新一輪就礦找礦

董和金

湖南省國土資源廳, 湖南長沙 410011

新一輪就礦找礦

董和金

湖南省國土資源廳, 湖南長沙 410011

本文簡要回顧了二十世紀五、六十年代就礦找礦的歷史, 進而提出新一輪的就礦找礦。相比之下,新一輪就礦找礦具有新的特點。深部找礦實則是一種就礦找礦, 地殼連續成礦理論、深部流體(成礦)作用理論、成礦臺階理論都為新一輪就礦找礦提供了理論依據。深部找礦在國內外初顯成效, 湘中地區亦有很多成功案例。本文從 3個方面總結了深部找礦的一些經驗標志, 即礦種及礦種組合系列標志、花崗巖成礦專屬性標志、幔源成因礦床的鑒別標志。此外, 辨別成礦流體的深(幔)源標志、加強成礦規律研究、更新觀念、引進新技術新方法, 都是實際深部找礦工作中需要注意的。

就礦找礦; 深部找礦; 地殼連續成礦; 深部流體(成礦)作用; 成礦臺階; 找礦標志

1 就礦找礦的簡要回顧

就礦找礦, 是在已開采礦區或已發現礦產的地區附近進行礦產普查的一種找礦途徑, 在二十世紀五十年代被公認為是行之有效的重要找礦途徑和方法之一。

二十世紀五十年代的礦產勘查選區(點), 基本上是依據正在開采的礦山、廢棄老礦山及群眾報礦點進行的, 這在當時取得了顯著成果。

首先, 通過以礦種組建地質勘查隊伍, 即依據正在開采的礦山、廢棄老礦山, 進行就礦找礦, 我們找到了很多礦產。

以湖南省為例, 解放前夕地質調查隊伍只有湖南地質調查所的24人, 其中地質技術人員僅有12人,設備簡陋, 僅僅對鐵、錳、銅、鉛、鋅、銻、金等20余個礦種的礦山周圍做過簡易的地面調查和個別礦種的礦產勘查工作, 探明有儲量的礦種甚少。

中華人民共和國的成立為湖南地質事業的發展開辟了廣闊的道路。在黨和政府的統一領導下,1950年6月, 中南重工業部資源勘測處成立。為更好地進行中南地區地質礦產勘測, 改湘所為第三地質調查所, 選擇已知礦山成立了水口山鉛鋅礦隊、湘潭錳礦勘探隊。1952年8月, 地質部成立中南地質局,在湖南先后依托己知的鐵礦、鉛鋅礦、煤礦產地成立了茶陵、水口山、資興等地質隊或鉆探隊。1952年底已有各類勘探人員312人, 完成鉆探2478 m。

1953年, 發展國民經濟的第一個五年計劃開始執行, 根據國民經濟建設對礦產資源的急需, 中南地質局改組隊伍, 大力開展了煤、鐵、鉛、鋅、鎢、銻及金剛石等資源的普查勘探。比如, 1954年, 依據已勘查的礦山和己知老礦山, 將原駐湘地質隊伍擴編和新建為水口山、桃林、黃沙坪、潘家沖等四個鉛鋅礦地質隊和斗笠山煤礦隊、茶陵鐵礦隊、沅水金剛石隊(沅水中下游有100多年釆金剛石砂礦歷史)及3個普查隊, 共計13個地勘單位; 冶金部中南地質勘探公司在原有8個地質隊的基礎上依托老礦山相繼組建了二零二隊(常寧柏坊銅礦)、二零六隊(瑤崗仙鎢礦)和二一四隊(鄧阜仙鎢礦)等, 共計11個地質隊; 為加速發展我國原子能工業所需鈾礦資源的勘查, 1955年3月25日在長沙成立了中華人民共和國地質部三局三零九隊(1979年5月改為核工業中南地質勘查局), 擔負長江以南11個省(區)的鈾礦勘查;燃料工業部中南煤田地質勘探局于1954年開始對湖南境內的煤田施行勘探, 依據資興煤礦設立資興勘探隊。

隊伍的改組成功, 為地質勘查的成功奠定了基礎, 如地質部三局三零九隊在湖南根據航空伽馬測量發現并探明了金銀寨汪家沖大型鈾礦床, 為1964年我國首次核試驗提供了鈾原料。

就湖南省從建國初期地質勘查史分析, 地質找礦勘探始于就礦找礦, 以老礦區(主要為老礦山)為依托, 大膽改組, 成立地質隊進行勘查, 取得了豐碩的地質成果, 獲得了大量的礦產儲量, 為新興礦山建設提供了礦產資源保障。

另外, 二十世紀五十年代的群眾報礦也是就礦找礦的又一成功依據。

在“二?五”頭三年, 國民經濟各領域開展“大躍進”運動。絕大多數地(市)、縣、人民公社(鄉)相繼成立地縣地質隊, 群眾報礦組織, 全省找礦報礦達534.82萬人次, 發現24899個礦點、礦化點, 為我們今后地質找礦提供了有價值的信息。其中部分礦點經過查證具有工業價值, 并發現發展遠景大中型礦多個, 祁東大型鐵礦和瀏陽永和大型磷礦, 就是當地群眾報礦發現, 而后經地質隊勘查評價的。

2 新一輪就礦找礦的特點

隨著社會經濟的快速發展, 國家對礦產資源的需求量也快速增加?？墒? 地表礦越來越少, 找礦機率小, 找礦難度増加, 礦產資源的短缺日益顯現,世界對資源的爭奪也越演越烈。

為了滿足日益增長的礦產資源需求, 人們把找礦的目光轉向極地(南極和北極)、海洋乃至其它星球, 或研發新的替代資源等。這些, 有的比較遙遠,有的勘查開發難度大或當今不可及。

因此, 從目前來看, 就老礦山(區)深部找礦是首選之策, 其可行性引起各國重視, 且有很多優勢。

深部找礦, 它的性質實則是一種就礦找礦。新一輪就礦找礦雖然與二十世紀五、六十年代的就礦找礦具有共性, 但還有以下幾個自身的特點:

(1)新一輪就礦找礦是在己知礦山(區)的深部找礦, 是由已知到未知, 由淺入深的延續找礦過程。即是在己知礦區、礦種、礦床類型都很明確的情況下找礦勘查, 找礦方向和勘查重點部位也很明確,就是礦區(或礦體)深部。

(2)新一輪就礦找礦具有可預見性。因為老礦區或老礦山積累了大量勘查和開采地質資料數椐, 做了很多科研工作, 對成礦地質環境、成礦規律、礦體形態和產出規律都了如指掌。因此, 我們可根據已掌握的豐富地質資料, 運用成礦臺階理論和成礦系列、幔源成礦、礦流柱等理論, 預測深部礦體能否向下延深, 是否有新礦體存在, 這是提高新一輪深部就礦找礦成功率的最重要利器。

(3)新一輪就礦找礦的深部有規律可循。在總結己知礦產成礦規律(特別是礦體形態、產狀、礦體三維延伸規律), 運用現代勘查新技術(現代電子和計算機信息集成)指導找礦, 可以起到事半功倍的效果。

(4)新一輪就礦找礦有新理論(或理念)和新方法、新技術支撐。我囯地質勘查經過幾十年的工作,積累了大量的地、物、化、遙基礎地質資料; 創立成礦系列、成礦臺階、噴流成礦等諸多成礦學說和理念; 在研究成礦地質條件和成礦規律基礎上, 建立了成礦模式和找礦模型等; 積累了五結合等找礦方法。在探礦技術方面, 超深鉆探、電磁法勘探、電子計算在礦產勘查中的廣泛應用都為新一輪就礦找礦起到了重要的助推作用。

(5)新一輪就礦找礦新增資源儲量的利用效益高, 成本低。新發現的資源儲量可以直接為礦山生產所利用, 盤活了國有固定資產, 盤活了老礦山的生產系統, 穩定了產能, 保證礦山生產的連續性,促進了地方經濟發展與社會和諧, 是最經濟的找礦戰略思考。

(6)新一輪就礦找礦可以給當地帶來穩定和繁榮。老礦山深部找礦, 特別是在危機礦山的深部找礦,可以保證社會安定, 有利于礦山城市的發展。我國有幾百個依托礦山而建的市或城鎮, 隨著礦山閉坑,大量產業工人的轉移或失業, 城市日漸凋敝。老礦山延伸開發, 能夠減少工人的轉移或失業, 有利于礦山城市產業結構的調整和社會的和諧發展。

另外, 在新一輪就礦找礦過程中, 探索并形成了以運行機制創新為“主線”, 以資金和技術兩個輪子為“驅動”, 以嚴格規范管理為“保障”的管理思路, 調動了各方(國家和礦山)找礦的積極性,開創了新時期地質找礦工作的新模式, 極大地提高了找礦效果。

值得注意的是, 我們所講的就礦找礦的深部找礦, 不是無限深度去找礦, 這是因為深部找礦探礦難度大, 成本高。另外深部采礦既要克服地壓、地溫及巖爆的監測與控制的難題, 又要承受深部采礦的深井提升, 防治水患和通風防塵等技術的復雜性和費用過高的問題。深部礦井殘余地應力可達150～200 Mpa, 印度科垃爾金礦1800 m深度溫度可達53.3℃, 2000 m深處達69℃。地壓地溫巖爆, 不僅易造成人員傷亡, 還會對井下支柱、礦柱及其它設施造成嚴重破壞。因此, 從目前探礦和開采技術水平及市場價位考量, 我國現階段確定探礦深度為1500～2000 m, 其中開采深度1200～1800 m是很適宜的。

3 新一輪老礦山深部就礦找礦具有理論根據

3.1 地殼連續成礦理論

長期以來, 人們普遍認為區域變質巖中的金礦主要產在綠片巖相和角閃巖相巖石中, 而麻粒巖相巖石中則不大可能形成金礦, 其理由是麻粒巖相溫、壓太高, 不利于金的沉淀。然而, 八十年代后期以來, 相繼在津巴布韋、澳大利亞等太古代麻粒巖相巖石中發現了若干高溫(>700)℃熱液脈型金礦床, 同時也在次綠片巖相巖石中發現了一些低溫(<180)℃熱液型金礦床, 這些發現大大改變了人們以往的認識, 修正了人們的錯誤觀念, 于是澳大利亞Groves(1993)在總結前人研究的基礎上, 提出了太古代脈狀礦床的地殼連續成礦模式(Crustal Continuum Model)。該模式認為, 從次綠片巖相到麻粒巖相的變質巖中都可有脈狀金礦床產出, 在不同的地殼深度上可連續形成金礦, 至少在地下l5 km以上的地殼剖面中, 產在不同變質巖相巖石中的金礦床屬于一組連續的同成因礦床組合, 但它們成礦的構造條件, 圍巖蝕變組合、礦石礦物組成和金的賦存狀態等方面則有一定區別。這些脈狀金礦床的相互關系并非反映同一礦區金礦化的垂向的分布, 而只是反映區域范圍內一系列金礦床的分布特征。

這一理論也符合湖南省江南古陸西南緣金成礦帶的實際情況。江南古陸西南緣是湖南省重要的金礦帶, 該帶分布有數十個大中型金礦, 產金礦區北端有冷家溪群(黃金洞金礦、萬古金礦), 中段有板溪群(官莊金礦、辰州金礦), 西南端有江口組(鏟子坪金礦、大平金礦、湘中新邵龍山金礦)。這些脈狀金礦表現了同一成礦帶金礦化的垂向分布和這一成礦帶內一系列金礦床的分布特征, 為湖南省深部找金礦提供了理論依據和方向。

3.2 深部流體(成礦)作用理論

過去許多人認為, 地殼深部是干的, 不滲透的,源于地殼的流體在地殼深部也不可能作大規模橫向運移。然而近十年來的地殼流體研究成果表明, 地殼深部存在著大規模的流體活動, 橫向運動可達l00 km以上, 縱向滲透可達9 km以下。

根據國內外在古老地盾上的深鉆研究成果, 我們發現, 地殼深部(大于7 km和大于4 km)存在大量自由流體, 并有礦質沉淀現象和金銀礦化。這些成果從根本上改變了人們關于地殼深部是干的、無大量自由流體活動、無熱液成礦作用以及地殼深部流體不能作大規模橫向運移的錯誤認識, 從而也為人們找礦勘查提供了新的思路和方向。

3.3 成礦臺階理論

在同一成礦區域(或礦田)、同一成礦系列形成的同一類型礦床, 其主要礦體賦存在相近的標高范圍, 稱為成礦臺階(董和金, 2002, 2005)。在同一大地構造位置, 由于地殼的穩定性、均衡性以及與之相關的巖漿侵位標高一般相差不遠, 因此, 與巖漿熱液有關的同一類型礦床往往具有相近的成礦臺階。例如湘南芙蓉礦田錫礦以10號脈為代表的26條錫礦脈, 它們的成礦臺階大都在800 m標高以上, 與湘南地區瑤崗仙、尚家坪石英脈型錫礦和官塘斑巖脈型錫礦成礦標高相近(圖1)。而位于騎田嶺南側內外接觸帶附近磁鐵礦矽卡巖錫礦其成礦標高為200～800 m, 與金船塘大型磁鐵礦矽卡巖錫礦成礦臺階一致。

又如南嶺地區及湖南境內鉛鋅礦, 我們統計了桃林、七寶山、水口山、黃沙坪、寶山、廣東天堂、凡口等8個大型鉛鋅多金屬礦, 因為它們與深源同熔巖漿熱液有關, 成礦標高都在300 m以下, 最深可達–700 m。而千里山外圍南風坳、樅樹板、柿竹園、金船壙等地鉛鋅礦, 因為同屬淺源重熔成礦系列, 它們成礦標高都在800～1100 m(圖2)。這樣的例子舉不勝舉。

圖1 湘南地區錫礦成礦標高比較Fig. 1 Metallogenic levels of some tin deposits in south Hunan Province

圖2 湘南(及廣東部分)主要鉛鋅礦礦床的成礦標高Fig. 2 Metallogenic levels of some lead zinc deposits in south Hunan Province and Guangdong Province

成礦臺階并不是什么高深的理論創造。一方面,它可理解為成礦系列理論在礦床鉛直方向空間定位上的形象表述, 即將二維定位(X, Y)發展為三維(X,Y, Z)空間定位, 為礦床勘查預測和勘查提高了精確度。另一方面, 從成礦系列理論和成礦臺階理論廷伸又提出幔源和殼源兩成礦系列, 并提出幔源成礦系列礦床礦區深部找礦機率高的論斷。

從理論上講, 內生礦床的成礦臺階的形成, 與內生成礦機理有關: 一方面與成礦巖漿巖的化學成分、含礦性有關(成因類型), 另一方面與成礦地質環境(地層、巖性、構造)和成礦物理條件(溫度、壓力)有關。

根據成礦臺階理論, 可將成礦花崗巖類劃分為兩大成礦系列: 即幔源深層同熔花崗巖成礦系列和殼源淺成重熔花崗巖成礦系列。其中幔源深層同熔花崗巖成礦系列與金、銅、鉛、鋅等礦種有關; 淺成殼源重熔花崗巖成礦系列與鈮、鉭、鎢、钖、鉛鋅、銀有關。與淺成重熔花崗巖成礦系列的礦床成礦臺階高、延深淺不同, 幔源深層同熔花崗巖成礦系列礦床的成礦臺階低, 且延深很大, 該系列礦床在深部找礦具有很大潛力, 這是我們深部主攻的成礦系列和方向。

上面講的是與花崗巖類有成生聯系的兩大成礦系列, 明確了鎖定幔源成礦系列危機礦山的深部找礦, 將會取得豐碩成果。那么, 與花崗巖類無明顯成生聯系的礦床, 有沒有幔源成礦系列呢？回答是肯定的。湘中金、銻礦就是以幔源成因為主的礦床, 所以在它們的深部都找到有價值的金銻資源,為我們堅定了在幔源成礦系列的礦床深部找礦的信心。因此, 從成礦臺階理論出發, 研究老礦山(礦區)礦床的幔源成因系列(包括與幔源花崗巖有關的礦床和幔源成因的礦床)是指導深部找礦的重要方法。

4 新一輪就礦找礦初顯成效

4.1 新一輪老礦山深部就礦找礦在國內外都有找礦成功案例

國外成功案例很多, 其中取得明顯成效的有南非蘭德金鈾礦、加拿大薩德伯里銅鎳礦區、智利埃爾印第奧—馬里昆加銅金礦帶、蒙古奧玉陶勒蓋(Oyu-tolgoi)斑巖銅-金礦和美國卡林金礦(中國地質科學院礦產資源研究所, 2009)。

4.2 新一輪老礦山深部就礦找礦在我國也取得了明顯效果

首先, 經濟效益可觀。近年來國土資源部啟動深部就礦找礦, 新增資源儲量靜態工業總產值達萬億元, 潛在利潤數千億元, 平均延長礦山開采年限17年, 穩定職工就業60余萬人。

其次, 新增礦產資源量喜人。根據全國危機礦山勘查結果的資料統計分析, 老礦山勘查深度達500～2000 m, 可新增礦產資源量25%～50%或更多。

如南嶺地區深部找礦取得了重要成果, 椐不完全統計: 廣西南丹銅坑鋅銅礦新增資源量鋅173萬噸、銅7萬噸; 湖南黃沙坪鉛鋅礦新增資源量鉛鋅6萬噸、鎢8萬噸、鉬3萬噸、鐵1800萬噸; 湖南寶山鉛鋅礦已施工的5個鉆孔均見到富礦, 預期新增鉛鋅資源量40萬噸; 廣東大寶山鉬多金屬礦新增資源量鉬5萬噸。國內外許多地質學家認為廣東仁化凡口鉛鋅礦是“層、相、位”控制的層控型礦床, 地表以下320 m沒有礦體賦存。但地勘人員研究發現, 該礦的成礦、控礦地質地球化學條件十分復雜, 為“多因復成”礦床, 地下320 m以下特別是獅嶺礦區深部還有較好的找礦前景。經地勘工程驗證, 地勘人員在凡口鉛鋅礦深部發現了大型富礦體, 潛在經濟效益達130多億元。這些成果充分展示了南嶺地區深部找礦的成功案例。

筆者認為, 南嶺地區深部找礦, 應采取積極而又慎重的態度。因為南嶺地區以殼源花崗巖為主,與殼源有成生聯系的鈮鉭鈹、鎢、錫、鉛鋅、稀土、稀有礦, 從礦床成因和成礦臺階理論分析, 這些礦床成群成帶分布廣泛, 但大多埋藏在淺部, 深部找礦機率相對較小。但有三種情況有可能在深部找到礦: 一是隆起區凹陷帶沿深大斷裂分布的幔源成因的“SI”型花崗巖區的礦區深部, 例如水口山、坪寶地區、銅山嶺、凡口等礦區; 二是與深部找礦(金、銅、鉬、銻)礦種相伴生的多金屬礦區, 例如廣西南丹、廣東大寶山; 三是與殼源有成生聯系的礦產,從成礦臺階分析, 當時勘探深度沒有控制到的地段,乃可加深勘探的礦區, 例如瑤崗仙、界牌嶺。

4.3 湘中地區銻金礦深部就礦找礦亦有很多成功案例

湘中地區, 以銻金礦為主, 伴有鎢礦, 這可能是雪峰弧金礦帶、湘中銻礦帶與桃(江)—汝(城)鎢礦成礦帶相復合的結果。它形成了多種組合的礦床類型: 既有單獨的銻礦(錫礦山、板溪銻礦)、單獨的鎢礦(大辰山、司徒鋪鎢礦), 也有銻金礦(龍山銻金礦、安化廖家坪銻金礦)、銻鎢礦(渣滓溪銻鎢礦), 還有金銻鎢礦(湘西金礦)等。從幔源成礦理論分析, 湘中銻礦以及與其伴生的金、鎢礦都有可能在深部找到礦, 而且已得到實踐證明。湖南省地質學會二十世紀末, 組織相關專家對湘西金礦、龍山銻金礦、錫礦山銻礦、渣滓溪銻鎢礦等湘中四個危機礦山進行技術咨詢和深部找礦研究(龔政等, 2007), 都相繼取得了豐碩成果(表1)。

為何在湘中地區危機礦山接替資源研究能取得如此超出預想的好成果呢？我認為這主要得益于礦種選得對(金礦是深部找礦有利礦種、湘中銻礦的幔源成因礦種)、使用的方法正確。

值得提岀的是, 湘中地區銻金礦是湖南省乃至全國的重要產區, 但并沒有引起地學界專家們的重視。以往, 在湖南談論找礦, 言必稱南嶺。在人們的傳統思想中, 金銻是低溫礦床, 一般分布在遠離巖漿巖比較遠的外帶或地表淺部, 深部找礦可能性少, 因而湘中地區找礦項目少、投入少。

綜合上述南嶺地區和湘中地區深部就礦找礦成果來看, 老礦山深部找礦大有可為, 在我國也取得了顯著效果。如此一來, 也許很多人以為凡是老礦山深部都可以找到礦。這是一種錯誤的認識, 如果用這種思想去布署深部找礦, 其結果必定是成功率低下, 浪費人力財力, 我們不能以為凡是老礦山深部都可以找到礦。為此, 下面我想談談深部找礦的標志, 避免找礦過程中出現不必要的浪費。

5 深部找礦標志

深部找礦, 實則是就礦找礦。它的可預見性,是新一輪就礦找礦的最主要特點, 也是我們找到礦產標志的重要指導。

正確判斷礦區深部有沒有礦, 地質找礦標志很重要。但是, 如何找到找礦標志呢？根據國內的深部找礦成果和經驗, 結合湖南省花崗巖成礦專屬性研究(和湘南及周邊地區大型超大型礦床空間定位研究)成果和湘中地區深部找礦經驗, 筆者認為深部地質找礦標志有以下幾個。

表1 湘中地區銻金礦危機礦山預測儲量一覽表Table 1 Prognostic reserves of some antimony and gold crisis mines in central Hunan

5.1 礦種及礦種組合系列標志

深部找礦的有利礦種: 金礦、銅、鎳(如國外幾個典型案例)、銻、鉛鋅礦(湘中地區銻金礦, 南嶺成礦帶中水口山、坪寶地區、銅山嶺、凡口等礦區)等。

深部找礦的有利礦種組合:

金礦有: 卡林型金礦、金鈾組合型、銅金組合型;

銅礦有: 銅金組合型、銅鎳組合型;

鎳礦有: 銅鎳組合型;

銻礦有: 單銻型、金銻組合型、金銻鎢組合型;鉛鋅礦有: 金銅鉛鋅多金屬組合型。

前面所列金、銅、鎳三種礦種一般都認為來自幔源, 是深部找礦最有前景的礦種, 但也不是絕對的, 要具體情況具體分析。銻、鉛鋅礦情況比較復雜, 有多種成因, 不是所有的銻、鉛鋅礦區深部都能找到礦, 只有幔源成礦系列和相應的礦種組合的礦區, 深部才有可能找到礦。因此, 需對多種標志進行綜合分析、鑒別。

5.2 花崗巖成礦專屬性標志

湖南花崗巖成礦作用和成礦專屬性研究比其基性、超基性巖成礦專屬性研究要復雜得多(董和金等, 2009)?；?、超基性巖成礦專屬性較為明顯,鉻、鉑礦床與橄欖巖、純橄巖有關; 釩、鈦、鐵礦床與斜長巖、輝長巖有關; 金剛石與金伯利巖、鉀鎂煌斑巖有關。這些礦床為典型的巖漿礦床, 成礦物質來源于巖漿, 礦體分布在巖體中為同成巖、成礦, 礦種和礦物組合相對比較簡單。

花崗巖成礦專屬性也比較明顯, 與其有關的礦產有鎢、錫、鉬、鉍、鈹、鈮、鉭、銅、鉛、鋅、銀、鈾、釷、稀土及金礦床等, 彰顯了成礦元素組合的復雜性和礦種的多樣性。其成礦作用受多種地質作用和成礦環境等諸多因素制約, 因此, 花崗巖成礦專屬性問題遠比基性、超基性巖成礦專屬性要復雜得多, 主要表現在以下幾個方面。

一是花崗巖很少有巖漿礦床, 除稀土、稀有金屬及部分斑巖型礦床外, 其它礦種基本上無同時成巖、成礦的礦床。這些礦床大多為巖漿期后熱液交代、充填在巖體中或產于內外接觸帶或離開巖體一定距離范圍內;

二是花崗巖的起源比較復雜?；◢弾r的形成有幔源同融型和殼源重融型以及它們演化系列和互相混合型?；◢弾r的成因類多且復雜, 不同成因類型的花崗巖有各自的成礦專屬性;

三是殼源重融花崗巖的成礦作用不但與花崗巖的成因類型有關, 還與成巖成礦的區域地質環境有關, 特別與區域地層、巖性的有用金屬元素的背景值和物理、化學活性有密切關聯;

四是花崗巖的演化、成巖成礦作用比較復雜?；◢弾r成巖成礦的差異性, 在時間和空間上為花崗巖成礦專屬性研究增加了復雜性和難度。從湖南與花崗巖有成生聯系或空間分布聯系的大中型有色金屬(包括稀有、稀土及分散元素)礦床統計分析, 湖南主要成礦花崗巖只與“SI”和“AS”有關。形成湖南花崗巖兩大成礦系列, 即“AS”型、“SI”型兩大成礦系列, 其礦化普遍、礦床規模大。和“S”型花崗巖有關的礦化種類和“AS”型相同, 但礦化弱, 礦床規模小。其他類型花崗巖僅發現有關礦化或中小型礦床。

其中和殼源“AS”型花崗巖有關的主要是鎢、錫、鈮鉭、鈹、鉛、鋅、稀土礦等, 這些礦床主要分布在淺部, 埋藏不深, 有利于擴大外圍找礦。

和幔源“SI”型花崗巖有關的主要是銅、鉬、鉛、鋅、金, 這些礦床埋藏比較深, 有利于深部找礦。查明和判別相應幔源“SI”型花崗巖型, 是判斷深部是否具有找礦前景的重要標志。

這里介紹幔源“SI”型花崗巖作為銅、鉬、鉛、鋅、金礦床識別標志的主要特征。

(1)成礦花崗巖的形成時代

湖南花崗巖雖劃分為四個時代, 但和成礦密切相關, 特別是形成有價值礦產的成礦巖體, 時代介于87—165 Ma之間, 屬燕山早期和燕山晚期為主的產物。幔源“SI”型花崗巖, 有寶山、大坊、黃沙坪, 水口山等銅、鉛、鋅、金等多金屬礦床等多為燕山晚期為主的產物。個別也有燕山早期的產物,如七寶山。

(2)成礦巖體的產狀、形態與規模嚴格受構造控制

“SI”型花崗巖是幔源巖漿和地殼硅鋁質沉積變質巖同熔作用形成的同熔系列成礦巖體, 區域上常沿斷裂帶分布, 多位于緊密擠壓的褶皺虛脫部位,逆掩或推復斷層或幾組斷裂交匯處, 巖體的產狀多切割地層, 巖體形態復雜, 多呈漏斗狀、蘑菇狀、巖筒狀, 巖體規模較小, 一般小于2 km2。

(3)成礦花崗巖的巖石及地球化學特征

“SI”型花崗巖, 巖石偏基性, 以花崗閃長巖為主, 部分為英云閃長巖、石英二長閃長巖、石英閃長巖。巖石中斜長石含量多, 基性程度高, An 17～50,以An 30～50為主; 含角閃石, 黑云母含量較多, 不出現白云母, 部分巖石中有輝石殘余。副礦物以磁鐵礦為主, 鈦鐵礦少或沒有, 不出現或很少有變生鋯石, 獨居石含量也很少。

巖石內的黑云母為鐵鎂質云母至鎂質黑云母,MgO含量達(9.57～13.97)WM%(質量百分比), Mf值0.43～0.61, F、Rb、Li、Cs等含量很低。

巖石化學成分偏基性, SiO2及K2O+Na2O含量低,Ti、Fe、Mg、Ca氧化物含量高。除銅山嶺巖體最晚次形成的少量二長花崗巖SiO2含量達70WB%外,其他巖石的SiO2含量在(59～69)WB%(體積百分比)之間, 巖體平均值中, SiO2含量(63～67)WB%, 比AS成礦巖體低(5～10)WB%; Mg(1.41～3.07)WB%, CaO(2.14～3.44)WB%, 比“AS”成礦巖體高3～10倍; K2O含量高, Na2O含量相對較低, K2O/Na2O比值在1.38～11.34, 比“AS”成礦巖體的1.05～1.62大很多。(K+Na)/Al比值0.72～0.39, 巖石屬鈣堿性至鈣性中酸性-酸性巖。

和SI等礦化有關的巖體, 巖石的稀土元素總量中等, ∑REE平均值為153.78×10-6～224.10×10-6, 低于維氏酸性巖值; 輕稀土富集, ∑Ce/∑Y比值3.42～4.84, 比AS等成礦巖體富集輕稀土; 銪不虧損至微弱虧損, δEu值0.67～0.88。在稀土元素模式圖上(圖3), 曲線為向右傾斜狀, 銪不虧損, 和AS等成礦巖體模式曲線絕然不同。

和AS等礦化有關的巖體, 巖石微量元素中, W、Sn、Nb、Ta、Rb、U、Th等元素比AS成礦巖體低很多, 除寶山巖體的W較高(18.3×10-6)外, 其他巖體這些元素含量均很低, 例如: W的含量(1.6～4.8)×10-6, Sn (3.8～6.5)×10-6, Nb (13.8～20)×10-6,Ta (0.9～1.8)×10-6, U (2.5～5.7)×10-6, Ta(0.9～1.8)×10-6, Rb僅(115～178)×10-6等; 而Ba、Sr、Cr、Ni、Co、V等含量高; F含量較低或很低; 有關參數中, K/Rb比值及固結指數大; Rb/Sr比值及分異指數小; K/Rb比值達184～366, Rb/Sr比值僅0.2～1.2。

和SI等成礦有關的巖體, 巖石的87Sr/86Sr初始值相對較低, 離散于0.7067～0.7147之間; 在鍶初始值和年齡關系圖解上(圖4), 樣點全部位于殼幔源混合區中, 沒有樣點落入大陸殼增長線以上, 和AS成礦巖體不同。εNd(t)值較大, 離散于–5.8～7.0之間, 平均–6.3, 平均值比鎢錫成礦巖體的εNd(t)大。

巖石氧同位素值δ18O為8.5‰～10.68‰, 全部巖體δ18O平均值稍低于1%

(4)成礦巖體及成礦分帶特征

“SI”型花崗巖成礦巖體, 礦化分帶不甚分明,比較雜亂無章。只有水口山礦田有一定規律, 水口山礦床從巖體邊部向外, 可分出矽卡巖、黃鐵礦帶—黃銅礦化帶—鉛鋅礦化帶—大理石化帶。

康家灣礦區(鉛鋅金銀黃鐵礦充填型礦床)可分為矽卡巖、角巖化帶—黃鐵礦帶—鉛鋅礦化帶—硅化帶(鉛鋅金銀礦)。

我們這種鑒別標志, 完全是建立在單個巖體的特征指數上, 是符合實際情況的, 但不是絕對的。如果考慮各種因素, 顯而易見, 上述標志也有一定的缺陷, 例如黃沙坪和寶山這些巖體都處在炎陵—郴州—江華斷裂帶影響的次一級同一構造區(單元)的同一礦田中, 原來有“坪寶”礦田之稱, 根據深部物探資料(16 km以下), 黃沙坪和寶山兩個巖體(群)是連在一起的復式巖體, 另從鍶同位素初始比值分析, 其中黃沙坪隱伏巖體有一個樣品的鍶同位素初始值為0.7043±0.006, 與寶山306號巖體相近,都低于0.708, 因此, 加上巖體出露標高和成礦臺階等相近的因素, 黃沙坪巖體和寶山巖體應同屬“SI”型巖體。又如, 銅山嶺巖體從單個巖體的特征指數將它列為幔源巖體是正確的, 但從巖石化學特征來看, 銅山嶺巖體SiO2偏高, 全巖Nd值為0.51209,εNd(t)約6.7以及從巖體的標高和礦床的臺階顯示了殼源物質特點, 因此, 黃沙坪巖體和銅山嶺巖體應是殼幔物質混合熔融體。在上述兩成礦區既要注意尋找幔源型金銅鉛鋅等礦床, 又要注意尋找殼源型鎢錫礦床, 同時, 還要根據成礦花崗巖的形成時代、成礦巖體的產狀、形態與規模構造控制因素、成礦花崗巖的成因類型、成礦花崗巖的巖石及地球化學特征、成礦巖體及成礦分帶特征等綜合因素鑒別兩類成礦巖體, 從中區別出幔源型(SI)型巖體及其相關聯礦種或礦床。因為以幔源物質為主的幔源型巖體(SI)型及其相關聯的金、銅、鉛鋅多金屬礦,它們的成礦臺階比較低, 向深部延伸大(深), 是深部找礦的最有利成礦系列或礦床。

5.3 幔源成因礦床的鑒別標志

根據成礦臺階理論, 幔源深層同熔花崗巖成礦系列礦床的成礦臺階低, 且延深很大, 該系列礦床在深部找礦中具有很大潛力。

從成礦臺階理論聯想思考, 有沒有幔源成礦系列呢？回答是肯定的。湘中金、銻礦就是以幔源成因為主的礦床, 所以在它們的深部都找到了有價值的金銻資源, 說明幔源成礦理論是正確的。因此,研究危機礦山礦床的幔源成因, 是指導深部找礦的重要標志, 在深部勘查前要加大幔源標志的研究。

幔源成因礦床的鑒別, 難度比較大, 要從宏觀地質研究和微觀巖石、礦物及包裹體同位素研究等方面進行綜合評價。

從宏觀上分析, 幔源礦床一般分布在深大斷裂帶上或兩側次級構造中; 幔源礦床附近有幔源成因的基性-超基性巖(脈)體, 它們的同位素都顯示了幔源特征, 它們的含礦元素(例如金/銻)豐度都比較高;礦床規模為大型或超大型, 礦體分布相對集中, 整體分布在平面上呈長圓形或紡錘形。

從微觀上分析, 同位素示蹤研究提供的資料證據對鑒別非常重要。

(1)鍶同位素示蹤: 不同地質環境下形成的巖石,87Sr/86Sr初始值變化范圍是不同的: 在海洋玄武巖中為0.702～0.705, 大陸玄武巖中為0.702～0.711,殼源巖漿巖中87Sr/86Sr初始值大于0.708, 幔源巖漿巖中87Sr/86Sr初始值小于0.708, 大陸地殼硅鋁質巖石中為0.722±0.005。因此, 我們可以運用87Sr/86Sr初始值的測試數據辨別成礦流體的來源。

(2)鉛同位素示蹤: 根據礦石中206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb變化區間來辨別成礦流體的來源, 低放射性成因鉛可能來自地殼深部, 高放射性成因鉛可能來自殼源物質。另外可將206Pb/204Pb和207Pb/204Pb的測試數據投到礦石鉛同位素的Δγ-Δβ成因圖上進行辨別成礦流體的來源(圖5)。

(3)氫氧同位素示蹤: 首先要研究各成礦階段(或成礦期)的最具代表性的巖石和礦物的水同位素δ18OH2O值。從δD-δ18OH2O圖解(圖6)可知成礦流體性質屬于巖漿水、變質水還是大氣降水, 或是屬混合類型。既有巖漿水, 也有部分變質水和大氣降水。

用同位素示蹤來鑒別幔源成因礦床時, 也有地學專家采用S同位素或C同位素示蹤法, 對比方法上有采用圖解法的, 也有采用座標法的。

6 深部找礦方法

我們說深部找礦是就礦找礦, 但深部的就礦找礦與傳統意義上的就礦找礦有很大差別, 它是在對己知礦山或礦區做了大量地表地質調查、深部勘探等勘查工作、不同程度的科硏工作、大量地質勘查和開釆工作的基礎上進行的延伸(主要是延深)找礦工作。從國外找礦經驗來看, 一些國家的礦區勘查技術手段相對簡單, 歸納起來不外乎以下五項: 一是成礦規律的研究, 二是區域性的航空地質調查,三是土壤地球化學取樣和巖石揀塊取樣, 四是物探(磁法, 地震與重力, 或井中瞬變電磁組合), 五是深部鉆探。但是, 簡單的手段卻取得了很好的效果。據此, 我們可以看到, 礦產勘查方法是否正確, 不應該依其多樣性和繁簡度論其“好”與“壞”, 找礦效果才是最終的衡量標準。

圖5 礦石鉛同位素的Δγ-Δβ成因圖解(據朱炳泉, 1998)Fig. 5 Δγ-Δβ relation of Pb isotopes in the orebody(after ZHU, 1998)

圖6 錫礦山銻礦成礦流體圖(據印建平等, 1999)Fig. 6 Diagram showing the ore-forming fluid of the Xikuangshan antimony deposit (after YIN et al., 1999)

因此, 筆者認為, 深部就礦找礦要從基礎地質工作做起, 即: 在全面收集整理前人資料的基礎上,運用新的找礦理論, 按照新的理念和思路, 辨別和分析成礦流體深(幔)源標志, 確認深部找礦前景;總結研究礦區(或礦)地質成礦規律, 創建成礦模式(型), 明確找礦方向; 加強礦田構造研究、礦體產出形態和延展規律的總結, 進行深部找礦預測; 進行有針對性的物化探和深部工程(鉆探或坑探)驗證。這就是四位一體深部就礦找礦工作的方法體系。

在進行上述工作時, 我們要明確以下幾點:

(1)辨別成礦流體的深(幔)源標志是深部找礦的前提。因為, 在論證項目時, 必須按照深部成礦的礦種和找礦的類型、巖漿巖深(幔)源成礦專屬性、成礦流體的深(幔)源標志等三要素, 經專家嚴格鑒別論證, 最終確定深部找礦項目可行不可行。

(2)加強成礦規律研究是礦區深部找礦的基礎。因為, 按照礦床自身的特征和成礦規律指導找礦工作, 既可提高找礦的效率和準確性,又可避免找礦的盲目性。在開展找礦工作時, 只要遵循由已知到未知、由淺部到深部的原則, 深部找礦的風險就會隨之降低。

(3)老礦(山)區深部就礦找礦在成礦理論、觀念上必須更新。礦區深部就礦找礦時, 成礦規律研究引起找礦思路轉變是尋找深部及隱伏礦的關鍵。有幾個傳統觀點必須重新認識, 例如:

傳統觀念認為, 礦體走向(長度)大于傾向延伸深度, 礦體傾向變化比走向變化大, 因此, 現行使用的勘探網度, 走向間距一般是傾向間距的一到兩倍。這個認識不全對。也許, 這對穩定環境下形成的沉積礦床或殼源流體水平運移形成的礦床相對適用, 但對幔源流體垂直運移為主形成的礦床就不適用。幔源流體形成的礦床傾向延伸往往大于走向長度, 傾向變化比走向變化小。因而用傳統或現行的走向間距大于傾向間距的勘探網, 顯然不能有效控制礦體, 甚至漏掉了有價值的礦體。

傳統觀念認為低溫礦床遠離巖漿巖, 總在高溫礦床外圍或地表(淺部)出現。這種觀念在同源、同一成礦系列適用, 對不同源、不同一成礦系列就不適用。例如湘中地區中低溫金、銻礦, 埋藏或延伸很深, 傾向延伸深度比走向長度大1倍乃至數倍。而湘南地區殼源成因的高溫鎢、錫、鈮鉭、鉛鋅礦床,則埋藏或延深很淺。

傳統觀念中, 總是把礦體視為規則板狀形態,而現實中板狀礦體并不多見, 特別是幔源流體形成的礦床的礦體形態具有復雜性、多變性。很多礦體成群成帶分布, 礦體的分枝復合、膨脹縮小、尖滅再現、側列、側伏、傾伏非常多見。因此, 要提高對礦體形態及產狀的研究在深部中作用的認識, 加強礦體形態的研究: 一是要研究主礦體或礦體群的分布形態和主軸方向, 深部找礦要在主軸方向上去找; 二是要研究礦體側伏規律, 深部找礦要沿礦體側伏方向的深部去找礦; 三是要研究礦體傾伏規律,深部找礦要沿礦體傾伏方向的深部去找礦。

(4)深部找礦要探索和引進新技術新方法。深部找礦是在開展詳細的地質填圖和物(地面磁法)化(水系和土壤沉積物測量)探測工作的基礎上, 利用成礦規律和成礦模式(模型)進行隱伏礦體預測?，F在, 它還可根據礦區地質環境、礦床類型和成礦特點, 選用實用而有效的勘查技術和方法。例如, 運用高分辨率反向地震與重力測量的組合, 激發極化測量; 運用深部鉆探和井中瞬變電磁法的組合, 尋找深部和側旁的隱伏礦體; 運用計算技術模擬技術預測隱伏礦體, 等等。

7 結語

總之, 在就礦找礦的路上, 我們任重而道遠,但是, 只要我們利用科學理論、找到正確方法、發揮我們的聰明才智, 發揚吃苦耐勞精神, 就會取得顯著成效。未來世界是爭奪資源的世界, 我由衷地希望我們地質人能夠不遺余力地在這方面為國家做出貢獻。

致謝:本文的撰寫要感謝朱訓部長點題, 宋瑞祥部長鼓勵督促, 長沙市開福區教育局教師黃敏同志文字修飾, 《地球學報》編輯部作了成文編輯。

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A New Round of Making Ore Search Nearby

DONG He-jin
Bureau of Land and Mineral Resources of Hunan Province, Changsha, Hunan410011

A new round of making ore search nearby is proposed in this paper based on previous prospecting history from 1950’s to 1960’s. The new round of making ore search nearby has its new characteristics. Deep prospecting is a type of making ore search nearby. Crustal Continuum Model, deep fluid function (mineralization),and metallogenic level provide a theoretical basis for the new round of making ore search nearby. Success in ore prospecting was achieved both in China and abroad, especially in Hunan Province. This paper sums up some experience of deep ore prospecting criteria in three aspects, i.e., minerals and mineral assemblages, granite metallogenic specialization indicators, identification of mantle-origin deposit marks. In addition, identifying the deep mantle source marks of ore-forming fluids, strengthening the study of the metallogenic regularity, updating the concept, and the introduction of new technology and new method deserve much attention in the actual deep ore-prospecting work.

making ore search nearby; deep prospecting; crustal continuum model; deep fluid function(mineralization), and metallogenic level; prospecting indications

P622; P624

A

10.3975/cagsb.2015.02.02

2014-12-01; 改回日期: 2014-12-29。責任編輯: 張改俠。

董和金, 男, 1939年生。教授級高級工程師。長期從事地質找礦勘探工作。