成矿地质体找矿预测理论与方法_严光生.pdf

第 卷 第 期 年 月地 质 通 报 .,.,收稿日期：；修订日期：资助项目：全国危机矿山接替资源找矿专项、国土资源公益性行业科研专项（编号：）和中国地质调查局项目（编号：、）作者简介：严光生（），男，博士，研究员，从事矿产资源评价、找矿预测理论和空间地球化学研究。：.通信作者：叶天竺（），男，正高级工程师，从事矿产勘查及找矿预测研究。：.：.成矿地质体找矿预测理论与方法严光生，叶天竺，庞振山，薛建玲，程志中，吕志成，韦昌山，王玉往，祝新友，陈辉，张晓飞，隗含涛，,.中国地质调查局，北京；.自然资源部矿产勘查技术指导中心，北京；.中国地质调查局发展研究中心，北京；.中国地质调查局地质力学研究所，北京；.北京矿产地质研究院，北京；.中色紫金地质勘查（北京）有限责任公司，北京.,;.,;.,;.,;.,;.().,.,摘要：在大量典型矿床剖析的基础上，以矿物学、岩石学、矿床学、构造地质学、地球化学等基础理论为指导，以大量实地观察和实验数据为支撑，通过总结矿山深部和外围找矿实践和典型矿床研究成果，按照成矿作用内因和外因相结合的辩证思维，成矿作用时间、空间、物质能量相统一的综合思维，以及元素地球化学分类和找矿预测矿床分类的比较思维，提出成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志等概念。成矿地质体是形成矿床主要矿产、决定主成矿阶段空间位置的成矿地质作用的实物载体，划分为沉积作用、火山作用、岩浆作用、变质作用和大型变形作用形成的 类成矿地质体。成矿结构面是赋存矿体的各类界面，包括构造界面、岩性界面、物理化学转换界面；成矿作用特征标志是能够直接指示矿体赋存位置和对找矿预测具有特殊意义的标志。依据成矿地质作用对中国主要矿床类型进行梳理划分，归纳总结了主要矿床类型的地质特征，构建了反映矿体赋存位置的成矿地质体成矿结构面成矿作用特征标志“三位一体”找矿预测地质模型。在此基础上，提出勘查区找矿预测的工作方法，对矿床学研究、找矿预测、矿产勘查工作具有重要的指导意义。关键词：成矿地质体；成矿结构面；成矿作用特征标志；找矿预测；三位一体；矿产勘查工程中图分类号：文献标志码：文章编号：（）,():,()(),.().,.,.,.,(),.,.,.:;矿产预测学是应用成矿地质理论，通过成矿规律研究，分析成矿要素，结合地球物理、地球化学等探测信息，总结成矿预测要素，经过类比和定量预测，判断成矿远景地段，指导矿产勘查工作，发现工业矿床的一门理论与方法（胡惠民，；朱裕生等，；叶天竺等，）。世纪 年代以来，矿产预测学作为一门独立学科从找矿勘查学中逐渐划分出来（赵鹏大，；孙文珂，）。到 世纪初，随着中国经济建设发展对矿产资源的需求增长，出现了第二轮全国性找矿高潮。随着找矿实践活动的深入，矿产预测学的理论和方法逐渐成熟，并走向综合化和体系化（肖克炎等，；赵鹏大等，；范永香等；朱裕生，；叶天竺等，；成秋明等，；丁建华等，；王世称，；陈建平等，；肖克炎等，）。根据预测工作区范围和比例尺，可将矿产预测分为区域矿产预测（:万比例尺）和勘查区矿产预测（:万比例尺，亦称为大比例矿产预测）种。大比例尺矿产预测的概念是 世纪 年代在中国开展成矿区划工作时提出的（吴承烈，）。年，原地质矿产部成矿区划研究室朱裕生等在制订全国第二轮成矿区划技术要求时，把:万比例尺的矿产预测划为大比例尺预测（胡惠民，）。当时，对大比例尺预测的目的任务、资料基础、方法程序、成果等要求较笼统，并没有确切的说法，一般和区域矿产预测一并讨论。常见的大比例尺预测方法可分为 类：一类是以科研院校为主的专题研究工作，采用典型矿床研究的方法手段，通过专题研究，总结成矿地质条件和成矿作用特征，进行矿床成因分析和矿床类型划分，提出类比预测意见。这类方法虽然获得了一批有价值的成果，但难以直接推断矿体的赋存位置。另一类是勘查人员主要凭实践经验，依据一般矿床类型成矿特征分析，利用野外获取的矿床地质、矿化蚀变等现象提出找矿思路，边预测边验证，属于“一事一例”的经验式阶段，理论方法缺乏系统性和综合性。叶天竺等（；）在开展 个全国危机矿山接替资源找矿项目，个典型矿床研究的基础上，结合国内外近年来的重大找矿发现，边实践，边探索，总结了一套勘查区找矿预测方法，将大比例尺矿产预测方法技术系统化、综合化，称为成矿地质体找矿预测理论与方法。该理论方法为中国勘查区找矿提供了系统的方法体系，显著提升了中国大比例尺矿产预测理论与方法水平，使矿床学、矿床地球化学研究与矿产勘查紧密结合，研究成果直接服务于找矿工作，解决了产学研严重脱节的问题，为中国众多危机矿山和老矿山找矿工作提供了理论方法，并取得了显著成效（薛建玲等，；于晓飞等，；陈辉等，；吕志成等，；庞振山等，）。本文重点地 质 通 报 年阐述该理论方法体系的概念、研究思路、基础理论、矿床类型划分、核心内容、找矿预测地质模型、主要矿床类型找矿预测地质模型、工作方法等，研究成果不仅为矿山找矿供了强有力的科技支撑，而且对促进中东部深部找矿提供了理论基础，在指导找矿工作中取得显著成效。研究思路与基础理论.基本概念成矿地质体找矿预测理论与方法是以岩石学、矿物学、矿床学、构造地质学、地球化学等理论为指导，以大比例尺岩性构造蚀变专项地质填图为基础，研究成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志，构建成矿地质体找矿预测地质模型，结合应用物探和化探综合方法，推断矿体赋存位置，通过工程验证，发现并初步查明和评价工业矿体的专门性工作。该理论以勘查区大比例尺找矿预测为出发点，是矿产勘查工作的重要组成部分，又称为勘查区找矿预测理论与方法。.研究思路采用内因与外因相结合的辩证思维，时间、空间、物质、能量相结合的综合思维，元素地球化学分类和找矿预测矿床分类的比较思维，以元素地球化学特征和成矿地质作用的关系为切入点，以成矿物质迁移、沉淀、集聚为研究对象，研究成矿过程中的普遍规律作为找矿预测标志，揭示成矿作用机制，以成矿地质作用划分矿床类型，按矿床类型构建找矿预测地质模型，提出勘查区找矿的地质方法解决方案，破解信息不对称前提下二维转三维的找矿预测难题，最大限度地降低找矿标志的不确定性。应用矿床地球化学理论，研究成矿物质从流体状态转变为固体矿物的短暂过程。成矿作用过程复杂，成矿类型纷繁多样，巨量成矿物质集聚堆积受各种复杂的因素影响，现阶段科技水平和实验室水平尚不具备全面进行理论总结的条件。元素地球化学特征是理解矿床成因和开展矿产预测的基础和纽带。勘查区找矿预测的任务是应用矿床地球化学理论解释复杂的成矿地质现象，通过研究成矿物质到达容矿空间后由流体转变为固体矿物的物理化学条件变化，从元素地球化学特征的角度再现这一过程，进而解决找矿标志的不确定性问题。解释复杂纷繁的地质现象，研究确定性找矿标志。决定成矿作用的内因是元素地球化学特征，外因是地质作用条件。通过两方面的研究可以对成矿地质现象进行甄别，区分偶然现象和必然现象，把能够用元素地球化学行为特征理论解释的普遍性现象确定为必然现象，排除无法进行相关理论解释的偶然现象。把成矿作用过程中由元素基本地球化学特征确定的，在各种地质作用条件下都可以出现的普遍现象作为确定性找矿标志。通过地球化学基础理论解释、热力学和矿物学实验资料验证、典型矿床地质事实证实、部分找矿预测实践验证等途径加以确认和归纳，显著提高找矿预测可信度和成功率。.基础理论成矿作用是构建找矿预测地质模型的理论基础，其基本问题十分复杂又涉及面广。目前人类难以完全理解成矿作用的基本机制，但是通过大量矿床的实际资料研究、实验矿物学数据的积累，可以对其基本机制归纳如下。.成矿作用是地质作用的产物沉积、火山喷发、岩浆侵入、区域变质、大型变形构造等地质作用是形成特定类型矿床的前提和必要条件。成矿作用的产物为矿体，地质作用的实物载体为地质体，与成矿作用有关的地质作用为成矿地质作用，其实物载体为成矿地质体。矿体与成矿地质体在动力学、时间、空间、物质成分等方面有密切的关系。（）成矿作用的产物是矿体，形成主矿体空间定位的成矿地质作用实物载体是成矿地质体。成矿地质体为成矿物质集聚提供了能量。从找矿预测角度而言，无论流体（含挥发组分）、成矿元素等物质来源如何，都必须在成矿地质体中聚集，因此成矿地质体的研究构成了成矿作用研究的基础。（）成矿作用主要发生在地质作用中晚期。沉积型矿产是“同生”成矿，成矿物质通常在沉积分异较充分的条件下聚集，在某一类型岩石形成末期的不同岩性界面上形成含矿层位；与火山喷发和岩浆侵入有关的成矿作用，正岩浆成矿作用是在岩浆侵位过程中或侵位后，发生熔离作用、结晶分异作用成矿，岩浆热液成矿作用发生在火山熔体喷发或岩体侵位以后，大规模成矿流体活动引起成矿物质集聚、沉淀成矿；区域变质成矿作用（包括变质和变成第 卷 第 期严光生等：成矿地质体找矿预测理论与方法成矿作用）一般发生在变质作用中岩石经过重结晶以后，与变质流体相关，其中部分变质矿产也可以在变质作用的同时发生重结晶作用而叠加富集；大型变形构造成矿作用发生在韧性变形后期和脆性变形转换阶段，成矿物质主要在脆性阶段就位。（）成矿作用在地质作用影响范围内发生。空间上，成矿作用必然发生在成矿地质体热动力或沉积水动力影响范围内，因此采用概率统计方法可以确定成矿地质体和矿体的空间关系。成矿作用和地质作用密切相关，但两者的强度、规模、形成机制、表现形式具有较大差异，它们互为因果，但在研究内容和方法方面又存在较大差别。.界面成矿成矿作用发生在各种地质界面上，主要包括 类：岩性界面、构造界面和物理化学界面。（）岩性界面指各种岩石类型的接触面或转换面，在成矿作用过程中非常重要。岩性界面包括：不同地质作用形成的不同岩石类型的界面，例如沉积岩、变质岩和侵入岩等岩石界面；不同物理性质的岩石界面，例如沉积岩中的硅质岩和砂板岩；不同化学性质的岩石界面，例如碳酸盐岩和砂板岩、硅质岩等（贾德龙等，）。（）构造界面指各种构造作用形成的界面，包括：原生构造界面，例如沉积岩中的层理面、生物礁、不整合、平行不整合界面，侵入岩体接触面和火山喷发间断面等（陈毓川等，）；后生构造界面，例如：断裂、褶皱、节理、裂隙等（舒斌，）。（）物理化学界面指温度、压力、氧化还原电位和酸碱度变换界面。物理化学界面一般常附生于岩性界面和构造界面上，也可独立存在，例如砂岩型铜矿、铀矿，矿体主要形成于同一岩性层的氧化还原转换带或转换面。斑岩型铜矿矿体经常形成于酸碱转换面（带）。界面的存在，造成体系内温度、压力、氧化还原条件、酸碱度的变化，破坏了体系的物理化学平衡，成矿组分从流体中沉淀形成矿物，直接控制了矿体位置。类界面存在一定关系：岩性界面和构造界面一定是成矿作用物理化学转换面（带）。例如构造界面一定是成矿作用的降温减压界面，砂岩型铜矿、铀矿一般形成于紫色砂岩和绿色或灰黑色砂岩变换地段，是典型的氧化还原条件转换面（带）。斑岩型铜、钼矿床中岩体内外接触面就是流体酸碱度转换面（带）或氧化还原转换面（带）。地质体界面一定是岩性界面，也是原生构造面。例如：侵入体接触带、火山机构各种岩类接触带等。三类界面在空间上复合存在时对成矿作用最有利。.物理化学条件突变成矿成矿作用指成矿物质形成、迁移、集聚、沉淀的作用过程。成矿物质到达容矿空间后由于物理化学条件（包括温度、压力、酸碱度、氧化还原电位和溶质浓度等）发生突然变化，由流体态变成以矿物为主体的固态。其核心内容有 点：一是成矿物质集聚以后经历了流体态和固态 个阶段；二是由于物理化学条件变化而由流体态转换为固态；三是以地质作用的时间变化尺度而言，这种转换属于突变过程。找矿预测矿床类型矿床类型划分是找矿预测的基础，直接关系到找矿预测地质模型的构建。在进行找矿预测时，需要建立一个科学显示某种矿床类型特征标志信息的预测平台。平台要求减少大量不必要的冗余信息，而最大限度地突出特征标志信息。只有按地质作用分类编制相关专题图件才能达到这一目的。传统的矿产预测一般采用地质构造矿产图作为底图，加上物探、化探等信息作为预测底图，难以全部提取某一类型矿床的特征性预测要素。如预测沉积类型矿床采用基础地质图为底图，很难提取沉