学术指导思想和研究方法
(1)将矿床纳入岩石,将含矿地质体纳入构造单元演化,从系统的角度开展研究工作。在研究思路上,从世界上重要的岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的地质分布入手,总结了它们在时间和空间上的成矿特征,对比了中国与世界岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的类型和地质分布,总结了中国两个重要矿床的成矿特征。在此基础上,研究了祁连山岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的成矿特征,探索了它们的成矿规律。
矿床作为一种具有重要利用价值的特殊岩石,是地质过程中在一定条件下形成的产物。某一地质构造单元在某一构造活动过程中必然产生各种相互联系的分支作用,在不同地质部位形成与特定地质过程关系最密切的矿床成矿组合。祁连山新元古代晚期至早古生代大陆裂解、洋盆出现、俯冲和构造会聚的完整过程形成了不同的成矿响应。如与大陆裂谷、岛弧裂谷、弧后扩张脊有关的块状硫化物矿床(分别以白银厂、浪力克、雪泉为代表),与活动大陆边缘有关的矽卡岩型钨(铜、钼)矿床(以小柳沟为代表)和低温浅成热液贵金属矿床(以寒山为代表),与构造汇聚后前陆盆地有关的砂岩型铜矿床(以天禄为代表)。根据相似的完整成矿体系,预测斑岩铜(钼)矿床应形成于活动大陆边缘和成熟岛弧环境,但至今未发现不具备形成此类矿床的重要条件,也可能是勘查工作不到位所致。无论哪种情况,成矿系统都只是一个系统的观点,由于不同地区、不同时代地质条件的差异,成矿组合和成矿强度也是不同的。但从研究的角度来看,可以提供一种探索思路。本书侧重于具体矿床类型的研究,侧重于不同微相中相似矿床可能的成因形式。
(2)将相邻构造单元的相似沉积纳入一个体系,从联系的角度开展研究工作。在世界勘查的成功范例中,运用联系观点选择靶区研究成矿背景和成矿条件的成功范例很多。这是当今找矿勘探中广泛使用的一种地质对比方法,是一种联系的成矿观点。例如,通过对比赞比亚超大型铜矿床的地质背景,成功勘探出西澳大利亚奥林匹克坝超大型铀铜矿床。美国东北部威斯康星州苏必利尔湖1Ga的大陆裂谷玄武岩与俄国诺里尔斯克和加拿大沃伊赛湾的大陆溢流玄武岩也有对比,认为它们属于具有超级地幔柱的火成岩省。龙首山金川地区的超镁铁质岩与南祁连拉脊山拉水峡地区的超镁铁质岩可能属于同一个大规模的岩浆活动,这是本研究从联系的角度进行的实践。联系的观点还体现在矿床形成与基础地质研究成果的紧密结合上。利用地质历史中超大陆形成和裂解块体改造的成果,可以为区域找矿提供新的思路,矿床的发现也可以作为大陆聚散的重要证据。
(3)矿床学与岩石学、构造地质学、地球化学紧密结合,从综合的角度开展研究工作。对于与岩浆作用密切相关的金属硫化物矿床,单一的矿床学研究方法是不可能取得深入成果的,这也是当代矿床学研究的发展趋势,充分吸收其他学科的研究方法和成果,向以矿床学研究为基础的综合性学科发展。本书以区域成矿作用的探索为重点,特别强调应用火成岩成因岩石学、微量元素地球化学、同位素地质学、前寒武纪大陆重建和区域构造地质学的最新知识,旨在为祁连山与岩浆作用有关的金属硫化物矿床提供一个新的研究框架,并试图发展、补充和创新前人的研究成果。
本书在一个成矿带中选择了两种重要的金属矿床类型进行研究,主要侧重于两种类型矿床的区域成矿研究和区域找矿潜力分析。具体技术路线如下:
(1)文献收集和分析,并提出研究重点。在前人工作的基础上,充分收集已有的文献和成果,在综合分析研究的基础上进一步收集国内外最新的相关文献,经过比较研究,选取研究的主要内容,突出重点作为主要研究内容。
(2)根据实施项目开展野外工作。以正在进行的项目工作为基础,精心设计野外调查内容,通过路线地质剖面、大比例尺构造-岩相填图、特殊样品采集等方式收集野外资料,对重要矿体的平硐勘探、采场进行野外观察研究,综合资料,提出新问题。
(3)修正理解,理清研究思路。本文在野外资料综合成果与前人成果对比研究的基础上,借鉴国内外新的认识和发现,与国内外重要矿床和成矿带进行对比研究,形成新的研究思路,并在进一步的野外工作中得到证实和完善。
(4)深化成果,完善研究提纲。就前期研究成果和新的认识成果撰写专题论文,进一步深化认识,明确论文的整体框架。在修改专题论文的同时,逐步形成整体论文的目标和研究内容结构,完善论文大纲。
(5)突出重点,争取创新成果。科研的灵魂是创新,创新的源泉是反复实践。研究大纲明确后,要进一步收集资料,开展实地工作,弥补研究中的薄弱环节,使研究成果日臻完善。
在研究工作中,重点考虑了这两类大型和超大型矿床的找矿问题。20世纪以来,随着全球经济的快速发展,对大宗金属矿产资源的需求迅速发展。根据国际铜业协会的统计,2000年全球铜消费量达到654.38+052万吨,其中中国达到250万吨,占全球铜消费量的654.38+07%。目前,中国已经取代美国成为全球最大的铜消费国,中国需要铜。可见,中国铜矿的找矿任务是艰巨的。全球镍矿价格回升,国际矿业市场镍价达到12250美元/吨,镍成为全球战略资源,全球寻找镍矿的热情大大提高。目前,我国大部分与镁铁质-超镁铁质岩有关的岩浆铜镍PGE矿带已被国外勘探公司涉足,这也反映了世界矿业对镍矿找矿的迫切需求。
世界上最大的岩浆硫化镍矿床加拿大萨德伯里镍矿正在深部找矿。鹰桥公司从2001开始重新拟定了矿区的勘探策略,试图找到一个新的矿体,埋深约1500m,在矿区附近即可开采。勘探采用三维模型,利用以往井的电磁异常数据。对1996施工的钻孔MAC-100进行了复测,并使用了UTEM四井的EM系统。钻探证实,在萨德伯里火成岩杂岩东缘南侧发现了新的萨德伯里接触带矿化,即浸染状-密集浸染状和块状磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。下盘矿化宽度为0.5~20m。目前已控制估算资源量的矿石460万吨,其中镍2.17%,铜4.9%,金2.6g/t,铂3.66g/t,银18.56g/t。这是老矿区深部找矿的一个重要实例。作为世界级的巨型岩浆硫化镍矿床,研究区内的金川矿床也存在进一步找矿的问题,并且这个问题变得越来越重要。根据英国力拓矿业发展有限公司与甘肃齐秦矿业公司近日签署的合作合同,双方将共同对甘肃龙首山铜镍矿进行风险勘探。力拓将利用高精度航磁测量在甘肃龙首山约2000km2的区域内开展风险地质勘探,以期发现新的世界级铜镍矿床。上述成功的勘探实例和勘探的实际需求,激励我们积极加大在该区开辟新的找矿领域的研究力度。
据报道,由于矿产资源的枯竭,中国的铜市已不再优雅。当年,折腰山、火焰山露天矿年产量达400多万吨,可谓“日出而作,日落而息”。从1956开采到80年代中期闭坑,两个采场贡献了813000吨铜,但目前白银公司累计亏损已达47亿元,资产负债率为160。寻找新矿,开辟新矿区,应该是白银的出路之一。北祁连山塞浦路斯型富铜矿的研究和勘探具有重要的理论价值和现实意义。
本书的研究工作是在前人工作的基础上进行的。主要依托作者参与的大型国土资源调查项目“中国超大型铜镍(铂族)岩浆硫化物矿床预测(编号:200110200058)”(2001 ~ 2003)和主持的国土资源部矿产资源补偿项目“甘肃省肃南裕固族自治县雪泉铜矿调查(编号:2002006544
“中国超大型铜镍(铂族)岩浆硫化物矿床预测研究(No.200110200058)”项目是由唐仲礼院士主持的国家铜镍矿床成矿规律及找矿预测项目。目的是将中国大陆的背景和镁铁质-超镁铁质岩石的特征与世界级铜镍岩浆硫化物矿床的成矿环境和含矿岩石进行对比。作者有幸参与了这个项目。本项目的研究重点是总结中国大陆岩浆硫化物矿床的成矿特征,评价扬子古陆西缘峨眉玄武岩、华北古陆西南缘中小型侵入体和塔里木古陆西南缘新发现的镁铁质-超镁铁质侵入体的成矿潜力。同时,探讨了新疆北部准噶尔陆块北缘(以卡拉通克铜镍矿为代表)、东南缘(以黄山铜镍矿为代表)、华北古陆东北缘(如赤白松、红旗岭矿床)和长江东南缘(宝坦科玛特岩浆硫化镍矿床)存在大型岩浆硫化铜镍矿床的可能性。华北古陆西南缘的金川矿床是中国唯一的世界级超大型岩浆铜镍(含铂)硫化物矿床,也是世界铜镍矿产勘查和研究者关注的地区。自从发现这个矿床以来,地质工作基本上从未中断过。近年来,英国矿业公司在外围进行了音频控制源大地电磁测深(CSAMT)勘探深埋侵入体。为了在该矿床类型的找矿中取得进一步突破,我们需要在认识上有进一步的突破。这本书在这个问题上有了积极的突破。扬子古陆西缘的峨眉玄武岩是唯一的大火成岩省(钟等,1995;徐等,2001),可为我国省内岩浆铜镍硫化物矿床提供一个研究场地,但该区尚未发现大规模的铜镍成矿作用。镁铁质-超镁铁质岩体是在塔里木古陆西南缘新发现的,铜镍矿化镁铁质-超镁铁质岩体是近年来在西昆仑矿产资源综合调查中发现的,应是塔里木古陆边缘裂谷的产物。
“甘肃省肃南裕固族自治县雪泉铜矿调查”项目是在导师夏指导下,作者主持申请的一项勘查研究项目,旨在评价该区洋壳环境下形成的塞浦路斯型块状硫化物矿床的找矿潜力和远景。项目本身的清晰性促使作者深入研究该类矿床的成矿环境和成因模式,并在区域地质背景下回顾区域成矿强度和可能的保存方法。北祁连山块状硫化物矿床的类型,过去勘探单位大致分为两类:与长英质火山岩有关的块状硫化物矿床和与基性火山岩有关的块状硫化物矿床。现存的工业矿床基本上是与长英质火山岩有关的类型,如清水沟-白柳沟的白银厂、嘎达坂、果米寺等。与基性火山岩有关的块状硫化物矿床仅在老虎山东部发现,西部有泉水、勾勾等9个小型矿床。在八五和九五十余年的北连山海相火山岩成因及相关矿产找矿潜力研究中,夏根据弧后扩张洋壳环境中残留拉斑玄武岩的判别和确认,预测弧后扩张洋壳环境中与拉斑玄武岩系列有关的块状硫化物矿床具有重要的找矿潜力(夏等,1996)。甘肃肃南雪泉(石库里沟)铜矿的发现初步证实了这一认识,但找矿前景目前尚无定论,勘查工作仍在进行中。深入研究矿床的成矿机制和最终保存方式具有重要意义。已有的工作至少显示了两种成矿样式:一种是在弧后扩张早期主要由中央火山喷发-溢流形成的火山碎屑岩和块状玄武岩中,成矿热液循环系统的喷口形成于古火山口周围原生环状和放射状裂隙的交汇处,形成的金属硫化物矿体比板状矿体更深。矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿,含少量闪锌矿,有时闪锌矿含量可高于黄铜矿,与成矿位置有关。以雪泉石居里沟ⅵ号沟为代表,矿石矿物中发现玢岩,表明后期进一步富集转化,故Cu含量可达30%以上,为典型的富铜矿。另一种是在典型的海底枕状玄武岩中,平行扩张脊或垂直扩张脊形成的裂隙形成热液循环系统的喷射系统,有一定延伸的硫化铜矿体呈不规则状。因此,主要有两种成矿类型:弧后扩张初始阶段和成熟阶段。需要指出的是,当成矿流体作用于火山洼地时,可以形成层状矿体。
“中国青海东部拉鸡山地区金川铜-镍-铂族矿床找矿潜力评价研究”项目是Xi省地质矿产研究院与国际知名矿业公司西澳矿业公司(WMC)签订的对勘查评价可行性进行评估的科研项目。是笔者提出的一种模拟金川铜镍矿床当时成矿条件,重塑后期构造改造样式的找矿思路。岩浆硫化物矿床主要有两种矿石类型:一种是浸染型矿石,一般认为是岩浆房熔融形成的矿石。矿石金属含量低,国外称为ⅱ类矿石,不太可能形成大规模矿床;另一种是海绵菱铁矿(网)矿,是深部岩浆房或岩柱中的硫化物熔融(不混溶),进入高位时位于岩浆房底部。在国外称为I类矿石,是大规模成矿的必要条件。金川矿床90%以上的矿石由ⅰ类矿石组成,表明深部岩浆房存在强烈的熔融分离作用,岩浆不断得到补充。落水峡矿床矿体虽小,但主要是ⅰ类矿石,是深部岩浆房拆离作用渗入高位岩浆房(矿浆室)形成的高硫化物液相的结果,这种可能性只有大规模岩浆作用才能提供。推测这次大规模岩浆活动可能与金川指示的大规模岩浆活动是同一事件的表现。