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矿产深勘精查可望一箭数雕

——我国开展深部找矿的对策与建议(上)

来源: 中国矿业报 发布时间:2018-11-06 浏览量: 字号:T|T

随着经济社会不断发展,我国站在了新的历史起点上,中国特色社会主义进入了新的发展阶段,对我国矿产资源调查工作也提出了新要求。习近平总书记发出了“向地球深部进军”的号召,为我国现阶段矿产勘查工作指明了方向。如何深入理解“向地球深部进军”号召的精神内涵,如何以前瞻性的思路、针对性的对策和具体的工作来向地球深部要资源,是发挥好中国地质调查局职能,响应“向地球深部进军”号召的关键。

走向深部,向深部要资源,是经济社会发展的必然要求

1. 中央及部局有明确的要求

在2016年全国科技创新大会上,习近平总书记指出:“当前,国家对战略科技支撑的需求比以往任何时期都更加迫切”。“从理论上讲,地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下1万米,目前世界先进水平勘探开采深度已达2500米至4000米,而我国大多小于500米,向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。”

矿产深勘精查可望一箭数雕

我国重要矿产全球消费占比

李克强总理对找矿突破战略行动五年取得的成果给予了高度肯定:“找矿行动取得重大进展,应予肯定。要继续围绕服务经济社会发展大局,尊重科学规律,创新思路和机制,更有效调动社会资本力量,加大矿藏特别是国内矿藏深勘精查力度,进一步提高国家能源资源保障能力”。

原国土资源部部长姜大明指出,国土资源“十三五”科技创新规划,制定了以向地球深部进军为统领,全面实施深地探测、深海探测、深空对地观测和土地工程科技“四位一体”的科技创新战略,确立了“三深”战略领域跻身世界先进行列、土地科技水平显著提升的总体目标。

自然资源部党组成员、自然资源部中国地质调查局局长钟自然在地调局地质调查创新大会上提出:“向地球深部进军”要坚持以需求和问题为导向,以满足经济社会发展和生态文明建设对地质工作的需求为己任,着力破解资源环境和地球系统科学重大问题。

2. 国家资源安全战略对能源资源保障需求

近年来,我国地质找矿虽取得系列重大成果,但未来5-15年,我国重要能源重要矿产消费量持续为全球最大,对外依存度仍会在较长时期内维持在较高水平;重要矿产资源静态保障年限呈下降态势,能源资源安全保障受到严峻挑战。2017年,张高丽同志到原国土资源部考察指导工作时提出:国土资源部一定要牢牢守住国家资源安全的红线。

全球重要矿产资源的消费占比研究表明,我国未来石油、金等矿产消费量仍将维持高速增长;铁、铜、铝等大宗矿产需求增速自2020年之后逐步趋缓,但仍将长期处于高位。

从全球重要矿产产量占比看,我国石油、铁矿占比较低,增长相对比较平稳;铜、铅、锌、铝等矿种产量占比仍在不断增长;黄金产量占比增加较快。

重要矿产对外依存度方面,国内石油、铜等重要矿产消费量远大于产量,对外依存度仍将维持较高水平;预计到2030年,石油、铁矿石、铜、铝等矿产的对外依存度分别高达70%、85%、80%、60%左右。

预计到2020年,我国石油、铁、铜等矿种静态保障年限将下降到15年以下;锌、铝、铅、金等静态保障年限则将低于10年;2030年,铁矿石、铜、铝等重要矿产资源静态保障年限将跌至10年以内,能源资源安全保障受到严峻挑战。

3. 深部找矿潜力巨大

我国深部矿产资源潜力依然巨大,向深部要资源切实可行。根据全国资源潜力评价报告(2014年),我国矿产资源2000米以浅的预测资源量巨大,重要矿产资源2000米以浅的预测资源量都在已探明资源量的两倍以上。例如,2000米以浅预测资源量与查明资源储量相比,锑是查明资源储量的5.3倍;铅锌、金4.3-4.5倍;钨、菱镁矿、铬铁矿、锰、钼、重晶石为3.5-3.8倍;硬岩锂、稀土、煤炭、银、硫铁矿为3-3.2倍;硼、磷、铁、铜、锡为2.6-2.7倍;镍、钾盐分别为2倍和2.2倍。

4. 生态文明建设对矿产勘查的要求

党的十八大以来,习近平总书记一直强调要“算大账、算长远账、算整体账、算综合账”。他明确指出,“绝不能以牺牲生态环境为代价换取经济的一时发展”,多次提出“既要金山银山,又要绿水青山”“绿水青山就是金山银山”。生态文明建设的需求对矿产勘查提出了新的要求,即必须要注重“绿色勘查”。

据初步统计,国家级自然保护区共451个,约97万平方千米。根据生态文明建设的要求,开展“绿色勘查”,就要求矿产勘查工作避让和退出自然保护区。这在一定程度上压缩了面上找矿的空间,但这也正是深部找矿发挥其用武之地的契机。

深部找矿具有以下优势:勘查活动主要在地表以下,对生态扰动小;受相同或相似控矿条件的影响,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、已有探采选设施,多快好省地进行开发利用;有助于解决制约资源型城市和危机矿山、老矿山可持续发展的困局,稳定职工就业。

我国深部找矿现状分析

1. 勘探开采深度

目前,国外矿产勘查开采深度超过1000米的矿山有80余座,主要集中在加拿大、南非、美国、澳大利亚等矿业发达国家。其中,深度在1000米~2000米的有60余座,2000米~3000米的有12座,3000米~4000米的有5座,4000米以上的有1座;南非的兰德金矿(West Driefoven)最大开采深度达到4530米;印度德干高原的科拉尔金矿钱皮恩里夫矿段最深达到3260米。我国金属矿产探采深度总体不足500米,开采深度超过1000米的矿山不足20座。目前,我国开采深度较深的矿床有:河南省秦岭金矿,1990米;云南会泽铅锌矿,竖井1526米;吉林夹皮沟二道沟金矿1600米(2013年竖井1320米);辽宁二道沟金矿1100米;辽宁红透山铜矿1100米;河北省金厂峪金矿1100米;胶东地区乳山、玲珑等4座超1000米金矿山,分别为1000米、1132米、1188.5米、1263米;安徽冬瓜山铜矿1100米等。这些矿床在深部探获了大量的矿产资源,展示了老矿山深部找矿的巨大潜力。

近年来,我国矿产勘查的深度也在不断加大,根据全国钻孔数据库(固体矿产)资料显示,全国已经完成1000米以上钻孔约14000个,2000米~3000米钻孔170个(煤田勘查14个、金属矿产34个,非金属117个,综合5个),3000米以上金属矿产勘查钻孔2个,均为胶东地区金矿勘查钻孔,分别在三山岛断裂带和焦家断裂带实施,孔深4006.17米和3266.06米。其中,焦家断裂带在2800米以深探获多层金矿体,是我国目前最深的见矿钻孔。该孔的实施,极大地激励了广大地质工作者深部找矿的积极性。据统计,在胶东地区近年来共计施工大于1500米深的钻孔达183个。

2. 国家重大地质勘查专项取得一系列深部找矿突破性成果

自2004年起,国家先后实施了“全国危机矿山接替资源勘查专项(2004~2011)”、“老矿山深部与外围找矿计划项目(2012~2014)”、“全国重要矿集区找矿预测二级项目(2016~2018)”等重大地质勘查项目,均有自然资源部中国地质调查局发展研究中心(原国土资源部矿产勘查技术指导中心)参与组织实施或承担。2004年~2017年,累计投入资金69亿元。其中,中央财政资金41亿元,地方财政资金3亿元,企业资金25亿元。累计完成钻探343.2万米、坑探45.5万米。这些项目开展了大量的深部找矿工作,取得了一系列的深部找矿突破性成果,在很大程度上推动了我国深部找矿工作的发展。

(1)老矿山深部找矿新增一批资源储量

共398座矿山实施了接替资源勘查,新增资源储量达大型及以上规模矿床63座、中型117座,大中型矿床占实施矿山总数的45%。

比如,西藏罗布莎铬铁矿深部找矿重大突破。西藏罗布莎铬铁矿先后实施了危机矿山和老矿山接替资源找矿项目,通过研究罗布莎铬铁矿区含矿构造岩相带与矿体空间分布规律,配合重磁电综合解释,圈定深部找矿勘查区,经钻探验证发现隐伏矿体,实现了铬铁矿找矿重大突破。罗布莎矿床于2004年以后累计新增铬铁矿资源储量约400万吨,相当于前40年累计查明总和,占全国铬铁矿储量的80%。其中,2012年~2014年在罗布莎矿区发现和评价Cr-80等多个铬铁矿盲矿体,控制矿体长达160米,斜深300余米,矿体品位40%~55%,矿石类型主要为冶金级致密块状铬铁矿;引领企业跟进勘探,提交铬铁矿资源量201.77万吨。在香卡山矿区发现Cr-166等6个铬铁矿体,估算铬铁矿石资源量25.36万吨。2018年,全国重要矿集区找矿预测二级项目在罗布莎矿集区开展深部找矿工作,已有3个钻孔探获稠密浸染状-致密块状铬铁矿矿石,仅以见矿孔估算,预计新增铬铁矿矿石近30万吨。初步分析认为本次发现的矿体与原香卡山矿区Cr-168矿体可能为同一矿体,预计该单矿体资源量有望超过130万吨,超过罗布莎矿区Cr-80矿体,成为罗布莎矿床乃至国内第一大铬铁矿单矿体。

又比如,广西铜坑锡多金属矿深部找矿重大突破。全国危机矿山接替资源勘查专项通过实施广西南丹县铜坑锡矿接替资源勘查项目,通过以理论创新指导找矿,通过对矿床成因模式和成矿结构面的研究,认为应注重对“硅钙面”和层控型矿体的探索,施工钻探开展深部找矿,在深部新发现层状矽卡岩型矿床:新增铅锌、铜、锡金属量287.56万吨,银2199吨,相当于5个大型规模矿床

(2)新发现2处国家级资源基地

通过国家地质勘查项目的实施,发现矿床和新增资源量,促进形成了大兴安岭南段锡多金属矿和西秦岭金矿两处国家级资源基地。其中,在大兴安岭南段维拉斯托、拜仁达坝、红岭等多个矿床实施了接替资源勘查项目,新增锡50多万吨,改变了我国一直以来锡矿的勘查开发“南重北轻”格局;在西秦岭地区大水金矿(格尔珂金矿)、早子沟金矿等矿床开展接替资源勘查,新增金资源量200多吨,累计达到近600吨,有望成继胶东之后,我国最具潜力的金资源基地。

(3)多个重要矿集区深部发现了新矿种新类型

通过深部找矿,在辽东矿集区、内蒙古赤峰北部矿集区、山东牟乳矿集区、河南小秦岭矿集区、湖南坪宝矿集区、云南澜沧矿集区、广东大宝山矿集区等矿集区深部发现了新矿种新类型。例如,在云南澜沧铅锌矿深部,新发现了厚达696米钼矿,新增资源储量相当于5个大型钼矿;在湖南黄沙坪铅锌矿深部,发现厚达336米厚钨锡钼铋矿,新增资源储量相当于8个大型钨锡矿。

(4)找矿空间从地下500米拓展到2000米

以往我国的矿产勘查深度基本上在500米以浅,通过多轮的国家勘查项目的实施,将找矿空间扩展至地下2000米。2004年以来,全国固体矿产最大勘查深度为1400米;2006年,危机矿山专项在山东三山岛金矿实施的钻孔ZK56-4,孔深2060.5米,是我国首个突破2000米的固体矿产勘查钻孔。据统计,接替资源勘查项目在全国共实施2000米以深钻孔3个,1500米~2000米钻孔22个,1000米以浅钻孔295个,对推进我国的矿产勘查从500米以浅到地下2000米功不可没。

3. 深部找矿理论创新与技术进步

(1)创建了“三位一体”的勘查区找矿预测理论

众所周知,矿产预测主要分区域矿产预测和勘查区找矿预测,前者被称为中小比例尺预测(≤1∶5万比例尺),主要目的是提交找矿远景区;后者被称为大比例尺预测,主要目的是部署探矿工程、揭露矿体位置。自20世纪80年代以来,国内外创建并研究和总结出了许多区域矿产预测理论方法。如赵鹏大院士等提出的“三联式”数字找矿与定量预测评价矿产预测理论方法,王世称等提出的“综合信息预测方法技术”,朱裕生和肖克炎提出的“GIS矿产预测方法技术”等。然而,大比例尺矿产预测的概念则是到20世纪80年代我国开展“成矿区划”工作时才提出的。当时并没有十分明确的内容,一直以来,也未形成一个整体的理论研究体系。追溯我国矿产勘查历史,在20世纪50~70年代,我国主要借鉴前苏联的做法,通过1∶20万区调、1∶20万区域化探、航空磁测和区域重力测量等手段获得基础资料,再通过区域性工作直接发现矿产地,或者通过物探和化探异常查证工作发现矿产地。自20世纪80年代开始,随着全国第二轮区域化探扫面工作的进行,掀起了以水系沉积物测量信息为主的找矿热潮。这一时期,绝大部分矿产地是经过化探异常查证后发现的。直至20世纪末,我国矿产勘查基本以发现地表或浅部矿床为主。进入21世纪以来,在工业化和城镇化高速发展的带动下,我国又掀起了新一轮矿产勘查高潮。随着勘查工作程度的提高,矿产勘查领域正在发生历史性的转变——从以寻找地表矿或浅部矿为主逐步转向寻找隐伏矿和深部矿。

以叶天竺教授为核心的研究团队,依托指导危机矿山、老矿山等国家重大找矿专项的宝贵找矿经验和生动矿床实例,在对国内几十个典型矿床成矿机制和找矿预测模型研究的基础上,创新性地提出了一套以“成矿地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用特征标志”为核心的“三位一体”勘查区找矿预测理论,填补了我国勘查区找矿预测的空白,也使深部找矿有了新的理论和方法“利器”。

该理论以勘查区找矿为出发点,以成矿作用内因(元素的地球化学特征)和外因(地质作用类型)为切入点,提出了勘查区找矿的地质方法解决方案,破解了信息不对称前提下二维转三维的找矿预测难题,最大限度地降低了找矿标志的不确定性,显著提高了找矿预测可信度,为我国勘查区找矿领域提供了系统的方法体系。

以该理论为指导,我们可以将勘查区深部找矿和已知矿山深部找矿定义为:以岩石学、矿物学、地球化学和矿床学等理论为指导,以1∶1万~1∶2000大比例尺岩性构造蚀变地质填图为基础,通过成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志研究,构建勘查区找矿预测地质模型,结合应用物探和化探综合方法,推断矿体赋存位置,通过工程施工,发现并查明工业矿体的专门性工作。近年来,老矿山找矿、整装勘查区和矿集区找矿工作的实践证明,在勘查区找矿或已知矿深部勘查工作中,按照此理论和方法,能够显著提高预测成功率。

该成果在国内已广获业内专家和一线技术人员的认可。陈毓川院士评价:“该成果为深部找矿提供了系统的方法体系,实现了深部找矿重大突破。”翟裕生院士评价:“该项工作改变了我国重要矿集区深部成矿特征的传统认识,对我国华北陆块北缘、西秦岭、黔西南等成矿区带金矿床类型及成矿机制等方面取得突破性认识,并将该理论作为我国重要的原创性矿床学三大理论之一。”裴荣富院士评价:“该项工作开拓了我国深部找矿空间,引领全国深部找矿热潮,推动了深部找矿的战略性转折。”目前,该理论与方法被自然资源部中国地质调查局最新的1∶5万矿产地质调查技术规范所吸纳。《勘查区找矿预测理论与方法》专著也已被选入中国地质大学、中国科学院大学等高校研究生教材。