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“黄金眼”背后的科技创新

2020-12-14 09:57:34    来源: 中国自然资源报    作者:丁全利

金是国内外热点勘查矿种之一。但由于其含量低,成矿和矿床类型区域性强,不易识别,因此,用新方法开拓新的找矿领域、提高找矿预测的有效性,是金矿勘查科技创新的关键课题之一。

2020年8月12日,国家重点研发计划“深地资源勘查开采”专项所属课题《深部矿产资源三维找矿预测评价示范》组成部分之一、甘肃省岩金勘查最深钻——甘肃合作金矿深部科研钻SDZK8314钻胜利完钻,坑内钻孔终孔孔深2001.15米,距地表约2601.15米。它是迄今为止我国西北地区岩金勘查最深钻、中国井下施工的最深钻孔。

合作市位于甘、青、川三省交界处,是甘南藏族自治州州府所在地。合作金矿深部科研钻的成功实施,其意义不仅在于找到了矿,更是找矿认识、思路上的全新突破——用地质模型指导科学找矿,证明了新形势下地质找矿向深部拓展大有可为。

不久前,甘南深部找矿预测成果交流座谈会在甘肃省兰州市召开。来自中国地质调查局发展研究中心、甘肃省自然资源厅、甘肃省地质矿产勘查开发局等单位的界内专家在现场成果交流总结中指出,合作金矿科学深钻的成功实施,为下一步该区域深部找矿预测乃至西秦岭地区深部找矿开拓了更大的空间,具有重要的引领示范意义。

项目组在野外踏勘(57642)-20201214095215

项目组在野外踏勘

▶  扎实研究,一钻定乾坤

深地探测是地球系统科学前沿领域。

2019年11月14日,合作金矿深部科研钻SDZK8314钻正式开钻。钻孔SDZK8314是国家重点研发计划“深地资源勘查开采”专项所属课题《深部矿产资源三维找矿预测评价示范》的重要部分,在甘肃省自然资源厅的资助下,由中国地质调查局发展研究中心承担、甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院实施。

这是深地探测项目在甘肃省第一个落地项目。

谈到项目情况,《深部矿产资源三维找矿预测评价示范》课题负责人——中国地质调查局发展研究中心程志中研究员介绍说,课题选择了山东莱州—招远整装勘查区、四川会理—会东矿集区、湖南—贵州锰金矿整装勘查区、贞丰—普安整装勘查区、甘肃玛曲—合作整装勘查区、西藏冈底斯成矿带等不同地区,主要途径是以著名矿产勘查专家叶天竺提出的勘查区找矿预测理论为指导,通过矿床学研究建立找矿预测模型,用模型来预测深部的矿体。

“我们从全国选了6个示范区开展深部找矿示范。合作地区深部科研钻探项目是全国六个示范项目之一。科研目标是圈定深部找矿靶区并估算 3000 米以浅资源潜力,实现找矿突破及技术应用示范。” 程志中说。

金是国内外较为稳定的热点勘查矿种之一。尽管金的发现利用有上千年历史,但由于金的含量很低,成矿和矿床类型区域性很强,不易识别,加上科学界对金矿分类认识难于统一、处于不定型阶段等因素,因此,用新方法开拓新的找矿领域、提高找矿预测的有效性,是金矿勘查科技创新的关键课题之一。合作金矿深部矿产资源三维找矿预测评价示范项目力图在我国深部找矿预测方面提交一份探索性答卷。

科研深钻示范区选择在甘南合作地区。该工作区地理上处于青藏高原和黄土高原过渡地带。地质上,甘南地区地处西秦岭造山带西段,金的成矿地质条件良好,资源潜力巨大,探明金矿资源储量居甘肃省第一。据甘肃三勘院专家介绍,20世纪90年代以来甘南地区共发现金矿(化)点120多处,提交金矿产地50多处,先后发现了大水金矿、早子沟金矿、加甘滩金矿等一批大型超大型金矿。有专家预测,甘南有望成为中国继胶东半岛之后又一个重要的黄金勘查开发基地。

但前景不等于现实。把科学上的认识转化成现实的生产力,解决找矿最后一公里——矿究竟在哪里、钻孔究竟往哪儿打这一找矿关键难题始终是需要地质工作者直面的挑战。据深部矿产资源三维找矿预测示范项目专家介绍,该项目最直接的目标任务就是探明深部矿体的延伸,揭示深部的矿化样式、揭露深部成矿地质体。

而对于甘肃合作示范区找矿预测来说,首要的,也是最关键的问题正在于,这一深部科研钻探究竟选择在哪里打?

“这不是轻而易举的事。它是建立在大量综合研究基础上,大家挖空心思搞了几年,这也是最煎熬的过程。” 谈及当初钻孔选址,项目实施单位——甘肃三勘院副院长、教授级高工李鸿睿如是说。

据介绍,课题实施以来,中国地质调查局发展研究中心与甘肃地勘局三勘院的研究人员联合组成甘肃省合作地区深部找矿三维预测示范专题研究团队,开展了扎实、深入的研究。在专家指导下,一些青年技术骨干深入早子沟金矿、加甘滩金矿、以地南金矿、老豆金矿等大量矿山和矿点开展调查,开展野外地表踏勘,查看编录钻孔岩心,深入生产矿山井下仔细观察蚀变、矿体产状……一次次奔波在起伏的沟壑梁峁、幽深的地下矿道间。通过研究区域成矿背景、成矿条件、控矿要素,解剖区域内已有典型矿山,为建立找矿预测模型和钻孔选址打下了坚实的基础。

经过详细研究和多轮选址论证,最终决定选择在合作金矿主竖井十二中段83线实施深部科研钻探。

为何选择在这里实施深钻?

一是课题组通过对甘南地区大量典型金矿床研究认为,合作金矿有大量中酸性脉岩分布,岩浆活动较强,已有钻孔在深部揭露热液角砾岩和水压裂隙等特征标志,该地区最有可能揭露成矿地质体。

二是对矿区进行了详细的地质调查、矿床学研究,通过对已开采隐伏矿体的矿化样式和产状分析,认为深部存在一个岩浆侵入体,导致上部盖层产生垂直的与缓倾斜的两组构造,矿体赋存在这两组构造中,据此建立了找矿预测地质模型。结合钻孔原生晕等资料的分析,也证明深部存在缓倾斜矿体,预测出金矿深部存在成矿地质体,其上存在多层穹窿状的矿体。

钻孔SDZK8314开钻于2019年11月14日,2020年8月12日终孔,终孔孔深2001.15米。

一钻定乾坤。钻孔SDZK8314取得重大进展,共探获富金矿体42条,累计富金矿体厚度181.23米,平均品位0.82克/吨~6.61克/吨,其中大于10米的金矿体7条。“一钻下去,打出了多层矿体,增添了本区深部找矿的信心。目前这个地区一般的勘探深度在600米~800米,本次勘探深度有了大的突破。” 李鸿睿说。

这一钻,不仅仅是找到了矿。

据介绍,通过深钻,对这一地区深部物质成分、结构和构造的探索也取得了一些新的认识:

——揭示了合作金矿深部含矿岩性变化。深部钻探大致有4个分段,埋深600米~1450米,以(石英)闪长玢岩为主; 埋深1450米~1600米,闪长玢岩与板岩交替出现;埋深1600米~1900米,以板岩为主,含砂质条带;埋深1900米以深,主要为板岩夹砂岩。这些分段揭示了多种不同的成矿结构面,为区域找矿预测提供了多样性的实例。

——构造上看,埋深1900米为区域构造转化界面,浅部以脆性变形为主,深部出现韧性剪切带。

——揭露深部成矿地质体。揭示了为成矿提供成矿物质、成矿能量的地质体,对该区域的矿床成因研究具有重要的意义。浅部为灰黑色(石英)闪长玢岩,为成矿前形成;深部为灰绿色蚀变细粒石英闪长岩,全岩金矿化,为成矿地质体。

——合作金矿深部科研钻证实,金矿体具有二元结构,浅部为脉状矿体,控矿因素为“断裂+脉岩”;深部为层状矿体,控矿因素为“侵入体+地层”。

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地质专家仔细查看岩心

▶  思路突破,建立地质模型

深部科研钻SDZK8314钻何以实现找矿重大进展,取得丰硕成果?

最重要的一点是,该项目在大量典型矿床野外调查和研究基础上,结合化探原生晕等资料的分析,建立了该示范区的找矿预测三维模型,科学预测深部存在“穹窿”状缓倾斜矿体,在找矿认识、思路上有新突破,并被深钻钻探结果所证实,从而实现了甘肃岩金深部找矿的重大进展。据介绍,2019年春节刚过,项目组冒着大雪赴野外开展地质调查,从地表、不同中段坑道、钻孔岩心等不同方面进行观察和分析。一个月后,再次返回矿山继续补充观察和分析。扎实的综合研究,为深钻的成功奠定了基础。

谈到深钻的成功,甘肃省自然资源厅总工程师徐东说,矿区过去开采的主要是陡倾斜矿体。深钻项目启动后,课题组分析了全国金矿勘查区的潜力与形势,优选示范区,并结合这里矿区的实际,提出了深部存在一个“穹窿”状缓倾斜矿体,在找矿思路上有新突破。

程志中谈到当时深钻的布钻情况时说:“根据这里地表脉岩发育,我们当时认为是能够找到成矿地质体的。最早这里主要开采直立的矿脉。但随着矿山开采深度的加大,发现深部出现许多隐伏的缓倾斜金矿体,通过对缓倾斜矿体矿化样式、产状的分析,其基本呈一个穹窿状分布,与岩浆侵入形成的构造相似。这里以往完成了较多的钻探工程,有69个钻孔开展过化探原生晕测量。我们充分利用原生晕资料进行二次开发,建立原生晕三维模型,发现除直立矿体引起的化探异常外,还存在大量可能是缓倾斜矿体引起的异常。这说明矿区存在两组成矿构造,除了受陡立断裂构造控制的矿体外,矿区下部可能有受穹窿构造控制的大量缓倾斜的矿体存在。根据这些分析以及各方面证据,金矿勘查专家庞振山研究员在矿山现场就画出找矿预测模型。正是根据这个模型,我们决定深钻的孔位就选在这个地方打!”

地球深部的成矿过程是人难以直接观察到的,只能从其特征来反演其过程。因此,研究矿床地质模型,用于揭示某类矿床重要特征、成矿规律,指导科学找矿,是近些年矿床学的前沿探索。甘肃三勘院有关地质专家对着展开的一张图介绍:“这是当时建立的合作金矿地质—地球化学找矿预测模型图。从异常图看,这些异常与缓倾斜的盲矿体对应特别好,而且到深部时异常急剧增大,说明深部成矿潜力很大。这是我们开展深钻的主要理论依据之一。”李鸿睿深有感触地说:“这个深部地球化学找矿预测模型图一出来,给了我们很大信心。要不然,对深部的情况两眼一抹黑。这些化探资料是过去开展找矿项目时获得的,但当时没有进行这么深入的研究。”

深钻的实施,最终验证了找矿预测模型的正确性。程志中指出,钻探打出来的地质情况,与设想的模型基本一致。通过矿床学研究建立找矿预测模型,将矿床学研究与找矿勘探紧密结合并服务于找矿,是这个项目最大的特点。

最终,钻孔SDZK8314钻获深部厚大富金锑矿体。专题副负责人李康宁介绍:“这个孔见矿情况较好,探获42条金矿体,单工程平均厚度0.8米~19.57米,经初步估算共探获金预测资源量约15吨。同时探获锑矿体11条,累计厚度20米,平均厚度0.8米~4米,平均品位2.37%~33.82%。”

深钻项目也是产学研各单位紧密结合、联合攻关的结果。

据介绍,实施该项目的甘肃三勘院是国内找金劲旅,对区域成矿条件与规律、找矿方法等有自己的认识和积累。在深地探测科研项目引领下,为项目的成功实施发挥了有力的基础支撑作用。“我们从20世纪50年代起深耕甘南,有这个地区地质资料的积累,在勘查实践中,逐步认识到很多大矿分布在一些区域断裂构造结上。这些年找了三个‘大家伙’(超大型金矿),中小型矿点、矿化点也不少。此外,在本区金矿找矿工作部署上,我们更重视化探优先;在矿产勘查开发上,有全链条的服务;在发展中,不断引进新的技术应用于找矿领域。”甘肃三勘院副院长翟向华说。

▶  开拓创新,找矿引向深部

隆隆的钻机轰鸣声已经消失在甘南地层的深处,但金矿深钻向地下深部的拓展探索,留给人们诸多有益的启示。

采访中,一些界内人士认为,矿产勘查形势正在发生新的变化,构建新发展格局,保障经济持续高质量发展,确保国家能源资源安全,矿产资源保障不能缺位。促进生态文明建设,必须保护优良生态空间,避让生态红线。我国经过多年探索,露头矿、浅表矿、易找矿逐步探明,向深部拓展要资源是必然趋势,地质工作必须加强科技创新,提高找矿效率……新时期经济社会发展新变化对地质工作提出了新要求。

一些界内人士提出,向矿集区、资源勘查开发基地等地区的深部拓展找矿是适应新形势的战略抉择。因为受相同或相似控矿条件影响,在已有勘查开发基地的深部发现优质资源的概率大,可以充分利用现有产能和已形成的基础设施,更好地进行开发利用,发挥其综合效益。勘查活动主要在地表以下,对生态扰动小,可实现保护生态环境和保障资源供给的双赢。向深部拓展找矿也有助于资源型城市和危机矿山、老矿山的可持续发展。

西北岩金科钻第一钻的成功实施,带来了一些有价值的启示。

启示一:深部科钻探索了深部找矿预测的新思路,以找矿预测模型来指导深部找矿。课题把矿床学、地球物理、地球化学研究、矿产勘查等知识加以综合研究,建立找矿预测模型,用模型指导深部矿床勘查,取得了明显成效。

启示二:成矿地质体研究对深部找矿预测有重要意义。成矿地质体为成矿提供物质和能量,成矿地质体的位置也就是成矿作用的中心,地质研究、地球物理和地球化学研究,都要围绕成矿地质体这个中心来开展。

启示三:深钻揭示了成矿构造对金矿的控制作用。金矿从浅部到深部矿化样式、矿体结构构造特征、矿石组分、地球化学等的变化规律,对于成矿学研究具有非常重要的意义。

启示四:合作金矿深部科研钻SDZK8314钻为目前西北地区岩金勘查最深钻,也是中国井下施工的最深钻孔,探索了在井下施工深钻的科学方法。

启示五:开拓了合作金矿深部找矿空间,缓解了矿山资源接替的压力,将该矿山服务年限延长20年以上。

这一切说明,不断加强科学研究,勇于创新,找矿向深部拓展大有可为。

合作金矿深部科研钻的实施,为西秦岭地区深部找矿开拓了约1000米的找矿空间。合作金矿有关负责人说:“我们原来不敢打这么深!这个矿1996年发现的,累计探明储量138吨,目前保有储量80吨。这一钻下去把找矿空间拉长了,往深里走了,这对区域找矿非常有示范指导意义!”

此次模型找矿在深部的突破,极大地鼓舞了当地矿山企业的找矿信心和投资热情。据介绍,一些矿山企业已开始部署深部找矿工作。

知识帖

●金矿床类型:我国影响较大的金矿床分类法为“涂光炽分类法”,该分类法将国内生金矿床分为绿岩带型金矿床、变质碎屑岩型金矿床、卡林型金矿床、陆相火山岩型金矿床、侵入体内外接触带型金矿床。涂光炽是我国著名的矿床学及地球化学家。

●矿床模型:矿床模型是找矿勘查实践的产物,包括找矿模型和成矿模型,是矿床形成的地质背景、过程、时空分布规律和找矿标志的高度概括,是指导在相同成矿区带开展找矿评价的理论基础。

●原生晕:环绕在矿体或异常源周围,赋存在岩石中的地球化学异常,称为原生晕。在矿床勘查中,通过系统采集钻孔、坑道中岩石样品,分析元素在空间上的浓度分带与组分分带规律来预测深部矿化位置。

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关键词: 科技创新
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