1 21世纪的矿产勘查背景

 过去50年来，全球的矿产品需求急剧增长。1970年，全球的矿产品需求为267亿吨。2017年，这一数字达到约1000亿吨，至2050年，预期将达到1850亿吨（IRP，2017；PACE，2020）。从1970年至2004年，全球的金属和矿物开采量增长了75%以上（Rogich和Matos，2008，基于25种矿产品统计）。满足上述预期的长期需求将是一项巨大的挑战。因此，提出了许多新的策略，例如提高矿产勘查技术水平，实现矿物采选与回收利用的最大化，加大金属和矿物循环利用力度，提高最终产品使用效率（Rankin，2011）。

 在过去20年里，各个国家都致力于保障自然资源和关键矿产品的供应，因此显著加剧了不同国家之间的地缘政治紧张局势（如Kalantzakos，2019）。现代社会对新技术的渴求永无止境，同时城市基础设施不断扩张，各国都需要满足技术发展和基础设施建设对矿产品的需求，这是导致地缘政治紧张的原因。据统计，2018年全球城市人口约41亿，占世界75亿总人口的约55%（UN DESA，2018）。因此，矿产勘查已经成为21世纪经济和地缘政治的一个非常重要的影响因素。

 目前，矿产勘查领域的创新主要集中在三个方面：①实现数字化和应用人工智能（如WEF，2017）；②发展遥感和地球物理技术（如Agar和Coutlet，2007；Porwal和González-Álvarez，2019）；③发展针对覆盖层及其之下地层的新勘探方法（如UNCOVER，2012；DMEC，2015；AMIRA Roadmap，2017；Geoscience Australia，2017）。

 对于结晶基岩上面的强烈风化覆盖层和/或沉积层序覆盖层，已经进行了大量的矿产勘查研究，例如在澳大利亚（如Butt和Smith，1980；Anand和Paine，2002；Twidale和Campbell，2005；Scott和Pain，2009；Pain等，2012；Wilford等，2016；de Caritat等，2016）、加拿大（如DiLabio和Coker，1989；Kauranne等，1992a；Scott和Aitken，1993；McClenaghan等，2000；Klassen，2001；Lougheed等，2020）、中国（如Wang等，2007，2016）、南美洲（Rabassa等，2014；Vasconcelos等，2015，2019；Porto，2016）、印度（Tardy等，1991；Gunnell，1998；Gunnell等，2007；Bonnet等，2016）以及西非和中非（如Thomas，1966；Butt和Zeegers，1992；Tardy和Roquin，1998；Beauvais，1999；Taylor和Howard，1998；Butt等，2000；Runge，2011；Beauvais和Chardon，2013；Grimaud等，2015；Butt，2016；Chardon等，2016，2018；Momo等，2019）等国家和地区都开展了相关研究。此外，深海和极地矿产勘查成为新的前沿领域。海底和极地上覆有水体或冰盖，从而增加了矿产勘查难度（如Rosing，2013；Miller等，2018）。在这类环境中，由于大多数矿床的规模较小，矿产勘查标志通常被水体或冰盖隐藏或遮盖，寻找矿化系统的痕迹非常困难，因此难以发现矿床（McCuaig和Hronsky，2014）。

 在覆盖层条件复杂的地区或在以复杂覆盖层为主要特征的地区进行矿产勘查面临挑战。本期专刊所涵盖的研究领域广泛，包括对强烈风化厚覆盖层的成熟矿产勘查理论的评述，地球化学数据、样品自动编录信息和地貌演化信息的整合，以及遥感技术、地球物理方法和数据分析方法在探测覆盖层及其之下地层方面的应用。

 2 不同矿产勘查环境下覆盖层概念的讨论

 关于覆盖层的含义，根据矿产勘查环境的不同，可能存在不同的理解。在加拿大等某些国家和地区，覆盖层的范围非常广泛，包括冰川沉积层和盆地沉积层序（例如Kauranne等（1992b）及其参考文献中提到的冰碛岩；McClenaghan等，2000；盆地中中元古代和显生代沉积地层，Scott和Aitken，1993）。然而，在以地表强烈风化为主要特征的地区，例如澳大利亚、西非、中非、南美洲热带地区、印度和中国（如Butt和Smith，1980；Tardy等，1991；Butt和Zeegers，1992；Tardy和Roquin，1998；Beauvais，1999；Scott和Pain，2009；Rabassa等，2014；Wang等，2016；Chardon等，2018；Vasconcelos等，2019），从实用的角度，覆盖层不仅包括地表风化沉积层，也包括原生岩石之上并经历强烈风化的覆盖层（无论是否为运搬堆积形成），此类覆盖层被称为风化层（regolith）。

 Fairbridge（1968）指出，根据希腊语单词regos（覆盖物）和lithos（岩石）的词义，表示风化层的英文单词regolith是指由地壳表面所有未固结物形成的整个覆盖层，无论这些未固结物的来源如何。风化层包括整个土壤层，即腐泥土、崩积层（q.v.）、泥流层、风成砂楔、古土壤和现代土壤。

 Eggleton（2001）扩充了风化层的上述定义，将其定义为覆盖在致密基岩上的整个未固结的或次生胶结的覆盖层，由更早期岩石的风化、侵蚀、运搬和/或沉积形成。Eggleton（2001）的定义包括原位风化岩层中已固结和未固结的岩石以及从其他地区运搬过来的岩石，例如包括在澳大利亚普遍存在的中生代或第三纪沉积岩（如Quilty，1974；Hill，2005），也包括硬壳层中的岩石（如硅结砾岩、钙质砾岩、铁结砾岩）。

 与含强烈风化剖面的地质背景比较时，将元古代沉积岩层序视为覆盖层可能令人不太容易理解。在后者定义中，覆盖层主要与强烈风化的岩石以及被运搬过来后未固结的岩石（即整个风化层）相关。相比之下，前者定义的一个例子是Belt-Purcell超群（加拿大-美国），构成该超群地层的岩石为中元古代沉积岩（受侵蚀、运搬和沉积影响的风化岩石以及二次固结岩石；沉积岩可以被视为已固结的早期风化岩石）。这些岩石受到了北美洲Cordilleran造山运动Laramide构造事件的影响，在该地区向上逆冲形成了落基山脉。原生岩石的露头覆盖在结晶基岩上（Kleinkopf，1997）。该结晶基底被视为覆盖层的下部边界，然而，该覆盖层的岩石是受到了构造作用和变质作用（主要为低级变质）影响的“原生岩石”。在讨论如何识别结晶基底的问题时，还可以进行进一步的研究，这有助于更好地了解如何在全球范围内的各种不同地质背景下应用覆盖层的概念（如Cowley等，2018）。

 对这些问题的进一步探讨有助于理解对覆盖层之下矿床的勘查所面临的挑战。在这种特定的环境中，矿床不仅不靠近地表，还被水体、厚的和/或强烈风化的覆盖层、沉积层序或冰川沉积物所覆盖。这些地质环境可以被统称为覆盖层。

 对于海底矿产勘查，覆盖层是指海底探矿权区域或勘探靶区之上覆盖的水体（如巴布亚新几内亚陆架上1500~2000米深的水体，Miller等，2018）。类似地，这一概念也适用内陆地区的湖泊或内陆海（如苏必利尔湖、维多利亚湖、Aral内陆海）的淡水水体。然而，在极地环境中，覆盖层是指覆盖在陆块上的厚层冰盖（如格陵兰岛，Rosing，2013）。

 将上面讨论的覆盖层概念与全球的地表概况相结合后表明，地球的大部分表面位于覆盖层之上。海洋覆盖约70%的地球总表面，出露的陆块约占剩余的30%（图1）。进一步分析陆地发现，存在不同类型和占陆地表面面积不同比例的覆盖层，其中冰川约10%，湖泊约1%，强烈风化的热带气候地区约20%，强烈风化的干旱地区约4%，出露的沉积盆地约34%（不包括其他类型覆盖层之下的沉积盆地，以避免重复计算地表面积），冰川沉积层约7%，其他覆盖层约24%（如结晶基底；图1；Lehner和Döll，2004；Peel等，2007；Amante和Eakins，2009；Lawrey，2013；Börker等，2018；Robertson，2020；Natural Earth，2020）。

图1 地球表面覆盖层简明示意图

 图1为地球表面覆盖层的简明示意图，在全球范围内，覆盖层分为三类：①热带或干旱性（包括沙漠和半干旱性）气候（基于Köppen-Geiger的气候分类）地区的强烈风化覆盖层；②沉积层序（成岩年龄从元古代至新生代）和冰川沉积物覆盖层；③水体（海水、淡水或冰层）覆盖区域。

 上述各类覆盖层给矿产勘查带来了特有的挑战。第一类和第二类覆盖层之下的矿床可采用相同的方法进行勘查，但是第一类覆盖层主要指强烈风化的未固结覆盖层，厚度从数十米至数百米不等（如Anand和Paine，2002；Bata，2016；González-Álvarez等，2016）；第二类覆盖层包括厚达千米以上的沉积层序（Scott和Aitken，1993；例如沉积岩容矿型Sullivan铅锌矿床和中元古界Belt-Purcell超群；Lydon，2000）和含中等程度化学风化印痕的冰川沉积层。第三类覆盖层是水体，而对完全不同于陆地矿产勘查的海底矿产勘查，虽然可以采用机器人进入海底矿产资源的勘查和开采，但是该技术的发展必须解决一些新的和重要的环境问题。就矿产勘查而言，第一和第二类覆盖层与第三覆盖层之下矿床的勘探需要采用非常不同的技术和方法。

（中国地质调查局地学文献中心，国际矿业研究中心矿业科技组编译，张炜审校，陈秀法审核，