高級礦床學之找礦成功途徑與找礦系統(tǒng)工程

1、找礦思維與成功途徑劉繼順中南大學1965年發(fā)現(xiàn)Kalamazoo斑巖銅礦發(fā)現(xiàn) Escondida斑巖銅礦發(fā)現(xiàn)JA and Maggie Creek sites in British Columbia和 Vekol Hills in Arizona發(fā)現(xiàn)秘魯Pierina 金銀礦床，賣了11億加元。發(fā)現(xiàn) Dizon in the Philippines，他研究過25個國家的 斑巖銅礦，曾擔任90個礦業(yè)公司顧問。AIME Robert Earll McConnell Award, the SME Daniel Jackling and Robert Dreyer Awards, 亞利桑那大學杰出校友

2、獎, the American Mining Hall of Fame Medal of Merit, The Society of Economic Geologists Silver Medal, Thayer Lindsley Distinguished Lectureship and the SEG International Enchange Lectureship J.D.Lowell（亞利桑那大學采礦工程和經(jīng)濟地質(zhì)學士、斯坦福大學碩士，1928-）著名礦床學家、斑巖銅礦模式奠基者、勘查學家Mr. Lowell is a well-known geologist who has c

3、onsulted for approximately 110 U.S. and foreign mining and engineering companies and governments on such issues as geological, exploration, mine design and grade control problems. As chairman of the board and a founder of Arequipa Resources Ltd., he managed the exploration program that discovered th

4、e Pierina deposit in Peru, creating value for Arequipa shareholders by selling the discovery to Barrick Gold Corporation for over $1.1 billion (Canadian).Mr. Lowell has participated in 10 major feasibility studies, as well as managed contract exploration projects that discovered the Kalamazoo and Ca

5、sa Grande West ore bodies in the U.S. and La Escondida, Zaldivar and San Cristobal ore bodies in Chile. Mr. Lowell was also a member of the discovery teams for Vekol Hills, Arizona; JA ore body, British Columbia; Dizon and FSE-Lepanto, Philippines; and Leonor, Chile.Mr. Lowell is the recipient of ma

6、ny awards recognizing his contributions to the mining industry including the Mining and Metallurgical Society of America Gold Medal award 2001; the 2000 Robert Earl McConnell Award; the 2000 Robert Dreyer Award and the Northern Miner Canadian Mining Man of the Year Award 1999. In 1998 he was awarded

7、 a doctor honoris causa degree from Univ. NM de San Marcos, Peru, and in 1994 was elected to the American Mining Hall of Fame and in February 1999, to the National Academy of Engineering. In December 2002 Mr. Lowell was inducted into the American Mining Hall of Fame.1953年畢業(yè)于西澳大學地質(zhì)系，1957年獲加里福尼亞大學采礦工程

8、碩士。1953年加盟WMC公司，1957任Chief Geologist，1968年任Exploration Manager，1978年任 Director of Exploration、Excutive Director ，1995年退休。發(fā)現(xiàn)超大型Kalgoorlie 金礦床發(fā)現(xiàn)超大型Kambalda 鎳礦床發(fā)現(xiàn)超大型Olympic Dam銅鈾金礦床 獲1981年度Clunies Ross National Science and Technology Award 獲1983年度William Smith Medal (Geological Society of London)獲1996年

9、度 the Ian Wark Medal (Australian Academy of Science) Roy WoodallRoy Woodall（1930- 1930- ）（著名礦床學家勘查學家）地質(zhì)學是什么？ 偵探學 福爾摩斯 礦首先是在腦子里找到的！成礦系統(tǒng)的復雜性 礦床是成礦系統(tǒng)的必然產(chǎn)物，而成礦系統(tǒng)是地球系統(tǒng)中地殼大系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。因此，成礦系統(tǒng)是極其復雜的，包括構(gòu)造系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、巖漿系統(tǒng)、變質(zhì)系統(tǒng)、流體系統(tǒng)和地球化學系統(tǒng)，從性質(zhì)來說有物理系統(tǒng)、化學系統(tǒng)和生物系統(tǒng)。礦床的形成正是上述系統(tǒng)綜合影響的結(jié)果。一個礦床往往不是一次成礦作用形成的，大多是多期多次形成的。大型、超大型礦床

10、往往都是產(chǎn)在很“忙”的地方。在一個成礦系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)的作用和地位是不同的，往往是以一個子系統(tǒng)為主導。這就給研究工作帶來了困難。 擺在我們面前的難題是要尋找隱伏礦床、埋藏礦床難識別礦床高寒峽谷區(qū)與無人區(qū)內(nèi)的礦床 成礦地質(zhì)過程的不可模擬性 盡菅人們已經(jīng)能夠觀察到大洋底正在發(fā)生的礦化現(xiàn)象，如黑煙囟和現(xiàn)代礦物堆積體。我們所能看到的僅限于地表和近地表的成礦作用。由于礦床的形成的演化的時間尺度太大，我們所看到的只是一個小小的片斷和插曲，不能全息地觀察成礦系統(tǒng)的演化過程，難于推及全過程。雖然進行了一些模擬實驗，但這些模擬實驗的邊界條件極為簡單，無法再現(xiàn)整個成礦過程。我們不能象數(shù)學和物理學那樣用一個公式來表

11、述成礦過程。因此，我們面對的成礦系統(tǒng)是一個黑箱系統(tǒng)，在礦床成因研究方面，推測的成分多，主觀成分多 礦化標志的肢解性 礦床形成后，又經(jīng)歷多次變形變位變質(zhì)改造，成礦時留下的礦化跡象和標志往往被后期地質(zhì)作用不同程度地破壞，有些變得面目全非，尤以時代久遠的礦床為甚。而后期地質(zhì)現(xiàn)象往往清晰可見，它們掩蓋和肢解了礦化跡象和標志，使得礦化現(xiàn)象和標志變得隱晦而難以識別。 地質(zhì)觀察的局限性不論地質(zhì)工作如何仔細，也只能獲得一些零碎的不完整的資料，而且一般是地表所見到的現(xiàn)象，缺乏深部三維空間的地質(zhì)資料，更不用說包括時間在內(nèi)的四維資料了。測試分析數(shù)據(jù)的有限性和多解性各種化學分析、地球物理測量和實驗室測試數(shù)據(jù)都是很有限

12、的。由于測試分析方法本身的局限性，地質(zhì)、地球化學、地球物理數(shù)據(jù)的多解性，致使解釋起來有一定難度。 地質(zhì)找礦的可行性目前我們已經(jīng)擁有了不同比例尺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、航空物探、地面物探掃面、化探掃面和遙感解譯資料，重點成礦區(qū)帶和礦集區(qū)的資料更為豐富。我們已經(jīng)取得了不少找礦勘查經(jīng)驗，成功地預測了礦床的產(chǎn)出，這些寶貴的經(jīng)驗具有借鑒價值。我們對礦石的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)有了更深的了解，使得可以運用物探技術(shù)和化探技術(shù)從事找礦工作，同時對于成礦物質(zhì)運移和沉淀的地球化學行為有了更新的了解，得以將礦物、巖石、構(gòu)造和蝕變現(xiàn)象作為找礦標志。成礦理論研究有了長足的進步，成礦理論正在走向指導找礦的道路上。隱伏礦床的勘查技術(shù)有

13、了長足的進步，礦與非礦異常的區(qū)分正成為礦產(chǎn)勘查學家所關(guān)心和研究的問題。既然礦床是由地質(zhì)作用形成的有用地質(zhì)體，那么它必然會在地表上留下一些蛛絲螞跡，必定會顯示出地質(zhì)異常、物探異常、化探異常信息來。盡管這些異常信息有時比較微弱，常常受到噪音的干擾，但敏感的地質(zhì)工作者仍會捕捉到。正如破案一樣，不管罪犯多么狡猾多么隱蔽，遇到福爾摩斯式的警探仍會被捉住狐貍尾巴的。 我們面對的成礦系統(tǒng)是一個黑箱系統(tǒng)，目前礦床成因理論尚不完善，已經(jīng)提出的礦床模式成熟度都不太高，各種礦體探測技術(shù)都有其局限性，要尋找的又是隱伏的、難識別的而大而富品質(zhì)好的礦床，這個課題是極具挑戰(zhàn)性的。但我們堅信，真理只有一個，我們不能窮及真理，

14、但我們可以逼近真理。目前礦床成因研究程度不高，仍處于“盲人摸象”的初級階段，表現(xiàn)在許多關(guān)鍵問題上仍眾說紛紜，莫衷一是。有些礦床早已采盡，然而其成因卻還在爭論不休。礦床模式不論是經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑疵枋鲂阅Ｊ剑┻€是成因模式，其成熟度都不高，根據(jù)礦床模式而建立的找礦模式的成熟度更低，找礦命中率不盡如人意，有些找礦勘查地質(zhì)學者甚至懷疑理論找礦的重要性（J.D.里奇, 1983)。 由于各種找礦勘查技術(shù)都有其應(yīng)用范圍和缺陷，雖然提倡綜合找礦者均強調(diào)地質(zhì)、物探、化探和遙感配合使用，但實際工作中常常脫節(jié)，最終造成“地質(zhì)圖礦點圖物探異常圖化探異常圖遙感線環(huán)影象圖”的簡單相加。找礦者的素質(zhì)和知識面更為重要，有些因為不

15、認識某種巖石或礦物從而與礦床失之交臂，有些弄不清構(gòu)造不知道礦化如何延伸和連接從而打不開找礦的局面，有些不知道各種勘查技術(shù)的優(yōu)缺點，從而對選用何種勘查技術(shù)與方法無所適從。最根本的原因是我們所要尋找的礦床是地質(zhì)歷史中地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是地質(zhì)系統(tǒng)（即地質(zhì)環(huán)境）的一部分，是復雜的成礦系統(tǒng)演化的最終結(jié)果，而成礦系統(tǒng)是一個“黑箱”系統(tǒng)，至多是一個“灰箱”系統(tǒng)，我們所能做的只是輸入一些信息，然后看看那些信息的輸出結(jié)果是否比較符合已經(jīng)收集到的地質(zhì)資料。成礦系統(tǒng)所留下的跡象（即礦化標志）被后期地質(zhì)作用不同程度地破壞，有的被破壞到面目全非的程度。如何根據(jù)成礦系統(tǒng)所留下的蛛絲馬跡，排除成礦后地質(zhì)現(xiàn)象的干擾，找到大而富

16、的礦床急需一門學科來專門研究這一問題。 找礦系統(tǒng)工程學 找礦系統(tǒng)工程學是研究找礦工作特點、找礦思維論、現(xiàn)有礦床成因理論和地物化遙資料批判性分析法、找礦模式動態(tài)建立法、找礦靶區(qū)和勘查技術(shù)優(yōu)選法、找礦工作部署和運作原則、礦業(yè)技術(shù)經(jīng)濟以及經(jīng)費籌措和管理方法的一門融礦床成因論、找礦勘探地質(zhì)學、成礦預測學、現(xiàn)代找礦思維論、礦體探測學和經(jīng)濟管理學科于一體的應(yīng)用學科。研究目的是以最少的投入在最短的時間內(nèi)尋找到大而富的經(jīng)濟效益好的礦床。對于促進成礦理論與找礦實踐的緊密結(jié)合，幫助我國礦業(yè)部門走出困境，完善礦業(yè)市場體系，提高找礦的成功率和礦業(yè)投資的經(jīng)濟效益，為國家發(fā)現(xiàn)更多更好的礦產(chǎn)資源，都具有重要的意義 找礦模式

17、找礦模式 根據(jù)全球成礦帶的空間分布規(guī)律和區(qū)域成礦學特點，初步確定要找的礦種和主攻礦床類型及找礦地區(qū)。然后分析本區(qū)已有的地質(zhì)、物探、化探和遙感信息資料并進行必要的野外考察，在確認有可能找到一定規(guī)模一定品位具良好開發(fā)經(jīng)濟效益的礦產(chǎn)資源時，進行勘查區(qū)塊登記或辦理租地手續(xù)。根據(jù)現(xiàn)代礦床成因論和成礦預測學、區(qū)域成礦規(guī)律和地物化遙資料研究，提出初步的找礦模式，按照勘查方案最優(yōu)決策學原理，制定具體而又詳盡的找礦實施方案。該找礦模式視勘查進展和遇到的問題隨時可作修改。 現(xiàn)代找礦思維論現(xiàn)代找礦思維論 找礦思維的誤區(qū) 將今論古原則的濫用 礦床成因研究往往基于將今論古的原則，這在一般情況下是正確的。但事物是發(fā)展變化

18、的，不可能以今天的現(xiàn)象無條件地推定遠古的現(xiàn)象。因為有些遠古的現(xiàn)象今天已不復存在，也不再發(fā)生，如早元古代金鈾礫巖等。 就事論事 經(jīng)驗主義和教條主義 缺乏想象力和太富想象力 碰運氣和不可知論 追時髦、趕潮流 固執(zhí)己見和門戶之見找礦思維論找礦思維論 系統(tǒng)論思維法系統(tǒng)論思維法 礦床是成礦系統(tǒng)各要素綜合影響的結(jié)果，是整個地質(zhì)系統(tǒng)即地質(zhì)環(huán)境的一部分。為確定礦床所產(chǎn)出的可能空間位置，必須注意礦床所產(chǎn)出的地質(zhì)環(huán)境中礦物、巖石、構(gòu)造之間的相互關(guān)系、已知區(qū)與未知區(qū)的關(guān)系列、已知類型和礦種與未知類型和礦種的關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)論聯(lián)系的觀點，合理進行工作部署，分析主控因素，探索成礦系列，確定找礦的主要標志，從而為落實勘查技

19、術(shù)的合理組合提供依據(jù)。 演繹法演繹法 由于所面對的成礦系統(tǒng)是一個黑箱系統(tǒng)，需要運用黑箱系統(tǒng)的思維方法，不斷地輸入地質(zhì)條件，考察輸出的結(jié)果，盡量擬合出一個目前更為合理的能解釋大多數(shù)地質(zhì)現(xiàn)象的結(jié)果，即根據(jù)不同的地質(zhì)條件，演繹出各種不同的結(jié)果，從而優(yōu)選得出礦床賦存的最大可能性的空間位置。運用演繹法，可快速地從浩繁的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象中獲得結(jié)果，可起到一葉知秋的作用。根據(jù)幾組不同的地質(zhì)條件演繹出幾種不同的結(jié)果，得到幾種預案，這樣在遇到 復雜的實際問題時就會心中有數(shù)。 反向思維法人們在觀察和研究事物時，習慣于常規(guī)的思維定勢。反向思維就是打破常規(guī)的思維定勢，換個角度去思考，就能導致新的發(fā)現(xiàn)。最初人們看到太陽東升西

20、落，以為太陽圍繞地球轉(zhuǎn)，后來研究發(fā)現(xiàn)地球圍繞太陽轉(zhuǎn)也會出現(xiàn)太陽東升西落的現(xiàn)象，導致了日心說的提出。運用反向思維法，換位思考，就能勇闖禁區(qū)，導致重大發(fā)現(xiàn)。如過去在花崗巖地區(qū)找鈾礦時，因受Emmons花崗巖基內(nèi)無大礦理論思想的束縛，根本不進巖基內(nèi)找礦。后來有人進去了，發(fā)現(xiàn)了貴東巖體內(nèi)的希望礦床，隨后在華南發(fā)現(xiàn)了一系列的花崗巖型鈾礦床。又比如斷層與成礦關(guān)系問題，最初在斷層一側(cè)發(fā)現(xiàn)了礦體，在對斷層結(jié)構(gòu)面的初步觀察后，可能認為該斷層為導礦斷層，由于斷層泥的阻隔作用而在其一盤成礦。結(jié)果在有礦的這一側(cè)作了大量工作，也發(fā)現(xiàn)了許多的礦化線索和礦體。但對斷層的另一側(cè)很少工作，當然也未發(fā)現(xiàn)什么礦化線索，甚至在地質(zhì)圖

21、上小斷層也沒有標出幾條，似乎證實了以前的想法。直到有人運用反向思維，假定該斷層不是導礦斷層，也不起阻隔作用，而是成礦后破礦斷層或多期活動斷層，那么斷層的另一側(cè)也應(yīng)有礦體產(chǎn)出，最后通過工作發(fā)現(xiàn)了大礦。 求同法 求同法指根據(jù)已知的局部推測未知的整體或根據(jù)已知的一部分推測未知的另一部分的思維方法，基礎(chǔ)是相似類比理論和慣性原理。相似類比理論認為，在相似地質(zhì)環(huán)境下，應(yīng)有相似的成礦系列或礦床出；在相同的足夠大的區(qū)域內(nèi)應(yīng)該有相似的礦產(chǎn)資源潛力。具有相同環(huán)境和歷史的事物，可能具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和習性，反過來說，有相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和習性的事物，也常具有相似的發(fā)展歷史和外部環(huán)境。慣性原理是指特定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的事物在時空上

22、都有一定的延續(xù)性，即慣性。若在地表發(fā)現(xiàn)了寬100m長200m礦體露頭，該礦體就不可能在地下數(shù)米處尖滅，除非有斷層錯失。大礦的周圍往往有許多衛(wèi)星小礦，當然大量衛(wèi)星小礦出現(xiàn)的地區(qū)也會有大的主礦體或礦床。求同法不能對完全未知的整體進行預測，這種思維方法將不會導致新類型新礦種的發(fā)現(xiàn)。 求異法求異法 求異法是指在區(qū)域地質(zhì)場中找出有別的局部成礦場的思維方法。物化探找礦方法正是運用了求異法，即在背景場中求出區(qū)域異常場，在區(qū)域異常場中求出局部異常場，在局部異常場中求出濃集異常場，逐步縮小找礦靶區(qū)，從而導致礦床的發(fā)現(xiàn)。對成礦地質(zhì)特征來說，礦床與其周圍地質(zhì)環(huán)境有著迥然不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特殊性，即為一種地質(zhì)異常。運用

23、求異法可導致新類型新礦種新礦區(qū)的發(fā)現(xiàn)。 注重地質(zhì)異常?，F(xiàn)代礦體探測學 現(xiàn)代礦體探測學是在成礦預測基礎(chǔ)上合理運用地球物理、地球化學和探礦工程的技術(shù)方法快速有效地查明礦產(chǎn)資源的空間幾何形態(tài)和規(guī)模的綜合性工程學科。目前探礦方法日新月異，從物探方法來說，有天然場法、人工場法、非穩(wěn)定場法，有重力法、磁法、電法、地震法、放射性法，有地面和地下測量等；從化探來說，有巖石、土壤、水系沉積物地球化學測量法、地氣法、地電化學法等；從取樣來說，有地表露頭、探槽、坑道、鉆孔取樣法等。關(guān)鍵問題是如何選擇各種礦體探測工程方法及有效組合，如何從大量信息中剔除噪音，區(qū)分非礦異常與致礦異常。礦產(chǎn)資源經(jīng)濟學礦產(chǎn)資源經(jīng)濟學 礦產(chǎn)資

24、源經(jīng)濟學是將經(jīng)濟學應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘查領(lǐng)域內(nèi)各方面研究的一門科學，其任務(wù)是探索將礦產(chǎn)從未知地質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為可銷售的礦產(chǎn)品供應(yīng)過程，要求從經(jīng)濟學觀點去理解礦產(chǎn)經(jīng)濟屬性的技術(shù)特征的意義。 經(jīng)濟評價貫穿于選區(qū)、預查、普查、詳查和勘探整個勘查過程中，時刻探討勘查開發(fā)成本、礦產(chǎn)品品位質(zhì)量規(guī)模、投資風險、收益期望值之間的關(guān)系，關(guān)注勘探環(huán)境、市場環(huán)境、金融環(huán)境、政策環(huán)境，隨時考慮繼續(xù)勘查還是中止勘查。在暫時失利時要充分尊重地質(zhì)專家的判斷和決定。 關(guān)注噸礦價值。 找礦成功的要素和途徑找礦成功的要素和途徑 遵循的原則 準確無偏見地觀測地質(zhì)現(xiàn)象和采集礦化信息 露頭、土壤、殘坡積物、洪積物、滾石、鋪路的巖石 異常色 巖石的破碎程度 批判性分析流行的觀點、權(quán)威理論和現(xiàn)有資料 觀點和理論的本意、適用范圍、缺陷、成熟度 資料的可信度和真?zhèn)?推敲與原有設(shè)想、模式似不相干的資料 善于接受意想不到的觀測資料和實驗結(jié)果 初期關(guān)注礦體的空間分布和主巖類型，避免介入礦床成因爭論。信心 要有信心相信所作的一切都是值得作的，會得到回報的。必勝的信念飽滿的熱情才能爭取主管部門和投資者的信任，穩(wěn)定找礦隊伍，獲得找礦資金。 相信科學 目前模式找礦聲譽不佳，不是模式之錯，而是建模和用模者之錯。如Olympic Dam的發(fā)現(xiàn)等思想 要有思想 善于思維動力 為什么要找？世界需要礦產(chǎn)，