向深部要資源是必由之路

　　隨著地球人口規(guī)模的不斷擴大、人類生活水平的不斷提升，淺地表礦產(chǎn)資源已無法滿足人類發(fā)展的需要。向地球深部要資源，成為經(jīng)濟社會發(fā)展的必由之路。

　　“目前，具有世界先進水平的勘探開采深度已達2500米至4000米。而我國的礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)深度大多小于500米。”項目負責人、資源所研究員肖克炎說。經(jīng)過幾十年的高強度開發(fā)，在礦產(chǎn)資源供需形勢越來越嚴峻的形勢下，要保證我國工業(yè)飯碗里裝的主要是“中國糧”，開展深部找礦就成了必然選擇。于是，2004年，我國正式設(shè)立全國危機礦山找礦專項，分期分批實施了230個危機礦山找礦項目，讓一批老礦山煥發(fā)新的生機，深部新增資源儲量原煤52.89億噸、鐵礦石10.5億噸、銅金屬量327萬噸、金669噸、鎢40.8萬噸、鉛鋅848.9萬噸，平均延長礦山服務(wù)年限17.3年，穩(wěn)定就業(yè)人數(shù)60萬人。其中，多個礦山新增資源量數(shù)倍于原有儲量。

　　“要開辟第二找礦空間，就必須先預(yù)測深部礦產(chǎn)在哪兒、長什么樣。”肖克炎介紹，為解決這些問題，2017年，科技部在國家重點研發(fā)計劃深部資源勘探與開采專項下，設(shè)立了“深部資源預(yù)測系統(tǒng)技術(shù)研究與示范”項目，部署了深部成礦地質(zhì)異常定量預(yù)測方法與模型、深部礦產(chǎn)地球物理三維建模與預(yù)測、深部礦產(chǎn)地球化學三維建模與預(yù)測、深部成礦構(gòu)造三維分析與建模預(yù)測、深部礦產(chǎn)三維可視化預(yù)測評價軟件系統(tǒng)研發(fā)、深部礦產(chǎn)資源三維找礦預(yù)測評價示范等6個課題開展系統(tǒng)研究，以建立3000米以淺深部礦產(chǎn)預(yù)測系統(tǒng)。

　　秉承開放、合作的研究理念，中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所在綜合分析各相關(guān)單位專業(yè)特長的基礎(chǔ)上，聯(lián)合中國地質(zhì)大學（北京）、中南大學、中國地質(zhì)大學（武漢）、成都理工大學、中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心、有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室、成都理工大學數(shù)學地質(zhì)四川省重點實驗室等單位，開展了聯(lián)合攻關(guān)。

　　汲取國內(nèi)外老一輩地質(zhì)學家的學術(shù)精華，適應(yīng)當代數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展潮流進行開拓創(chuàng)新，是該項目研究的關(guān)鍵所在。該項目將成礦地質(zhì)理論貫穿定量成礦預(yù)測分析的全過程，以文本信息發(fā)現(xiàn)技術(shù)將陳毓川院士的“成礦系列”理論高度凝結(jié)在找礦模型的構(gòu)建中，將中國科學院院士趙鵬大的“地質(zhì)異常”理論貫穿在礦化異常三維空間重建中，將吉林大學王世稱教授的“綜合信息成礦預(yù)測”理論作為深部地球物理、地球化學和成礦控礦信息的三維重構(gòu)與指導思想，將中國地質(zhì)調(diào)查局葉天竺教授“三位一體”的找礦思路貫穿在成礦預(yù)測的分析過程中，取得了國際領(lǐng)先的創(chuàng)新型成果：首創(chuàng)了以系統(tǒng)的地質(zhì)理論為支撐的定量預(yù)測評價方法體系；開發(fā)了相應(yīng)的方法體系與軟件系統(tǒng)；系統(tǒng)應(yīng)用于不同礦種和不同類型的示范區(qū)，取得重大找礦突破。

　　深部礦產(chǎn)預(yù)測研究，得到了地方的積極配合。2019年，山東省掛牌該專項的首個示范基地；四川省則在建設(shè)示范基地的基礎(chǔ)上，成立了四川省深地資源勘查開發(fā)研究院。

　　“三位一體”定量預(yù)測深部資源

　　“綜合各課題成果，我們基本建立起了深部礦產(chǎn)定量預(yù)測系統(tǒng)。”肖克炎說，這一系統(tǒng)提出并解決了深部成礦系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)重建及定位預(yù)測關(guān)鍵科學問題，創(chuàng)立了基于找礦模型構(gòu)建、多尺度三維地質(zhì)建模、三維定量預(yù)測的“三位一體”深部隱伏礦定量預(yù)測方法。

　　這一創(chuàng)新系統(tǒng)包括5個方面的內(nèi)容：

　　一是深部成礦地質(zhì)異常定量預(yù)測方法與模型研究。以成礦系列理論為指導，課題組研發(fā)了基于大數(shù)據(jù)文本信息挖掘的“五個一定”找礦模型構(gòu)建理論與方法（一定的成礦地質(zhì)背景、一定的成礦期、一定的成因類型、一定的礦化類型、一定的找礦模型），為區(qū)域礦產(chǎn)資源定量預(yù)測提供了地質(zhì)理論支撐。針對二維和三維區(qū)域礦產(chǎn)資源的定量預(yù)測，課題組創(chuàng)新性地提出了基于非線性自相似離散推測—預(yù)測模型，并研發(fā)了相關(guān)軟件模塊，在成礦預(yù)測理論方面填補了一項空白。

　　二是深部礦產(chǎn)三維可視化預(yù)測評價軟件系統(tǒng)研發(fā)。課題組研發(fā)了深部礦產(chǎn)預(yù)測方法系統(tǒng)，形成了以找礦模型構(gòu)建、多尺度三維建模、三維定量預(yù)測為基礎(chǔ)的“三位一體”隱伏礦三維定量預(yù)測方法體系，實現(xiàn)了深部預(yù)測評價方法體系的創(chuàng)新。課題組研發(fā)的礦區(qū)—礦集區(qū)多尺度三維建?？梢暬夹g(shù)，支撐了“礦區(qū)—礦田”分層立體預(yù)測評價；研發(fā)的機器學習模型多元信息融合技術(shù)，實現(xiàn)了非線性、可解釋、智能化的深部預(yù)測評價；研制的服務(wù)于深部礦產(chǎn)預(yù)測評價的軟件系統(tǒng)，進一步提升了我國礦產(chǎn)預(yù)測的信息化、智能化水平。

　　三是深部成礦構(gòu)造三維分析與建模預(yù)測研究。課題組創(chuàng)新提出深部成礦構(gòu)造貝葉斯數(shù)據(jù)同化精細重建理論與方法，實現(xiàn)了對深部成礦構(gòu)造的大深度、大比例尺、高可靠性推斷與重建，為深部找礦預(yù)測提供了有效的成礦構(gòu)造三維建模方法；深部成礦構(gòu)造三維幾何—物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法與技術(shù)，實現(xiàn)了集成礦構(gòu)造形態(tài)、樣式、流體多要素于一體的三維成礦信息提取；礦化定位規(guī)律深度遷移學習理論與深部資源三維預(yù)測方法，實現(xiàn)了在深部找礦信息缺失、礦體定位規(guī)律隱蔽條件下的三維成礦預(yù)測，應(yīng)用該方法在膠西北金礦集區(qū)深部探獲高品位厚大金礦體。此外，還建立了深部成礦構(gòu)造三維分析與建模預(yù)測系列理論與方法，研制了貫穿該理論與方法多個環(huán)節(jié)的軟件系統(tǒng)。

　　四是深部礦產(chǎn)地球物理三維建模與預(yù)測研究。在總結(jié)深部礦產(chǎn)地球物理建模預(yù)測工作流程的基礎(chǔ)上，課題組研發(fā)了集地球物理數(shù)據(jù)管理、可視化、三維正反演建模與預(yù)測于一體的深部礦產(chǎn)地球物理建模與預(yù)測評價軟件系統(tǒng)，并創(chuàng)新性地提出了基于數(shù)據(jù)低秩性和稀疏性的重磁位場弱信號分離技術(shù)、三維主軸各向異性大地電磁阻抗與傾子聯(lián)合反演、重力深度加權(quán)約束的共軛梯度反演等一批針對深部礦產(chǎn)的地球物理信號增強與多參數(shù)物性反演的新方法。

　　五是深部礦產(chǎn)地球化學三維建模與預(yù)測研究。提出了以成分數(shù)據(jù)分析、多點地質(zhì)統(tǒng)計學模擬和匯水盆地分析等方法開展地質(zhì)地球化學研究的方法體系；通過三維顯式建模與三維隱式建模相結(jié)合的方式建立了三維原生暈?zāi)Ｐ停瑸樵鷷灴臻g結(jié)構(gòu)分析提供了可視化方案；以高性能計算為手段進行流體—溫度—壓力—應(yīng)力耦合關(guān)系研究，建立了巖體巖漿熱液系統(tǒng)模型。在典型研究區(qū)建立了三維地質(zhì)地球化學找礦模型，應(yīng)用機器學習方法對深部礦產(chǎn)資源進行了定量預(yù)測。

　　“利用這一系統(tǒng)，我們基本解決了3000米以淺礦在哪兒、長什么樣、有多少等深部找礦的關(guān)鍵問題。”肖克炎說。

　　示范應(yīng)用取得重大找礦突破

　　項目組利用這一預(yù)測系統(tǒng)，在山東膠西北金礦集區(qū)、貴州黔西南金礦集區(qū)、甘肅西秦嶺金礦集區(qū)、四川會理銅礦集區(qū)等進行了應(yīng)用示范，取得了重大找礦突破。

　　在山東焦家金成礦帶，依據(jù)膠西北金礦深部找礦預(yù)測模型預(yù)測的焦家成礦帶向西南深部延伸的結(jié)論，施工了352ZK03鉆孔，在孔深2308～2378米累計見礦31.5米，平均品位5.25克/噸。在該鉆孔北部施工鉆孔320ZK03，在2040米～2179米見礦9層，累計視厚度61.85米，主礦體厚度43.14米，平均品位3.95克/噸。這一重大找礦發(fā)現(xiàn)進一步豐富了焦家金礦階梯式成礦理論，并在深部找到第三級成礦臺階，將焦家金成礦帶Ⅰ號主礦體向南西延伸了近500米，同時也驗證了深部礦產(chǎn)預(yù)測系統(tǒng)的有效性。

　　在甘肅早子溝金礦，根據(jù)早子溝金礦找礦預(yù)測模型指示，在地表下600米處施工了一個2000米的深鉆，最終探獲富金礦體42條，累計富金礦體視厚度181.23米，平均品位0.82～6.61克/噸，新增金資源量20噸；銻礦體11條，累計銻礦體視厚度20米，平均品位2.37%～33.82%。其中，大于10米的金礦體7條，最深見礦深度2000米。

　　在四川會理銅礦集區(qū)紅泥坡南部的莧槽箐地區(qū)厚覆蓋區(qū)，利用地球物理資料推測深部存在含礦層位，施工的ZK-1801鉆孔在370米以深見銅礦體總厚度38米；ZK3在覆蓋層厚153米之下見礦總厚度86.74米。這一找礦成果將拉拉銅礦外圍找礦向南覆蓋區(qū)推進了1.6千米，新增銅資源量60.1萬噸。

　　在黔西南金礦集區(qū)，以卡林型金礦多層次構(gòu)造滑脫成礦系統(tǒng)理論為指導，先后在貴州貞豐縣水銀洞金礦東延深部的茅口組與龍?zhí)督M界面、普安縣架底地區(qū)的峨眉山玄武巖中、興仁泥堡金礦區(qū)的斷裂構(gòu)造中取得良好的深部找礦效果，累計新增金資源量55噸，開辟了黔西南乃至滇黔桂地區(qū)卡林型金礦新的找礦空間。

　　“這一系列示范成果表明，深部找礦大有可為。”肖克炎說，今后，隨著我國深部找礦理論研究和找礦實踐的逐步深入，我國深部礦產(chǎn)預(yù)測系統(tǒng)也將進一步得到完善，成為指導開辟第二找礦空間的利器。

　　來源：中國自然資源報