生產礦山隱伏礦體預測的技術與方法研究

摘要：本文探討了生產礦山隱伏礦體定位預測的性質、特點、預測理論和技術方法；提出生產礦山隱伏礦體定位預測的基礎是成礦預測理論，要找對方法和進行技術創新，通過不同理論科學、不同實踐基礎及不同研究方向進行相互融合，尋求新的研究方向，通過綜合類比分析，以實現對預測區立體的定量、綜合類比預測。

關鍵詞：隱伏礦體；預測；技術與方法

1.隱伏礦體預測的必要性和緊迫性

人類對礦產資源的開發利用規模日益擴大，資源的掠奪性開發和高強度人類活動，已嚴重影響到社會經濟可持續發展，更加劇了資源危機，致使許多礦產資源已瀕臨枯竭。由于沒有建立地質勘探的市場機制，20世紀80年代以來，礦業開發中的短期行為盛行，許多地方的無序開采造成礦產資源的極大損失與浪費，采出率比不斷下降，造成部分礦山企業難以為繼，瀕臨破產。這就要求我們加大找礦力度，同時，針對資源瀕臨枯竭的危機礦山，開展隱伏礦體預測工作。

危機礦山是指因資源短缺或其他原因無法正常經營開發而面臨停產閉坑的礦山。根據導致危機的原因，將其劃分為資源短缺、自然災害、安全事故、市場風險、生態環境和人為因素等六種類型。2004年，國務院第63次常務會議審議通過了《全國危機礦山接替資源找礦規劃綱要》（2004-2010年）。按照《規劃綱要》要求，對煤、鐵、錳、鋁、銅、鉛鋅等有色金屬、黑色金屬及非金屬礦30個礦種1010座大中型礦山開展了資源潛力現狀調查。通過調查發現，有563座危機礦山開采年限不足10年，占總調查礦山的56%。由于我國整個地質礦產勘查與礦業開發是相互獨立開展的，這就造成礦山企業找礦勘查投入嚴重不足，保有可采儲量不斷減少，致使礦山保有服務年限不斷縮短，很多礦山面臨破產威脅。另據統計，將有2000萬礦工及家屬面臨下崗，生存出現危機。因此，充分挖掘老礦山的資源潛力，重點解決危機礦山的“接替資源”問題，關系到經濟發展和社會穩定。

礦山資源危機往往是地質勘查工作程度不夠、資源潛力尚未充分挖掘所致。總體來說，這些危機礦山根據形成原因大致分為兩種類型：一種是礦山開采完畢，沒有進一步開展勘查工作價值的資源枯竭礦山；另一類是通過開展礦山勘查工作，能夠增加資源量或發現新礦種的礦山。如證載范圍內資源危機，證載范圍外資源有潛力；已知礦產類型資源危機，未知礦產資源類型有潛力；主采礦種資源危機，共伴生礦種資源有潛力。根據《規劃綱要》開展的資源潛力現狀調查結果表明，這些危機礦山中，有485座存在資源潛力，其中，有162座通過地質勘查，能夠達到中型規模，化解資源危機。

根據《規劃綱要》要求，在礦山資源潛力調查基礎上，全國分期分批實施了230個危機礦山找礦項目和96個礦產預測項目和新技術新方法項目。找礦項目中，48個取得突破性進展，探獲資源儲量達到大型或超大型礦床規模，76個取得重要進展，探獲資源儲量達到中型礦床規模，94個項目探獲資源儲量達到小型礦床規模。新增資源儲量原煤53×10⁸t、鐵礦石10.5×10⁸t、錳礦石1126×10⁴t、鉻鐵礦54×10⁴t、銅金屬量327×10⁴t、鉛鋅金屬量849×10⁴t、鋁土礦1641×10⁴t、鎢金屬量41×10⁴t、銻金屬33×10⁴t、金669t、銀8541t、磷礦石量2.7×10⁸t。且危機礦山接替資源找礦發現的資源儲量，地質控制程度較高，可全部為礦山企業直接開發利用。新增資源儲量靜態工業總產值達萬億元，潛在利潤數千億元。平均延長礦山開采年限17年，穩定職工就業60余萬人。使一大批老礦山重新煥發生機，解決了企業生存和工人就業問題，社會經濟效益顯著。該項成果表明，危機礦山接替資源找礦潛力巨大，并由此拉開了我國危機礦山向深、邊部找礦工作的序幕。

2.生產礦山隱伏礦體預測的技術與方法

近年來，各種地質勘查、地球化學、地球物理、綜合信息找礦、基于GIS的成礦預測法及三位一體深部找礦預測方法等其他高新技術的迅猛發展，資源儲量估算三維可視化軟件等技術的出現，解決了礦山深部找礦難度大、探索性強的問題，實現了對礦產資源勘查開發數據的有效存貯、管理、三維可視化分析及評價，促進了隱伏礦體預測的發展。

2.1隱伏礦體定位預測的地球化學方法

隱伏礦體預測中的地球化學方法，能夠對隱伏礦體的類型、規模、分布等情況進行綜合預測。主要原理是通過對地殼表層物質，即包含在原生暈、次生暈或分散流中的地球化學特征信息深入研究，對化學元素遷移、分散、富集的規律科學分析，從而實現對隱伏礦體成礦作用演化過程和礦化地質體的空間分布進行了解。為順應金屬礦產找尋目標的變更，地球化學方法除傳統的原生暈、次生暈找礦模型法外，還發展了一批新方法，如巖石和土壤地球化學測量法、同位素地球化學找礦法、地電化學找礦法、構造地球化學法、地氣法及地球化學偏提取技術等，在礦區深部及其外圍盲礦或隱伏礦體的預測研究與應用方面都取得了顯著的找礦成果。尤其是謝學錦、王學求等人提出的“深穿透地球化學方法”中的地氣法和活動態偏提取技術，已經成為當前在厚層覆蓋區探測深部隱伏礦體的重要方法。

地氣法是指通過各種地球化學方法對來自地球脫氣作用產生的地氣流向地表遷移過程中，進入礦體或礦帶時，載入與礦化體有關的納米金屬微粒，在地表覆蓋層或近地表大氣中形成金屬元素異常的捕集和分析，來尋找隱伏礦體的方法。該方法是20世紀80年代初，由瑞典布利登礦業公司和倫德科學技術學院核物理系聯合推出的在厚層覆蓋區尋找深部隱伏礦體的新方法，又可以分為元素活動提取法、元素分子形式法、地氣溶膠測量法和順磁共振法等。地氣法主要分析成礦及伴生元素，能反映深部礦化的可能性，是一種直接的找礦方法，它還具有探測深度大、不受覆蓋層性質影響等特點。這些應用高穿透性物質標志著探測深部隱伏礦體的新方法已經取得了明顯效果，測試的組分與深部隱伏礦體成分密切相關，測得的異常與礦體的空間對應性較好，已經成為當前地球化學技術尋找隱伏礦體的重點方向，具有很好的應用前景。

活動態偏提取技術是通過對地表疏松物中的采樣，研究分析被水溶性鹽類、有機物、粘土礦物和鐵錳氧化物等物質所捕獲的信息量大的活動態元素，從而了解與深部礦化有關的各項異常，以此達到尋找隱伏礦體的目的。該方法包括活動態金屬離子測量、酶浸析法、金屬元素活動態測量、地電化學技術、植物地球化學技術、地氣測量等，具有簡便、快速、成本低的特點，在勘查地球化學研究中應用甚廣。

2.2隱伏礦體定位預測的地球物理方法

地球物理勘查是以巖石、礦石與圍巖的物理性質密度差、磁化性質、導電性、放射性等異常為基礎，運用物理學的基本原理和技術方法，通過對地球的各種物理場分布及其變化進行不斷觀測和分析，同時注重與地質調查和地質理論研究相結合，研究與其相關的各種自然現象及其變化規律并進行地質解譯，進行綜合分析，推斷地質構造和礦產資源的分布，從而達到解決隱伏礦體找礦問題的目的。

地球物理方法的種類較多，如電法、磁法、重力、地震、放射性測量等，在成礦預測中，都可以直接或間接地發揮某種作用。當前應用于隱伏礦體預測領域的地球物理方法除傳統的方法外，還出現了時間域電磁法、可控源音頻大地電磁法以及井中物探等新方法。

時間域電磁法或稱瞬變電磁法，是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。時間域電磁法總的技術特點是時空可分性，它不僅是剖面的方法，也是測深的方法。通過時間域電磁法能夠發現目標地質體引起的異常并確定異常的性質，獲取目標地質體的傾向、傾角、走向、埋深及等方面的信息。

可控源音頻大地電磁法屬于地面電磁法，大功率發射機可以將不同頻率的電波輸送到地下的深層，然后觀測記錄電場分量與磁場分量，根據公式可以算出視電阻率，然后調整供電頻率的高低，得到不同深度的信息即視電阻率測深曲線，根據視電阻測深曲線確定地下巖層的分布和高阻基底面的起伏，進行局部構造的圈定與斷層的識別。該方法自80年代以來，理論和儀器都有了很大的改進，具有受地形影響小、勘探深度范圍大、分辨率高、低阻敏感、抗干擾能力強、效率高等特點，應用領域也擴展到了固體礦產勘查，煤田、石油勘探、天然氣、地熱、金屬礦床、水文、環境等多個領域。

井中物探是指把接收傳感器下到鉆井中采集有關物理量數據，從而獲得鉆井周圍某些待查隱伏礦體有用信息的各種物探方法。因其接近深部探測對象，故發現深部隱伏礦體的能力往往比地面物探方法要好。目前該方法主要有磁法、電法、彈性波法和重力法。根據井深不同其最大探測深度可達4000m，范圍可延伸至井周300m半徑范圍。

2.3隱伏礦體定位預測的遙感方法

遙感方法是借助于專門的探測儀器，把遙遠的物體所輻射或反射的電磁波信號接收記錄下來，再經過加工處理，變成人眼可以直接識別的圖像，從而揭示出所探測物體的性質及其變化規律，屬于空間科學的范疇。隱伏礦體定位預測遙感方法的主要內容包括遙感圖像解譯的內容、標志與原則；遙感圖像多級識別地質解譯；地質目標專題信息標志解譯；多源地學信息綜合圖像處理等。根據礦床成因類型，結合地球物理特征，尋找成礦線索或縮小找礦范圍。近年來，遙感圖像處理對有關蝕變與礦化評價有重要作用。

通過遙感技術所顯示出來的地質圖像由于各種地形地貌、成礦條件、礦床的類型的不同而顯示出不同的異常，根據圖像顯示的內容及采集的數據，利用現代計算機的數據分析和圖像處理技術，能夠快速的對地區成礦條件以及礦床特點進行綜合分析、合理預測，總結成礦規律并圈定找礦遠景靶區。隱伏礦體預測中對遙感技術的利用也在不斷的更新，運用已經十分廣泛。

2.4隱伏礦體的綜合信息預測方法

綜合信息礦產預測是指利用地質基礎理論，通過成礦地質體研究、礦田構造研究、成礦流體標志研究，結合地質、物探、化探、遙感等信息，綜合預測要素，研究總結礦體在三維空間的變化規律及相互制約關系，建立礦體預測的綜合信息模型。通過類比預測，綜合信息成礦預測圖件編制等工作，進行隱伏礦體預測，指導地質勘查，并發現工業礦床的技術方法。用現代科學術語來說，它應屬于信息和知識綜合的最高智能成果。

綜合信息礦產預測的主要任務是盡可能的搜集預測區的地質勘查、地球物理、地球化學、重砂、遙感等信息，要求注重全面收集和綜合分析除地質信息以外的其他有關信息，研究各種信息之間以及它們與礦產資源之間的各種聯系，在現代地質成礦理論指導下，根據各個學科自身的特點，對各種成礦信息進行提取解譯，并使用先進的多元統計方法和計算機技術進行綜合分析，從而確定成礦有利地段和靶區，并最終實現對隱伏礦體的預測工作。

綜上所述，隱伏礦體預測是一項探索性、綜合性較強的調查研究過程，是一項大風險、高難度復雜的科學系統工程。開展隱伏礦體預測，找礦理論研究是基礎，勘查方法手段是關鍵。在具體實施過程，要充分發揮多學科（主要是與成礦作用密切相關的地層學、巖石學、構造地質學、礦床學、礦物學等）互補、多方法（主要包括地質、遙感、地球物理、地球化學方法及電算技術等）合作的機制，將蘊含于各類地質資料中的有關成礦、控礦地質信息轉化為地質語言，對不同找礦預測理論相互聯系與滲透、不同預測方法技術相互結合與驗證，編制多方法、多層次及多種類型的控礦信息圖件，通過對這些圖件與資料的綜合研究與深入分析，總結成礦規律，建立典型礦床的地質、遙感、地球物理、地球化學模型，同時引入新的技術和手段，從四維空間角度進行隱伏礦體定位、定量預測。最后，通過綜合類比分析，以實現對隱伏礦體的預測。

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