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1、矿床综合勘查的基本原理与方法,1.矿产勘查的基本特征2.矿产勘查的理论基础地学原理数学原理经济学原理技术原理3.矿产勘查的准则,1矿产勘查的基本特征,绪 目论 录,成矿学：矿床为什么产在这里？矿源？成矿过程？主要控矿因素是什么？矿产勘查学：矿床找矿标志？到那儿去找这类矿床？最有效的找矿方法技术？找矿效益和风险评估？,矿产勘查是根据局部信息推断整体特征的一项决策过程(1)多解性由于矿床形成过程的复杂性，矿床形成后变化的多样性，对矿床抽样性观察研究的不完整性以及当今科技水平的局限性等决定了人们对矿床成因认识的多解性。(2)间接性由于矿体大多埋藏于地下，出露地表部分十分有限，有时矿体完全隐伏于地下，
2、上面距地表覆盖有厚度不等的沉积盖层或其他地质体遮挡，对矿体的空间位置及其产状多以各种间接信息或有限的直接观测(如少量钻孔或坑道的揭露)进行间接性推断解释。(3)不确定性 由于矿床勘查是一个相对长期的过程，在这个过程中有可能发生各种不可预料的情况变化，例如政治、经济、市场形势的变化，特别是在国外进行风险勘探时这种人为因素有时起着很重要的作用。,1 矿产勘查的基本特征,（4）风险性 由于上述种种原因，矿床勘查带有很大的风险性，而且是一项受概率法则支配的工作。人们不能准确预测矿产勘查的结果，而只能以一定的概率估计矿产勘查可能的结果。为了提高矿产勘查的成功概率，一方面需要对研究区进行详细的综合性地质调
3、查，根据综合信息筛选出最有利成矿的地段进行进一步的勘查工作，另一方面，就需要采用正确的勘查理论和方法，以合理布署勘查工作。,1矿产勘查的基本特征,绪 目论 录,2矿产勘查的理论基础 地学原理,矿产勘查工作首先需查明与成矿有关的地质条件，因为“矿”仅是地质体的一个特殊组成部分。工作中为了找到矿及查明矿，不可避免地要对有关的控矿因素，如地层、构造、岩浆岩、变质作用等与成矿的关系进行分析研究.区域成矿学在对矿床本身特征进行研究时，要涉及到矿体特征、矿石物质组成、矿石质量等。矿床学因此，地学基础是矿产勘查的最基本的理论基础。,二 目节 录,地学原理-基于板块构造 成矿学原理,洋壳结构（architec
4、ture）与矿产资源(1)0.4km厚，陆源和深海远洋沉积物；（2）12.5km厚，玄武质喷出与侵入岩；（3）深成侵入岩：分异玄武岩浆结晶而成。主要包括辉长岩、辉石岩与橄榄岩。以蛇绿岩套组合存在于弧后盆地，洋陆碰撞过程中被逆冲到大陆边缘。（4）矿产：（a）与洋中脊玄武岩结晶分异有关的豆荚状铬铁矿;（b）Ni 和PGE矿床；（c）VMS矿床（Pb-Zn）；（d）富Co锰结核等。,陆壳结构（architecture）与矿产资源（1）厚20-80km,平均厚度35-40km;(2)以Conrad不连续面为界，分为上下两层，上层（6km深）为硅铝质岩石（花岗岩至闪长岩）为主，下层（介于Conrad和M
5、ohorovicic discontinuities）不连续面以硅镁质岩石为主。事实上，其结构更为复杂，反映自3800Ma以来长期构造岩浆活动历史;(3)随深度地温梯度与压力梯度通常为25/km,30MPa/km。（4）矿产：（a）金伯利岩中的金刚石矿床；（b）钙长岩中的Ti矿床；（c）Cr-V-Pt-Cu-Ni组合矿床；（d）Sn-W-F-Nb-REE-P-U矿床。（5）I型花岗岩（准铝质，氧化环境，Fe2O3/FeO0.3，磁铁矿系列）：石英闪长岩-花岗闪长岩；Cu-Mo-Au，Pb-Zn-Au-Ag（6）S型花岗岩（过铝质，还原环境，Fe2O3/FeO0.3，钛铁矿系列，更高的分异程度）
6、：石英二长岩-花岗岩；W-Sn，U-Th（Sn and W mineralization is associated with intrusion that are more highly fractionated than those containing Cu-Mo-Au）。,交代作用被认为是洋壳板片向下俯冲时，洋壳去水的产物，其产生的流体向上运移到上覆的地幔楔。被交代的橄榄岩相对未被交代的地幔富集两个数量级的贱金属与贵金属。Ladolam 金矿的研究得出3点结论：（a）交代作用和流体流是地幔部相容元素重新分布和富集的非常重要的过程；（b）部分熔融是地幔物质转移到地壳的主要过程；（c）继承
7、性是火成岩矿床成矿的关键，在相继的流体循环过程中有可能形成热液矿床。,两种不同背景的斑岩铜矿带,青藏高原碰撞造山带与斑岩铜矿,玉龙斑岩铜矿带,冈底斯斑岩铜矿带,斑岩铜金矿带,碰撞与成矿,课题10,区域成矿原理-成矿系列,成矿系列综合信息预测的成矿学原理一成矿系列理论，即矿床形成的空间关系、时间关系、物质共生关系及内在成因联系的总和。空间上，矿床表现为地理上的分布规律(成矿区域)；时间上，表现为地史上的分布规律(成矿时期)；在矿质的分散聚集上，表现为矿床、矿体的形成分布规律和矿种及矿床的共生规律，即成矿系列。,不同的成矿系列受控于不同的成矿地质条件。变质成矿系列形成于以持续抬升运动为主的地台区，
8、沉积成矿系列则形成于以持续沉降运动为主的拗陷区。同一成矿系列的不同类型的矿床成矿地质条件亦有差异。如侵入岩金成矿系列的蚀变岩型金矿形成于较深的地质环境，控矿断裂通常为韧性剪切带，控矿岩体为交代型花岗岩；石英脉型金矿则形成于较浅的地质环境，控矿断裂通常为脆性破裂带，控矿岩体多为深熔型花岗岩。,区域成矿原理-成矿系列,同一矿种有不同的成矿系列，它们可能形成于同一成矿期，亦可能分属于不同的成矿时代，但在空间上似乎受统一矿源制约，形成矿化集中区。鲁西金矿化集中区可初步划分为三个成矿系列：金的变质成矿系列:分布于北西向隆起核部的出露基底区，矿化受太古宙含金绿岩带及北西向韧性剪切带控制，成矿时代为早元古代
9、。金的火山成矿系列:分布在发育于前寒武结晶基底之上的中生代断陷火山盆地的边部，矿化受长期复活的北西向基底断裂及次火山岩体控制，成矿时代为燕山晚期。金的侵入岩成矿系列:分布于隆起和盆地过渡区的隐伏基底，矿化受长期复活的北西向基底断裂和燕山晚期浅成斑状杂岩体控制，部分矿体赋存于深部绿岩带中。前寒武结晶基底及长期复活的基底断裂是该区金成矿的必要条件。这表明成矿矿源的统一性、成矿物质的继承性和成矿作用的叠加性。,鲁西地质矿产简图,地球化学原理元素丰度对资源特征的制约,图4-1 全球矿产资源与地壳元素丰度的关系（D.Rundqvist et al，2006）,图4-1表明：一些低丰度元素（Au、Ag、P
10、GE、Cu、Pb、Zn、W、Mo、Sn、Sb、Ni、Cr等）和高丰度元素（Fe、Mn、Al等），其已发现矿床的资源量与元素的克拉克值成正比；即，元素地壳丰度越高，其在地壳中形成大型超大型矿床的概率越大。,地球化学原理元素丰度对资源特征的制约,目前，人类利用的元素近90余种。以0.1%为界限，可将它们划分为高丰度元素（0.1%）和低丰度元素（0.1%）。常见的高丰度有12种：O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、H、Mn和P，占地壳总重量的99.23%。在地质作用过程中，它们通常形成各种各样的造岩矿物分散在相应的岩石中，所以，亦被称为造岩元素。当它们相对集中富集时，就形成具有开采利用
11、价值的工业矿床。高丰度元素的资源量与品位是一种非线性关系。随着品位由低到高的变化，资源量显示低-高-低的变化规律。目前，人们利用的是高品位部分，若工业品位下降，其金属量将有较大的增长。这表明这类元素的资源量就全球而言是乐观的，关键取决于资源开发利用经济技术条件的进步（王世称等，1990）。,地球化学原理元素丰度对资源特征的制约,低丰度元素则有所不同。低丰度元素重量的总和仅约占地壳总重量的0.77%。这类元素在地壳中的分布是及不均匀的。在地质成矿作用过程中，近在地壳局部适宜的环境中高度富集形成工业矿床。低丰度元素的资源量与品位是一种更加复杂的关系，其图形具有双成分（双峰）分布模式；第一个成分分布
12、模式表明元素呈分散状态，第二个成分分布模式表明元素呈叠加富集矿化状态，且富集成矿部分的资源量仅占其元素地壳总量的极少部分。因此，即使开采利用技术得到改进、可利用资源品位下降，其资源增长量亦越来越小，且逐渐趋于零。这表明低丰度元素的资源潜力是有有限的。,地球化学原理地球化学异常类型及其组合评价准则,在一定的地质构造单元上，不同类型的成矿系列具有不同的地球化学异常类型及异常元素组合。在鲁西地区，变质金成矿系列形成于太古宙绿岩带地质背景上，矿化受早元古代韧性剪切带控制，其地球化学异常为“面一线”叠加型，以发育金的高中温地球化学组合(Au-W-Mo-As+Au-Cu-Zn)异常为特征。侵入和火山金成矿
13、系列，以中生代构造岩浆活动为成矿地质背景，矿化分别受中酸性(或中偏碱性)浅成斑状侵入杂岩体和火山机构控制，其地球化学异常为“环一线”叠加型，以发育金的中低温地球化学组合(Au-Cu-Pb-Zn+Au-Ag-Sb)异常为特征。,地球化学原理地球化学异常类型及其组合评价准则,地球化学异常类型及其组合的地质演化矿产资源体是地质作用长期继承、发展、演化的产物。如鲁西不同类型的金成矿系列正是在太古宙含金绿岩带的基础上，自变质成矿作用向岩浆成矿作用演化的结果。其地球化学异常类型亦由“面-线”叠加向“环-线”叠加演化，地球化学异常元素组合亦由“高-中温型”向“中-低温型”转变，这反映了金的成矿由“层-裂”控
14、型向“岩-裂”控型转变。从地质演化的角度研究地球化学异常的空间结构特征及元素组合特征是定性评价异常的重要原则，异常的定性评价是其定量评价的前提。,地球化学原理-异常分带原理,(1)控矿地质背景地球化学特征我们把对成矿具有某种控制作用的地质体(地层或岩体)称为控矿地质背景或成矿地质背景。这种地质背景通常具有成矿元素(或其伴生元素)的高丰度。鲁西太古宙含金绿岩带除富含Au(12.5510-9)外，亦富集Cr(115510-6)、Co(18410-6)、Ni(49410-6)、V(10310-6)等铁族元素(上述元素的区域背景为：Au：1.5410-9、Cr：71810-6、Co：12810-6、N
15、j：32510-6、V：8710-6)，从而构成了上述元素呈面形分布的低缓的区域地球化学异常(或高背景带)。,地球化学原理-异常分带原理,(1)控矿地质背景地球化学特征与金矿化有关的岩体通常环绕岩体形成Au、Cu、Pb、Zn、Ag、Sb等元素的环形地球化学异常，发育金的火山岩成矿系列的火山岩盆地的边缘亦断续分布有Au、Cu和Ag的异常；控矿断裂则往往发育金的线形异常。,地球化学原理异常分带原理1 成矿成晕元素原生异常圈定方法,1.从199件钻孔样品中,选择60件样品元素数据作为背景数据,用于计算元素原生晕分带参数:均值:离差:异常下限Ca-2Ca 2Ca-4Ca4Ca-Max(外带)（中带）（
16、内带）,元素原生晕分带参数表,6.2 成矿成晕元素原生异常,Pb,Zn,Ag,W,Sn,As,Sb,Bi,Hg,Cu,Mo,Cd,In,6.3 建立原生晕分带序列,1.异常元素线金属量,表2：花敖包特铅锌矿区05勘探线成矿成晕元素平均含量（ppm）,表3：花敖包特铅锌矿区05勘探线成矿成晕元素线金属量（ppmm）,表4：花敖包特铅锌矿区05勘探线成矿成晕元素分带指数,依据表4中的分带指数初步排出分带序列为：(Pb-Cd-Sb-Mo)(Zn-Hg)(Bi-In-Cu)(Ag-W-Sn-As),表5：成晕元素分带变异性指数,根据下列公式计算元素变异性指数（表5）,Dmax某元素的分带指数在所有钻孔
17、中的最大值；Di某元素在i钻孔的分带指数值(不含Dmax所在的钻孔)；n钻孔数(不含Dmax所在的钻孔)。,SbPbCdAgZnHgCuInAsBiSnMoW,深部矿体潜力评价,深部矿体潜力评价,地球物理原理,线形和环形构造是两类最基本的控矿地质构造。前苏联学者谢格洛夫认为矿床的分布无论在区域上(矿带)还是局部(矿区)上都具有线性(带状)分布规律。他将这种规律归因于板块扩张及俯冲作用、裂谷作用和地幔热点作用三个主要因素。中国内生金属三大成矿域(郭文魁，1987)：古亚洲成矿域滨太平洋成矿域特提斯一喜马拉雅成矿域皆具有线性(带状)分布的特征，并分别受东西向构造带、新华夏系和特提斯一喜马拉雅构造带
18、的控制。环形构造通常是受线性构造控制的次一级构造(侵人体边界、火山机构、构造穹窿和背斜、向斜等)。矿带的线性分布规律及矿床就位的环、线双重控制模式是地球物理和遥感影像成矿预测的地质基础。,地球物理原理,在线、环地质构造地球物理解译的基础上，查明地球物理异常空间分布的性质与研究区地质条件特点之间的关系，乃是应用地球物理方法的基础。决定异常地球物理场形成的主要因素是构成研究区各种岩石的物性差异地质体的规模形态及其组合方式等不同性质的地球物理场则与处于不同构造环境的构造建造带相吻合，并取决于组成构造建造带的沉积建造、变质建造和岩浆建造的物理性质及构造建造带的构造格局。,地球物理原理,1.对于区域成矿
19、预测，除铁矿外，地球物理信息主要用于研究成矿区域地质背景的地球物理标志及深部地质特征，区域构造格架及其演化规律。2.对于贵金属矿床的区域成矿预测，由于矿石中成矿元素的含量甚少，不足以因成矿元素的存在而影响作为整体的矿床或岩石的物理性质。因此，地球物理信息目前尚不能直接预测这类矿床，但可通过与贵金属元素成矿有关的有利地质背景的地球物理研究，确立含矿建造的三维分布，为矿产的立体预测提供深部信息。3.与金成矿有关的岩体，其密度相对较低。4.断裂作为不同地质体单元的界面通常引起区域重磁场显著的梯度变化，其变化梯度与断裂带深度成正比。5.通常通过区域重磁场不同延拓高度的不同方向一阶导数的解译，编制重磁构
20、造格架图，通过不同延拓高度二阶导数的解译推断与金成矿有关的地层、岩体和断裂的深部变化趋势及其产出状态，从而使地质图三维化，实现成矿系列的立体预测。6.据控制磁场的断裂形成在先，破坏磁场的断裂形成在后的准则，推断断裂形成的先后顺序，并结合地球化学信息，达到从地质演化的角度研究物化探异常之目的。,T-总磁场 强度Z-垂直分量H-水平分量Z=TsinIH=TcosI（1）I=0Z=0，H=T（2）I=90H=0，Z=T（3）I=45Z=H海南岛（20）-黑龙江（70）长江中下游（45）,2.3.1 基本原理,Ts=T1+T2+T3+TaTs-总磁场，T1-基本磁场，T2-大陆磁场，T3-区域磁场,T
21、a-局部磁场(地球表层不均一磁性体引起)对于航空磁测T0(地磁场)=T1+T2+T3Ta=T0+Ta,T=Ta cosT-近似等于总磁场强度异常Ta在正常(背景)地磁场强度T0方向上的投影,我国大陆正常磁倾角介于20-70,属斜磁化地区.T异常必然受斜磁化影响,磁性体处的纬度越低,且走向越近于东西,斜磁化的影响越显著.在此情况下,磁性体所产生的T异常曲线都具有正负异常相伴出现,且负异常往往出现在正异常的北侧.,数学原理-成矿元素的数字分布特征,R Saager通过对南非太古宙绿岩带和欧洲阿尔卑斯山古生代超镁铁质杂岩中金的分布研究发现，金在岩体硅酸盐相和硫化物相中的分配是不均一的，且具有双成分分
22、布模式。金在硫化物相中以固溶体和包体两种形式产出，并与粒间微粒金一起构成了金含量的超量点群(XAu3310-9，占总体的19，N=98)；赋存在硅酸盐和氧化物中的金构成了金含量的背景值点群(XAu1.010-9，占总体的81，N=98)。金的超量点群构成了金的后生矿床的潜在矿源，这是因为硫化物相中的金和微粒金比硅酸盐和氧化物中的金更易于被流动的热液溶蚀和溶解。RSaager(1983)将这种具有超量点群的岩石定义为金的矿源岩。刘英俊等通过对华南含金和含钨建造的研究得出了同样的结论，即成矿元素的双峰分布是后生成矿系列含矿建造的共同特征。,1-数学原理-成矿元素的数字分布特征,F=BX1+aX2根
23、据上述讨论，定量估计含矿建造中成矿元素的潜在资源量的公式可表达为：Q=（XA NA/N）V D（4-1）其中，Q一潜在资源量，XA-为成矿元素在超量点群中的平均含量，NA一为构成超量点群的样品数N为总体样品数，V为含矿建造体积，D为含矿建造密度。NA可由辛克莱Log概率图解等方法求得。,（1）品位-吨位分维模型,M1=1/2 M0C11=2C0;C12=(2-2)C0，122C21=22C0;C22=(2-2)2C0;,（2）Au-品位-吨位分维模型,（3）Cu-品位-吨位分维模型,（4）U-品位-吨位分维模型,因子分析(Factor Analysis)原理与应用,（1）F=AX(2)因子分析
24、结果揭示滇东地区存在三种元素组合:Cu-Pd-Co-Pt-V-Cr-Ni:代表了位于扬子地块的二叠纪峨眉山玄武岩Sb-As-U-Mo:华南褶皱系含碳质的沉积建造Pb-Ag-Zn-W-Sn-As-Au:代表的热液矿化元素组合特征。,图1-a 滇东地质矿产简图;1-b F1（Cu-Pd-Co-Pt-V-Cr-Ni）因子得分图;1-c F2（Sb-As-U-Mo）因子得分图;1-d F3（Pb-Ag-Zn-W-Sn-As-Au）因子得分图,地质统计学(Geo-statistics),变差函数：（）（）1.变差函数分析表明Pt、Cu、Au含量在NE向（918.6）上变化最连续，元素含量变化的最大变程范
25、围约95km；2.泛克里格法揭示了Pt、Cu、Au含量在区域上变化具有明显的裂控-岩控特征。,图2-a 滇东地质矿产简图（图例同图1-a）；2-b 泛克立格法获取的Pt区域地球化学异常(单位：109)；2-c 泛克立格法获取的区域Cu地球化学异常(单位：106)；2-d 泛克立格法获取的区域Au地球化学异常(单位：109),多重分形滤波,多重分形滤波法则细致地刻画了滇东地区与矿化有关的局部异常特征，有效地提取了Pt、Cu、Au隐蔽矿化异常信息，其结果可作为圈定Pt-Cu-Au找矿靶区的重要依据。,图3-a 滇东地质矿产简图（图例同图1-a）；3-b S-A法获取的Pt异常；3-c S-A法获取
26、的Cu异常；3-d S-A法获取的Au异常,矿产勘查属于一种经济活动，其始终受到后者的制约。具体表现为：（1）矿体的属性特征受到工业指标及市场价格的制约,经济学原理,图2-3 网脉状Pb-Zn 矿床的面储量和矿石质量与用不同边界品位圈定关系图（据.卡日丹，1984）1-花岗岩；2-二长岩；3-构造断裂；4-按边界品位5%圈定矿体；5-按边界品位2.9%圈定矿体；6-按边界品位1.5%圈定矿体,因此，经济知识是矿产勘查的理论基础。,（2)追求经济效益是矿产勘查的根本目标（3)经济可行性论证是矿产勘查的必要工作,经济学原理,二 目节 录,勘查技术手段对矿产勘查的成败及其理论起着至影响,具体表现为：
27、技术水平影响勘查的深度及广度技术水平影响勘查信息获取的途径及数据处理的方式、对勘查战略及程序产生影响；技术水平的提高使勘查对象发生变化。,勘查技术原理,绪 目论 录,3矿产勘查的准则,绪 目论 录,矿床勘查的主要矛盾是勘查范围的有限性和矿床产出的局限性以及矿床特征的变化性。寻找并实现勘查程度与勘查成本之间的合理的“度”，就构成了矿床勘查的基本科学内容。,赵鹏大院士提出了如下的对立统一的勘探过程最优化准则:1.最优地质效果与经济效果的统一是一切矿产勘查工作应遵循的最基本准则：矿产勘查工作必须以获取最佳地质效果为目的，但同时又必须以达到最好的经济效果为前提。在矿产勘查不同阶段，这两者的统一有不同的
28、内容 勘查阶段应以采用合理、有效的综合方法尽快找到潜在矿床并作出远景评价为目的。在勘探阶段则以查明矿床的工业价值为目的。矿产勘查的经济合理性应从整个勘查过程来加以考查 纯属矿山开拓、采准或开采时要解决的地质问题不宜要求在地质勘探阶段加以解决；矿床勘探工作也不能忽视未来矿山开采设计的基本需要而单纯地追求地质勘探部门的经济效果。,3矿产勘查的准则,2最高精度要求与最大可靠程度的统一指导矿产勘查工作精度评价的准则地质事件是随机事件，其观测结果具有不确定性。统计分析中的平均值估计的区间大小可以理解为允许误差范围，这就是计算的平均值的精度。而真实的平均值落入此区间的概率，即为对应于该精度的可靠程度。若想
29、既要有较高的精度，同时还有较高的可靠程度，只有增加观测次数N。观测次数N一定时，应努力将精度与可靠程度加以统一。,3矿产勘查的准则,3模型类比与“求异”的统一 利用所获得的资料的准则 模型类比法是将在研究程度较高的已知矿区所总结的规律和积累的经验来指导未知地区工作的方法。由于成矿作用的复杂性，世界上任何没有两个矿床是完全相同的。因此，必须将模型类比，与“求异”相统一。因为：随着新的实际资料的获得，要不断修正已有的模型；模型区与未知区之间存在“差异”。,3矿产勘查的准则,4随机抽样与重点观测的统一指导抽样观测的准则“抽样”不是单指采取样品的工作，而是泛指各种观测。为了保证抽样的随机性，在地质勘查
30、工作中，按照一定的间距均匀地布置观测线、观测点、取样点。在如下情况下，需要有不同的观测密度。具有不同变化程度的地段或方向上，需要有不同的观测密度；整个矿床或调查区的不同地段，由于所处的勘查阶段不同，观测密度也不同。为了针对性地研究某一问题，而在关键性地段重点观测。,3矿产勘查的准则,5全面勘查与循序渐进的统一：地质勘查全过程的最优化准则 全面勘查的含义查明矿床所占据的整个空间；对矿床地质条件、矿体外部形态和内部结构、矿床开采技术条件和水文地质条件等进行全面调查研究。循序渐进的含义在矿产勘查的不同阶段，全面勘查的内容应与工作阶段相适应；巨大的矿床需分阶段或分片地做到全面圈定，延深很大的矿床也应分段地圈定不同深度的矿体。,3矿产勘查的准则,绪 目论 录,Thanks!,
