部发现大型矿床后,使矿山再一次焕发生机。

  一、主要科技创新

――新增备案资源储量:铜338万吨、钨42万吨、锡35万吨、金636吨、银9229吨、铅锌816万吨、原煤54.5亿吨、铁矿石9.95亿吨、锑34万吨、磷矿石26348万吨、石墨386万吨、锂2664吨、铍7004吨。

  1.重塑青藏高原地质演化格局,为地质找矿提供重要背景资料

创建了勘查区找矿预测理论,为深部找矿提供了理论指导

  建立了大陆边缘“多岛弧盆系”构造理论,提出了“三段式”碰撞造山新模式,丰富和发展了全球构造理论。提出了青藏高原“一个大洋、两个大陆边缘、三大多岛弧盆系”全新认识,形成了大陆边缘“多岛弧盆系构造理论”。研究提出主碰撞陆陆汇聚(6500万~4000万年)、晚碰撞构造转换过程(4000万~2500万年)与后碰撞地壳伸展过程(2500万年以来)的三段式演化过程,为建立区域成矿理论奠定了重要基础,对认识超大陆形成演化具有重大科学意义。

应用空间预测的基本原理作为构建勘查区找矿预测理论的基本思路,创建了以成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志研究为核心内容的勘查区找矿预测理论体系。

  2.建立了青藏高原地质成矿理论

――成矿地质体是指与矿床形成在时间、空间和成因上有密切联系的地质体,是形成矿床主要矿产主成矿阶段空间定位的成矿地质作用的实物载体,是为成矿物质集聚提供能量的地质体。通过成矿作用时间、空间、物质、能量一体化研究,确定成矿地质体及其空间范围,研究其特征及其与矿体(床)的关系,确定找矿方向。总结了沉积、火山、岩浆侵入、区域变质、大型变形5种地质作用12种类型成矿地质体总体特征及其与矿床(体)的关系,解决了矿床与成矿地质作用的实体联系,为找矿预测奠定了基础。

  提出了大陆碰撞成矿论和陆缘增生-大陆碰撞成矿理论,构建新的“碰撞型斑岩铜矿”、“碰撞造山型金矿”成矿模型。成矿理论和成矿模型回答了大陆碰撞过程能否形成大矿的理论观点,以及在什么地方、找什么矿的问题,丰富和完善了经典成矿理论。

――成矿结构面是指赋存矿体的显性或隐性存在的岩石物理化学性质不连续面,即赋存矿体的各种界面。成矿物质受压力、重力、热力、热液流体、构造5种动力驱动,又以分选、分异、充填、交代、混合、沸腾、塑性流变等方式沉淀,形成了复杂的赋矿空间,据此划分了原生和次生成矿结构面成因类型,解决了矿体赋存空间与成矿作用的关系。建立了沉积、火山、岩浆侵入、褶皱、断裂5种成矿构造系统,构建了常见矿床类型的结构面空间组合与格架,为预测深部矿体空间分布提供了工具。如岩体与围岩接触面、“硅钙面”等界面为接触交代型矿床的重要成矿结构面。

  3.总结成矿规律,科学划分了重要成矿区带

――成矿作用特征标志是指应用成矿作用地球化学理论,结合大量矿床研究实际资料,总结的主要成矿元素分配分布、迁移、沉淀过程形成的矿体、矿石、矿物、元素及流体等特征的标志。应用成矿地球化学障理论结合大量地质事实,概括了主要矿床类型成矿作用物理化学条件转换的特征标志,如黄玉和电气石是高(中)温热液型钨锡矿床成矿作用特征标志,为判别成矿作用中心及找矿前景提供了确定性依据。

  识别出陆缘增生、陆陆汇聚、构造转换、地壳伸展四大成矿系统,揭示了青藏高原区域成矿规律,建立了冈底斯碰撞型斑岩铜矿成矿系统、班公湖-怒江岛弧型铜金成矿系统、念青唐古拉喷流-叠加改造铅锌银成矿模型,确定了3条巨型金属成矿带。

――以成矿地质体和成矿结构面为空间格架,以成矿作用特征标志为实体,构建了由脉、层、块、体矿化样式组成的上下、左右多元空间结构模型。

  4.研发了一系列适合高寒缺氧环境的地质调查和矿产勘查评价关键技术

与国内外现有的成矿预测理论相比较,实现了矿床学、矿床地球化学等基础理论研究和矿产勘查的有机结合。成矿地质体作为成矿作用和基础地质研究的桥梁和纽带,解决了矿床与地质作用的实体关系,锁定了与成矿有关的目标体。成矿构造和成矿结构面研究建立了矿体赋存空间与成矿作用的关系,创建了全新的成矿结构面成因理论,解决了预测矿体空间定位问题。成矿作用特征标志研究把成矿作用的产物与成矿物质迁移、沉淀的物理化学变换因素结合起来,解决了确定成矿作用中心和筛选找矿标志的难题。将找矿预测由经验找矿、方法找矿,提升为理论找矿,并解决了实现途径。(下转2版)(上接1版)

  研发了包括遥感地质调查、中高山区航磁、重力调查、高寒荒漠特殊景观区化探扫面技术等的“卫星-航空-地面”一体化勘查技术组合,开发了一套遥感异常提取技术(DPF技术)、成像光谱矿物填图技术等矿产资源快速评价技术,提出了一系列实用的成矿预测理论与方法,如冈底斯“等距性”控矿论、复式花岗(斑)岩控矿论、推覆-滑覆构造控岩控矿论、走滑-拆离构造控岩控矿论以及驱龙式“复式斑岩体成矿”、甲玛式“岩浆+构造+岩性圈闭控矿”、努日式“壳幔混源斑岩铜矿+壳源钨钼叠合成矿”、拉屋式“矽卡岩型铅锌银矿床+云英岩型钨矿”等找矿模型。

首次研究创建了符合我国成矿地质特征的找矿预测地质模型,为深部找矿提供了类比标准

  5.理论指导,勘查技术支撑,新发现7个超大型和25个大型矿床,大幅增加了我国大宗矿产的资源量

通过129个典型矿床解剖研究,500多个矿床调查研究,收集了1300多个典型矿床资料,获得了50000多组原始数据,依据我国独特的成矿地质背景,创建了涵盖我国主要矿床类型的25种找矿预测地质模型。

  新发现和评价了驱龙、甲马、雄村、多龙、亚贵拉、邦铺、努日-程巴7个超大型矿床,冲江、朱诺、厅宫、岗讲、尕尔穷、蒙亚啊、尤卡朗、拉屋、洞中拉、勒青拉等
25个大型矿床,圈定成矿远景区106个,铜、铅锌、金、银、钼、钨、富铁矿等新增一批资源储量。

――厘定了以卤水盆地及其边缘深大断裂控制的非岩浆后生热液型铅锌矿床的概念,构建了碳酸盐岩容矿和砂岩容矿两种找矿预测地质模型。

  二、应用成效

――建立了以脉、层、体矿化样式为特色的次火山热液型金银矿、次火山热液型铅锌银矿、玢岩型铁矿3类找矿预测地质模型。

  找矿突破新增一批资源储量,大幅增加了我国大宗矿产储备,发现的资源潜在经济价值超过
2.7万亿元。攻克了国际地学界关注的青藏高原地质演化与成矿过程等众多难题,显著提升了我国的地学国际学术地位,发表学术论文1000余篇,形成新的行业技术规范4
项。获2011年度国家科技进步奖特等奖。

――以西藏罗布莎铬铁矿为典型,建立了板块?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。

  富铁矿成矿地质理论与预测研究

――应用沸腾沉淀理论,建立了侵入体外接触带“五层楼”水压致裂结构面和内接触带云英岩型二元结构的钨锡矿找矿预测地质模型。

  铁矿是支撑国民经济社会发展的极其重要的一种矿产资源。我国铁矿资源的禀赋特点是富矿少,贫矿多;中、小型矿床多,超大型矿床少;伴生组分多,选冶条件差。“十二五”期间,铁矿地质科技工作重点围绕富铁矿成矿机理这一基础理论问题,组织全国力量开展攻关,重点开展了沉积变质型、矽卡岩型、火山岩型及岩浆型钒钛磁铁矿的富铁矿形成机制研究,开展了铁同位素理论及铁矿定年技术研究、铁矿成矿预测技术方法研究等,取得了系列创新性认识,为指导富铁矿的找矿提供了重要理论依据。

――全面总结了我国冈底斯、赣东北、西准噶尔、多宝山4种地质构造背景下的斑岩铜矿找矿预测地质模型。

  一、主要科技创新

――总结了新疆古生代、中东部中生代、西藏新生代3类斑岩型钼矿三维多元结构地质模型。

  1. 提出了富铁矿成矿地球动力学背景新认识

――建立了华南地区受白垩系红层盆地边缘深大断裂控制的花岗岩容矿的铀矿找矿预测地质模型。

  认为攀西矿集区富铁矿床形成的地球动力学背景为地幔柱作用和岩石圈地幔的加入,是封闭体系中富铁钛的原始苦橄质岩浆发生分离结晶,形成富Fe-Ti基性母岩浆(攀枝花岩体),进而成矿。塔里木大火成岩省与攀西地区具有相似的地球动力学背景,暗示塔里木大火成岩省具有寻找大型钒钛磁铁矿的找矿潜力。

――首次提出了“硅钙面”成因机制,建立了2种成矿结构面类型的接触交代型矿床找矿预测地质模型。

  2. 丰富和发展了沉积变质型富铁矿成矿理论

――总结了我国2种地球化学类型的金成矿特征,建立了次火山热液型、岩浆期后热液型、剪切带型3类金矿找矿预测地质模型。

  一是根据鞍本地区变质火山岩中条带状铁建造和变质碎屑岩中条带状铁建造的最新锆石年龄均为25
亿年左右,认为早前寒武纪阿尔果马型和苏必利尔型条带状铁建造具有成因联系,是同时异相沉积产物。二是研究认为我国鞍山式磁铁富矿的后期热液叠加改造成矿机理有“去硅富铁”和“铁质活化再富集”两种形式,“去硅富铁”型富铁矿以辽宁省辽阳市弓长岭铁矿二矿区富铁矿为代表,赋存于贫铁矿层中,以石榴石为特色的围岩蚀变发育,受断裂构造控制,成因认识与前人的变质热液或混合岩化热液交代不同,测得形成时代为18.4亿年,成矿作用与大气降水成因的热液交代贫铁矿并带走硅质使铁质残留富集形成富铁矿,成矿规模及潜力巨大;“铁质活化再富集”富铁矿以辽宁省鞍山市齐大山铁矿为代表,富铁矿分布于贫矿层中的断裂裂隙中,呈脉状,围岩蚀变以黑云母绿泥石化为特色,富铁矿体附近的条带状磁铁石英岩中铁质大面积贫化形成失铁石英岩,成矿作用与
25
亿年左右的混合岩化热液将贫铁矿中铁质活化再沉淀有关,矿化分散,规模小,找矿前景不大。

――应用向型构造轴部塑性流变及重力作用的成矿机制,建立了沉积变质型铁矿找矿预测地质模型。

  3. 发现了矽卡岩型富铁矿形成的新机制

研发了适合矿区复杂条件下的关键技术,为深部找矿提供了技术支撑

  研究发现,溶解-再沉淀作用是矽卡岩型铁矿的普遍现象,对磁铁矿起到纯化作用,从而在一定程度上提高了矿石的品位和品质,是形成平炉富矿的一种机制;从中酸性岩浆中出溶的高温、高盐度、还原性岩浆热液与溶解了蒸发岩层的外部流体发生流体混合,在该过程中岩浆热液中的二价铁被氧化形成三价铁,从而导致磁铁矿的大量沉淀。

――建立了针对大深度的地球物理探测新技术体系。电磁法技术组合解决了1000米深度的矿体探测,并取得良好应用效果。首次研制了3D井-地磁测联合反演技术(SWMI3D)和地-井方位激电(IP)联合反演技术,有效探测深度达到2000米。采用重磁三维反演技术,在河北迁安铁矿1100米深处发现100多米厚的矿体。

  4. 丰富了岩浆岩型富铁矿床的成矿理论

――针对矿山复杂电磁干扰,研发了系列抗干扰技术。引入并完善了大比例尺直升机航磁技术,开发了50Hz陷波器等;采用参考站数据相关分析、指数谱函数拟合方法和滤波等技术开发了数据处理软件;采用加大功率、增加叠加次数、逐点采集噪声、错时或停电测量等组合方法降低干扰影响。

  分析对比了攀西地区红格、攀枝花、白马和太和 4
个大型矿床的特征,提出了控制岩浆型矿床形成的关键因素:①富铁钛母岩浆为大量铁钛氧化物结晶-堆积成矿提供了根本的物质基础;②流动分选是形成块状矿石及稠密浸染状矿石的重要物理机制。大庙式铁矿中的钛铁磷灰石岩不是传统的岩浆不混溶作用形成的,熔体和流体包裹体研究暗示流体参与了成矿作用。

――大深度钻探技术应用水平明显提高。大深度钻探技术在深部找矿中得到广泛应用,共完成千米以上钻孔295个。

  二、应用成效

――针对矿山找矿工作程度高、深度大、电磁干扰强的特点,建立了一套包括理论指导,模型类比,物探、化探、钻探技术支撑的深部找矿技术方法组合,有效地解决了深部找矿的技术难点。

  深入剖析我国主要类型富铁矿的成矿机制,总结富铁矿关键控矿因素。阶段性研究成果已应用于铁矿资源地质调查和矿产勘查工作当中。

专家表示,该专项创新深部找矿预测理论,研发、示范多项深部找矿关键技术,极大推动了找矿预测理论和勘查技术进步,实现了找矿历史性突破,大幅提高了骨干矿山后备资源,极大地缓解了我国资源短缺的局面,有力促进了地方经济发展和社会和谐稳定,政治、经济、社会、科学意义重大。

  成盐理论引领找钾取得重要进展

在国土资源部组织的危机矿山接替资源勘查科技成果和《勘查区找矿预测理论与方法》科技成果鉴定中,专家们一致表示,成果总体达到国际领先水平。

  钾盐是我国的七大紧缺大宗矿产资源之一。目前,我国钾盐探明储量仅占世界储量的
2%,但消费量占世界钾肥产量的 25%
以上,我国已成为世界上最大的钾肥进口国,对外依存度高达
70%。依靠地质理论创新,引领钾盐找矿突破,支撑保障国家粮食安全,是我国钾盐地质调查研究的重要目标任务。

中国集中力量在短短7年内完成了230座矿山深部和外围接替资源勘查,取得了一批重要成果。这一重大勘查行动,无论在世界还是在中国矿产勘查史上都是极其罕见的。借此,让我们永远铭记为我国危机矿山接替资源找矿工作做出重大贡献的监审专家、矿山企业、地勘单位、科研院所技术研究人员,各级国土资源和财政部门管理人员,全国危机矿山找矿专项专家委员会主任及成员!此次奖项的获得也是对为了国家危矿事业,奋战在野外一线的地质矿产勘查及科研人员的国家级致敬,是对他们工作及成果的国家级肯定。

  我国由若干小陆块(克拉通)、微陆块和造山带拼合而成的地质构造背景,造成了中国海、陆相盐盆地具有成盐成钾的良好地质构造环境。“十二五”期间,围绕大地构造形成演化、钾盐成矿机理和成矿规律开展了广泛调查研究,在成钾理论创新和指导陆、海相盐盆地找钾中取得了重要突破。

  一、主要科技创新

  1. 新类型砂砾层含钾卤水科学认识助推柴西深层找钾重大突破

  在柴达木西部首次发现大储量新类型砂砾层含钾卤水,基于古气候和盐沉积构造研究,揭示柴西为新近纪-第四纪盐谷,建立完善了新构造成钾机制,将找钾目的层从上新统扩大到下更新统洪积层,大幅度扩大了柴西钾盐资源远景,结合
25 个钻孔数据,推算氯化钾资源量潜力为 3.5 亿吨。

  2.基于滇西南成钾时代的新认识,建立了“二层楼成矿模式”

  根据盐体构造受断层控制的特征和成钾时代的新发现,结合地球物理调查数据资料,推测勐野井钾盐矿体是由深部挤上来的,据此提出了“二层楼成矿模式”。经钻探验证,在勐野井矿外围MK-1井深部中侏罗统花开左组发现含钾盐层(垂厚70米),在“上层楼”179.30~249.32
米钻获含钾石盐层55.27米。“二层楼成矿模式”的建立,扩大了滇西南固体钾盐找矿前景。

  3.丰富了海相盆地成钾理论

  系统研究世界钾盐形成规律和中国海相蒸发沉积特征,提出了中国海相盆地“时间窗”及“极旱事件成钾”模式。基于中新生代特提斯域中国小陆块运动、碰撞动力学、主要海盆的成盆机制、蒸发岩沉积特征、物质来源及古气候特征等深入研究,建立了东特提斯域小陆块成钾模式——“碰撞-湖链”成钾模式,为指导区域找钾提供理论依据。

  4.建立了裂谷成钾理论

  系统总结裂谷盆地成钾特征,提出了裂谷成钾模式。认为裂谷成钾过程可分解为两个阶段及三个成钾作用过程:第一阶段是地表盐湖-太阳能作用阶段,第二阶段是埋藏-岩浆热能作用;三个成钾作用过程分别是蒸发沉积、沉积淋滤及变质-改造。提出了成矿机理,即裂谷凹陷持续沉降,湖面大多低于海平面,海水侵入;伴随火山大量喷发,温热泉发育,带来大量深源物质补给;气候干旱-极端干旱,盐湖卤水强烈形成钾盐矿床。

  5.成钾理论和模式有效指导地质找矿并实现重大突破

  多级次盐盆地成钾模式指导发现上扬子盆地找钾新方向,将杂卤石分布层位从以前的嘉五
2-雷一1(T1j5-2~T2l1-1)扩展到嘉四2
-雷三2(T1j4-2~T2l3-2),全盆地含卤层面积增至 13
万平方千米,资源潜力进一步扩大。新理论指导资源潜力分析,评价认为西藏特种钾锂盐湖累计KCl资源储量为
11500多万吨,LiCl
资源储量为1790万吨。利用新建的盐湖钾盐聚集模型,推算罗布泊地层卤水KCl的资源潜力为11亿吨以上,显示仍有较大的找钾空间。塔里木库车古近纪盐盆地钾盐找钾取得重大进展,发现羊塔
4 井含钾石盐岩层厚达百米,其中达到
KCl工业品位(7%~10%)厚41米。库车凹陷古新统钾盐矿层新认识,扩大了找矿空间,打破了国外钾盐水采下限2000米深的禁区。基于陕北盐盆含钾目的层马五
6亚段沉积期为“两坳夹一隆”的构造格局的认识,提出了陕北盐盆是由多个次级凹陷组成的“复底锅”的观点,进而缩小了找钾靶区,从盐盆地50000平方千米缩小至2000平方千米以内,提高了找矿效率。

  二、应用成效

  基于柴西新近纪-第四纪盐谷的成盐观点,引领该区新型砂砾层含钾卤水大资源量的发现,
揭示该区Q1-N2有较大钾资源潜力 ,
现已成为中国地质调查局实现“358”钾盐储量重点靶区之一,并有望成为我国最大钾盐矿山察尔汗的后备基地。项目深入实际调查和实践,发现了大量新的科学问题和疑点,并从中国成盐地质构造实际出发,不为国内外传统成钾观点所限,通过调研提出滇西南勐野井成钾时代为中侏罗统的“二层楼成矿模式”,并得到钻探初步验证;通过岩屑录井发现库车凹陷古新统厚大钾盐矿层,并打破国外钾盐水采下限
2000
米深的禁区,开展深层钾矿层试采研究;推进上扬子盆地含钾卤水和巨量杂卤石的应用研究新进展等,使长期困扰我国海相钾盐找矿的难题崭露突破的曙光。对于我国急缺矿产找矿研究有一定的启发意义。

  深部地质找矿预测理论与方法

  在勘查区找矿问题上,传统技术路线一般遵循地表地质、物探、化探资料信息→选区→异常查证-矿区勘查流程,即使采用深部探测、经验类比及模式预测等方法,仍忽略成矿地质作用固有标志的评价,总体上尚处于经验式找矿阶段,存在极大的不确定性,发现规模型矿床的成功率较低。而以矿床模型为基础的比较矿床学研究,以描述性概念模型为类比预测依据,大量典型矿床研究也止步于成矿作用相关微观数据的描述,并未破解成矿机理,因此尚不能从根本上解决类比不确定性问题。

  为此,依托危机矿山接替资源勘查国家专项研究成果,以叶天竺为首的科研团队创新性地提出了成矿地质体、成矿构造结构面、成矿作用特征标志等概念,构建了“成矿地质体勘查区找矿预测理论”。该理论以勘查区找矿为出发点,以成矿作用内因(元素的地球化学特征)和外因(地质作用类型)为切入点,提出了勘查区找矿的地质方法解决方案,破解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。

  该理论主要通过大比例尺专项填图、专题样品采集,对成矿地质体、成矿构造结构面和成矿作用特征标志进行系统调查和研究,结合物化探构建勘查区找矿预测地质模型,判断矿体赋存部位。该工作方法体系对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。

  一、主要科技创新

  1.自主创建基于“成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志”的成矿地质体找矿预测理论,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,从根本上解决产学研的相互脱节问题。

  2.
技术思路创新。以成矿元素地球化学特征作为切入点,截取巨量成矿物质迁移、集聚到矿床所在位置后,研究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中物理化学条件的变化过程。通过研究影响成矿元素从流体态转变为固体态这一过程地球化学行为的内因和外因,确定成矿过程中的普遍规律作为找矿预测标志,从根本上解决了找矿标志的“不确定”性。

  二、应用成效

  “成矿地质体找矿预测理论”在全国危机矿山接替资源找矿、整装勘查区、老矿山深部和外围找矿中得到了广泛应用和推广,获得了巨大成功。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、西藏亚圭拉铅锌矿和蒙亚啊铅锌矿、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、安徽桃冲铁矿床、浙江漓渚铁矿床、福建洛阳铁矿和马坑铁矿、西藏甲玛铜铅锌多金属矿等得了普遍认可和推广。

 

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