中国重要矿产资源潜力评价工作的探索

中国重要矿产资源潜力评价工作的探索

0矿产资源预测评价的方法国家重要矿产资源潜力评价是对全国25个重点矿产资源潜力进行评估，然后按照“五个统一”原则完成中国25个重要矿产资源的潜力评价。矿产预测评价工作涉及到地质矿产勘查多学科多领域的信息资料和理论方法,是一项复杂的系统工程。在制定预测技术路线和标准时,要充分调研国内外矿产预测方法体系,形成行之有效实用的技术方法;同时要针对矿产资源评价关键技术问题进行攻关,并有所创新。矿产预测评价工作始于20世纪50年代,前苏联地矿部门开展了全苏成矿规律和成矿预测工作。阿莱斯也开创了矿产定量预测探索工作,使用波松分布数学模型进行成矿区带总量预测。20世纪80年代以来,在国际地科联推广6种定量预测方法的基础上,我国系统开展一轮和二轮区划工作、铁铜4矿种总量预测工作,开创了矿床统计预测新学科。西方欧美国家在20世纪70—80年代发展了以计算机为基础的矿产定量预测方法,美国在20世纪70年代、90年代系统完成了全美未发现的资源潜力评价工作。使用了三部式及证据权等定量方法,开展矿产定量预测。目前矿产资源预测评价方法体系可归纳如表1所示。除上述列举的预测方法外,还有一些专门的地质学科预测方法,如地球化学预测方法、地球物理预测方法等。各种预测方法各有特色,可以相互借鉴。针对长期困扰资源评价的基本问题,通过近3年努力,全国25种重要矿产资源潜力评价工作在预测方法上已有所进步。关于矿产资源评价的一些基本问题,一些专家做过许多论述,如王世称等总结了矿产资源预测三大基本问题:1)地质工作不平衡性导致矿产预测信息不对称性。地质矿产勘查工作往往在高勘探区投入大量的工作,预测模型区预测信息丰富,而在预测区工作程度低预测信息相对较少,特别是中、大比例尺地质信息少,因此提出了预测信息转换问题。2)物化遥信息多解性。由于物化遥信息是关于一个地区地质作用过程的总结果,不同地质建造可能有相同的物化遥异常信息,而物化遥异常信息也可能是不同的地质建造形成的,因此提出了地质先验前提下物化遥综合解译工作。3)地质观察认识不统一性。由于地质观察的局限性和当前技术方法水平所限,人们对矿床成因及一个地区构造演化有不同的观点与认识,而这些认识往往对预测成果起主要作用,由此提出矿产预测工作要充分应用综合信息编图进行预测信息客观提取。此外,一些专家还提出矿产预测与统计定量预测的结合问题、三维隐伏矿产二维转三维问题预测。这些基本核心问题一直是矿产预测方法创新和实践的关键问题。关于矿产预测理论基础不同学者也有不同论述。除地壳元素富集丰度理论及矿床模型作为矿产预测评价基本理论外,赵鹏大等还提出了相似-类比理论、地质异常求异理论、定量组合控矿理论;朱裕生提出了矿床成矿作用“异相定位”预测理论、矿床成矿系列“缺位”预测理论、多元信息“类比-求同”预测理论和地质体“对等求异”预测理论。矿床模型综合地质信息矿产预测方法是本次预测方法体系,特色是以成矿系列、综合信息矿产预测理论等为指导,充分利用建国以来所有地质勘查资料信息,以计算机现代信息技术处理技术为手段,开展成矿远景区圈定和潜在资源量估算。与前两轮区划和国际资源评价工作相比,在成矿系列矿产预测类型、地球动力学建造构造综合编图、成矿地质体地质参数三维估算、计算机全程定量化等方面有一些进展和创新。1成矿理论在矿产资源预测评价中的应用成矿系列理论是本次矿产资源预测评价的支柱性理论基础,发挥着重要的预测作用。成矿系列应用不仅在矿化分带、成矿系列缺位理论等地质规律的预测上得到深化,而且在预测基础矿产的类型模型确定、预测工作区划分、预测底图编制方法等方面起到先导作用。这是成矿系列理论第一次在矿产资源预测评价工作中得到系统的、程序化的标准应用。成矿系列理论在预测工作中的程序化应用标志着我国成矿系列理论的完善与发展,同时也促进了我国矿产资源潜力评价模型化国际发展趋势。1.1成矿体系及预测评价工作区确定美国地质调查局在本土矿产资源潜力评价中使用了近90种标准的矿床模型。在其“三部式”评价工作程序中,首先要根据模型总结的找矿标志准则,圈定成矿可行区带。在成矿系列理论分级中,矿床式是成矿系列中的代表性矿床,一般指矿床成矿系列中、相似成矿条件下形成的具有相似地质特征、相似元素组合和矿床成因的一些矿床组(矿床类型)。矿床式既是一般典型矿床的代表,又是某个矿床成矿系列中最重要、最能代表该系列(或亚系列)基本特征的代表性矿床,同时又具有比较明确的时空意义和成矿条件的含义,因而在成矿体系中具有“细胞”的地位和功能。二轮区划工作以来,成矿系列研究工作无论是理论体系还是应用普及都得到很大提高。特别是中国成矿体系研究厘定了我国从太古宇至第四纪各地质年代的24个矿床成矿系列类型、38个矿床成矿系列组、214个矿床成矿系列、434个矿床成矿亚系列、978个矿床式。在预测工作中,主要开展如下工作:各省预测单位根据各成矿区带中划分成矿系列的矿床式确定预测矿种的矿产预测类型;根据主导控矿地质作用及构造地质成矿背景和相应的物化遥矿化信息,确定预测工作地区范围;确定该预测类型的典型矿床,要求矿床成矿规律有代表性,勘探程度高对资源量控制程度高;使用矿床式研究方法,建立预测评价模型标志准则(表2)。通过本次研究,在全国范围确定了上千个具体矿产预测类型和预测工作区,预测工作区定义为与该矿产预测类型对应的区域,在该区域外成矿概率几乎为0。与美国地质调查局预测评价工作相比,进行矿产预测类型划分和预测工作区确定就基本完成了Tract圈定。本次预测工作是在每个工作区进行大比例尺预测。与美国地质调查局模型相比,本次预测模型更强调地区性,认为成矿时代、构造单元不一样,应该使用不同的矿产预测类型,如新疆土屋斑岩模型与西藏驱龙模型使用不同的预测模型要素进行预测。预测工作一开始就强调矿产预测类型为出发点,以矿产预测类型为纲,这是前几轮预测工作没有的,这会使预测工作目的性更强,也便于与国际接轨。1.2成矿系列研究的理论基础由于成矿系列厘定时强调的“一定的地质构造单元”,一般相当于成矿时的三级构造单元,这些构造单元不一定与现在的构造单元相对应(只有当成矿到今,构造环境和构造单元基本不变时才是一致对应的),以地球动力学为基础的区域成矿学是当今区域成矿规律研究的方向。由于大陆会聚、裂解,深部及浅部的地球动力过程引发区域大规模的壳幔反应、岩浆侵位、火山活动、变质作用等,构造作用为成矿作用提供热驱动、流体、矿源、运移通道及成矿就位空间。不同大地构造单元在不同的地质深化历史阶段,具有不同的成矿专属性。成矿系列是在地质历史演化期间,于一定地质构造环境的产物,运用成矿系列理论可以有效且深刻地认识和总结区域成矿规律。在成矿系列厘定的过程中,对构造背景成矿环境的分析是成矿系列建立的重要环节,可以说成矿系列理论是基于构造背景分析和区域成矿规律分析的综合。建造构造图编制是本次预测工作的重点,通过成矿系列前期的研究工作,确定该成矿系列主导成矿地质作用和构造演化旋回,由此确定矿产预测方法类型,这也是构成预测底图编图内容的重点依据,如沉积型矿产预测类型要编制沉积建造构造图、岩相古地理图等。2多元预测要素图编制利用地质勘查获取多专业信息研究区域成矿规律、编制矿产预测要素图是矿产预测的基础工作。一方面通过编图工作,可以使矿产预测人员全面系统地理解研究区地质构造演化历史,各类建造、构造的时空分布特征,矿产生成规律等;另一方面能够补充和完善地质填图有关成果,有针对性地补充主要含矿建造、矿化蚀变及系列反映沉积建造厚度、岩相变化等辅助图件。它是使用定量方法预测评价的基础工作。本次编图工作进展及特色如下。全面利用地质填图原始资料编制建造构造图基础地质专题通过编制1∶20万实际材料图,系统查阅原始地质填图记录。根据矿产预测方法类型和矿产预测类型确定编图重点,在东部地区广泛使用1∶5万地质成果,对主要地质建造、矿化蚀变进行细化,使得编制建造构造图能够适应圈定成矿地质体。根据成矿系列理论中占主导地位的地质作用确定编图在成矿系列理论中考虑成矿时间、成矿地质作用、一定的大地构造单元位置和成矿作用的矿床组合产物是预测评价工作的基础。依据成矿地质作用划分了岩浆作用、沉积作用与变质作用三大成矿系列组合。从预测评价的角度,三大成矿地质作用要素将用不同的预测流程、预测底图和方法组合,构成编图方法基础。在岩浆地质作用中有一类是火山地质作用,由于在预测评价时要重点考虑火山机构建造等预测要素等,故专门将火山地质成矿作用列为预测编图方法类型大类。为了预测方便,还将岩浆地质作用的矿产分为侵入岩体型、复合内生型矿产;另一类是层控内生型矿产,即与岩浆作用关系不明显、但受层位控制的内生矿产。不同方法类型编图重点各有不同,我国一些大型的沉积型铁矿、铝土矿、锰矿都属于此类。对于此类外生成矿作用形成的矿产,沉积作用是预测评价的必要因素。建立预测评价的模型是要通过沉积建造分析,进行区域地层柱状对比,确定沉积矿产有利层位的地层层序及空间分布。通过岩相古地理分析,确定有利的岩相沉积古环境。通过含矿岩系等厚度分析及含矿层位的岩性变化对比,研究矿床的预测标志要素。对于与沉积母岩有密切关系的古风化作用形成的铝土矿,还要考虑古风化壳的母岩性质及空间分布。对于一些特殊标志层如铝土矿下部淋滤形成的赤铁矿层硅质岩层是预测的重要要素。根据含矿岩系的分布及岩相古地理环境可以圈定预测区,根据标志层、基底岩性、地貌、含矿层位厚度等进行预测区的有利性优选。以岩浆岩构造作为预测评价必要条件的侵入岩体预测方法类型包括岩浆型、斑岩型、矽卡岩型等矿产。岩浆作用是预测评价的关键要素,预测评价工作围绕岩体进行,使用综合信息编制岩浆构造图是预测评价的基础工作。建立区域综合解释模型,实现多元信息综合编图在预测要素图编制过程中,最关键的问题是如何提取多专业信息解释编图成果与预测相应问题的相关信息。具体解决与成矿相关的建造问题、岩浆岩热源矿源问题、大型控矿构造问题等,及反映成矿作用的找矿综合信息。但由于一个地区现阶段地质、物化探、遥感等信息是该地区地质演化作用的总结果,由于地质作用的长期性和复杂性,一些地区可能经过多旋回地质构造演化,有多期岩浆活动、不同的建造类型和多阶段成矿作用的叠加,通过区域地质调查可以获得关于该地区综合反映的地质、地球物理场、地球化学场。如在新疆东天山地区古元古代形成了沉积变质型铁矿、中元古代形成了SEDEX铅锌矿、古生代有斑岩型铜矿、韧性剪切带金矿、火山沉积型铁矿、岩浆型铜镍型矿产等,这些不同成矿作用形成一个统一的地质、地球物理、地球化学场。沉积变质型铁矿可以有强的磁异常,火山沉积型铁矿可以有磁异常,一些基性超性岩体也可以有强的磁异常。同样不同地质构造演化事件可以形成不同时代的岩浆岩建造、火山岩建造、变质岩建造及沉积岩建造,它们可能存在不同的综合信息特征。通过地质编图确定相应的成矿地质建造,如,通过变质岩原岩恢复确定可能的成矿岩石组合,通过物化遥解释推断隐伏构造。综合信息预测编图解释模型是一个地区所有地质建造类型可能的地质、地球物理、地球化学信息表征,构成可能区分的标准组合。3体积法:成矿地质体成矿地质体地质参数法资源量估算方法是本次预测资源估算必做的标准方法,是传统地质体积的完善与应用。关于潜在资源量估算问题,资源评价专家也一直在努力想办法解决:维克斯等首先使用体积法估计未发现的石油资源,但这些探索都是基于大区域尺度,如盆地之间相似类比法估算资源量;辛格提出三部式资源量估算方法,使用了未发现矿床数、标准矿床模型品位吨位数据进行三参数模拟估算潜在资源量,该方法的核心是如何确定未发现的矿床数,它和直接预测资源量有同等难度。西方国家使用该方法都是在成矿省、全球尺度进行的,如美国地质调查局开展的全球资源潜力评价、澳大利亚最近使用19个模型开展的地质成矿省资源评价等。在20世纪80年代开展的4矿种总量预测中,除了体积法,重点探讨了数量化理论、逻辑信息法等资源量估算方法,试图用数学方法找出资源量变大、变小的地质变量组合,这些成果是统计性的,往往缺少地质解释。体积法资源量估算方法的优点是方法简单,参数可控,能够充分发挥地质专家的优势。估算的关键问题是精度问题,由于体积法采用的是外推类比的方法,与基于勘探钻孔信息圈定块段,再通过体积、品位推测得到的资源储量是不同的,体积法得到的资源量的级别要低,属预测资源量。利用矿体体积、品位、密度估算已查明的地质资源储量是地质专家最常用的方法,如我国最常用的地质块段法、截面法等,在国际上最常用的是地质统计学克里格方法。体积法是一种简单易行的资源量估算方法,基本原理是将相似类比简单外推法,相同大小含矿建造有相同的预测资源量,通过模型区地质建造体积与资源总量(包括查明和深部可能资源量)计算含矿系数,然后计算预测区体积和潜在资源量。这里的模型区是指模型矿床所在的最小预测区。在国外的资源预测中,要求模型矿床必须是经过完全勘探的,即矿床之外已经不可能再找到资源量;而我国受已知矿床的工作手段和工作程度的限制,很少有勘探完全的矿床,为了区别于模型矿床,笔者称之为“典型矿床”,即指在某一地区有代表性的、具备一定工作程度的矿床。同时为了弥补勘探不完全对预测结果的影响,本方法规定,要在典型矿床原有已查明资源量(333以上)的基础上,估算其深部和外围的334-1级别的预测资源量,此预测资源量将和已查明资源量一起,同时参与定量估算参数的运算。对体积法来说,含矿建造确定、含矿建造体积及含矿系数3个参数是影响方法效果的决定要素。该方法是建立在地质条件均一前提下的简化模型,在小尺度1∶50万、1∶100万简单预测和沉积矿产预测时比较有效。对沉积矿产来说,含矿岩系分布可以作为含矿建造进行计算,对内生矿产来说,要重新定义相应的地质载体。王世称等2000年就提出矿产资源体概念,并指出矿产资源体是一个有机整体,由大、中、小矿床组成区域密集区,明显受地质构造控制。朱裕生提出“赋矿地质体”概念,认为“赋矿地质体”是成矿地质作用产物,确定成矿区域地质背景和成矿条件,产于不同构造地质环境有不同类型的矿床。矿床空间定位就是在“赋矿地质体”中,它限定和标定了成矿地质作用的整体和空间位置。这些概念和本次使用的成矿地质体类似,成矿地质体是特定的成矿地质作用全过程形成或影响可能波及的所有地质对象。成矿地质体具有如下特性:1)成矿地质体受区域主导地质作用制约,但两者并不完全等同。与成矿作用相关的区域岩浆岩并不都能成矿,只有那些发生成矿作用的岩浆岩系统才能形成成矿地质体。2)成矿地质体是为矿产预测服务的,也是矿产预测远景区圈定的地质载体,可以将其分为不同层次:对应矿体为矿化带;对应矿床成矿地质体为含矿岩系、含矿建造、矿床成矿系统;对应成矿系列为矿集区、有利构造单元、区域成矿系统、成矿区带。3)成矿地质体限定和标定了成矿地质作用整体和空间位置,是地质预测圈定的对象。4)成矿地质体大小与资源量多少成正比关系:成矿强度越大,成矿地质体规模就越大,如甲玛、驱龙矿化蚀变范围有近50km2,存在超大型矿产。研究成矿地质体规模一定要考虑剥蚀水平、隐伏覆盖等因素,要有多种校正因子。圈定成矿地质体和估算其体积是该方法的关键,其工作程序如图1所示。该方法是建立在矿床模型法基础上的成矿地质体参数法,其精度不亚于矿床模型法。4三维三维预测的进展4.1建造-构造图预测模型随着地质找矿工作的深入,地表矿越来越少,寻找隐伏矿床也变得越来越迫切。寻找隐伏矿床的重要途径之一就是寻找隐伏的含矿建造和控矿构造;因此,通过重磁等综合信息推断与成矿有关的建造-构造,丰富建造-构造图内容,便成为矿产预测的重要任务。以安徽庐枞地区陆相火山岩型铁矿为例,次火山岩体、火山机构和断裂构造的分布在相当程度上影响着该类型铁矿的分布,如罗河、泥河、大鲍庄等。然而受后期改造的影响,大部分火山机构和部分断裂已经难以辨认,因此通过重磁解译,可以推断出隐伏的次火山岩体、火山机构和控矿断裂,从而为该类型铁矿的预测提供了地质依据,安徽庐枞地区推断的火山建造-构造图如图2所示。4.2确定深度分析在矿产预测工作中,要实现其从二维平面预测向三维立体预测的转变,三维参数(面积和深度)的确定往往是必不可少的。而其中深度参数的确定往往是三维立体定位和合理估算资源量的关键。深度确定的依据有多种,如矿体的产状延伸以及稳定情况、磁法反演、地球化学分带确定剥蚀水平、同类矿床的最大勘探深度等。以辽宁西鞍山沉积变质型铁矿为例,通过磁法反演确定预测深度。从磁法反演磁性矿体的深度可以看出,矿体可延伸至1800m,说明深部还有很大的资源潜力,如图3所示。此外,以长江中下游矽卡岩型铁铜多金属矿为例,通过利用(W+Sn+Mo)(矿尾)/(As+Sb+Hg)(矿头)等值线图来确定剥蚀深度。图4清晰地显示了各矿床的剥蚀程度:丰山洞矿床>城门山矿床>东雷湾矿床(与实际情况相符)。5采用规则网格方法和地质单元划分方法在GIS技术环境下开展矿产资源定量评价,实现资源评价工作的自动化、数字化、智能化是矿产资源勘查与预测的重要发展趋势,GIS的重要作用不仅在于其空间