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打开“富饶神山”新宝藏
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打开“富饶神山”新宝藏 来源:地调局资源所 作者:地调局资源所 发布时间:2024-04-22 内蒙古白云鄂博是一个关键性矿产资源宝库。5年来，中国地质科学院矿产资源研究所与包头钢铁（集团）有限责任公司共建科学研究基地，创新矿床理论、探查新的资源，推动老矿山尽快增储上产，打开“富饶神山”新宝藏。 1重返白云鄂博——深耕矿产资源研究热土 4月13日，中国地质科学院矿产资源研究所（以下简称“资源所”）研究员李以科收拾好了行囊，再一次从北京奔向白云鄂博。 矗立在内蒙古高原上包头附近的白云鄂博是世界上最大的稀土矿床，中国最大的铌、萤石矿床和第二大钍矿床，同时还是大型铁矿床，伴生有钪、硫、磷、钾等多种稀有稀散元素，是名副其实的“关键性矿产资源宝库”，也是包头钢铁（集团）有限责任公司（以下简称包钢集团）铁矿石、稀土主要原料生产基地，整个矿床分为主矿、东矿、西矿、东介勒各勒、高磁五个矿段。 然而，经过了70多年的精细勘查和高强度开发，这里的资源问题已比较突出：稀土资源家底不清、铁的保有储量大幅下降、萤石需要开辟矿石来源、各类稀有矿产亟须加强研究推进开发…… 过去的五年，李以科带领团队扎根于此，在铁—稀土找矿突破、萤石分类评价、稀土成矿机制研究、矿床成矿模型和新矿物发现等领域取得了丰硕成果，不仅从理论和科技的角度进一步深化了对这一世界级矿山的认识，而且通过多方法综合勘查，圈定铁—稀土找矿靶区3处，经包钢集团公司在主、东矿深部勘查验证，获得了令人振奋的新增资源，大幅度提升了矿山资源保障程度。 其实，资源所对白云鄂博的研究已有数十年的历史。该所老专家袁忠信与白鸽在二十世纪六七十年代，就曾对白云鄂博特别是矿床成因做过深入的调查和研究，并提出“海相火山喷溢沉积碳酸岩矿床”等认识，可惜因种种原因中断了。 科学不断进步，一代代地质科学家接续前行。 从2012年至2018年，资源所以李以科为代表的科研人员再次进入白云鄂博。通过白云鄂博矿集区外围铁稀土找矿突破选区研究、内蒙古自治区浩尧尔忽洞-赛乌素（白云鄂博）整装勘查区基础地质问题研究、浩尧尔忽洞-赛乌素整装勘查区专题填图与技术应用示范等项目，加深着对“神山”的了解。多年的研究让他们确信，这里的矿产资源还有着巨大的潜力，而打开“新宝藏”的“钥匙”则是理论方面的创新性认识。 2019年，资源所与包钢集团签署《白云鄂博科学研究基地合作框架协议》，合作建立白云鄂博科学研究基地，制定了产学研密切融合的“五年计划”。李以科带领团队一门心思地“钻”进了白云鄂博矿区，从找矿理论研究入手，力图打破科技创新和资源勘查僵局。 2019年3月，科学研究基地启动《白云鄂博矿集区成矿作用与深部找矿预测》科研项目；7月，举行关键矿产资源战略研讨会暨基地成立仪式；8月，成立地质—物探综合勘查团队，开始实施《白云鄂博主、东矿深深部矿体相关性探测》；2020年1月，召开白云鄂博矿床成因与深部找矿学术研讨会；9月，组织召开第四届白云鄂博战略资源研讨会，包括9位两院院士在内的200余名专家学者和技术人员热切交流，进一步掀起了白云鄂博矿床研究的新热潮。 2新认识催生新理论——提出“反矽卡岩型矿床”成矿模型 李以科等科研人员在白云鄂博这片外表黝黑内心丰盈的土地上，洒下阳光般的热情与活力，而新的成矿理论则在这片“矿产资源研究热土”上向阳而生。 70多年来，白云鄂博的矿床成因可谓众说纷纭，大致可归纳为“水成”学说和“火成”学说。争论焦点源于白云鄂博的地质现象与地球化学数据的矛盾，这也是基础地质问题认识不统一造成的。于是，科研团队围绕这些科学问题，进行了大比例尺专题地质调查，获得了18条大比例尺剖面、近500件样品、4000多张显微照片、300多个电子探针点资料，详细研究了白云鄂博矿床的蚀变分带和蚀变矿物成分，绘制了首张白云鄂博矿床蚀变分布图，同时，识别出与火成碳酸岩配套的碱性岩，并对未蚀变碳酸岩进行了地球化学及年代学研究。 研究认为，白云鄂博“赋矿白云岩”为岩浆成因的白云石碳酸岩，但遭受了强烈的韧性剪切变形和动态重结晶作用。白云鄂博铁、稀土矿是同一成矿系统不同成矿阶段矿化产物在同一空间范围的耦合，其矿床具有“先形成铁、后交代稀土、岩浆贯入、多期多元”的特点。碳酸岩作为侵入岩，是白云鄂博矿床的主要控制因素，相应地岩矿石和矿物成分热液蚀变特征不再复杂，而是围绕岩体形成、演化和交代蚀变发生的完整成矿作用过程。其中，白云鄂博广泛发育的交代蚀变作用导致了铁、稀土矿物沉淀富集，碳酸岩浆热液对早期矿物的交代作用则是稀土富集的关键过程。 据此，他们提出了一种新的成矿模式——与碳酸岩岩浆作用有关的岩浆型+高温热液交代型矿床，并因其成矿过程跟经典矽卡岩型矿床成矿动力相反，称之为“反矽卡岩型矿床”。 具体的成矿过程是：高温高压条件下，碳酸岩浆经持续结晶分异演化成高盐度、超临界流体，稀土元素则大量富集到熔（流）体相中。碳酸岩浆深度小于5千米时，熔体—流体不混熔，流体蚀变不一定成矿；岩浆侵位深度大于5千米时，高压下熔体—流体连续演化过程，超临界流体富集稀土，与围岩反应（反矽卡岩），形成高品位稀土矿。 正是这种特殊的成矿过程，成为白云鄂博赋存矿产资源种类多、品位富、规模大的重要原因。 3转变勘查思路——深部新增铁矿资源量2亿多吨 资源是企业生存之本。 白云鄂博矿山开发近70年，主要消耗的是铁和稀土。由于稀土受政策和产量控制，所以当前包钢集团最急切的是铁矿勘查——目前主矿已经快到开采界限，东矿也已进入露天开发晚期，保有量不足，寻找接替资源是当务之急。这也与国家“强化能源资源安全保障，加大油气、战略性矿产资源勘探开发力度”的需求不谋而合。 研究团队认为，白云鄂博主、东矿深部矿体相关性与找矿潜力决定了矿山开采方式选择和资源保障能力。从2019年到2020年，团队聚焦构造对深部矿体控制作用，开展了专题地质填图-反射地震-重力-磁法-电法综合勘查技术方法示范，通过专题构造填图，提出了矿区近东西向逆—平移断层导致了主矿、东矿深部矿体向东平移的新认识，明确主矿、东矿深部存在受构造控制的铁矿体。同时，他们利用三维正演的方式，精确地消除了数百米高的矿渣堆等人文干扰源在重力地形改正过程中带来的密度不均一问题，开展重磁联合反演建模，透视主东矿区深部结构，定位深部矿体空间位置。 在计算机的演示下，白云鄂博的控岩断裂以及主东矿地下矿体的形态清晰可视：600米以浅，矿体并不相连，主、东矿分开；600米以下，两部分联通为一个大矿体，且深部可能有共同的岩浆房（通道）。根据这些新认识及对矿床成因的全新理解，科研团队修正了1954年以来沉积变质型矿床的勘查模型，提出了构造控制的接触交代型矿床勘查模型及深部勘查方向，并圈定3处铁矿找矿靶区。 2021年3月至2023年10月，包钢集团公司投资5700万元实施了白云鄂博主、东采场深部勘探项目，对新的勘查模型进行验证，最终完成43个钻孔，钻进35700多米。结合野外编录及化验估算，预计可新增铁矿资源量超2.28亿吨、稀土金属氧化物量895万吨；伴生萤石约2000万吨，与铁矿异体共生的铌金属氧化物量68万吨。目前，包钢集团公司正在组织编制主、东矿深部勘查报告，评审验收在即。 由于研发的综合勘查技术可以提升钻探效率、节约勘查成本，探获的新增铁矿石和稀土氧化物则解决了企业产业链的资源供应危机，“白云鄂博多金属矿床综合勘查技术示范与深部找矿突破”获中国钢铁工业协会、中国金属学会颁发的冶金科学技术奖二等奖，“复杂条件下找矿技术方法创新与白云鄂博矿区勘查突破”获冶金矿山科学技术奖二等奖。 4萤石资源评价——助力矿山新兴产业稳基强链 靶区深部厚大铁矿体的发现，是科研指导勘查、降低勘查风险、提高找矿效率的典型实践，而白云鄂博萤石资源评价与预富集研究，则是资源所以提高资源综合利用效率为核心、服务企业生产的一个主要着力点。 萤石是我国重要的战略性矿产资源。当前，萤石消费结构正由传统产业向新兴产业转移，需求增长明显，而且中国以占全球13%的萤石储量，每年生产占全球66%的萤石产品，储采比失衡，需要尽快加强勘查开发，保障产业链供应链安全。就包钢集团而言，萤石是继铁、稀土之后企业第三个重要的资源经济增长点，已经形成完整的产业链，且正在打造国内最大的萤石氟化工基地，也需要稳定充足的资源和高质化利用的技术。 目前，公司是从铁尾和稀尾中综合回收萤石资源用以开发。迫在眉睫的两个问题是：铁、稀土矿伴生萤石规模、质量及可利用性如何？能否找到独立的萤石矿体，开辟萤石利用新的方向？ 2020年至2021年，矿集区伴生萤石评价工作正式实施，首次分类评价了主、东矿区伴生萤石资源储量和远景，估算主矿、东矿铁矿伴生萤石的保有资源储量3958万吨，预测矿集区外围伴生萤石远景资源量为7757万吨。团队采用地质冶金学的研究方法，将矿体的地质学、地球化学和矿物学特征与冶金性能以及矿山生产勘探中的铁矿石分类等有机结合，建立了三维地质冶金学模型，直接支持协助矿山制定开采计划、优化工艺流程。 2021年9月，基地科研人员新发现西矿区存在独立萤石异常富集区。为了快速查明独立萤石资源潜力，研究团队在包钢集团的资金支持下，迅速启动西矿区萤石调查，通过专题地质填图、钻孔岩心重新编录等，发现白云鄂博西矿区铁矿白云岩围岩发育丰富的萤石矿化，主要夹持在南北两侧铁矿体之间，赋存于原“白云向斜”核部的碳酸岩体内，局部地区萤石品（CaF2）位达到20%以上，预测资源储量超过1600万吨，为白云鄂博未来打造世界级萤石资源基地提供资源保障。 2023年，“白云鄂博西矿区‘铁氟兼探’综合勘查与评价技术”综合研究项目启动，提出明确目标：查明白云鄂博西矿区矿田构造及其对铁、萤石矿体空间分布控制规律，构建“铁氟兼探”综合勘查技术体系，评价伴生萤石资源潜力，研发低品位白云石型萤石矿预富集技术工艺流程…… 一项项科研成果为企业高质量发展注入动力，为矿山新兴产业稳基强链作出了突出贡献。 5聚焦战略性矿产——以“全生命周期”维度深化合作 白云鄂博矿山的继续腾飞，需要更全面、更有力的科技支撑；科技成果扎扎实实的落地，则需要持续强化制度对“产学研协同推进、政科企融通创新”的引领和保障。 今年4月，资源所和包钢集团续签《白云鄂博科学研究基地合作框架协议》，形成了第二个科技合作五年计划，强调将进一步巩固深化合作基础，以矿床、矿山“全生命周期”为思路，拓展新兴合作领域，支撑大型能源资源基地建设。 所谓“全生命周期”，就是立足“研究矿床→评价矿床→开发矿床”，聚焦战略性矿产，瞄准国家战略需求，以成矿系列理论为指导，加强多矿种矿产资源的综合调查，全面摸清矿区查明与潜在矿产资源储量和空间分布情况，充分挖掘稀土等资源潜力。 在开展铁、轻稀土、萤石找矿的同时，重点查明铌、钍、钪等多种矿产资源赋存规律。近期的两项重点工作是：中-重稀土资源评价，揭开白云鄂博铌铁矿与氟碳铈矿、褐帘石等富稀土矿物在时空关系上的耦合之谜，开展工艺矿物学研究，进一步摸清中-重稀土矿物的分布情况、粒径和体量，为下一步制定选矿流程提供建议；钍资源调查，在此前新发现的3个钍异常点和初步圈定的两个成矿远景区基础上，继续在白云鄂博矿区和包头尾矿库进行钍资源实地调查工作，估算白云鄂博钍资源量。 开展白云鄂博地质冶金学基础研究，加速建设白云鄂博智慧岩心库及科学应用平台、二维-三维一体化采剥系统等数字智慧平台，推进白云鄂博多种资源“分类评价—精准采矿—精细选别—高效利用”；聚焦智能矿山建设和绿色矿业发展，加大绿色矿山建设和矿山环境综合治理科学研究攻关，为白云鄂博加强资源保护性开发、高质化利用、规范化管理，加快推动“两个稀土基地”（全国最大的稀土新材料基地和全球领先的稀土应用基地）建设，维护好绿水青山提供助力。 在李以科心中，还有件引以为傲的事情： 2022年，研究基地科研人员在白云鄂博稀土-铌-铁床隐伏碳酸岩体中首次发现并申报的自然界新矿物“白鸽矿”，获得国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会高票批准通过，成为近百年来人们在白云鄂博矿床发现的第16个新矿物。而“白鸽矿”的名字，则是为纪念在白云鄂博地区首次发现铌铁矿并开启铌资源调查研究的资源所老专家白鸽(1930-2020)先生。 不忘来时路，方知向何行。李以科知道，白云鄂博不仅是研究关键矿产、孕育科学发现的宝地，更是地质科学工作者报效祖国、建功立业的战场。在资源所与包钢集团合作研究“第二个五年”大幕开启的这个初夏，他也将与团队共同鼓足干劲、奋勇前行，继续把论文写在祖国大地上。 |
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