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我国深部找矿技术的突破——隐伏矿深部定位预测技术集成及应用
发布日期:2007/6/26 16:32:22  来源:《中国科技成果》2007年第9期  浏览次数:

    矿产资源是人类社会赖以生存和发展的基础,矿业已成为我国国民经济发展的支柱性产业,确保矿产资源的稳定供应是国民经济可持续发展的基本条件。温家宝总理多次强调“要高度重视矿产资源的可持续开发利用问题,应作为主要的战略性任务来抓”。

    一、我国矿业发展已陷入资源短缺的窘境

    近20年来,我国进入了国民经济快速发展阶段,对矿产资源的消耗量迅速增长,现有的资源储备已经远远满足不了日益增长的需要,早已到了“寅吃卯粮”的不可持续发展境地。据有关专家预测,到2020年,我国矿产品的需求量将再增加一倍,而国内45种主要矿产资源的保有储量仅能满足需求的1/3,如果没有新的资源储备,大宗矿产品将会主要依赖进口,并将超过美国成为世界上最大的矿产品进口国。

    虽然经济全球化、多元化为我国进口矿产资源提供了有利渠道,但霸权主义和扼制中国“和平崛起”的势力依然强大,跨国公司的兼并重组强化了对全球矿产资源的垄断,使我国的资源保障体系面临严重的威胁。更为严峻的是,我国600多座大中型矿山有2/3已经进入中、晚开采期,后备资源严重不足,近年内相继闭坑或转产,近千万工人下岗,极大地增加了社会负担和不稳定因素。如果不能尽快提供新的后备资源,“四矿”问题将会严重制约国民经济的持续、稳定和快速发展。

    二、深部找矿工作紧迫、难度大

    如何确保矿产资源的可持续供给,已成为国家长期的重要战略任务,2002年10月15日,温家宝总理在中国地质工作50周年纪念大会上指出,“要在市场需求和有资源潜力的老矿山周边或深部,努力探寻新的接替资源”。

    我国矿产资源接替基地面临的主要找矿难题是:老矿山深部和各类隐伏区的探矿难度大,急需先进、高效的理论和技术方法指导深部找矿。

    目前,我国大部分金属矿山位于地形条件相对较好的地区,探查和开采深度均停留在500米以上范围。而500米深度以下,不仅地质构造环境复杂,加大了找矿的难度,而且原有的探测仪器分辨率不高等诸多技术问题,更是严重影响了对深部资源的勘查开发。最新的成矿理论研究和深部定位预测验证结果均表明,地下500~1500米深度见矿范例众多,表明我国大陆深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源。如何准确、有效地开展深部定位预测,已成为迫在眉睫的重大研究任务。

    三、选准突破口,攻深找盲,效果显着

    作为国家级科研单位,必须急国家之所急,为国家目标服务。中国科学院地质与地球物理研究所首先选择了深部找矿潜力巨大的胶东金矿作为突破口,发挥中国科学院多学科的综合技术优势,开展隐伏矿深部定位预测技术集成与示范研究。

    近5年来,将主要研究目标锁定为“隐伏矿深部定位预测技术”。在涂光炽院士“向科技要黄金”和刘光鼎院士“攻深探盲,寻找大矿、富矿”的思想指导下,以国家需求为主攻方向,与不同地区的金属矿山企业紧密结合,在金属矿床的成矿机理、综合观测技术、资料处理与解释、院地合作等方面取得了新的进展,并将成套或单项技术向其它矿种推广,做到了“理论上有创新,技术上有突破,储量上有贡献,经济效益和社会效益显着”,取得了“隐伏矿深部定位预测技术集成及应用”这一具有重大显示度的科研成果,充分体现了“前瞻性”、“示范性”的特点,相关成果已经在国内外产生了实质性的重大影响,并取得巨大的经济效益和社会效益。

    1.提出并证实“胶东深部存在第二富集带”

    胶东是我国最大的黄金生产基地,接替资源主要在深部,蚀变岩型金矿是该区最具找矿潜力的成矿类型之一。

    科研人员论证了“胶东蚀变岩型金矿深部存在第二富矿带,深度约600~1200米,矿体在侧伏方向上具有等间距雁列分布”的规律。根据这一预测思路,在胶东最重要的三条成矿带(焦家、招平、牟乳)上开展科技攻关。从岩石物理性质差异的角度认识深部地质结构和成矿规律,大胆地依据“从深部到浅部”的找矿思路,“综合应用、联合解释”这一创新性的全新认识和解释观念,打破了过去由地表到深部的找矿思路。充分发挥高技术优势,采用精密地球物理仪器测量,获得精确的数据,并对数据、图表进行准确校正,输出高精度的资料图谱。地质、地球物理、地球化学研究人员密切合作,达到高水平的解释效果。

    他们与矿山和地方有关部门合作,首先选择在河西、曹家洼等典型蚀变岩型金矿开展深部定位预测地球物理找矿工作,在地下800米处发现了规模巨大的盲矿体,目前钻探工程已分别控制金储量12.6吨(河西)和11.4吨(曹家洼),使小矿山跃为大矿山,并有望成为超大型金矿。此后,又在胶东西北部和东部地区的10多个矿山成功地开展了深部找矿的示范工作,建立了蚀变岩型金矿综合地球物理勘查技术模型,有效地影响和指导了该地区其他勘查单位的找矿工作。还与国际第三大矿业公司加拿大普拉塞尔多姆公司合作,在阜山金矿取得了显着的找矿效果,得到国外专家的称赞。在这一找矿思路的指导下,又在黑龙江、河北、山西、内蒙古、浙江、贵州、海南等地开展了深部找矿示范工作,同样取得了显着的效果。

    2.提出“地、物、化三场异常相互约束”的隐伏矿定位预测新思路及最佳技术方法组合和工作流程,并在不同类型覆盖区和老矿山深部定位预测中取得显着效果

    隐伏于地下的金属成矿元素富集体(即矿化体)是地壳组成的一部分,与围岩有一定的物理和化学性质差别,构成相对独立的物理场和化学场,是采用多种技术方法确定地质、地球物理、地球化学异常的基本依据。目前,重、磁、电法虽然能够圈定异常的大致范围,但无法准确圈定隐伏异常体的边界和深度;各种非常规的深穿透地球化学勘查技术虽然能够发现隐伏的元素异常,但无法准确给出埋藏深度;先进的地震勘探技术虽然能够准确圈定地质体内的各种构造界面,但无法确认其是否为成矿构造部位,在直接识别岩性方面也存在一定难度。

    因此,在目前的理论和技术水平条件下,隐伏矿定位预测的目标应当是储矿构造,勘查技术的发展也应当是以精细刻画隐伏地质体结构特征为主攻方向。只有同时具备地质结构场异常、地球物理场异常、地球化学场异常的构造部位,才是最佳的隐伏矿床勘查靶位。预期的勘查目标应当以隐伏的矿化蚀变带为主,当然也可能是矿体。

    这一思路和技术方法的提出与应用,极大地缩短了找矿选区和靶区评价的周期,较好地满足了生产单位的迫切需要。近5年来,通过与地方部门合作,已发现33个深部找矿靶区。其中,在黑龙江北部森林植被覆盖区发现了一座具有大型成矿远景、高品位、新类型金矿,已经得到国际着名的澳大利亚瑞祥资源公司大规模勘探成果的认可,并为进一步扩大远景提供了重要依据;在河北、山西老变质岩及黄土覆盖区发现了延深400余米、厚度100余米的金矿带,为延长矿山寿命提供了科学依据;在内蒙古西部荒漠戈壁覆盖区发现了深部隐伏的铜(金)矿化岩体,在东部草原覆盖区大型铅锌矿外围新发现了银钼金远景区,为评价大型找矿靶区远景和生产单位制定远景规划提供了重要依据;该项技术组合还在新疆哈密地区铜镍矿深部预测中得到成功的应用,在河北北部快速评价了一个矽卡岩型铁矿,准确圈定了矿体边界,为生产部门制定发展战略提供了科学依据。将理论和技术向矿山工程和地下水资源研究领域延伸,开展地下复杂采空区及储水构造的高精度预测工作,取得了重要突破,受到勘察设计部门的高度赞扬。

    3.储量上有巨大贡献

    (1)迄今为止,已经为10余个矿山设计了66个验证钻孔,其中58个见矿,8个见到目的层,见矿成功率高达87%,这在勘探史上也是少有的。

    (2)提交工程控制的金储量25吨以上,经济效益超过30亿元人民币;

    (3)部分得到验证的预测金储量近130吨,潜在经济效益150亿元,铁储量60多万吨,潜在经济效益1亿元。

    (4)提交科研预测金储量300吨以上。

    四、理论创新和技术创新成果显着

    (1)提出并证实“胶东深部存在第二富集带”,为该区深部找矿提供了重要的科学依据;

    (2)提出“地物化三场异常互相约束”的隐伏资源定位预测新思路,并在不同类型覆盖区得到有效的应用;

    (3)建立了一套适用于蚀变岩型金矿的地质、地球物理、地球化学、遥感等信息集成技术;

    (4)自主研发了适用于复杂地震地质条件的反射波地震勘探系统及资料处理软件;

    (5)建立了二维反演密度界面的金矿地质模型;

    (6)近5年来,在国内外刊物上累计发表论文80余篇(含10篇SCI刊物论文);完成科研预测报告及图件30余份,200余万字;计算机处理了大量的原始及二次开发的资料。

    五、科研成果在国内外产生巨大的影响

    (1)深部找矿工作的成果,挽救了一批资源危机矿山,稳定了生产,安定了人心,为维护社会稳定,扩大就业做出了重要贡献。

    (2)胶东深部找矿的成功,及其在全国不同区域进行的示范工作成果,带动了企业和矿山重视深部找矿工作,增强了金属矿山继续在深部挖掘资源潜力的信心。

    (3)赢得了企业和矿山的信任,纷纷登门邀请并要搞协作体;很多科研单位、大学及武警部队都找上门来,愿意合作并开展学术交流等活动。这种情况,已经到了“踏破门槛”、“应接不暇”的地步。

    (4)中国黄金协会已经正式确认了中国科学院在黄金行业的重要地位,认为中国科学院无论是理论研究还是找矿技术方法在国内外都有独特的成就。

    (5)科研成果多次在国际会议上交流,引起强烈反映,外国大的矿业公司也纷纷提出合作意向,目前已经与世界第三大矿业公司PLACER DOME签订了合作协议,建立区域4D模型并得到了科技部的支持,得到了123万科研经费支持。

    由于他们的高精度定位预测技术已经占领了胶东金矿接替基地,成为国内黄金地质勘查领域的领头羊;综合勘查技术受到了重点省区、企业、地勘部门、高校及科研单位的推崇,扩大了中国科学院的知名度;找矿预测成果的信誉度高,也引起国外大型矿业集团的注目,已经主动开展合作研究。

    六、开辟了院地、院企合作的新模式

    1.该项重大成果的主要应用对象有三类

    (1)“四矿”问题突出、国家实施的“西部大开发”、“振兴东北”、“中部崛起”等政策涉及的重点地区和矿产资源接替基地;

    (2)处于不同地质地貌环境、不同成矿类型的国家急需矿种的矿山或勘查区;

    (3)相信“科学技术是第一生产力”、具有风险投资意识、合作关系良好的企业或集团。

    2.重点支持三类企业

    (1)国家投资的大型骨干企业;

    (2)行业“龙头”企业;

    (3)在贫困地区投资探矿的国内外企业。

    该科研集体以中青年科研人员为骨干,由中科院地质与地球物理所“矿产资源探查技术”、“隐伏资源预测与探查”、“地质流体与成矿”三个学科组的成员组成,还包括中科院遥感应用研究所的部分同志,他们都是科技部973重点国际合作项目及中科院“创新工程”首批重大项目的科研骨干。