1.1.1危机矿及老矿山深部找矿研究意义

1.1.1 危机矿及老矿山深部找矿研究意义

国内外已有矿山的勘探开发经验表明,已有矿山深边部存在巨大的资源潜力,历来都是矿业公司找矿勘探的重要目标区,是新增资源量的主要途径(彭省临,2004)。尽管危机矿山及老矿山深边部具有巨大的资源潜力,但必须看到,深部潜在资源的寻找面临着巨大的困难和风险,这是由老矿山具有勘探开发程度高、预测评价及找矿向深部三维空间发展、矿山生产对物化探异常信息产生干扰等固有特点所决定的:(1)危机矿山及老矿山的研究、勘探和开发程度较高,地表和浅部易于发现的矿产资源已基本被开发完毕,预测评价对象以深部和外围隐伏矿及难识别矿为主,同时,矿山生产对物化探方法及异常(如矿山生产电力和巷道设施对电法探矿的干扰、土壤和水污染对地化探测的干扰等),传统预测评价缺少可供有效利用的地表指示标志及直接利用的找矿信息;(2)预测评价工作的范围相对狭小,预测必须在三维空间范围内展开,这与传统的以二维平面延伸为主的区域性评价的工作空间有很大的差别,传统的预测评价技术与方法不能适应向三维空间展开的要求;(3)危机矿山及老矿山在历年的勘探和开发过程中,积累了大量甚至海量的与地质矿产相关的矿床勘探、生产地质等基础资料,这些资料是矿山多年积累的宝贵的数据财富,是开展进一步预测评价和二轮找矿工作的基础,但传统预测评价方法对历史地质资料尤其是对历年的地质勘探与生产地质资料利用不充分,难以满足危机矿山深边部找矿的精密空间定位的要求。因此,采用适合危机矿山找矿特点的预测评价新方法,是老矿山深边部资源评价找矿取得突破的关键。

自20世纪80年代以来,通过面向危机矿山深边部找矿的预测评价新方法的研究与实践(彭省临等,2004),发展出了适合于危机矿山深边部找矿的“隐伏矿体立体定量预测”新方法(毛先成、陈国珖,1988a,1988b;Mao,1991;毛先成、戴塔根等,2006,2009,2010)。该方法属于数据驱动与知识驱动相结合的三维定量评价方法,它强调预测评价的客观化、精细化、三维化和定量化,以数据驱动的三维、定量、非线性建模为核心技术,追求矿化定位机制内在规律的探寻和三维空间中精细的定量预测评价。隐伏矿体立体定量预测把矿山历年积累的地质、勘探和生产方面的地质资料及以这些地质数据为内涵的综合地质数据库作为预测评价的数据前提,可充分挖掘和提取隐含在综合地质资料与数据中的成矿信息,保证建立的预测模型是客观的、定量的和三维的。隐伏矿体立体定量预测较好地解决了直接指示信息少、干扰大、向三维空间发展、资料挖掘不充分等固有问题,适应危机矿山及老矿山深边部找矿的新需要,是老矿山深边部找矿取得突破的有效方法。

本研究针对危机矿山及老矿山深部找矿预测的上述问题,在多年开展隐伏矿体立体定量预测探索性研究的基础上,结合国家“十一五”科技支撑计划课题“铜陵地区危机铜矿山大比例尺定位预测技术示范研究”(课题编号:2006BAB01B07)、国家973计划前期研究专项课题“危机矿山接替资源大比例尺定位预测基础研究”(课题编号:2007CB416608)和铜陵有色金属集团股份有限公司校企合作科研课题“铜陵地区凤凰山铜矿深边部隐伏矿体立体定量预测”,以安徽铜陵铜多金属矿集区内资源紧缺的凤凰山矿田为研究基地,通过三维地质建模(3DGM)及三维可视化技术的引入,研究探索隐伏矿体立体定量预测的三维化和可视化技术,重点突破成矿信息三维提取等关键技术,形成隐伏矿体三维可视化预测的理论与方法体系,实现危机矿山深边部资源的三维可视化预测评价(毛先成、邹艳红、陈进等,2010)。在找矿实践上,本研究的实施,完成了凤凰山铜矿深边部资源的三维可视化定位定量预测评价工作,不仅可以帮助准确地查明凤凰山铜矿深边部的资源潜力和实现深边部找矿的快速有效突破,还可为铜陵地区其他矿山的资源评价与找矿工作提供示范,对铜陵有色公司资源控制战略的实施具有重要的意义。

1.1.2危机矿及老矿山深部找矿国内外研究现状

随着人类社会对矿产资源需求的不断发展,找矿工作已由地表矿、浅部矿、易识别矿转向寻找隐伏矿、难识别矿,找矿勘探的难度日益增大,矿产勘查的成功率越来越依赖于深入的成矿规律研究和科学的矿产资源预测评价理论与方法。矿产资源预测与评价经过约50年的发展,经历了起步、发展和成熟等阶段后,目前已进入科学化、定量化和数字化阶段。

在起步和发展阶段,许多地质学家主要从资源总量评价、远景区评价、评价方法、计算机程序等方面进行了开创性的理论研究和应用工作(Allaisetal.,1957;Slicheretal.,1960;Harrisetal.,1970;Barryetal.,1970;Sincairetal.,1970;Agterbergetal.,1971;Griffiths,1975;Singer,1976;McCammon,1976),在此基础上,逐步形成了较完善的矿产资源定量评价系列理论和方法,突出的代表性成果是国际地科联IGCP98专题推出的6种矿产资源定量预测评价方法:国际国内广泛推广应用的矿床统计预测理论及方法(Agterberg,1974;Zhao1992;赵鹏大等,1994)、美国地质调查局倡导的“三部式”资源评价法(Singer,1993)、我国学者提出的综合信息预测(王世称等,1989,2000)和致矿地质异常预测方法(赵鹏大等,1991,1993)。

自20世纪90年代开始,随着GIS空间信息技术的发展,矿产资源预测与评价进入数字化阶段,形成了以空间数据库和GIS空间分析为技术支撑、以“多元地学空间数据集成—多元成矿信息提取与融合—矿产资源潜力制图”为核心流程的矿产资源数字化预测评价方法体系(Bonham-Carteretal.,1990;Katzetal.,1991;Renczetal.,1994;Knox-Robinsonetal.,1997;Chengetal.,1999;Harrisetal.,2000,2006;Asadietal.,2001;Chenetal.,2004;Zhouetal.,2007;Carranzaetal.,2008;Cassardetal.,2008;池顺都等,1999;肖克炎等,2000;王全明等,2001;叶天竺等,2007),其理论和方法日趋完善和实用。

上述理论和方法,尤其是基于GIS技术的矿产资源定量评价方法,已成为目前开展矿产资源与评价的主流方法而广泛应用于区域矿产资源远景预测评价工作中。但上述方法在应用于危机矿山深部找矿预测时,由于需要向深部三度空间发展,会遇到矿产资源预测评价的三维空间问题,即无论是预测评价范围,还是评价模型及评价结果等,都不得不考虑真三维空间的要求。上述矿产资源定量评价方法形成和发展主要源于中小比例尺的全球性和区域性矿产预测评价,且其赖以依靠的GIS技术及软件仍然属于2维或2.5维的,因而,尚不能完全适应和满足危机矿山和老矿山可接替资源找矿向深边部三度空间发展的要求。为了将矿产资源定量评价理论和方法有效地应用于危机矿山和老矿山深部找矿预测,需要对上述理论和方法进行三维空间扩展或改造,以便满足矿山真三维空间下的隐伏矿体立体定位定量预测要求。

自20世纪90年代以来,由于计算机进行三维数据处理和表达能力的大幅度提高,真三维空间下的地质建模理论、方法和软件得到了飞速发展并已进入实用化阶段(Turner,1992;Houlding,1992,1994;Fisheretal.,1992;Mooreetal.,2001;Sirakovaetal.,2002;Wuetal.,2003;Wu,2004;Gongetal.,2004;Arensetal.,2005)。其中,最引人瞩目的成果集中体现在:(1)北大西洋公约组织(NATO)和美国地质调查局(USGS)联合资助的“地学信息系统三维建模”高级研究专题讨论会(ARW)的论文集(TurnerAK等);(2)HouldingSM的研究成果及其专著“3DGeoscienceModelling,ComputertechniquesforGeologicalCharacterization”(三维地学建模——地质描述的计算机技术)。HouldingSM将地质三维数据模型概括为孔数据、图件数据、体元数据和三维格网数据,三维地质建模即地质描述可用以这些数据为数据源的数据流来表示,而著名的Lynx软件就是基于该理论实现的。随着三维地质建模理论的推广和三维建模市场需求的增长,逐步产生形成了三维地质建模的商用矿业软件,著名的商用矿业软件主要有加拿大KirkhamGeosystems公司的MicroLynx+系统、英国Datamine公司的Studio系统,澳大利亚Maptek公司的Vulcan系统、澳大利亚Micromine公司的MicroMine系统、澳大利亚SurpacMinex公司的SurpacVision系统、法国Nancy地质学校的GoCAD、美国DynamicGraphics公司的EarthVision等。三维地质建模(3DGM)技术的实用化,为矿产资源定量评价的三维化和可视化奠定了技术基础。

针对矿区深边部隐伏矿体预测和危机矿山深边部可接替资源找矿对预测方法与成果的真三维要求问题,毛先成等(1988a,1988b,1991,2006,2009,2010)将传统的矿产资源定量评价方法与地质三维建模技术结合起来,在湖南香花岭锡矿、湖南清水塘铅锌矿、广西大厂锡矿等开展了深边部隐伏矿体立体定量预测研究等探索性工作。目前,已初步实现了隐伏矿体的三维可视化预测(毛先成、邹艳红、陈进等,2010)。