2016年01月13日 星期三

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打開膠東深部找金的大門

——地調局地質力學所科研團隊科技引領膠東金礦深部找礦突破紀略

來源:中國國土資源報 作者:高慧麗 發布時間:2017-10-12

呂古賢帶領科研團隊在膠東地區開展野外構造巖相地質填圖。

在金礦行業,山東膠東地區以不足全國陸域面積的0.27%,擁有著超過全國30%的黃金儲量,其重要性不言而喻。2017年5月,國土資源部舉行山東膠東地區金礦深部找礦成果新聞發布會,宣布膠東地區金礦勘探取得具有世界級影響的重大突破,一躍成為世界第三大金礦區,也穩固了全國最大黃金儲量礦區和生產基地的地位。

在膠東,有一支探尋金礦深部奧秘的科研團隊 。他們在中國地質調查局地質力學研究所以呂古賢研究員的帶領下,在膠東找金一線持續開展研究達34年,幾乎走遍了當地所有的黃金礦山,完成20余個金礦科研項目,瞄準膠東地區深部找礦的關鍵科技問題,取得了構造物理化學理論、構造巖相填圖方法和成礦深度構造校正測算技術等創新成果,在焦家金礦率先實現深部第二富集帶的突破,打開了膠東深部金礦找礦的大門。

1 建立“玲瓏—焦家式”金礦構造物理化學模式,為深部找礦提供理論基礎

膠東地區早期的金礦找礦,以開采石英脈金礦為主。上世紀60年代初,山東地質六隊發現了膠東地區新的成礦類型——破碎帶蝕變巖型金礦床,命名為“焦家式金礦床”。金礦新類型的發現,使得山東省金礦資源儲量大幅度增長,也極大地拓寬了全國金礦找礦思路和方向。

隨著金礦資源的大規??碧介_發,自上世紀80年代開始,膠東地區85%以上金礦山陷入可采儲量嚴重不足的窘境。膠東找金,亟待向深部和外圍拓展。

而實際情況是,相對于煤礦、石油等沉積礦產,金礦的礦體規模小、構造復雜、礦床類型變化大,成礦規律難以掌握。不僅如此,膠東與金礦有關的大地構造背景、巖漿巖、控礦規律、深部找礦技術方法等,一直處于不同理論觀點爭論之中。早期研究把玲瓏石英脈金礦和焦家蝕變巖金礦作為兩個礦床類型,提出前者是中生代淺部成礦,后者是元古代深部地殼成礦;對比贛南鎢礦的五層樓分帶,指出膠東金礦也具有上部石英脈—下部蝕變巖的五層樓垂直分帶,并且依據這一認識開展了深部找礦和外圍預測,但找礦效果并不好。

那么,膠東金礦的深部找礦難題如何破解?

以膠東金礦礦田構造為博士論文選題,呂古賢發現,膠東金礦具有明顯的構造控礦特征,他堅信,應該堅持發展李四光地質力學理論和楊開慶構造動力成巖成礦的研究方向,把膠東金礦深部外圍找礦難題作為科技攻關的目標。

呂古賢帶領科研團隊深入膠東地區,對典型金礦床進行了廣泛的野外地質調查,應用區域地質、構造地質、礦床學、巖石學、地球化學、地球物理及遙感地質等綜合分析手段,進行了地質填圖、剖面測制、巖石礦物地球化學分析、應變應力測算等,創造性地應用構造—巖相形跡的新概念,首次建立了膠東太古宙—元古宙東西展布的反S弧形斷褶構造—變質巖相型式和中生代N形構造—巖相型式,并指出這兩期構造—巖相型式的疊加復合活動控制了膠東金礦的區域分布和成礦規律。

根據詳細的礦田構造、礦床構造與勘探開采的實際調查,呂古賢研究團隊明確,石英脈型和蝕變巖型金礦為同一成礦背景下不同成礦構造的產物,成礦早期階段壓扭帶產出焦家式蝕變巖型金礦,稍晚階段張扭帶發育玲瓏式石英脈型金礦,兩者在空間分布上呈水平分帶和受“入”字形構造控制,這與前人提出的的垂直分帶模式完全不同。據此,呂古賢等建立了更加符合膠東地區地質實際的“玲瓏—焦家式”金礦新類型,并強調在次級張斷裂找石英脈金礦、在石英脈金礦外圍尋找擠壓帶和蝕變巖金礦的找礦新思路。

膠東構造控礦現象非常明顯,普遍發育含金構造地球化學蝕變巖帶。但呂古賢認為,化學元素分布只是化學平衡的結果,而物理化學才是地球化學變化的原因,從而提出了“構造力改變物理化學條件控制化學平衡”的新思路。歐陽自遠和翟裕生兩位院士認為,構造物理化學理論開拓了金屬成礦學新的研究領域,構架了成礦學和找礦學的橋梁。

2 發展“構造巖相填圖”方法,提高調查和深部外圍找礦科技水平

老礦區地表的礦脈基本采空,缺失了“就礦找礦”的依據,難以建立深部預測的地質標志。為解決這一問題,要研究控礦構造系統,還必須考慮地殼的構造運動和物質成分的相互關系。呂古賢等在膠東阜山金礦實測3平方千米的構造巖相圖,并進行了物理化學參數分析,進而定義構造巖相是“顯示構造特征、建造類型和物理化學條件的構造巖石單元”,使其更便于野外識別和測量,再結合構造界面及物理化學參量急變帶成礦的揭示,提出了“構造巖相填圖”找礦方法。

在此基礎上,呂古賢等先后測制了1∶25萬、1∶5萬、1∶1萬和1∶1000等不同比例尺的構造巖相成礦圖,進而發現了蝕變巖寬度與礦床規模正相關等成礦規律。由此,將礦體和相關蝕變圍巖都作為目標,把預測標志從十幾米擴大到幾百、幾千米寬,顯著提高了預測能力。這也改變了對膠東斷裂蝕變巖的規模與成礦作用的已有認識。

“構造巖相填圖”找礦方法在焦家、大莊子等金礦獲得了良好的探礦效果。地表結合中段構造巖相填圖,焦家金礦應用“入”字形構造控礦規律提出靶區,驗證工程在空白區發現單礦脈厚5米、品位達8~12克/噸的富礦石英脈群。在大莊子金礦開展變質巖區含金綠泥石化蝕變分帶的填圖,在斷裂北部3條勘探線和6個中段找到了被錯失的礦脈,一舉扭轉了礦山資源危機局面。新城、大尹各莊、靈山、曹家洼和玲瓏等9個金礦,通過地表—中段三維構造巖相填圖,解決了中段預測、構造疊加區預測和采空區預測等難題,均取得較好的探礦效果

3 在焦家金礦首次驗證深部第二富集帶,推動膠東深部找礦的廣泛勘查活動

焦家、夏甸和玲瓏等大型金礦在上世紀90年代普遍在地下300米左右進入無礦區帶,勘探工程要么見礦不好,要么完全沒礦。而且,當時的測算表明,焦家式蝕變巖金礦形成深度為6~8公里左右,深部沒有適宜的成礦條件和新礦帶??萍既藛T對于膠東地區金礦深部找礦普遍信心不足。

為了探索膠東金礦深部礦帶,在前國家計委青年科技找礦項目《重點礦化區帶隱伏礦床找礦方法和預測》的資助下,1995年,地質力學所、山東省焦家金礦、山東省地質勘查局二隊聯合在焦家金礦開展了《山東省焦家金礦隱伏礦床深部構造物化探預測與構造物理化學研究》科研項目,目標就是對焦家深部是否發育有第二個金礦富集帶進行研究和預測。

呂古賢等開展“構造附加靜壓力”理論研究,進一步建立了成礦深度的構造校正測算方法。應用此方法,獲得了焦家蝕變巖金礦形成約2.5公里的新數據。

隨著勘查工作和研究的深入,研究團隊發現,焦家礦區Ⅰ號礦脈(蝕變巖型)和Ⅲ號礦脈(硫化物石英脈型)并非前人提出的上下關系或早晚關系,而是不同性質的“入”字形構造關系,均屬同一深度的構造層次,不能用統一的深度測算方法。他們通過地質結合地球物理和地球化學勘查,計算了礦體剝蝕保留狀況,首次提出焦家金礦屬于淺成礦床,并指出目前開采的僅僅是“礦頭”,深部才是主礦體。

根據新發現深部成礦的地質、物探和化探信息,研究團隊預測無礦段之下發育“深部第二礦化富集帶”,并圈定了焦家金礦深部第二礦化富集帶的5個成礦靶區,預測金金屬量22.5噸。

根據項目組提出的鉆探方案,山東省第六地質礦產勘查院實施深部勘查和驗證。經在焦家金礦主含蝕變帶深部(-500米以下)進行鉆探控制,勘查發現,焦家金礦床深部Ⅰ、Ⅱ號礦體尖滅再現明顯,其控礦條件和賦存規律與淺部礦體相同,從而證實了焦家金礦深部第二富集帶找礦前景廣闊。更進一步的探礦成果更加令人驚喜,在-600~-700米圈定了4個新礦體,探求金礦E級儲量2172千克。

這是膠東地區首次依據“深部第二富集帶”靶區揭露的隱伏礦體,由此開啟了膠東深部找礦的廣泛勘查活動。

4 膠東金礦深部富集帶得以證實,深部大型金礦床紛紛浮出水面

山東省第六地質礦產勘查院參考膠東金礦深部“第二富集帶”的觀點,借鑒焦家金礦深部勘探成功經驗,在萊州寺莊地區開展成礦預測和鉆探,在穿越200余米無礦段后,發現了厚大的新礦體。經過兩年半的勘查,2007年,地質六隊在焦家金礦成礦帶深部發現特大型金礦——萊州寺莊深部金礦,探明儲量51.83噸,潛在經濟價值近80億元。時任國務院總理的溫家寶特別作出批示:“請國土資源部轉告山東六隊職工,祝賀他們在金礦勘探中取得重大發現,向大家致以親切的問候?!?/p>

此后,在膠東金礦賦存“深部第二富集帶”的找礦思路和成功經驗的示范下,新城金礦、三山島金礦、夏甸金礦、臺上金礦、阜山金礦、鑫匯金礦和玲瓏金礦等,都在深部貧礦或無礦段之下又發現了新的富厚金礦帶。膠東金礦深部發育第二富集帶終于得以證實。僅山東地質六隊在2002~2011年在膠東地區新勘查發現5處超大型金礦床和15處大中型礦床,探明黃金資源儲量1225余噸,主要勘查于深部礦帶。

2014年,由山東省地礦局和中國地質科學院地質力學所等單位聯合完成的《膠東金礦理論技術創新和深部找礦突破》項目獲得國家科技進步二等獎。據了解,該項目指導膠東地區發現中型以上金礦床28個,包括6個超大型和6個大型礦床,提交新增金資源/儲量2118.483噸,占全國同期的45.17%,是全國2002年底巖金保有資源/儲量的72.7%,是山東省2005年以前50余年累計探明金資源/儲量的2.06倍。

科研工作密切結合地質找礦問題,預測靶區及時得到礦山探礦工程驗證,科研成果直接轉化為生產和經濟效益,呂古賢的科研團隊為膠東金礦深部地質找礦突破作出了實實在在的貢獻。如今,他們依然奮戰在膠東大地。

他們加入到深部探測行列,瞄準膠東金礦的研究方向和找礦難題,確定了以“一個構造巖相模式、三大巖類構造測量和多層次構造巖相找礦”為近期研究重點。他們研究膠東巖漿核雜巖隆起—拆離帶成礦模式,探討新類型新礦帶的關鍵問題;他們依據地質力學的理論和Ramsay的現代構造測量方法,開展成礦巖體野外構造填圖、結構分析與成礦作用研究;他們發展構造巖相研究,探討區域預測、礦田預測、礦化邊界預測、礦脈及礦脈群預測的多級指標系統。近期,他們完成了《玲瓏金礦田東部斷裂蝕變成礦體系三維研究與深部預測》項目,提出的4個靶區經工程驗證共計新增金屬量達14041千克。

 

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