我國三維地質(zhì)調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)取得突破 推進深部探測新跨越

鈾資源之于核工業(yè)，好比糧食之于人類。安全穩(wěn)定的鈾資源供應，是核工業(yè)發(fā)展的重要基石。

中國第一所核工業(yè)大學東華理工大學核資源與環(huán)境國家重點實驗室的郭福生教授團隊，在中國地質(zhì)調(diào)查局三維地質(zhì)調(diào)查試點項目、國家自然科學基金項目、中央地質(zhì)勘查基金項目資助下，采用地質(zhì)、地球物理探測和信息技術(shù)綜合手段，開展相山盆地三維地質(zhì)調(diào)查與建模，并對深部有利成礦區(qū)進行定位預測與鉆探勘查。歷經(jīng)10年攻關(guān)，通過為大地“做CT”，為鈾礦“測三維”，實現(xiàn)了找礦關(guān)鍵技術(shù)的重大突破。該成果獲得2017年度中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科技一等獎、2018年度江西省科學技術(shù)進步一等獎。

創(chuàng)新方法，推進深部探測新跨越

“淺部礦產(chǎn)資源量不斷減少，而深部找礦難度又非常大，一方面成礦控制因素復雜多樣，另一方面深部探測關(guān)鍵技術(shù)尚未突破。”郭福生說。江西相山盆地是我國最大最富的火山巖型鈾礦田，經(jīng)過半個多世紀的勘探與開采，已然面臨著需要深部勘探的難題。

面對深部找礦的世界性難題，作為老牌地質(zhì)院校，東華理工人迎難而上、勇挑重擔。郭福生團隊集成創(chuàng)新了適用于火山—侵入雜巖礦集區(qū)三維地質(zhì)調(diào)查的“地質(zhì)—物探—鉆探多源信息融合”技術(shù)方法，給深部找礦裝上了“透視鏡”。

三維地質(zhì)調(diào)查是一項探索性很強的工作，目前國內(nèi)外尚無成熟的技術(shù)方法。針對相山火山盆地這樣的復雜火山—侵入雜巖礦集區(qū)，技術(shù)攻關(guān)難度更大。地殼中的地質(zhì)體是從地表連續(xù)延伸到地下的，而以往地表地質(zhì)調(diào)查、深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)解譯與可視化表達分屬不同專業(yè)的人員分管，這給地質(zhì)體整體結(jié)構(gòu)探索帶來困難。

“既要有‘富鈾’的信心，更要有‘富有’的智慧。”郭福生說。為此，團隊采取地質(zhì)、物探、信息技術(shù)人員跨學科協(xié)力攻關(guān)的方式，在1∶50000地表地質(zhì)填圖和重磁三維反演基礎上，開展覆蓋全區(qū)的大地電磁測深(MT)，再用鉆探信息對MT剖面解譯進行約束。在展示深部目標地質(zhì)體空間展布特征的同時，重構(gòu)了相山盆地古火山機構(gòu)，確定了主火山口位置并新發(fā)現(xiàn)了4個次級火山口。該成果為國內(nèi)外類似地區(qū)的三維地質(zhì)調(diào)查做了成功示范，先后被國內(nèi)20多家單位推廣應用。

構(gòu)建模型，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)新突破

當前全國數(shù)字地質(zhì)調(diào)查積累的大量空間數(shù)據(jù)尚未得到進一步開發(fā)利用，而用其進行三維建模的做法，前人的嘗試也未曾成功。

郭福生團隊利用野外路線PRB數(shù)據(jù)，首創(chuàng)研發(fā)了一套在GOCAD軟件平臺上的“數(shù)字地質(zhì)填圖建模”方法，不僅為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果提供了新型表達方式，也為更深層次的三維地質(zhì)建模打下了基礎。

地質(zhì)剖面建模是常規(guī)的三維建模方法，同時需要融入大量的地形、地質(zhì)、物探、鉆孔、礦山開采等資料，但各種各樣的數(shù)據(jù)如何有效集成是一個難題。團隊成員屢次攻關(guān)、毫不氣餒，探索出多源數(shù)據(jù)融合建模方法體系。基于地質(zhì)圖、物探解譯剖面圖、勘探線剖面圖和中段平面圖等，團隊建立了相山火山盆地、關(guān)鍵成礦區(qū)、典型礦床等5個不同層次、不同類型的三維地質(zhì)模型，為深部找礦勘查提供了信息分析與決策支持服務，并實現(xiàn)地下3000米范圍內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的“透明化”顯示，取得礦田三維可視化關(guān)鍵技術(shù)的突破。

華南許多鈾礦床的成礦鈾源均來源于印支期花崗巖，在鈾礦勘查進程中，團隊在相山火山盆地南側(cè)首次發(fā)現(xiàn)了印支期富鈾花崗巖體，并且根據(jù)巖漿捕獲鋯石及物探數(shù)據(jù)解譯結(jié)果，推斷出相山火山盆地深部存在印支期富鈾巖體。經(jīng)過細致系統(tǒng)地觀察與鑒定測試，鑒別出大量巖漿及熱液隱爆角礫巖、隱爆細碎屑巖，它們與成礦關(guān)系密切，是重要的找礦標志和依據(jù)，由此開辟了相山鈾礦田成礦作用研究新思路。

產(chǎn)研融合,探明深部鈾礦新儲量

找礦勘探的重大突破，離不開成礦理論的不斷創(chuàng)新，更離不開產(chǎn)學研深度融合。科學界對相山盆地鈾礦成因一直存在較大爭議。郭福生團隊根據(jù)鈾礦化與隱爆碎屑巖的密切關(guān)系，通過水物理化學理論計算、成礦物質(zhì)活化與沉淀實驗，提出了水力壓裂鈾成礦理論新認識，闡明了水力壓裂裂隙和隱爆碎屑巖是鈾礦化的主要成礦空間，為相山鈾礦找礦不斷取得新成果奠定了基礎。團隊還發(fā)現(xiàn)了相山西部平緩火山巖組間界面與裂隙密集帶復合部位賦礦的規(guī)律，在前人“鄒家山式”勘查模型基礎上，提出了“居隆庵式”勘查模型，豐富和深化了“三界面”控礦規(guī)律認識。

基于理論上的突破，郭福生團隊與長期在相山鈾礦田開展找礦勘探工作的核工業(yè)270研究所、江西省核工業(yè)地質(zhì)局261大隊、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院聯(lián)合攻關(guān)，將三維建模成果在找礦勘探中有效應用，對成礦預測區(qū)進行鉆探查證，新發(fā)現(xiàn)了2個鈾礦產(chǎn)地，擴大了7個鈾礦床規(guī)模，為國家提交了鈾礦資源量逾萬噸(相當于超大型鈾礦床規(guī)模)，實現(xiàn)了深部鈾礦找礦重大突破，為相山鈾資源大基地建設提供了有力保障。

在剖析深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和鈾礦勘查方面，三維地質(zhì)調(diào)查與建模技術(shù)在其精度和應用效果方面更是走在了國際前沿。“如今團隊的一個科研方向是繼續(xù)融合地質(zhì)、物探、信息技術(shù)，開展地表—地下一體化、可視化研究，在深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦床三維地質(zhì)模型構(gòu)建方面筑起一座高臺,為中國鈾業(yè)繼續(xù)加‘鈾’。”郭福生說。(寇勇)