摘要：伴随矿业的不断发展、找矿工作进程的加快，很多地表金属矿产已被准确勘测出来。现阶段，深部金属矿产资源的开发和利用将成为未来矿业发展的主要趋势。本文立足深部金属矿产资源的成因，进一步对深部金属矿产勘察技术方法进行深入分析。
关键词：深部金属矿；成因分析；深部找矿；矿产勘查；常用技术
社会经济的迅速发展，使得人们生产生活对矿产资源的使用需求不断增加，很多地表矿产资源已得到开发和应用。未来，深部金属矿产资源的开发和利用将成为矿业发展的趋向。随着矿产资源开放强度的增加，深部找矿对矿产勘察工作提出了更高的要求，由于深部金属矿处于相对隐蔽的地质中，矿产勘察工作的难度也相对较大。可以说，深部找矿是所有矿产资源勘察中难度最大的一项工作，给工作人员的技术水平带来极大考验。在深部找矿工作中，比较常用的技术方法就是地球物理勘查，这一技术效率较高，发展前景较好，在深部金属矿的勘察中应用十分广泛。
一、深部金属矿的成因
一般来说，地下浅表处所见的金属矿资源，如大型金属矿床、超大型金属矿床、多金属矿集区等，均由地球内部在地史期间深部物质与能量交换所致，不是近地表处形成、堆积的。在矿物元素的分异、调整、聚集、运移等作用下，大型矿床、超大型矿床、多金属矿集区的形成及分布受到深部物质与能量的交换作用，同时受到物理-力学-化学过程的制约，其形成是一种深层动力过程。
高温高压下矿物溶解和沉淀反应实验对于我们认识深部金属矿形成有着重要意义。在450℃和23-39MPa条件下矿物或岩石与水溶液的反应实验，可获得矿物和岩石在水溶液里的反应速率。大量实验研究结果表明在近临界、亚临界和临界区的水溶液性质异常变化，影响矿物、岩石与水的溶解沉淀化学动力学行为。也有实验研究表明，在近临界态时水密度和介电常数迅速下降，影响水对各类金属与M-O的破裂和水化过程。在临界区，矿物与水的反应动力学涨落是导致水岩相互作用性质改变和矿石形成的成因之一。因金属-氧键不容易被打开，导致金属氧化物矿石的沉淀。在地球深部，含金属的流体会在近临界态区进入气液两相不混溶处，出现气体与液体的相分离，这使金属会在气或液相间重新再分配，因气体和液体分别迁移金属，导致金属矿石的沉淀。地球深部金属流体从超临界区进入低于临界态的亚临界区，大致在中地壳发生水与岩石的相互作用，这一次转变也会导致一些重要金属矿石沉淀的出现，而另一类金属则继续迁移。实验和理论均表明，水分子在临界态时氢键网络（破坏），水的离解与水化能力减低，是导致金属水合离子团聚物形成的原因之一。
在进行矿石矿物磁铁矿、黑钨矿等与水的溶解反应实验中，＞300℃时，升温导致溶解速率的进一步下降，铁、钨、锡等金属的最大溶解速率出现在300℃到350℃，进一步升温矿石就会沉淀，金属氧化物矿石就沉淀在临界区。地壳深部的水岩相互作用化学动力学实验在深部金属矿成因的研究中意义很大。实验研究表明纯水与玄武岩的反应，在水临界态区域时，可淋滤出有色金属元素，可能是形成深部金属矿床的物质来源。从深部上升到中部地壳过程的流体性质改变，对于金属沉淀、迁移等均起到了重大作用。大量超临界流体与岩石反应的实验发现超临界流体水通过与岩石的反应之后，经减压沸腾过程，分离成气液两相。随着相关实验研究的不断深入和丰富，解决了近年国际上提出的关于气体迁移金属的重要科学问题。实验也进一步证明了地球深部的高温高压气体能够携带金属，如金、锡、钨、铜、锌等从地球深部迁移进入地壳。
二、基于深部金属矿成因的找矿思路
关于深部流体和矿物岩石-水反应实验不仅深化了对深部金属矿成因的认识，也带给我们许多新的认识，使很多研究者从新认识了深部成矿的过程与中地壳的成矿意义。同时也获得了关于认识金属流体的来源、迁移、堆积的依据。大量的实验和理论可以预测金属流体在岩石圈和地壳里空间的性质分布、变化情况等，从而进一步确定了深部金属矿迁移和堆积的空间分布规律。基于此，按照岩石地球化学方法可以进行金属矿床的预测，尤其是深部金属矿床的预测。如根据流体性质和长江中下游或山区的金属与蚀变对应的空间分带性，可以对大深度隐藏矿床进行预测。金属流体的性质决定了痕迹元素与金属元素的空间分布，对于指示深部矿体具有重要意义。金属元素大致的由深至浅的分带性，适用于铜金多金属矿的找矿。同时，在浅部多金属矿床里找到气体迁移金属的证据，也可以预测深部大型金属矿床。这些规律性的认识目前已广泛用于长江中下游矿带、秦岭矿带的金属成矿与找矿工作当中。
三、深部金属矿勘查的技术方法
1、重力及电法物探
在深部金属矿的勘察中，重力勘察法是较为常用的一种方法，通常用于密度较大矿产资源的找矿。电法物探在深部金属矿的找矿中也较为常用，其中激发极化法、瞬变电磁法等均为重要电法，在深部金属矿勘察中发挥了重要作用。而电磁感应的变种方法主要用于深部金属矿勘察中隐藏矿产资源的找矿。与其他电法相比较，瞬变电磁法具有更高的分辨能力，凭借这一优势，该项技术勘察深部金属矿的效率也更高。
2、磁法及地震物探
深部金属矿勘察中磁法的应用有利于提高找矿效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因金属矿在活动中与岩浆岩活动有着密切的联系，故在金属矿勘察中，磁法具有高精度磁测水平，应用范围也更加广泛。以磁法为主的航空氦光泵磁力仪的灵敏度与传统仪器相比较，灵敏度较高。而借助地震物探方法，可基于浅层地震进一步快速找到深部金属矿层。
3、深部地学填图地球物理方法
深部地学填图可查明一定区域的成矿原因，进而根据成矿规律性选择深部矿靶区。地球物理方法在深部地学填图中能够提前探知上部沉积层的构造特点，进一步明确基底变化情况。通过建立深部地球物理反演模型，可确定矿区内部构造特点。因金属矿成因较为特殊，矿床形成与地底岩浆作用有关。岩浆运动产生的力使地底发生断裂，会形成金属矿床。进行深部岩性填图，可确定赋矿层位，因金属矿床形成与内部花岗岩体及侵入岩体密不可分，因此运用地球物理方法，能够形成深部岩性填图。由此可以分析出具有不同物理属性岩体的形态及分布状态。地球物理勘测中利用电磁方法可勘测深部金属矿的内部构造及岩层分布特点，可建立初始模型。使用航空重力梯度进行测量，不仅可保证较高精确度，还能够基于多尺度分析规范初始模型。从而进一步确定地质具体界限及地底岩体分布情况，找到更多的大型深部潜伏金属矿。在深部金属矿勘察中传统地质方法很难解决深部金属矿找矿的问题，尽管当前超深钻探和深井钻探能够直接提示地下深部的信息，但当前世界上最深的钻孔也是十分有限的，难以解决更深层地下结构的问题。并且超深钻井的成本高昂，无法实现随意布置。解决深部金属矿勘察的问题更多还是需要地球物理方法，如天然地震、大地电磁等方法。
4、航空和地面地球物理方法
在深部金属矿勘察中，对于一些与围岩有明显物性差异的隐伏矿体，借助航空和地面地球物理方法可实现直接找矿。如低空飞行技术、直升机高精度地球物理探测技术等。目前已有研究利用大比例尺直升机航空磁法和电磁法测量深部金属矿，利用已有钻孔进行井中地球物理勘察，能够直接探查井旁具有良导体和高密度的金属矿。现阶段，发达国家十分重视井中地球物理方法在深部金属矿勘察中的应用。如澳大利亚在奥林匹克坝矿区钻孔密集区实施井中TEM，于矿区深部发现硫化物矿床。
5、基于GIS的成矿预测技术
深部金属矿勘察是一项难度极大、操作极为复杂的工程，不但耗费大量时间、人力、物力，而且也具有一定的风险。随着深部金属矿地球物理勘察技术的进步及广泛应用，许多地表隐藏、出露的矿床相继被发现。而埋藏较深的矿床需要相关研究者进一步加快寻找，这也是当前深部金属矿找矿亟待解决的问题。现阶段，基于GIS成矿预测技术是深部金属矿找矿中的一个研究热点，如何从不同渠道中获取信息、对可利用信息进行筛选、综合分析并处理信息，从而进一步预测深部金属矿是地学界的一大焦点。GIS的应用，基于空间多源信息处理技术为信息找矿提供了有力工具，通过多源信息复合技术对不同来源地学数据进行分析、处理，以高效率成图技术、强有力的空间分析能力、高水平的数据管理功能，可大大提升深部金属矿的找矿效率。在成矿预测的基础上，基于GIS研究隐伏矿床的多元多维成矿信息，可通过对不同类型矿床的方法技术组合试验，根据地质环境、矿种、成矿类型等对信息进行提取、过滤、综合判断、定位定量预测，进一步形成一套新型金属矿勘察技术，实现对深部金属矿的三维定位预测与定量分析。
结束语：
地球深部流体的性质，在中地壳表现为临界区水性质的涨落。这导致了矿物与岩石中各种不同类型金属被水溶解的性质变化。超临界态流体及其跨越临界态时的性质涨落，导致了矿石的沉淀。跨越临界态之后流体出现气液分离过程，是一次气体迁移金属的过程，也是成矿作用。鉴于金属流体性质随着其所处深度的不同性质也不断改变，出现了金属空间分布规律。这一规律是深部金属矿成矿理论研究的基础，也是深部金属矿找矿理论和方法的基础。在强化深部金属矿开发和利用的大背景下，应基于深部金属矿的成因，不断探索适合深部金属矿预测、勘察、开发、利用的新技术，不断提高深部金属矿的勘察水平。
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论文作者:陆春凯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：金属论文; 深部论文; 矿床论文; 成矿论文; 临界论文; 方法论文; 流体论文; 《基层建设》2019年第27期论文;