古今探矿理论多尺度融合及“四步式”深部找矿方法

2020-12-04 04:39赵新跃龚红胜周先
矿产勘查 2020年10期
关键词:矿床理论研究

赵新跃,龚红胜,周先

(1.四川会东大梁矿业有限公司,四川凉山 615205;2.昆明理工大学有色金属矿产地质调查中心西南地质调查所,云南昆明 650093)

0 引言

诞生于西方工业革命后的现代探矿理论及其技术方法,主要采用先进的科学装备和规范的地质填图、物化探、遥感等探测技术,在全球成矿域、区域成矿区(带)、矿集区、矿田(床)尺度的成矿理论和勘查技术及应用领域取得了突飞猛进的进展,有关专家学者们先后提出了成矿预测的理论和方法(赵鹏大等,1983;陈毓川等,1998;王世称等,1992;毛景文等,2012)和找矿评价理论与方法(赵鹏大,2000,2001;肖克炎等,2006;叶天竺等,2014);韩润生等(2019)提出了矿田(床)尺度的热液矿床深部大比例尺“四步式”找矿方法,这些理论和方法奠定了不同尺度成矿预测和矿产勘查的基础,据此发现和探明的大型-超大型矿床不胜枚举。但是,这些进展多以西方地质探矿理论为基础。追溯中国远古时期的探矿可以发现,中华先祖既无大批专业地质勘查队伍和科研团队,也无先进的科学探测仪器和设备,他们是运用怎样的探矿理论和方法进行找矿? 古代的探矿理论和方法产生的文化背景是什么? 如何将中华文化与现代地质探矿理论有机融合来有效指导我国正在轰轰烈烈开展的地球深部探测、老矿山深边部的找矿勘查? 这一系列问题需要我们深入探索其本质,并融合于矿田(床)找矿勘查研究及实践中。本文基于融合中西探矿理论的精髓、汲取其精华的思想,在深化热液矿床深部大比例尺“四步式”找矿方法的基础上,融合“三坟易”、《山海经》、幔汁理论和俄罗斯地球排气理论,开展探矿理论多尺度融合探索研究和找矿勘查技术研究,提出了“四步式”深部找矿方法:寻“龙”定带(确定成矿区带和控矿构造体系)→勘“穴”筛区(查清矿床成矿规律,筛选有利找矿区段)→察“土”圈点(分析圈定矿化蚀变区和重点找矿靶区)→综合定位(综合地-物-化探等各类矿化信息进行融合和推敲,厘定深部隐伏矿床(体)的空间位置)。该方法是集成中华文化智慧和现代地学理论的找矿勘查方法,对我国找矿勘查理论和横向交叉学科研究及应用起到了抛转引玉之的作用。

1 古代探矿理论的启示

中华文化之根在易,易之源在三坟(王兴业,1999),“三坟”是指伏羲的《连山易》,神农的《归藏易》和黄帝的《乾坤易》。“三坟易”是中华文明研究“天人”之间变化规律的书籍,其中《连山易》主要研究大地形状与金属矿产关系,《归藏易》主要研究有生命的土元素外在形态,《乾坤易》主要研究无生命土元素在地表的气体形态特征。“元炁”是中国古代的哲学名词,指产生和构成天地万物的原始物质。“元”通“原”,“始也”,《说文》解释为指天地万物之本原。在中国古代哲学史上,元气学说是人们认识自然的世界观,其产生可追溯至老子之“道”,老子在《道德经》(熊春锦,2006)中认为“一”即道,散而为炁,聚而为太上老君也;《黄帝四经》(熊春锦,2012)在道源篇中有“一”是道的名称,无为是根本,中和是作用的论述。战国时期宋钘,从尹文的“心气说”(即“气一元论”),到东汉末年王充的“元气自然论”,再到北宋张载的“元气本体论”,都反映了该理论的演化过程和发展历史。

中国早期探矿理论产生的时代久远,是在“元炁”本体论思想基础上发展起来的,为早期社会发展发挥了重要作用。例如,林则徐向道光皇帝的奏折中描述了矿师的辛苦和找矿方法(何伟,2015):首先是秋季丑寅两日早晨,矿师站在高山之巅望金属矿产气体形态;然后根据气体形态的方位逐条山脉进行寻找和排查,发现“穴”(环形构造)后再进行查“土”工作和确定矿体位置,古有“三年寻龙,七年定穴”之说。可以说,该项工作与现代地质找矿工作有一定的类似性,呈现出探矿的复杂性、艰巨性及长期性。但是,探矿理论古代在后期发展过程中,受到了西汉儒家思想“视死如生”和晋朝“虚无主义”的影响,出现了望文生义,不知所以然的事情的发生。西晋杨泉的“物理论”中认为: “1)元炁浩大则称浩天,浩天元炁也,浩然而是,无它物也;立天地者水也,成天地者炁也,水土之气生而为天。2)风者阴阳之乱也,风者清热之气,散之为电;石者气核也,气之生石,犹人之经络之生爪牙也。3)夫土地者皆有形名,有龟龙,有麟凤,有弓弩势,有斗石像有张舒形,有闭塞容,有阴真之安,有累峁之危,有膏英之利,有塉埆之害;此四形者,气势之始终,阴阳之所极也” (于希贤,2002)。东晋郭璞的“夫阴阳之气,噫而为风,升而为云,降而为雨,行呼地中,谓为生气”理论产生以后逐步形成“风水”居住环境学(于希贤,2002)。

杜乐天(2016)在中华文化思维观念指导下,融合地幔柱理论、地球排气等理论,形成了既有东方智慧又有现代地学理论支撑的幔汁成矿论。该理论将地球排气作用划分为5 个气圈(地核气圈、上地幔圈、中地壳气圈、上地壳气圈、大气圈),并把矿床类型划分为造山带、裂谷和盆地矿床3 种,三者之间互为依存,相互共生及伴生。把幔汁流体按照成分H-A-C-O-N-S 分为碳硫和碳氢两种,其中H 代表氢、卤素和热;A 代表碱金属;C 代表碳;O 代表氧;N为氮;S 为硫族。根据流体的性质不同,对应形成的矿产性质也不同。例如,碳硫幔汁在上升过程中依次形成氧化物、硫化物和非金属矿床;而碳氢幔汁体依次形成石油→天然气→煤→盐碱矿床。杜乐天在俄罗斯地球排气理论研究成果的基础上,进一步将地球内部之气划分为五个气圈(大气圈、上地壳充气圈、中地壳充气圈、上地幔充气圈、外地壳充气圈);并根据其产出部位不同划分为19 种:①火山气,②热泉气,③气泉气,④冷泉气,⑤火成岩气,⑥金属矿床形成之气,⑦金属矿床中有害气体,⑧岩层气,⑨煤层气,⑩泥火山气,⑪地下水中游离气,⑫地下水中溶解气,⑬断层形成之气,⑭地震形成之气,⑮韧性剪切带形成之气,⑯地幔气,⑰天然气,⑱热感岩形成之气,⑲煤矿形成过程中瓦斯之气。另外根据化学成分不同划分为12 大类和108 单项,12大类为:①氢类和氢化物,②氢氧化物类,③氮及氮化物类,④汞及汞化物类,⑤硼及硼化物类,⑥卤及卤化物类,⑦硫砷碲化物类,⑧碳及碳化物类,⑨氧及氧化物类,⑩稀有金属类,⑪金属有机化合物类,⑫纳米微粒。

通过对“元炁”本体论、幔汁理论及堪舆理论的对比发现,三者研究方向各不相同;“元炁”本体论中的“炁”是能量代号,是古人对创造万物能量的统称。郭璞研究的是流动空气对居住环境的影响(于希贤,2002);而幔汁理论研究的是地球内部之气,主要研究对象是矿产资源怎样形成及自然灾害防治等,其目的是为人类资源开发利用提供理论支撑。笔者认为,在矿山深边部地质找矿中,可以采用“元炁”本体论与宏观思维观念和交叉学科理念,解释金属与非金属矿床的共伴生关系;利用“元炁”本体论的思想,通过系列地质勘查,判断找矿靶区是否具备找矿潜力;运用幔汁理论解释流体上升过程中矿产变化特征和矿物组合关系;应用现代地球物理和地球化学方法推断含矿构造和确定流体通道。对于古代堪舆找矿书籍应吸收其精华去其糟粕,例如,用“穴停三分,山分八卦” 来解释环形构造的对称等间距特征,就可以解决矿区周边无环形构造的老矿山找矿问题。在开展上述研究的同时,应重点采用现代地质研究方法,精细化和规范化做好基础地质工作,达到中西合一和古今合一,既有传承又有发展,不断开创地质找矿工作新局面。

2 古今探矿理论多尺度融合的“四步式”深部找矿方法

现代地质找矿技术,首先是通过卫(航)片进行遥感影像解译和远景区圈定工作,然后到实地开展地质填图和物化探勘查工作,然后依据各类异常信息圈定具体靶区,最后采用重型山地勘查工程进行验证和揭露。根据不同类型矿床和不同勘查类型选择和部署勘探工程,按一定的工程网度依次进行预查、普查、勘探及生产勘探,提交出不同级别的资源储量。这种方法的优点是循序渐进,基础地质资料齐全,便于后期地质综合研究。缺点是勘查周期长,投入人员和资金大。特别是在老矿山深边部找矿勘查中难于做到“短、平、快”,其缺点凸显。另外,现代地质研究普遍存在单项研究深度大,多学科之间的横向交叉研究少,造成了在矿床勘查领域中多注重成矿物质和成矿流体来源研究而轻视成矿流体定位通道和场所研究、多关注纯粹的成矿理论研究而漠视找矿技术研发及其应用推广等诸多问题,导致目前许多矿山涉及成矿理论的报告多,但真正适用于矿山找矿勘查中集探矿理论和勘查技术为一体的科研报告寥寥无几;这一现状是制约矿山深部和外围取得找矿突破的关键问题。为此,集笔者30 多年找矿勘查实践,博古论今,逐步构建了融合古今探矿理论融合的多尺度“四步式”找矿方法。

2.1 寻“龙”定带(确定成矿区带和控矿构造体系)

“龙脉”一词出于“三坟易”崇山组中君物龙相(君内物外,物龙也,善变,龙脉也)。“龙脉”产生的原因是多期地质作用活动的结果,包括造山运动和岩浆活动等地质运动。徐达斯(2018)研究认为中国对龙的图腾崇拜从旧石器开始,认为龙有九似“能显能审,能细能粗,能短能长,春分登天,秋分潜源。可以看出古人有像形取意之说,龙是中华民族图腾,有通天入海功能,形态与压扭性构造形态吻合。

杨筠松(2011)划分的3 条龙脉与李四光划分的纬向构造位置(李敏芳,1996)一致但名称不同,3条纬向构造体系分别为南岭、昆仑-秦岭、天山-阴山构造带。秦岭纬向构造(河南洛宁—陕西凤台地区)长500 km;昆仑纬向构造甘霖-德令哈隐伏断裂(赵新跃等,2018),从新疆火烧云—柴旦盆地(油,煤,铜金铅锌)—甘肃金昌镍矿—山东半岛(油、金矿田),长3000 km;阴山纬向构造带(赤峰开源大断裂),东起内松辽盆地,西到狼山山脉,全长1300 km,南北宽50~100 km,在冀蒙辽结合部位形成(石油、煤和金矿田),中部形成白云鄂博铁矿,西部在狼山地区形成获各琦东升庙多金属矿田。孙家骢和韩润生(2016)将云南纬向构造体系划分为3 条构造带:云南广南-晒干河纬向构造带(750 km)、云南师宗-易门-澜沧江纬向构造带(292 km)、云南兰坪-贵州修文纬向构造带(750 km),控制了一系列大型-超大型多金属矿床。俄罗斯学者IO.C.萨夫丘克研究认为纬向构造与环形构造交汇部位是形成大型和特大型矿床的主要地质条件之一(黄学等,2008)。

在找矿工作中,发现大型-超大型矿床集中区内普遍存在金属矿床与石油、煤炭、碳质板岩的共生-共存之现象。例如,在云南兰坪-贵州息烽纬向构造带(26°30′)中存在碳质板岩和煤田;在昆仑纬向构造带(37°30′)中形成的锡铁山铅锌矿周边形成石油和煤田;赵新跃等(2019)认为阴山纬向构造带(41°30′)的断陷盆地中易形成煤和石油矿田(图1)。杜乐天(2016)认为煤和石油产在盆地中的主要原因是盆地底部岩石产生溃变后幔汁体侵入而成;同时在矿床形成过程中发生碱交代作用后,在造山带形成红化和铜金矿床。代世峰等(2014)、朱华雄等(2016)和宁树正等(2017)在研究全国煤田系统取样和气体样品检测后发现86 种元素,其中含铁、镓、锗、锂、锡、铟、铀等金属元素65 种,并将与煤有关的金属矿床划分为煤-镓、锗、铀、稀土、稀有、贵金属7 类矿床。许鹏(2017)探讨了四川盆地北缘铅锌矿与古油气藏的共生关系。张荫(2013)开展兰坪铅锌矿中的有机质(石油)与成矿作用关系的研究成果与杜乐天的研究基本吻合,提出了石油与铅锌有同源共伴生的关系。以上说明综合交叉在矿床研究中的重要性和必要性。

研究认为,讨论金属矿产与煤、石油三者之间的关系,不仅可以解决成矿流体来源问题,而且可以评估研究区是否具备形成中型以上矿床的找矿潜力。例如,河南油田位于南阳盆地东南侧,在油田西侧形成唐河周庵大型铜镍矿,而在油田东侧形成亚洲第一的南阳桐柏吴城碱矿和破山银矿,淮源和银洞坡大中型金矿床。但是,截至目前在盆地西北侧的伏牛山纬向构造(33°30′)内未发现中等规模的金矿床,其原因可能与远离盆地有密切关系。前人对滇东北矿集区铅锌多金属矿床的成因普遍集中于MVT 型或层控型,韩润生等(2012)提出会泽型(HZT)铅锌矿床新类型,矿床明显受印支期北东向构造带成矿构造体系的控制,深源流体沿陆内斜冲走滑-断褶构造带“贯入”,并与盆地内的还原性流体发生混合等多重耦合成矿作用而成矿(韩润生等,2019)。代世峰等(2014)研究发现,黔滇交界地区煤田中有富锗煤矿存在,这样从理论上解释了该区铅锌矿体中锗的来源问题,综合分析发现铅锌与锗属于同盆伴生关系。

“支龙”即切割地幔的次级压扭性构造。杨筠松(唐)认为“支龙”是“主龙”的延伸,气穴主要形成于“支龙”中。分析发现,区域纬向构造与环形构造的结合部位常常是形成矿田的首要条件之一,在环形构造带内须有流体运移通道和气动角砾岩的存在是成矿的第二条件。例如,小江断裂北段形成的东川-会东铜铁磷铅锌成矿带就具备这两个条件(赵新跃等,2019)。在矿田内,单个矿区内压扭性构造往往控制矿床。例如,在印支期由北东向弥勒-师宗压扭性深断裂、NW 向紫云-垭都斜落-走滑深断裂及SN 向小江、绿汁江-安宁河、普渡河走滑深断裂围成的川滇黔菱形构造格架,由于普渡河、小江断裂发生左行走滑作用,控制了川滇黔铅锌多金属成矿区内诸多铅锌矿床的分布(韩润生等,2019)。而且,环形构造出现在其南西方向,普渡河断裂以西的环形构造出现在北东侧。

2.2 勘“穴”筛区(查清流体运移通道,筛选有利找矿区段)

古人勘“穴”主要是实地查看穴位周边地形特征。目前可利用卫(航)片进行遥感影像解译及地质填图来勘“穴”。其理论依据产生于“三坟易”中黄帝形坟篇第六象(水形川日川湖) (王兴业,1999)。卜应天(2017)在《雪心赋》中提出“穴分三停,山分八卦”之说;其中“穴分三停”是指穴位一般出露地表为三停(上、中、下),其下停出露位置与泉水出露点吻合,中停和上停出露在高山之巅是成矿主要位置。杜乐天(2016)对其解译为穴位之间的距离互成倍数或相等,提出了基于矿体面积的100~200 倍,在其两端会形成同等规模的矿床;并认为环形构造是岩石底辟作用后形成的,首先在地表形成地堑构造,逐步演化为裂谷和盆地,最终形成石油和天然气及碱等矿产,这点与俄罗斯学者观点不同。前苏联学者IO.K.巴尔金等研究认为环形构造是外部天体引力波和地球引力彼此相互作用过程中,引起地球壳层摆动和旋转,壳层内地层和构造之间相互作用的结果(郭万奎等,2003)。B.B.穆拉维约夫等认为环形构造形成在两组构造交汇部位,幔汁体在排气过程以螺旋状上升为主,平面上为环形,剖面上为锥形体(黄学等,2008)。B.Д.斯卡里亚金和IO.C.萨夫丘克等认为,环形构造的形成机理是地幔岩底辟作用过程中较轻物质上浮,某些物质达到地表,另一些物质经过排气作用而留在深处,同时在地表景观上表现为圆型、椭圆形地貌景观(郭万奎等,2003;黄学等,2008)。

韩润生等(1999)通过对云南易门铜矿田南北70 km 范围内铜矿床(点)研究后发现“镜面对称”成矿规律,其构造特征是从镜面向两侧,从近东西向构造渐变为北东向、北西向构造,矿石类型也依次从块状渐变为角砾状和细脉浸染状;易门铜矿田的这一规律不仅存在,而且对区内找矿预测评价具有指导作用(图1)。孙家骢和韩润生(2016)将旋扭构造划分为帚状、正反“S”型、歹字型、环状、轮状、连环状等类型。康玉柱等(2013)研究认为因力学性质不同,形成扭动构造体系也不同,石油产出部位不同。陈荫祥(2010)称环形构造为圆涌构造,将圆涌构造划分为16 种类型,认为80%的金属矿床和非金属矿床都赋存在环状构造带内。方维萱等(2018)在云南东川滥泥坪矿区通过构造岩相学填图发现,滥泥坪热液角砾岩体形态为环形和半环状,纵向上呈锥形,上部向南西,下部往北东方向倾斜,从而为该区存在东川-会东环形构造带(赵新跃等,2019)提供了证据。

图1 易门铜矿区矿床(点)分布的镜面对称分布简图

因此,上述认识反映了环形构造形成的复杂性和多成因性,杜乐天和陈荫祥的研究注重盆地形成机理,俄罗斯学者、孙家骢和韩润生(2016)注重构造体系与成矿关系的研究。

2.3 察“土”圈点(圈定矿化蚀变区和重点找矿靶区)

古人将找矿化信息(容矿)简称察。本文的察(查)包括地形勘察、邻近矿区气动角砾岩调查、环形构造内矿化蚀变岩和矿化露头地质调查及样品分析、井下构造岩相地质填图四部分。

2.3.1 工作区周边地形勘察

该项工作是古人通过查看地形特征确定环形构造的一种方法。从现代地质学看,“峡”指的就是断裂构造,一般分布于矿床的周围;在实际应用中“过峡”不是一条而是多条,所以采用“审峡”一词的动机有仔细辨别,细心推敲之意。宋庚平(2000)认为“审过峡”是古人相地探矿之法的第一步;具体论述为:“相地之法妙于观龙,观龙之术妙于审峡,峡者龙头也,真情发现处也;未有真龙而无美味,未有峡美而不结吉地”。而且,宋庚平(2000)认为:“无峡则无气,何能产矿,故善堪山脉者,观其峡即可知脉来也”。这一观点对初步判定探矿权区内有无经济价值尤为重要。例如,锡铁山铅锌矿位于锡铁山山脉;北昆仑山支脉的赛什腾山山脉,长约450 km,赛什腾山山脉被马仙断裂切割以后形成铜梁山山脉,被德岭哈-甘霖隐伏断裂切割以后形成锡铁山山脉;其中,在马仙断裂通过部位形成冷湖油田、碳间山金矿和铜梁山铜矿;在德岭哈-甘霖隐伏断裂通过地段(小柴旦湖)南侧形成锡铁山铅锌矿床(图2)。

图2 锡铁山矿区地质简图(据赵新跃等,2018 修改)

“门峡”理论来源于“三坟易”中神农《归藏易》的气坟篇第四组风气动相,动归乘轩(动内归外,风气动,天气归,动归乘轩,轩循环上升之意)。宋庚平(2000)认为“门峡”是富贵之家藏宝贝的地方,特征是高大宽阔,坚硬无比,厚度越大,矿越丰厚。幔汁理论认为,幔汁流体在上升过程中温度和压力与周边岩石发生摩擦的同时,发生同质异象地质作用后,形成这种坚硬而且柔韧的岩石特征。该特征在矿山地质探矿工程中经常遇到,过了该类岩石以后就能见到工业矿体。

2.3.2 区域气动角砾岩调查研究

区域气动角砾岩调查研究是对望“气”找矿的发展及延伸,其中望“气形”产生于“三坟易”黄帝《乾坤易》中的形坟篇。形坟篇第八卦风形气论述为:“山气笼烟(阳性矿物形成以后在地表的气体形态反应、例如黄金、白银和铜矿等);川气浮光(阴性矿物形成以后的气体形态反应,主要为玉类矿产)”。晚清徽州人汪宗沂的《云气占气候篇》中描述到:“银气素雾弥天,流散在地,拔之宛然,钱铜之气,青云最深;赭气有铁,赤色幽铜;紫气上浮,玉在石中;金气色黄,其状似环(赵纪宁,2015)。”该观点表述了气形对金属和非金属矿床赋存的指示意义;通过调查矿区和环形构造带内是否有气动角砾岩可以指导深部找矿,当今逐步发展起来的深穿透地球化学找矿方法已在区域地质调查中发挥了重要作用。

苏联学者M.H.托姆松、B.Д.波洛霍夫和O.Ⅱ.波利娅科娃认为形成大型矿床的地段都有排气通道,其典型岩石有矽卡岩、刺穿角砾岩、引爆角砾岩、热液角砾岩、碳硅岩系(郭万奎等,2003;黄学等,2008)。该认识得到大多数学者的认可。岩相构造学填图理论和方法就是方维萱等(2018)基于构造角砾岩对形成金属矿床的重要意义后提出来的。

2.3.3 环形构造内矿化蚀变岩及矿化露头调查

最早记载根据矿化露头信息找矿的文献是:“三坟易”中神农《归藏易》的气坟篇第五卦长生丽和第七卦止生貌(貌是指万物在地表形状);《管子地数篇》中容貌找矿6 条,即山地表面上有丹沙的下有金矿,表面有慈石的下有铜矿,表面有陵石的下有铅、锡、红铜,表面有赤土的下有铁矿(刘向和刘建生,2012);《荀子·劝学篇》(赵继宁,2015);《地镜图》中记载了植物与矿的关系,即二月中草木先生下垂者,下有美玉;山有葱下有银;光阴正白者,草茎黄秀,下有铜器;青草茎赤秀,下有铅(赵继宁,2015)。宋庚平(2000)认为:“夫天地无终秘之礼,而万物无不发之光;为之苗引,引者导也,苗者树枝者,如草木之实,结余下而枝叶挺其秀也。”该理论目前发展成为根据岩石的物理性质和化学成分进行辅助找矿两大类,对于寻找隐伏矿体起到非常好的作用。

(1) 黑岩系是一种普遍的矿化蚀变现象:根据苏联学者A.A.西多洛夫、杜乐天(2016)和许鹏(2017)都认为,华南地区震旦系与寒武纪接触带中形成的炭黑岩系为流体上升的通道,幔汁流体在上升的过程中依次形成铁,铜,磷铅锌、萤石和重晶石矿物组合关系。

(2) 造山带矿床的地质调查:包括矿体顶底板的岩石化学样品采集、矿化蚀变调查、矿化蚀变和矿体露头化探原生晕采集等工作。张宇和李永刚(2014)和杜乐天(2016)研究表明,“红花”是幔汁体在碱性阶段产生的热液钠交代作用结果,是燕山造山带和山东金矿田常见的蚀变。埃达克岩是高温高压条件下形成的地质体,是间接判断铜金矿点是否具备中型以上规模的指标之一,在赤峰金蟾山发现有“红花”的地方岩石化学成分就能达到埃达克岩标准,工业矿体尖灭地段和零星矿点出露地段则以钠长石化为主。

2.3.4 井下构造岩相地质填图

井下构造岩相学填图是方维萱团队近年来探索出的一种找矿方法,该方法将构造角砾岩系划分为9 个大类3 个变种,然后根据岩石成分不同划分为10 个小类22 个相系(方维萱等,2018),并通过对东川滥泥坪铜矿井下地质填图以后,建立了构造角砾岩五维空间模型“点-线-面-体-时”,进一步提出了找矿靶区,通过矿山工程验证,新发现铜伴金、银矿床3 处,另外发现金红石铁矿一处。

2.4 综合定位(融合各类成矿信息厘定深部隐伏矿床(体)具体位置)

“元炁”本体论内涵认为宇宙空间中一切物质都是有生命的载体,外在的形体是内在本质的反映。古代找矿首先采用望矿体在地表的气体形态、寻“龙”、观察山形来确定矿体露头大体位置;通过实地调查确定矿体露头。《五藏山经》(陈国生和杨晓霞,1997)是《山海经》(卢鸣,2014)的重要组成部分,其中研究总结有金属矿产9 种、玉石24 种、地点354 处,这证明了徐达斯(2018)提出的金玉文明不仅有大量金玉文物存在,而且还有详细开采地点说明该文明是真实存在的。综合目前已探明的不少矿床发现,在许多古人开采遗迹(地名)基础上发现了大型矿床,说明现代地质学是在古代地质学基础上不断继承和发展的。

现今矿产勘查方法是通过综合研究后确定找矿靶区,可以说是在古人圈定靶区方法的基础上进行的延伸和发展。因为综合研究过程是漫长思考、反复对比和不断进步的过程,是大脑思维的复杂活动、认识提高及观念转变的过程。在综合分析时,要考虑研究区在区域成矿区(带)中的位置,厘定矿床与矿床之间“镜面对称”等自然效应,厘定环形构造与炭黑岩系、流体通道的关系。对于造山带型矿床在深边部研究时,要开展环形构造与周边矿床、造山带形成机制、流体通道和运移方向等诸多问题的综合研究;对于裂谷成因矿床,要开展黑色岩墙、黑色岩系、矿产组合、气动角砾岩、控矿构造与环形构造关系等诸多问题的综合研究;在老矿山周边没有环形构造存在的情况下,要对矿田环形构造整体研究与单个矿体(五维空间关系)综合研究后,确定找矿靶区。

3 “四步式”找矿方法应用

大梁子铅锌矿位于四川省会东县,该矿于1958年开始建矿以来有多家科研单位进行地质研究工作。在本次找矿研究过程中,在认真研究前期地质资料的基础上,结合当今国内外成矿理论,进行综合研究,认为杜乐天(2016)的幔汁理论具有宏观性、整体性及实用性等特点。该理论认为流体从深部上升过程中早期形成氧化物矿床,中期形成硫化物铜金矿床,后期形成硫化物铅锌矿床,最后形成萤石、重晶石脉的演化系列,很好地解释了磷矿与铅锌共生和伴生问题。幔汁理论对山东半岛造山带“红花”的研究结论(杜乐天,2016)与中科院张宇和李永刚(2014)在内蒙古赤峰金蟾山的研究成果吻合,说明该理论具有代表性和应用价值。特别是笔者前期在赤峰金蟾山工作期间发现有“红花”的地方存在工业矿体,“红花”消失则工业矿体同时尖灭,这也说明该成矿理论具有较强的实用性。

在大梁子铅锌矿找矿研究中,首先利用慢汁理论对矿床地质特征再认识,找出矿床的规律性和异同点;然后,通过对比发现幔汁理论不仅适用于石油和铀矿的地质找矿,同样也适用于金属地质找矿。例如幔汁理论认为华南地区的金属矿床和磷矿床赋存于寒武纪盖层下面炭黑岩中,流体从深部上升充填在不同部位形成不同的矿床,与大梁子铅锌矿具有类似特征。根据该认识,结合大梁子矿区井下揭露地质情况,认为矿区NW 部深部存在第二富集段的可能性。随着对幔汁理论的认识逐步深入,发现该理论属于宏观性理论指导,但对于指导具体矿山找矿还存在一定的局限性。例如对于盆地成矿机制与陈荫祥(2010)的研究就不吻合。后期在仔细研究幔汁理论的过程中发现,该理论来源于俄罗斯的地球排气作用理论,随后通过对地球排气理论的研究,发现该理论不仅能解释纬向构造(龙脉)和环形构造(穴位)形成的原因,同时也可解释穿刺角砾岩、矽卡岩、碳钛岩系等气动角砾岩形成原因。进一步研究发现小江断裂北段(云南东川—四川会东)能形成大型矿田的主要原因有6 个(图3):①云南兰坪-贵州修文纬向构造带(26°30′)通过本区,该带西部形成兰坪大型铅锌矿,中部形成攀枝花钒钛磁铁矿,边部形成拉拉铜矿,东部形成东川-会东矿床群,在贵州六盘水形成大型煤矿田和云南会泽铅锌矿田;②在云南兰坪-贵州修文纬向构造内形成云南巧家金塘-东川的环形构造带,该环形构造带北起云南巧家县金塘镇、西到会东菜园子铁矿、南到云南东川区小包包磷矿、东到东川区大海麻栗坪磷铅锌矿;③在云南巧家金塘-东川的环形构造中有3组北东向构造通过,在北东向构造通过部位有气动角砾岩出露;④在云南巧家金塘-东川的环形构造带内矿体赋存在寒武纪盖层下部太古宙和元古宙老地层中;⑤矿体赋存于环形构造带西部炭黑岩系中,自西向东依次形成磷、铅锌、铁铜、金矿床(点);自南向北为铁铜金—铁铅锌;⑥在金沙江—麻糖断裂之间有碳质板岩出露,碳质板岩出露区域应该是纬向构造带与环形构造带交汇的中心部位,根据环形构造对称等距原理认为该位置在中深部具备形成大型高温矿床的地质条件。

在现有成矿理论中,未见有关主脉(龙脉)或者支脉与环形构造的关系的系统研究,只有幔汁理论中提出矿床之间有等间距分布的特征。陈荫祥(2010)在研究圆涌(环形)构造时总结了对称分布特点,具体产生原因未进行系统研究。基于以上研究现状,笔者在查阅《雪心赋》资料时发现有支脉生在“龙脉”上,“穴”位(环形构造)长在支脉中等研究论述,并提出“穴停三分,山分八卦”,对于这句话的解读就是环形构造形成一般为上中下3 个,以等间距对称分布为特征。

综合上述研究可得出矿田一般形成在纬向构造带和与环形构造带结合部位,而单个矿体主要赋存在控矿构造(支脉)与次级环形构造结合部位的认识。在该认识的基础上,结合川滇黔交界地区逆冲推覆、左行走滑的构造控矿特征,推断大梁子铅锌矿区北东向控矿构造的南西方向具备形成环形构造的可能性,通过卫片遥感解译发现矿区南西方向的确存在环形构造。然后,通过实地调查发现不仅有环形构造存在,而且还有重晶石脉及铅锌矿化露头(赵新跃,2019);这与昆明理工大学韩润生团队通过大量的地质调查和综合研究及近两年的矿山地质勘查工程验证所获得的结论基本一致(韩润生等,2020)。在此基础上,韩润生等(2020)认为大梁子铅锌矿深部不仅存在第二富集带,而且还有形成第三富集带的可能性。进一步研究推测29~59 线之间是找矿靶区。同时,研究认为该矿床与云南会泽铅锌矿床具有类似的形成机制和一致的构造控矿特征,矿体赋存特征也与云南兰坪铅锌矿接近(盖层下部形成多个工业矿体)(图4)。

图4 大梁子铅锌矿区深部矿体纵投影与找矿预测图

4 结论

(1) 基于古今探矿理论的融合与热液矿床深部大比例尺“四步式”找矿方法的拓展研究,提出了“四步式”深部找矿方法,即寻“龙”定带→勘“穴”筛区→察“土”圈点→综合定位。该方法不仅可为矿田(床)尺度找矿预测提供技术支撑,而且也可用于矿山深边部靶区定位预测中。

(2) 根据“四步式”找矿方法和会东-东川环形构造对称性等间距特点,提出会东—东川两个矿床群结合部的麻塘断裂地段附近是大梁子铅锌矿外围找矿预测的重点地段,并预测大梁子铅锌矿区NW部深部29~59 线之间和矿区SW 部存在隐伏矿体。

(3) 目前对古人的探矿理论认识仍停留在地质现象识别上,剔去其糟粕、吸取其精华,从深层次挖掘和融合潜力巨大,是今后交叉学科的研究重点。

致谢在论文的完成过程中,韩润生教授和吴鹏副教授给予了指导,并为论文的修改提供了宝贵的意见,在此表示衷心的感谢!

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