创新找矿理论　实现找矿突破——陈毓川院士主要研究成果

2014-11-26

陈毓川院士是我国著名的矿床地质专家，他系统、深入研究广西大厂超大型锡多金属矿床、矿带地质，为指导找矿及总结成矿规律作出了贡献；深入研究宁芜、庐枞、南岭及全国区域成矿规律及找矿方向，提出宁芜玢岩铁矿成矿模式，在国内开拓区域矿床成矿模式研究领域，系统总结华南花岗岩有色、稀有矿床及陆相火山铁矿成矿规律，促进了全国火山岩区及花岗岩区的地质找矿工作；与程裕淇等研究提出矿床成矿系列概念，发展区域成矿理论，广泛应用于指导找矿。“六五”以来至1998年负责地矿部门固体矿产勘查工作，“七五”期间负责全国金矿找矿工作，“八五”期间组织地矿系统第二轮区域成矿规划工作；1999-2004年负责国土资源大调查项目“中国成矿体系与区域成矿评价”，系统研究总结全国区域成矿规律。陈毓川院士为我国的地质事业做出了杰出贡献。

1　区域矿床成矿模式

1.1　宁芜玢岩铁矿找矿研究

南京至芜湖（简称宁芜）地区是我国火山岩区域中地质工作程度较高的地区，建国以后，老的矿山基地的铁矿储量不断扩大，并发现了一批新的铁矿床。为了更好地总结、研究宁芜火山岩地区的地质规律、找矿标志，探索火山岩地区的地质工作方法及综合找矿方法，解剖“麻雀”以促进该区的普查、勘查工作，并希望对全国广大火山岩地区的地质调查、矿产普查及勘探工作有所借鉴，陈毓川与李文达先生共同承担了《宁芜火山岩地区铁（铜）矿床成矿规律、找矿标志及找矿方法》的研究任务。研究项目在中国地质科学研究院地质矿产研究所、华东地质科学研究所以及江苏省、安徽省地质局及冶金地质勘探公司所属地质队、实验室，北京地质学院、南京大学、合肥工业大学、中国科学院地质研究所等十七个单位共同进行。

在研究过程中，项目组紧密结合了该地区的区域地质调查、普查及勘探工作，在四年（1972～1976年）的时间内完成了45项专题研究任务，取得了诸多成果。

1.2　矿床地质特征及其成因

（1）铁矿床所处的地质构造位置属我国东南沿海中、新生代火山岩带的西缘，古老地块边部坳陷带中的继承性中生代陆相火山岩断陷盆地，盆地内发育三组交叉的网格状断裂，控制岩浆–矿化活动。

（2）盆地内发育一套成因上彼此联系的中生代火山–侵入杂岩，由辉长岩、辉长闪长（玢）岩、玄武安山岩、闪长岩、角闪安山岩、石英闪长岩、英安岩、粗安岩、粗面岩、响岩、花岗岩、石英二长岩等组成。

（3）铁矿化是和一套中生代偏硷性玄武安山岩浆的火山–侵入活动有成因联系的，是岩浆演化到一定阶段的产物。

（4）该类辉长闪长岩的次火山岩体大都呈岩钟、岩瘤、岩舌等的小岩体产出，是深部较大岩体或岩带的突出部分，每一大岩体或岩带联通其周围的火山岩为一个火山–侵入活动中心地带，岩体与火山岩同属于一套火山–侵入杂岩。小岩体形成深度大部分在1.5公里以内。

（5）每一个火山–侵入活动中心地带，按其突出部分的岩钟、岩瘤、岩舌等的小岩体配布，出现一组空间上配套的不同形式的铁矿床。在铁矿化带外围常有黄铁矿化、铜及多金属矿化、硬石膏化及明矾石化。

（6）该区内的铁矿床具有从湖相火山–喷发沉积、岩浆期后高温气液交代、矿浆充填、中高温热液交代充填、中低温热液交代充填等一系列成因特点，他们均在浅成条件下产出。

（7）各种形式矿床中角砾状矿石的普遍性和若干钟状矿体的出现是该区铁矿床的一个重要构造标志，脉状矿体多数出现于小岩体的顶部和边部火山岩中。

（8）矿石主要属于透辉石–磷灰石–磁铁矿，磷灰石局部达到可以单独开采的丰富程度。磁铁矿以富含钛、钒为特征。

（9）围岩蚀变强烈，含矿岩体及接触带岩石均遭受强烈蚀变。从蚀变岩相组合上来看，可以分为碱性长石化、类矽卡岩化、类青盘岩化及泥英岩化。在空间上深部为浅色蚀变带（钾钠长石–钠长石岩化带），中部为深色蚀变带（类矽卡岩化、类青盘岩化带），上部浅色蚀变带（泥英岩化带），蚀变带垂直方向厚度可达到1.5公里。各蚀变带都有相应的矿化。

（10）除了火山沉积成因的层状、似层状铁矿外，铁矿化与蚀变是同时的产物，蚀变与矿化的一致性，说明这类铁矿化是火山–侵入活动过程中岩浆演化的另一形式的继续，铁的来源主要是岩浆，部分来自深部碱性卡石蚀变带中交代析出的蚀质。

1.3  玢岩铁矿–区域矿床成矿模式提出宁芜地区的铁矿床不能用某一个单一成因的矿床概念来概括，是成因上互相联系的一套矿床，是火山岩分布区与偏硷性的中基性岩浆的喷发–侵入活动有关的矿床，并将其称之为“玢岩铁矿”。1994年提出的宁芜玢岩铁成矿理想模式为我国首个区域成矿模式。研究成果取得国家自然科学三等奖。

1.4　找矿标志

宁芜地区可以作为寻找铁矿的找矿标志主要有：

（1）含矿喷发旋回的火山岩及次火山岩，即大王山旋回的辉石安山岩及辉长闪长岩是寻找玢岩铁矿的地质体标志。

（2）断裂构造的交叉、角砾构造体及短轴背斜是该类铁矿的重要构造标志。

（3）不同类型铁矿的空间配套展布规律，是寻找其中任意类型铁矿的宏观标志。

（4）玢岩铁矿具有非常强烈的围岩蚀变及明显的蚀变分带。岩体内靠近接触带部位的一套深色蚀变带，即石榴子石化、透辉石化、钠柱石化岩带是近矿蚀变带，极易识别。

（5）特征性的矿物脉体或团块是寻找深部及旁侧玢岩铁矿的重要线索。

（6）残积、坡积物中的铁矿石，磷灰石的砾石是追索原生铁矿的良好标志。

（7）以磁铁矿为主的铁矿床都有明显的空中和地面磁异常，以假象赤铁矿为主的铁矿床，在矿床上也分布有杂乱的强度不等的低磁异常。磁性岩石，特别是磁性火山岩及次火山岩，是火山岩区主要非铁矿磁性干扰地质体。

（8）宁芜地区已知大中型铁矿，凡是做过重力测量的均有异常反映。重力测量结果，不但可配合磁法找寻铁矿，而且它还为配合地质方法，研究区域地质构造及磁异常，确定成矿远景区提供重要依据。

2  提出矿床成矿系列新概念

1979年程格淇为首与陈毓川、赵一鸣一起撰写了《初论矿床的成矿系列问题》，正式提出了成矿系列的概念。这是在长期地质勘查工作实践及成矿理论探讨基础上提出的区域成矿规律的新概念。

2.1  成矿系列的概念及研究对象

成矿系列是矿床地质学科中研究区域成矿规律的一种学术思想，用系统论、活动论观点研究在地质历史发展各阶段、各特定地质构造环境中成矿作用的过程及形成的矿床组合自然体。矿床的成矿系列亦是一种矿床的自然分类。其主要学术思想是：（1）认为矿床是地质环境中的组成部分，成矿作用是形成地质环境的地质作用中的一个组成部分；（2）矿床在自然界并非单个存在，而是以有成因联系的矿床组合自然体存在；（3）在一定的地质历史期间或构造运动阶段，在一定的地质构造单元及构造部位，与一定的地质成矿作用有关，形成一组具有成因联系的矿床组合自然体，称为矿床成矿系列；（4）矿床成矿系列内的矿床在时空域中具有一定的演化规律和分布规律；（5）在同一地区先后形成的矿床成矿系列具有一定的继承性及演变性，并可出现对早期矿床成矿系列的叠加、改造；（6）在一个地质构造旋回涉及的构造单元内所形成的各类矿床成矿系列具有一定的演化规律、分布规律及内在联系，组成矿床成矿系列组；（7）不同时代、不同地区具有类似地质构造环境和同类成矿作用，可形成类似的矿床成矿系列，但又各具特色，组成矿床成矿系列类型；（8）矿床的成矿系列可分出五个序次（层次），第一序次分三类，即矿床成矿系列组合、矿床成矿系列类型和矿床成矿系列组，第二序次矿床成矿系列，第三序次矿床成矿亚系列，第四序次矿床式（类型），第五序次矿床。

成矿系列概念的核心认识是认为矿床不是单独出现，而是成群、成不同类型组出现，亦就是以不同成因、不同矿种，甚至属于不同地质建造的矿床组成的相互有成因联系的矿床组合的自然体现。因此，成矿系列所研究的对象是时空域中矿床的自然体及其时空结构、形成地质构造环境、形成过程、演化规律以及矿床自然体之间存在的各种关系。通过对这些客观规律的研究、探索和掌握，应用于指导区域找矿，提高找矿效率，并在此过程中进一步提高对成矿规律的认识。

2.2  成矿系列研究的理论性与实用性

成矿系列的研究具有重大的理论意义。首先通过研究将对每一个矿床、每一组矿床组合自然体进行时空定位，从而可以提供一个地区甚至整个地球成矿物质时空分布、组成结构及存在的演化规律；其次，通过对成矿物质在各地质年代的组成的研究，将有可能从一个方面探索地球演化过程与规律，如壳幔作用过程及演化，地球各层圈的演变等。

经过三十多年的研究，成矿系列研究可从三方面为找矿工作提供指导：（1）成矿系列概念中的核心思想之一是认为矿床式是以矿床自然体存在的，而这种矿床组合在一定的地质构造环境中，可以由不同矿种、不同成因的矿床所组成，并在区域分布上有一定规律。这为区域综合找矿工作提供了理论依据；（2）矿床成矿系列类型的提出，为具有同类地质构造环境及同类地质成矿作用的地区找矿工作提供了重要指导，可通过类比寻找类似的矿床组合，为新区域确定找矿目标提供了有科学依据的指导，为老矿区找矿提供可能遗漏矿种的找矿目标；（3）矿床成矿系列组的建立，提出了一个大地构造旋回内在不同的地质构造环境中可能形成各类矿床成矿系列的观点，这为大区域找矿部署提供了思路。

三十多年来，不少地质单位运用成矿系列概念进行找矿的实践都取得了不同程度的找矿效果，并归纳出成矿系列缺位找矿的思路和方法（陈平等，1996；章百明等，1996；韩振新等，1996，2004；刘德权等，1996；罗铭玖等，2000；冯学士等，2004；李均权等，2005）。1992年到1995年的全国第二轮成矿区划工作，就采用了成矿系列概念作为区划工作的主要地质理论基础，对开展区划工作及指导成矿预测取得了很好的效果（陈毓川等，1999）。2006～2013年全国重要矿产（25种）资源潜力评价工作，亦是用成矿系列概念作为评价工作的主要地质理论基础，取得很大成绩。

3　南岭矿床成矿系列成果

该成果是“南岭地区有色、稀有金属矿床的控矿条件、成矿机理、分布规律及成矿预测研究”的二级专题研究成果之一。该研究专题由陈毓川院士负责，参与单位包括地质矿产部矿床地质研究所、宜昌地质矿床研究所、北京地质学院、成都地质学院和广西、江西、湖南、广东、福建五省地质矿产局参与。

经过四年的研究，课题组在对南岭地区矿床地质研究历史和已有研究成果以及区域地质背景进行详细调查研究的基础上，根据南岭地区与以中生代为主的花岗岩类有关的已知矿床规律、成矿地质特征和存在问题，有计划地部署了27个子课题，在此基础上，树立了13个典型矿床柱，圈出了11个成矿区。除分别建立了典型矿床成矿模式和区域成矿模式外，还从矿床成矿系列的观点出发，在南岭地区划分了矿床成矿系列、矿床成矿亚系列和矿床式，编制了1:200万矿床成矿系列图；详细地研究分析了南岭地区的控矿地质条件，重点提出了控矿构造类型、花岗岩与成矿关系和地层控矿的区域地球化学背景，为在区内进行矿床预测提供了构造的、岩浆的和地层的依据，系统地研究了矿床矿物、矿床分带、围岩蚀变、成矿流体地球化学、矿床稳定同位素地球化学和成矿模拟实验；探讨了矿质来源和矿床形成的物理化学条件；对比了国内外有关成矿带；最后对全区进行了矿床预测，计算了主要矿床资源量，并分析了主要矿产形势。

相关研究成果对发展矿床学理论非常有意义，同时也为矿山开展综合利用提供了矿物学资料，为区域找矿和矿床评价提出了理论依据和方法。特别在矿床预测方面，广西大厂拉么矿山和湖南黄沙坪矿山都找到了矿，取得了良好的经济效益，这是科学研究的理论认识和实践相结合的收获。

4　中国主要成矿区带矿床资源远景评价

自20世纪90年代起，我国的矿产资源勘查工作开始有计划、有步骤地勘查一批大型、超大型矿床，进行宏观部署；另一方面，国民经济的高速发展也使矿产资源的消耗量猛增，导致矿产资源保证程度偏低。在这样的总形势下，原地质矿产部部署，由陈毓川院士组织实施了全国开展“第二轮成矿远景区划”项目，对我国的矿产资源潜力进行摸底探索。

4.1　主要成果

（1）应用现代的区域成矿和成矿系列理论、计算机技术和先进的技术方法对已有的地物化遥资料进行再开发，在各类地质分支学科专业理论基础上，对数据进行处理，从中提取含矿信息，在各省、区、市进行成矿区划的基础上对全国的成矿信息做了高层次的综合、科学分析，获得了全国非燃料固体矿产资源保障程度偏低、潜力巨大的新认识。

（2）在对各省、区、市区划成果的综合基础上，按区域成矿演化、矿产空间分布规律和成矿系列理论，将全国划分出前寒武纪、古亚洲、秦祁昆、特提斯、滨西太平洋五个成矿域、17个II级成矿区带、73个III级成矿区带，首次完成了覆盖全国的成矿区带划分和我国金属、非金属矿产空间分布规律的总结。

（3）对全国的成矿地质环境做了初步分析研究，首先对17个II级成矿区带范围内区域成矿特征和产出的优势矿产的成矿地质特征进行综合分析，划分出48种不同时代出现的成矿地质环境，分别叙述了区域成矿作用的地质历史演化进程。

（4）完成了全国12条地学断面资料和数据的系统处理，提出全国地壳以三层结构为主，认为深成构造对成矿和成矿区带（II、III级）成矿物质的来源、成矿作用的强弱和成矿作用的类别有直接的控制作用。

（5）按小比例尺（≤1:50万）、中比例尺（1:20万～1:10万）和大比例尺（≥1:5万）三个层次的预测要求（见第二轮成矿远景区带技术要求），全国共圈出预测远景区1200余处，初选出807处，从中优选出87处，在“九五”初据此设置了87个重点普查区，实现了“由面到点，点上突破；由点到面，点面结合”的找矿战略。

（6）通过区域成矿规律总结，提出古亚洲成矿域的成矿高峰期属海西期，滨西太平洋、特提斯成矿域的成矿高峰期分别是燕山期和喜马拉雅期；秦祁昆成矿域属新、老成矿作用叠加的特定成矿域；中国西部以板块控制成矿为主，中、东部以板内构造–岩浆作用成矿为主的两种区域成矿类别的总轮廓；总结了全国大型、超大型矿床的分布特点，提出勘查的目标区，显示了项目研究的系统性。

（7）按矿床成矿系列的理论，将全国按成矿区带划分出32个矿床成矿系列类型，为全国矿床成矿规律总结和矿产预测建立了理论基础，这也是我国首次针对覆盖全国的矿床成矿系列的研究成果。

（8）应用MAPGIS软件，编制了1:5000000全国性的成矿预测系列图件，包括中国金属矿产分布图、非金属矿产分布图、中新生代矿床成矿系列图、金属矿产成矿规律图、金属矿产与航磁关系图、金属矿产与布格重力异常关系图和固体矿产勘查跨世纪工程部署图共七类。这套图件的实用性强，可随时进行动态修改、增删，目前尚无类似图件替代，仍在使用之中。

（9）按三个层次（资源潜力大，地质工作程度和急缺矿种急需）的要求，编制了矿产勘查的“跨世纪工程”和“西南三江资源富集区矿产勘查开发特别计划”（简称“三江计划”），将全国划分为25片，设置了87个重点普查区，提出了地质工作的部署建议。后来被国家地质矿产管理部门采纳，做为中、长期矿产勘查规划执行。

（10）该成果也是各省、市自治区编制矿产勘查的年度计划和中、长期矿产勘查发展规划的依据，在全国勘查部门获得较好效益。

4.2　应用情况

在“九五”和“十五”期间，中国地质调查局按“矿产勘查跨世纪工程”和全国优选的93个预测区部署了矿产勘查工作，分期分批查证。各省（市、自治区）也按各处的课题成果报告部署普查找矿工作，对远景区进行查证。截到2002年底，在预测区内已发现了56处大型和大型以上矿床。找矿的成功率很高，如云南白秧坪银矿（5012吨），新疆土屋和延东斑岩型铜钼矿床（铜达400万吨以上），羊拉和普朗铜矿（均在100万吨以上），湖南骑田岭锡矿（70万吨）、拟树板铅锌银矿（Pb+Zn为101万吨，Ag为1186吨）、金船塘锡铋矿（Sn13.97万吨，Bi10.48万吨），西藏驱龙、厅宫、冲江等斑岩铜钼矿床（Cu500万吨以上），云南老王寨金矿、东天山康古尔金矿、马头滩金矿和西南天山萨瓦亚尔顿金矿（80吨）等。以上由工程证实获得铜资源量1000万吨以上，银资源量6198吨，铅锌资源量101万吨，锡矿资源量83.97万吨，铋矿资源量10.48万吨，金矿资源量150吨，合计潜在资源量计算的潜在经济价值2966.75亿元。

5　全国成矿规律综合评价

陈毓川组织实施的《中国成矿体系与区域成矿评价》项目由全国40个单位、包括8位院士在内的220多位专家历时四年完成。

该项目以矿床的成矿系列学说为指导思想，从成矿地质背景入手，通过矿床及成矿系列之空间分布、历史演化两条主线，对包括固体金属矿产、非金属矿产和能源矿产在内的4640个矿床进行了全面研究。对中国矿床资源成矿规律进行了专题性、区域性和全国性不同层次的系统总结，探索并初步建立了中国成矿体系，同时还运用先进技术方法对全国重要矿床资源潜力进行了评价，提出优选靶区，为地质勘探工作提出了建议。

取得了多项重要成果：

（1）总结了中国地壳演化、地球物理场、地球化学场与区域成矿关系。划分出中国地壳演化的三种构造体制及五大发展时段，论述了各发展时段构造特征及成矿关系，提出了8种主要的岩石圈尺度不连续类型及与成矿域或成矿省、成矿区（带）的对应性，探讨了区域地球化学场的成矿特色及地史时序演化中的成矿滞后效应。

（2）厘定了中国前寒武纪、古生代、中生代、新生代的矿床成矿系列，研究了这几个重要地质历史时期的成矿规律和成矿作用，编制了一系列数字化图件。

（3）发展和完善了我国矿床学家首创的成矿系列理论，提出了成矿系列组、成矿系列类型、成矿系列谱系、成矿系列全位和缺位的概念，从而使成矿系列理论指导找矿迈出了坚实的一步。

（4）初步构筑了中国大陆成矿体系框架。构造环境是成矿体系的基础；区域地球化学场和区域地球物理场是成矿的显示；矿床成矿系列是成矿体系的基本单位；成矿区带是成矿体系的载体；通过矿床成矿系列的构筑揭示地球运动的基本规律，反演地球演化的历史轨迹，是成矿体系研究的科学目标；成矿预测则是成矿体系研究的应用目标。

（5）开发了金属矿床数字评价模型，建立了相应的评价方法，开发了信息提取模型与矿产资源定量评价模型；对全国铁、金、钨、锡、铜、铅、银、锌等12种金属资源潜力进行了评价和矿床资源预测。

（6）编制了全国主要矿床找矿靶区优选图。经研究提出了803个成矿预测区，优选出了214个找矿靶区，其中45个靶区验证结果较好，并通过与其他项目结合，在1999至2005年底共发现矿床110处。

专家简介

陈毓川，矿床地质专家。浙江省平湖市人（原籍宁波市）。1959年毕业于乌克兰顿涅茨理工大学。原地矿部总工程师、中国地质科学院原院长。1997年当选为中国工程院院士。中国地质科学院研究员、中国地质科学院科技委员会主任，矿床地质专业委员会主任；曾任中国地质学会常务副理事长、大洋协会副理事长、中国GPS 系统技术应用协会副理事长、国际矿床成因协会副主席；南京大学、北京大学、中国地质大学、中南大学、吉林大学、河北经济学院兼职教授。先后发表学术论文80余篇，出版专著14部，获得国家科技进步奖特等奖1项、二等奖5项、三等奖1项、自然科学奖三等奖1项。1986年获有突出贡献中青年专家称号、1997年获李四光地质科技工作者奖，2004年获光华工程科技奖，2009年获 “全国野外科技工作突出贡献者”称号，2014年获得国际矿床成因协会终身荣誉会员称号。