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我國深部找礦技術的突破——隱伏礦深部定位預測技術集成及應用
發布日期:2007/6/26 16:32:22  來源:《中國科技成果》2007年第9期  

    礦產資源是人類社會賴以生存和發展的基礎,礦業已成為我國國民經濟發展的支柱性產業,確保礦產資源的穩定供應是國民經濟可持續發展的基本條件。溫家寶總理多次強調“要高度重視礦產資源的可持續開發利用問題,應作為主要的戰略性任務來抓”。

    一、我國礦業發展已陷入資源短缺的窘境

    近20年來,我國進入了國民經濟快速發展階段,對礦產資源的消耗量迅速增長,現有的資源儲備已經遠遠滿足不了日益增長的需要,早已到了“寅吃卯糧”的不可持續發展境地。據有關專家預測,到2020年,我國礦產品的需求量將再增加一倍,而國內45種主要礦產資源的保有儲量僅能滿足需求的1/3,如果沒有新的資源儲備,大宗礦產品將會主要依賴進口,并將超過美國成為世界上最大的礦產品進口國。

    雖然經濟全球化、多元化為我國進口礦產資源提供了有利渠道,但霸權主義和扼制中國“和平崛起”的勢力依然強大,跨國公司的兼并重組強化了對全球礦產資源的壟斷,使我國的資源保障體系面臨嚴重的威脅。更為嚴峻的是,我國600多座大中型礦山有2/3已經進入中、晚開采期,后備資源嚴重不足,近年內相繼閉坑或轉產,近千萬工人下崗,極大地增加了社會負擔和不穩定因素。如果不能盡快提供新的后備資源,“四礦”問題將會嚴重制約國民經濟的持續、穩定和快速發展。

    二、深部找礦工作緊迫、難度大

    如何確保礦產資源的可持續供給,已成為國家長期的重要戰略任務,2002年10月15日,溫家寶總理在中國地質工作50周年紀念大會上指出,“要在市場需求和有資源潛力的老礦山周邊或深部,努力探尋新的接替資源”。

    我國礦產資源接替基地面臨的主要找礦難題是:老礦山深部和各類隱伏區的探礦難度大,急需先進、高效的理論和技術方法指導深部找礦。

    目前,我國大部分金屬礦山位于地形條件相對較好的地區,探查和開采深度均停留在500米以上范圍。而500米深度以下,不僅地質構造環境復雜,加大了找礦的難度,而且原有的探測儀器分辨率不高等諸多技術問題,更是嚴重影響了對深部資源的勘查開發。最新的成礦理論研究和深部定位預測驗證結果均表明,地下500~1500米深度見礦范例眾多,表明我國大陸深部蘊藏著潛力巨大的礦產資源。如何準確、有效地開展深部定位預測,已成為迫在眉睫的重大研究任務。

    三、選準突破口,攻深找盲,效果顯著

    作為國家級科研單位,必須急國家之所急,為國家目標服務。中國科學院地質與地球物理研究所首先選擇了深部找礦潛力巨大的膠東金礦作為突破口,發揮中國科學院多學科的綜合技術優勢,開展隱伏礦深部定位預測技術集成與示范研究。

    近5年來,將主要研究目標鎖定為“隱伏礦深部定位預測技術”。在涂光熾院士“向科技要黃金”和劉光鼎院士“攻深探盲,尋找大礦、富礦”的思想指導下,以國家需求為主攻方向,與不同地區的金屬礦山企業緊密結合,在金屬礦床的成礦機理、綜合觀測技術、資料處理與解釋、院地合作等方面取得了新的進展,并將成套或單項技術向其它礦種推廣,做到了“理論上有創新,技術上有突破,儲量上有貢獻,經濟效益和社會效益顯著”,取得了“隱伏礦深部定位預測技術集成及應用”這一具有重大顯示度的科研成果,充分體現了“前瞻性”、“示范性”的特點,相關成果已經在國內外產生了實質性的重大影響,并取得巨大的經濟效益和社會效益。

    1.提出并證實“膠東深部存在第二富集帶”

    膠東是我國最大的黃金生產基地,接替資源主要在深部,蝕變巖型金礦是該區最具找礦潛力的成礦類型之一。

    科研人員論證了“膠東蝕變巖型金礦深部存在第二富礦帶,深度約600~1200米,礦體在側伏方向上具有等間距雁列分布”的規律。根據這一預測思路,在膠東最重要的三條成礦帶(焦家、招平、牟乳)上開展科技攻關。從巖石物理性質差異的角度認識深部地質結構和成礦規律,大膽地依據“從深部到淺部”的找礦思路,“綜合應用、聯合解釋”這一創新性的全新認識和解釋觀念,打破了過去由地表到深部的找礦思路。充分發揮高技術優勢,采用精密地球物理儀器測量,獲得精確的數據,并對數據、圖表進行準確校正,輸出高精度的資料圖譜。地質、地球物理、地球化學研究人員密切合作,達到高水平的解釋效果。

    他們與礦山和地方有關部門合作,首先選擇在河西、曹家洼等典型蝕變巖型金礦開展深部定位預測地球物理找礦工作,在地下800米處發現了規模巨大的盲礦體,目前鉆探工程已分別控制金儲量12.6噸(河西)和11.4噸(曹家洼),使小礦山躍為大礦山,并有望成為超大型金礦。此后,又在膠東西北部和東部地區的10多個礦山成功地開展了深部找礦的示范工作,建立了蝕變巖型金礦綜合地球物理勘查技術模型,有效地影響和指導了該地區其他勘查單位的找礦工作。還與國際第三大礦業公司加拿大普拉塞爾多姆公司合作,在阜山金礦取得了顯著的找礦效果,得到國外專家的稱贊。在這一找礦思路的指導下,又在黑龍江、河北、山西、內蒙古、浙江、貴州、海南等地開展了深部找礦示范工作,同樣取得了顯著的效果。

    2.提出“地、物、化三場異常相互約束”的隱伏礦定位預測新思路及最佳技術方法組合和工作流程,并在不同類型覆蓋區和老礦山深部定位預測中取得顯著效果

    隱伏于地下的金屬成礦元素富集體(即礦化體)是地殼組成的一部分,與圍巖有一定的物理和化學性質差別,構成相對獨立的物理場和化學場,是采用多種技術方法確定地質、地球物理、地球化學異常的基本依據。目前,重、磁、電法雖然能夠圈定異常的大致范圍,但無法準確圈定隱伏異常體的邊界和深度;各種非常規的深穿透地球化學勘查技術雖然能夠發現隱伏的元素異常,但無法準確給出埋藏深度;先進的地震勘探技術雖然能夠準確圈定地質體內的各種構造界面,但無法確認其是否為成礦構造部位,在直接識別巖性方面也存在一定難度。

    因此,在目前的理論和技術水平條件下,隱伏礦定位預測的目標應當是儲礦構造,勘查技術的發展也應當是以精細刻畫隱伏地質體結構特征為主攻方向。只有同時具備地質結構場異常、地球物理場異常、地球化學場異常的構造部位,才是最佳的隱伏礦床勘查靶位。預期的勘查目標應當以隱伏的礦化蝕變帶為主,當然也可能是礦體。

    這一思路和技術方法的提出與應用,極大地縮短了找礦選區和靶區評價的周期,較好地滿足了生產單位的迫切需要。近5年來,通過與地方部門合作,已發現33個深部找礦靶區。其中,在黑龍江北部森林植被覆蓋區發現了一座具有大型成礦遠景、高品位、新類型金礦,已經得到國際著名的澳大利亞瑞祥資源公司大規模勘探成果的認可,并為進一步擴大遠景提供了重要依據;在河北、山西老變質巖及黃土覆蓋區發現了延深400余米、厚度100余米的金礦帶,為延長礦山壽命提供了科學依據;在內蒙古西部荒漠戈壁覆蓋區發現了深部隱伏的銅(金)礦化巖體,在東部草原覆蓋區大型鉛鋅礦外圍新發現了銀鉬金遠景區,為評價大型找礦靶區遠景和生產單位制定遠景規劃提供了重要依據;該項技術組合還在新疆哈密地區銅鎳礦深部預測中得到成功的應用,在河北北部快速評價了一個矽卡巖型鐵礦,準確圈定了礦體邊界,為生產部門制定發展戰略提供了科學依據。將理論和技術向礦山工程和地下水資源研究領域延伸,開展地下復雜采空區及儲水構造的高精度預測工作,取得了重要突破,受到勘察設計部門的高度贊揚。

    3.儲量上有巨大貢獻

    (1)迄今為止,已經為10余個礦山設計了66個驗證鉆孔,其中58個見礦,8個見到目的層,見礦成功率高達87%,這在勘探史上也是少有的。

    (2)提交工程控制的金儲量25噸以上,經濟效益超過30億元人民幣;

    (3)部分得到驗證的預測金儲量近130噸,潛在經濟效益150億元,鐵儲量60多萬噸,潛在經濟效益1億元。

    (4)提交科研預測金儲量300噸以上。

    四、理論創新和技術創新成果顯著

    (1)提出并證實“膠東深部存在第二富集帶”,為該區深部找礦提供了重要的科學依據;

    (2)提出“地物化三場異常互相約束”的隱伏資源定位預測新思路,并在不同類型覆蓋區得到有效的應用;

    (3)建立了一套適用于蝕變巖型金礦的地質、地球物理、地球化學、遙感等信息集成技術;

    (4)自主研發了適用于復雜地震地質條件的反射波地震勘探系統及資料處理軟件;

    (5)建立了二維反演密度界面的金礦地質模型;

    (6)近5年來,在國內外刊物上累計發表論文80余篇(含10篇SCI刊物論文);完成科研預測報告及圖件30余份,200余萬字;計算機處理了大量的原始及二次開發的資料。

    五、科研成果在國內外產生巨大的影響

    (1)深部找礦工作的成果,挽救了一批資源危機礦山,穩定了生產,安定了人心,為維護社會穩定,擴大就業做出了重要貢獻。

    (2)膠東深部找礦的成功,及其在全國不同區域進行的示范工作成果,帶動了企業和礦山重視深部找礦工作,增強了金屬礦山繼續在深部挖掘資源潛力的信心。

    (3)贏得了企業和礦山的信任,紛紛登門邀請并要搞協作體;很多科研單位、大學及武警部隊都找上門來,愿意合作并開展學術交流等活動。這種情況,已經到了“踏破門檻”、“應接不暇”的地步。

    (4)中國黃金協會已經正式確認了中國科學院在黃金行業的重要地位,認為中國科學院無論是理論研究還是找礦技術方法在國內外都有獨特的成就。

    (5)科研成果多次在國際會議上交流,引起強烈反映,外國大的礦業公司也紛紛提出合作意向,目前已經與世界第三大礦業公司PLACER DOME簽訂了合作協議,建立區域4D模型并得到了科技部的支持,得到了123萬科研經費支持。

    由于他們的高精度定位預測技術已經占領了膠東金礦接替基地,成為國內黃金地質勘查領域的領頭羊;綜合勘查技術受到了重點省區、企業、地勘部門、高校及科研單位的推崇,擴大了中國科學院的知名度;找礦預測成果的信譽度高,也引起國外大型礦業集團的注目,已經主動開展合作研究。

    六、開辟了院地、院企合作的新模式

    1.該項重大成果的主要應用對象有三類

    (1)“四礦”問題突出、國家實施的“西部大開發”、“振興東北”、“中部崛起”等政策涉及的重點地區和礦產資源接替基地;

    (2)處于不同地質地貌環境、不同成礦類型的國家急需礦種的礦山或勘查區;

    (3)相信“科學技術是第一生產力”、具有風險投資意識、合作關系良好的企業或集團。

    2.重點支持三類企業

    (1)國家投資的大型骨干企業;

    (2)行業“龍頭”企業;

    (3)在貧困地區投資探礦的國內外企業。

    該科研集體以中青年科研人員為骨干,由中科院地質與地球物理所“礦產資源探查技術”、“隱伏資源預測與探查”、“地質流體與成礦”三個學科組的成員組成,還包括中科院遙感應用研究所的部分同志,他們都是科技部973重點國際合作項目及中科院“創新工程”首批重大項目的科研骨干。


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