金属矿产浅部矿与深部矿产出特征及勘查技术方法的对比研究

后勤部长 · 发表于 2011-12-1 20:41

一、引言
我国经济建设持续快速发展的同时也伴随着金属矿产资源的巨量消耗，已有矿山的资源供应难以满足经济建设的需要。同时，部分大中型矿山资源量将近耗竭，危机矿山日益增多，因此，寻找接替资源是今后矿产勘查工作的重中之重，尤其是在经济水平较为发达的中东部地区，矿产勘查的主要对象已由以往的浅部矿转到深部矿。
浅部矿和深部矿是以矿床现阶段的埋深来区别的，不同国家因经济技术水平的差异，对深部矿的划分标准不一。如美国、南非、加拿大等矿业发达国家对矿床的勘查和开采深度已达地下几千米的水平；在我国，现有金属矿山的探采深度大多限于地表至地下500m空间内，仅有少量达1000m以下，所以一般地，地下500～2000m范围被视为深部找矿远景区，又被称为“第二找矿空间”域“第二矿化富集带”。
从矿床的形成和演化过程来看，无论矿床原始形成于深部还是浅部、遭受过何种改造，其现阶段位于浅部便称之为浅部矿，埋藏于深部便是深部矿。浅部矿具有距离地表近的特点，能够提供丰富、直观的矿化信息，并且人们有长期找寻浅部矿的经验，对浅部矿的产出特征及其成矿规律的认识已达到相当高的程度；而深部矿由于埋藏深度大，矿化信息弱且干扰因素多，使得人们对深部矿床的相关特点知之甚少。针对浅部矿和深部矿不同的特点，所采用的勘查技术方法也必然存在差别，传统的勘查技术手段对浅部矿的找寻能起到很好的效果，但用于深部矿勘查却收效甚微，为克服深部找矿中的一些技术问题，一系列探测深度大、探测精度高的新兴勘查技术方法相继被研制出来并尝试性地应用到了深部找矿实践中。
当然，浅部矿和深部矿并无本质上的截然不同，两者是既有区别又有联系的，尤其是发育于同一成矿系统中的浅部矿和深部矿，其形成受相同的成矿作用控制，两者有着内在的成生联系。所以浅部矿在基础地质研究、矿床模型建立、勘查和开采技术等各方面较为成熟的研究将为深部矿勘查提供理论、技术方面的支撑。
本文将在分析浅部矿和深部矿的产出特征的基础上，对适合于各自特点的勘查技术方法在技术性能方面进行对比研究，阐述浅部矿和深部矿的差异性和联系性，并探讨浅部矿已有的研究对深部找矿的指导意义。
二、浅部矿与深部矿的产出特征对比
浅部矿和深部矿因产出位置的相对深浅造成人们对这两者的认识水平方面存在一定差异。目前来看，这种差异主要表现在2个方面：一是人们对深部矿床本身固有属性的认识水平有限，二是深部矿床所能显示的找矿信息有限。因此，加强对深部矿特征的综合研究，寻找有效途径获取、识别深部矿找矿信息并用以指导深部找矿是保证深部矿勘查取得好的成效的重要举措。
浅部矿和深部矿产出特征的差异是矿床自形成至今各种地质作用共同耦合的结果，也包括人类活动的介入。人们对浅部矿产出特征的认识程度较高，而对深部矿特征的认识仍有待于进一步的探索。其中，对矿化信息的有效获取是认识矿床产出特征的重要途径，也是矿产勘查工作的一个关键环节。对于浅部矿，产出特征较为明显，矿化信息也容易获得，但需要注意的是，不同类型的浅部矿床，其产出特征和所显示的矿化信息存在差异，例如岩浆矿床一般产于造山带、地台区等大地构造环境，其形成受岩浆岩、断裂等因素控制，找矿时可根据围岩蚀变、重磁异常及元素地球化学异常等多种矿化信息进行有的放矢的工作；热液矿床与断裂构造和围岩的关系密切，常常依据指示元素、矿物学标志和各类地球物理异常等信息便可取得良好的找矿效果；沉积矿床常发育于同沉积盆地和断陷盆地中，受特定的地层岩相控制，常根据地层标志、岩相标志和各种地球物理信息来找寻这类矿床等等。找矿过程中只要善于抓住各类型矿床的特点和主要控矿因素及找矿标志，便可逐步缩小目标，起到事半功倍的效果。
深部矿床则埋藏于地下一定的深度范围内，目前的科技水平还无法让人们认清深部矿的各种特征，其矿化信息也易被上覆厚大的掩埋层“屏蔽”，往往不显示或只显示出微弱的信息。从矿床的演化历史来看，矿床的埋深是不断变化的，深部矿的形成可分为两种情况：第一种是矿床原始形成深度较大，现今仍埋藏于深部，这类矿床一般是内生矿床；另一种情况是矿床原始形成于浅部甚至地表，现今位于深部，这类矿床多以沉积、风化矿床为主。其实对于同类型矿床而言，不管现今埋藏深浅，其原始形成都是由同种成矿作用控制的，矿床的原始产出特征具有相似性；从成矿系统角度，相同类型的浅部矿和深部矿产出特征的差异性主要是成矿后各种因素耦合的结果。
与浅部矿相比，深部矿具有以下特点：(1)一般保存较为完整，连续性较好，受次生改造强度不大；(2)除变质矿床外，大多数深部矿床中矿体或矿石组分都保存了较多的原生特征；(3)若矿床发育矿种上的垂直分带，则其深部矿种多是高温矿种。
探讨深部矿床的产出特征时应从成矿的区域地质背景出发，结合研究区的地层、构造、岩浆岩等地质要素，在相关理论的指导下加以分析推断，对于原始形成于深部且现今仍位于深部的矿床，往往产出于深部岩体附近或赋存于深部断裂构造中，有相应的围岩蚀变、指示元素等特征；而原始形成于浅部但现今位于深部的矿床一般与特定时代的地层、岩性以及沉积构造等因素关系密切。深部矿的这些特征所显示出的且能被采集的往往是微弱信息，在处理这些矿化信息时，切不可忽视弱缓异常，而应在综合研究的基础上，提取出最能反映深部矿特征的信息。矿化信息的采集有赖于新的技术方法的运用，因而如何有效地捕捉并识别这些微弱信息也是各种新的勘查技术方法要解决的首要问题。
三、浅部矿与深部矿的勘查技术方法对比
当前，在我国矿产勘查工作的主要对象已由浅部矿转为深部矿的情况下，传统的用于浅部矿勘查的常规技术手段由于受本身技术性能的限制而对深部矿勘查的成效甚微。因而，针对深部矿埋藏深度大、矿化信息显示弱的特点，研制探测深度大、探测灵敏度高的新的勘查技术方法已成为深部矿勘查研究中的一项重要任务。
浅部矿具有距离地表近的特点，能够提供丰富且相对直观的矿化信息。传统的勘查技术方法用于浅部矿勘查已取得良好的效果，例如常规的物探技术在找寻黑色金属有色金属、稀有、稀土矿产等方面效果良好，常规的化探手段在找寻贵金属、稀有、稀土矿产方面起着重要的作用，通过这些常规的物化探技术能比较容易地捕捉到浅部矿的矿化信息，在成果图上所反映的异常也往往具有“高”、“大”、“全”等特点。因而总体上看，传统的勘查技术方法在找寻浅部矿方面已较为成熟。
对于深部矿勘查，由于深部矿本身具有埋深大、信息弱等特点，传统的用于找寻浅部矿成熟的勘查技术方法已难以奏效，因而对勘查技术方法提出了新的要求。这些要求主要表现为：(1)在探测深度方面，要求能“穿透”位于深部矿之上的巨厚的覆盖层；(2)在探测精度方面，要求具有识别地下深部小规模地质体的能力；(3)在灵敏度方面，要求具有提取微弱信息的能力。</P>
实现以上要求是现代勘查技术方法所追求的目标及今后的发展方向，例如从研究地球内部精细圈层结构、耦合效应和地球内部物质与能量交换的深层动力学过程的角度，现代物探方法愈加趋向于大探测深度、高精度和高分辨率的特点。高精度重、磁、电场可在较大范围内探测地下介质、结构、构造和物质的物理一力学属性，通过高精度的重力场、地电场、地磁场等地球物理观测，进行反演和模拟，从成矿区(带)的深部构造背景、介质属性等方面来查明矿体的埋藏状况，具有传统物探技术和其他勘查手段无可比拟的优势。针对找矿对象的改变和找矿难度加大的局面，从元素的地球化学性质的角度，深穿透地球化学方法也随之发展和运用，这类方法捕捉的对象是活跃状态的金属元素，利用深部矿床本身及其围岩中的成矿元素或伴生元素可以在某种或几种营力作用下迁移至地表并在地表介质中形成元素叠加含量的特点，通过适当的技术提取这些叠加含量，以达找寻深部矿的目的。与传统化探方法相比，深穿透地球化学所具有的一般特点是：(1)探测深度大；(2)获取的主要是直接信息；(3)信息微弱，但所表现的异常衬值大；(4)获取的信息较为可靠。
目前应用于深部矿勘查中的已得到推广使用的物探新方法主要有大功率瞬变电磁法(TEM)、大地电磁法(MT)、金属矿地震法、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)等。这些技术方法所能探测的深度达几百米至几千米，探测仪器向轻便化、智能化发展，观测精度、分辨率也大大提高，例如重力观测精度由毫伽级(mGal)提高到了微伽级(μGal)，磁测精度由nT数量级提高到10-1～10-2nT数量级；化探新方法主要有活动金属离子法(MMI)、电地球化学方法(CHIM)、酶提取方法(Enzyme Leach)、金属活动态测量方法(MOMEO)等。为克服获取深部矿矿化信息过程中的种种阻碍因素，这些化探技术也无一例外地具有探测深度大、识别异常能力强、检出限低等特点。各种新兴技术方法的发展和应用对国内外深部矿的找寻起到了极其重要的作用。
<P style="TEXT-INDENT: 2em">此外，近年来，遥感技术尤其是卫星遥感技术迅猛发展，遥感在地质方面的应用也越来越广泛，可以迅速定位隐伏岩体和深大断裂，根据综合矿化信息圈定成矿远景区等；超深钻技术的发展与应用更是可探及地下数千米甚至数十千米的范围，但是超深钻昂贵的成本使其只适用于验证阶段，经济而有效的深部矿勘查技术方法仍然是适当的物、化探方法。
四、浅部矿勘查与深部矿勘查的联系
深部矿与浅部矿在产出特征上存在一定的差异，也由此决定了两者勘查技术方法的不同，但深部矿和浅部矿也具有一定的联系性，它们之间联系性的一个重要体现是已知矿区深部(外围)找矿，因为矿区深部所埋藏的矿体可能就是浅部矿体的延伸部分。因此，在已知矿区进行深部矿勘查时必须以该矿区已有的地质研究为基础，通过对浅部矿各种特征综合研究，总结成矿规律，建立矿床模型，以指导矿区深部的勘查工作。
由矿床的浅表信息推知其深部信息的过程主要体现在矿体的定位预测上，但是通过何种途径或方法进行深部成功的定位预测是业内人士急于寻求解决的难题。翟裕生认为，根据已知的浅表矿床信息推断其向下延伸的方向可以从矿床模型或勘查模型的完整性及构造控矿研究等因素考虑；赵鹏大等(1983)从数学地质角度出发，强调从矿体的数字特征入手，查明矿化的有序性分布规律，从而进行定位预测；曹新志等认为总结矿体空间定位规律，特别是侧伏规律的揭示是进行热液矿床定位预测的有效途径；还有人认为分析成矿构造、找出成矿规律是选好靶区和运行预测的关键，并总结出了具体预测途径。
科学的矿体定位预测是一项高难度的工作，但在正确的成矿理论和预测理论的指导下也不乏成功的实例，笔者等(2008)参与的“四川夏塞银铅锌矿床成矿预测研究”项目，在查明矿床地质特征的基础上，抓住主要控矿因素，利用已有工程的揭露资料，重点研究断裂构造及岩浆岩对成矿的控制，总结出了矿体的空间定位规律，并对矿体在深部的延伸部分进行了预测，推测矿区深部可能存在第二矿化富集带。
通过浅部矿信息追索深部矿是一个由已知推断未知的循序渐进的过程，对深部矿进行预测研究时，需充分吸收并消化前人的成果，注重容易被忽视的找矿线索，在此基础上以科学的预测理论作指导并结合自身的观察与实验，从矿床浅部特征推测其深部特征，大胆假设、勇于创新，进一步提出自己的创新性认识．如基于钨矿的“五层楼”模式，有人提出“五层楼+地下室”的新模型，认为“五层楼”的深部还存在“地下室”，并以该模型为指导，对赣南地区新一轮钨矿的找寻起到了重要的作用。
深部矿和浅部矿的联系还可以表现在勘查技术方法上，两者都有适于各自特点的技术方法，但同类方法所基于的原理和勘查目的是基本一致的。例如通过物探手段无论勘查浅部或深部矿床，探测结果所反映的往往是断裂构造或与欲找寻矿产具有相同物性特征的地质体；化探方法研究的对象都是元素地球化学晕，而形成“晕”的元素一般是共、伴生元素等。从这个角度出发，大部分深部矿勘查技术方法是在原来基础上对探测深度、灵敏度、分辨率等性能作了进一步的改进，并使之适合于深部矿的特点，依赖于科学技术的进步，勘查技术方法也必将向高科化、精细化发展。
另外，与浅部矿勘查一样，深部矿勘查仅靠某种单一的技术手段也是难以完成的，必须在地质、地球物理、地球化学等多种方法的紧密结合下，综合分析各类异常，才能取得最优的勘查效果。
五、结语
当前，我国矿产勘查工作的主要对象已由浅部矿转到了深部矿，要求地质勘查人员在理论、方法上必须有所创新，这种创新性主要体现在以下几点：
一）理论方面，深部找矿面对的是深部空间里复杂多变的地质体，应以新的地质成矿理论及预测理论作为指导。所以加强对深部矿产出特征的探索，尤其是加强深部地质构造和成矿环境研究，建立新的矿床模型并运用其指导深部矿勘查势在必行。
二）技术方面，传统的勘查技术方法用于深部找矿几乎都受到限制，所以人们不得不依托科技进步研制适合于深部矿特点的新的勘查技术方法，现今大深度地球物理和深穿透地球化学等方法相继运用于深部矿勘查领域，并取得了一定的成效。
三）勘查过程中要注重深部矿与浅部矿之间的差异性和联系性，注重“求异”和“求同”。尤其是在已知矿区深部矿勘查时应以矿区(带)已有的研究为前提，重新开发老矿区资料，重视微弱异常等，利用浅部矿勘查、开发和地质研究中已取得的有关认识，通过类比或趋势外推，指导深部矿勘查工作，特别要注意在此基础上力争建立相应的已知矿体的空间定位模型以指导深部矿的预测找矿。