金川銅鎳硫化物礦集區科學(xué)鉆探選址 預研究

  科學(xué)鉆探是人類(lèi)目前獲得地球內部信息最直接有效的途徑。通過(guò)數千米甚至上萬(wàn)米的大陸科學(xué)鉆探, 能解決一系列重大基礎科學(xué)問(wèn)題, 包括揭示大陸地殼的物質(zhì)組成與結構構造, 校正地球物理方法對地球深部的遙測結果, 探索地球深部流體系統、地熱結構, 監測地震活動(dòng), 揭示地震發(fā)生規律, 研究全球氣候變化及環(huán)境變遷, 探索地下微生物的分布及發(fā)育條件, 預防環(huán)境及地下水污染, 有效處理核廢料, 長(cháng)期觀(guān)察地球變化等等。因此, 大陸科學(xué)鉆探工程被形象地譽(yù)為“伸入地球內部的望遠鏡”, 是“入地”之門(mén)的鑰匙。

 

  國際大陸科學(xué)鉆探實(shí)施40多年來(lái), 已在全球形成宏偉的整合計劃, 正在實(shí)施的國際大陸科學(xué)鉆探項目有20余項, 主要研究領(lǐng)域包括板塊構造、火山與地震活動(dòng)、全球環(huán)境與氣候變化、隕石撞擊與災變事件、地熱與流體系統和大陸與地幔動(dòng)力學(xué)等, 并與國際大洋科學(xué)鉆探聯(lián)手, 表明一個(gè)探測地球的新時(shí)代的來(lái)臨(蘇德辰等, 2010; 張金昌等, 2010)。

 

  中國作為一個(gè)地質(zhì)大國, 以及國際大陸科學(xué)鉆探委員會(huì )發(fā)起國之一, 應從全球的視野, 瞄準國際地學(xué)前沿和高端關(guān)鍵技術(shù)。根據國際大陸科學(xué)鉆探計劃的研究主題、中國大陸地質(zhì)關(guān)鍵問(wèn)題, 特別是結合當前中國經(jīng)濟發(fā)展與社會(huì )需求, 提出了中國大陸科學(xué)鉆探工程10年長(cháng)期規劃的研究主題: 復合沉積盆地和油氣資源、礦床成因、大型活動(dòng)斷裂與火山地震災害、匯聚板塊邊界與超高壓變質(zhì)帶、地史時(shí)期的生物滅絕與環(huán)境變化, 以及湖泊、冰川與氣候等。提出要從國家加強地質(zhì)工作的大局出發(fā), 謀劃中國大陸科學(xué)鉆探工作, 推進(jìn)中國地質(zhì)科學(xué)和大陸科學(xué)鉆探事業(yè)的發(fā)展, 促進(jìn)我國地球科學(xué)研究與資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護、災害預報與預防的緊密結合, 促進(jìn)國家中長(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要中提出的地球深部鉆探計劃的實(shí)現, 提高我國的可持續發(fā)展能力?？茖W(xué)超深孔鉆探技術(shù)是為了配合地球科學(xué)研究而產(chǎn)生并發(fā)展的(董樹(shù)文等, 2011), 為地學(xué)研究提供地下實(shí)物資料和測試通道, 是進(jìn)行地球科學(xué)研究的重要手段, 因而對地球科學(xué)研究目標能否實(shí)現將起到?jīng)Q定性作用。  本項目根據中國大陸地質(zhì)關(guān)鍵問(wèn)題, 特別是結合當前中國經(jīng)濟發(fā)展與社會(huì )需求, 提出圍繞中國大陸動(dòng)力學(xué)基礎地質(zhì)的重大關(guān)鍵問(wèn)題——板塊會(huì )聚邊界的深部動(dòng)力學(xué)、重要的礦產(chǎn)資源集聚區的成礦背景、成礦條件和深部找礦前景、盆山結合帶對油氣資源制約以及火山–地熱資源等方面開(kāi)展地質(zhì)、地球物理研究、大比例尺地質(zhì)調查填圖和科學(xué)鉆探選址預研究。在此基礎上, 運用不同技術(shù)方案在條件成熟的選區實(shí)施7口先導孔的科學(xué)鉆探實(shí)驗, 為大陸科學(xué)超深鉆探的選址提供依據。與此同時(shí), 開(kāi)展超深孔鉆探技術(shù)方案預研究, 為實(shí)施大陸科學(xué)超深鉆探提供鉆探技術(shù)準備。

 

  科學(xué)意義

 

  鎂鐵–超鎂鐵質(zhì)巖漿巖中的Ni-Cu-PGE資源在世界上占有重要地位, 其中鎳金屬儲量的34%, 開(kāi)采量的60%來(lái)自巖漿硫化物礦床; 世界鉑族金屬資源90%以上來(lái)自鎂鐵–超鎂鐵質(zhì)巖中的硫化銅鎳型和鉻鐵礦型礦床。我國鎳礦儲量的86%, 鉑族元素儲量的95%, 銅礦儲量的11.9%來(lái)自與鎂鐵–超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的巖漿硫化物礦床。另一方面, 鎂鐵–超鎂鐵質(zhì)巖石是人們認識深部地質(zhì)作用、地幔物質(zhì)組成、殼幔巖漿作用、大陸動(dòng)力學(xué)等方面的重要工具。因此, 對鎂鐵–超鎂鐵質(zhì)雜巖體的研究一直是地學(xué)界的熱點(diǎn), 這一研究不僅會(huì )給社會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益, 而且為研究殼幔相互作用、地球深部動(dòng)力學(xué)等提供了窗口。

 

  甘肅金川礦集區是目前我國最大的鎳、銅、鈷、鉑族金屬基地, 也是世界巨型礦集區之一, 累計探明鎳550萬(wàn)噸, 銅343萬(wàn)噸, 鈷16萬(wàn)噸, 鉑族金屬200噸。金川的鎳占全國的62%, 銅占全國儲量的13%, 鈷占全國的28%, 鉑族金屬占全國的57%。其產(chǎn)量鎳占全國的88%, 鈷占全國的33%, 鉑族占全國的90%以上。全球約4000萬(wàn)噸硫化鎳金屬儲量, 其實(shí)就集中在全世界不足10個(gè)礦床(田)之中, 金川礦床Ni金屬總儲量排名世界第三, 但單個(gè)巖體或礦床的金屬儲量位居世界第一。

 

  金川超大型銅鎳(鉑族)硫化物礦床的一個(gè)重要特征是容礦巖體很小, 面積僅1.34 km2。小巖體型(或通道型)巖漿硫化鎳礦床已普遍受到世界關(guān)注(Lightfoot et al., 1997; Wolfgan et al., 2001; Li, 2004), 并取得一定找礦突破(如Noril’sk, Voisey’s Bay等礦床)。尋找金川型巖漿Cu-Ni-PGE礦床已成為全球找鎳公司的夢(mèng)想。

 

  金川銅鎳硫化物礦集區是我國銅、鎳、鈷、鉑族元素等多金屬礦產(chǎn)資源的重要礦產(chǎn)地, 也是我國最具潛力的進(jìn)一步尋找超大型有色、稀有和貴金屬礦產(chǎn)的重要基地, 更是解決我國礦產(chǎn)資源瓶頸的首選靶區。在今后相當長(cháng)的時(shí)期內, 金川資源能否可持續開(kāi)發(fā)利用, 在很大程度上決定了我國的鎳、銅、 鈷、鉑族資源的可持續開(kāi)發(fā)利用前景。因此, 開(kāi)展金川銅鎳硫化物礦集區科學(xué)鉆探選址, 在該區進(jìn)行大陸科學(xué)深鉆井研究, 是解決金川礦床的成礦背景、成礦條件、深部成礦過(guò)程等科學(xué)問(wèn)題的重要手段, 對于我國的鎳、銅、鉑族金屬資源的可持續開(kāi)發(fā)利用有重大意義。在我國最大的鎳、銅、鈷、鉑族金屬基地——金川礦集區開(kāi)展大陸科學(xué)深井鉆探研究工作, 不僅可以解決華北板塊西南邊緣地殼結構、物質(zhì)組成、幔源巖漿演化與成礦過(guò)程等基礎地球科學(xué)問(wèn)題, 而且也能為該礦集區深部資源潛力進(jìn)行初步評價(jià)和驗證, 為解決銅、鎳、鉑族硫化物巖漿礦床的深部成礦過(guò)程、成礦構造背景、成礦條件等成礦基本問(wèn)題起著(zhù)至關(guān)重要的作用, 對豐富成礦理論具有重大意義。

 

  地質(zhì)背景

 

  金川銅鎳硫化物礦集區位于華北板塊西南緣的龍首山地區。該區從北而南各構造單元為: 龍首山陸緣帶、河西走廊邊緣海盆、北祁連縫合帶、中祁 連離散型島弧地體、南祁連弧后盆地、柴達木陸塊。

 

  金川鎳礦床的圍巖為白家嘴子組深變質(zhì)巖(AnZ), 這套變質(zhì)巖系的變質(zhì)程度多在角閃巖相或更深, 主要巖石類(lèi)型有花崗片麻巖、片巖、混合巖、混合花崗巖、變粒巖、蛇紋石或條帶狀大理巖和斜長(cháng)角閃巖等, 屬于華北地臺西南緣阿拉善地塊基底的一部分。一些地質(zhì)學(xué)家認為白家嘴子組的部分地層的年代很可能是太古代, 其地表露頭與新地層呈斷層接觸。  金川鎳礦床的礦石量大約為5億2千萬(wàn)噸, 平均品位: 鎳1.05％, 銅0.68％, 是與基性–超基性侵人體有關(guān)的巖漿硫化物礦床。容礦巖體總體走向NWW-SEE, 長(cháng)約6.5 km, 東、西兩端(III、Ⅳ礦區)被第四系覆蓋, 在地表出露長(cháng)度約為4.5 km, 寬20~550 m, 不整合侵位于白家嘴子組變質(zhì)巖中, 傾向SW, 延深數百米至大于1100 m。礦體(Ni>0.5％)占整個(gè)巖體體積約43％。金川巖體的平均化學(xué)成分非常接近于二輝橄欖巖的成分, 主要巖石類(lèi)型有二輝橄欖巖、斜長(cháng)二輝橄欖巖、純橄巖、橄欖二輝巖等。巖體經(jīng)受了不同程度的蛇紋石化、綠泥石化、透閃石化、滑石–碳酸鹽化, 僅有30%~40％的二輝橄欖巖和純橄巖未發(fā)生蝕變, 但巖體的火成巖結構仍普遍保留。巖體與大理巖、花崗片麻巖、混合巖及斜長(cháng)角閃巖等深變質(zhì)巖直接接觸。主要礦石礦物有磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦、馬基諾礦和方黃銅礦, 少量白鐵礦、黃鐵礦、紫硫鎳礦、針鎳礦、墨銅礦和自然鉑等。主要礦石類(lèi)型有: 塊狀礦石, 特 富礦, Ni品位>7％; 稠密浸染狀(海綿隕鐵狀)礦石, 富礦, Ni品位1％~3％; 稀疏浸染狀礦石, 貧礦, Ni 品位≥0.05％。最好的礦體賦存于地表400 m以下。金川容礦巖體大致以10°交角不整合侵位于前長(cháng)城系白家嘴子組中, 巖體直接與大理巖、條帶–均質(zhì)混合巖和片麻巖接觸?，F存巖體長(cháng)約6500 m, 寬20~527 m, 延伸數百米至1000余米, 最大延深超過(guò)1100 m。巖體東、西兩端被第四系覆蓋, 中部出露地表, 上部已遭剝蝕, 揭去覆蓋, 巖體基巖的面積約1.34 km2。巖體走向為北西50°, 傾向南西, 傾角50~80°。巖體受北東東向壓扭性斷層錯斷, 由西向東分為4段, 依次編號為Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ礦區。

 

  科學(xué)目標和研究?jì)热?/div>