淺談銅礦深部找礦技術(shù)

文 浩

（江西銅業(yè)集團(tuán)地勘工程有限公司，江西 德興 334200）

近幾十年來(lái)，隨著采礦業(yè)的快速發(fā)展，迫切需要基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)利用易采礦、露天礦和淺礦等，尋找替代資源、緩解資源短缺和促進(jìn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。中國(guó)一些主要礦產(chǎn)資源的供給與短缺之間的矛盾日益突出。近一半的大型和中型礦山擁有主要的金屬礦藏，處于危機(jī)礦井中。因此，深層地下勘探將成為我國(guó)礦產(chǎn)勘查的主要方向之一。

圖1 露天銅礦開(kāi)采

表1 2017年全球銅礦儲(chǔ)量各國(guó)家統(tǒng)計(jì)表（單位：千萬(wàn)噸）

在深井開(kāi)展地質(zhì)研究和勘探工作具有重要的經(jīng)濟(jì)，理論和實(shí)踐意義。富礦和特富礦已明顯減少，采礦越來(lái)越深，難度越來(lái)越大，成本越來(lái)越高；貧礦石的回收率較低：同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)銅產(chǎn)品的需求并沒(méi)有減少，而是隨著增長(zhǎng)趨勢(shì)，銅在中國(guó)已成為稀缺礦產(chǎn)多年。年進(jìn)口量高達(dá)50萬(wàn)噸，環(huán)保成本也在增加。因此，有必要加強(qiáng)銅礦的找礦和深部找礦，這也非常緊迫，不能拖延時(shí)間。

1 銅礦地質(zhì)概貌

1.1 銅礦的時(shí)空分布特點(diǎn)

圖2 中國(guó)的銅礦分布

我的銅礦床的時(shí)空分布的主要特征是成礦期相對(duì)集中，另一方面，成礦區(qū)相對(duì)集中。中國(guó)的銅礦化期主要在中生代，接下來(lái)是新一代和新時(shí)代。由于中國(guó)的地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜而且數(shù)量眾多，銅礦的形成也呈現(xiàn)出多種特征。中國(guó)已經(jīng)勘探出的的銅儲(chǔ)量主要集中在祁連山、三江地區(qū)、長(zhǎng)江中下游、黑龍江的嫩江、中條山和西昌～西部等地[1-3]。

2 銅礦的控礦因素

控礦因素一般是指控制沉積物形成和分布的各種地質(zhì)因素，如構(gòu)造、巖漿活動(dòng)、地層學(xué)、巖相和古地理，區(qū)域地球化學(xué)因素，變質(zhì)因子，巖性，古水文和風(fēng)化因子。銅礦石最重要的控礦因素是礦體的地層空間結(jié)構(gòu)，針對(duì)空間結(jié)構(gòu)可以說(shuō)由于晚泥盆世梧桐組和二疊紀(jì)向廣播秩序組成。主要礦體的地層空間構(gòu)造是由晚泥盆系五通組及二疊系祥播階構(gòu)成。有因?yàn)槲逋ńM的砂巖的物理特征獨(dú)特性的表現(xiàn)主要為質(zhì)地堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)緊密、無(wú)法進(jìn)行礦液交代和沒(méi)有滲透運(yùn)移的動(dòng)力。所以造成了控礦的因素有很多，而且每一個(gè)控礦的因素都是非常重要的。在物理方面，由于金屬銅礦床的形成是與熱液等相關(guān)活動(dòng)密不可分的。五通組的上部存在的有機(jī)物質(zhì)的分布是具有不均勻狀態(tài)的碳酸鹽巖地層中不同的組成部分，其中具有較高的活躍性縫合線縫隙物和泥質(zhì)條帶，與礦液之間形成化學(xué)反應(yīng)，最終逐漸的交代成礦。銅礦里能產(chǎn)出很多物質(zhì)而形成存在密不可分聯(lián)系的是金屬銅礦床的活動(dòng)與熱液。由于銅礦巖體在相應(yīng)環(huán)境下，可以產(chǎn)生很多成礦物質(zhì)，還可以促使其形成了礦床，其自然而然的熱量在形成礦過(guò)程起到非常關(guān)鍵的作用。

3 銅礦深部找礦基本工作

根據(jù)地球物理勘探的行業(yè)慣例，在我們國(guó)家探知銅礦時(shí)，使用了很多國(guó)際上先進(jìn)的和高科技的測(cè)量?jī)x器，再結(jié)合先進(jìn)技術(shù)和測(cè)量方法，對(duì)銅礦勘探區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)的、多角度和多方位測(cè)量，已經(jīng)取得的很大進(jìn)展主要有在礦體中了解了一般礦產(chǎn)的地下埋藏深度，隨后進(jìn)一步采用中梯式激光掃描法進(jìn)行深度的測(cè)量讀取顯示數(shù)據(jù)，并在清掃區(qū)西北部發(fā)現(xiàn)的極化異常區(qū)與結(jié)構(gòu)區(qū)非常相似。因此，我們了解礦區(qū)西北部礦化蝕變帶的范圍，為勘探提供了一般方向；根據(jù)磁異常極坐標(biāo)，根據(jù)磁異常特征推斷出碳酸鹽巖和花崗巖的5個(gè)磁異常接觸區(qū)，其中4個(gè)異常接觸區(qū)與巖體對(duì)應(yīng)良好；為了進(jìn)一步了解礦區(qū)地層的空間分布，最后，CSAMT掃描方法用于測(cè)試電阻率的異常，以進(jìn)一步了解采礦區(qū)地層的空間分布。隱伏巖體的分布范圍由低阻力異常推斷，成礦區(qū)域得到進(jìn)一步證實(shí)。對(duì)這種情況進(jìn)行了測(cè)試，低阻力異常推測(cè)了隱蔽巖體的面積，證實(shí)了成礦區(qū)的工作又向成功邁出了一步。

地球物理鉆探是指解釋地球物理勘探結(jié)果中的含水層，采空區(qū)、沉陷柱、斷層和地質(zhì)條件等異常區(qū)域，具體確定鉆探中第一個(gè)采礦區(qū)的深部鉆探和驗(yàn)證鉆探的五條區(qū)域線。

五個(gè)鉆孔驗(yàn)證孔對(duì)礦井有很好的影響。預(yù)測(cè)的鉆孔都在銅礦體中發(fā)現(xiàn)。到目前為止，已有數(shù)十年歷史的銅金屬礦資源得到有效利用，進(jìn)一步緩解了國(guó)家銅資源的形勢(shì)。隨著礦山資源的再利用，依靠礦山生活的人民的生存也得到了解決，它也是為一個(gè)國(guó)家節(jié)省必要的開(kāi)支。

4 銅礦深部找礦的方案

4.1 提高成礦理論的預(yù)測(cè)能力

成礦理論預(yù)測(cè)能力低是制約深部找礦的核心問(wèn)題。為有效提高成礦理論的預(yù)測(cè)能力，有必要對(duì)當(dāng)前科學(xué)和工業(yè)界在成礦的理論創(chuàng)造性和實(shí)際應(yīng)用中采取積極的和有效的措施。有效措施應(yīng)該包含下面五個(gè)方面：第一是要根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)礦床相關(guān)放入經(jīng)驗(yàn)約束，從而形成銅礦。從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)進(jìn)行分析成銅礦產(chǎn)生的可能性，并且要得出形成銅礦的理論模型。第二步主要是基于動(dòng)力學(xué)的形成銅礦理論模型來(lái)成礦的性質(zhì)進(jìn)行揭示，這不僅可以計(jì)算成礦動(dòng)力學(xué)模型，還可以通過(guò)試驗(yàn)及理論去驗(yàn)證模型的可靠性和準(zhǔn)確性，得到的、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)等，再就是可以化學(xué)場(chǎng)的計(jì)算，并可以定量去約束相關(guān)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

成礦模式的構(gòu)建和地質(zhì)構(gòu)造演化的理論模型不應(yīng)放大單因素的作用，應(yīng)注意系統(tǒng)的非線性效應(yīng)。不能簡(jiǎn)單地根據(jù)定性類比去推理的長(zhǎng)期以來(lái)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型得結(jié)論，應(yīng)更多的是注重計(jì)算，進(jìn)行定性的類比去推理，這樣才具有較大的隨機(jī)性和準(zhǔn)確性，即在僅在類比條件情況下得出的結(jié)論不嚴(yán)格。隨著社會(huì)的發(fā)展，越來(lái)越多的人利用地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺(tái)，采用知識(shí)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，可以定量確定三維空間中最優(yōu)越的礦化組成成分，從而完善礦化和預(yù)測(cè)嚴(yán)格性、準(zhǔn)確性和有效性，它還可以準(zhǔn)確詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

4.2 信息應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新

為克服當(dāng)前地球信息檢測(cè)技術(shù)在深部地質(zhì)檢測(cè)中的不足，理論上可行的方法是開(kāi)發(fā)地球信息檢測(cè)技術(shù)，特別是地球物理信息檢測(cè)技術(shù)。地球信息檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)包括兩個(gè)方面：從原理上進(jìn)行創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)新的檢測(cè)技術(shù)，包括改進(jìn)和改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)；應(yīng)用方法的創(chuàng)新，使基于現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)果得以發(fā)現(xiàn)獲得更可靠的解釋和應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，礦產(chǎn)勘探行業(yè)一直存在迷信“高科技”的強(qiáng)烈傾向，希望發(fā)明“萬(wàn)靈式”技術(shù)，一勞永逸地解決探礦勘探的各種問(wèn)題。事實(shí)上，要?jiǎng)?chuàng)建一種實(shí)用的新技術(shù)來(lái)檢測(cè)并不容易，而且更難以創(chuàng)建“一體化”技術(shù)。例如，可以使用具有快速和方便特征的2X射線熒光技術(shù)。該技術(shù)可以分析地質(zhì)中礦山的元素以及礦產(chǎn)資源勘探之間的邊界和厚度。還有三種場(chǎng)異常相互約束技術(shù)，以及5G-PS傳感系統(tǒng)信息采集技術(shù)。

4.3 深部鉆孔的充分利用

鉆井是證明礦體的必要方法。深部勘探的成本也主要是鉆探。開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)和降低鉆井成本非常重要。由于目前的技術(shù)和制造工藝的限制，鉆井技術(shù)的發(fā)展仍然相對(duì)緩慢。因此，充分利用每個(gè)洞是非常必要的。一方面，采用分支定向鉆井減少鉆井工作量，另一方面通過(guò)深度鉆探物理檢測(cè)量，可有效提高深度檢測(cè)信息的準(zhǔn)確性，顯著提高礦石預(yù)測(cè)成功率，有效避免后者無(wú)效鉆探。

5 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)今資源相對(duì)缺乏的時(shí)代下，大家更要注重對(duì)銅礦資源的開(kāi)采，只有提高深層勘探意識(shí)，加強(qiáng)銅礦地質(zhì)研究，不斷提出更加科學(xué)的、合理的、先進(jìn)的和創(chuàng)新型檢測(cè)理論和方法，才能為中國(guó)的銅礦開(kāi)采和能源問(wèn)題做出更多的貢獻(xiàn)。