非金屬成礦與勘查開采技術(shù)
——“非金屬礦產(chǎn)”專輯特邀主編寄語

王春連

中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所, 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037

進入21世紀以來, 當今世界百年未有之大變局,中國特色社會主義進入新時代, 人類社會進入前所未有的創(chuàng)造活躍期, 礦產(chǎn)資源對人類社會的重要性在逐步增強, 礦產(chǎn)資源領(lǐng)域的博弈成為各國競爭的重要陣地(王安建等, 2010; 王登紅, 2019; 陳軍元等,2021; 郭娟等, 2021; 姜雅等, 2021; 焦森等, 2021),全世界感覺到礦產(chǎn)資源供應面臨危機(陳其慎等,2021)。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)(節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車)幾乎或多或少都與非金屬礦及其制品有關(guān)。歷史證明, 礦產(chǎn)資源是人類賴以生存、社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒有礦產(chǎn)資源的可持續(xù)供應和安全保障, 就沒有國民經(jīng)濟與社會的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計, 世界上95%的能源以及 80%的工業(yè)原料來自礦物燃料, 而世界礦產(chǎn)年開采量的 70%以上為非金屬礦。隨著社會的發(fā)展和科技的進步, 對非金屬礦材料的需求將越來越多(王登紅, 2019; 陳甲斌等, 2020; 郭娟等, 2021;王春連等, 2022)。

為了使社會各界更加深入了解國內(nèi)外戰(zhàn)略性礦產(chǎn), 尤其是戰(zhàn)略非金屬礦產(chǎn)的研究進展, 及時掌握礦產(chǎn)新形勢和新問題, 推動我國非金屬礦產(chǎn)資源高質(zhì)量發(fā)展, 我們組織了長期從事非金屬礦產(chǎn)研究工作的十余家單位的30多名專家, 撰寫了14篇非金屬礦產(chǎn)的文章, 組成“非金屬礦產(chǎn)”專輯。專輯包括非金屬礦產(chǎn)綜合篇、非金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)理論與技術(shù)篇、清潔能源篇、戰(zhàn)略性非金屬篇和找礦方法找礦預測篇 5個部分, 本文將對收錄本專輯的所有文章做簡要介紹, 希望該專輯的研究成果能夠為非金屬礦產(chǎn)理論研究以及實現(xiàn)找礦突破提供參考和有益的幫助。

1 非金屬礦產(chǎn)綜合篇

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)(節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車)幾乎或多或少都與非金屬礦及其制品有關(guān)。當今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局, 世界主要國家在新一輪礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略實施中, 都將重點指向事關(guān)國家經(jīng)濟安全、產(chǎn)業(yè)安全、國防安全和科技安全的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。開展戰(zhàn)略性礦產(chǎn)綜合研究對于國家制定礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略、規(guī)劃和政策措施有重要意義(陳其慎等, 2021)。本部分為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)綜合研究, 共有1篇文章, 為研究性文章, 文章題目為“戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)厘定、關(guān)鍵應用和供需形勢研究”(王春連等,2022)。

戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)的厘定與指導理論思想、資源背景、動因和采取的措施密切相關(guān)。這些礦種都與戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)(信息技術(shù)、新能源、新材料、生物、高端制造、節(jié)能環(huán)保、電子信息和傳統(tǒng)應用)密不可分。螢石、高純石英、石墨、硼、金紅石、硅藻土、葉蠟石、石榴子石、金剛石、泥炭、重晶石等非金屬礦產(chǎn)被中國、日本、澳大利亞等多個國家列為“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)”或“關(guān)鍵礦產(chǎn)”(王春連等, 2022), 美國列為“危機礦產(chǎn)”(U.S. Department of Commerce, 2019)。

王春連等(2022)從戰(zhàn)略非金屬礦產(chǎn)定義、戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)的界定原則、戰(zhàn)略非金屬礦種確定及戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)關(guān)鍵應用等 4個方面進行了論述,對其重要性及用途、資源態(tài)勢等進行研究, 為國家制定勘查投入及產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供參考。對于完善全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃中的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源目錄、為國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策制定提供借鑒參考具有重要意義。

戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)是指對國家經(jīng)濟發(fā)展和國家安全至關(guān)重要的非金屬礦產(chǎn)。具體包括三個方面含義: (1)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必需; (2)國內(nèi)短缺、供應存在風險; (3)國內(nèi)資源豐富、能夠提升國際話語權(quán)和控制力。

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)是某個領(lǐng)域重要產(chǎn)品生產(chǎn)制造的關(guān)鍵原材料。這些礦產(chǎn)或者作為組分材料進入產(chǎn)品之中, 或者作為輔助材料消耗于產(chǎn)品生產(chǎn)過程,均是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必需, 并且難以替代的;即便在工藝上能夠?qū)崿F(xiàn)替代, 也可能對產(chǎn)品的技術(shù)性能和經(jīng)濟成本造成影響。重點關(guān)注與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的非金屬礦產(chǎn), 排除相關(guān)性不強的基礎(chǔ)性非金屬礦產(chǎn), 以便聚焦重要礦種。用于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的消費量占總消費量一定比例。

根據(jù)以上對戰(zhàn)略非金屬礦產(chǎn)的定義及界定原則,綜合考慮我國非金屬資源現(xiàn)狀、應用領(lǐng)域、未來需求等, 經(jīng)多次研討暫定螢石、石英、石墨、硼、金紅石、硅藻土、葉蠟石、石榴子石、金剛石、泥炭和重晶石等11個礦種為戰(zhàn)略非金屬礦產(chǎn)。

2 非金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)理論與技術(shù)篇

柴達木盆地鹽湖鉀、鋰、硼等資源極為豐富, 以察爾汗鹽湖為主的柴達木盆地鹽湖是我國最重要的鉀鹽鉀肥基地。柴達木盆地察爾汗鹽湖賦存儲量可觀的低品位固體鉀鹽礦, 其主要的開發(fā)方式為液化開采。液化開采理論和技術(shù)的提升與低品位固體鉀鹽采收率有直接的關(guān)系。本部分為非金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)理論與技術(shù)篇, 共有 2篇文章, 為研究性文章,文章題目分別為“察爾汗鹽湖霍布遜區(qū)段資源開采過程中儲鹵層系統(tǒng)變化特征研究”(韓光等, 2022)、“察爾汗鹽湖固體鉀鹽溶解對溶劑注入速率響應機制研究”(常政等, 2022)。

韓光等(2022)通過對研究區(qū)不同開采時段(2004年、2011年和 2019年)鉀鹽含量變化、孔隙度變化以及鹵水組分變化等進行了對比分析, 得出以下結(jié)論: (1)地下鹵水資源大規(guī)模開采, 大量高礦化度鹵水被帶出, 低礦化度水體補給儲鹵層, 促進了低品位鉀鹽類礦物的溶解, 增大了儲鹵層的孔隙度。局部區(qū)域儲鹵層孔隙度較開發(fā)前發(fā)生減小的現(xiàn)象。這是由于儲鹵層孔隙性具有空間非均一性, 存在高滲透區(qū)和低滲透區(qū), 低濃度水體滲流溶解過程中, 在高滲透區(qū)持續(xù)溶解而孔隙度增大, 形成滲流通道; 低滲透區(qū)中流體相對停滯, 且孔隙發(fā)生淤堵, 孔隙度降低。(2)對比不同時段固、液體 KCl含量變化, 其KCl品位均發(fā)生了降低, 液體礦 KCl品位下降值小于固體 KCl品位下降值, 原因是低品位固體鉀礦發(fā)生了固液轉(zhuǎn)化, 使鹵水中 KCl總量增加, 但由于混合稀釋作用鹵水中品位 KCl品位表現(xiàn)為下降趨勢;同時固體鉀礦溶解效率與KCl含量有關(guān), KCl品位越高, 溶解效果越好。(3)鹵水中 KCl、NaCl含量均出現(xiàn)降低趨勢, 主要是由于大量鹵水開采以及低礦化度水體的補給作用, 使得鹵水出現(xiàn)了淡化現(xiàn)象; 鹵水中 MgCl2含量明顯增多, 這與開采過程中老鹵(主要成分為 MgCl2)回灌有較大關(guān)系。上述研究成果為今后固體鉀礦高效開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

常政等(2022)通過室內(nèi)模擬實驗探究了不同滲透流速條件下儲鹵層物理結(jié)構(gòu)變化特征以及儲層中固體鉀鹽礦物溶解規(guī)律, 得到以下結(jié)論: (1)儲鹵層巖芯滲透系數(shù)與滲透流速之間表現(xiàn)出明顯的非線性特征。定流速條件下, 受到礦物溶解及細粒泥沙遷移堆積雙重作用, 滲透系數(shù)增加緩慢。增加流速后, 礦物溶解及細粒泥沙遷移能力增強, 巖芯骨架部分坍塌引起礦物顆粒重組, 增加了流體與礦物接觸面,從而增加了溶解速率, 儲層滲透系數(shù)也迅速增加。(2)儲鹵層巖芯固體鉀鹽礦物溶解受到溶劑注入速率的影響明顯。注入速率增加引起礦物顆粒重組以及滯留孔隙高濃度水體釋放是造成滲出液中K+濃度短暫性升高的主要原因。上述研究成果為察爾汗鹽湖固液轉(zhuǎn)化機理的深入認識和液化開采方案的優(yōu)化與實施提供科學依據(jù)。

3 清潔能源篇

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展、全球人口的增長及生活水平的不斷提高, 一次能源尤其是化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用, 導致環(huán)境破壞越來越嚴重, 對人類生活造成了極大的負面影響, 因此, 清潔能源的開發(fā)利用引起全球的廣泛重視。在全球碳中和的大背景下, 伴隨著能源體系的逐步優(yōu)化, 能源消費結(jié)構(gòu)將持續(xù)向更低碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型(崔榮國等, 2021), 今后的一段時間內(nèi), 化石能源中的天然氣將比石油和煤炭增長更快(鄒才能等, 2020)。過去十來年, 頁巖氣已成為美國日漸重要的天然氣資源。根據(jù)美國能源信息署(Energy Information Administration)的預測,到2035年時, 美國大約46%的天然氣供給將來自頁巖氣。隨著美國的“頁巖氣革命”, 頁巖氣得到了全世界其他國家的廣泛關(guān)注, 中國成為世界上第三個掌握頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)的國家(聶海寬等, 2020)。鋰是戰(zhàn)略新興礦產(chǎn)資源, 是制造新能源汽車電池的重要原料。我國已成為世界最大的電動汽車生產(chǎn)和消費國, 國內(nèi)鋰需求呈爆炸式增長, 但大量鋰鹽產(chǎn)品仍依賴于進口; 據(jù)有關(guān)專家預測, 未來國內(nèi)鋰礦資源供應不能滿足需求, 資源缺口仍將存在, 鋰資源對外依存度將在一定時期內(nèi)保持在 70%左右。目前, 全球開發(fā)利用的鋰礦資源分為鹵水型和硬巖型兩大類, 據(jù)國外專家統(tǒng)計, 鹽湖鹵水鋰占世界鋰產(chǎn)量的 75%左右, 因此, 加強鹽湖鹵水鋰礦的研究和勘查具有現(xiàn)實意義。本部分共有3篇文章, 均為研究性文章, 包括: “川東南石寶礦區(qū)龍?zhí)督M頁巖氣(煤層氣)潛力分析——以SD1井為例”(鄧敏等, 2022)、“黔西北畢節(jié)地區(qū)中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖巖石學、地球化學特征及意義”(蘭葉芳等, 2022)、“吉泰盆地石炭系黃龍組黑色碳質(zhì)泥巖物源、構(gòu)造背景與古風化作用: 來自穩(wěn)定元素地球化學的證據(jù)”(顏開等, 2022)。

鄧敏等(2022)以川東南古藺石寶地區(qū) SD1井海陸過渡相的二疊系龍?zhí)督M地層為研究對象, 結(jié)合巖芯觀察、巖石學和地球化學分析, 綜合探討龍?zhí)督M烴源巖的發(fā)育特征和影響因素, 得出如下結(jié)論:(1)川東南石寶礦區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖與煤層和(粉)砂巖層交替出現(xiàn), 泥頁巖累計厚度較大, 平均厚度約為47.74 m。泥頁巖有機質(zhì)豐度高, 有機碳含量變化在1.23%～26.6%之間, 平均值為7.37%; 鏡質(zhì)體反射率介于 2.63%～2.93%之間, 處于過成熟生干氣階段,生烴能力強。(2)研究區(qū)龍?zhí)督M碳質(zhì)泥頁巖與煤層儲層非均質(zhì)性強, 孔隙度和滲透率都非常低, 孔隙度均在 5%以下, 滲透率遠<0.1 mD, 具超低孔超低滲特征。儲集空間主要包括微裂縫、有機質(zhì)孔、溶蝕孔和黃鐵礦晶間孔等類型, 微裂縫是本區(qū)較為重要的儲集空間類型。(3)鉆井證實龍?zhí)督M地層含氣性好,總體表現(xiàn)為煤層氣>頁巖氣>砂巖氣, 泥頁巖及煤層具有相對較高的含氣性和吸附性能, 顯示良好的頁巖氣(煤層氣)勘探開發(fā)潛力。(4)高有機碳含量、高熱演化程度、良好的含氣性和吸附性、適度的埋深是研究區(qū)龍?zhí)督M頁巖氣勘探開發(fā)的有利條件, 但是黏土礦物含量相對較高, 脆性指數(shù)相對較小, 增加了壓裂難度。因此, 需要聚焦于海陸過渡相的整套頁巖層系, 泥頁巖之間的粉砂巖、砂巖夾層有利于水力壓裂, 勘探開發(fā)擬以碳質(zhì)泥巖夾煤層組合為主, 龍?zhí)督M上段C14–C17泥煤組合夾砂巖、龍?zhí)督M中段C20–C24泥煤層組合夾砂巖是優(yōu)選有利層段, 有利于實現(xiàn)煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣的高質(zhì)量開采。以期豐富四川盆地海陸過渡相油氣地質(zhì)研究成果, 為研究區(qū)內(nèi)資源的進一步的勘探開發(fā)提供基礎(chǔ)資料和科學依據(jù)。

黔西北畢節(jié)地區(qū)中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖廣泛發(fā)育,地層出露良好。蘭葉芳等(2022)通過野外剖面觀察、薄片和陰極發(fā)光分析以及元素和同位素地球化學研究, 得出以下結(jié)論: (1)中二疊統(tǒng)棲霞和茅口組地層中巖石類型以粒屑結(jié)構(gòu)的顆粒灰?guī)r和泥微晶結(jié)構(gòu)的泥晶灰?guī)r占主導, 整體顯示不發(fā)光-弱陰極發(fā)光特征。棲霞組上部和茅口組一段發(fā)育不徹底的白云化作用形成豹斑灰?guī)r, 白云石呈星散狀、斑塊狀、交代生物顆粒以及鞍形白云石等形式產(chǎn)出, 具有暗玫紅色陰極發(fā)光。(2)碳氧同位素分析表明, 中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖的碳同位素分布在 1.2‰～4.6‰(PDB)區(qū)間,氧同位素變化在–7.4‰～–10.1‰(PDB)之間。碳氧同位素之間不具有明顯的相關(guān)性,δ13C和δ18O數(shù)值離散特征明顯。碳同位素全為正值表明其未受大氣淡水或有機質(zhì)的顯著影響, 其變化趨勢與海平面變化相一致, 而氧同位素的偏負則主要是埋藏成巖作用過程中相對較高溫度影響的結(jié)果。(3)由常量和微量元素分析得知, 棲霞組—茅口組巖石中親鐵元素 Ni以及親石元素V、Cr、U相對富集, 而易于富集在陸源組分中的 Ti、Al、Zr、Th等元素含量低, 說明在沉積和成巖過程中受陸源物質(zhì)影響或改造的程度較小; Si含量高的樣品主要集中在棲霞組和茅口組上部地層中, 在野外以燧石條帶或結(jié)核形式產(chǎn)出, 而白云化作用主要發(fā)生在茅口組地層, 從而使得其具有相對較低的Sr含量。(4)中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖總體具有典型的低稀土總量、鈰負異常和銪正異常特征;輕、重稀土的分異顯示為 LREE相對虧損的左傾型稀土分配型式。結(jié)合 Ce負異常和極低的 Re、Cd、Mo、U、Cu含量, 表明棲霞組—茅口組地層中陸源物質(zhì)匱乏, 總體以氧化環(huán)境為主。

深部鹵水沉積的形成受物質(zhì)來源、沉積期古氣候條件和盆地構(gòu)造條件等因素的控制(劉成林等,2010; 魏海成等, 2016; Sun et al., 2017; 王春連等,2018, 2020, 2021)。目前吉泰盆地的基礎(chǔ)地質(zhì)研究還顯薄弱, 現(xiàn)有資料不足以揭示深層鹵水的形成機理。為了更好地了解吉泰盆地深層鹵水的成因, 各成礦元素的來源及富集程度, 顏開等(2022)報道了黃龍組黑色碳質(zhì)泥巖的主、微量、稀有元素地球化學數(shù)據(jù), 探討其對上層周田組鹵水礦產(chǎn)的影響。通過分析吉泰盆地M2井碳質(zhì)泥巖樣品La/Th-Hf和Zr-TiO2的比值, 輕稀土/重稀土比值和Eu的異常特征, 認為吉泰盆地黃龍組的物源主要為長英質(zhì)/基性巖和古老沉積物的混合區(qū)域, 為富鋰鉀鹵水礦提供了物質(zhì)來源。通過主微量元素和稀土元素(TiO2、La、Sc、Hf、Th、Zr)的含量和比值, 反映出吉泰盆地黃龍組的碳質(zhì)泥巖具有被動大陸邊緣的構(gòu)造背景特征。Th/Sc和Zr/Sc的比值表明吉泰盆地黃龍組上部泥巖受到沉積再循環(huán)的影響。根據(jù)化學風化指數(shù)(CIA、CIW、PIA和ICV)及 Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O圖解, 黃龍組碳質(zhì)泥巖是在沉積源區(qū)經(jīng)歷了較為強烈的風化作用和再循環(huán)形成的沉積物。強烈的化學風化作用有利于元素的遷移和富集, 為鹵水礦床的形成提供了豐富的成礦元素。

4 戰(zhàn)略性非金屬篇

戰(zhàn)略性非金屬被廣泛應用于石油、化工、冶金、建筑、機械、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)。無論是糧食生產(chǎn)所需要的硫、磷、鉀, 還是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需要的螢石、石墨、重晶石等非金屬, 被越來越多地應用于國防、航天、通信、電子、新材料、新能源等高科技領(lǐng)域, 在國家經(jīng)濟安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中有十分重要的作用(陳其慎等, 2022;王春連等, 2022)。本部分共有6篇文章, 均為研究性文章, 包括“馬海鹽湖北部礦段低品位固體鉀礦中鉀鹽礦物的賦存特征及成因探討”(龍鵬宇等, 2022)、“江漢盆地潛江凹陷王場地區(qū)深層鹵水水化學特征及成因研究”(薛燕等, 2022)、“江西寧都坎田螢石礦床稀土元素地球化學特征及其指示意義”(游超等,2022)、“閩北羊角尾螢石礦成因: 來自稀土、微量元素地球化學的證據(jù)”(金松等, 2022)、“福建邵武地區(qū)張厝螢石礦微量、稀土元素地球化學特征”(周博文等, 2022)、“福建余朋—南口火把山螢石礦地質(zhì)特征及成因”(劉殿鶴等, 2022)。

馬海礦區(qū)位于柴達木盆地中北部, 是一個固液礦并存、貧富礦石并存, 鉀、鎂、鈉等多種組分共(伴)生的第四紀鹽湖礦床。礦區(qū)開展地表低品位固體鉀礦液化溶采的工程已有近十年, 隨著水溶開采的持續(xù)進行, 固體鉀礦的品位明顯降低, 溶出液的成分也發(fā)生了明顯變化, 給生產(chǎn)帶來了很大的不確定性。要實現(xiàn)固液轉(zhuǎn)化的可持續(xù)運行, 降低生產(chǎn)風險, 必須查清現(xiàn)階段低品位固體鉀礦中鉀鹽礦物的賦存狀態(tài)(龍鵬宇等, 2022)。本文通過對礦區(qū)10個鉆孔巖芯進行編錄, 開展巖芯觀察、鹽礦鑒定等工作, 深入研究了馬海礦區(qū)北部礦段67–79勘探線鉀鹽礦物類型、空間分布特征及成因, 得出如下結(jié)論: (1)馬海礦區(qū)北部礦段 67–79勘探線全新統(tǒng)礦層中主要存在雜鹵石、光鹵石、鉀石鹽等鉀鹽礦物。雜鹵石主要集中分布在70–79線, 光鹵石集中分布在67–70線, 鉀石鹽集中分布在72線。(2)根據(jù)薄片鑒定和能譜掃描電鏡觀察, 發(fā)現(xiàn)雜鹵石以原生為主, 呈片狀、纖維狀、粒狀、纖維放射狀集合體、花瓣狀集合體與石鹽、碎屑礦物共生。極少數(shù)雜鹵石為后生交代成因, 呈浸染狀和具石膏假象的毛氈狀。光鹵石呈熔融狀、他形粒狀、裂紋狀, 與石鹽、雜鹵石、鉀石鹽等礦物共生。鉀石鹽呈自形-半自形立方單體, 與光鹵石、雜鹵石、水氯鎂石等礦物共生。(3)通過對鉀鹽礦物的賦存特征進行分析, 初步認為, 受上新世末以來多期新構(gòu)造運動的影響, 礦區(qū)東南部的富 K+、Mg2+的硫酸鎂亞型鹵水與西北部、西南部富含 Ca2+的氯化物型鹵水發(fā)生摻雜作用, 并在全新世中晚期干冷氣候的影響下, 在研究區(qū) 70–79勘探線干鹽灘淺部形成了含雜鹵石的石鹽層。高鹽度氯化物型鹵水進一步經(jīng)蒸發(fā)、濃縮后沉積了光鹵石和鉀石鹽。(4)需要根據(jù)雜鹵石的賦存特征, 采取針對性的水溶開采措施。上述研究成果可為研究區(qū)溶采工作的可持續(xù)發(fā)展提供保障, 并提高溶采效率。

王場地區(qū)位于潛江凹陷北部的王場背斜上, 地質(zhì)構(gòu)造特殊, 不僅是重要的油氣儲藏位置, 也是高濃度鹵水分布帶, 研究該區(qū)域地下鹵水水化學特征及其成因給面臨枯竭的油田資源轉(zhuǎn)型以及同類型高濃度地下鹵水資源的勘探和開發(fā)提供一定科學參考(Yu et al., 2021)。薛燕等(2022)通過測試其化學組成,分析了鹵水的水化學特征、元素相關(guān)性和特征系數(shù),得出如下結(jié)論: (1)王場地區(qū)鹵水為 Cl-Na型鹵水,pH值范圍為7.03～8.014, 總礦化度平均值260.04 g/L,高于整個潛江凹陷的總礦化度平均值238.98 g/L, 位于高濃度鹵水分布帶, 但相較于早年間潛江凹陷總礦化度平均值, 呈下降趨勢, 這與油田開采過程中的注水以及潛江凹陷地下鹵水自身封閉性較差等具有一定的關(guān)系。(2)潛江凹陷王場地區(qū)的部分微量元素達到工業(yè)品位或綜合利用品位, 具有較高的利用價值。Li達工業(yè)或綜合利用品位, 且Mg2+與Li+的含量比值較低, 是十分優(yōu)質(zhì)的鋰資源; 部分地下鹵水樣品中的B達到綜合利用工業(yè)品位; Br含量較高, 達到綜合利用品位的1～6.58倍。B、Br、I的含量和Li的含量呈正相關(guān), 這四種元素很有可能有相同的物質(zhì)來源。部分面臨枯竭的油田井, 可以考慮通過經(jīng)濟合理的手段提取伴生鹵水中的微量元素。(3)綜合分析特征系數(shù)認為潛江凹陷王場地區(qū)地下鹵水樣品可能來自于早期陸相鹽湖沉積, 整體封閉性較差, 變質(zhì)程度較低, 有來自淋濾鹵水的物源補給。

螢石作為一種常見的氟化物礦物, 被廣泛用于光學、陶瓷、冶金、玻璃等領(lǐng)域, 螢石礦在我國是一種非常重要的戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)原料, 對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展具有極其重大的意義。中國作為全球第三大螢石資源儲量國, 擁有非常豐富的螢石資源,螢石礦床主要分布在江西、浙江、內(nèi)蒙古以及湖南等省區(qū)。近兩年來, 在中國地質(zhì)大調(diào)查項目的支持下,經(jīng)探礦工程驗證和采樣分析, 在武夷山成礦帶初步估算螢石預測資源量達超大型規(guī)模。本專輯收錄了4篇戰(zhàn)略性非金屬螢石的文章。因此, 通過微量元素、稀土元素等地球化學特征, 探究余朋—南口等地區(qū)螢石礦床的成礦物質(zhì)來源、礦床成因等, 為我國閩西北螢石成礦帶的深入找礦提供借鑒與參考。這些文章均通過微量元素、稀土元素等地球化學特征, 探究研究區(qū)螢石礦床的成礦物質(zhì)來源、礦床成因等, 為我國螢石成礦帶的深入找礦提供借鑒與參考。

5 找礦方法找礦預測篇

閩北地區(qū)是我國螢石礦主要礦集區(qū), 以往找礦工作多采用地質(zhì)填圖尋找地表露頭、槽探工程揭露和鉆探工程深部驗證等傳統(tǒng)地質(zhì)方法組合, 對隱伏-半隱伏螢石礦的綜合勘查方法研究較少(張江海等,2014), 因此找礦效果不甚理想。目前, 螢石礦勘查找礦工作逐漸向隱伏礦和深部礦轉(zhuǎn)移, 研究有效的螢石礦綜合信息找礦方法組合, 建立螢石礦綜合信息預測模型對指導我國螢石礦勘查評價, 保證螢石礦資源儲備具有重要意義(栗克坤等, 2022)。本部分共有 2篇文章, 均為研究性文章, 包括“閩北邵武地區(qū)螢石礦綜合信息找礦方法研究”(栗克坤等,2022)、“閩北邵武地區(qū)水系沉積物地球化學特征及找礦預測”(韓志坤等, 2022)。

王猛等(2018)利用1:1萬高精度磁測、高密度電法以及聯(lián)合剖面法測量對隆化縣招素溝螢石礦進行了試驗, 取得一定的效果。栗克坤等(2019)在閩北光澤地區(qū)利用區(qū)域化探、高精度磁法測量、視電阻率聯(lián)合剖面測量和高密度電阻率法測量等物化探綜合信息找礦方法取得了較好的找礦效果。栗克坤等(2022)以福建邵武地區(qū)物化探綜合找礦勘查實例, 探討隱伏-半伏熱液充填型螢石礦物化探綜合預測方法組合, 總結(jié)尋找隱伏-半隱伏熱液充填型螢石礦的地物化技術(shù)方法組合特征, 得出如下結(jié)論: (1)化探測量圈出的F、CaO等元素綜合異常信息可初步圈定螢石礦找礦預測區(qū)。物探測量可用于判別是否存在斷裂及斷裂規(guī)模、形態(tài)。物化探綜合找礦方法對閩北地區(qū)隱伏-半隱伏熱液充填型螢石礦勘查評價工作具有較好的效果。(2)可控源大地音頻電磁測深對螢石礦體深部形態(tài)具有較好的指示,通過地物化綜合信息找礦方法, 在福建邵武張厝螢石礦預測區(qū)新發(fā)現(xiàn)熱液充填型中型螢石礦床1處。為螢石礦勘查評價工作提供參考。

韓志坤等(2022)為進一步明確找礦方向, 在邵武地區(qū)開展 1:5萬水系沉積物測量, 對水系沉積物地球化學特征和異常所處地質(zhì)背景進行定性和定量綜合評價, 圈定找礦預測區(qū), 得出如下結(jié)論:(1)通過元素含量、分布特征、及相對豐度曲線和變異系數(shù)曲線, 綜合分析研究區(qū)內(nèi)主成礦元素為 F、Au、Pb、Zn、Nb、Ta。(2)結(jié)合元素 R型聚類分析及元素的分布特征, 與螢石礦組成元素F密切相關(guān)的有 Li、Be、Nb、Ta、U, 可作為區(qū)域找螢石礦的指示元素。(3)綜合研究元素的地球化學特征參數(shù),圈定單元素異常652個, 綜合異常26處, 找礦預測區(qū) 4處。(4)優(yōu)選出半嶺—張厝螢石礦找礦預測區(qū),通過異常查證新發(fā)現(xiàn)螢石礦點 3處, 該預測區(qū)內(nèi)具有尋找南山下式中低溫熱液充填型螢石礦床的良好前景。以期為該區(qū)深入開展礦產(chǎn)勘查提供基礎(chǔ)資料和有利依據(jù)。

6 致謝

本專輯得到中國地質(zhì)科學院和中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所領(lǐng)導的支持, 《地球?qū)W報》編輯部付出了大量辛苦的勞動, 同時也得到了許多從事非金屬礦產(chǎn)研究專家們的幫助和支持, 在此一并表示衷心的感謝。希望本專輯的介紹, 起到“拋磚引玉”的作用, 吸引更多研究者的興趣。

專輯的絕大部分成果得到國家自然科學基金項目(編號: U20A2092; 42002106; 41907262;41502089; 42102039; 41807216)、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項(編號: KK2005; KK2016;KK2110; KK2119)、中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查二級項目(編號: DD20221684; DD20190606; DD20221684;DD20221661; DD20190816; DD20190437)、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(編號:2011CB403007)、國家重點研發(fā)計劃課題“重點鋰、鈹成礦帶成礦規(guī)律與預測評價研究與綜合”(編號:2019YFC0605203)和第二次青藏高原綜合科學考察研究項目(編號: 2019QZKK0805)的聯(lián)合資助。

中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所研究員

中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所新能源新材料礦產(chǎn)研究室副主任(主持工作)

山東瑞福鋰業(yè)有限公司首席專家

《地球?qū)W報》編委

二〇二二年五月十八日于北京