危機礦山深部及其外圍盲礦預測的化探新方法及其最佳組合

  目前, 我國很多大—中型有色金屬(含金)礦山經多年開采, 資源嚴重不足, 關閉和擬關閉的礦山日益增多, 礦山關閉不僅僅是經濟問題, 而且帶來眾多人員的失業、就業的社會穩定問題, 因此, 解決危機礦山接替資源, 在礦區深部及其外圍找礦, 延長礦山壽命已成為非常緊迫的任務。國家對解決危機礦山接替資源問題非常重視, 已經設立了危機礦山持續發展專項基金。

 

  很多危機礦山, 根據其成礦條件分析, 都有很大的進一步找礦潛力, 但如何在原有礦山周邊或深部找到新礦體, 難度很大, 需要有效的技術方法。國內外找礦的實踐證明, 化探在現有礦區深部及其外圍找盲礦是一種直接、快速、有效的方法技術。然而在勘查地球化學領域也有多種新方法, 不同種方法各有其特長及其應用條件, 為了以同樣投資取得最好的找礦效果, 文章全面總結了國內外礦區化探新方法、新技術研究現狀, 并總結了各種方法在礦區深部及其外圍找盲礦或隱伏礦的效果, 據此, 提出了在危機礦山深部及其外圍盲礦或隱伏礦預測的最佳化探新方法及最佳方法組合。

 

  1 礦區化探的新方法、新技術研究現狀

 

  有色金屬(含金)礦區深部及外圍找礦預測的難度越來越大, 主要尋找對象是深部盲礦或隱伏礦,必須采用新理論, 研究新方法、新技術才會有所突破。多年來, 國內外都做了大量研究工作, 開拓的化探新方法、新技術主要有:原生暈法—原生疊加暈法—構造疊加暈法, 包裹體氣暈、離子暈及其疊加暈法熱暈法, 礦物地球化學法及同位素地球化學方法等;在厚覆蓋礦區有汞氣測量法(壤中氣汞測量、土壤吸附汞測量)、地電化學法(地電提取法、土壤離子電導率)、地氣法、綜合氣體地球化學方法(H2 S、CO2 、CO、CS2 、COS等)、烴類測量、相態分析、元素活動態測量(水提取相、非晶質鐵錳氧化物相、有機絡合相、活動態等)、鹵素地球化學法(巖石、土壤鹵素測量和土壤熱釋鹵素測量)等等。

 

  我國在上述方法研究中都取得了新的突破, 其中原生暈找礦模型、構造疊加暈法、汞蒸氣測量、地電化學、深穿透—地氣法、包裹體氣暈和離子暈法、熱暈法、鹵素測量等方法在礦區深部及其外圍找盲礦或隱伏礦的研究與應用都達到了國際先進水平或國際領先水平。

 

  2 主要化探方法的研究成果及其找礦效果

 

  2.1 原生暈找礦模型—構造疊加暈找礦模型的研究主要成果

 

  原生暈方法又稱巖石地球化學方法, 是尋找熱液成因的盲礦或隱伏礦效果最好的化探方法, 也是國內外勘查地球化學專家所公認的方法。

 

  我國應用原生暈找盲礦的研究, 自20世紀50年代末期謝學錦、邵躍等人就開始了研究原生暈找礦, 在近50年中, 地礦、冶金、有色等系統及地質院校的化探專家都相繼做了大量研究工作, 在研究原生暈分帶理論和方法技術方面都取得了一系列開創性成果:使原生暈找礦※發展為原生地球化學異常模式和找礦模型※又發展為原生疊加暈模式和找礦模型※構造疊加暈模式和找礦模型。發表論文已有100余篇, 特別是1990— 1998年9年間出版了多部專著, 有代表性的10部專著是:1990 年由歐陽宗圻、李惠、劉漢忠編著的《典型有色金屬礦床地球化學異常模式》, 1991年由李惠編著的《石英脈和蝕變巖型金礦床地球化學異常模式》, 以張本仁、孫煥振、李善芳等主編的《勘查地球物理勘查地球化學文集》, 1993年趙倫山、吳悅斌、沈鏞立著的《基巖地球化學測量方法》, 1996年鄒光華、歐陽宗圻、李惠等著的《中國主要類型金礦床找礦模型》, 1997年王繼倫、李善芳、齊文秀、朱有光、傅祥鱗等著的《中國金礦物探、化探方法技術的研究與應用》, 1997邵躍的《熱液礦床巖石測量(原生暈法)找礦》, 1998年吳承烈、徐外生、劉崇民的《中國主要類型銅礦勘查地球化學模型》。隨著對金礦原生暈軸向分帶研究的不斷深入, 特別是20世紀90年代以來, 發現很多異常現象如前尾暈同時出現、地球化學參數多次轉折、原生暈軸向分帶序列出現反分帶等問題, 用一般原生暈理論不能解釋, 李惠據金礦成礦具有多期多階段疊加的特點, 應用“ 疊加成礦成暈觀點”不但可做出合理解釋, 而且提取出了更優化的找盲礦信息,并于1998年出版了《大型、特大型金礦盲礦預測的原生疊加暈模型》和2006年1月由地質出版社出版了《金礦區深部盲礦預測的構造疊加暈模型及找礦效果》。

 

  2.1.1 原生暈找礦模型研究及其應用效果

 

  原生暈或巖石地球化學異常模式是對一個具體礦體、礦床、礦田的元素組合、含量變化、特別是異常發育特點及其分帶特征的客觀反映和高度概括, 用異常模式圖表示, 并有文字說明;原生暈(巖石地球化學)找礦(勘查或預測)模型是指在建立了礦體、礦床、礦田地球化學異常模式的基礎上, 進一步概括總結出了地球化學找礦標志及找礦方法, 是異常模式(含圖)、找礦標志和找礦方法的集成。

 

  1)有色金屬礦床地球化學找礦模型研究的主要成果。在“六五”期間, 冶金部立項, 由歐陽宗圻教授為首, 李惠、劉漢忠等組織冶金17個科研院所及大專院校聯合研究有色金屬礦床地球化學異常摸式, 先后對金、鉛、鋅、銀、銅、鉬、鎢、錫、銻、鈮、鉭等11個礦種(礦床類型包括熱液型銅、鎢、錫、鉬、銻礦, 綠巖帶型金礦, 斑巖型銅鉬礦, 夕卡巖型銅鉬礦, 脈狀鎢礦, 層控銅鉛鋅礦等)進行了系統研究,并建立了礦田、礦床(體)的地球化學找礦模型:包括異常模式和盲礦預測標志及判別礦體剝蝕程度的指標或數學模型。各礦區用模型預測, 都取得了好的找礦效果。有色金屬礦床地球化學異常模式的建立, 不僅發展了地球化學找礦理論, 開拓了化探模式化找礦的新路, 是化探找礦發展中的一次飛躍, 而且提高了化探找有色金屬盲礦的效果, 為在有色金屬礦區深部及其外圍盲礦預測提供了一套有效方法技術。

 

  2)銅礦床地球化學找礦模型研究的主要成果。地礦系統在研究礦田、礦床和礦體地球化學異常模式和找礦模型方面做了大量研究工作, 取得了豐碩的成果。在“八五”期間, 由吳承烈、徐外生、劉崇民等完成的地礦部重點科研項目“中國主要類型銅礦隱伏礦地球化學預測指標研究”成果中, 全面地總結了作者和地礦系統生產、科研及教學領域的化探工作者30 余年在銅礦地球化學勘查中取得的主要成果, 以成礦帶、礦田、礦床不同級次的地質、地球化學和地球化學勘查為基礎, 研究和建立了包括斑巖銅鉬礦、夕卡巖型銅礦、復合型銅礦、巖漿型銅鎳礦、海相火山巖型銅礦、沉積變質-熱液改造型銅礦、熱液脈型銅礦等7種類型礦床的地質-地球化學異常模式和地球化學勘查模式-模型系統, 應用模式-模型預測取得了顯著效果, 在銅礦區深部及其外圍找盲礦具有重要實用價值。

 

  3)中國主要類型金礦地球物理、地球化學綜合找礦模型研究主要成果。“八五”期間, 國家科委把建立“我國主要類型金礦床綜合方法找礦模型”作為國家重點黃金地質科技攻關項目, 由地礦部、冶金、有色、核工業、武警黃金5個系統聯合攻關。研究地區有膠東、冀東、冀北、晉北、陜西小秦嶺、桐柏—大別山、川西北、黔西南、桂西北、內蒙烏拉山—大青山、西秦嶺、甘南、甘肅北山、湘中、河南熊耳山—崤山、海南、云南、吉林夾皮溝等21個金礦區帶的68個典型金礦床(田)的地質-地球物理-地球化學異常特征, 根據不同的成礦地質條件和礦床成因系統地研究和總結了中國主要類型金礦床———綠巖帶型、變質碎屑巖型、沉積巖系和火山—次火山巖型等4種主要類型金礦床(田)的地質-地球物理-地球化學異常模式和找礦模型, 提供了在不同類型的典型金礦區應用物化探找礦預測的具體指標和技術參數, 大大提高了我國金礦的物化探找礦技術水平, 用模型在幾十個金礦區及其外圍進行找礦預測, 都取得了顯著找礦效果。

 

  2.1.2 原生疊加暈—構造疊加暈找盲礦新方法、新技術研究成果及找礦效果

 

  1)原生疊加暈法:是在原生暈找盲礦理論(熱液成因的礦床(體)的原生暈有明顯的軸向分帶:即每次成礦形成的礦體都有自已的前緣暈、近礦暈和尾暈, 其前緣暈可達幾百米)基礎上, 李惠又根據熱液成因的礦床成礦具有多期多階段脈動疊加特點,提出了脈動成暈疊加理論, 即礦床(體)的原生暈形成的是多期多階段脈動成暈疊加結果, 據此, 又提出了新的研究思路和新的研究內容, 不僅研究不同成礦期或成礦階段的元素組合及單階段形成礦體

 

  (暈)的軸向分帶(發現礦體的前緣暈、近礦暈和尾暈特征指示元素組合及其濃度特征), 而且還要研究不同階段形成原生暈在空間上的疊加結構, 建立礦床的疊加暈模式, 確定盲礦預測標志, 并用模式和標志在礦區深部及其周圍進行盲礦預測。20世紀90年代以來, 李惠開創了原生疊加暈找礦新方法、新技術。

 

  2)構造疊加暈法:根據熱液型礦床成礦成暈嚴格受構造控制, 其原生疊加暈分布于構造及其上下盤圍巖中, 一般在構造內礦體原生暈最發育, 前緣暈指示元素可在礦體前緣200m形成異常, 而上下盤暈一般只有n～ n×10m, 由于應用原生暈預測盲礦的關鍵是研究礦體(暈)的軸向分帶特點, 研究構造中的原生疊加暈的軸向分帶及其疊加結構足以反映礦體(暈)的總體軸向分帶。在構造蝕變帶中選擇性地采取有蝕變及礦化疊加的樣品, 不但強化了異常或找礦信息, 而且大大減少了采樣量和分析費用,提高了工作效率和找礦效果。20 世紀90年代末,李惠又將原生疊加暈法發展為構造疊加暈找盲礦新方法、新技術, 并總結出了一套特有的研究方法和工作方法, 是應用原生暈在礦區深部及外圍找盲礦的一個飛躍性發展。構造疊加暈模式和盲礦預測標志的綜合稱為構造疊加暈找礦模型。

 

  3)構造疊加暈的創新點:提出了原生暈形成的脈動成暈疊加理論、新的研究思路和新的研究內容。

 

  其技術進步表現在提高了原生暈解釋水平, 不僅對過去困惑化探專家、用一般原生暈理論不能解釋而認為雜亂無章的原生暈軸向“反常”、“反分帶”等異常現象做出了合理解釋, 而且將“前尾暈共存”、“反分帶”和“地化參數軸向轉折”等無規律的反常現象變成了判別深部有否盲礦存在的重要標志。通過對膠東、小秦嶺、陜西、河北、內蒙、山西等幾十個典型金礦床的構造疊暈模式的研究, 總結出了4種疊加結構的理想模式和5條盲礦預測準則。

 

  4)構造疊加暈法在危機金礦山深部及其外圍

 

  找盲礦應用證明, 預測的準確性高, 效果顯著, 已取得了巨大經濟和社會效益:20世紀90年代以來, 應用其構造疊加暈模型對20多個危機大中型金礦區深部及外圍盲礦預測, 共提出了盲礦預測靶位200余個, 預測金金屬量超過200t, 到2005年底, 一些礦山對部分預測靶位用鉆孔或坑道進行了驗證, 如河南秦嶺金礦、河南文峪金礦、山東蓬萊黑嵐溝金礦、乳山三甲金礦、陜西太白金礦等部分礦山驗證預測靶位見礦后, 寫來證明的就已獲金金屬量達65.9t,已取得了顯著找礦效果, 也取得了巨大的經濟和社會效益。

 

  2.1.3 包裹體氣暈、離子暈及其疊加暈找金盲礦新方法金礦包裹體地球化學研究, 國內外都側重于從理論上研究金礦成礦溶液的成分、性質及成礦物化條件, 而用于直接找盲礦體較少。李惠等根據金礦成礦成暈多期多階段疊加的特點, 系統研究了10個典型金礦床不同成礦階段形成石英包裹體的溫度和包裹體的氣相成分、液相成分、相對光密度的特點,在研究各階段石英包裹體氣暈(氣相成分)、離子暈(液相成分)的軸(垂)向分帶時, 發現了氣相成分中CO2 、CH4 , 液相F-、Cl-是礦體的特征前緣暈;液相成分中Ca2 +、Mg2 +是尾暈的特征指標。總結出了石英脈型金礦深部盲礦預測的包裹體氣暈、離子暈及其疊加暈的模型。在一些金礦區應用, 取得了很好的找盲礦效果。為在礦區特別是危機礦山深部及外圍盲礦預測又提供了一種有效方法和手段。

 

  2.1.4 在礦區外圍以目標追蹤采樣為主體的基巖地球化學成礦預測研究成果中、大比例尺的基巖地球化學測量方法研究始于20世紀70年代末, 中國地質大學於崇文和張本仁教授分別在廣東一六地區及豫西秦嶺地區首先將現代地球化學理論和方法用于研究區域基礎地質問題及1∶5萬礦產預測, 開創了地質、化探結合研究基礎地質問題和找礦的新方向, 在方法和研究基礎地質問題的深度上居國際領先地位。在“七五”期間,中國地質大學以趙倫山、吳悅斌和沈鏞立教授為首的專家, 在完成地礦部“ 1∶5萬區調中地球化學理論與方法技術應用研究” 課題中, 遵循地質、地球化學緊密結合的方向, 充分發揮綜合化方法研究復雜成礦作用的優勢, 開創了以目標追蹤采樣法為主體的基巖地球化學測量方法, 配合進行實測地質地球化學剖面, 典型礦床研究, 應用計算機系統進行異常評價等。這一套工作方法能較全面、系統、高效地獲取測區的區域基礎地質和區域成礦的宏觀和微觀信息。應用地球化學證據使得區域基礎地質問題得到深入認識, 在此基礎上建立區域成礦控礦地質地球化學模型;使用引入的地質控礦變量的系統對所獲得的區域礦化信息進行快速、高效地處理, 篩選出異常靶區。該方法在山東牟乳金礦帶實驗取得了成功, 在已知金礦區外圍找礦取得了很好效果。

 

  2.2 厚覆蓋礦區找隱伏礦的化探新方法、新技術在厚覆蓋區(包括外來運積物如沖積層、黃土、戈壁等覆蓋區和厚層基巖覆蓋的地區), 研究和開創的尋找隱伏礦的汞氣、鹵素、地電化學、氣體地球化學(CO、CO2 )、地氣測量、相態提取方法、深穿透-地氣、偏提取技術等化探新方法、新技術中, 我國對汞氣測量、地電化學方法和鹵素方法應用于礦區及其外圍找隱伏礦的研究較多、并取得了較好效果。

 

  2.2.1 汞氣測量方法研究成果及用于礦區找隱伏礦的效果

 

  汞氣測量國內外都做了大量研究工作。我國是自20世紀60年代以來, 開始汞氣測量研究, 主要是研究壤中氣汞測量、土壤吸附汞測量找隱伏礦方法,其中中國地質大學阮天健、張承亮等, 地礦部鄭康樂、伍宗華、金仰芬等, 冶金胡國廉、田俊杰、常鳳池等, 有色欒繼琛、靳德榮、王維熈等, 核工業游云飛等及武警黃金部隊的化探專家, 在研究汞氣找隱伏礦方面都取得了突出成果:研究了不同景觀、不同覆蓋條件下(黃土、紅土、沖積層、戈壁、森林、沼澤等)不同礦種(金、銀、銅、鉛、鋅、鉬、鎢、錫、汞、銻、鈾、鐵、錳、鎳等)汞氣異常特征、異常解釋評價方法及其形成機理, 并做了模擬試驗研究。

 

  汞氣測量應用于普查、詳查和礦山及其外圍找隱伏礦, 都取得了顯著效果, 如冶金物化探研究所在廣東厚婆坳多金屬礦山外圍覆蓋區找隱伏礦, 發現了一個鉛鋅銀大礦, 使該礦生產起死回生, 得到了持續發展。

 

  2.2.2 地電化學方法及其找隱伏礦的效果

 

  

  地電化學找礦方法是一種物化探相結合的新方法、新技術。地電化學找礦有多種方法, 其中對土壤離子電導率測量方法和地電提取方法研究和應用較多。國內外對地電化學找礦都做過大量研究工作,地礦和有色系統研究投入最多, 總結出了不同覆蓋條件下不同礦床的地電化學異常模式及評價指標,還系統地研究了地電化學異常形成機理和總結出了土壤離子電導率測量方法和地電提取方法的工作方法和應用條件, 其中桂林工學院羅先熔教授等對地電化學找礦方法的研究成果最多, 并于1996年由冶金工業出版社出版了專著“地球電化學勘查及深部找礦”

 

  2.2.3 應用鹵素找隱伏礦和盲礦的研究及其效果

 

  應用鹵素(F、Cl、Br、I)找盲礦, 國內外有不少研究和報導。我國地礦、冶金、有色等系統都開展了大量研究工作, 取得了很多成果, 也取得了較好找礦效果。其中冶金部桂林地研所研制出了一套簡單、快速、靈敏度高的鹵素分析方法。1979 年由冶金部桂林地研所李惠等與廣西272隊斑義江、林凡等合作,首次系統研究和總結了兩江熱液型銅礦床的鹵素地球化學特征及找礦標志, 預測200m之下深部盲礦,取得了很好的找礦效果, 也是我國應用鹵素找盲礦的最好實例。同年, 李惠等又與廣西271隊合作, 對廣西栗木鈮、鉭、鎢、錫礦床中F的地球化學行為及其指示意義進行了深入研究, 總結出了應用F預測鈮、鉭、鎢、錫礦盲礦的模型。初紹華對鹵素找礦進行了全面總結。

 

  1980年以后, 拓寬了鹵素找礦思路, 冶金物勘院物化探研究所又開創性地研究了土壤熱釋鹵素法, 可有效消除干擾異常, 對應用鹵素找隱伏礦的方法又是一次飛躍。厚覆蓋區找隱伏礦的實踐表明,鹵素和土壤熱釋鹵素法在礦區及其外圍厚覆蓋區找隱伏礦是一種有效的新方法、新技術。

 

  3 危機礦山深部及其外圍盲礦預測的最佳化探新方法及其最佳組合

 

  為解決危機礦山接替資源, 要在礦區深部及其外圍找盲礦和隱伏礦, 以同樣投入取得更好效果, 必須選擇最有效的方法、技術。綜合方法也應是地、物、化方法中最有效方法組合。綜合國內外各種化探方法的研究成果及其在礦區深部及其外圍找盲礦或隱伏礦的效果, 并考慮以最小的資金投入, 取得最好的找礦效果, 特推薦在不同情況或不同景觀條件下采用的最佳化探新方法及其最佳組合:

 

  1)在礦區深部, 特別是在已知礦體深部尋找盲礦或第二個礦體富集帶, 采用構造疊加暈方法是最佳方法:首先研究和建立礦區內已知礦床的構造疊加暈模式和盲礦預測標志, 用建立的模式及標志對礦區深部預測。

 

  2)礦區及其外圍基巖出露良好, 礦區構造蝕變

 

  帶或含金石英脈發育, 但有待評價其深部含礦性的地區, 采用構造疊加暈方法是最佳方法:首先研究和建立礦區內已知礦床的構造疊加暈模式和盲礦預測標志, 用建立的構造疊加暈模式及標志對礦區及外圍構造蝕變帶或含金石英脈分別進行預測。

 

  3)礦區及其外圍基巖出露良好的危機礦山, 外圍找礦采用以目標追蹤采樣為主體的基巖地球化學成礦預測為最佳方法。應注意研究和建立礦區內已知礦床的巖石地球化學異常特征模式作為異常評價的標志。

 

  4)礦區及其外圍為厚層外來運積物(黃土、沖積層、戈壁等)覆蓋區, 采用一次采樣, 分別進行土壤熱釋汞、土壤熱釋鹵素及土壤離子電導率測量的聯測方法或地電提取法為最佳組合方法:首先研究礦區內已知礦床(體)上方土壤中的異常特征, 作為異常評價標志。

 

  5)礦區處在戈壁或干旱荒漠區, 在區內覆蓋淺, 地表發育大量殘積巖屑分布區, 可采用巖屑-構造疊加暈測量:即在采巖屑樣品時要挑選有小裂隙、蝕變、礦化碎屑組成樣品。首先研究和建立礦區內已知礦床的構造疊加暈模式和盲礦預測標志, 并作為評價巖屑-構造疊加暈異常評價的標志。

 

  6)若礦區及其外圍是部分為基巖出露, 部分被厚層外來運積物覆蓋, 則須分別采用基巖出露條件和厚層覆蓋區的上述最佳方法及組合。

 

  應當指出的是:在礦區深部及其外圍進行盲礦預測, 不論采用哪種方法, 都必須首先研究和建立礦區內已知礦床的異常模式和找礦模型, 用該礦區的模式和標志找同類型盲礦效果會更好, 但也要注意根據成礦條件和成礦系統理論發現新類型礦床。

 

  若礦區外圍普查區沒有條件建立已知礦床的模式和確定盲礦或隱伏礦預測標志, 采用上述方法預測時, 可對普查區的構造或蝕變帶或發現的異常進行分類排序, 指出區內哪條構造或哪個異常相對最好, 構造蝕變帶哪一段相對最好, 確定驗證順序。