青藏科考—找矿篇 / 开普饭

矿产资源是人类社会经济发展的物质基础。

我国目前已发现171种矿产，探明储量的矿产有158种，已发现矿床（点）20多万处。经过勘查的矿床有2万多处。我国矿产资源总量约占世界的12%。次于美国、俄罗斯，居世界第三位。但人均资源量仅为世界的58%，排名53位。

我国的矿产资源总量居世界前列，但人均占有量少。随着祖国的大力建设，对矿产资源的需求量逐年增多，不断的开采导致矿产资源的储量日渐减少，因此，找矿勘察工作是非常重要的。

我们今年的青藏科考金矿野外考察刚刚结束，结合这次野外以及前面做的一些工作向大家简单科普一下地质人员是如何找矿的。

先给大家看看我们野外拍到的野驴。看完奔跑的野驴，我们步入正题。

找矿，最重要的是要有正确的理论支持，正所谓科学找矿，我们要以现代成矿理论作为指导。比如：就矿找矿理论、相似类比原则、典型矿床矿化蚀变分带以及人们建立的成矿模型等。

（斑岩成矿系统模型）

矿床学家们通过研究，发现不同类型的矿床在时间、空间以及成因上经常有密切的联系，有时候会构成一个成矿系统。比如Sillitoe提出的斑岩成矿系统的模式图。斑岩型铜矿是世界上最为重要的铜资源，这种类型的铜矿往往规模很大，以它为中心，在外围如果有碳酸盐岩类的岩石如大理岩，则可能会形成矽卡岩类的矿床，而在浅部或者更远的位置还可能发现浅成低温的热液金矿床。

中国古人也曾有过相关描述，《管子·地数》记载：“上有丹砂者，下有黄金。上有慈石者，下有铜金。上有陵石者，下有铅锡赤铜。上有赭者，下有铁。此山之见荣者也”，“上有金，下有铜”。比如中国的福建紫金山金铜矿就存在典型的垂直分带特征，人们首先在浅部找到了金矿，随着深入勘察，又发现了深部的铜矿体。

● 地质人进行找矿往往不是通过单一的手段，接下来给大家介绍4种最常用的找矿方法：地质找矿、地球物理探测、勘察地球化学以及遥感技术，简称地、物、化、遥。

#01 地质方法

这种方法其实就是地质人的野外实地考察。地质人背上野外装备，走进大山、戈壁、草原以及下矿洞，对野外的的露头现象进行详细观察，地质填图，不放过任何蛛丝马迹。

（上图是我们在东昆仑五龙沟地区寻找矿化的野外露头）

野外找矿是有很多标志的，比如植物就可以用来指示找矿。铜草-海洲香薷，可以用来指示铜矿。还有金草，用来找金。我国古人也曾有智慧：“草茎赤秀，下有铅；草茎黄秀，下有铜器。”，“山上有葱，下有银；山上有薤，下有金；山上有姜，下有铜锡；山有宝玉，木旁枝皆下垂。”

（铜草）

硅帽和铁帽，这些都是地表重要的找矿标志。如果地下有矿，在地表常常会有这些风化和氧化的标志。硅帽：是由硅化蚀变引起的在地表呈正地形的蚀变带。铁帽是硫化物矿床在地表氧化带的残留部分。主要是由铁的氢氧化物和含水氧化物，即褐铁矿、针铁矿、水赤铁矿等稳定的次生矿物及稳定的原生矿物（石英等）所组成。铁帽是寻找各种硫化物矿床的重要标志。另外，菱铁矿矿床暴露地表后，也可形成铁帽。

(褐铁矿)

这次我们在野外找到了一种典型的金矿找矿标志——黄钾铁矾，它是一种硫酸盐矿物，为块状或是土状，赭黄色至暗褐色，主要由黄铁矿经氧化作用而形成。

（中科院找矿专家曾庆栋研究员为我们讲解这种金矿的找矿标志）

（黄钾铁矾）

（范教授对非常富硫化物的金矿化露头进行观察研究）

世界找矿大师J. David Lowell曾经总结的九大勘探法则就有一条是，你一定要多出野外看看，坐在办公室肯定是找不到矿的。

不仅是简单的野外考察，聪明的地质人往往会借助很多手段进行找矿。人们常说，学好数理化，走遍天下都不怕，这句话真没错，我们找矿也用到了地球物理、地球化学以及遥感技术分析等手段。

#02 遥感方法

这种方法有利于我们对整个考察区有个宏观的认识，尤其是植被不茂盛的地方，岩性差别大的地方，地质构造复杂的地方，都有显著的效果。因为矿物形成时的温度、压力、外来流体的作用会造成同种矿物成分及物理形态上的差异，从而影响光谱形态、峰位的偏移，高光谱技术可以测量这些细微的光谱形态改变，从而确定矿物形成时的物理化学条件，为成矿环境提供指示性信息。

（普下金、铜多金属一级找矿靶区ETM 影像）

比如，我们这次去的东昆仑五龙沟，这个地方是天然保护草场，然而却寸草不生，放眼望去全是裸露的岩石和戈壁，非常适合遥感工作。

（裸露的岩石）

再来看这张照片，李兴辉博士坐在陡峭的岩石上记录着特殊的野外现象。放眼望去，岩石有红色的、黄色的、白色的还有绿色的，不同的岩性都形成于不同的时代，通过遥感技术，我们可以清楚的判断不同的岩性，从而对地质现象进行讨论。这个地区很有意思，很多老的地层都覆盖到了新地层上面，暗示这个地区肯定发生过翻天覆地的地质构造运动。

若含金矿的老地层从远处推覆到该地区的新地层上，那这里的金矿都是没有根的，只有很浅的找矿潜力。

并且我们观察了很多金矿的野外露头，它们的产状变化很大，十分不规则，且很不连续，也可支持上述观点。这为后续找矿工作提供了新思路。

#03 地球物理探测

地球物理探测技术是非常实用和常用的找矿手段。通俗易懂点，他是利用不同岩石、矿石、构造的物性差异来分析的。比如，不同的岩石有不同的密度，则可以用重力勘探；有的矿物有磁性（磁铁矿、雌黄铁矿等），那么磁法勘探就有很好的效果。地球物理还有浅层地震勘探、电法勘探等多种方法，针对不同的矿种、不同的地质构造背景，应选择适用的方法进行找矿勘察。

（Welkom金矿床一条地震解释剖面；KRG-Klipriviersberg群火山岩底面反射界面）

上图是从3D地震数据体中抽取的一条东西向断面, 该断面揭示了该控矿构造特征, 能量较强的同相轴是Klipriviersberg群火山岩界面的反映，其下面为含矿砾岩层。利用地震振幅属性，基本查明了2000m深度处赋矿有利部位。地震剖面还清楚地显示出主要的控矿断裂，如Eldorado等断裂。结合提取三维地震剖面图像中的其它属性，在地震探测区内发现了22个含金的砾岩体。

当然，地球物理技术是有多解性的，不同人对地球物理特征解译的结果经常不同。因此钻孔的验证，以及实际的地质考察都很重要。

（东昆仑滩间山地区的构造窗）

构造窗，是指一个老的地层经过逆冲推覆到了新的地层上面，经过长时间剥蚀，压在底下的新地层又露了出来。

（东昆仑滩间山地区的推覆现象）

这张图很有意思，右侧颜色较深的、花花绿绿的岩石都是比较老的，他们明显冲压到了左侧的较年轻的第三系地层上，最上面又压盖了第四系。这么好的现象，如果通过地球物理的手段，一定能解译出非常漂亮的剖面。

#04 地球化学勘察

高中的老师经常督促我们熟记元素周期表，现在终于派上大用场了。地球化学就是直接跟各种元素打交道，因为不管啥，他都是由特定的元素组成的。所谓矿，那就是发生元素异常了，比如金元素异常的多，他可能就聚集形成了金矿。

各种矿都是各种成矿元素高度集中的结果，而地球化学又是研究元素的，这么一看，地球化学对找矿很有用啊！没错，很多地区最开始进行找矿靶区的圈定，都是从地球化学勘察开始的。

（胶东半岛地球化学分区图）

元素在地壳的丰度是一定的，不同地区元素有高有低，就会有一个相对的异常度，也叫衬度。

（赤峰市金地球化学异常分布图）

如上图，这是赤峰市的较小比例尺的金地球化学异常图，可以明显的看出有些地区金有很强烈的异常，有的地区已经发现和开采了不同规模的金矿床。

地球化学测量方法有很多种，比较常用的有岩石、土壤、水系、生物、气体等，通过调查不同对象的元素特征来进行找矿。

我们在东昆仑五龙沟地区利用原生晕地球化学的手段对金矿床的找矿潜力进行了研究。我们研究的矿床都是热液矿床，成矿热液中的元素呈简单离子、简单络离子、复杂络离子以及气体分子形式存在。当外界条件在短距离内发生比较剧烈的变化，或者说含矿热液在遇到各种物理化学障的情况下，迁移的平衡条件遭受破坏，各元素便在一定的空间部位沉淀、析出。

在沉淀条件最有利的局部地区，可能成为沉淀中心，由此向外，依次形成矿体、蚀变带和范围更为宽广的原生晕。

矿体、蚀变带和原生晕是统一的成矿作用的产物。热液带来的成矿物质，只有一部分聚积为矿体，大部分则分散在围岩中形成原生晕。

我国的学者李慧对原生晕的研究很深入，提出了众多模型。