❶ 獲省部級科學技術獎項目
(一)全國礦產資源利用現狀調查項目
獲獎等級:2013年國土資源科學技術獎一等獎
主要完成人:王安建、王瑞江、李厚民、王高尚、王勇毅、高蘭、趙汀、李建武、陳其慎、於汶加、孟剛、李瑞萍、高輝、張照志、閆強
主要完成單位:中國地質科學院礦產資源研究所
主要成果:
改革開放以來,隨著經濟體制、管理體制、市場條件和技術條件的巨大變化,以及10多年的高強度開采,我國礦產資源儲量的數量、結構和開發利用環境發生了重大變化,資源家底不清,嚴重製約著國家資源管理和重大決策。針對這一問題,2007年國土資源部部署了新中國成立以來規模最大、最為系統的礦產資源國情調查工程。主要目標和任務是通過對全國石油、天然氣、煤炭、鐵、銅、鋁土礦等28種重要礦產資源儲量及其利用現狀的全面核查,摸清礦產資源家底,搭建資源管理新平台,提升管理水平。
經過全國31個省(自治區、直轄市)3萬人4年的艱苦努力,耗資22.5億元,完成28個礦種的25753個全部礦區核查,形成礦區核查報告21540套,省級匯總報告550套,全國單礦種調查報告28套,圖集300餘冊,取得重大創新成果。
1.創新技術思路和核查手段,完成28種重要礦產資源儲量及其利用現狀的全面核查,摸清了我國礦產資源家底,為提升儲量管理水平奠定了前所未有的扎實基礎
(1)制定了礦區核查、資料庫建設、省級匯總、全國匯總等5個技術要求,保證了核查成果的完整性、規范性和可靠性。
(2)針對原儲量庫中以礦區、礦權、礦山為上表單位,造成礦區范圍重疊、交叉或遺漏等混亂局面,本次核查提出「以新壓舊、不重不漏」的原則,從礦區歷次勘探報告的對比分析著手,理清了采礦權、上表礦區及礦體三者之間的空間關系,重新劃分礦區,保證了礦區不重疊和全覆蓋。
中國地質科學院礦產資源研究所年報.2013
(3)確立以塊段為基本數據採集單元、采礦權為核查單元、礦區為統計單元的礦區核查技術原則,首次從微觀到宏觀,系統理清了每一個礦區累計查明、消耗、保有、壓覆、佔用、未佔用資源儲量的數量、結構、品質及其空間分布,全面理清了資源家底,保證了核查結果的可靠性、系統性和全面性。
(4)收集整理了2萬多個礦區數十年來形成的10多萬份原始勘查和礦山生產報告。按照嚴格的技術規范,通過資料分析與現場核查,系統清理了歷次勘查、開采和儲量登記統計中存在的虛報、錯報、誤報、重復上表和掛賬等導致儲量表虛高不實的問題,擠掉了資源儲量的水分。
(5)通過對未上表、漏上表、尾礦和堆置場等資源儲量全面核查,以及根據工業指標變化重新估算,發掘出大量新增資源儲量。
(6)查明了我國28個礦種佔用、未佔用資源儲量的數量、品質和詳細空間分布。
(7)以塊段為基本單元,對全國6884個煤炭核查區的14種煤類、硫分、灰分進行了系統核查,並按國家、省、礦區3個層次編制分布圖,為國家及各省煤炭資源規劃、開發、保護及精細化管理奠定了基礎。從原始勘查報告入手,對2002—2009年找煤階段提交的7800億噸資源量進行了重新釐定,認為其實際已達到333級別,從而使我國煤炭保有量達到20000億噸,大幅度地提高了我國煤炭資源的保障能力。
(8)為更加客觀地反映保有礦產資源儲量的實際可供量,首次提出可回收資源儲量(國家儲量)概念和測算模型,並從礦區級別逐一測算了25個礦種可回收資源儲量。按照測算出的可回收資源儲量,我國礦產資源的國際地位將顯著提升。
(9)基於以塊段為基本數據單元的核查成果資料庫,首次建立我國25個礦種礦區—省級—全國等多層級礦產資源品位—噸位模型,查清了我國礦產資源品質的分布規律,為礦產資源技術經濟評價提供了重要依據。以資源自身內部參量為依據,通過地質條件、資源稟賦和技術經濟指標類比,首次建立煤炭成本—噸位模型及煤炭資源概略技術經濟評價方法體系,為井田煤炭資源評價和煤炭資源可供性分析提供新的思路和有效途徑。
全國礦產資源儲量動態管理信息系統示意圖
全國礦產資源利用現狀調查礦區資源儲量核查技術要求培訓班
2.首次建立全國礦產資源空間資料庫和礦產資源儲量動態管理支持系統,為實現資源儲量管理從一維屬性數據管理向二維半空間數據管理的飛躍,以及實施「一張圖管礦」搭建了平台
(1)首次建成基於GIS技術的礦產資源空間資料庫。資料庫數據模型設計採用礦區套合圖、工程分布圖、儲量估算圖、儲量利用現狀圖和礦區儲量資料庫的「四圖一庫」結構,實現了資源儲量管理從以礦山為最小數據單位、按「礦山→礦區」模式的一維屬性數據管理向以塊段為最小數據單位、按「塊段→礦體→礦山→礦區」模式的二維半空間數據進行雙向儲量數據管理的飛躍。資料庫涵蓋全國各省(自治區、直轄市),包含28個礦種的25753個全部礦區,數據量達3000GB。
(2)首次通過GIS空間圖形方式對礦產資源儲量利用狀況進行系統分類和圖示定位表達,為礦政部門提供了高效管理平台。按照目前我國礦區資源儲量利用的實際情況,把礦區資源儲量利用現狀分為已佔用保有、已佔用采空、已佔用壓覆、已佔用損失及未佔用保有、未佔用采空、未佔用壓覆、未佔用損失、未佔用殘留9大類;首次按統一分類編制了全國、省、礦區3個層次的資源儲量利用現狀圖,徹底解決了以往普遍存在的礦產資源利用狀況不清和無法精確定位問題。
(3)融合全球三維基礎地質地理底圖、高解析度遙感影像、礦區資源儲量GIS專題數據,實現全國—礦集區—礦區—礦體—塊段的多級導航、空間查詢、儲量數據匯總統計、煤質煤類分類統計、自動成圖成表、礦區三維可視化等功能;自動生成礦區—省—全國不同層級的品位—噸位模型、煤類—噸位模型、鋁硅比—噸位模型;設計儲量計算邊界提取「凸包演算法」及程序,首次獲取每個礦區礦體最大外邊界精確坐標。設計完成礦山動態監測圖形空間數據規范和儲量電子台賬管理子系統,可追溯保有、采空、損失的演變過程和空間位置,實現礦山資源儲量動態監測,為實施「一張圖管礦」奠定堅實基礎。
(4)採用B/S、C/S雙重系統架構,在核查和儲量動態監管過程中從礦區級資料庫建庫到省級匯總、全國匯總,針對不同工作階段開發了不同級別的系統平台,實現儲量數據逐級匯總上報及質量檢查;通過基於點對點數據傳輸演算法,實現礦山→縣→地市→省→國家儲量動態監測數據的多層級傳輸和電子審批功能,實現了儲量管理工作的全程計算機化。
3.對我國礦產資源國情的新認識
(1)核查後全國輕稀土保有資源儲量翻了一番,重稀土資源儲量減少62.6%,應對稀土資源按配分進行精細化管理。
(2)核查後錫、銻、螢石保有資源儲量大幅減少,優勢資源地位岌岌可危。應大力加強勘查,有效調控開采總量,維護優勢資源地位。
(3)鐵礦、鋁土礦、煤炭等資源佔用率不高或占而不採,制約著資源供應能力提升。一是要從「給礦權配資源」向「以資源設礦權」的管理思路轉變。各級政府應根據國家需求和地方經濟發展需要,以及區域環境容量,合理配置未佔用資源,盤活資源存量;二是引導超量佔用資源的企業擴大產能,有效提高國內資源供應能力;三是切實加強礦產資源綜合開發利用,提高利用效率。
(4)礦產資源儲量分布格局明顯變化,對生產力布局和資源政策產生重要影響。一是一些礦種的區域分布格局發生變化,例如,內蒙古輕稀土佔全國稀土的比例進一步上升到95%,廣東省取代江西省成為離子吸附型稀土的第一大省,雲南、西藏、甘肅等西部地區銻礦儲量地位明顯上升;二是內蒙古、雲南等省(自治區)礦產種類豐富,保有資源儲量大,在我國資源供應中的地位和作用顯著增強。
(5)科學部署勘查方向,提高勘查程度,夯實資源基礎。鐵礦找礦勘查應鼓勵找尋富礦和淺部礦,不支持1000米深度以下的找礦勘查,不支持境外鐵礦草根勘查和綠地項目;煤炭的勘查重點是提高規劃礦區的勘查程度,在南方缺煤省份開展找礦;加強重稀土、錫、銻等傳統優勢礦產的找礦勘查力度,維護我國礦產資源的優勢地位。
這些認識對我國資源戰略、規劃、政策、產業布局將產生重要影響。
(二)世界大型超大型礦床成礦圖編制及全球成礦規律研究與評價
獲獎等級:2013年國土資源科學技術獎二等獎
主要完成人:裴榮富、梅燕雄、戴自希、張金良、瞿泓瀅、葉錦華、朱谷昌、龔羽飛、吳德文、王作勇
主要完成單位:中國地質科學院礦產資源研究所、有色金屬礦產地質調查中心、中國地質調查局發展研究中心
主要成果:
1.提出客觀實用的大型超大型礦床劃分全球標准,從全球1285個主要礦床中篩選出445個大型超大型礦床,建立了具有國際權威的世界大型超大型礦床資料庫
採用在礦床儲量排序基礎上的線性趨勢統計分析方法來確定大型超大型礦床的儲量下限值,具有客觀實用性。根據該方法確定的世界22種礦產的大型超大型礦床儲量標准(下限值),經世界地質圖委員會認可,成為國際採用的全球標准。
收集整理和分析對比世界6大洲、121個國家和地區、22種礦產、1285個主要礦床數據,從中篩選出445個大型超大型礦床,建立和完善了具有國際權威性的世界大型超大型礦床資料庫。該資料庫包括編號、礦床名稱、國家、洲、經度、緯度、礦種、資源儲量、類別、狀態、主岩、類型、規模、成礦時代、成因、地質構造背景、地質構造環境、成礦域、成礦區帶等19個主要屬性。
2.以世界地質圖委員會為國際合作平台,編制完成數字化的1∶2500萬世界大型超大型礦床成礦圖,填補了國內外空白
在MapGIS和ArcGIS軟體的支持下,編制完成數字化的1∶2500萬世界大型超大型礦床成礦圖並開展全球成礦規律研究,填補了國內外空白。
在全球大陸范圍劃分出前寒武紀地塊、前寒武紀地塊顯生宙構造帶、前寒武紀地塊顯生宙沉積盆地、顯生宙造山帶、新生代風化殼5類地質構造背景和39種地質構造環境,形成獨具特色的地質構造背景—環境分類體系。
裴榮富院士(左2)與國外同行交換看法
項目研討會
在1∶2500萬世界大型超大型礦床成礦圖上,標示445個大型超大型礦床的礦種、成因類型、規模、成礦時代等主要屬性,圈定全球成礦單元界線。其中,編圖礦產資源有石油、天然氣、煤、鈾、鐵、錳、鉻、銅、鉛、鋅、鋁、鎳、鎢、錫、鉬、汞、銻、金、銀、磷、鉀鹽、金剛石22種;成因類型劃分為與岩漿作用有關的礦床、與沉積作用有關的礦床、與變質作用有關的礦床和復雜成因(疊生)礦床,進一步劃分為33個礦床類型;礦床規模劃分為大型、超大型—特大型兩級;成礦時代劃分為太古宙、元古宙、古生代、中生代和新生代;全球成礦單元劃分為4個成礦域、21個巨型成礦區帶。
3.根據大陸裂解增生、大洋開啟閉合、洋陸相互作用及其地質演化特徵,結合全球地質構造背景與成礦特徵,首次在全球大陸范圍劃分出4大成礦域和21個巨型成礦區帶,提出全球成礦統一性、不同區域成礦特殊性、大型超大型礦床成礦偏在性和異常成礦作用等新認識,深化全球成礦規律研究
首次在全球大陸范圍內劃分出勞亞、岡瓦納、特提斯、環太平洋4大成礦域和北美、格陵蘭、歐洲、烏拉爾—蒙古、西伯利亞、中朝、南美、非洲-阿拉伯、印度、澳大利亞、加勒比、地中海、西亞、喜馬拉雅、中南半島、北科迪勒拉、安第斯、楚科奇—鄂霍茨克、東亞、伊里安—紐西蘭、南極等20多個巨型成礦區帶,具有全球普適性,推動和發展了全球成礦學。
提出地球物質系統的統一性決定了全球成礦作用的統一性。首先,地殼產出的各種礦床的形成都可以歸納為4類成礦作用,即岩漿成礦作用、沉積成礦作用、變質成礦作用和疊生成礦作用;其次,從太古宙到新生代,成礦作用強度不斷增強,成礦作用演化具有明顯的方向性和繼承性。
提出地球不同區域地質構造背景與環境的特殊性,導致其成礦作用各具特色。就不同成礦域而言,勞亞成礦域和岡瓦納成礦域地質構造背景均較復雜,以前寒武紀地塊及疊加其上的顯生宙沉積盆地和構造帶為主,成礦作用貫穿整個地質時代。勞亞成礦域以天然氣、煤炭、鐵、鉀鹽、石油、鈾、錳、鉻、鉛鋅、鎳、鎢、鉬、銻、金、銀、磷、金剛石等的大規模成礦作用為特色,成礦時代以古生代為主;岡瓦納成礦域以石油、天然氣、鋁土礦、金剛石、鉛鋅、銅、鎳、鐵、金、鉻、錫、鈾等的大規模成礦作用為特色,成礦時代以元古宙和新生代為主。特提斯成礦域和環太平洋成礦域地質構造背景比較簡單,以顯生宙造山帶為主,成礦時代均以中新生代占絕對優勢,前者以錫、鉀鹽、鉛鋅、鋁土礦、銅鉬等的大規模成礦作用為特色,後者以銅、鉬、金、銀、鎳、鎢、錫、鉛鋅等的大規模成礦作用為特色。
提出成礦偏在性概念。認為大型超大型礦床偏愛產在某一特定地質背景和它們現存的構造位置上,它們對成礦區域、成礦類型、成礦時代和成礦背景均具有十分明顯的選擇性。
提出異常成礦作用的概念。認為大型超大型礦床的形成是常規成礦作用(過程)中受特定地質事件激發的異常成礦作用的產物,與一定地質歷史時期出現的全球性重大異常地質事件有關。「氧大氣變態」(過氧事件)和「還原大氣變態」(缺氧事件)等重大事件是促發隱生宙異常成礦作用的重要原因。地球層圈不諧調運動導致的構造圈熱侵蝕引發大規模構造岩漿事件則是顯生宙異常成礦作用的主因。
4.在編圖研究的基礎上,對世界主要類型礦產資源和各大洲礦產資源進行了戰略評價,研究探討了我國礦產資源戰略問題
根據靜態保證年限(儲產比)和資源查明率分析,世界礦產資源非常豐富,資源潛力很大。在22種主要礦產資源中,靜態保證年限大於100年的礦產資源有煤炭、錳、鉀鹽、鐵、磷、鉻、鋁、鉬、鎳、鈾、鎢11種,靜態保證年限為50~100年的礦產資源有天然氣、銅、石油、鉛鋅5種,靜態保證年限為10~50年的礦產資源有錫、銻、金、銀、金剛石、汞6種;資源查明率大於50%的礦產資源有鉬、銅、石油3種,資源查明率為30%~50%的礦產資源有錳、天然氣、金剛石、鐵、煤炭、鋁、銻、鈾、鎢、汞、錫、金12種,資源查明率為5%~30%的礦產有鉻、銀、磷、鉛鋅、鎳、鉀鹽7種。
總結分析了世界各大洲礦產資源特色,指出我國雖然是世界礦產資源大國,但由於人口基數過大,礦產資源的人均擁有量很低,能源礦產資源不足,大宗礦產資源短缺,克服資源的瓶頸約束是增強我國可持續發展能力的迫切需要。我國經濟持續快速發展對礦產資源產生強勁需求決定了立足國內礦產資源的同時必須更加充分地利用國外礦產資源,以礦產資源的可持續利用促進經濟社會的可持續發展。
在礦產資源編圖過程中,通過8年的國際合作,與世界地質圖委員會及其成礦圖分委員會、俄羅斯科學院維爾納茨基博物館、阿根廷地質和礦產資源研究所、伊朗地質調查局建立了良好的國際合作關系。
在政府機關、行業協會、地質院校、科研事業單位、地質勘查單位、礦業企業的應用情況表明,該項成果不僅為在國家層面編制找礦突破戰略行動總體實施方案、組織實施找礦突破戰略行動和境外礦產資源勘查開發、部署地質調查國際合作、從全球宏觀視野破解我國礦產資源難題提供了重要戰略參考和科學指導,而且對具體的院校、企事業單位學習世界礦床地質、掌握全球礦產資源狀況、部署境外地質調查和礦產勘查工作、指導海外投資並購決策與資源開發選區都是一份里程碑式的重要文獻和不可多得的珍貴資料,將對我國礦業企業「走出去」起到有力的促進作用。
1∶25000000世界大型超大型礦床成礦圖說明書
世界地質圖委員會即將在全球范圍正式發布《1∶2500萬世界大型超大型礦床成礦圖》(英文版),使該項成果的應用擴展到全球地質學領域,在發展全球成礦學、尋找大型超大型礦床等方面發揮更加廣泛而深遠的指導作用。
(三)我國主要金屬礦床模型研究
獲獎等級:2013年國土資源科學技術獎二等獎
主要完成人:毛景文、張作衡、裴榮富、段煥春、符鞏固、李永峰、王義天、謝桂青、余金傑、張長青
完成單位:中國地質科學院礦產資源研究所、天津華北地質勘查局、湖南省地質礦產勘查開發局、河南鑫達地質礦產科技有限公司
主要成果:
「我國主要金屬礦床模型研究」項目以廣泛的野外調查為基礎,採用現代成礦學新理論和新方法,通過對我國重要的礦床類型及其時空分布特點進行研究,釐定其形成的地球動力學背景,查明這些礦床的成礦環境、控礦要素和分布規律,總結出區域成礦規律,開展礦床模型研究,指導區域找礦勘查部署和資源潛力評價工作。取得的重要創新成果和工作進展具體如下:
1.首次按照國際標准,將成礦環境作為一級考慮要素,將礦床類型作為二級考慮要素,典型礦床作為三級考慮要素,全面建立或提升了我國主要礦床模型,編寫完成了《中國礦床模型概論》
本項目置於國際平台,結合我國礦產資源特點,充分吸收了近15年來我國在礦床學及成礦環境和成礦年代學等方面研究的新進展,並針對部分礦床、礦集區和成礦區帶進行了深入解剖研究,在前人工作的基礎上,進一步對我國主要礦床類型的礦床模型進行了建模研究。本次礦床模型的建立,主要分為三個層次考慮,首先將成礦環境作為一級考慮要素,其次將礦床類型作為二級考慮要素,最後典型礦床作為三級考慮要素。以我國最主要7類金屬礦床,即與酸性花崗岩有關的鎢錫、稀有金屬礦床,與中酸性花崗質岩有關的斑岩-矽卡岩型銅鐵鉬礦床,與鎂鐵質-超鎂鐵質岩有關的銅鎳硫化物礦床,以海相火山岩為容礦岩的塊狀硫化物礦床,以沉積岩為容礦岩的塊狀硫化物礦床,以碳酸鹽岩溶礦的密西西比型鉛鋅礦床和金礦床作為重點研究對象,針對一系列影響建模的關鍵性科學問題開展了解剖研究,為建立客觀和合理的礦床模型提供了新的證據,研究成果為在一定地質背景下開展特定的礦產及其組合找礦勘查提供了科學依據。本項目共計完成了26組礦產110個礦床模型研究和編寫,把我國礦床模型研究提高到一個嶄新的水平,大幅度提升和充實了礦床理論。
中國礦床模型概論
國外主要礦床類型、特點及找礦勘查
2.通過一批典型礦床深入研究,確認了礦床新類型,建立了一批礦床新模型,豐富了成礦理論,並在國內外引起了反響
(1)確定石居里為我國首例與海底噴流有關的塞普勒斯塊狀硫化物型銅礦床。
(2)首次提出新疆北部與地幔柱有關的後碰撞環境銅鎳礦新礦床模型。
(3)首次提出膠東金礦集中區伸展構造體制下的金礦床模型。
(4)密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦床研究取得重要進展。
(5)建立了華南下寒武統底部黑色岩系中鉬鎳多金屬礦床模型。
3.前人已在成礦區帶典型礦床建立了較為完善的礦床模型,但在礦集區尺度礦床模型的研究方面尚屬薄弱,甚至是空白。本項目在秦嶺、長江中下游和德興等開展了礦集區尺度模型研究,為成礦預測和深部找礦提供了依據,取得了很好的效果
國內外專家通過對小尺度典型礦床的解剖研究,從成礦過程和成礦元素及圍岩蝕變分帶入手,提出礦床模型,如斑岩銅礦模型。通過大尺度成礦區帶研究提出礦床成礦系列及區域成礦模型,為找礦勘查起到了重要作用。本項研究突破了傳統思維,針對典型礦集區開展研究,探討了礦集區內各類礦床之間的有機聯系,創新性地建立了3類礦床組合模型。每個礦床組合模型表明在礦集區內各類礦床之間互為找礦指示,可以直接指導深部和外圍隱伏礦的找礦勘查,並取得多項找礦預測成功範例。
(1)東秦嶺欒川和付店礦集區斑岩-矽卡岩型鉬礦+脈狀鉛鋅銀金礦的礦床模型。
(2)華南德興礦集區斑岩銅礦+脈狀鉛鋅+金礦的礦床模型。
(3)長江中下游銅陵礦集區斑岩+矽卡岩+層控銅金礦的礦床模型。
4.響應「走出去」和「兩種市場、兩種資源」的國家資源戰略決策,比較全面系統地編著了《國外主要礦床類型、特點及找礦勘查》,介紹了當今國際上主要類型礦床的礦床模型,有效地引導我國企業在國外按照國際思維開展找礦評價
為了更加切實地為我國礦產資源走出去戰略提供服務支撐,同時也把「引進來」和「走出去」更好地結合起來,進一步提升國內礦床模型研究和勘查評價工作水平,本項目通過大量國外文獻資料的詳細綜合研究,首次從成礦構造背景、礦床地質與地球化學特徵、礦床勘查發現簡史,以及對找礦勘查的啟示等理論研究和找礦應用兩個方面對國外重要類型礦床進行了全方位的系統梳理。本次工作共選擇了國外造山型金礦床、卡林型金礦床、淺成低溫熱液型金礦床、鐵氧化物-銅-金型礦床、斑岩型—矽卡岩型銅、鉬礦床、岩漿型銅鎳硫化物型礦床、火山塊狀硫化物型多金屬礦床、沉積噴流型鉛鋅礦床、密西西比河谷型鉛鋅礦床、黑色岩系型礦床、砂岩型鈾礦床、紅土型鎳礦床、紅土型鋁土礦床等13種重要類型礦床。以該成果為藍本,編著出版了《國外主要礦床類型、特點及找礦勘查》一書,這一成果將「引進來」和「走出去」更好地結合起來,進一步促進國內礦床模型研究和勘查評價工作水平的提升,受到了有關管理部門、地勘單位和科研院所的從業人員,以及地質院校師生的普遍歡迎。
5.項目專家在地勘單位、礦山、大學和研究院所進行了120多次有關運用礦床模型開展找礦勘查的學術報告,並依託項目出版兩本專著,發表了一系列高質量的學術論文,產生了顯著的社會效益和明顯的經濟效益
項目研究過程中取得的階段性成果日益受到地勘部門和礦山企業的重視,項目成果在國內外學術會議上多次交流,並應邀參加了一系列專題匯報,到找礦勘查現場進行實地切磋,結合找礦中出現的問題進行研究,提出新思路和新方向。
編撰的《中國礦床模型概論》和《國外主要類型礦床類型、特點及找礦勘查》兩本圖書,自2012年上半年出版以來,深受廣大礦床學及地質勘查工作者的歡迎。總印數為6000冊,是近年來地質領域及研究成果類專著出版中印數最多的書籍,截至2013年3月底,銷售量近4000冊,被認為是近年來科技書籍中的熱銷書,而且銷售情況依然處於上升階段。
據不完全統計,依託地質調查項目「我國主要金屬礦床模型研究」(1212010634001)和重點基金項目(40434011)等發表的學術論文74篇,在SCI資料庫中被收錄33篇,在CSCD資料庫中被收錄36篇;在SCI資料庫中被引用1380次,其中他人引用962次,在我國引文資料庫中被引用1907次,其中他人引用1630次;合計論文被引用3287次,其中他引2592次,取得了非常好的社會效益。
項目在實施過程中,培養了博士後5人、博士8人、碩士25人,目前這些青年科技人才多數繼續從事金屬礦床模型研究及找礦勘查工作。
❷ 模型二十一 密西西比河谷型鉛鋅礦床找礦模型
一、概 述
密西西比河谷型 ( MVT) 鉛鋅礦床是以碳酸鹽岩為容礦岩石的層控硫化物礦床。硫化物主要組分為閃鋅礦和方鉛礦。它之所以這樣命名,是因為幾個經典的 MVT 礦床均位於美國中部密西西比河流域盆地內的碳酸鹽岩中。這類礦床大約佔世界鉛和鋅資源的 25%,是世界鉛鋅礦床中僅次於SEDEX 型的第二大類型。
MVT 礦床規模從幾百萬噸到幾千萬噸,鉛、鋅合計品位低於 SEDEX 型礦床,一般在 3% ~ 10%之間,很少超過 15%。
MVT 礦床分布在世界各地,但在北美較為集中 ( 圖 1) ,初步統計全球 MVT 型超大型鉛鋅礦床( 區) ( Pb + Zn 金屬儲量超過 500 ×104t) 大約有 14 個 ( 表 1) ,其中美國就佔有 5 個。這類礦床在美國主要集中分布在密西西比河谷地區,有密蘇里州東南部巨大的老鉛礦帶和新鉛礦帶———維伯納姆( Viburnum) 礦帶 ( 圖 2) ,威斯康星 - 伊利諾伊州的密西西比河谷上游地區 ( Upper Mississippi) ,堪薩斯 - 密蘇里 - 俄克拉何馬州交界的三州地區 ( Tri State) ,以及靠近阿巴拉契亞山脈的東田納西的馬斯科特 - 傑斐遜 ( Mascot - Jefferson) 礦床和中田納西的埃爾姆伍德 ( Elmwood) 礦床等; 加拿大重要礦床有西北地區的派因波因特 ( Pine Point) 和波拉里斯 ( Polaris) 礦床,以及西北地區馬更些山脈中的蓋納河 ( Gayna R. ) 地區礦床和 20 世紀 90 年代新發現的西北地區普雷里克里克 ( PrairieCreek) 礦床,還有阿巴拉契亞地區的加斯河 ( Gays R. ) 礦床等; 歐洲有波蘭的上西里西亞地區( Upper Silesia) ,奧地利的布萊貝格 ( Bleiberg) ,前南斯拉夫的梅日察和義大利的萊勃爾 ( Raibl) 礦床,後 3 個國家的礦床集中在阿爾卑斯山脈區; 亞洲有伊朗的邁赫迪耶巴德 ( Medhdiabad) 和烏茲別克的烏奇庫拉奇 ( Uchkulach) 礦床以及中國廣東的凡口鉛鋅礦床; 澳大利亞有阿德米勒爾灣( Admirals Bay) 礦床等; 20 世紀 90 年代在南美洲和非洲也發現了 MVT 礦床,如阿根廷的埃爾韋西亞和納米比亞的斯科比翁 ( Skorpion) 礦床等。
圖 4 MVT 礦床產出位置示意圖( 引自地礦部礦床地質研究所,1985)
( 4) 流體包裹體和同位素特徵
對粗晶閃鋅礦、重晶石和碳酸鹽內流體包裹體的研究表明,MVT 礦床平均礦化溫度為 80 ~200℃ ,含礦流體是高鹽度的 Na - Ca - Cl 鹵水,鹽度為海水的 5 ~ 10 倍。流體包裹體中常見有石油,容礦岩石中常見有呈乾酪根或瀝青形式出現的有機質。
同位素研究表明,硫通常為重硫,其值域很寬,表明硫來自殼源。鉛同位素也顯示出相當大的值域,並且放射性鉛含量高,多來源於基底。
因為礦床產在相對未受變動的地台環境,所以地層證據可以表明礦化發生在較淺部,深度多半為幾百米至 1000m,壓力不超過幾百大氣壓。在這種環境中,標準的地溫梯度為 25 ~30℃ /km,形成容礦岩石的平均溫度小於 100 ~150℃。
( 5) 成礦時代
形成 MVT 礦床的重要時期是泥盆 - 二疊紀和白堊 - 第三紀。迄今為止,世界上 MVT 礦床 70%以上產在泥盆 - 二疊紀時期。這與地球演化歷史中強烈的擠壓構造事件密切相關。
三、礦床成因和找礦標志
1. 礦床成因
盡管 MVT 礦床還沒有統一的描述性模式和成因模式,但人們認為 S. A. 傑克遜和 F. M. 比爾斯於1966 年和 1967 年以加拿大派因波因特礦床為例提出的沉積 - 成岩模式可以解釋 MVT 礦床的許多特徵,即 MVT 礦床是成岩作用晚期階段正常沉積盆地演化的產物。該模式認為,在大型盆地內由沉積物的壓實作用所產生並驅動的流體,通過鹵水的淋濾作用獲得金屬,並以氯化物或有機絡合物狀態攜帶金屬,當它們從盆地深處排出時,在碳酸鹽岩中遇到 H2S 便沉澱出硫化物 ( 圖 5) 。
圖 5 與 MVT 礦床有關的沉積盆地總體概念示意圖( 引自地礦部礦床地質研究所,1985)
因此,MVT 型礦床成礦的基本模式是: Pb、Zn 以 Cl 的絡合物形式搬運,H2S 呈氣態,二者在同一地點出現,但並不一定同時,可能一個先到,另一個後到,兩者相遇,絡合物不穩定,就沉澱出PbS 和 ZnS:
( Pb,Zn) Cl2( 液態) + H2S( 氣態) →PbS 或 ZnS↓
當然,兩種溶液來自何處,怎麼成礦,仍有很多爭論。MVT 礦床礦石的就位時間,通過各種方法測試得到的結果差異也很大,許多問題仍有待進一步研究。
不過,近十年來,在 MVT 礦床礦化年代的測定方面有了顯著的進展,測年表明,大多數 MVT 礦床形成於泥盆紀—二疊紀,認為這與泛古陸同化作用有關的收縮構造事件有關,礦化也形成於白堊紀—第三紀時期,認為這與北美西部邊緣和非洲 - 歐洲微板塊同化作用的拼貼構造事件有關。所以Leach 等 ( 2001) 強調,MVT 礦化與區域性和全球規模的構造事件有成因聯系。
2. 找礦標志
( 1) 區域地質找礦標志
1) 大地構造環境。MVT 礦床形成的有利大地構造環境多為穩定的克拉通地台。
2) 區域基底構造、基底隆起和斷裂。MVT 礦床往往就位於大的區域斷裂控制系統中; 某些 MVT礦床產於基底高地之上或附近,基底高地控制著沉積相、角礫岩化、斷裂作用等。
3) 斷層和破碎帶。這是 MVT 礦床重要的控礦因素,礦體多集中產於與斷層有關的膨脹帶。
4) 巨大的沉積盆地。MVT 礦床一般產在盆地的邊緣。
5) 地台碳酸鹽岩系。常構成 MVT 礦床的容礦岩石。
6) 礦石受碳酸鹽岩前沿 ( 碳酸鹽岩 - 頁岩的相變部位) 控制。
7) 與 MVT 礦床同時代的 SEDEX 型礦床可以存在於鄰接的大陸裂谷盆地。
8) 成礦時代。從中奧陶世到第三紀之間,多數礦床形成於泥盆紀 - 二疊紀或白堊紀 - 第三紀時期。
9) 不整合。在碳酸鹽岩地層中,不整合為岩溶構造、溶解角礫岩等的生成創造了條件,這些構造常常成為容礦空間。
10) 存在蒸發岩。它在形成鹵水方面有重要作用,因此,盆地內蒸發岩層的存在被看作是一個好兆頭。
( 2) 局部地質找礦標志
1) 礦床主要產在碳酸鹽岩系的白雲岩中,少量在灰岩和砂岩中。
2) 礦床常出現在不整合面之下,受礁堡雜岩、溶解坍塌角礫岩、古岩溶、斷裂或裂隙等開放空間控制。
3) 礦床往往受碳酸鹽岩 / 頁岩沉積邊緣、岩相圈閉、基底高地所控制。
4) 碳酸鹽岩中廣泛發育熱液白雲岩化,它與礦化密切伴生,因此,是一個好的標志。
5) 有機質存在也是一個良好的標志。
6) 在碳酸鹽岩中浸染狀硫化物的出現可以作為各類礦體的近礦標志。
( 3) 地球物理找礦標志
1) 礦床上方能顯示出電阻率低和重力高。與 MVT 礦床有關的某些地質特徵,例如斷裂、古岩溶、岩溶坑、碳酸鹽岩/頁岩相變處、基底高地等,常可能被地震、磁法、重力、地面電磁測量所鑒別。
2) 激法極化測量 ( IP) 是有效的,地面電磁法 ( EM) 可以在含鐵硫化物礦床中應用。如果礦床組分中大部分是閃鋅礦,那麼這些方法可能會失效。
3) 分析區域物探數據對識別有遠景的地質背景是極為重要的找礦手段。地震、航磁和重力綜合測量對區域分析極為有用。航磁和重力測量可以識別控礦的要素,如基底高地、碳酸鹽岩台地和斷層等。尤其是地震反射數據,能提供有關構造、構造演化、沉積作用,可能還有流體和金屬源區的詳細深部信息。
( 4) 地球化學找礦標志
1) 在殘積物中有 Pb、Zn、Cu、Mo、Ag、Co 和 Ni 的區域性異常。垂向分帶由下往上大致為Cu( ± Ni, ± Co) - Pb - Zn - Fe 硫化物; 碳酸鹽岩中 Pb、Zn 和 Cu 的背景值較高,一般為: Pb 為 9 ×10- 6,Zn 為 20 ×10- 6,Cu 為 4 ×10- 6。
2) 在土壤和水系沉積物測量中,可能存在有 Zn、Pb、Fe、Ag 和 Mn 異常。
3) 有遠端的熱液沉積物,如有 Mn - Fe - Ca - Mg 碳酸鹽岩存在。
( 戴自希 唐金榮)
❸ 密西西比河谷型鉛鋅礦床
一、內容概述
密西西比河谷型鉛鋅礦床(簡稱MVT型鉛-鋅礦),主要指賦存於台地碳酸鹽岩中,成因與岩漿活動無關的淺成後生層狀鉛鋅礦床。雖然世界各地都有發現,但主要分布於美國、加拿大和波蘭,因其代表地區位於美國中部密西西比河流域而得名。
(一)地質特徵
MVT礦床具有以下基本特點:①為熱液礦床(50~200℃),大多數介於100~150℃之間。②礦體主要產於沉積盆地白雲岩或灰岩地層中,是後生的層控礦床,礦床遠離火成活動區或與火成岩沒有成因聯系。③成礦流體為高鹽度鹵水。④分布面積大,常沿邊緣盆地平行分布,形成MVT成礦區,一般成礦范圍達幾百甚至幾千平方千米,每個地區的鉛-鋅礦的礦物組成、同位素組成以及組構都具有明顯的相似性。各礦體彼此相連,也可有尖滅再現的特徵,受斷裂控制的礦體的形態和大小變化很大(Alldrick et al.,2005),可從厚度較小的透鏡狀、囊狀、脈狀(陡傾裂隙控制的),到厚度較大的筒狀礦體。⑤礦物成分簡單,主要有閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、白鐵礦、白雲石、方解石和石英等,在個別礦集區中螢石、重晶石較為發育(Paradis et al.,2005);蝕變作用有白雲岩化、角礫岩化、圍岩的溶蝕、長石和黏土礦物的分解和重晶石等;碳酸鹽周圍的溶解現象,表現為滑動、崩塌、角礫化或幾種作用的混合作用等。⑥這種礦床一般規模較小,多數小於200×104t,並且以鋅為主,Pb+Zn品位一般小於10%。近年來取得的進展主要體現在以下幾個方面:
1)MVT鉛鋅礦床研究范圍逐漸擴大,在全世界發現了諸多相關礦床,多歸為其亞類,例如碳酸鹽岩賦礦的氟鋇礦床(Genc,2006)。這些亞類的出現使MVT礦床的內涵進一步擴大,是MVT鉛鋅礦床研究的一大進展。
2)構造環境。MVT鉛鋅礦床曾被認為是一類與板塊構造活動無關的礦床,認為只要存在台地碳酸鹽岩就有MVT鉛鋅礦化的可能。近年來研究認為,大多數MVT礦床與顯生宙匯聚事件有關,顯示出MVT礦床主要分布在造山帶的前陸盆地、逆沖推覆帶等構造擠壓環境,少數產於陸內伸展環境。Bradley和Leach(2003)認為,MVT鉛鋅礦床形成於張性區域與岩石圈撓曲有關,或者與大尺度收縮事件期間走滑斷層帶膨脹有關,多數形成於造山帶前陸盆地中,少數在逆沖推覆帶中,極少數存在於大陸伸展環境中,改變了MVT礦床與板塊構造無關的觀點。對於產在逆沖帶中的MVT礦床,由於礦化和構造活動順序不同,礦體可以出現在逆沖斷層下方,也可以出現在逆沖岩席中(Bradley et al.,2003)。世界上的MVT 鉛鋅礦床主要存在於島弧-大陸碰撞造山帶、安第斯型俯沖造山帶和陸-陸碰撞造山帶3種造山帶的前陸中(圖1)。
3)放射性同位素測年和古地磁測年技術廣泛應用,獲得了大量成礦年齡數據。現有測年數據表明,典型 MVT 礦床的形成與地球演化歷史中強烈的擠壓構造事件密切相關(Bradley et al.,2003)。Leach et al.(2001)總結對比了世界上主要MVT礦床的形成年代,發現全球MVT礦床主要形成於顯生宙的泥盆紀—三疊紀早期和白堊紀—新近紀兩個時期,從而提出MVT鉛鋅礦床和全球大尺度收縮匯聚構造之間存在著直接聯系,前者與Pangea大陸匯聚相關,後者與阿爾卑斯-拉臘米造山匯聚運動影響的微板塊聚合相關,其中泥盆紀—三疊紀早期的 MVT鉛鋅礦床規模更為宏大,礦床總數大約佔全球MVT鉛鋅礦床的75%。例如,美國中部 Ozark 成礦省為巨大熱液系統產物,成礦省的形成就與 Quachita 褶皺帶中收縮構造有關(Leach et al.,2001)。
4)流體包裹體研究揭示了成礦流體溫度主要為75~150℃,國外報道的最高均一溫度來自愛爾蘭地區和Rays河地區(超過200℃),鹽度 w(NaCleq)為10%~30%,成礦流體具有盆地鹵水特徵,鹵水源自近地表蒸發水或圍岩蒸發鹽,同位素資料反映Pb來自地殼岩石,S來自地殼岩石或沉積物中殘留的硫酸鹽。成礦流體驅動機制包括構造擠壓和重力驅動兩種;在50~250℃條件下從稠密的盆地鹵水中沉澱形成的(Leach et al.,1993)。
5)MVT礦床普遍存在脈石礦物和礦石礦物成不同序列共生現象,反映出流體活動必定持續相當長的時間(Leach et al.,2001)。MVT鉛鋅礦床可能分多期形成,如單期熱液活動可能持續幾千年到幾萬年,而整個礦床形成可能持續幾百萬年到十幾百萬年。Corbella et al.(2004)認為流體混合作用是MVT礦床形成的主要模式,形成了許多碳酸鹽溶解特徵,並且對礦石的賦存起到了至關重要的作用。
(二)主要成礦模型
控制礦床形成的主要因素有金屬來源、流體攜帶金屬離子的能力、流體的規模、圍岩容礦能力、流體的運移方式以及有效的金屬沉澱機制等(Basuk et al.,2004)。隨著對地殼規模流體活動認識的不斷深入,以及對MVT鉛鋅礦集區地質地球化學研究程度不斷深入,人們認識到許多MVT鉛鋅礦是區域性或陸塊規模熱液流體活動的產物。成礦流體為高鹽度的熱鹵水(類似於油田鹵水),該熱鹵水從沉積盆地排出,經過含水地層,到達盆地邊緣進入碳酸鹽岩地層中沉澱成礦。這一過程至少存在3種模式(圖1):①地形或重力驅動流體運移模式;②沉積作用或構造壓實作用模式;③熱液循環模式。
圖1 MVT鉛鋅礦床流體運移模式
(據Garven,1995,有修改;轉引自張長青,2009)
二、應用實例及應用范圍
派因派因特(Pine Point)鉛鋅礦床位於加拿大西北部的平原地帶艾伯塔(Alberta)地區內,礦床大部分礦體賦存於派因派因特群普雷斯克爾(Presquile)白雲岩內。該白雲岩由粗晶白雲岩和白色到淺灰色、淺黃色的含珊瑚等碎片的生物碎屑灰岩組成,大部分是生物成因的碳酸鹽堡礁復合體,空洞發育。寒武紀主幹斷裂控制著鉛鋅礦的形成,該斷裂為含金屬的熱液流體向泥盆紀地層運移和沉澱成礦提供了通道。派因派因特礦床主要控制因素是岩溶作用,岩溶所形成的溶洞控制著鉛鋅礦體的形成和展布。主要礦石礦物有閃鋅礦、方鉛礦、白鐵礦和黃鐵礦,副礦物有自然硫和瀝青;偶見磁黃鐵礦、天青石、重晶石、石膏、硬石膏、螢石等。鉛鋅硫化物主要以浸染狀、條帶結核狀和結晶狀存在。這些硫化物與圍岩之間為截然接觸關系。圍岩蝕變主要為碳酸鹽化作用,如白雲岩化、重結晶、溶解和熱液角礫岩化作用,還存在一些軟的膠狀瀝青、重油和殼狀焦瀝青等。派因派因特礦區不同礦體之間粗粒閃鋅礦晶體的均一溫度變化較大,鉛鋅礦床成礦流體溫度為51~99℃(Turner et al.,2003)。亮晶白雲岩具有與閃鋅礦相似的均一溫度,其溫度范圍為90~100℃。流體組分以NaCl和CaCl2為主,含有KCl和MgCl2。礦床鉛同位素和硫同位素組成變化不大,反映了成礦流體的單一來源或多源流體的充分混合。
近30年來,關於派因派因特鉛鋅礦的成因爭論較多,無論是混合成因還是非混合成因模式,大多數學者認為礦床的形成需要熱和金屬的加入。Garven於1985年結合地形驅動將此模式應用到派因派因特礦床中(圖1(a))。Davies(2006)通過對加拿大西部沉積地層中水鉛含量的研究認為,加拿大西部沉積盆地內地層本身不能為派因派因特礦床提供金屬來源,可能的金屬來源是晚泥盆世沿大奴湖剪切帶上升的來自深部的熱流體。在成礦部位這種含金屬的流體與來自附近蒸發岩地層中含H2S的鹽水混合成礦(圖2)。
圖2 加拿大大不列顛哥倫比亞東北部以沉積岩為容礦岩的低溫熱液礦床成礦模式
(據Davies et al.,2006)
總之,該礦床具有如下特徵:①寒武紀主幹斷裂控制著鉛鋅礦的形成,為含金屬的熱液流體向泥盆紀地層運移和沉澱成礦提供了通道;②礦體主要賦存於溶解作用十分發育的普雷斯克爾(Presquile)碳酸鹽堡礁復合體內部,常沿派因派因特組界限附近的板狀岩溶系統順層發育,具有明顯的層控特徵;③主要礦石礦物有閃鋅礦、方鉛礦、白鐵礦和黃鐵礦,副礦物有自然硫和瀝青,脈石礦物有白雲石和方解石;④圍岩蝕變主要為碳酸鹽化作用,如白雲岩化、重結晶、溶解和熱液角礫岩化作等。
三、資料來源
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❹ 年度重要科技獎
2009年我院獲得國土資源科學技術獎一等獎2項、二等獎6項。礦產資源研究所等單位完成的「青藏高原碰撞造山與成礦作用」與水文地質環境地質研究所等單位完成的「華北平原地下水可持續利用調查評價」榮獲2009年國土資源科學技術獎一等獎。地質研究所等單位完成的「大陸科學鑽探地球物理調查與信息技術應用」等6項成果榮獲2009年國土資源科學獎技術二等獎。
中國地質科學院年報.2009
青藏高原碰撞造山與成礦作用
2009年國土資源部科學技術一等獎獲獎成果,獲獎單位包括中國地質科學院礦產資源研究所、中國科學院地質與地球物理研究所、中國地質大學(北京)、成都地質礦產研究所、中國地質科學院地質研究所。獲獎人員為侯增謙、王二七、莫宣學、潘桂棠、丁林、王安建、張中傑、李光明、羅照華、唐菊興、秦克章、徐義剛、曲曉明、王宗起、楊竹森。該項成果是國家基礎研究規劃973項目、中科院重大科技創新項目及中國地質調查局地質大調查項目的最終集成研究成果。
課題組成員正在西藏廳宮礦區開展礦區地質填圖
侯增謙研究員(右一)在青海沱沱河鉛鋅礦區開展野外地質調查
項目研究的重點礦床——驅龍銅礦(中國最大的斑岩銅礦床)
課題組成員在西藏驅龍銅礦區做岩芯編錄
主要創新點為:①發現青藏高原的陸—陸碰撞過程具有主碰撞聚合(65~41Ma)、晚碰撞轉換(40~26Ma)和後碰撞伸展 <25Ma)三段性演化規律。首次證實三段式碰撞過程應力場均發生張/壓交替的旋迴式演變,研究建立了大陸碰撞造山的動力學模型,對認識超大陸形成與演化有重大科學意義;提出大規模岩漿底侵作用是高原地殼垂向增生和地殼加厚的主導機制之一。②發現高原東緣主要發生旋轉構造而非大規模地塊逃逸,並提出高原東緣旋轉構造形變機制;發現印度板塊發生斷離以及岩石圈擠出與軟流圈上涌的岩石學證據;提出主碰撞帶存在新生地殼與再循環地殼兩類地殼;提出主碰撞帶活動裂谷系和藏南拆離系的發育時限及形成機制,對青藏高原大陸動力學研究作出貢獻。③首次提出並建立了一套全新的以陸陸匯聚、構造轉換、地殼伸展成礦系統為核心的大陸碰撞成礦理論,系統闡明了大陸碰撞帶成礦系統及大型礦床形成的動力背景、深部過程、發育機制和成礦機理,對區域成礦學發展作出了重要貢獻。④首次釐定出大陸碰撞帶5個大陸成礦系統和10餘種標志性的礦床類型,建立了以大陸型斑岩銅礦新理論為代表的5種典型礦床成礦新模型,揭示了大陸碰撞過程中成礦物質運移、積聚與沉澱機制,豐富和發展了礦床學理論。⑤初步查明了西藏高原區域成礦規律,系統建立了主要礦床類型的評價指標體系,集成了一套完整的GIS資源評價系統,首次定量評估了主碰撞帶Cu、Pb、Zn、Ag等資源潛力,提交了一批戰略新區和找礦靶區,並取得找礦突破,為區域勘查評價提供了理論指導和部署依據。
華北平原地下水可持續利用調查評價成果
屬國土資源大調查項目成果,榮獲2009年國土資源部科學技術一等獎。獲獎單位包括中國地質科學院水文地質環境地質研究所、河北省地質調查院、北京市地質調查研究院等,主要完成人員包括張兆吉、費宇紅、趙宗壯、謝振華、王亞斌、苗晉祥、楊麗芝、張鳳娥、楊齊青、崔亞莉、靳孟貴、許廣明、雒國忠、劉立軍、王強等。
該成果依靠原始水文地質方法,應用同位素水文學、計算機模擬和GIS技術,釐定了華北平原第四系地層系統,建立了水循環模式,進行了地下水資源及功能評價,預測了未來水資源形勢。在此基礎上編制了《華北平原地下水可持續利用圖集》、《華北平原地下水可持續利用調查評價》,建立了華北平原地下水資源資料庫系統。
專家評價認為,該成果屬地下水調查評價領域的重大成果,是華北平原50年來水文地質工作經驗的總結,為國家全面掌握華北平原地下水可持續利用模式提供科學依據,是一份具有歷史意義的、承前啟後的優秀成果。
華北平原深層地下水漏斗分布圖
採集地下水同位素樣品
與國外專家進行地下水循環研究交流
野外鑽探
大陸科學鑽探地球物理調查與信息技術應用
2009年國土資源部科學技術二等獎獲獎成果,獲獎單位有中國地質科學院地質研究所和長安大學,獲獎人員為楊文采、蘇德辰、程振炎、於常青、孫愛萍、朱光明、何麗娟、劉因、錢輝、李惠民。
「中國大陸科學鑽探工程地球物理子工程」和「中國大陸科學鑽探工程管理信息和網路系統子工程」是中國大陸科學鑽探工程的兩個重要子工程。
主要創新成果包括:①自1997年以來,首次開展了大陸科學鑽探選址綜合地球物理調查及孔區三維地震調查和數據精細處理、先導孔及主孔VSP調查、數字三分量地震剖面調查,優選出了最能實現大陸科學鑽探科學目標的孔址。②選址地球物理調查取得了大量殼幔動力學作用的地球物理證據,如陸殼深俯沖、岩漿底侵、地幔減薄等。尤其是用24s的深反射地震記錄發現了大別蘇魯地區地幔內存在5組罕見的水平反射體。③地球物理子工程成功地進行了多項地球物理勘查方法技術的創新取得了結晶岩區開展三維和三分量反射地震和垂直地震剖面調查的豐碩成果。④利用大陸科學鑽探取得的岩心岩性、構造編錄和測井資料,建立了准確的波速模型,使合成的地震道與三維地震剖面之間達到完美擬合,准確地標定了主孔兩側三維地震發現的三大類反射體,建立了解釋我國地殼地震反射的第一組標尺。⑤採用以深反射地質為先導,配合各種地球物理調查,在查清地殼上地幔組構的基礎上,提出優選孔址,並為後續鑽探證實。⑥建立了北京—東海之間地學部、工程部和東海鑽探現場3個區域網,並採用VOIP技術在兩地三點間建立了專線電話。數據始終能保持正常傳輸。⑦建立了中國大陸科學鑽探工程的中英文網站以及相關的大陸動力學重點實驗室的網站。利用先進的網路技術、岩心掃描技術、資料庫技術和互聯網站並通過網路發布到互聯網上。將所有岩心掃描圖像實時發布到了中國大陸科學鑽探工程網站並實現了分級共享,為國內外用戶和公眾提供了很好的共享服務,使世界各地通過互聯網可以了解科鑽一井每天的進尺、編錄信息及井場新聞等信息。
三維地震、測井和岩心岩性構造比較
(a)地震波速分層及層速度,單位km/s;(b)反射體編號;(c)岩心岩性柱:綠色榴輝岩,紫色橄欖岩,粉色副片麻岩,紅色正片麻岩;(d)中子密度測井曲線;(e)深度大致標尺,單位十米;(f)聲速測井曲線;(g)岩心構造圖;(h)三維地震連絡線剖面段和聲阻抗曲線
大陸科學鑽探主孔預測剖面(a)及鑽探完工後推測剖面(b)
西藏當雄幅1:25萬區域地質調查
2009年國土資源科學技術獎二等獎獲獎成果,獲獎單位為中國地質科學院地質力學研究所,主要完成人員包括吳珍漢、孟憲剛、胡道功、江萬、葉培盛、朱大崗、劉琦勝、楊欣德、邵兆剛、吳中海、趙希濤、王建平、馮向陽、紀占勝、柯東昂。
重要成果包括:①實測當雄幅1:25萬地質圖,測編當雄幅1:25萬構造綱要圖、第四紀地質圖、礦產分布圖、活動斷層分布圖,提交了優秀的區域地質調查報告和專題研究報告,大幅度提高了區域地質調查研究程度。②將旁多群解體為諾錯組(C1-2n)、來姑組(C2P1l)和烏魯龍組(P1w),在來姑組發現晚石炭世撒克馬爾期腕足類化石群,新發現半球旁多貝一個新種;在麥隆崗組新發現一批牙形石,劃分5個牙形石帶,定義高舟牙形石屬一個新種,顯著提高了我國晚三疊世諾利階牙形石生物地層研究程度。③發現早侏羅世寧中二雲母花崗岩帶、早白堊世歐郎序列侵入岩、古近紀旁多序列侵入岩、漸新世白榴石斑岩及始新世石泡流紋岩;在念青唐古拉山發現面積達1500km2中新世巨型花崗岩,對岩漿鋯石進行離子探針(SHRIMP)U-Pb同位素測年,精確測定岩漿侵位結晶時代為18.3~11.1Ma。④將念青唐古拉岩群解體為變質表殼岩和冷青拉片麻岩,在納木錯西岸發現早前寒武紀土那片麻岩和晚前寒武紀瑪爾窮片麻岩,發現晚古生代魯瑪拉岩組角閃岩相變質岩,對認識拉薩地塊結晶基底具有重要意義。⑤釐定納木錯與旁多2個逆沖推覆構造,測出納木錯逆沖推覆構造經歷191~144Ma、109Ma、60~30Ma三期構造變形,查明旁多逆沖推覆構造形成於古近紀中晚期,在當雄—羊八井地塹鑒別28條活動斷層與多期古地震事件。⑥新建晚第四紀湖相沉積地層單位——納木錯群及干瑪弄組(Qp3g)、扎弄淌組(QhΖ),發現高出納木錯湖面130~140m高位湖相沉積,證明藏北高原晚更新世發育面積超過10萬km2古大湖,重新劃分了第四紀冰期,揭示了晚第四紀古氣候環境變遷過程。⑦綜合劃分內生金屬成礦區帶,新發現10處礦點,系統調查編錄了地質遺跡與地質旅遊資源。⑧發表中文核心期刊論文33篇、SCI檢索論文8篇,出版專著2部,培養5名博士研究生和1名博士後研究人員。項目成果在國內外產生了比較重要的學術影響。
念青唐古拉山脈晚更新世冰川U形谷
林周盆北三疊系灰岩自北向南逆沖於上白堊統紅層之上
當雄盆北歷史地震遺跡
翻越念青唐古拉山脈
中國地球化學元素豐度圖集編制與研究
2009年國土資源科學技術獎二等獎獲獎成果,獲獎單位為中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所,主要完成人員包括史長義、遲清華、鄢明才、胡樹起、張勤、劉崇民、顧鐵新、卜維、鄢衛東。
突出成果包括:①根據全國約750個有代表性花崗岩類岩體的768件組合樣品的實測分析數據,計算出了中國花崗岩類及鹼長花崗岩、正長花崗岩、二長花崗岩、花崗閃長岩、石英二長岩、石英二長閃長岩等花崗岩類岩石近七十種化學元素的豐度,天山—興安造山系、中朝准地台、昆侖—祁連—秦嶺造山系、滇藏造山系、揚子准地台、華南—右江造山帶、喜馬拉雅造山帶等中國七大構造單元花崗岩類及不同岩石類型花崗岩的近70種化學元素的豐度,太古代、元古代、早古生代、晚古生代、中生代、新生代花崗岩類及不同時代鹼長花崗岩、正長花崗岩、二長花崗岩的近70種化學元素的豐度。首次編制了56種元素與氧化物的1:2500萬中國花崗岩類地球化學圖和61種元素氧化物的1:2000萬中國東部岩石地球化學圖,超額完成了任務書規定的各項任務。②系統地研究了我國花崗岩類及不同岩石類型花崗岩近七十種化學元素的豐度和地球化學特徵、中國各構造單元花崗岩帶的元素豐度與區域分布特徵、各地質時代花崗岩類的豐度與演化特徵。研究了中國東部岩石化學元素平均含量及其在不同大地構造單元中的分布特徵。③公開發表論文8篇,出版專著2部,並培養博士研究生1名。
青海野外采樣
項目成果之一
中國花崗岩類樣品分布圖
該項成果全部使用實測資料,是擁有完全自主知識產權的原創性成果,不僅可以為中國的基礎地質、礦產勘查、地球化學研究提供寶貴的基礎資料,而且對中國區域上地殼的化學組成及演化研究有重要價值,具有重要的理論意義和廣泛的實際應用價值。
新疆北天山西段銅多金屬礦找礦方向和勘查模型研究
2009年國土資源科學技術獎二等獎獲獎成果,獲獎單位包括中國地質科學院礦產資源研究所、新疆維吾爾自治區有色地質勘查局703隊、中國國土資源航空物探遙感中心。主要完成人有張作衡、王志良、左國朝、王龍生、劉敏、甘甫平、王見蓶、張長青。
新疆西天山最大的阿希金礦礦區照片
項目採用現代成礦學最新理論和採用最新的找礦技術方法,通過對新疆天山西段大地構造演化、岩漿活動與銅多金屬礦床成礦作用的關系、銅礦床成礦地質背景和時空分布特點進行研究,總結了區域成礦規律和找礦標志,並提出區域成礦模型及找礦勘查模型,並開展了找礦預測。主要成果包括:依據構造單元時空疊覆理念,在前人工作基礎上,結合精確定年,提出構造單元劃分新方案;理順了本區不同時期的地層系統,恢復了古構造沉積環境,劃分了在構造演化進程中的成礦階段及期次;通過大量火成岩岩石地球化學分析、同位素測年以及區域遙感影像解譯,結合前人大量資料,重新釐定了西天山造山帶各階段演化史;分別建立了銅金多金屬礦床的礦床尺度典型礦床模型和區域成礦模型,在精確定年的基礎上釐定了喇嘛蘇、達巴特和菁布拉克等礦床形成的地球動力學背景和形成環境;通過西天山與東天山和巴爾喀什成礦帶綜合對比,提出了西天山地區銅金多金屬礦床找礦方向;綜合研究區銅金礦區地物化和蝕變異常遙感等找礦標志,建立了銅金找礦模型並提出了一系列靶區。
新疆北天山西段主要金屬礦產分布圖
礦產資源與中國的工業化——資源安全與可持續發展
2009年國土資源科學技術獎二等獎獲獎成果,獲獎單位為中國地質科學院、中國地質科學院礦產資源研究所、中國地質科學院地質力學研究所,主要完成人員包括王安建、王高尚、陳其慎、韓淑琴、周鳳英、韓梅、曹殿華、李瑞萍、耿諾、張建華。
本成果在揭示資源與經濟發展的諸多相關規律的基礎上,從礦產資源安全、資源產業、資源環境和資源經濟4個方面,系統分析了全球及我國資源供需趨勢和面臨的資源安全問題,提出了保障國家資源安全和可持續發展的系統對策。①通過揭示的工業化過程人均能源消費與人均GDP的近線性關系、人均礦產資源消費與人均GDP的「S」形關系等若乾重要規律,創建了綜合預測模型,系統預測了我國及全球未來20~30年資源供需形勢,深入分析了全球資源供需格局以及我國面臨的資源安全問題。②系統論述了我國礦產資源安全理論,首次建立了我國礦產資源安全評價模型和供應安全預警體系,定量評估了資源安全狀況。從國家發展模式的高度提出6項資源戰略安全和7項市場安全政策要點。③深刻分析了全球鐵礦石供需格局和中國工業化進程,前瞻性地指出2008年全球鐵礦石供需格局將發生轉折,有效地影響了鋼鐵產業政策和鐵礦石價格談判。以揭示的需求峰值(拐點)理論為基礎,結合我國原材料產業發展趨勢,明確指出產業結構調整的方向和緊迫性。④把資源與環境密切結合,科學地分析了資源—經濟—環境污染之間的相關關系,預測了環境污染趨勢,指出實現「十一五」節能減排目標的艱巨性。
項目組在寮國野外採集樣品
不同價格下我國鐵礦石供應格局
《地質礦產實驗室測試質量管理規范》研究與制修訂
2009年國土資源科學技術獎二等獎獲獎成果,獲獎單位包括國家地質實驗測試中心、武漢綜合岩礦測試中心、中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所、國土資源部南京礦產資源監督檢測中心、中國地質科學院水文地質環境地質研究所、四川省地質礦產勘查開發局成都綜合岩礦測試中心、青島海洋地質研究所。獲獎人員包括王蘇明、葉家瑜、王祖蔭、周金生、張 勤、羅惠芬、田來生、熊及滉、王亞平、夏寧。
本項成果是針對DZ0130-94《地質礦產實驗室測試質量管理規范》實施中逐步暴露出的缺陷和不足,參考相關ISO國際標准和測試實際需求,按照GB/T1.1-2000《標准化工作導則 第1部分 標準的結構和編寫規則》的要求,完成修訂替代版本,新增加了「覆蓋區多目標地球化學調查(1:250000)樣品」、「同位素地質樣品」和「土工試驗」3個分標准,已在地礦行業700餘個實驗室中得到廣泛應用。
本項成果具有明顯的創新特點。在國內首次以測試過程為基礎架構,控制對測試結果質量有影響的所有因素,規范和提升實驗室技術能力和管理水平;研究建立了4個數學模型應用於DZ/T0130-2006《地質礦產實驗室測試質量管理規范》,其中岩石礦物重復測試相對偏差允許限數學模型解決了岩礦分析中高含量段誤差允許限偏松和低含量段誤差允許限偏嚴的問題;貴金屬和水分析重復測試相對偏差允許限數學模型解決了套用岩礦分析允許限合理性差的問題;岩石礦物分析准確度相對誤差允許限數學模型解決了套用岩石礦物精密度允許限的概念混淆問題。在地礦行業中首次將國際通用的測量不確定度評定方法用於岩礦分析中不同人、不同方法、不同儀器設備分析數據的質量評估,用於樣品加工的質量評估,並將標准物質的2倍不確定度作為水樣分析准確度允許限。項目成果體現了分析技術的進步,具有良好的系統性、可操作性、適用性和科學性。
岩石礦物重復測試相對偏差允許限數學模型驗證點點陣圖
圖中橫坐標是濃度對數坐標,縱坐標是允許限
岩石礦物重復測試相對偏差允許限數學模型比較圖
圖中橫坐標是濃度對數坐標,縱坐標是允許限,藍色線是3點擬合數學模型,綠色線是2點擬合數學模型,紅色線是新擬合數學模型
DZ/T0130-2006《地質礦產實驗室測試質量管理規范》封面
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