3 用于勘探覆盖层及之下地层的各类技术和方法的实例

 本期专刊出版的论文讨论了在不同覆盖层地区寻找深部矿化系统和矿床远矿围岩矿化痕迹面临的挑战，包括含厚的和/或强烈风化覆盖层的地区（Anand等，2019；González-Álvarez等，2019；Austin和Crawford，2019；Austin等，2019；Chudasama等，2019；Lampinen等，2019），以及以沉积层序为主的地区（Li等，2019；Luz等，2019；Kunzmann等，2019；Ribeiro等，2019；Singh等，2019）。Baudet等（2019）的研究既讨论了强烈风化地区和沉积层序地区的勘探挑战。Gonçalves和Mateus（2019）提出的方法可以应用于任何地质条件，以解释地表取样调查获得的地球化学特征。

 3.1 将地球化学特征作为主要勘探指示标志

 Anand等（2019）综合分析了西澳大利亚州Yilgarn克拉通内铁结砾岩金矿床中金和指示元素的分布情况。将最近的和较早的研究结果进行整合，以更好地认识铁结砾岩环境中的分散过程是如何影响金和指示元素的分布的。这项研究建立了铁结砾岩中金的分布与各种物理、生物和化学作用之间的联系，也讨论了腐泥土地层层序及其用运搬物覆盖层导致的侧向多变性如何影响金在铁结砾岩中的分布。该研究主要讨论了铁结砾岩层的形成和特征对金和指示元素的分布的影响。

 González-Álvarez等（2019）讨论了在西澳大利亚州一个强烈风化地区的矿产勘查研究案例。该研究将地貌演化信息、样品自动编录信息和地球化学数据相结合，描述了火山岩容矿型DeGrussa块状硫化物铜金矿床的地表显示。该研究追踪了DeGrussa矿床在围岩中留下的地球化学痕迹，分析了古沉积系统作为一种机械分散机制如何在局部尺度上分散Cu和Zn等目标元素以及Au、Ag、In、Mo和Se等指示元素。该研究指出，在某些地区，地貌发生了演化，成岩成矿过程在局部再次利用了原有的风化物，因此在这些地区进行矿产勘查时，运搬物覆盖层的地球化学特征提供了一种有效指示。

 Baudet等（2019）在矿产勘查过程中利用黑色页岩中微量元素的丰度解决了一个具有挑战性的难题。他们研究了南澳大利亚州Prominent Hill铁氧化物铜金型（IOCG）矿床覆盖层内的地球化学特征沿垂直方向的变化趋势。如果考虑风化作用的影响，则可以建立沉积层内的高品位铜与隐伏的Prominent Hill矿床在空间上的联系。该研究强调了沉积层序覆盖层内地球化学分散作用的重要性。

 Luz等（2019）讨论了在火山-沉积复合岩（VSC）内的Iberian黄铁矿带（IPB）进行的一项研究。该研究利用Pb、Sr和Nd的同位素比值追踪和发现了隐藏在火山-沉积复合岩内的硫化物矿床。该研究指出，可以利用5×[(Fe2O3+MgO+MnO)/Al2O3]、(As+Sb)/Sc和(Cu+Zn+Pb)/Sc等地球化学比值区分Iberian黄铁矿带中的脉石与蚀变/矿化沉积岩层序，以及确定附近的热液喷口位置。该研究表明，沉积岩地层层序的地球化学数据可以作为勘探隐藏在深部的硫化物矿床的指示标志。

 Kunzmann等（2019）讨论了北澳大利亚克拉通元古代McArthur沉积层序内的一个案例研究，该克拉通是一个世界级的铅锌成矿区。作者将岩相分析、层序地层学和碳同位素化学地层学相结合进行了研究。根据作者的解释，沉积层序中的主要Zn-Pb容矿层一般是在深部潮下带条件下或边坡条件下沉积的。他们也指出，大部分矿化赋存在该地层的下部层段，也就是黄铁矿和有机质最丰富的层段。该层段在子流域的沉积中心有可能发育成为黑色页岩。他们的结论是，层序地层学与岩相填图的结合可以作为在沉积盆地圈定矿化岩体的重要手段。

 Ribeiro等（2019）对葡萄牙Lusitanian盆地Estremenho石灰岩地块Valverade地区的异常磁铁矿角砾岩进行了研究。基于这些角砾岩和赋矿岩石的地球化学和矿物学特征，他们解释了成矿过程，得到的结论是，在沉积盆地铁氧化物铜金型（IOCG）矿床中存在Cu含量亏损的地层端元，这与大西洋打开早期的裂谷作用相关。据这项研究预测，在该地区可能存在大量的金属矿床。基于该研究的结果，在Lusitanian盆地应用的矿产勘查指示标志也可以用于世界各地具有类似特征的其他盆地。

 3.2 应用遥感和地球物理方法对覆盖层之下隐伏矿床的勘查

 Chudasama等（2019）讨论了对纳米比亚Erongo地区Central Namib沙漠之下古河道基岩进行的一项研究，圈定了第四纪砂质覆盖层之下的古排水系统，识别了该古排水网络演化的基本地质控制因素，这对圈定该地区的钙质砾岩铀矿床的勘探靶区具有非常重要的意义。同时，作者还建立了一个钙质砾岩铀矿成矿系统的通用概念模型，以用于开展远景分析及在研究区内圈定钙质砾岩铀矿成矿系统潜在勘探靶区。该研究以西澳大利亚州和纳米比亚的世界级钙质砾岩铀矿成矿区为例，提出了一个可用于系统评估全球其他地区内未发现地表铀矿床的详细方案。

 Austin和Crawford（2019）利用从澳大利亚北领地Huckitta地区出露的三组镁铁质侵入岩样品研究了岩石残余磁化强度。作者指出，在某些国家可以免费获得航磁测量数据，可用于对某些类型矿化带的勘探靶区的第一轮筛选，如具有磁性的镍-铜-铂族元素。他们认为，残余磁化强度填图可以用于圈定覆盖层之下的类似侵入体，选择用于详细分析的靶区，并提供有关靶区体积及其地表以下深度的信息。在评估潜在矿产资源经济价值时，这些参数可以用作约束条件。

 Austin等（2019）利用Austin和Crawford（2019）提出的工作流程，基于澳大利亚中部Huckitta地区的实例，评估了岩石的残余磁化强度，并将其用作位置偏远且位于覆盖层之下的镍-铜-铂族元素矿化勘探的第一轮筛选标准。他们测试了两种遥感测绘磁化强度的自动化方法。这两种方法在建模之前提供了不一致的结果。然而，基于测定的磁化方向，采用定制化的磁异常化极换算是填绘区域尺度上具体镁铁质矿化带的一种更直接、更有效的方法。磁测方法及对残余磁化强度的认识可以用于对镍-铜-铂族元素靶区的第一轮可靠筛选，尤其在位置偏远且位于覆盖层之下的“绿地”环境。

 Li等（2019）讨论了中国月山矿田深部朱冲矽卡岩型铁铜矿床的发现，重点介绍了该地区深部矽卡岩型矿化的远景。作者提出了一体化三维地质建模方法，并将其应用于研究区铁铜矽卡岩的建模。他们利用三维空间分析将理论或经验认识转换成三维预测图。作者强调了建立工作流程的重要性，通过该工作流程，可以从计算机模拟和地球物理反演中获得更有用的信息，从而建立三维远景模型。

 Singh等（2019）讨论了利用音频大地电磁数据进行三维反演的案例研究，该方法可以作为圈定深部矿化靶区的手段。他们应用最新的三维反演方法对音频大地电磁数据进行反演，并与地质和岩石物理学数据相结合绘制了一幅区域地质图，从而在印度Dhanjori古元古代绿岩带发现了金-硫化物矿化。他们将反转剖面、地质特征和岩石物理特性相结合，减少了地球物理模型的多解性。作者使用这种方法成功地建立了高分辨率的地质单元图像，推断了含硫化物镁铁质/超镁铁质火山岩内氧化矿和硫化矿的比例。

 某些矿床的形成与热液蚀变相关，然而，后期的地质作用，包括风化作用导致热液蚀变特征被广泛掩盖，从而使这些特征信息变得微弱。因此，识别热液蚀变特征（包括地球化学和矿物学特征）的分布范围成为了一项具有挑战性的难题。Lampinen等（2019）讨论了如何解决这一难题。他们应用高光谱数据成功获得了西澳大利亚州Capricorn造山带覆盖层内矿床的蚀变矿物特征。作者从钻获岩心取得数据，将经过确认的结果与地球化学、岩性和构造信息相结合，发现了喷流沉积型Abra矿床的指示矿物。这项研究说明了在覆盖层之下进行矿产勘查时应用遥感方法的重要性。

 3.3 专业知识与数字技术相结合

 Gonçalves和Mateus（2019）重新评估了现有的地球化学数据，并基于评价结果圈定了South Portuguese成矿带中的弱异常区。作者使用多重分形方法和奇异性填图，通过随机模拟圈定了高于高噪声背景数据阈值的弱地球化学异常区。在Iberian黄铁矿带（IPB），大规模地球化学调查所起到的作用可能很有限，因为目标金属的地球化学背景值高，这使得难以探测和确认弱地球化学异常。在应用这种方法重新评估Lberian黄铁矿带的水系沉积物数据集后，作者提出了一些新的用于勘探深部块状硫化物矿床的潜在靶区。这项研究将基本的专业知识与数学方法相结合，为研究结果提供了更客观和更有力的支持，减少了数据解释方面的不确定性。

 4 关键矿产资源未来展望

 在过去30年里，在几乎所有的科学领域，技术的发展取得了惊人的进步，在生物学和数字技术领域尤其如此（如Kurzweil，2005；Schmidt和Cohen，2013；Greenfield，2017）。随着太空技术的成本降低，前往其他行星或小行星进行矿产勘查可能将成为未来矿产资源的新来源（Kaksonen等，2020）。与此同时，基于新型传感器、卫星和数据集的遥感技术也得到了迅速的发展和应用（如Porwal和González-Álvarez，2019）。

 微生物领域的新发现表明，微生物活动可促进金的生物化学循环，在微生物与贵金属的迁移之间存在联系（Bohu等，2019）。研究人员正在应用生物技术研究细菌如何分解塑料等复杂聚合物，也在通过改变其基因培育新型微生物（如Oda，2016；Yoshida等，2016；Kriegman等，2020）。随着生物冶金学的发展，在将来有可能建立“金属农场”，利用专门的微生物从工业垃圾中回收某些贵金属或关键元素（如Kaksonen等，2020）。

 在将来，矿产勘查和生物冶金学可能不仅仅用于处理工业垃圾或开采金属高度富集的矿床，也可能直接用于从地壳的地球化学环境提取和富集金属矿物。上陆壳中某些化学元素的丰度如下：U为2.7 ppm、Ni为34 ppm、La 31为ppm、Nb为11.5 ppm、Th为10.5 ppm和Zr为193 ppm（Rudnick，2003）。利用经过工程设计的微生物探测这些元素，并且在一个集中场地提取和富集这些元素，这在将来可能具有技术可行性。因此，未来的矿产勘查和资源来源与我们现在已知的相比可能看起来会截然不同。然而，在发展和应用这些技术之前，为了让矿产资源满足不断发展的技术型社会的需求，应对覆盖层之下矿床的勘探所面临的挑战仍然是矿业行业核心创新战略之一。

（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，