洞穿地球！地質(zhì)學(xué)家如何用“慧眼”找礦？

2024 年 6 月 21 日，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源實(shí)物地質(zhì)資料中心高級(jí)工程師高建偉在科普中國(guó)星空講壇“科學(xué)報(bào)國(guó)正當(dāng)時(shí)”主題場(chǎng)帶來(lái)演講《學(xué)習(xí)地質(zhì)，是不是就是與深山為伴？》。

以下是高建偉的演講節(jié)選：

地質(zhì)學(xué)主要有兩大任務(wù)，第一是滿足人類的生存發(fā)展，第二方面就是探索人類的未知。

先說(shuō)滿足人類發(fā)展方面，有這么幾件事需要做——
第一件也是最重要的一件，就是指導(dǎo)人們尋找礦產(chǎn)資源。

第二件是指導(dǎo)城市建設(shè)。因?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)之前，我們需要開(kāi)展城市地質(zhì)調(diào)查，包括地基的穩(wěn)定性、水文地質(zhì)、地下空間等等。

第三個(gè)方面就是抵御自然災(zāi)害。因?yàn)槲覀內(nèi)祟悤?huì)面臨很多自然災(zāi)害，包括地震、火山、滑坡、泥石流等，我們需要調(diào)查這些地質(zhì)災(zāi)害的形成規(guī)律，進(jìn)一步指導(dǎo)大家如何避免或抵御這些自然災(zāi)害。

第四個(gè)方面研究地質(zhì)環(huán)境，可以保護(hù)人類的健康。地質(zhì)環(huán)境又分兩個(gè)方面，一個(gè)是地質(zhì)環(huán)境的污染治理問(wèn)題，第二就是地質(zhì)健康問(wèn)題，有些地方會(huì)產(chǎn)生一些地方病，往往與當(dāng)?shù)氐膸r石或土壤里邊某種元素的多與少有關(guān)系，比如克山病，就是因?yàn)楫?dāng)?shù)赝寥乐形胤浅Ｉ佟?/p>

如何利用成礦規(guī)律找礦？

傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)有幾項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，第一項(xiàng)就是要研究我們地球的物質(zhì)組成，主要就是研究石頭。

從地質(zhì)學(xué)角度，石頭可以分為三大類：礦物、巖石和礦石。

礦物大家可能都見(jiàn)過(guò)。比如常見(jiàn)的石英，有顏色的話還能變成墨晶、紫水晶甚至更漂亮一點(diǎn)變成寶石；巖石主要是花崗巖、灰?guī)r、白云巖、礫巖、砂巖等，其中，有一種特殊的巖石叫礦山，就是一些有用的元素富集到一定程度就變成礦石，礦石進(jìn)一步富集就變成了礦床，礦床經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，人們就能利用這些有用的元素。

在地質(zhì)學(xué)幾個(gè)分支中，結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)主要研究礦物，巖石學(xué)主要研究巖石，礦床學(xué)和礦產(chǎn)勘查學(xué)主要研究礦床。同時(shí)，這些學(xué)科并非彼此割裂，而是彼此之間有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。

舉個(gè)例子，這張照片是膠東北部海域金礦現(xiàn)場(chǎng)打鉆的照片，看起來(lái)很壯觀。這是一座蝕變巖型的金礦。

在地球深部，有很多含金的流體，在向淺部運(yùn)移的過(guò)程中，伴隨著溫度降低，這些含金流體會(huì)逐步形成一些黃鐵礦，也就是載金礦物，金就藏在這些黃鐵礦里。如果黃鐵礦足夠富集，就變成了一座金礦。

通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：這些黃鐵礦中，除了主要的鐵元素和硫元素，還有大量的微量元素。隨著溫度降低，礦床的頭部和淺部會(huì)含有低溫的砷、銻這些微量元素，而當(dāng)?shù)V體的尾部高溫時(shí)，會(huì)充分發(fā)育鈷、鎳等高溫的微量元素。

于是，我們就利用這個(gè)成礦規(guī)律，對(duì)三山島北部海域金礦進(jìn)行了一個(gè)全面調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一千多米地下的這些礦體中采集的黃鐵礦樣品中，其中百分之七八十的微量元素是低溫的微量元素，這樣我們就有很充足的理由相信，在一千多米之下應(yīng)該還有很大的找礦空間，也給了當(dāng)?shù)氐V山企業(yè)很大的信心——這就是我們地質(zhì)工作者要做的一個(gè)工作，就是指導(dǎo)找礦，也是一個(gè)非常有意義的工作。

如何利用地球物理學(xué)找礦？

傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)的第二項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，就是研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。

為了搞清楚地球的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了一門學(xué)科叫地球物理學(xué)，之后，為了搞清楚石頭發(fā)育有哪些構(gòu)造，產(chǎn)生了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。

簡(jiǎn)單說(shuō)，地球物理學(xué)就是用地球物理的方法來(lái)探索地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，包括各種異常。它的主要方式包括重力、磁法、電法、地震等。

舉個(gè)例子，地質(zhì)學(xué)家可以利用地震來(lái)研究地球的結(jié)構(gòu)，通過(guò)接收地球上一些大的地震的地震波速度，地質(zhì)學(xué)家將地球分為三個(gè)圈層：地殼、地幔和地核。

之后，地質(zhì)學(xué)家又提出來(lái)，地球內(nèi)部并不是都是剛性的，不都是石頭，而是在上地幔有一層軟流圈，有點(diǎn)類似我們吃的疙瘩湯，是一種能流動(dòng)、但是里邊不全是液態(tài)的軟流層。

同時(shí)，地球物理學(xué)還能用來(lái)找礦。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如地下幾百米有一個(gè)鐵礦，它的有用礦物可能是磁鐵礦。因?yàn)榇盆F礦具有強(qiáng)磁性，所以，地球物理學(xué)家就可以利用磁力儀來(lái)探測(cè)到地下深部的磁異常，然后，通過(guò)發(fā)現(xiàn)這個(gè)異常，就可以推斷地下可能存在一個(gè)大型的鐵礦。

如何利用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)找礦？

地球上有各種構(gòu)造變形，比如斷層、褶皺、解理等，它們的組合形式是什么樣的？它們的形成條件是什么樣的？這都是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)要查明的問(wèn)題。

而且，對(duì)找礦來(lái)說(shuō)，研究地球構(gòu)造也非常有意義。為什么呢，因?yàn)橛泻芏啻笮?、超大型的礦床都是由構(gòu)造控制的。再舉一個(gè)我們?cè)谀z東地區(qū)開(kāi)展金礦考察的例子。

這張圖片是山東招遠(yuǎn)玲瓏金礦，是歷史非常悠久的金礦。這里有大量的花崗巖，花崗巖里邊發(fā)育了大量的裂隙、斷層，在裂隙里邊沖陷了很多含金的石英脈，石英脈里面發(fā)育黃鐵礦，黃鐵礦里面含有大量的金。

通過(guò)對(duì)構(gòu)造的研究，我們又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很有趣的現(xiàn)象：在形成礦體之前，這些裂隙是受到一個(gè)擠壓應(yīng)力的作用，因?yàn)闃?gòu)造必須受到力的作用。當(dāng)它開(kāi)始受到擠壓應(yīng)力的作用時(shí)，斷層形成了，而且它是緊閉的，所以說(shuō)它那個(gè)時(shí)候沒(méi)有成礦；在成礦時(shí)期，它受到一個(gè)伸展力的作用，斷層張開(kāi)了，在地下形成了裂隙，之后，在深部含有金的熱流體運(yùn)移到這些裂隙中。突然進(jìn)入到裂隙之中，這些熱流體會(huì)減壓，減壓就會(huì)沸騰，沸騰之后就會(huì)富集下來(lái)形成礦體。

所以說(shuō)，好好研究構(gòu)造，也可以讓我們對(duì)礦床了解得更加深入和透徹。

策劃制作

作者丨高建偉 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源實(shí)物地質(zhì)資料中心高級(jí)工程師

責(zé)編丨楊楊

審校丨徐來(lái) 林林