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(1.甘肅有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院,甘肅張掖734012； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430074; 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢430074； 4.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物探隊，四川成都610000)

深部找礦研究進展綜述

智超1,2，張玉成1，陳玉峰1，陸順富3，廖昆4

(1.甘肅有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院,甘肅張掖734012； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430074; 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢430074； 4.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物探隊，四川成都610000)

隨著社會的發(fā)展，大宗礦產(chǎn)、稀缺有色礦產(chǎn)供需矛盾日益突出，通過“攻深找盲”擴大資源潛力，是緩解我國資源緊張局面的重大舉措。地質(zhì)科技的日新月異使深部找礦已成為可能，在地下500～1 000 m的“第二找礦空間”仍有巨大的找礦潛力。近年來，深部找礦效果顯著，展示了巨大的找礦潛力。研究資料表明，成礦理論、概念、模式已有新的突破和創(chuàng)新；其次，勘查技術(shù)也取得了很大進步，高分辨率航衛(wèi)遙感技術(shù)、三維地震、大深度電磁探測、航空物探、深穿透地球化學(xué)、深部鉆探、三維可視化和數(shù)據(jù)模擬等各類技術(shù)方法和裝備的研究及應(yīng)用已經(jīng)有所突破。

第二找礦空間；深部找礦；成礦理論；勘查技術(shù)

0 引 言

我國正處于快速工業(yè)化和經(jīng)濟騰飛的進程之中，強化第二深度空間(500～2 000 m)的找礦勘探，延長老礦山的生產(chǎn)壽命，深部找礦是擺在面前的一大歷史重任。目前提及的“深部礦”屬于“隱伏礦”中埋藏深度較大的部分。對于深部礦和淺部礦的具體深度的界定，目前在學(xué)術(shù)界尚無定論，但一般將地表500 m以下的礦稱為深部礦，反之則稱之為淺部礦 (曹新志等，2009a,2009b)。

由于深部礦埋藏深度大，人們對其礦床地質(zhì)特征了解較少，礦化信息多為間接信息，已有的勘查技術(shù)方法的有效性進一步降低，因而勘查難度、勘查投資以及勘查風險也相應(yīng)增大。

目前，一些成礦理論建立的礦床新模型為現(xiàn)行找礦提供了新思路。新技術(shù)、新方法聯(lián)合探測，綜合信息提取等已應(yīng)用于深部找礦。近年來，全球范圍內(nèi)一些大型和特大型金屬礦床的發(fā)現(xiàn)，無例外是以礦床模型為先導(dǎo)，地、物、化、遙聯(lián)合攻關(guān)，高密度深鉆驗證。

1 地質(zhì)成礦理論、模式研究進展

成礦理論創(chuàng)新提供找礦先導(dǎo)。國內(nèi)外有影響的理論認識，如地質(zhì)力學(xué)理論、成礦系列理論、地質(zhì)異常理論、成礦系統(tǒng)理論、地球化學(xué)塊體理論、透巖漿成礦流體理論等，這些理論指導(dǎo)深部找礦已經(jīng)取得明顯效果。如應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)理論成功預(yù)測江西木梓園隱伏鎢錫礦、河南夜長坪隱伏鎢鉬礦床，指導(dǎo)山東玲瓏金礦、焦家金礦深部300～600 m的第二礦化富集區(qū)找礦等；成礦系列理論是我國具有自主創(chuàng)新的區(qū)域成礦理論，初步形成了中國大陸成礦體系，在山西中條山銅礦、安徽廬樅盆地玢巖鐵礦、贛南鎢礦深部找礦工作中都起到重要的理論先導(dǎo)作用；成礦系統(tǒng)理論指導(dǎo)義敦島弧帶、狼山—查爾泰地區(qū)深部找礦效果明顯；地質(zhì)異常理論以“求異”原理為基礎(chǔ)，開展成礦預(yù)測多元信息集成研究與綜合評價，指導(dǎo)云南個舊錫礦深部找礦，解決了礦山危機；地球化學(xué)塊體理論通過區(qū)域地球化學(xué)異常，特別是對低緩異常資料的二次開發(fā)，可有效地發(fā)現(xiàn)和找到深部隱伏礦體；透巖漿成礦流體理論(羅照華等，2007，2008)認為熔漿體系與含礦流體體系可以看作是2個相互獨立的地質(zhì)體系,它們因相互需要而藕合在一起形成一個復(fù)雜的混合體系。當熔漿與流體發(fā)生解藕時,可以在不同的邊界條件下發(fā)生不同類型的成礦作用，該理論繼承了於崇文(2001)提出的復(fù)雜性科學(xué)理論，與“成礦動力系統(tǒng)在混沌邊緣分形生長”異曲同工，同時能夠解釋“小巖體成大礦”的成礦物質(zhì)來源問題，該理論的提出將會引導(dǎo)小巖體地質(zhì)填圖、小巖體附近找礦、圍巖蝕變的深入研究等。可見成礦理論的不斷更新會指導(dǎo)找礦方向，增大找礦成功率。

國內(nèi)外運用成礦模式找礦獲得成功的實例常有報道，成礦模式概括地指出了特定類型礦床的典型成礦環(huán)境和地質(zhì)特征， 具有很強的科學(xué)性、理論性和預(yù)測性。近年來，一些新礦床的發(fā)現(xiàn)豐富了成礦理論，如美國根據(jù)圣馬紐埃礦床建立的斑巖銅礦蝕變分帶模型，成功地發(fā)現(xiàn)了深部隱伏的卡拉馬祖斑巖銅礦床；我國根據(jù)此模型在東天山成礦帶、興蒙成礦帶、特提斯成礦帶等相繼發(fā)現(xiàn)了很多斑巖型銅鉬金礦。王登紅等(2011)通過對岡底斯斑巖銅礦帶甲瑪銅多金屬礦與世界級銅礦對比，認為甲瑪銅多金屬礦床以矽卡巖型、斑巖型和角巖型“三位一體”、形成于晚第三紀青藏高原隆升階段為顯著特點,具有成為世界級銅、金、銀、鉬多金屬礦床的潛力，矽卡巖類型銅礦儲量達290萬t，是我國目前最大的矽卡巖礦床，打破了以往“熱液礦床大不了”的認識，指出在下一步的勘查過程中,需要進一步加強對矽卡巖型銅礦成礦機制的研究和勘探,建立起新的資源評價體系，目前已獲得進展。再如運用玢巖鐵礦模式，此模型結(jié)合物探等勘查信息在安徽廬樅盆地成功發(fā)現(xiàn)玢巖鐵礦；又如根據(jù)“五層樓” 和“五層樓+地下室”模式，在贛南發(fā)現(xiàn)深部隱伏礦(聶榮峰等，2007)。我國2012年在貴州東部發(fā)現(xiàn)大型-超大型深部錳礦，提出了“錳礦古天然氣滲漏成礦系統(tǒng)與成礦模式”，標志著我國錳礦成礦理論與深部錳礦找礦技術(shù)走到了國際前沿(貴州省地質(zhì)學(xué)會，2013)。由此可見，理論創(chuàng)新對找礦意義很大。

2 深部找礦的技術(shù)與方法研究進展

物、化探找礦新方法的研究，超深鉆的研發(fā)是目前及未來找礦突破的重要技術(shù)手段。建立地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探、遙感資料的空間數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用當代計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)地質(zhì)方法對找礦靶區(qū)優(yōu)選和綜合評價，提出礦區(qū)外圍的找礦方向，是當代礦產(chǎn)資源預(yù)測評價的發(fā)展方向。曹新志等(2009a)認為從方法論研究的角度，礦產(chǎn)勘查工作中常用的類比法、趨勢外推法和歸納法仍然是礦區(qū)深部找礦前景快速評價的有效基本方法，下面主要從物探、化探及鉆探技術(shù)的進展進行論述。

2.1 深部找礦中的深穿透化探新方法研究進展

目前，國內(nèi)外深穿透地球化學(xué)技術(shù)包括以下幾個系列。

2.1.1 微細粒分離及測量技術(shù) 不同的地球化學(xué)景觀區(qū)應(yīng)該選取不同的采樣介質(zhì)、不同的粒級。如內(nèi)蒙古西部、甘肅、新疆中北部等地區(qū)皆屬干旱荒漠區(qū)，地形多呈中低山或丘陵，任天祥(1986)對該種景觀條件下進行水系沉積物測量的方法研究表明：此類地區(qū)必須排除風成砂的干擾，水系沉積物要選粗粒級，即32～0.85 mm(1～20 目)可滿足要求。在半荒漠區(qū)水系沉積物粒級為2.00～0.425 mm(10～40 目)，可有效減少風成砂的干擾。再如在戈壁覆蓋區(qū)，張華等(2003)研究認為采樣介質(zhì)主要為土壤中粗粒級巖屑，干擾因素為風積物和鹽漬層，風成砂很少大于0.85 mm(20 目)，以小于 0.18 mm(-80 目)為主，確定最佳采樣粒度為4.75～0.85 mm(4～20 目)，采樣時應(yīng)剝?nèi)ド喜匡L積層，采集基巖風化碎石。劉漢糧等(2011)在東烏珠穆沁旗針對半干旱(殘山)丘陵草原覆蓋亞景觀區(qū)開展了1∶20萬化探方法技術(shù)研究，在典型已知礦區(qū)進行了采樣、層位和粒級方法技術(shù)試驗，表明0.125 mm(120 目)細粒級沉積物樣品是1∶20萬區(qū)域化探掃面的最佳采樣介質(zhì)。圖1為某金礦不同土壤粒級試驗效果，可以看出：0.096 mm(160 目)以上Au異常更加清晰，且在勘查線南側(cè)顯示一異常，推斷可能下伏有隱伏礦體；0～0.85 mm(0～20 目)粗粒級可以達到勘查效果，比0.85～0.096 mm(20～160 目)效果好。

圖1 某金礦不同粒級土壤化探Au異常剖面圖

圖2 內(nèi)蒙古某金礦Au異常平面圖(據(jù)湯磊等，2007修改)

圖3 內(nèi)蒙古某金礦見礦剖面

2.1.2 電化學(xué)測量技術(shù) 此方法由前蘇聯(lián)雷斯等提出并發(fā)展起來，又稱為部分金屬提取法(CHIM)。自20世紀80年代引入中國后，應(yīng)用范圍幾乎遍及全國，應(yīng)用礦種有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、As、Ni、U、Sb等十幾種金屬。國內(nèi)許多學(xué)者如譚克仁、李金銘、劉吉敏、王文龍、羅先熔等取得了突破性的成果(康明等，2005)。此方法已經(jīng)在實踐中得到檢驗，在運積物厚達150 m及成礦后，沉積巖厚達500 m的條件下找到隱伏礦體。通過對內(nèi)蒙古草原覆蓋區(qū)某金礦地電提取Au異常試驗(圖2，圖3)，根據(jù)剖面圈定異常帶，認為研究區(qū)域成金礦的可能性較大，結(jié)果在異常帶施工ZK6001孔驗證發(fā)現(xiàn)多條金礦脈，單礦體厚度最大為12.23 m，最高品位25.23 g/t，試驗效果非常好，此法成功事例較多。2.1.3 選擇性化學(xué)提取技術(shù)應(yīng)用最有潛力的方法 包括活動金屬離子法(MMI)、酶提取法(Enzyme Leach)、金屬活動態(tài)提取法(MOMEO)。

(1) 酶提取法(Enzyme Leach)技術(shù)是Clark 等于20世紀80—90年代研制的一種利用葡萄糖氧化酶提取礦物顆粒表面非晶質(zhì)錳的氧化膜尋找隱伏礦的方法。利用葡萄糖氧化酶的催化作用，使右旋糖與水反應(yīng)緩慢生成H2O2。生成的痕量H2O2選擇性提取土壤中非晶質(zhì)的氧化錳，而結(jié)晶質(zhì)錳的氧化物僅受微弱的侵蝕。當所有非晶質(zhì)錳的氧化物都起反應(yīng)后，酶的作用則停止，從而提高了異常的可靠程度。自1995年以后開始進行廣泛的應(yīng)用，此方法在隱伏斑巖銅礦、塊狀硫化物礦床、矽卡巖銅礦、Elmwood礦區(qū)深部密西西比河谷型鋅礦體找礦等證實了其有效性(謝學(xué)錦等，2003；Kelley et al，2003)，此方法在中國應(yīng)用較少。

圖4 安徽銅陵胡村銅礦74勘探線酶提取異常剖面圖

筆者2013年在安徽銅陵獅子山礦田進行酶提取試驗，通過74線已知剖面試驗(圖4)，幾乎所有分析元素在深部礦體(1 000多m)上方出現(xiàn)異常。其Cu、Mo、As在礦體上方出現(xiàn)清晰單峰異常，Sb、Ag、Fe、Mn、Pb、Zn在礦體上方出現(xiàn)清晰的多峰異常，且異常大體吻合，Sb、Pb、Mo、Ag異常范圍寬。Br、I同樣在礦體上方出現(xiàn)異常，但在巖體西側(cè)礦體上方異常更清晰，Br、I異常走勢與地層傾向一致。總體看，測試元素準確地反映了深部礦體的賦存部位。90線異常剖面(圖5)，Sb、As、Mo、Ag、Mn、Br、I等元素在礦體上方清晰異常，且Ag、Sb異常(3點移動平均)走勢與礦體傾斜程度一致，Br、I異常范圍廣，且異常寬度幾乎與礦體延伸寬度一致。從2條勘探線試驗結(jié)果看，酶提取找礦方法在胡村銅礦試驗效果較好，對深部信息反映較好，在2條勘探線上常規(guī)化探僅僅在巖體上方顯示尖峰異常，而酶提取在巖體和礦體上方均顯示異常，且測試指標中以Ag、As、Sb、Mo、Pb、Zn、Br、I效果最好?？傮w看，酶提取元素能夠客觀反映深部礦體信息，與常規(guī)土壤測量相比能夠強化深部信息，盡可能地減小巖體的影響。

圖5 安徽銅陵胡村銅礦90勘探線酶提取異常剖面圖

(2) 活動金屬離子法(Mobile Metal Ions，MMI)是澳大利亞Mann等在20世紀90年代初發(fā)展起來的，是目前國外各種選擇性提取方法中最為成功的。該技術(shù)不僅在尋找隱伏礦方面效果良好，而且可以用于強化出露區(qū)地球化學(xué)異常和排除地表干擾，取得了很多成功的例子。這一方法的理論依據(jù)是金屬活動離子可以從深部礦體穿過上覆沉積巖石及厚層運積物蓋層而達于地表。而這種金屬活動離子是可以通過某種特殊試劑提取出來的。這種金屬活動態(tài)離子異常經(jīng)常較準確地位于礦體垂直上方或者傾斜上方，透視深度最高記錄達700 m。但是該方法的技術(shù)部分處于保密狀態(tài)，并未公開。

(3) 活動態(tài)金屬提取方法(MOMEO)是在傳統(tǒng)的偏提取與循序提取的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)的偏提取方法在思路與技術(shù)上有很大不同，其最大不同之處在于不打開載體，只“剝掉”松散的、附著于載體表面的離子態(tài)金屬。王學(xué)求等(2011)觀測到礦石、土壤、氣體介質(zhì)中具有繼承性關(guān)系的納米金屬微粒。礦石中納米級金屬微粒通過與微氣泡表面相結(jié)合，以地氣流為載體，或納米微粒本身具有類氣體性質(zhì)，可以克服重力影響，穿透厚覆蓋層遷移至地表，到達地表后一部分納米顆粒仍然滯留在氣體里，另一部分被土壤地球化學(xué)障(黏土、膠體、氧化物等)所捕獲。為深穿透地球化學(xué)從描述性或推測性模型走向?qū)嵶C性科學(xué)邁出了重要一步，為利用土壤作為采樣介質(zhì)、精確分離含礦信息，用于尋找外來蓋層下的隱伏礦提供了納米地球化學(xué)技術(shù)。但是追究納米顆粒是如何從深部遷移至地表，其機理尚在推理階段，還需深入研究。

2.1.4 氣體和地氣測量技術(shù) 地氣測量的基本方法原理是利用一定的捕集裝置在近地表大氣或地表疏松層中捕集來源于地下礦源層的超微細物質(zhì)，通過對已捕集的樣品分析測試，獲得有關(guān)元素的地球化學(xué)特征，進行隱伏礦的勘探。地氣異常形成有2個方面：一方面，地氣流在由地下深部向地表遷移的過程中，當穿過礦體或礦帶時，可將礦體或礦帶周圍的納米級金屬微粒帶至覆蓋層形成異常；另一方面，礦床的形成過程中和形成后的漫長地質(zhì)年代中，可形成與礦床組分相一致的納米級微粒，這些納米級微粒因本身具有強大的遷移穿透能力等“類氣體”性質(zhì)和濃度差、地溫差和壓力差等因素的作用，不斷向上遷移到達地表，并在地表松散層和近地表大氣形成異常。地氣測量成功案例較多，如地氣測量在蛟龍掌礦區(qū)試驗(圖6、圖7)，發(fā)現(xiàn)補集元素Bi、Cd、Zn、Pb、Cu在礦體上方顯示清晰異常(汪明啟等，2007)，而常規(guī)土壤測量基本無異常。氣體測量法中汞氣測量、烴氣測量、熱釋鹵素、熱釋吸附態(tài)汞等方法已經(jīng)獲得了大量的試驗成果，其中汞氣測量在熱液礦床、硫化物礦床勘探及深部斷裂、三維填圖中應(yīng)用中證實了其有效性(陳遠榮等，2003；王永華等，2010)。

圖6 甘肅蛟龍掌礦區(qū)48勘探線土壤測量

圖7 甘肅蛟龍掌礦區(qū)48勘探線地氣成礦元素異常(據(jù)汪明啟等，2007修改)

2.1.5 水化學(xué)測量技術(shù) 水地球化學(xué)測量是通過系統(tǒng)地采集地下水或地表水樣品，分析其中元素或離子的含量及其他地球化學(xué)指標(如 pH 值、Eh值、總礦化度等)，從中發(fā)現(xiàn)找礦信息，進而評價異常和找到各類礦床的地球化學(xué)勘查方法(楊少平，2008)。其理論基礎(chǔ)是水文化學(xué)和水文地球化學(xué)， 簡稱水化學(xué)測量(沈照理，1993)。在厚覆蓋和大面積覆蓋區(qū)，特別是我國北方和西北的草原、荒漠、戈壁及黃土覆蓋區(qū)尋找隱伏礦床的工作中， 常規(guī)化探方法及其他找礦方法大多無能為力。但這些區(qū)域多數(shù)都廣泛分布著地下水，主要反映深部信息，從而構(gòu)成了開展水地球化學(xué)測量工作的良好基礎(chǔ)條件?？梢园凑詹煌坝^和工作環(huán)境，開展不同比例尺的水地球化學(xué)測量，如在內(nèi)蒙古大草原上，利用牧井開展水地球化學(xué)概查掃面，快速確定有利成礦遠景帶和圈定大型找礦靶區(qū)。

2.1.6 生物測量技術(shù) 當土壤、巖石、水體及大氣中存在地球化學(xué)異常時，必然會對生長在其中的生物發(fā)生影響，這種影響可以從兩方面表現(xiàn)出來：一是引起生物體內(nèi)化學(xué)成分的變化，其中最靈敏的是微量元素含量及其組分的改變；二是生物的個體或群體的生態(tài)特征發(fā)生變異，甚至出現(xiàn)特殊的種屬以至植物區(qū)系。相應(yīng)地在勘查地球化學(xué)中稱前者為生物地球化學(xué)異常，后者為地植物學(xué)異常。地植物學(xué)異常代表了強烈的生物地球化學(xué)異常，并以生物生態(tài)變化表現(xiàn)出來，因此不必取樣化驗，憑肉眼觀察就能識別。如宋慈安等(2002)、潘小菲應(yīng)用生物地球化學(xué)方法對北山地區(qū)公婆泉銅礦區(qū)進行了區(qū)域植物地球化學(xué)試驗研究，表明一些荒漠植物對生存環(huán)境中某些元素的富集具有很好的示礦性。耿海波(2005)等在國內(nèi)首次利用生物學(xué)方法對鈾礦中的微生物進行了分離和鑒定，利用鈾礦床中分離的硫酸鹽還原菌進行了U(Ⅵ)的還原作用實驗和成礦作用模擬實驗，并從生物學(xué)角度分析了微生物對鈾礦成礦的作用機理。

2.1.7 構(gòu)造疊加暈找盲礦法 構(gòu)造疊加暈找礦方法是(李慧等，2006)在原生暈找盲礦理論基礎(chǔ)上，根據(jù)熱液礦床成礦成暈嚴格受構(gòu)造控制，熱液礦床具有多期、多階段疊加成礦成暈的特點，提出原生暈疊加理論，解決了困惑幾十年在研究原生暈軸向分帶中出現(xiàn)的“反?！爆F(xiàn)象難題。此法已經(jīng)在我國很多金礦深部找礦取得了許多成就(李慧等，2010)。如在遼寧鳳城白云金礦床進行構(gòu)造疊加暈深部盲礦預(yù)測(圖8)，發(fā)現(xiàn)在深部出現(xiàn)盲礦前緣暈As、Sb、Hg異常，預(yù)測深部存在盲礦體，經(jīng)鉆孔驗證，均在預(yù)測靶位見礦(圖9)。

圖8 遼寧鳳城白云金礦床構(gòu)造疊加暈?zāi)Ｊ綀D

圖9 遼寧鳳城白云金礦床構(gòu)造疊加暈預(yù)測圖

由于種種原因，多數(shù)方法未被推廣應(yīng)用。偏提取由于提取劑的專屬性，提取結(jié)果只是在一定條件下，溶劑與樣品體系綜合化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所得結(jié)果無法用地球化學(xué)概念來解釋，因此在地球化學(xué)理論研究中的應(yīng)用得到很大的限制。另外，各種方法由于沒有統(tǒng)一的標準操作規(guī)程和完善的分析質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，導(dǎo)致測量結(jié)果可比性差。

綜上所述，現(xiàn)有的深穿透技術(shù)有一定的成效，但在不同覆蓋區(qū)的推廣應(yīng)用還存在諸多問題。其中，最關(guān)鍵的問題是深部成礦元素或粒子運移到地表的地球化學(xué)機理不十分清楚，同時部分方法沒有操作規(guī)范，不同覆蓋區(qū)有效的化探方法有待進一步完善和創(chuàng)新。

2.2 國內(nèi)外深部地球物理研究進展

無論是深部礦產(chǎn)勘查，還是成礦學(xué)的發(fā)展，越來越認識到了解地球深部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)和狀態(tài)的重要性。采用現(xiàn)代地球物理技術(shù)，對典型礦床深部結(jié)構(gòu)進行不同層次的探測，對認識深部礦床成因、總結(jié)找礦方法和深部找礦的實踐具有重要意義。

目前廣泛應(yīng)用于深部固體礦體勘查的主要為電磁法。電磁法在測量方法上，瞬變電磁測深技術(shù)(TEM)、可控源音頻大地電磁測深技術(shù)(CSAMT)、頻譜激電法(SIP)、高分辨電導(dǎo)率成像技術(shù)(EH4)、天然源聲頻大地電磁法(AMT)、小比例尺充電法等各種方法各顯其能。對于找深部礦(目標深度為500～1 500 m)來說，CSAMT法存在近區(qū)效應(yīng)、電磁干擾、靜態(tài)效應(yīng)以及深部分辨率偏低等，需要結(jié)合具體情況加以分析和改進。

磁法是一種找磁性金屬礦體的有效方法，但是隨著礦體埋深加大，磁異常的衰減很快，在地表能觀測到的磁場值很弱，研究低緩磁異常，或是復(fù)雜異常背景下分解出的微弱異常，劃定和解釋這些微弱異常是有相當難度的。同時由于重力與磁力場強隨深度二次方衰減，因此要增加勘查深度需要另辟蹊徑。此外，由于成礦條件的多樣性、礦體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和各種礦體礦石物性的疊復(fù)性，加之地球物理反演的等效效應(yīng)等使反演結(jié)果具有多解性，往往使物探異常與礦體的對應(yīng)關(guān)系復(fù)雜化。

目前，我國正在進行大探測深度時間域固定翼航空電磁勘查系統(tǒng)研發(fā)、數(shù)據(jù)處理和反演解釋系統(tǒng)(多元物探數(shù)據(jù)三維聯(lián)合反演解釋技術(shù))的研制。這將是適合我國地質(zhì)與地理條件、大航程、探測深度大于500 m、用于中、大比例尺資源與環(huán)境調(diào)查、時間域固定翼航空電磁測量系統(tǒng)；另外我國正在進行大深度多功能電磁探測技術(shù)與系統(tǒng)集成技術(shù)研究，研制多場源(天然場、人工場)、多方法(AMT、MT、CSAMT、IP、SIP)分布式大功率、高精度地面電磁法勘查技術(shù)系統(tǒng)，建立具有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)的、探測深度可達2 000 m的高分辨率、多功能電磁法綜合探測技術(shù)體系。如在紅透山銅礦40線進行瞬變電磁測深試驗，從TEM反演電阻率斷面(圖10)可看出，TEM反演電阻率斷面上顯示低阻異常，其規(guī)模和形態(tài)與已知礦體基本一致，且低阻異常向深部和南部偏移，推測深部存在隱伏礦體，該方法對埋深1 000 m左右的礦體指示效果均非常好。

圖10 紅透山銅礦40勘探線TEM反演電阻率斷面等值線圖

大深度井中、大透距電磁層析成像系統(tǒng)的研發(fā)(李柳等，2008；陳輝，2012)。適用于井間或坑道間的大透距地下電磁波幅相層析成像系統(tǒng)，為解決深部找礦、危機礦山找礦以及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害防治勘查提供了大探測深度(>1 500 m)、大透距(>500 m)高分辨率精細勘查技術(shù)設(shè)備。大功率固定源分布式電磁探測系統(tǒng)和金屬二維、三維地震勘探技術(shù)(劉明，2010；韓洪濤，2011；張春燕，2011)勘探深度>2 000 m。寬帶天然源電磁陣列測深技術(shù)(魏文博等，2010)探測深度范圍從幾十米到5 000 m。

近年來，反射地震在金屬礦控礦構(gòu)造及直接發(fā)現(xiàn)深部礦體方面的一些探測實例，顯示出金屬礦地震勘探在深部找礦中的廣闊前景(肖騎彬等，2005)，但總體來說，我國金屬礦地震勘探技術(shù)仍處在試驗階段。

運用深地震反射剖面高技術(shù)探測金屬礦集區(qū)(帶)的全地殼精細結(jié)構(gòu)，揭示成礦深部過程是新時代深部找礦的技術(shù)進步與需求。在銅陵礦集區(qū)應(yīng)用深地震剖面，將構(gòu)造疊加剖面進行相似濾波處理，結(jié)合已有基礎(chǔ)地質(zhì)資料進行解釋(圖11右下)，在上、下地殼之間(5s，TWT)傾向相反的反射說明上、下地殼之間存在拆離。拆離面為巖漿侵入和聚集創(chuàng)造了空間條件，使礦集區(qū)下形成巨型巖基和巖漿-熱液流體庫，為成礦創(chuàng)造了物質(zhì)條件；斷面與平面地質(zhì)圖相結(jié)合，得到銅陵三維深部構(gòu)造框架圖(圖12)，可以清晰表達銅陵地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這將有利于指導(dǎo)巖漿上侵部位、含礦建造與賦礦層位、礦體形成模式及成礦深度預(yù)測等。

圖11 銅陵深地震反射剖面剖析(左圖紅線為剖面位置；據(jù)呂慶田等，2002修改)

近年來，國內(nèi)外已有一些將地球物理勘查技術(shù)應(yīng)用于深部構(gòu)造及深部隱伏礦定位預(yù)測探測的實例。Heinson等(2006)用大地電磁測深(MT)查明了位于澳大利亞南部元古宙高勒克拉通邊緣的奧林匹克壩銅-金氧化物礦床成礦流體上升通道的位置，并在礦床下發(fā)現(xiàn)一低阻層。Nimeck等(2008)在Shea河鈾礦化帶先后開展了航空和地面電磁測量，通過在地面部署各種電磁陣列(TEM、AMT和MT)法，查明前寒武紀基底結(jié)構(gòu)及電性特征，AMT對砂巖中低阻異常的反映證實了熱液蝕變帶的存在。嚴加永等(2009，2011)采用重磁多尺度邊緣檢測法，對長江中下游成礦帶區(qū)域重力和航磁數(shù)據(jù)進行了邊緣檢測，建立了長江中下游地區(qū)構(gòu)造格架；并以銅陵地區(qū)航磁反演推測巖體為基礎(chǔ)，圈定了銅陵礦集區(qū)6個深部找礦遠景區(qū)。田文法等(2010)總結(jié)了前人在邯邢式鐵礦深部找礦中，采用重、磁、電綜合物探方法的成功實例，提出了以磁法為主，輔以重力和電磁測深的方法是邯邢式鐵礦深部找礦的有效方法技術(shù)組合。Lelièvre等(2012)提出了地震初至?xí)r間與重力數(shù)據(jù)聯(lián)合反演方法并在Voisey’s Bay硫鐵礦床上應(yīng)用，得到了深部礦體的準確形態(tài)。

隨著電子技術(shù)、GPS技術(shù)以及計算機技術(shù)的進步，地球物理在儀器和軟件方面都取得了劃時代的進展，越來越能適應(yīng)復(fù)雜條件下的探測任務(wù)。如CG-5重力儀實現(xiàn)自動讀數(shù)，極大地提高了野外工作的效率；GEM公司生產(chǎn)的高精度磁力儀，實現(xiàn)了GPS自動定位與導(dǎo)航，并且多探頭組合同時測量水平梯度、垂直梯度、電磁場(VLF)，在噪聲水平、靈敏度、數(shù)據(jù)容量、采樣率等方面都提高了1個數(shù)量級。另外，Geosoft公司開發(fā)的Oasis montaj地球科學(xué)軟件平臺，幾乎涵蓋了固體礦產(chǎn)勘查需要的所有先進技術(shù)，能夠獲得高質(zhì)量的重磁數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

綜合看來，物探方法在技術(shù)和儀器設(shè)備方面均具備了深部預(yù)測的條件，必將成為必不可少的深部找礦手段。

2.3 三維立體預(yù)測技術(shù)研究進展

隨著地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作的不斷深入,涉及的數(shù)據(jù)種類越來越復(fù)雜,數(shù)據(jù)量越來越大,很多數(shù)據(jù)是三維的,傳統(tǒng)的研究方法將三維地質(zhì)信息進行二維投影表達,不能直接反映三維地質(zhì)體的整體狀況。三維定位礦產(chǎn)預(yù)測是在應(yīng)用計算機技術(shù)建立三維立體模型的基礎(chǔ)上進行的礦產(chǎn)預(yù)測。如果能夠充分利用各種地質(zhì)信息建立三維空間地質(zhì)模型,以圖象、圖形方式逼真地再現(xiàn)三維地質(zhì)實體，重建地下目標的結(jié)構(gòu),描述資源分布的狀態(tài),分析地質(zhì)體的幾何形態(tài)、分布和相互關(guān)系,預(yù)測其走勢,在此基礎(chǔ)上進行智能化的儲量估算,必將大大改善勘探地質(zhì)信息的質(zhì)量,提高勞動生產(chǎn)效率,有利于更準確地進行決策規(guī)劃,減少礦產(chǎn)資源勘探的風險,具有巨大的社會效益及經(jīng)濟效益。隨著地學(xué)信息化的發(fā)展，數(shù)學(xué)地質(zhì)正向“數(shù)字地質(zhì)”發(fā)展(趙鵬大，2012)。三維地質(zhì)建模將是“數(shù)字地質(zhì)”的精髓與核心。

建立三維立體模型的內(nèi)容包括：(1) 建立和完善空間數(shù)據(jù)庫，具體有鉆孔數(shù)據(jù)和相關(guān)的地質(zhì)數(shù)據(jù)；(2) 鉆孔三維可視模型，主要按礦產(chǎn)類型的成礦元素圈定的礦體實施三維可視化模型；(3) 地質(zhì)體三維可視化模型，包括含礦地質(zhì)體和礦區(qū)(床)范圍內(nèi)地質(zhì)體的三維可視化等；(4) 礦體和地質(zhì)體聯(lián)合三維可視化模型；(5) 地質(zhì)地球物理、地質(zhì)地球化學(xué)場特征及資料的三維可視化模型。

在三維可視化系統(tǒng)平臺上建立礦床三維立體模型使用的軟件，主要有國外的Datamine、Surpac、Mintec、Vulcan、Micromine、加拿大MicroLYNX三維地質(zhì)建模與分析軟件系統(tǒng)、加拿大Gemcom Software 桌面系統(tǒng)、GoCAD、Petrel、MineSight、RockWare,其中GoCAD是世界公認的最好的三維地質(zhì)建模軟件。很多年內(nèi)，中國一直未有像樣的三維地質(zhì)建模軟件產(chǎn)品出現(xiàn)，近幾年這種局面有所改變，MapGIS在國內(nèi)地礦系統(tǒng)的二維應(yīng)用中占據(jù)統(tǒng)治地位，現(xiàn)在推出的K9具有三維地質(zhì)建模的功能。國產(chǎn)3DMine、DIMINE、Minexplorer、TITAN、VRMine、Creatar、Geoview、GeoI3D、GeoMo3D、DeepInsight等三維建模軟件，雖然與國際先進產(chǎn)品相比仍然存在差距，但近年來發(fā)展迅速，大多已具備地下三維地質(zhì)建模功能，能夠滿足大多數(shù)三維地質(zhì)建模的應(yīng)用需求(李青元等，2013)。

深部找礦需要對深部的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)進行精細了解，立體填圖就是其中的一種方法。如在澳大利亞西部Menzies-Norseman礦集區(qū)3D 地質(zhì)填圖，利用鉆孔信息(巖性及分析結(jié)果)、地表地質(zhì)圖、重磁信息、地震深度剖面建立礦集區(qū)淺部地殼0～10 km三維地質(zhì)模型(圖13)。通過3D 地質(zhì)填圖提供了巖石單元的空間分布、綠巖帶中主要斷裂帶、花崗巖體的分布；對綠巖帶演化提供約束并指出了金、鎳勘探靶區(qū)。金：深部地殼剪切帶切割綠巖帶基底滑脫帶控制金礦的形成，與NNE向次級構(gòu)造關(guān)系密切，Kanowna Belle、Kalgoorlie、Binduli and Coolgardie礦床沿NNE向構(gòu)造分布，花崗巖內(nèi)薄厚度區(qū)為潛在金礦成礦區(qū)。鎳：模擬發(fā)現(xiàn)Komatiite 巖型鎳礦在容礦地層底部呈NE向，而不是原先認為的NNW向，對該地區(qū)鎳礦勘查具有重要意義。

目前，地質(zhì)地球物理、地球化學(xué)場特征的三維可視化模型以及礦體三維立體模擬應(yīng)用范例非常多，不再贅述。

圖13 澳大利亞西部Menzies-Norseman礦集區(qū)位置(a)、地形地質(zhì)圖(b)、3-D地質(zhì)圖(c)(據(jù)www.glassearth.com)

2.4 國內(nèi)外鉆探技術(shù)的進步

深部地球化學(xué)和地球物理探查提供的僅僅是一種找礦信息，而要發(fā)現(xiàn)查明深部礦體，則要靠大密度的深部鉆探才能實現(xiàn)，如蒙古國奧尤陶勒蓋(Oyu Tolgoi)斑巖銅金礦，施工鉆探累計達27.8萬m，最終探明了銅儲量1 500萬t、金400 t的超大型銅金礦。

目前，鉆機的功能已有突破。國外市場上全液壓動力頭巖芯鉆機已經(jīng)成為主流機型，已形成完整系列，具有如下結(jié)構(gòu)特點: 液壓動力頭式回轉(zhuǎn)機構(gòu)，長行程的給進系統(tǒng)，液壓絞車組成的提升系統(tǒng)，無級調(diào)速，機械化程度高，配套器具齊全，能做大范圍鉆孔角度調(diào)整的桅桿機構(gòu)。主要代表廠商有阿特拉斯·科普柯公司、寶長年公司。阿特拉斯·科普柯公司的 Diamec系列全自動鉆機，為典型適合金剛石鉆進的高轉(zhuǎn)速低扭矩鉆機，適用于地表或巷道內(nèi)工作，包括 DiamecU4APC、DiamecU6APC、DiamecU8APC 型自動化鉆機，其中 DiamecU4APC 型屬第二代自動化鉆機，真正實現(xiàn)了機臺單人操作，該系列鉆機的鉆深能力為500～2 000 m (張林霞等，2012)。

目前，我國地質(zhì)鉆探裝備的設(shè)計和制造已具備一定的實力，立軸式巖芯鉆機在基本性能、技術(shù)水平上與國外基本接近。國產(chǎn)全液壓動力頭巖芯鉆機已成系列并批量進入市場，鉆進深度有300,600,1 000,1 500,2 000,3 000 m，鉆機技術(shù)性能指標達到同類鉆機國際先進水平，銷售價格比進口鉆機有一定優(yōu)勢，實現(xiàn)了我國地質(zhì)巖芯鉆探設(shè)備技術(shù)升級和對進口裝備的替代，為地質(zhì)找礦和深部地質(zhì)勘查提供了強有力的技術(shù)裝備保障。

坑道勘探是利用地下井巷進行勘探，相對于地表勘探能節(jié)省大量的鉆探工作量，而且由于坑道內(nèi)能進行全方位鉆探施工，容易實現(xiàn)對危機礦山臨近層資源的勘探，也是深部資源勘探的一種理想方法。目前，國內(nèi)坑道勘探施工用的鉆機主要有進口的阿特拉斯·科普柯公司的 Diamec 系列鉆機、國產(chǎn)的 XY系列巖芯鉆機和中煤科工集團西安研究院生產(chǎn)的 ZDY 高轉(zhuǎn)速系列鉆機等。

總體看，鉆探技術(shù)的進步為深部找礦提供了技術(shù)支撐，使深部礦體驗證成為可能。

3 結(jié) 論

(1) 我國深部資源潛力較大，500 m以下空間具有巨大找礦潛力。我國中、東部地區(qū)成礦條件優(yōu)越，但是地表找礦的余地不大，以往勘查深度集中于300～500 m，在500～1 000 m的“第二找礦空間”仍有巨大的找礦潛力，深部找礦將逐步成為今后礦產(chǎn)勘查工作的重點之一。我國已發(fā)現(xiàn)礦點、礦化點20萬處，僅1/10進行了檢查和初評，共發(fā)現(xiàn)化探異常55 098處，僅對其中的16 390處異常進行了初步踏勘檢查，異常檢查率不足30%；區(qū)域物探發(fā)現(xiàn)的異常26 510處，僅對11 291處進行了初步檢查，占總異常數(shù)的42%。另外，西部的大部分地區(qū)勘查程度低，潛力大。

(2) 目前，成礦理論、概念、模式已有新的突破和創(chuàng)新，勘查技術(shù)也取得了很大進步，深穿透地球化學(xué)、高分辨率航衛(wèi)遙感技術(shù)、大深度電磁探測、航空物探、三維地震、深部鉆探、三維可視化和數(shù)據(jù)模擬等各類技術(shù)方法和裝備的研究和應(yīng)用已經(jīng)有所突破，這都為深部找礦奠定了堅實的基礎(chǔ)，但我國將各類先進技術(shù)應(yīng)用于實踐的程度較低，是今后加強的方向。

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Progress in the study of deep mineral prospecting

ZHIChao1,2,ZHANGYu-cheng1,CHENYu-feng1,LUShun-fu3,LIAOKun4

(1. Zhangye Institute of Mineral Resources Exploration, Gansu Bureau of Non-ferrous Metals Exploration, Zhangye 734012, Gansu, China; 2. Faculty of Earth Sciences, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China; 3. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China; 4. Geophysical Exploration Party, Sichuan Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, Chengdu 610000, China)

With the development of society, bulk minerals, the scarcity of non-ferrous mineral supply and demand became increasingly prominent, expanding the resource potential by tapping deep to find the blind deposit, was a major move to ease the tensions of resources. With the advance of geological technology, deep mineral prospecting has become possible in 500 to 1 000 m, so called ’the second prospecting space’, there was still great potential for mineral prospecting. In recent years, the effectiveness of deep mineral exploration shows great potential. The research data showed that the prospecting metallogenic theory, the concept of model achieved a new breakthrough and innovation; more attention should be paid to the research and application of high-resolution aviation medical remote sensing technology, three-dimensional seismic geology, large depth of electromagnetic detection, airborne geophysical, geochemical deep penetration, deep drilling, three-dimensional visualization and data simulation and other technical methods and equipment.

Second exploration space; Deep mineral prospecting; Metallogenic theory; Prospecting technology

10.3969/j.issn.1674-3636.2014.04.657

2014-02-24；

：2014-04-03；編輯：蔣艷

中國地質(zhì)調(diào)查局資源評價項目(12120114038101，1212011120866)資助

智超(1986— )，男，助理工程師，碩士研究生，地質(zhì)工程專業(yè)，研究方向為礦產(chǎn)勘查與資源評價研究，E-mail：zchcug@163.com

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：1674-3636(2014)04-0657-13