第15卷第1期
2000年2月地球科学进展
ADVANCEINEARTHSCIENCESVol.15 No.1
Feb.,2000
综述与评述
隐伏矿床预测理论与方法的研究进展Ξ
徐兴旺,蔡新平
(中国科学院地质研究所,北京 100029)
摘 要:隐伏矿床预测是当今经济地质学的一个重要前沿课题,地球科学家从不同学科和角度出发
做了大量深入的研究工作,提出了诸如模型理论与方法、构造控岩控矿理论与构造学方法、地球化
学理论与方法、物理学方法、数学地质和岩石矿物学方法等理论与方法,并成功地预测和发现了一
些隐伏矿床。对近20年来隐伏矿床预测理论与方法的研究进展进行了回顾和总结,最后指出大科
学、大协作和工业化将是隐伏矿床预测研究的主要趋势。
关 键 词:隐伏矿床;构造控矿成矿理论;预测理论与方法
中图分类号:P612 文献标识码:A 文章编号:1001—8166(2000)0120076208
经过几千年的寻找、开采和利用,可寻找和发现
的、出露于地表的矿床总数正在不断减少,而人类对
各种矿产资源的需求量却日益增长,隐伏矿床预测
已成为世界各国找矿工作所面临的难题。我国众多
国营矿山、油田都面临着储备资源不足与危机的问
题,寻找和发现新的、隐伏的接替资源是振兴我国矿
业的关键之一。鉴于此,近20年来,国内外许多地球
科学家都投入了极大的兴趣和热情,研究和探讨隐
伏矿床预测的理论与方法,出现了多学科参与、新理
论新方法辈出的百花争艳局面,成功地预测和发现
了一些隐伏矿床。本文就这方面的研究进展作一回
顾与简单总结,旨在引起更多地球科学家对隐伏矿
床预测研究的兴趣,促进隐伏矿床预测理论与方法
研究的深入开展。
1 隐伏矿床预测的模型理论与方法
自艾孟斯(1924)提出围绕花岗岩矿床地热分带
的认识和斯米尔诺夫(1937)提出硫化物矿床氧化带
的矿化分带规律,捷克(1962)提出作为描述一组类
似矿床基本特征的成矿模型(metallogenicmodel)名词以来〔1〕,矿床学家开始研究某个矿床或某一组
类似矿床的(物理、化学和地质的)基本特征,并称之
为矿床模型。模型理论与方法,从其研究的内容看,
有侧重于矿床成因的矿床成因模型和侧重于找矿的
物理—化学—地质模型。
矿床成因模型的研究又可概况为几个方面:单
个矿床的成因模型〔2～6〕、一组类似矿床的成因模
型〔1,7～10〕、成矿系列〔11～17〕和矿床体空间分布与定位
模型〔18～26〕。其中,成矿系列是程裕淇等(1979、1983)
根据我国矿床区域成矿规律提出的概念和理论。根
据已知矿床成因模型,可直接预测该已知矿床深部
和近外围的成矿和找矿靶区。例如,根据岩舌下凹兜
成矿模型预测并发现了老厂矿田双竹矿床〔27〕;根据
长坡矿床的矿体类型与分带模型,推断并发现了大
福楼锡矿床〔28〕;根据云龙锡矿床“三层楼”成矿模
型,推测下层接触带存在矽卡岩型或脉状矿,结果使
云龙矿床从中型规模变为大型规模〔29〕;根据武夷山
地区锡矿床的成矿模型,预测和发现了上湾隐伏锡
矿床〔30〕;根据凹山铁矿“三部八式”的成矿模式,在
南山铁矿深部发现8000万吨凹山式铁矿、在火山
Ξ国家自然科学基金项目“冀西北钾化蚀变岩中裂理构造的交代成因机制与控矿作用”(编号:49802021)和中国科学院“九五”重大项目
“区域成矿预测与危机矿山深部找矿研究”(编号:KZ9512A12404202)资助。
第一作者简介:徐兴旺,男,1966年10月出生,助理研究员,主要从事构造地质、构造与成矿及隐伏矿床预测研究。
收稿日期:1999202202;修改稿:1999204222。基底抬升断块下部预测并发现厚30m的凤凰山式
铁矿,预测和发现新的雍镇矿田〔31〕。某种矿床成因
模型或成因类型的确立,可指导不同地区该类型矿
床的寻找与发现,如我国陆相生油理论的形成和提
出(潘钟祥,1941;孙健初,1943),引发我国一系列陆
相成因大油气田的发现〔32〕。
矿床的物理—化学—地质模型的研究源于前苏
联,从事这项研究的主要是地球物理勘探学家。70
年代中期以来,前苏联的地球物理勘探学者,在乌拉
尔和阿尔泰矿区做了大量工作,先后提出了铁矿床、
内生稀有金属矿床、含铜黄铁矿床、硫化铜镍矿床、
斑岩铜矿床及铅锌矿床的地质、地球物理、地球化学
模型,简称物理—地质模型。20世纪80年代初以
来,我国的地球物理工作者开始探索建立找矿模型
的技术,从早期的地质—磁法模型、地质—电法模
型、地质—地球物理模型、地质—地球化学模型,发
展到现在的地质—地球物理一地球化学综合地学找
矿模型〔33〕。
近年来,蔡新平〔34～41〕在危机矿山增储和找矿实
践过程中提出了矿床结构模型(texturemodelof
mineraldeposit)的概念,强调对矿床体在三维构造
框架中占位规律的研究,并成功地运用于冀东金厂
峪金矿深部找矿和滇西北衙金矿的深部找矿和区域
成矿预测。徐兴旺等〔42〕和蔡新平等〔43〕根据新疆康古
尔金矿和云南墨江金矿的成矿特征和找矿研究,提
出了矿床四维时空结构模型的概念,即把矿床成因
特征与地球物理、地球化学找矿标志有机地结合起
来,从系统和场的角度考察矿床体与诸控矿因素和
特征场因子的时空配置关系。
2 隐伏矿床预测的构造控矿成矿理论
与构造学方法
构造地质学家较早地注意到构造对成矿的控制
作用与贡献,如White于1901年就提出了背斜构造
对石油圈闭的控制作用〔32〕,李四光1921年在论述
新华夏构造时就指出其沉降带(地向斜)内有重要经
济价值的矿床(油气藏)〔44〕。目前,构造控矿成矿理
论主要有构造体系控岩控矿论〔45〕、板块构造成矿
论〔46,47〕、断块构造控矿论〔48〕和地洼活化成矿
论〔49,50〕。构造地质学家已注意到不同级别和规模的
构造对矿带、矿田、矿床和矿体的分级控制作
用〔51～53〕,注意到构造活动对成岩和成矿物质转化的
贡献并提出构造成岩成矿理论〔54～58〕、成矿构造的概
念和研究方法〔59,60〕,对褶皱构造〔38,61〕、断裂构造〔62～67〕、韧性剪切带〔68～74〕、伸展构造〔75,76〕、隐爆角
砾岩筒〔77～85〕、盆地构造〔86〕和旋卷构造〔87〕等构造的
控矿特征进行了系统研究,提出了诸如S与反S构
造〔88〕、“5”形构造〔89〕、“K”字型构造〔90〕、韧性挤压
带〔91〕和反转构造〔92〕等新的控矿构造型式,研究了断
层分带与成矿分带的关系〔93〕。
构造地质学通过构造解析〔94〕、应力场和应变场
分析〔95,96〕、及模拟实验〔97～100〕等方法研究矿床体与
构造的时空配置关系,建立构造控矿型式,根据构造
分布规律预测新的有利成矿靶区和成矿部位。李四
光(1921、1955)根据新华夏构造体系控制中国东部
沉积盆地形成和分布规律,指出新华夏系沉降带内
有油气藏分布与存在〔44〕、是寻找油气藏的有利地
区〔101〕,该认识和预测为后来的油气勘探所证实〔102〕。
刘如琦等(1987)通过构造解析,在辽宁本溪预测并
发现储量较大的铁矿床。蔡新平等(1994)根据褶皱
构造控矿规律在金厂峪金矿床深部预测和发现了
10吨黄金工业储量。最近,蔡新平领导的科研小组
通过对大小兴安岭地区新构造活动特征与剥蚀程度
和成矿构造的分析,在黑河砂金富集区发现和找到
一个中型岩金矿床。
3 隐伏矿床预测的地球化学理论与方法
矿床作为人类活动、生存与发展所需物质元素
的富集体,其形成过程本质上是元素的地球化学过
程,有用元素富集同时伴生着相关元素的相对富集
或贫化,它们在空间分布上常表现出分带的规律
性〔103〕。如金矿床的元素地球化学具有明显的分带
性,李惠将其称为地球化学异常模式〔104〕。矿床地球
化学家就是根据这种规律来预测和寻找隐伏矿床
的,主要的方法有:岩石和土壤地球化学测量法、同
位素地球化学找矿法和地电化学找矿法。
岩石地球化学测量在前苏联开展的较早,据格
里戈良等的报道〔105,106〕,他们总结提出了一个热液
矿床原生晕元素组分分带的综合序列,对元素分带
的指数、累加晕和累乘晕比值等指标进行了定量计
算,运用该方法已成功地发现了数以百计的金属矿
床。邵跃等(1959)和谢学锦等(1959)也较早地开展
了这方面的研究工作。邵跃等〔105〕运用岩石测量方法
在湖北大冶铁矿的尖林山矿段的深部又找到了一个
较大的矽卡岩型铁铜矿体。土壤地球化学测量对于
覆盖区隐伏矿床或风化淋滤型矿床的找矿效果较
好,如钟立志〔107〕采用此方法发现了隐埋的石英脉型
锡矿,澳大利亚一黄金公司采用该方法在卡利翁地77第1期 徐兴旺等:隐伏矿床预测理论与方法的研究进展 区找到了一个红土型金矿(地质储量10.3万吨,含
Au1.86gt)、继而发现了石英脉型金矿体〔108〕。近
年来,谢学锦〔109〕又提出超低密度地球化学填图法,
对找矿预测将大有帮助。赵利青〔110,111〕在对蚀变带
元素地球化学测量研究基础上,提出了蚀变带元素
地球化学成矿预测法。
Taylor等〔113,114〕开创性地将同位素研究应用于
找矿工作,并认为大气降水在成矿中起主导的地位,
低18O中心即是成矿活动作用中心。张理刚等〔115～117〕
也较早地开展了这方面的研究工作,先后勾画出中
国现代及中生代大气降水氢氧同位素变化等值线图
和划出三大类大气降水热液矿床,提出了缓冲开放
体系两阶段大气降水-岩石交换成矿作用新理论,
提出了三种氧同位素勘查模型。
地电化学测量是地球化学与地球物理相结合的
一种新方法〔118〕,罗先熔〔119,120〕自1982年开始对其
寻找隐伏矿床进行了研究和探索,积累了较丰富的
实践经验,取得了较好的找矿效果。如在广西栗木矿
田采用该方法测出了强度高、背景值大且与矿体位
置吻合较好的异常,涧口—焦巴井异常预测部位经
工程验证,见到了隐伏的锡矿体〔121〕。
4 隐伏矿床预测的物理学方法
目前,用于找矿的物理学方法已不限于传统的
电法、磁法和重力,出现了诸如放射性测量、地震测
量和遥感等新方法,随着科学的进步,还将会有更多
的高科技方法被用于找矿工作,比如用激光穿刺法
来探测隐伏矿床体的位置和物质组成。不同尺度磁
法、电法和重力仍是找矿评价的重要地球物理手
段〔122〕,对于覆盖区含矿构造带、某种隐伏的含矿地
质体或岩石体的确定可取得较好的效果〔123～126〕,如
储量惊人的南澳大利亚奥林匹克坝铜—金—铀(隐
伏)矿床就是根据重、磁异常发现的〔103〕。放射性测
量是近20年迅速发展起来的新方法〔127〕,较成熟和
应用较多的有Α法、Χ能谱法和X射线荧光法。X射
线荧光法是章桦等〔128〕发明和设计的,其对一些含量
较低或肉眼难于识别的矿物、岩石,能进行现场鉴别
和及时提供近似定量的元素含量的数据,徐相
成〔129〕、洪德乐等〔130〕和章桦等〔131〕采用该方法在金矿
找矿中取得了一定的效果。Α法和Χ能谱法对于寻
找与K和U有关的矿化带效果较好〔132～134〕。蔡新平
等(1998)采用Χ能谱法在冀西北后沟金矿田发现两
个新的矿化异常体。苏联哈萨克矿床学家利用Χ能
谱测定法圈定高铀含量的接触变质带,作为寻找斑岩铜矿的标志〔135〕。另外,蒋永一等〔136〕还将放射性测
量应用于油气寻找与勘探研究,他们采用U、Ra、
Th、He、Rn、Po210等放射性核数在辽河油田进行了
测量和研究,结果圈出了新的油气远景区,经验证钻
出两口工业油流井。
地震方法自50年代用于石油勘探以来,已从简
单的时间剖面发展为三维和四维地震技术〔137〕,并成
为石油勘探的主要方法,可较精细地确定沉积盆地
内部地质体的结构和构造〔138,139〕。蔡新平(1993)将
该方法应用于变质岩区找金矿研究,结果较好地验
证了建立的构造模型〔37〕;蔡新平等(1998)又将该方
法用于次火山岩区,结果能很好地揭示出预测的隐
伏含矿角砾岩筒的形态和结构。地震资料和数据的
处理技术是地震勘探技术的重要组成部分,并在隐
伏矿床预测中发挥着重要的作用。杨长春等〔140〕采用
地震叠前深度偏移方法流程对胜利油田某古潜山地
震剖面进行叠前深度偏移处理,结果在深部发现两
条逆冲推覆断层、发现于古潜山主体下方4500～5
000m处有一反射波组能量强和内容丰富的异常
体,该异常体两个验证井的日喷油量达千吨。近年
来,赵鸿儒等〔141～143〕在几何地震学基础上提出了多
波地震勘探的理论与方法,该方法利用来自同一波
源的多分量多震相的地震波对地下复杂介质构造的
形态和性质进行探测,目前该方法主要应用于工程
地震勘探,估计不久将可应用于找矿勘探。
遥感技术作为一种信息技术,随着探测平台不
断增加、新型传感器相继出现、工作频率向全波段延
伸、空间及光谱分辨率逐渐提高和遥感图像处理技
术获得质的进展,它在隐伏矿床预测和勘查中的作
用越来越大〔144,145〕。遥感图像可提供直观的影像构
造信息,提供隐伏构造带和隐伏岩体存在的信
息〔146～149〕;遥感图像的数字处理结果,可提供与矿化
有关的地质体分布的信息〔150,151〕。如李恭〔152〕根据遥
感综合信息处理结果,在内蒙东部锡多金属成矿区
预测和发现了安乐和曹家屯两个隐伏矿床体,在湖
南香花岭锡铅锌矿田预测和发现了代叶山隐伏矿床
体。郭华东等〔145〕利用遥感技术在新疆哈巴河县发现
恰奔布拉克金矿(科研预测储量25.3t)。
5 伏矿床预测的数学地质、岩石学和
矿物学等方法
数学方法在成矿预测研究中的应用,使成矿预
测研究向定量化方向前进了一大步。用于成矿预测
的数学方法有很多,如多元统计分析、秩相关分析、87 地球科学进展 第15卷