國(guó)內(nèi)外銅礦床深部找礦研究趨勢(shì)分析

胡凌志

北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院

國(guó)內(nèi)外銅礦床深部找礦研究趨勢(shì)分析

胡凌志

北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院

一些成礦理論建立的礦床新模型為現(xiàn)行找礦提供了新思路。新技術(shù)、新方法聯(lián)合探測(cè)，綜合信息提取等已應(yīng)用于深部找礦。近年來(lái)，全球范圍內(nèi)一些大型和特大型金屬礦床的發(fā)現(xiàn)，無(wú)例外是以礦床模型為先導(dǎo)，地、物、化、遙聯(lián)合攻關(guān)，高密度深鉆驗(yàn)證。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外成礦理論、模式、深部找礦技術(shù)方法及發(fā)展趨勢(shì)。

銅礦床深部找礦新方法

目前，一些成礦理論建立的礦床新模型為現(xiàn)行找礦提供了新思路。新技術(shù)、新方法聯(lián)合探測(cè)，綜合信息提取等已應(yīng)用于深部找礦。近年來(lái)，全球范圍內(nèi)一些大型和特大型金屬礦床的發(fā)現(xiàn)，無(wú)例外是以礦床模型為先導(dǎo)，地、物、化、遙聯(lián)合攻關(guān)，高密度深鉆驗(yàn)證。

1 成礦理論、模式研究趨勢(shì)

成礦理論創(chuàng)新提供找礦先導(dǎo)。國(guó)內(nèi)外運(yùn)用成礦模式找礦獲得成功的實(shí)例常有報(bào)道，成礦模式概括地指出了特定類型礦床的典型成礦環(huán)境和地質(zhì)特征，具有很強(qiáng)的科學(xué)性、理論性和預(yù)測(cè)性。近年來(lái)，一些新礦床的發(fā)現(xiàn)豐富了成礦理論，如美國(guó)根據(jù)圣馬紐埃礦床建立的斑巖銅礦蝕變分帶模型，成功地發(fā)現(xiàn)了深部隱伏的卡拉馬祖斑巖銅礦床；我國(guó)根據(jù)此模型在東天山成礦帶、興蒙成礦帶、特提斯成礦帶等相繼發(fā)現(xiàn)了很多斑巖型銅鉬金礦。王登紅等(2011)通過(guò)對(duì)岡底斯斑巖銅礦帶甲瑪銅多金屬礦與世界級(jí)銅礦對(duì)比，認(rèn)為甲瑪銅多金屬礦床以矽卡巖型、斑巖型和角巖型“三位一體”、形成于晚第三紀(jì)青藏高原隆升階段為顯著特點(diǎn)，具有成為世界級(jí)銅、金、銀、鉬多金屬礦床的潛力，矽卡巖類型銅礦儲(chǔ)量達(dá)290萬(wàn)t，是我國(guó)目前最大的矽卡巖礦床，打破了以往“熱液礦床大不了”的認(rèn)識(shí)，指出在下一步的勘查過(guò)程中，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)矽卡巖型銅礦成礦機(jī)制的研究和勘探，建立起新的資源評(píng)價(jià)體系，目前已獲得進(jìn)展。

2 深部找礦的技術(shù)與方法研究趨勢(shì)

物、化探找礦新方法的研究，超深鉆的研發(fā)是目前及未來(lái)找礦突破的重要技術(shù)手段。建立地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探、遙感資料的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)地質(zhì)方法對(duì)找礦靶區(qū)優(yōu)選和綜合評(píng)價(jià)，提出礦區(qū)外圍的找礦方向，是當(dāng)代礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的發(fā)展方向。曹新志等(2009)認(rèn)為從方法論研究的角度，礦產(chǎn)勘查工作中常用的類比法、趨勢(shì)外推法和歸納法仍然是礦區(qū)深部找礦前景快速評(píng)價(jià)的有效基本方法，下面主要從物探、化探及鉆探技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行論述。

2.1 深部找礦中的深穿透化探新方法研究趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)外深穿透地球化學(xué)技術(shù)包括以下幾個(gè)系列。

1)微細(xì)粒分離及測(cè)量技術(shù)

不同的地球化學(xué)景觀區(qū)應(yīng)該選取不同的采樣介質(zhì)、不同的粒級(jí)。如內(nèi)蒙古西部、甘肅、新疆中北部等地區(qū)皆屬干旱荒漠區(qū)，地形多呈中低山或丘陵，任天祥(1986)對(duì)該種景觀條件下進(jìn)行水系沉積物測(cè)量的方法研究表明：此類地區(qū)必須排除風(fēng)成砂的干擾，水系沉積物要選粗粒級(jí)，即32-0.85mm(1-20目)可滿足要求。

在半荒漠區(qū)水系沉積物粒級(jí)為2.00-0.425mm(10～40目)，可有效減少風(fēng)成砂的干擾。再如在戈壁覆蓋區(qū)，張華等(2003)研究認(rèn)為采樣介質(zhì)主要為土壤中粗粒級(jí)巖屑，干擾因素為風(fēng)積物和鹽漬層，風(fēng)成砂很少大于0.85mm(20目)，以小于0.18mm(－80目)為主，確定最佳采樣粒度為4.75-0.85mm(4-20目)，采樣時(shí)應(yīng)剝?nèi)ド喜匡L(fēng)積層，采集基巖風(fēng)化碎石。劉漢糧等(2011)在東烏珠穆沁旗針對(duì)半干旱(殘山)丘陵草原覆蓋亞景觀區(qū)開展了1：20萬(wàn)化探方法技術(shù)研究，在典型已知礦區(qū)進(jìn)行了采樣、層位和粒級(jí)方法技術(shù)試驗(yàn)，表明0.125mm(120目)細(xì)粒級(jí)沉積物樣品是1：20萬(wàn)區(qū)域化探掃面的最佳采樣介質(zhì)。

2)電化學(xué)測(cè)量技術(shù)

此方法由前蘇聯(lián)雷斯等提出并發(fā)展起來(lái)，又稱為部分金屬提取法(CHIM)。自20世紀(jì)80年代引入中國(guó)后，應(yīng)用范圍幾乎遍及全國(guó)，應(yīng)用礦種有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、As、Ni、U、Sb等十幾種金屬。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者如譚克仁、李金銘、劉吉敏、王文龍、羅先熔等取得了突破性的成果

此方法已經(jīng)在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)，在運(yùn)積物厚達(dá)150m及成礦后，沉積巖厚達(dá)500m的條件下找到隱伏礦體。

3)選擇性化學(xué)提取技術(shù)應(yīng)用最有潛力的方法

包括活動(dòng)金屬離子法(MMI)、酶提取法(EnzymeLeach)、金屬活動(dòng)態(tài)提取法(MOMEO)。

I酶提取法(EnzymeLeach)技術(shù)是Clark等于20世紀(jì)80—90年代研制的一種利用葡萄糖氧化酶提取礦物顆粒表面非晶質(zhì)錳的氧化膜尋找隱伏礦的方法。利用葡萄糖氧化酶的催化作用，使右旋糖與水反應(yīng)緩慢生成H2O2。生成的痕量H2O2選擇性提取土壤中非晶質(zhì)的氧化錳，而結(jié)晶質(zhì)錳的氧化物僅受微弱的侵蝕。當(dāng)所有非晶質(zhì)錳的氧化物都起反應(yīng)后，酶的作用則停止，從而提高了異常的可靠程度。自1995年以后開始進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，此方法在隱伏斑巖銅礦、塊狀硫化物礦床、矽卡巖銅礦、Elm-wood礦區(qū)深部密西西比河谷型鋅礦體找礦等證實(shí)了其有效性(謝學(xué)錦等，2003；Kelleyetal，2003)，此方法在中國(guó)應(yīng)用較少。

II活動(dòng)金屬離子法(MobileMetalIons，MMI)是澳大利亞Mann等在20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來(lái)的，是目前國(guó)外各種選擇性提取方法中最為成功的。該技術(shù)不僅在尋找隱伏礦方面效果良好，而且可以用于強(qiáng)化出露區(qū)地球化學(xué)異常和排除地表干擾，取得了很多成功的例子。這一方法的理論依據(jù)是金屬活動(dòng)離子可以從深部礦體穿過(guò)上覆沉積巖石及厚層運(yùn)積物蓋層而達(dá)于地表。而這種金屬活動(dòng)離子是可以通過(guò)某種特殊試劑提取出來(lái)的。這種金屬活動(dòng)態(tài)離子異常經(jīng)常較準(zhǔn)確地位于礦體垂直上方或者傾斜上方，透視深度最高記錄達(dá)700m。但是該方法的技術(shù)部分處于保密狀態(tài)，并未公開。

III活動(dòng)態(tài)金屬提取方法(MOMEO)是在傳統(tǒng)的偏提取與循序提取的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與傳統(tǒng)的偏提取方法在思路與技術(shù)上有很大不同，其最大不同之處在于不打開載體，只“剝掉”松散的、附著于載體表面的離子態(tài)金屬。王學(xué)求等(2011)觀測(cè)到礦石、土壤、氣體介質(zhì)中具有繼承性關(guān)系的納米金屬微粒。礦石中納米級(jí)金屬微粒通過(guò)與微氣泡表面相結(jié)合，以地氣流為載體，或納米微粒本身具有類氣體性質(zhì)，可以克服重力影響，穿透厚覆蓋層遷移至地表，到達(dá)地表后一部分納米顆粒仍然滯留在氣體里，另一部分被土壤地球化學(xué)障(黏土、膠體、氧化物等)所捕獲。為深穿透地球化學(xué)從描述性或推測(cè)性模型走向?qū)嵶C性科學(xué)邁出了重要一步，為利用土壤作為采樣介質(zhì)、精確分離含礦信息，用于尋找外來(lái)蓋層下的隱伏礦提供了納米地球化學(xué)技術(shù)。

4)氣體和地氣測(cè)量技術(shù)

地氣測(cè)量的基本方法原理是利用一定的捕集裝置在近地表大氣或地表疏松層中捕集來(lái)源于地下礦源層的超微細(xì)物質(zhì)，通過(guò)對(duì)已捕集的樣品分析測(cè)試，獲得有關(guān)元素的地球化學(xué)特征，進(jìn)行隱伏礦的勘探。地氣異常形成有2個(gè)方面：一方面，地氣流在由地下深部向地表遷移的過(guò)程中，當(dāng)穿過(guò)礦體或礦帶時(shí)，可將礦體或礦帶周圍的納米級(jí)金屬微粒帶至覆蓋層形成異常；另一方面，礦床的形成過(guò)程中和形成后的漫長(zhǎng)地質(zhì)年代中，可形成與礦床組分相一致的納米級(jí)微粒，這些納米級(jí)微粒因本身具有強(qiáng)大的遷移穿透能力等“類氣體”性質(zhì)和濃度差、地溫差和壓力差等因素的作用，不斷向上遷移到達(dá)地表，并在地表松散層和近地表大氣形成異常。

2.2 國(guó)內(nèi)外深部地球物理研究趨勢(shì)

無(wú)論是深部礦產(chǎn)勘查，還是成礦學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越認(rèn)識(shí)到了解地球深部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)和狀態(tài)的重要性。采用現(xiàn)代地球物理技術(shù)，對(duì)典型礦床深部結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同層次的探測(cè)，對(duì)認(rèn)識(shí)深部礦床成因、總結(jié)找礦方法和深部找礦的實(shí)踐具有重要意義。

1)目前廣泛應(yīng)用于深部固體礦體勘查的主要為電磁法。電磁法在測(cè)量方法上，瞬變電磁測(cè)深技術(shù)(TEM)、可控源音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)(CSAMT)、頻譜激電法(SIP)、高分辨電導(dǎo)率成像技術(shù)(EH4)、天然源聲頻大地電磁法(AMT)、小比例尺充電法等各種方法各顯其能。對(duì)于找深部礦(目標(biāo)深度為500-1500m)來(lái)說(shuō)，CSAMT法存在近區(qū)效應(yīng)、電磁干擾、靜態(tài)效應(yīng)以及深部分辨率偏低等，需要結(jié)合具體情況加以分析和改進(jìn)。

磁法是一種找磁性金屬礦體的有效方法，但是隨著礦體埋深加大，磁異常的衰減很快，在地表能觀測(cè)到的磁場(chǎng)值很弱，研究低緩磁異常，或是復(fù)雜異常背景下分解出的微弱異常，劃定和解釋這些微弱異常是有相當(dāng)難度的。同時(shí)由于重力與磁力場(chǎng)強(qiáng)隨深度二次方衰減，因此要增加勘查深度需要另辟蹊徑。

此外，由于成礦條件的多樣性、礦體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和各種礦體礦石物性的疊復(fù)性，加之地球物理反演的等效效應(yīng)等使反演結(jié)果具有多解性，往往使物探異常與礦體的對(duì)應(yīng)關(guān)系復(fù)雜化。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有一些將地球物理勘查技術(shù)應(yīng)用于深部構(gòu)造及深部隱伏礦定位預(yù)測(cè)探測(cè)的實(shí)例。Heinson等(2006)用大地電磁測(cè)深(MT)查明了位于澳大利亞南部元古宙高勒克拉通邊緣的奧林匹克壩銅－金氧化物礦床成礦流體上升通道的位置，并在礦床下發(fā)現(xiàn)一低阻層。

2)井中地球物理信息與深部礦化預(yù)測(cè)

鉆孔地球物理方法可獲取鉆孔周圍和底部的直接信息，這對(duì)發(fā)現(xiàn)井旁或井底的隱伏礦(盲礦)是很重要的。資料表明，在加拿大、澳大利亞等國(guó)近30年來(lái)發(fā)現(xiàn)的金屬礦中，有許多是借助鉆探和井中地球物理方法得以奏效的。對(duì)于一些勘查歷史悠久的老礦區(qū)，深部鉆探與井中物探方法的有機(jī)結(jié)合，已成為尋找深部隱伏(盲)礦床的有效方法組合，為老礦區(qū)的繁榮注入了新的活力。在井中物探方法中，采用較多的是井中磁測(cè)、井中激發(fā)極化法、深部充電法及井中瞬變電磁法(TEM)。井中充電法主要用于圈定礦體范圍、確定礦體產(chǎn)狀及埋藏深度，尋找充電孔附近的隱伏盲礦體和在相當(dāng)大的空間(數(shù)十平方千米)內(nèi)發(fā)現(xiàn)隱伏構(gòu)造、巖體、盲礦體等地質(zhì)問(wèn)題。這種方法在俄羅斯得到廣泛應(yīng)用。如在科拉-卡累利阿銅鎳礦區(qū)，用井中充電法發(fā)現(xiàn)和追索了索普查巖體下層的礦脈型礦田。對(duì)索普查巖體的勘查導(dǎo)致在400～900m深度上發(fā)現(xiàn)了硫化銅鎳礦，成為井中充電法與鉆探方法合理組合的典范，后來(lái)，這一組合方法被成功地用于阿拉列琴、羅夫納湖及哈薩克斯坦的科斯姆倫礦區(qū)。

井中TEM系統(tǒng)由于更加接近深部隱伏礦體，可降低上覆蓋層的影響，在鉆孔周邊200～300m半徑范圍內(nèi)具有較好的分辨能力，能獲取深部隱伏礦體的直接信息。

在加拿大、澳大利亞等一些老的礦區(qū)或礦產(chǎn)普查中，該方法對(duì)尋找深部隱伏礦床發(fā)揮了主導(dǎo)作用，成為圈定深部隱伏礦床的有效組合方法之一。在勘查歷史悠久的加拿大薩德伯里銅鎳礦區(qū)，20世紀(jì)80年代中期，勘查工作的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到在深部沿著薩德伯里火成巖的接觸帶以下的底板中尋找極富的底板型礦床。在有利的接觸帶，鉆孔大多數(shù)已打到300m，有的達(dá)600m或更深。如何尋找深部的礦床成為近10年來(lái)關(guān)鍵的地質(zhì)問(wèn)題。目前的找礦實(shí)踐證明，深部鉆孔加井中瞬變電磁測(cè)量是一種實(shí)用和有效的勘查方法組合。利用這種方法組合，從80年代中期到90年代，在深部相繼發(fā)現(xiàn)了一批極富的銅鎳硫化物礦床。1987年在薩德伯里盆地南緣地下1280m的深度發(fā)現(xiàn)了深部林茲里高品位礦床；90年代初國(guó)際鎳公司利用該方法在盆地的東緣發(fā)現(xiàn)了大而富的維克多礦床，在盆地北緣發(fā)現(xiàn)了新麥克里達(dá)銅鎳礦床。維克多礦石儲(chǔ)量達(dá)1800-3600萬(wàn)噸，埋深為2400m，鎳品位為1.5%～2.6%，銅5%～7.4%，貴金屬6.7～17g/t，含銅90～266萬(wàn)噸。新麥克里達(dá)礦床埋深1000～1500m，銅儲(chǔ)量79萬(wàn)噸、鎳5.8萬(wàn)噸，銅和鎳的品位分別為11%和0.8%。另外，深鉆和井中瞬變電磁法的結(jié)合還在已開采的接觸帶型礦床之下發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高品位的底板礦床—東麥克瑞迪礦床，并用電磁測(cè)量進(jìn)一步圈出了礦床的范圍。該礦床埋深1200～1500m，有多個(gè)富的含礦層位。在加拿大諾蘭達(dá)礦區(qū)，鉆探和鉆孔電磁測(cè)量的方法組合也成為該礦區(qū)目前主要的勘查手段之一。80年代用這種組合方法相繼發(fā)現(xiàn)了科伯特礦床(埋深700m)和安西爾(埋深1280m)礦床。

2.3 國(guó)內(nèi)外鉆探技術(shù)的進(jìn)步

深部地球化學(xué)和地球物理探查提供的僅僅是一種找礦信息，而要發(fā)現(xiàn)查明深部礦體，則要靠大密度的深部鉆探才能實(shí)現(xiàn)，如蒙古國(guó)奧尤陶勒蓋(OyuTolgoi)斑巖銅金礦，施工鉆探累計(jì)達(dá)27.8萬(wàn)m，最終探明了銅儲(chǔ)量近1500萬(wàn)t、金400t的超大型銅金礦。

坑道勘探是利用地下井巷進(jìn)行勘探，相對(duì)于地表勘探能節(jié)省大量的鉆探工作量，而且由于坑道內(nèi)能進(jìn)行全方位鉆探施工，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)危機(jī)礦山臨近層資源的勘探，也是深部資源勘探的一種理想方法。

空氣反循環(huán)鉆井的技術(shù)在找礦中在目標(biāo)明確的條件下，可以快速、經(jīng)濟(jì)探查深部礦體。

2.4 現(xiàn)代電子和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)勘查的影響意義深遠(yuǎn)

礦產(chǎn)勘查是多學(xué)科理論與實(shí)踐、科學(xué)與技術(shù)融為一體的綜合研究工作，現(xiàn)代信息技術(shù)尤其是三維信息技術(shù)在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域中的廣泛有效的應(yīng)用，使得對(duì)地、物、化、遙等海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效集成和綜合處理成為可能，并使數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度和精確度不斷改善和提高，從而使找礦預(yù)測(cè)和靶區(qū)圈定更加準(zhǔn)確有效。

將物探、化探和遙感等硬件技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息處理的軟件技術(shù)相結(jié)合，即基于GIS平臺(tái)，應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理、建模和分析系統(tǒng)對(duì)勘查所獲得的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，使多樣性的勘查技術(shù)數(shù)據(jù)常規(guī)性的轉(zhuǎn)換成實(shí)用的地質(zhì)信息和直觀的三維圖像表達(dá)，已成為當(dāng)代礦產(chǎn)勘查的主要工作模式。同時(shí)，信息技術(shù)的進(jìn)步也使物探、化探和遙感技術(shù)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)更快更高效，使工作效率大大提高。數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)已然成為礦產(chǎn)勘查技術(shù)中不可或缺的重要組成部分。

3 全球銅金屬礦山深部找礦總結(jié)

1、全球銅礦的主要類型以斑巖型銅礦、砂頁(yè)巖型、火山成因塊狀硫化礦物型和銅鎳硫化物型為主；全球銅礦主要分布于全球銅4個(gè)成礦域、21個(gè)銅成礦省、64個(gè)銅成礦帶。

2、全球銅儲(chǔ)量為7.00億噸，各地區(qū)分布極不均勻。全球銅礦生產(chǎn)總體保持平衡發(fā)展勢(shì)態(tài)，2014年達(dá)到1871.4萬(wàn)噸。國(guó)際銅價(jià)近期平穩(wěn)下滑，2015年6月約為6000美元/噸。

3、全球有色金屬總勘探投入及銅礦勘探投入在2013及2014年呈現(xiàn)出急劇下降的走勢(shì)，但全球銅礦勘查投入預(yù)算與有色金屬總預(yù)算中所占的比例呈逐漸增大的趨勢(shì)，2014年為24.9%?？辈闊狳c(diǎn)區(qū)域依次是拉美、歐亞、非洲、加拿大、澳大利亞、美國(guó)、太平洋島國(guó)。

4、1991-2013年全球銅礦重大發(fā)現(xiàn)成果中187處中綠地(Greenfields)及礦區(qū)型(Brownfields)分別統(tǒng)計(jì)來(lái)看，涉及礦山深部找礦的成果來(lái)看共計(jì)51處，礦區(qū)深部找礦共計(jì)新增3.58億噸銅金屬儲(chǔ)量，占187處中綠地(Greenfields)及礦區(qū)型(Brownfields)總和8.8億噸的41%，說(shuō)明礦山深部找礦的效果很好。

5、從手段上來(lái)看，鉆探手段是作為礦山深部找礦成功最直接、最有效的手段，也就是說(shuō)地質(zhì)找礦中“就礦找礦”的傳統(tǒng)方式仍然是最直接方法。