专家走进造岩矿物学课堂

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2021-04-26

程哲整理

专家信息：

王瑞 教授

中国地质大学（北京）

研究方向：

碰撞带岩浆作用和斑岩成矿作用、找矿勘查

教育背景：

2008年北京大学地质学学士学位；

2010年北京大学矿床地球化学硕士学位

2014年加拿大阿尔伯塔大学地质学博士学位；

研究项目：

冈底斯带碰撞型斑岩矿床成因和短波红外光谱找矿指针矿物

孙老师：

大家好，我们现在开始上课。在上一节课专家走课堂的系列里，我们邀请到了一位地球物理的专家。他讲到深地项目一个非常重要的任务就是深部找矿。

那我们今天特别荣幸的有请到了中国地质大学（北京）的王瑞教授。他是“雪域高原的逐矿人”。我要特别介绍一下我们的青年才俊——王瑞教授。他本科跟硕士都毕业于北京大学。博士毕业于加拿大阿尔伯塔大学。他的简历是非常的漂亮，是我们所有青年学者学习的榜样。

那我们今天就有请王瑞教授来分享深地项目找矿到底有哪些进展。

王老师，您好！

王老师：

您好，孙老师！

孙老师：

王老师，我之前把您的简历放在了网站上，然后有一个网友表示您做的项目所有的字他都认识，连在一起就不知道是什么意思，您能先帮我们科普一下吗？

王老师：

好的，好的。我觉得这个问题挺好的。说到研究方向的意义呢，我觉得我们可能要从威尔逊旋回来说起。所以，对于一些不是本专业的同学或是老师们可能是比较生僻的。所以我给大家简介一下。大家可能听说过威尔逊旋回，就是沧海桑田的变化有一个威尔逊旋回。那么这个旋回呢，就包括裂谷的产生和打开。大洋俯冲，这时候就是洋—陆俯冲。然后呢，是大洋的消亡。最终就是陆—陆的碰撞。那么我们说的大陆碰撞带或者是碰撞型斑岩成矿作用。这个“碰撞”呢就指的是陆—陆碰撞带。那么我们所熟知的就是青藏高原，也就是印度——欧亚板块的碰撞所形成的青藏高原—喜马拉雅碰撞带。那么这个斑岩矿床呢，我相信对很多非专业的也比较生疏。那么它特指一类跟中酸性的、浅成的侵入岩相关的一类成矿作用。它是具有斑状结构的。它不是喷出岩，它是侵入岩。然后因为是跟这种斑状结构的侵入岩密切共生的矿床，我们叫做斑岩矿床。那么传统的斑岩矿床主要是产在俯冲带，比如说智利啊、秘鲁啊。近20年，一些深地项目的开展，在青藏高原发现了一些碰撞带内产的斑岩成矿作用，这是一种很独特的成矿类型。所以，有的网友表示很陌生，我也可以理解。因为确实是一个比较时新的概念。

孙老师：

好的，好的王老师。那您刚才一直强调的是青藏高原，但是其实我们深地项目的目标是在深部空间去找矿。那这个深部跟青藏高原的高是不是会相互矛盾呢？

王老师：

我觉得这个问题也非常的有趣。青藏高原确实是海拔比较高的，有些矿床的海拔甚至是在5000m以上，所以大家去青藏高原开展工作的话，身体首先就会非常的不适。这个是指海拔比较高。那我们所谓的深地、深海、深空，特别是指深地呢，是指你所研究的对象距离地表的深度是比较深的。其实我们知道许多矿床、矿产我们都是可以看得见的，比如说有一些高岭土矿啊，或者一些铜矿、金矿啊，我们都可以明显的看到一些矿体。那么这是一些裸露在地表的，其实已经被发现差不多的一些矿床了。那么我们所谓的深地呢，是指的那些距离地表比较远，没有裸露在地表的矿床。那么这类矿床的研究呢，对我们来说吸引力很大，因为还有很多矿床没有被发现。然后浅表的矿床已经发现的差不多了，所以这些矿床将会成为我们研究的重点。

另外一个，深地的内涵呢，其实就是要研究深部的一些构造、岩浆作用对矿床的影响。那么所谓的一些岩浆作用啊，构造过程啊，可能都是在距离地表的2km以下，5km以下，甚至有一些我们没法打钻钻到，但是它通过一些岩石的捕虏体的形式，被一些火山岩所带上来，那么他可以反映一些深部的过程，比如壳幔相互作用，陆—陆的俯冲，那么我们所谓的这些深部过程，这也是深地的一个重要内涵。所以一个是距离地表比较深，另外一些就是深部的过程，岩浆构造过程。

孙老师：

好的，那看我们的同学今天有什么问题向王老师请教。

王老师：

好的，欢迎大家提问。

同学：

王老师，您好，我们在岩石里面也经常会看到一些辉钼矿啊，或者是黄铜矿啊，那我们怎么能知道我们看到的岩石能不能形成一种工业矿床呢？

王老师：

这个问题挺好的。说到工业矿床，肯定要说一下工业矿床的定义。我在网上找到了一个定义，但是我一会再给大家解释一下什么样的矿化规模可以达到工业矿床的级别。根据网上的释义，就是根据矿山的地理、地质和经济条件，在现在技术和经济条件下，有开采价值的矿床叫做工业矿床。那么这个代表什么呢，也就是说这个矿床能不能叫做工业矿床，和当时的经济环境，这个矿床开采的成本、提炼的成本、运输成本都是有密切相关的。那传统上来说，一个铜矿要想达到工业品位呢，它的铜的矿石品位要达到0.5%。也就是100公斤的矿石里面应该有0.5公斤的铜。这个品位代表着如果有这个矿床的品位，那么我们在开采过程中，应该是可以赚上钱的。所以我们叫做有经济价值的。但是这非常取决于矿石的价格，比如说近年来，金价从原来的1g一两百块钱现在已经变成了600块钱。所以原来界定为2克/吨，也就是说一吨矿石里面有2g黄金的品位呢，就可以作为工业矿床。那么现在金价这么高，那么1克/吨的有矿化规模的这种矿床也可以叫做工业矿床。所以它取决于金价以及很复杂的各种社会因素所决定的。但是普遍来说，只要你能赚钱的，有一定开采规模的矿都叫做工业矿床。

孙老师：

好的，王老师您刚才提到了一个词叫做品位。因为我们学生现在是大一的，还没有学过这个词，你能稍微解释一下吗？因为您刚才说的是矿石中某一种元素的含量，这个矿石指的是岩石吗，还是矿物？

王老师：

好的，大家都是大一的孩子，怪不得看起来这么朝气蓬勃。这里面也说到了矿石，矿石其实也是岩石的一种。那么矿石呢，就是我们认为比较有用的岩石。当然，什么是有用就跟我刚刚举的例子一样，就比如刚刚我说的金价啊，还有我们现在国家更需要什么元素，更需要什么金属。就是那种有用的岩石，我们叫做矿石。品位就是我们所需要的有用的，我们所需要的那种元素，所占的这个整个矿石量的一个含量，应该是一个重量的百分比。当然，它是根据我们的一个平常的对于单位的熟悉程度那可以选择克/吨、也可以选择百分含量，我们甚至可以用ppm或者是ppb这种量级来表示。那我当时的百分含量就是10^-2，那如果说的是克/吨或者是ppm(10^-6)这些。也就是说我们有用的元素在矿石中它所占的百分比就是品位。

孙老师：

好的，那王老师，还有一个网友的提问是他认为说在寻找矿床的时候是不是有一些特殊的构造，特殊的指示性的矿物能够帮助我们去寻找矿床呢？比如您研究的斑岩型铜矿，它是不是有一些什么特殊的矿物说您看到了之后它就应该叫这种矿床。或者有什么特殊的构造或其他的东西？

王老师：

是的，因为我一个重要研究方向就是叫指针矿物。其实这个指针矿物是从国外的词汇音译过来的。它的全英文叫“mineral indicator”。mineral indicator就是说如果你看到了这个mineral，mineral是矿物，我们看到了这个矿物呢，我们就可能推测这个底下有没有矿，或者我们可能进一步缩小找矿的靶区的范围。那么我们知道找矿其实有多难啊，相当于你在草垛里面插了一根针，你来找到这根针。因为就是这个矿体，比如说金矿的矿体可能是非常小的，它可能才几十厘米或者是几厘米，那么我们相当于一个这么大的一座山来说，那它其实是微乎其微，所以想找到这个矿其实是挺难的。我们有时候不是看到了黄铜矿，看到了金，我们才能找到这个矿，当然你能看到黄铜矿，看到金，你就离矿体非常近了。那我们怎么样才可以在草垛中找到这根针呢，那我们不是一定要看到针才能发现在这个针，而是如果这根针，它在草垛里它会带来周围的一些变化。也就是说如果我们拿一个很强的磁铁，在旁边一吸，就可以把针吸出来，对吧。那如果我们这里是有一个矿床，一个矿化的话呢，这个矿化形成过程中呢，它会引发一系列的矿物的一些水岩反应形成一系列新的矿物，有些矿物的组合。那么以我研究的斑岩型矿床为例，如果它确实是斑岩矿床，它有矿化，它同时还应该有很强烈的蚀变分带。这种蚀变分带就比如说它会像我们吃过的甜甜圈，同心圆状的。它最中间的是一个铜矿体，那它有一个钾化带。在外围呢，可能有一个绢岩化带，就是有绢云母啊，石英啊，非常密集的蚀变分带。再往外呢，它可能有一个发绿的那种叫做青磐岩化带。这个青磐岩化带的规模可以达到1-3km，甚至是到5km，那么可以设想一下，如果我们在一个大山里面去找那根“针”是不好找的。但是我们在大山里面找一个山头，找一个非常独特的造型的山头是可以找到的。那么我说的这个“mineral indicator”其实就是说我们为了找到矿，然后这种跟矿化有关的矿物，它的蚀变规模会非常的大，我们通过这些矿物的共生组合以及矿物成分的一个独特的成分，然后可以给我们指引一个找矿方向。比如说我们是继续往东走还是往西走。这就叫做缩小成矿靶区。进而呢，可能我们离矿体非常近的时候，我们才可以布钻，因为打钻毕竟是一个成本很昂贵的工作，一个钻，小的就是几万，甚至是上百万的一个数目。这就是我刚才提到的找矿指示矿物，起到了一个关键的作用。

刚才孙老师也提到了有利的成矿构造，因为我的研究涉及的不太多，但是我可以大概提一下。就像我们知道形成油气，在座的很多同学都是做油气，可能是油气相关专业研究的，那我们知道油气会提到盖层啊，圈闭啊。那我们矿床呢，就是金属矿床也涉及到一个源运储的问题。那么，特别是一些岩浆热液矿床，就是富集铜和金的这些热液流体呢，经常是在一些构造比较发育的地方，或者是一些次级断裂处，然后减压或者是有一些耦合的圈闭的时候，会导致这个流体降温或者是流体遇到了氧化障，还原障，pH值的变化，会导致铜和金的溶解度改变，进而就会沉淀出一些有用的矿物质，包括黄铜矿、黄铁矿相关的一些矿物，还有一些金啊、辉钼矿这些。那么寻找这些次级断裂，一些圈闭构造，也可以有效的减少我们找矿的成本，缩小靶区。这样就让我们，比如说在草垛里找针，变成了我们去找某一个区域，这么一个简单的问题。这就是我举例这个矿物和构造对于找矿的指示意义。

孙老师：

好的，谢谢王老师今天的分享。希望王老师在今后的道路上可以走的更高更深。

王老师：

好，谢谢，感谢大家。再见！