創新找礦理論 實現找礦突破——陳毓川院士主要研究成果
陳毓川院士是我國著名的礦床地質專家，他系統、深入研究廣西大廠超大型錫多金屬礦床、礦帶地質，為指導找礦及總結成礦規律作出了貢獻；深入研究寧蕪、廬樅、南嶺及全國區域成礦規律及找礦方向，提出寧蕪玢巖鐵礦成礦模式，在國內開拓區域礦床成礦模式研究領域，系統總結華南花崗巖有色、稀有礦床及陸相火山鐵礦成礦規律，促進了全國火山巖區及花崗巖區的地質找礦工作；與程裕淇等研究提出礦床成礦系列概念，發展區域成礦理論，廣泛應用于指導找礦。“六五”以來至1998年負責地礦部門固體礦產勘查工作，“七五”期間負責全國金礦找礦工作，“八五”期間組織地礦系統第二輪區域成礦規劃工作；1999-2004年負責國土資源大調查項目“中國成礦體系與區域成礦評價”，系統研究總結全國區域成礦規律。陳毓川院士為我國的地質事業做出了杰出貢獻。
1 區域礦床成礦模式
1.1 寧蕪玢巖鐵礦找礦研究
南京至蕪湖（簡稱寧蕪）地區是我國火山巖區域中地質工作程度較高的地區，建國以后，老的礦山基地的鐵礦儲量不斷擴大，并發現了一批新的鐵礦床。為了更好地總結、研究寧蕪火山巖地區的地質規律、找礦標志，探索火山巖地區的地質工作方法及綜合找礦方法，解剖“麻雀”以促進該區的普查、勘查工作，并希望對全國廣大火山巖地區的地質調查、礦產普查及勘探工作有所借鑒，陳毓川與李文達先生共同承擔了《寧蕪火山巖地區鐵（銅）礦床成礦規律、找礦標志及找礦方法》的研究任務。研究項目在中國地質科學研究院地質礦產研究所、華東地質科學研究所以及江蘇省、安徽省地質局及冶金地質勘探公司所屬地質隊、實驗室，北京地質學院、南京大學、合肥工業大學、中國科學院地質研究所等十七個單位共同進行。
在研究過程中，項目組緊密結合了該地區的區域地質調查、普查及勘探工作，在四年（1972～1976年）的時間內完成了45項專題研究任務，取得了諸多成果。
1.2 礦床地質特征及其成因
（1）鐵礦床所處的地質構造位置屬我國東南沿海中、新生代火山巖帶的西緣，古老地塊邊部坳陷帶中的繼承性中生代陸相火山巖斷陷盆地，盆地內發育三組交叉的網格狀斷裂，控制巖漿–礦化活動。
（2）盆地內發育一套成因上彼此聯系的中生代火山–侵入雜巖，由輝長巖、輝長閃長（玢）巖、玄武安山巖、閃長巖、角閃安山巖、石英閃長巖、英安巖、粗安巖、粗面巖、響巖、花崗巖、石英二長巖等組成。
（3）鐵礦化是和一套中生代偏鹼性玄武安山巖漿的火山–侵入活動有成因聯系的，是巖漿演化到一定階段的產物。
（4）該類輝長閃長巖的次火山巖體大都呈巖鐘、巖瘤、巖舌等的小巖體產出，是深部較大巖體或巖帶的突出部分，每一大巖體或巖帶聯通其周圍的火山巖為一個火山–侵入活動中心地帶，巖體與火山巖同屬于一套火山–侵入雜巖。小巖體形成深度大部分在1.5公里以內。
（5）每一個火山–侵入活動中心地帶，按其突出部分的巖鐘、巖瘤、巖舌等的小巖體配布，出現一組空間上配套的不同形式的鐵礦床。在鐵礦化帶外圍常有黃鐵礦化、銅及多金屬礦化、硬石膏化及明礬石化。
（6）該區內的鐵礦床具有從湖相火山–噴發沉積、巖漿期后高溫氣液交代、礦漿充填、中高溫熱液交代充填、中低溫熱液交代充填等一系列成因特點，他們均在淺成條件下產出。
（7）各種形式礦床中角礫狀礦石的普遍性和若干鐘狀礦體的出現是該區鐵礦床的一個重要構造標志，脈狀礦體多數出現于小巖體的頂部和邊部火山巖中。
（8）礦石主要屬于透輝石–磷灰石–磁鐵礦，磷灰石局部達到可以單獨開采的豐富程度。磁鐵礦以富含鈦、釩為特征。
（9）圍巖蝕變強烈，含礦巖體及接觸帶巖石均遭受強烈蝕變。從蝕變巖相組合上來看，可以分為堿性長石化、類矽卡巖化、類青盤巖化及泥英巖化。在空間上深部為淺色蝕變帶（鉀鈉長石–鈉長石巖化帶），中部為深色蝕變帶（類矽卡巖化、類青盤巖化帶），上部淺色蝕變帶（泥英巖化帶），蝕變帶垂直方向厚度可達到1.5公里。各蝕變帶都有相應的礦化。
（10）除了火山沉積成因的層狀、似層狀鐵礦外，鐵礦化與蝕變是同時的產物，蝕變與礦化的一致性，說明這類鐵礦化是火山–侵入活動過程中巖漿演化的另一形式的繼續，鐵的來源主要是巖漿，部分來自深部堿性卡石蝕變帶中交代析出的蝕質。
1.3 玢巖鐵礦–區域礦床成礦模式提出寧蕪地區的鐵礦床不能用某一個單一成因的礦床概念來概括，是成因上互相聯系的一套礦床，是火山巖分布區與偏鹼性的中基性巖漿的噴發–侵入活動有關的礦床，并將其稱之為“玢巖鐵礦”。1994年提出的寧蕪玢巖鐵成礦理想模式為我國首個區域成礦模式。研究成果取得國家自然科學三等獎。
1.4 找礦標志
寧蕪地區可以作為尋找鐵礦的找礦標志主要有：
（1）含礦噴發旋回的火山巖及次火山巖，即大王山旋回的輝石安山巖及輝長閃長巖是尋找玢巖鐵礦的地質體標志。
（2）斷裂構造的交叉、角礫構造體及短軸背斜是該類鐵礦的重要構造標志。
（3）不同類型鐵礦的空間配套展布規律，是尋找其中任意類型鐵礦的宏觀標志。
（4）玢巖鐵礦具有非常強烈的圍巖蝕變及明顯的蝕變分帶。巖體內靠近接觸帶部位的一套深色蝕變帶，即石榴子石化、透輝石化、鈉柱石化巖帶是近礦蝕變帶，極易識別。
（5）特征性的礦物脈體或團塊是尋找深部及旁側玢巖鐵礦的重要線索。
（6）殘積、坡積物中的鐵礦石，磷灰石的礫石是追索原生鐵礦的良好標志。
（7）以磁鐵礦為主的鐵礦床都有明顯的空中和地面磁異常，以假象赤鐵礦為主的鐵礦床，在礦床上也分布有雜亂的強度不等的低磁異常。磁性巖石，特別是磁性火山巖及次火山巖，是火山巖區主要非鐵礦磁性干擾地質體。
（8）寧蕪地區已知大中型鐵礦，凡是做過重力測量的均有異常反映。重力測量結果，不但可配合磁法找尋鐵礦，而且它還為配合地質方法，研究區域地質構造及磁異常，確定成礦遠景區提供重要依據。
2 提出礦床成礦系列新概念
1979年程格淇為首與陳毓川、趙一鳴一起撰寫了《初論礦床的成礦系列問題》，正式提出了成礦系列的概念。這是在長期地質勘查工作實踐及成礦理論探討基礎上提出的區域成礦規律的新概念。
2.1 成礦系列的概念及研究對象
成礦系列是礦床地質學科中研究區域成礦規律的一種學術思想，用系統論、活動論觀點研究在地質歷史發展各階段、各特定地質構造環境中成礦作用的過程及形成的礦床組合自然體。礦床的成礦系列亦是一種礦床的自然分類。其主要學術思想是：（1）認為礦床是地質環境中的組成部分，成礦作用是形成地質環境的地質作用中的一個組成部分；（2）礦床在自然界并非單個存在，而是以有成因聯系的礦床組合自然體存在；（3）在一定的地質歷史期間或構造運動階段，在一定的地質構造單元及構造部位，與一定的地質成礦作用有關，形成一組具有成因聯系的礦床組合自然體，稱為礦床成礦系列；（4）礦床成礦系列內的礦床在時空域中具有一定的演化規律和分布規律；（5）在同一地區先后形成的礦床成礦系列具有一定的繼承性及演變性，并可出現對早期礦床成礦系列的疊加、改造；（6）在一個地質構造旋回涉及的構造單元內所形成的各類礦床成礦系列具有一定的演化規律、分布規律及內在聯系，組成礦床成礦系列組；（7）不同時代、不同地區具有類似地質構造環境和同類成礦作用，可形成類似的礦床成礦系列，但又各具特色，組成礦床成礦系列類型；（8）礦床的成礦系列可分出五個序次（層次），第一序次分三類，即礦床成礦系列組合、礦床成礦系列類型和礦床成礦系列組，第二序次礦床成礦系列，第三序次礦床成礦亞系列，第四序次礦床式（類型），第五序次礦床。
成礦系列概念的核心認識是認為礦床不是單獨出現，而是成群、成不同類型組出現，亦就是以不同成因、不同礦種，甚至屬于不同地質建造的礦床組成的相互有成因聯系的礦床組合的自然體現。因此，成礦系列所研究的對象是時空域中礦床的自然體及其時空結構、形成地質構造環境、形成過程、演化規律以及礦床自然體之間存在的各種關系。通過對這些客觀規律的研究、探索和掌握，應用于指導區域找礦，提高找礦效率，并在此過程中進一步提高對成礦規律的認識。
2.2 成礦系列研究的理論性與實用性
成礦系列的研究具有重大的理論意義。首先通過研究將對每一個礦床、每一組礦床組合自然體進行時空定位，從而可以提供一個地區甚至整個地球成礦物質時空分布、組成結構及存在的演化規律；其次，通過對成礦物質在各地質年代的組成的研究，將有可能從一個方面探索地球演化過程與規律，如殼幔作用過程及演化，地球各層圈的演變等。
經過三十多年的研究，成礦系列研究可從三方面為找礦工作提供指導：（1）成礦系列概念中的核心思想之一是認為礦床式是以礦床自然體存在的，而這種礦床組合在一定的地質構造環境中，可以由不同礦種、不同成因的礦床所組成，并在區域分布上有一定規律。這為區域綜合找礦工作提供了理論依據；（2）礦床成礦系列類型的提出，為具有同類地質構造環境及同類地質成礦作用的地區找礦工作提供了重要指導，可通過類比尋找類似的礦床組合，為新區域確定找礦目標提供了有科學依據的指導，為老礦區找礦提供可能遺漏礦種的找礦目標；（3）礦床成礦系列組的建立，提出了一個大地構造旋回內在不同的地質構造環境中可能形成各類礦床成礦系列的觀點，這為大區域找礦部署提供了思路。
三十多年來，不少地質單位運用成礦系列概念進行找礦的實踐都取得了不同程度的找礦效果，并歸納出成礦系列缺位找礦的思路和方法（陳平等，1996；章百明等，1996；韓振新等，1996，2004；劉德權等，1996；羅銘玖等，2000；馮學士等，2004；李均權等，2005）。1992年到1995年的全國第二輪成礦區劃工作，就采用了成礦系列概念作為區劃工作的主要地質理論基礎，對開展區劃工作及指導成礦預測取得了很好的效果（陳毓川等，1999）。2006～2013年全國重要礦產（25種）資源潛力評價工作，亦是用成礦系列概念作為評價工作的主要地質理論基礎，取得很大成績。
3 南嶺礦床成礦系列成果
該成果是“南嶺地區有色、稀有金屬礦床的控礦條件、成礦機理、分布規律及成礦預測研究”的二級專題研究成果之一。該研究專題由陳毓川院士負責，參與單位包括地質礦產部礦床地質研究所、宜昌地質礦床研究所、北京地質學院、成都地質學院和廣西、江西、湖南、廣東、福建五省地質礦產局參與。
經過四年的研究，課題組在對南嶺地區礦床地質研究歷史和已有研究成果以及區域地質背景進行詳細調查研究的基礎上，根據南嶺地區與以中生代為主的花崗巖類有關的已知礦床規律、成礦地質特征和存在問題，有計劃地部署了27個子課題，在此基礎上，樹立了13個典型礦床柱，圈出了11個成礦區。除分別建立了典型礦床成礦模式和區域成礦模式外，還從礦床成礦系列的觀點出發，在南嶺地區劃分了礦床成礦系列、礦床成礦亞系列和礦床式，編制了1:200萬礦床成礦系列圖；詳細地研究分析了南嶺地區的控礦地質條件，重點提出了控礦構造類型、花崗巖與成礦關系和地層控礦的區域地球化學背景，為在區內進行礦床預測提供了構造的、巖漿的和地層的依據，系統地研究了礦床礦物、礦床分帶、圍巖蝕變、成礦流體地球化學、礦床穩定同位素地球化學和成礦模擬實驗；探討了礦質來源和礦床形成的物理化學條件；對比了國內外有關成礦帶；最后對全區進行了礦床預測，計算了主要礦床資源量，并分析了主要礦產形勢。
相關研究成果對發展礦床學理論非常有意義，同時也為礦山開展綜合利用提供了礦物學資料，為區域找礦和礦床評價提出了理論依據和方法。特別在礦床預測方面，廣西大廠拉么礦山和湖南黃沙坪礦山都找到了礦，取得了良好的經濟效益，這是科學研究的理論認識和實踐相結合的收獲。
4 中國主要成礦區帶礦床資源遠景評價
自20世紀90年代起，我國的礦產資源勘查工作開始有計劃、有步驟地勘查一批大型、超大型礦床，進行宏觀部署；另一方面，國民經濟的高速發展也使礦產資源的消耗量猛增，導致礦產資源保證程度偏低。在這樣的總形勢下，原地質礦產部部署，由陳毓川院士組織實施了全國開展“第二輪成礦遠景區劃”項目，對我國的礦產資源潛力進行摸底探索。
4.1 主要成果
（1）應用現代的區域成礦和成礦系列理論、計算機技術和先進的技術方法對已有的地物化遙資料進行再開發，在各類地質分支學科專業理論基礎上，對數據進行處理，從中提取含礦信息，在各省、區、市進行成礦區劃的基礎上對全國的成礦信息做了高層次的綜合、科學分析，獲得了全國非燃料固體礦產資源保障程度偏低、潛力巨大的新認識。
（2）在對各省、區、市區劃成果的綜合基礎上，按區域成礦演化、礦產空間分布規律和成礦系列理論，將全國劃分出前寒武紀、古亞洲、秦祁昆、特提斯、濱西太平洋五個成礦域、17個II級成礦區帶、73個III級成礦區帶，首次完成了覆蓋全國的成礦區帶劃分和我國金屬、非金屬礦產空間分布規律的總結。
（3）對全國的成礦地質環境做了初步分析研究，首先對17個II級成礦區帶范圍內區域成礦特征和產出的優勢礦產的成礦地質特征進行綜合分析，劃分出48種不同時代出現的成礦地質環境，分別敘述了區域成礦作用的地質歷史演化進程。
（4）完成了全國12條地學斷面資料和數據的系統處理，提出全國地殼以三層結構為主，認為深成構造對成礦和成礦區帶（II、III級）成礦物質的來源、成礦作用的強弱和成礦作用的類別有直接的控制作用。
（5）按小比例尺（≤1:50萬）、中比例尺（1:20萬～1:10萬）和大比例尺（≥1:5萬）三個層次的預測要求（見第二輪成礦遠景區帶技術要求），全國共圈出預測遠景區1200余處，初選出807處，從中優選出87處，在“九五”初據此設置了87個重點普查區，實現了“由面到點，點上突破；由點到面，點面結合”的找礦戰略。
（6）通過區域成礦規律總結，提出古亞洲成礦域的成礦高峰期屬海西期，濱西太平洋、特提斯成礦域的成礦高峰期分別是燕山期和喜馬拉雅期；秦祁昆成礦域屬新、老成礦作用疊加的特定成礦域；中國西部以板塊控制成礦為主，中、東部以板內構造–巖漿作用成礦為主的兩種區域成礦類別的總輪廓；總結了全國大型、超大型礦床的分布特點，提出勘查的目標區，顯示了項目研究的系統性。
（7）按礦床成礦系列的理論，將全國按成礦區帶劃分出32個礦床成礦系列類型，為全國礦床成礦規律總結和礦產預測建立了理論基礎，這也是我國首次針對覆蓋全國的礦床成礦系列的研究成果。
（8）應用MAPGIS軟件，編制了1:5000000全國性的成礦預測系列圖件，包括中國金屬礦產分布圖、非金屬礦產分布圖、中新生代礦床成礦系列圖、金屬礦產成礦規律圖、金屬礦產與航磁關系圖、金屬礦產與布格重力異常關系圖和固體礦產勘查跨世紀工程部署圖共七類。這套圖件的實用性強，可隨時進行動態修改、增刪，目前尚無類似圖件替代，仍在使用之中。
（9）按三個層次（資源潛力大，地質工作程度和急缺礦種急需）的要求，編制了礦產勘查的“跨世紀工程”和“西南三江資源富集區礦產勘查開發特別計劃”（簡稱“三江計劃”），將全國劃分為25片，設置了87個重點普查區，提出了地質工作的部署建議。后來被國家地質礦產管理部門采納，做為中、長期礦產勘查規劃執行。
（10）該成果也是各省、市自治區編制礦產勘查的年度計劃和中、長期礦產勘查發展規劃的依據，在全國勘查部門獲得較好效益。
4.2 應用情況
在“九五”和“十五”期間，中國地質調查局按“礦產勘查跨世紀工程”和全國優選的93個預測區部署了礦產勘查工作，分期分批查證。各�。ㄊ�、自治區）也按各處的課題成果報告部署普查找礦工作，對遠景區進行查證。截到2002年底，在預測區內已發現了56處大型和大型以上礦床。找礦的成功率很高，如云南白秧坪銀礦（5012噸），新疆土屋和延東斑巖型銅鉬礦床（銅達400萬噸以上），羊拉和普朗銅礦（均在100萬噸以上），湖南騎田嶺錫礦（70萬噸）、擬樹板鉛鋅銀礦（Pb+Zn為101萬噸，Ag為1186噸）、金船塘錫鉍礦（Sn13.97萬噸，Bi10.48萬噸），西藏驅龍、廳宮、沖江等斑巖銅鉬礦床（Cu500萬噸以上），云南老王寨金礦、東天山康古爾金礦、馬頭灘金礦和西南天山薩瓦亞爾頓金礦（80噸）等。以上由工程證實獲得銅資源量1000萬噸以上，銀資源量6198噸，鉛鋅資源量101萬噸，錫礦資源量83.97萬噸，鉍礦資源量10.48萬噸，金礦資源量150噸，合計潛在資源量計算的潛在經濟價值2966.75億元。
5 全國成礦規律綜合評價
陳毓川組織實施的《中國成礦體系與區域成礦評價》項目由全國40個單位、包括8位院士在內的220多位專家歷時四年完成。
該項目以礦床的成礦系列學說為指導思想，從成礦地質背景入手，通過礦床及成礦系列之空間分布、歷史演化兩條主線，對包括固體金屬礦產、非金屬礦產和能源礦產在內的4640個礦床進行了全面研究。對中國礦床資源成礦規律進行了專題性、區域性和全國性不同層次的系統總結，探索并初步建立了中國成礦體系，同時還運用先進技術方法對全國重要礦床資源潛力進行了評價，提出優選靶區，為地質勘探工作提出了建議。
取得了多項重要成果：
（1）總結了中國地殼演化、地球物理場、地球化學場與區域成礦關系。劃分出中國地殼演化的三種構造體制及五大發展時段，論述了各發展時段構造特征及成礦關系，提出了8種主要的巖石圈尺度不連續類型及與成礦域或成礦省、成礦區（帶）的對應性，探討了區域地球化學場的成礦特色及地史時序演化中的成礦滯后效應。
（2）厘定了中國前寒武紀、古生代、中生代、新生代的礦床成礦系列，研究了這幾個重要地質歷史時期的成礦規律和成礦作用，編制了一系列數字化圖件。
（3）發展和完善了我國礦床學家首創的成礦系列理論，提出了成礦系列組、成礦系列類型、成礦系列譜系、成礦系列全位和缺位的概念，從而使成礦系列理論指導找礦邁出了堅實的一步。
（4）初步構筑了中國大陸成礦體系框架。構造環境是成礦體系的基礎；區域地球化學場和區域地球物理場是成礦的顯示；礦床成礦系列是成礦體系的基本單位；成礦區帶是成礦體系的載體；通過礦床成礦系列的構筑揭示地球運動的基本規律，反演地球演化的歷史軌跡，是成礦體系研究的科學目標；成礦預測則是成礦體系研究的應用目標。
（5）開發了金屬礦床數字評價模型，建立了相應的評價方法，開發了信息提取模型與礦產資源定量評價模型；對全國鐵、金、鎢、錫、銅、鉛、銀、鋅等12種金屬資源潛力進行了評價和礦床資源預測。
（6）編制了全國主要礦床找礦靶區優選圖。經研究提出了803個成礦預測區，優選出了214個找礦靶區，其中45個靶區驗證結果較好，并通過與其他項目結合，在1999至2005年底共發現礦床110處。
專家簡介
陳毓川，礦床地質專家。浙江省平湖市人（原籍寧波市）。1959年畢業于烏克蘭頓涅茨理工大學。原地礦部總工程師、中國地質科學院原院長。1997年當選為中國工程院院士。中國地質科學院研究員、中國地質科學院科技委員會主任，礦床地質專業委員會主任；曾任中國地質學會常務副理事長、大洋協會副理事長、中國GPS 系統技術應用協會副理事長、國際礦床成因協會副主席；南京大學、北京大學、中國地質大學、中南大學、吉林大學、河北經濟學院兼職教授。先后發表學術論文80余篇，出版專著14部，獲得國家科技進步獎特等獎1項、二等獎5項、三等獎1項、自然科學獎三等獎1項。1986年獲有突出貢獻中青年專家稱號、1997年獲李四光地質科技工作者獎，2004年獲光華工程科技獎，2009年獲 “全國野外科技工作突出貢獻者”稱號，2014年獲得國際礦床成因協會終身榮譽會員稱號。
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