隐伏矿床预测理论与方法的研究进展

第15卷第1期2000年2月

地球科学进展

ADVAN CE I N EA R TH SC IEN CES

V o l.15　N o.1

Feb.,2000

综述与评述

隐伏矿床预测理论与方法的研究进展Ξ

徐兴旺,蔡新平

(中国科学院地质研究所,北京　100029)

摘　要:隐伏矿床预测是当今经济地质学的一个重要前沿课题,地球科学家从不同学科和角度出发做了大量深入的研究工作,提出了诸如模型理论与方法、构造控岩控矿理论与构造学方法、地球化学理论与方法、物理学方法、数学地质和岩石矿物学方法等理论与方法,并成功地预测和发现了一些隐伏矿床。对近20年来隐伏矿床预测理论与方法的研究进展进行了回顾和总结,最后指出大科学、大协作和工业化将是隐伏矿床预测研究的主要趋势。

关　键　词:隐伏矿床;构造控矿成矿理论;预测理论与方法

中图分类号:P612　文献标识码:A　文章编号:1001—8166(2000)0120076208

经过几千年的寻找、开采和利用,可寻找和发现的、出露于地表的矿床总数正在不断减少,而人类对各种矿产资源的需求量却日益增长,隐伏矿床预测已成为世界各国找矿工作所面临的难题。我国众多国营矿山、油田都面临着储备资源不足与危机的问题,寻找和发现新的、隐伏的接替资源是振兴我国矿业的关键之一。鉴于此,近20年来,国内外许多地球科学家都投入了极大的兴趣和热情,研究和探讨隐伏矿床预测的理论与方法,出现了多学科参与、新理论新方法辈出的百花争艳局面,成功地预测和发现了一些隐伏矿床。本文就这方面的研究进展作一回顾与简单总结,旨在引起更多地球科学家对隐伏矿床预测研究的兴趣,促进隐伏矿床预测理论与方法研究的深入开展。

1　隐伏矿床预测的模型理论与方法自艾孟斯(1924)提出围绕花岗岩矿床地热分带的认识和斯米尔诺夫(1937)提出硫化物矿床氧化带的矿化分带规律,捷克(1962)提出作为描述一组类似矿床基本特征的成矿模型(m etallogen ic m odel)名词以来〔1〕,矿床学家开始研究某个矿床或某一组类似矿床的(物理、化学和地质的)基本特征,并称之为矿床模型。模型理论与方法,从其研究的内容看,有侧重于矿床成因的矿床成因模型和侧重于找矿的物理—化学—地质模型。

矿床成因模型的研究又可概况为几个方面:单个矿床的成因模型〔2～6〕、一组类似矿床的成因模型〔1,7～10〕、成矿系列〔11～17〕和矿床体空间分布与定位模型〔18～26〕。其中,成矿系列是程裕淇等(1979、1983)根据我国矿床区域成矿规律提出的概念和理论。根据已知矿床成因模型,可直接预测该已知矿床深部和近外围的成矿和找矿靶区。例如,根据岩舌下凹兜成矿模型预测并发现了老厂矿田双竹矿床〔27〕;根据长坡矿床的矿体类型与分带模型,推断并发现了大福楼锡矿床〔28〕;根据云龙锡矿床“三层楼”成矿模型,推测下层接触带存在矽卡岩型或脉状矿,结果使云龙矿床从中型规模变为大型规模〔29〕;根据武夷山地区锡矿床的成矿模型,预测和发现了上湾隐伏锡矿床〔30〕;根据凹山铁矿“三部八式”的成矿模式,在南山铁矿深部发现8000万吨凹山式铁矿、在火山

Ξ国家自然科学基金项目“冀西北钾化蚀变岩中裂理构造的交代成因机制与控矿作用”(编号:49802021)和中国科学院“九五”重大项目“区域成矿预测与危机矿山深部找矿研究”(编号:KZ9512A12404202)资助。

第一作者简介:徐兴旺,男,1966年10月出生,助理研究员,主要从事构造地质、构造与成矿及隐伏矿床预测研究。

收稿日期:1999202202;修改稿:1999204222。

基底抬升断块下部预测并发现厚30m的凤凰山式铁矿,预测和发现新的雍镇矿田〔31〕。某种矿床成因模型或成因类型的确立,可指导不同地区该类型矿床的寻找与发现,如我国陆相生油理论的形成和提出(潘钟祥,1941;孙健初,1943),引发我国一系列陆相成因大油气田的发现〔32〕。

矿床的物理—化学—地质模型的研究源于前苏联,从事这项研究的主要是地球物理勘探学家。70年代中期以来,前苏联的地球物理勘探学者,在乌拉尔和阿尔泰矿区做了大量工作,先后提出了铁矿床、内生稀有金属矿床、含铜黄铁矿床、硫化铜镍矿床、斑岩铜矿床及铅锌矿床的地质、地球物理、地球化学模型,简称物理—地质模型。20世纪80年代初以来,我国的地球物理工作者开始探索建立找矿模型的技术,从早期的地质—磁法模型、地质—电法模型、地质—地球物理模型、地质—地球化学模型,发展到现在的地质—地球物理一地球化学综合地学找矿模型〔33〕。

近年来,蔡新平〔34～41〕在危机矿山增储和找矿实践过程中提出了矿床结构模型(tex tu re m odel of m ineral depo sit)的概念,强调对矿床体在三维构造框架中占位规律的研究,并成功地运用于冀东金厂峪金矿深部找矿和滇西北衙金矿的深部找矿和区域成矿预测。徐兴旺等〔42〕和蔡新平等〔43〕根据新疆康古尔金矿和云南墨江金矿的成矿特征和找矿研究,提出了矿床四维时空结构模型的概念,即把矿床成因特征与地球物理、地球化学找矿标志有机地结合起来,从系统和场的角度考察矿床体与诸控矿因素和特征场因子的时空配置关系。

2　隐伏矿床预测的构造控矿成矿理论与构造学方法

构造地质学家较早地注意到构造对成矿的控制作用与贡献,如W h ite于1901年就提出了背斜构造对石油圈闭的控制作用〔32〕,李四光1921年在论述新华夏构造时就指出其沉降带(地向斜)内有重要经济价值的矿床(油气藏)〔44〕。目前,构造控矿成矿理论主要有构造体系控岩控矿论〔45〕、板块构造成矿论〔46,47〕、断块构造控矿论〔48〕和地洼活化成矿论〔49,50〕。构造地质学家已注意到不同级别和规模的构造对矿带、矿田、矿床和矿体的分级控制作用〔51～53〕,注意到构造活动对成岩和成矿物质转化的贡献并提出构造成岩成矿理论〔54～58〕、成矿构造的概念和研究方法〔59,60〕,对褶皱构造〔38,61〕、断裂构造〔62～67〕、韧性剪切带〔68～74〕、伸展构造〔75,76〕、隐爆角砾岩筒〔77～85〕、盆地构造〔86〕和旋卷构造〔87〕等构造的控矿特征进行了系统研究,提出了诸如S与反S构造〔88〕、“5”形构造〔89〕、“K”字型构造〔90〕、韧性挤压带〔91〕和反转构造〔92〕等新的控矿构造型式,研究了断层分带与成矿分带的关系〔93〕。

构造地质学通过构造解析〔94〕、应力场和应变场分析〔95,96〕、及模拟实验〔97～100〕等方法研究矿床体与构造的时空配置关系,建立构造控矿型式,根据构造分布规律预测新的有利成矿靶区和成矿部位。李四光(1921、1955)根据新华夏构造体系控制中国东部沉积盆地形成和分布规律,指出新华夏系沉降带内有油气藏分布与存在〔44〕、是寻找油气藏的有利地区〔101〕,该认识和预测为后来的油气勘探所证实〔102〕。刘如琦等(1987)通过构造解析,在辽宁本溪预测并发现储量较大的铁矿床。蔡新平等(1994)根据褶皱构造控矿规律在金厂峪金矿床深部预测和发现了10吨黄金工业储量。最近,蔡新平领导的科研小组通过对大小兴安岭地区新构造活动特征与剥蚀程度和成矿构造的分析,在黑河砂金富集区发现和找到一个中型岩金矿床。

3　隐伏矿床预测的地球化学理论与方法矿床作为人类活动、生存与发展所需物质元素的富集体,其形成过程本质上是元素的地球化学过程,有用元素富集同时伴生着相关元素的相对富集或贫化,它们在空间分布上常表现出分带的规律性〔103〕。如金矿床的元素地球化学具有明显的分带性,李惠将其称为地球化学异常模式〔104〕。矿床地球化学家就是根据这种规律来预测和寻找隐伏矿床的,主要的方法有:岩石和土壤地球化学测量法、同位素地球化学找矿法和地电化学找矿法。

岩石地球化学测量在前苏联开展的较早,据格里戈良等的报道〔105,106〕,他们总结提出了一个热液矿床原生晕元素组分分带的综合序列,对元素分带的指数、累加晕和累乘晕比值等指标进行了定量计算,运用该方法已成功地发现了数以百计的金属矿床。邵跃等(1959)和谢学锦等(1959)也较早地开展了这方面的研究工作。邵跃等〔105〕运用岩石测量方法在湖北大冶铁矿的尖林山矿段的深部又找到了一个较大的矽卡岩型铁铜矿体。土壤地球化学测量对于覆盖区隐伏矿床或风化淋滤型矿床的找矿效果较好,如钟立志〔107〕采用此方法发现了隐埋的石英脉型锡矿,澳大利亚一黄金公司采用该方法在卡利翁地

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