重点成矿带中尺度成矿预测理论、方法和实践.pdf

1 重点成矿带中尺度成矿预测理论、方法和实践重点成矿带中尺度成矿预测理论、方法和实践 吕古贤吕古贤 郭涛郭涛 舒斌舒斌 申玉科申玉科 周国发周国发 王超凡王超凡 彭欣彭欣 （中国地质科学院地质力学研究所，北京，10008） 摘要摘要 本文将地质调查研究和找矿比例尺在1/2.5万-1/1万的工作称为中尺度成矿预测， 阐述了中尺度成矿预测在地质工作中的缺位和薄弱环节， 指出开展中尺度成矿预测的经济社 会需求和巨大的地质找矿前景，简述了中尺度成矿预测的理论、目的、方法特点和一些问题 与实践。 关键词关键词中尺度预测 理论 目的 方法 问题 一、一、实现地质找矿重大突破的薄弱环节实现地质找矿重大突破的薄弱环节------中尺度找矿预测工作．中尺度找矿预测工作． 1 1- -1 1、、矿化区带开展矿化区带开展中尺度地质找矿勘查工作中尺度地质找矿勘查工作是必要的是必要的 我国地质工作者历来重视矿化区带的调查、研究和划分。中国地质科学院从 研究成矿区带的物质结构和物质分布的大量地物化资料入手， 划分出全国五大成 矿域、16 个成矿省和 81 个成矿带，进一步运用 MRAS 系统开展远景区划和预测。 中国地质调查局组织了 “全国主要成矿远景区矿产资源调查评价” （1999-2003） ， 为尽快查明矿产资源的种类、分布规律和找矿远景，加速摸清我国资源“家底” 提供了系统的成果。在全国范围内筛选了 24 个重要成矿远景区带，为“十五” 计划的落实提供了基础性工作。 “十一五” 规划重点针对成矿区带的方针更明确， 提出 13 个重点成矿区。可以说，我国主要矿产重要的矿化区带基本已经掌握， 下一步的任务是如何在这些重要的矿化区带尽快缩小靶区，预测有远景的地段， 为实现地质找矿新的重大突破开展战役性的即中尺度地质找矿勘查工作． 国内外资料表明，已知矿床密集区、矿化区带具有良好的成矿地质条件，随 着地质工作的深入和生产技术水平的发展， 金属成矿区带之中可以发现取得地质 找矿重大突破的优选地段。统计表明1998，20 世纪 70 年代以来发现的 100 个 贵重有色金属大型或超大型矿床，至少有 58％是在已知矿床周围发现的。北美 39 个巨型斑岩铜矿床中的 90％是在已知矿区附近发现的。智利的楚基卡马塔铜 矿，在其矿区的南、北两侧均发现了巨型铜矿床，使铜储量达到 5 838 万吨，成 为世界最大的铜矿床。印度尼西亚在埃茨贝格铜矿山以北 3 公里处发现了格拉 斯贝格巨型铜金矿，增加铜 953 万吨、金 1217 吨、银 2062 吨。在重点矿化区 带内中尺度预测理论方法的突破是取得资源勘探增储的重要基础和有效桥梁。 实际上，我国大多数的大中型矿山所在重点成矿带的资源潜力是比较大的， 在这些区带内开展中尺度比例尺的地质勘查找矿工作能够取得重大的找矿进展。 我国湖南水口山矿区外围发现红层下隐伏的康家湾大型铅锌矿床， 柿竹园钨锡矿 外围发现了锡矿等，大冶、红透山等大型矿山在深部探矿均已取得进展。这些都 说明大中型矿床外围和周边地区的找矿条件十分优越， 表明老矿山及其所在的矿 区确实还有极大的资源潜力可挖。 吕古贤等（2004）对我国主要金属矿产矿山资料的统计分析表明大中型矿 山的 70.87 － 79.07 在“超期服役” ，大型矿山的“设计服务年限”平均 值为 30.65 年，而“预期矿山寿命”平均值为 41.40 年，可以超期服务 10.75 2 年；258 座中型矿山的“设计服务年限”平均值为 23.80 年，而“预期矿山寿命” 平均值为 34.56 年，可以超期服务 10.74 年；其“超设计服务年限”平均可达 10.75－10.74 年；这些设计之外获得的新增资源都是在已有矿山深部和周边一 定范围里获得的。该资料和分析表明，通过中尺度成矿理论方法研究和地质找矿 工作，在重点矿化区带获得地质找矿重大突破，具有良好的成矿地质背景条件。 国内外矿山找矿的大量实践反复证明，凡重视和坚持开展重点矿化区带中尺 度成矿理论方法研究和地质找矿工作的，一般都能获得新资源，获得巨大的经济 社会效益。我国一些延续百年的矿山，均得益于不间断的探矿工作，如云南个旧 这个百年老矿，50 年代仅探明了砂锡矿储量，70 年代基本查明了“马、老、松、 卡”四大矿床，从 80 年代至今，仍然以平均每 3 年提交 1 个大矿床的速度不断 增加储量；百年老矿水口山 50-80 年代的持续探矿工作，基本上每 5 年提供一个 大中型矿床，使这个百年老矿青春永驻。矿区、特别是大中型矿山的深部外围及 其所在的矿区，不仅大多具有较好的成矿地质条件和较大的资源潜力，而且还具 有资源潜力随着勘查程度、技术支撑条件和认识水平的提高而进一步扩大的可 能。 1 1- -2 2、、我国中尺度我国中尺度找矿找矿地质工地质工作缺位作缺位、研究水平急需提高、理论方法创新不足、研究水平急需提高、理论方法创新不足 根据我国地质矿产的实际，作者认为地质调查研究和找矿工作比例尺在 1/2.5 万-1/1 万的可以称为中尺度成矿预测。中尺度预测不仅表达了工作的精 度，也限制了工作区域的的大小和范围，一般来说中尺度预测区在数 km2-数十 km2 大小的范围。 1/5 万和更小比例的区域地质调查与找矿由公益性地质工作所支持， 1/5 千以 上比例尺的地质与勘查是矿山企业的主要工作，而以 1/2 万-1/1 万尺度的地质 调查和找矿基础工作长期缺失。 我国地质工作关于中尺度预测技术方法的研究和 应用严重缺位或薄弱，研究水平急需提高、理论方法创新不足。中尺度预测在我 国地质工作中缺位或薄弱， 这或许是大量的区域地质找矿研究成果不能够有效的 迅速转化为具体地质找矿目标和勘查找矿方法的原因之一。 基础地质矿产调查和成矿区带内矿床和矿山密集区的地质找矿所指的比例尺 由于目标大小悬殊，所指的含义应该有所不同．以区域地质调查和矿产普查为目 标的基础地质一般把 1/20 万－1/5万的比例和相应的工作规范称为中等-大比例 尺调查。我们知道，这种中等甚至大比例尺对于寻找大范围的、区域的成矿带是 基础的和必须的，而为了达到在区域成矿带内寻找更小更具体的靶区，得到资源 勘探增储的目的，为在重要成矿区带实现地质找矿新的重大突破的目标，1/20 万－1/5 万的中尺度精度显然不够。根据实际地质找矿的需求，经请教常印佛、 陈毓川、翟裕生院士，提出 1/2.5 万-1/1 万比例尺的地质调查和找矿可以作为 中尺度预测的精度。 80 年代期间，国际上地质勘探学者已经一致认为，中尺度的成矿预测及资源 潜力评价是矿床预测最为迫切的研究前沿。原因是， 基于古代和现代板块构造环 境识别发展起来的构造-矿床组合概念和方法，使我们在数万 km2 的战略上的成 矿区划取得了成功。而另一方面，在很小范围的矿区尺度上通过已知矿床的组合 亲缘关系，也可在矿区周围不断发现一些新矿床。然而，如何建立位于 2 种尺度 3 之间的关于识别中尺度潜在金属矿床（区）的标准、思路和方法问题，则是我们 面临的新挑战。由于这一问题，成矿物质的来源-迁移-聚集模型的研究，地质与 地球物理、地球化学参数的连接，应用地质流体开展矿集区预测等方面难以深入 下去。 通过各工业部门的调研可以得知，开展油田、煤田、金属矿带的中等比例尺 的地质、物探、化探研究和成矿预测均是非常急切和急需的任务，其中控矿构造 是预测的地质基础。就是说，在已知的重点成矿带内，加强成矿理论指导下的矿 田尺度的构造地质研究， 并且配以先进技术方法支持的中尺度成矿预测工作为当 务之急。此外，今后一个时期，在已知成矿区带内地质找矿从地表浅部走向地下 深部，从平面二维走向空间三维，从矿区走向外围，从常规地质找矿走向地物化 综合预测，成为矿产资源勘查的必然趋势，是促进地质找矿新的重大突破的有效 途径。然而，中尺度成矿预测领域研究工作薄弱，中尺度构造研究和预测能力急 待增强，现有的地质科技理论、方法和人才的水平还需要根据这一变化加以大大 提高。 二、中尺度成矿预测的理论、目的和方法特点二、中尺度成矿预测的理论、目的和方法特点 2 2- -1 1、、中尺度成矿预测的中尺度成矿预测的概念概念 为深部外围找矿服务的地质调查研究工作，其比例尺在 1/2.5 万-1/1 万的可 以称为中尺度成矿预测。中尺度预测不仅表达了工作的精度，也限制了工作区域 的的大小和范围，一般来说中尺度预测在数 km2-数十 km2 大小的范围。 中尺度成矿预测在某中角度说相当于矿田构造预测， 但是它基础虽然主要是矿 田构造和成岩成矿系列研究，但是，它又要结合矿床学、地球化学、地球物理和 区域成矿学等方面的理论和应用，其函盖的领域更贴近于实际情况。因此，可以 考虑中尺度找矿预测或成矿预测的概念。 2 2- -2 2、、中尺度成矿预测的中尺度成矿预测的目标目标 初步认为，中尺度成矿预测的目标主要有三个， 1、通过中尺度成矿预测，把 1/5 万或更小比例的区域地质调查与找矿中的成 果转化为具体地质找矿目标和勘查找矿思路，促进实现地质找矿新的重大突破； 2、通过中尺度成矿预测，从区域成矿、成矿系列和构造变形岩相控矿规律出 发，重点攻克已知矿山矿床外围找矿的地质问题问题； 3、通过中尺度成矿预测，在恢复重建成岩成矿环境变化基础上，提高中深部 找矿预测精度和效果。 2 2- -3 3、、中尺度成矿预测的中尺度成矿预测的特点特点 归纳中尺度成矿预测及其地质调查、地质找矿和地质研究，具有以下特点； 1、在成矿区带中寻找数 km2-数十 km2 大小的预测区段，或包含已知矿床矿 山的地区，以 1/2.5 万-1/1 万左右的比例尺开展地质调查、地质找矿和地质研 究，目标在矿山深部外围寻找接替资源的成矿预测。 2、构造控岩控矿与构造成岩成矿相结合基础上的地质调查、地质找矿和地质 研究； 3、构造体系和成矿系列研究相结合预测找矿； 4 4、近矿预测标志方法向中远距离预测标志方法发展； 5、平面二维预测找矿向空间三维预测找矿深化； 6、工业矿体、矿化岩石和近矿岩石的动态指标研究和找矿评价。 三、中尺度成矿预测中尺度成矿预测方法方法的研究的研究与实践与实践 3 3- -1 1、、中尺度中尺度预测找矿的理论探讨和基础预测找矿的理论探讨和基础 构造作用引起地壳物质变形，产生各种构造形迹，这是构造地质学所研究的 内容。物质变形，主要是物理过程，但构造作用不仅能引起物理变化，而且还能 引起化学变化，这个范畴的问题不是“构造地质学”研究的内容，而是岩石、矿 物地球化学领域，属于“构造地球化学”研究的内容。构造地球化学的萌芽始自 野外实践，早期的区域填图发现变质带往往与各种构造单元相关，近期的研究更 证实板块碰撞带、缝合带并非简单的构造带，而是集构造、成岩、成矿和变质 作用于一身的复杂结构物质组合带，可以毫不夸张地说，任何构造形迹的形成都 伴有一定的物质组分的迁移。 杨开庆1984提出,构造动力成岩成矿观点， 认为构造地球化学应研究地壳物 质在构造动力调整作用过程中地球化学作用的两类表现;岩浆在结晶时,按不同 的应力作用强度形成不同的岩石、 矿物组合的建造或岩相， 岩石固态在形变时, 使原有岩石、矿物成分重新组合成新的岩石、矿物组合的建造或岩相。 陈毓川等（1979）提出矿床成矿系列的问题。成矿系列是在区域内研究成矿 作用在一定地质环境中的时空演化规律、分布规律及其形成的矿体组合。亦可视 为一种新的矿床自然分类。在一定的地质构造单元和一定的地质构造运动阶段 内，与一定的地质成矿作用有关，形成在成因上有联系的各矿种、各种成因类型 及在不同地质构造位臵产出的矿床组合。 矿床成矿系列的序列划分为矿床成矿系 列组合、矿床成矿系列类型、矿床成矿系列、矿床成矿亚系列、矿床式、矿床。 本概念是从区域上把一定时空范围内地质构造环境与成矿作用联系起来， 探索区 域内它们之间的联系及所产出的矿床之间的联系及分布规律， 利用这些规律有助 于指导找矿。 研究进一步开展成矿谱系的探讨。成矿谱系指成矿的演化过程及各 演化阶段的矿化组成及其结构。成矿谱系是对成矿区（带）而言的。不同级别的 区（带）大至整个地球，小至矿田均有各自的成矿谱系。 例如，山东河东金矿构造带地球化学，在水平方向上碱、碱土元素和 Hg 相 对迁移较远，而 Cu、Pb、Zn、S 等大量聚集在主断裂下盘含矿蚀变带内，这与元 素在蚀变带中的分配和原生晕结构特征是一致的。 大部分微量元素沿水平方向和 纵向上呈条带状分布，但主要发育在断裂带下盘。计算所确定的河东破碎带蚀变 型金矿床轴向多元素分带序列自上而下为 ZnHgCsRbBaPbWMoMgSrAsBiFeCuAgCaMnBe AuNiKNaCoSLi。 根据上述特征元素组合空间分布及带状延伸作为地 球化学标志，可以指导矿床综合评价和隐伏矿床预测。 阿布拉姆松（1995）研究脉动状热液成矿的同源系列分带柱的动力性质后， 提出金属“富集波”（产矿波）概念。研究保加利亚集达罗沃-加别罗沃矿田和 乌兹别克斯坦北恰尔米坦矿田两种类型空间-时间和时间两种分异类型。金 最富集的矿物组合均处于分带元素的部分， 认为它们是同源矿床系列中从中心向 外向前方运动的结果。 此外，控制某些成矿元素运移和沉淀的基本物理化学参数是稳定的（克列梅 5 涅茨基等，1996；Samama，1985）。同时，形成矿床的任何元素的聚集都需要一 个化学运移过程，往往这个过程大多数必须有流体参与来完成，而这个过程又直 接受当时物理化学环境条件控制和影响（李晓波，1993）。因此，如果能够说明 物理化学条件受构造作用的制约，如果能从理论分析、实验数据和实际材料证实 “构造作用力影响压力”及“构造作用影响温度”等问题，则上述各层次研究所 揭示的岩石形变与变质相变的地球化学过程密切共生， 构造与改造密切共生等现 象将得到较合理的解释。据此，作者（吕古贤，1991）提出 “构造作用力通过 控制压力、 温度和其它物理化学条件来影响成岩成矿地球化学过程” 的研究思路。 构造物理化学特别关注构造作用产生或引起的压力、温度及其它的物理化学条 件，研究这些构造附加参量对各种化学平衡的影响。 3 3- -2 2、预测找矿的基础地质调查方法、预测找矿的基础地质调查方法问题问题 1 1））构造变形岩相形迹构造变形岩相形迹的填图或编图研究和找矿方法的填图或编图研究和找矿方法 在地壳物质的组成变化和形态变化交叉研究领域，必须形成一些基本的地质 实体概念，这些概念既应该涵盖上述两方面的状态，又要适应于室内外，特别是 野外实际地质工作的可操作性质。 以往的构造地球化学研究缺乏野外地质填图的 实用方法。在上述理论探讨的基础上，在李四光“形变”和“形质”概念基础上， 本研究提出并应用了构造变形岩相的概念， 构造变形岩相形迹是能反映构造作用 下地壳岩石物质变形及相伴变质和岩相特征的地质实体。 在不同的地质背景和不 同研究尺度之中构造变形岩相形迹的具体涵义有差别，但是，立足于构造变形力 学而且渗透于基本的地质作用 （沉积、 岩浆和变质等） 过程之中这两点是不变的、 稳定的。 构造变形岩相形迹与构造变形岩相型式的概念及其填图是开展构造物理 化学研究的野外地质工作基础。 有可能形成一种岩石结构结合成分的成矿事件填 图方法。运用该类方法，在山东金矿集中区进行了长期的实践，获得较理想的找 矿效果。 吕古贤等（1999-2002）通过胶东矿集区区域构造变形岩相形迹 1/50 万编图, 获得区域成矿规律新认识,提出区域预测新区带；应用该方法开展招平断裂的 30 平方公里 1/万的详细构造变形岩相形迹填图，基本将招平断裂带给以分解。后 期验证工作表明，上述分解的见解是符合实际的。提出 3 个预测区经钻探发现了 有前景的矿段。 构造变形岩相形迹填图方法应用于焦家金矿井下找矿预测。根据③号矿脉群 及其构造变形岩相详细 1/200 填图研究，在北部空白区预测，获得富矿脉群，支 持了矿山将近两年的主要矿量（焦家金矿，2003）,在预测区下 1050 米深揭露工 业矿体六队,2006。应用构造变形岩相构造变形岩相 1/200 填图研究，在大庄 子金矿 F1 北部预测断裂错失的矿脉，推断断裂错距 80 米左右，2005 年底提交 预测成果，2006 年 3 月获得工程验证，目前北部三条线内和三个中段均见到厚 大的富矿脉（平度鑫汇金矿，2006）。 2 2））建立多层次构造建立多层次构造岩相控矿预测岩相控矿预测模型模型 中尺度预测要研究成矿期构造多层次控矿特点，建立多层次构造岩相控矿预 测模型。各不同矿种，不同矿化类型，其构造岩相控矿预测模型是不同的。例如 在胶东，新华夏系 NEE 向（泰山式）伴生构造控制胶东区域金矿带的展布；新华 夏系 NNE 向区域剪切带控制金矿田产生部位；构造带断裂性质控制金矿矿床类 别； 构造断裂带的产状控制矿床矿体的倾伏侧伏规律；剪切构造两盘的运移特点 6 和断裂组合形式控制矿脉的分布规律；构造变形岩相带控制地球化学特征；构造 还控制成矿物理化学条件，等等。这些问题，都是矿山地质人员非常关注的地质 问题。 3 3）探讨更合理）探讨更合理成矿深度的测算方法，提高成矿深度的测算方法，提高深部预测的深部预测的精度精度 目前被国内外广为采用的成矿深度估算方法是将压力作为上覆岩石重量，而 且认为压力是深度的线性函数，然后通过岩石比重换算深度，可简称为压力/比 重（W/SW）方法。然而，当考虑到构造附加静水压力时，考虑到成矿构造物理化 学成矿时，提出了成矿深度测算的改革方案， 把岩石矿物古应力计和变形测量 技术结合起来， 建立恢复构造附加压力的方法可以建立新的成矿深度研究测算方 法。这种方法是先从所测算的压力中消除构造附加压力之后再用比重换算深度， 称为“深度测算的构造校正方法”（吕古贤等，1988，1991）。 在胶东，用压力/比重方法估算，前人依据测到 90～150MPa 的压力，建立了 矿脉分布的垂直分带模型，认为胶东玲珑金矿田和焦家金矿田形成于 4～6km 或 更深，属中深成矿，因而矿体被剥蚀的深度已经很大，深部矿体属于矿尾，保留 的远景不很乐观。而经构造校正测算的结果第一次表明，胶东玲珑-焦家式金矿 成矿深度离当时地表仅 1000～3500m 左右， 且集中于 2500m 左右深处成矿， 可见， 已经在开采的矿段属于矿头，大部分矿体未受剥蚀。 这一结果指出（吕古贤等，1992），胶东地区玲珑-焦家式金矿属于中浅成矿 床。这类大型矿山目前正在开采的地段属浅成矿床的上部，因此已经开采，特别 是已经剥蚀掉的矿脉较少，主要矿量尚在深部，现有大型矿山深部有金矿第二富 集带发育的条件，深部资源远景是乐观的。经过近十几年勘探队和矿山地质队的 钻探揭露，地下 300 米左右存在矿化间断段，或矿化薄弱区段。该段在区内大型 矿山比较普遍发育，厚 100-200 米不等，其下还有发育新的矿化富集带，可称为 深部第二金矿富集带。例如，在新城、望儿山、台上、夏甸等大型金矿的深部业 已求得数百吨的新增储量，且大部分深部矿脉尚未封口。 根据胶东地质找矿进展以及相似成矿环境对比，常印佛和翟裕生等认为可以 将构造物理化学这一方法应用于长江中下游矿集区寻找金属矿床深部的第二富 集带。 广而言之，中国东部环太平洋金属成矿带的深部可能存在金属矿化第二富 集带、或第二找矿中段的远景。 四、四、 深部外围深部外围找矿找矿一些问题的研究与实践一些问题的研究与实践 深部外围找矿一些问题非常具体，但是其孕含的规律却是复杂的。限于本文 的篇幅，仅部分列于下文，对于它们的研究将是任重而道远的。 4-1、成矿体系、构造岩相形式与矿产分布规律的关系； 4-2、构造应力场性质及转化与成矿规律的关系； 4-3、构造多层次控矿特点与矿产的分布； 4-4、成矿深度、剥蚀状况的厘定技术方法； 4-5、构造控制矿体深部的倾斜和侧伏问题； 4-6、构造矿脉在空间上的斜列形式问题； 4-7、矿脉被错断距离方向的判断问题； 4-8、褶皱部位和叠加改造与矿脉分布的关系； 4-9、成矿构造局部变化和富矿分布的关系； 4-10、区域应力场特征和矿体长宽比例问题； 4-11、成矿构造地球化学异常和工业矿化相关性的判断； 7 4-12、深部异常的构造物理特征与解释； 4-13、成矿构造物理化学特点和矿化形式的关系。