隐伏矿床成矿预测理论与方法新进展

 本文对隐伏矿床在国内外的定义、分类与特点进行了讨论， 对隐伏矿床的分类的认识应从三维转变到四维， 时间使得隐伏矿床的分类相互转化， 因此对隐伏矿床的分类应结合当下实际情况。经过长期的野外实践总结， 在大数据时代与 3S 科技背景下， 在传统的隐伏矿床预侧理论与勘查技术方法上， 提出以大数据成矿预侧理论指导找矿， 以空间数据库、移动 GIS 和物化探设备集成的高效找矿技术方法， 成为当今快速评价中小矿山企业远景区成矿潜力的重要理论与技术方法， 探讨不同地区、不同矿床类型的勘查技术方法组合应是进一步研究的重点。传统的隐伏矿床成矿预测理论与方法在 3S 科技背景下趋向于大数据成矿预测与移动 GIS 勘查技术方法方向发展， 应加强成矿预测理论与方法彼此之间的有效衔接、转化与应用， 朝着多元成矿预测理论、多元勘查技术方法、多源信息数据集成成矿预测发展。

［关键词］ 隐伏矿床预测 成矿预测 空间数据库 移动 GIS 大数据

我国自 20 世纪 50 年代开始， 地表露头矿的发现及开采一直占主导地位， 随着经济的发展， 对矿产资源的需求日益迫切， 而我国除了地形复杂的高山地区， 中东部地区地表矿已基本勘探完， 找矿方向转向中西部地区， 找矿主体转向中深部、深部。因此，对隐伏矿床预测理论方法研究及成果转化成为当前矿产勘查研究的热点。为了满足经济发展对矿产资源的需求， 适应矿产勘查现状， 有效提高对隐伏矿床的找矿效果， 确保我国众多已有生产矿山的可持续发展， 国家有关科技规划中已明确重点鼓励和倡导对找寻隐伏矿的理论与方法、找矿靶区快速定位预测评价技术。80 年代， 开始逐步对隐伏矿床的理论与方法进行总结与研究， 并及时将新的隐伏矿床成矿预测技术方法运用到找矿实践中， 在新发现的矿床中， 隐伏矿床由原先占总量的10% 增加到 50% ， 占据越来越重要的分量。国外以欧美、前苏联为代表， 主要从隐伏矿床的地质条件、成矿规律出发， 结合新思路、新技术、新方 法 综 合 指 导 隐 伏 矿 床 的 预 测。

当下， 国内外学者对隐伏矿床的定义和分类一直没有统一的认识。最初是指地表无露头的矿体，与露天矿相对， 是随着地表找矿难度越来越大和找矿重 点 转 向 深 部 探 寻 这 一 形 势 而 提 出。池三川 认为隐伏矿床是埋藏于基岩中受到或未受到现代切割作用、沉积物覆盖的所有矿床( 体) 。国内外学者对隐伏矿床的划分如表 1。

国内外学者对隐伏矿床的认知与划分各有优点， 也有不完善的地方。对隐伏矿床详细的划分会影响野外的判别归类， 在实际生产中意义不大; 应考虑到时间维度， 自然条件的改变使隐伏矿床随着时间的推移其类别是可以转化的。

隐伏矿床具有隐伏性， 决定了勘查技术的间接性、高风险、高难度。应多运用地化地物多元技术方法， 转变传统的找矿观念; 在成矿预测理论指导下，运用有效的预测方法和技术， 预测隐伏矿床， 提高准确性、降低风险; 在3S 迅猛发展的大背景下， 借鉴经济领域的大数据模式， 重新认识、总结和探索隐伏矿床预测理论和勘查技术方法与大数据间的契合点， 对成矿预测理论与方法的发展具有重要的指导意义。

刘家远( 2002) 认为隐伏矿床预测是一项晚于通常意义上的成矿预测之后开展起来的成矿预测，是成矿预测基础理论的一部分。成矿预测理论是隐伏矿床预测的指导理论， 在隐伏矿床勘查过程中发挥着重大作用。而新的图件处理与存储软件将过去的纸质基础地质图件进行矢量化集成， 形成基础地质大数据， 可宏观地研究不同尺度的地质单元以及相同地质单元上不同地物化遥数据特征， 也可被应用于大范围内成矿带整体研究来寻找遗漏或外推未被发现的成矿远景区， 使得大数据成矿预测成为一种趋势。裴荣富等( 2013) 依据全球不同矿种的储量数据汇总形成储量大数据， 对大型超大型矿床提出了新认识， 并依据大数据划分不同的成矿带和成矿域。

2． 1 相似类比理论

相似类比理论为成矿预测学的发展奠定了重要基础理论。其主要内容是在特定地质环境下赋存特定的隐伏矿床， 相近的地质环境下可能产出矿床成因类型相似的矿床，相同矿床成因类型的矿床之间可以进行比较， 而与已知矿床的地质环境相近的地区 ( 段) 可以认为是成矿远景区。

相似类比理论依赖的前提是成矿地质条件的相似性， 通过大量的野外实践和数据采集， 运用“就矿找矿”的方法， 建立矿床模型， 依据预测区与已知矿床地质特征的相似程度来判断预测区成矿远景大小的， 结合多种物探方法来降低预测风险。

2． 2 矿床模式与成矿模型理论

20 世纪 80 年代在总结成矿规律的基础上提出矿床模式或成矿模型。苏联学者 B． B 布罗多沃伊提出建立各级物理地质模式的建议， 针对不同的勘查阶段提出“矿床预测普查组合”找矿模式， 取得良好的找矿效果; 加拿大学者总结了地质成因模式和描述 模 式 ( 经 验 模 式) ; 美 国 学 者 考 克 斯 和 辛 格( 1990) 根据地质环境特征， 将矿床分为不同“族、组”; 美国利用圣马纽埃矿床的斑岩铜矿蚀变分带模式， 发现了隐伏的卡拉马祖斑岩铜矿床。

国内成矿模型的研究始于 20 世纪 70 年代， 先后总结了玢岩铁矿模式、赣东北铜矿多位一体模式、赣南钨矿“五层楼”模式、大厂岩浆一热液等成矿模式。唐菊兴等( 2010) 对西藏甲玛铜多金属矿矿床地质特征及其矿床模型系统的认识， 建立了“四位一体”的找矿模型， 实现了矽卡岩矿体的找矿突破。

2． 3 地质异常理论

地质异常是一种特殊的地质结构， 可能产生新型或大型矿床的显示或隐式矿床的地质体组合异常。最初由赵鹏大等于 20 世纪 90 年代提出， 弥补了相似类比理论与成矿模型只能预测与之类型相同和规模相似或更小规模的理论缺陷。并对地质异常的定量性、空间性、时间空间上的复杂性特点进行了阐述， 介绍了地质异常的定量预测方法: 分形、地 质 学 统 计、传 统 统 计 学。池 顺 都 等( 1997) 以地质异常理论的空间性特点为指导， 利用GIS 对滇中昆阳群中的钢成矿区和陕甘南秦岭泥盆系中的 铅 锌 成 矿 区 的 地 质 异 常 预 测 作 了 初 步 的探索。

2． 4 成矿系列理论

程裕淇等( 1983a， b) 对矿床实例分析， 并结合以往工作中的认识与体会， 在“初论矿床的成矿系列问题”文中首次提出矿床成矿系统概念。并对三大类矿床成矿系列组合( 或系列组) 的划分问题、矿床成矿系列的后期改造问题、某些矿床成矿系列及其演化等相关问题进行了补充和探讨。陈毓川等对成矿系列研究领域的重要内容、研究基础、命名及自然分类系统进行阐明，指出今后的成矿系列研究应注重在面上基础性研究与重点地区深入研究， 进一步完善和发展矿床成矿系列概念、研究方法、成矿系列体系的内部结构， 以及解决有关形成矿床成矿系列的叠加、改造、再造、演化的问题。

在成矿系列理论的系统研究下， 地质因素对区域成矿有着较大的影响， 这引起了地质学者对地质因素作全面和综合的分析， 其研究成果有可能更客观地反映有关类型之间成矿规律的联系， 也能进一步揭露矿床成矿系列的时空演化规律。

2． 5 大数据与大数据成矿预测

“大数据”时代最早由美国未来学家阿尔文·托夫勒在其《第三次浪潮》中提出， 麦肯锡发布的报告标志着“大数据”时代的到来， 以其“大量、高速、多样、价值、真实性”被广泛的应用在金融等各个研究领域。王世称等( 1999) 提出的综合信息矿产预测就是大数据成矿预测到来的一个缩影。

结合不同尺度的空间数据库， 提出大数据成矿预测。它是建立在大量野外数据的基础上， 以成矿预测理论为指导， 以区域地质数据( 不同尺度的地质图件) 、物探数据( 不同尺度的航磁数据、重力数据、电法数据等) 、化探数据、遥感数据( 不同分辨率的数据) 为背景， 研究区数据综合异常为目标， 分析区域数据与研究区数据间的特点， 运用现代的勘查技术设备找矿与验证的预测理论。

基于空间数据库的矿床模型( 模式) ， 以空间大数据库为基础， 重新认识和评估区域成矿带的成矿特点和找矿潜力， 加强成矿带的对比研究， 总结区域成矿规律， 发现新的找矿靶区， 对国家矿产资源“增储”以及危机矿山企业“延寿”具有实际意义。张晓帆、陈川研究团队依托“十一五”、“十二五”国家305 空间数据库大数据成果， 对中亚主要矿集区进行初步评价， 建立“中亚优选矿集区矿产资源评价空间数据库( 建造相专题图件、地质图件、地球化学专题图件、航磁异常专题图件) ”， 对迈卡因、卡尔卡拉林、东哈萨克斯坦、滨巴尔喀什、准噶尔等八个成矿带对比研究， 并在边境线附近重要成矿带相连的区域圈出找矿靶区， 成为大数据成矿预测的具体范例。

目前对隐伏矿床预测方法研究越来越深入， 隐伏矿床预测的方法也越来越多， 包括地质学方法、生物学方法、矿床模型综合地质信息预测方法、移动GIS 勘查技术集成方法等勘查方法。

近年来发展了一系列寻找隐伏矿床的新方法 ，如酶浸提取法、元素有机态法( MPF) 、活 动 金 属 离 子 法( MMI) 、金属活动态法 ( MOMEO) 、地气法( geogas) 、生物地球化学法、离子晕法等， 但适用条件限制大， 技术要求高， 成本昂贵 。姚金炎( 1990) 提出综合物探、化探的隐伏矿床预测方法; 彭省临等( 2012) 运用Mate 分析比较法在铜陵铜山铜矿和凤凰山铜矿对多种物探方法的有效性进行了定量比较分析。

3． 1 地质学方法

地质学方法是隐伏矿床成矿预测的基础方法，其中以构造地球化学预测方法较为成熟。构造地球化学预测是通过对构造的三维空间上的特征与成矿物质、成矿流体之间的耦合度来判断成矿有利地段的预测方法， 在大比例尺隐伏矿床预测上效果明显。对不同尺度的预测工作中构造体系的控矿分析、力学性质分析、控矿构造因素解剖和辨认以及构造演化过程的认识是预测成功的关键。

Han et al． ( 2014) 运用构造与地球化学相结合预测方法对云南东北部昭通茅坪 Zn － Pb － ( Ge － Ag) 隐伏矿床预测， 总结不同构造带中元素的组合规律， 判断和辨别控矿构造与非控矿构造， 在矿床深部成功发现 6 个隐伏矿体。翟裕生等( 1999) 通过数学方法对“玲珑 － 焦家式金矿”研究， 对控矿构造等因素定量化， 以量见质， 在夏甸金矿Ⅰ， Ⅱ， Ⅴ， Ⅶ号矿体及外围道北庄子矿区和留仙庄矿区实现找矿突破。

3． 2 地球物理方法

勘查地球物理方法已经成为隐伏矿床预测的重要技术方法。其原理主要是利用不同岩矿石导电性、磁性、比重差异， 在设备能量图上显示不同光谱特征， 从而实现找矿目的。当前应用于隐伏矿床预测领域的地球物理方法除了传统的电法、磁法和重力外， 也出现了放射性测量、地面电磁法、高分辨率地震以及井中物探等新方法。

伽玛能谱法在金矿当中的应用较成熟， 能通过不同金矿床具有不同的伽玛能谱特征， 探索不同成矿物质及相关岩体的来源， 分析不同金矿成因类型与不同岩体相的特征和规律。大功率激发极化法( GDD) 以高极化率低电阻率圈定地质异常体， 可控源音频大地电磁测深( CSAMT) 以清晰地探测出基底的埋深和起伏， 在寻找隐伏金属矿体中广泛应用。

3． 3 矿床模型综合地质信息预测方法

随着对我国 25 种矿产的矿产资源潜力区位、数量、质量评价工作的开展， 叶天竺等( 2007) 、叶天竺( 2013) 提出矿床模型综合地质信息预测方法。该方法以地球与成矿动力学、成矿系列理论为理论指导， 详细研究区域地质构造信息， 以不同成矿带为单元划分不同矿床预测类型， 建立矿床模型。并进一步利用地物化遥资料信息、空间数据库与 GIS 平台，在圈定成矿预测区的基础上进行资源量的定量预测。肖克炎等( 2010) 从综合地质信息预测的角度，利用综合信息体积资源量估算法( 核心为综合信息建造构造) ， 探讨了对中、大比例尺矿产资源量的定量预测的方法， 操作简单实用。肖克炎等( 2013) 对当前矿产资源潜力评价工作的理论与方法进行了总结， 在解决矿产预测中的地质工作的不平衡性、定性预测与定量预测相结合、物化探信息综合预测等问题上， 对矿床模型综合地质信息预测方法给予肯定。

3． 4 移动 GIS 勘查技术集成方法

隐伏矿床预测是一项复杂综合的系统工程， 快速有效的勘查技术方法组合可大大提高勘查效率。根据前人的地质成果， 空间数据库、移动 GIS 和物化探设备的集成可能成为高效勘查技术集成的重要发展方向。经过长期的野外实践， 深化思想认识， 总结隐伏矿床预测勘查技术方法的思维导图， 探索总结了基于双 GIS 的勘查技术集成方法， 如图 1。

该勘查技术方法组合以“桌面 GIS + 移动 GIS”为核心， 建立研究区隐伏矿床空间基础数据库， 以Arcgis 平台对研究区进行灵活的测线、测网设计， 运用适合研究区隐伏矿床综合有效的勘查技术组合方法， 对测得数据进行系统综合分析， 可快速锁定综合异常区， 圈出找矿靶区， 如图 2。在新疆西天山喇嘛苏铜矿外围采用该勘查技术方法， 总结前人对喇嘛苏铜矿成矿规律的认识， 将喇嘛苏铜矿外围的地质资料( 地质图件) 、喇嘛苏铜矿地球物理数据( 磁法图件) 、地球化学数据、遥感 DEM 数据集成在 Arcgis平台上， 综合分析地物化遥综合异常范围， 圈定预勘查区。其次， 结合 DEM 数据对预勘查区进行一定规格的测网工程布置( 岩屑地球化学采样、勘查地球物理工程) 。其三， 根据喇嘛苏铜矿铜矿石总是与磁铁矿相伴生的成矿规律， 对预勘查区进行磁法扫面， 以区分矿致异常与非矿致异常， 再结合大功率激发极化法对预勘查区域进行激电测量， 在磁异常范围上“重叠”的激电异常范围布置工程验证。采用该勘查技术方法应用效果很好， 矿床规模达到中大型铜矿。运用双 GIS 勘查技术集成方法， 必须因矿制宜地采用不同的勘查技术方法组合， 才能在矿产勘查上取得突破。

隐伏矿床预测是一项繁杂而系统的工程。目前， 国外隐伏矿预测的理论与方法研究， 仍主要集中在以美、加深入基础研究上的矿床勘查模型和以俄罗斯为代表的强调综合应用地质和物化探方法与勘查阶段相匹配的预测方法组合来指导不同层次的隐伏矿预测和评价。发展趋势主要有:

( 1) 找寻隐伏矿的理论与方法、揭示矿体就位机理和定位规律以及找矿靶区快速定位预测评价技术作为优先资助的研究领域和鼓励倡导的重点研究方向。

( 2) 不同尺度的空间数据库的不断完善为“地质大数据成矿预测”的实现提供了数据基础， 大数据成矿预测将为成矿带上成矿盲区及远景区的圈定展示一种更直观的科学视角。

( 3) 空间数据库、移动 GIS 和物化探设备的集成可能会成为隐伏矿床预测的高效勘查技术方法集成的重要发展方向， 应用新科技、大数据、新思路是隐伏矿床预测的必然趋势。

通过对隐伏矿床的定义、成矿预测理论与勘查技术方法以及新科技背景下成矿预测理论与勘查技术方法新进展， 本文得出以下认识:

( 1) 隐伏矿床定义的提出有助于人们对隐伏矿床的理解， 对隐伏矿床的分类的认识应从三维转变到“时间”的四维， 时间的维度使得隐伏矿床的分类相互转化， 并且对隐伏矿床的分类应结合当下实际情况才具有更实际的意义。

( 2) 当下成矿预测理论仍是传统的相似类比理论、矿床模式与成矿模型理论、地质异常理论、成矿系统与成矿系列理论、综合信息成矿预测理论。地质学方法与地球物理方法、非常规方法在成矿预测中是必不可少的勘查技术方法。应加强成矿预测理论与方法彼此之间的有效衔接、转化与应用， 朝着多元成矿预测理论、多元勘查技术方法、多源信息数据集成成矿预测发展。

( 3) 传统的隐伏矿床成矿预测理论与方法在 3S科技背景下趋向于大数据成矿预测与移动 GIS 勘查技术方法方向发展。GIS 平台下不同空间尺度数据库的完善与合并为大数据成矿预测提供了必要条件， GIS 与多种物探、化探仪器的越来越轻便化和智能化， 使得移动 GIS 勘查技术方法成为现实， 探讨不同地区、不同矿床类型的勘查技术方法组合应是进一步研究的重点。

需要指出的是“大数据成矿预测”是本文根据大数据时代到来以及参与“十二五”课题相关子课题空间数据库建设而首次提出的概念， 主要应用于大区域范围内基础地物化遥数据齐全的成矿远景区而言。大数据成矿预测是基于 GIS 平台， 在成矿远景区、相邻区域成矿带中找出因当时数据平台有限、观念认识受区域限制而未被发现的盲成矿潜力区，在中亚边境成矿远景区发现中已有应用。对大数据成矿预测不同成矿尺度上、区域地物化遥大数据的齐全程度对大数据成矿预测准确度的影响上有待进一步深入研究。希望本文能起到抛砖引玉的效果，激起学者们在找矿观念上的火花。