根据加拿大金属经济小组发布的《公司勘查战略报告》(Corporate Exploration Strategies)历年调查结果, 二十多年来全球非燃料固体矿产(以有色金属和一些非金属为主, 包括贵金属, 但一般不包括铁矿、煤、铝土矿等)非政府勘查投资如图1所示。

图1

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	图1 二十年来全球固体矿产勘查投资情况

从图1可见, 总体上, 全球固体矿产勘查投资呈增长之势, 但增长过程中呈现波浪式起伏和一定的周期性变化, 经历高峰与低谷的交替, 主要受全球经济、金融、一些重大政治事件等一系列因素的影响。有关研究结果表明, 勘查投资与金属价格走势呈正相关关系。

近十多年来, 加拿大的勘查投资始终位居前列, 占全球勘查总投资的13%~19%。澳大利亚勘查投资占全球份额基本稳定, 为12%~13%, 也是全球固体矿产勘查的热点地区之一。从全球固体矿产勘查投资构成来看, 近十年来, 金矿和有色金属勘查投资全球勘查总投资比例为70%~80%。金矿是最重要的勘查目标, 其勘查投资的比例为40%~50%。有色金属勘查投资主要为铜矿、铅锌矿和镍矿, 所占勘查总投入的比例为26%~41%。

当前, 国际上对矿产资源的需求仍然持续高涨。世界范围内尤其是新兴国家矿产资源需求量的持续增长, 要求发现巨型或大型矿床。澳大利亚著名矿业咨询公司MinEx Consulting的数据表明, 世界上每年平均取得60~70个找矿发现。这里所说的找矿发现, 指的是中型、大型和巨型矿床, 不包括已知矿区的卫星矿床, 也不包括大宗矿产(例如煤、铁和铝土矿等)。表1为1975~2013年全球取得的矿床发现。

表1

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表1 1975~2013年全球发现的矿床 序号 质量 发现数目 百分比 1 巨型 80 3% 2 大型 268 11% 3 中型 1151 46% 4 未标明 986 40% 合计 2485

表1 1975~2013年全球发现的矿床

过去三十年中尽管固体矿产勘查投资大幅增长, 但矿床发现数目并未因投资增长而明显增加。有关统计数据表明, 矿产发现的效能主要受到较高成本因素的影响, 一是由于劳动力、钻探和管理等因素的影响致使勘查成本大幅升高, 二是矿产勘查难度增大, 勘查重点区向深部、覆盖层下、边远地区以及气候恶劣地区的转移。MinEx Consulting公司对金矿和有色金属矿床的发现成本进行了统计和测算。矿床发现的统计基数为超过10万盎司金的金矿或超过10万t铜当量的铜矿。结果表明, 就金矿而言, 1980~1989年矿床发现的加权平均值为4400万美元, 2000~2009年加权平均值为7 700万美元, 而目前一个金矿的平均发现成本为1.5亿美元。最近十年, 单位金矿发现成本已经翻番。

对于有色金属来说, 1980~1989年矿床发现的加权平均值为2 300万美元, 2000~2009年加权平均值为6 400万美元, 而目前一个有色金属矿的平均发现成本为1.8亿美元。换句话说, 如果勘查投资为5百万美元, 那么取得发现的成功率不足1/30。

过去几十年间, 矿产勘查主要集中在露头或地表以下数(十)米的深度, 其中大部分是位于地下50 m以内的深度。随着勘查程度不断提高, 许多出露地表和近地表的矿床已被发现, 矿产勘查一个显著的趋势是由从近地表、浅层向深部的转移。表2为2004~2013年全球金、贱金属矿床发现的平均深度。

表2

表2

表2 2004~2013年全球金、贱金属矿床发现的平均深度m 矿种 加拿大 美国 澳大利亚 非洲 拉丁美洲 西欧 中国、前苏 联和东欧 太平洋/ 东南亚 全球平均 金矿床 112 109 71 53/5 29 40 19 3 56 贱金属矿床 156 381 126 27 62 247 167 49 114 注:1— 金矿床统计数据是基于267个中、大和巨型矿床, 贱金属矿床统计数据是基于147个中、大和巨型矿床, 主要是铜、铅、锌和镍矿床; 2— 在非洲金矿床发现中, 如果将南非排除在外, 平均深度则从53 m降至5 m

表2 2004~2013年全球金、贱金属矿床发现的平均深度m

研究表明:①美国、西欧、加拿大、澳大利亚、前苏联+东欧+中国等国家和地区矿产发现的平均深度高于世界平均水平78 m, 说明这些国家或地区的矿产勘查程度较高(成熟); ②拉丁美洲和非洲矿产发现的平均深度远低于世界平均水平78 m, 表明了这些地区的勘查程度相对较低, 与近十年来这些地区始终为矿产勘查热点地区的事实呈一致性或相关性; ③有色金属矿床发现的平均深度大大高于金矿床发现的平均深度, 前者几乎是后者的两倍, 一定程度上表明有色金属矿床勘查的技术难度大于金矿勘查的难度; ④从时间维度看, 加拿大、澳大利亚等国近百年勘查发现历史表明, 矿床发现从早期露头、浅表逐渐向着覆盖区、深部发展的趋势。

上述矿床发现数量、成本和深度的事实情况, 深刻诠释了当今勘查所面临的严峻形势:一方面, 它是一项高投入、高风险、高回报的活动, 另一方面, 随着矿产勘查向深部、覆盖层下、边远地区的转移, 需要研发新一代勘探技术, 提高找矿效能。

就物探方法而言, 近一二十年取得的主要技术进步体现在几方面:

1)提高仪器(方法)的灵敏度、测量精度, 降低噪音水平, 加大探测深度和探测目标的分辨率。目前许多物探仪器采样率提高了10倍, 采集数据量增大了100倍以上, 使得微弱和细微异常可分辨。例如, 加拿大GEM SYSTEMS 2010年推出的超高灵敏度钾光泵磁力仪GSMP-35, 分辨率为0.000 1 nT, 灵敏度达到0.0003nT@1Hz; 加拿大FUGRO航空测量公司推出的FALCON航空重力梯度测量(AGG)系统(包括固定翼飞机和直升机), 噪音水平小于1.3 厄缶; 最近十多年发展迅速的直升机时间域电磁系统, 相继推出了20多个系统, 在功能和性能上不断完善和提高, 分辨能力不断增强, 噪音水平显著降低, 偶极矩变得更大(加大探测深度), 飞行高度降低, 大大提升了探测能力。

2)运用综合物探方法, 采集多种数据, 获取多种信息。例如, 航空综合地球物理测量系统, 借助于高精度导航定位系统(GPS)和实时数据处理手段, 集磁测(总场和梯度)、电(电磁和甚低频)、放射性测量于一体, 可快速、准确地采集多种数据, 大大缩短了数据采集、处理周期; 地面电法测量借鉴石油地震勘查方法, 引入了分布式数据采集系统, 采用了大量的、通道频带宽度较小的接收机, 具备采样次数多、数据采集量大、探测深度大、降噪性强以及多种类型数据的无缝采集与集成, 如激发极化法、电阻率法、大地电磁法等, 这类系统主要包括Phoenix、Titan 24和GEOFERRET等。

3)借鉴新一代信息技术, 开展大数据处理、分析、可视化展示和三维模拟解释。信息技术的发展, 使得勘查地球物理方法的数据计算和处理能力达到前所未有的高度, 能够快捷、有效地进行从数据采集、处理、展示到分析、成图和解释等整个数据过程, 几乎实时得到极高分辨率和复杂的数字图像。利用地理信息系统(GIS)软件集成多种类型和格式的数据, 进行综合分析与展示。尤其是物探三维正反演方法, 近年来的发展有了质的飞跃, 已经成为常规的数据解释方法。加拿大Geosoft公司、Mira Geoscience公司、不列颠哥伦比亚大学地球物理反演研究室(UBC-GIF)等研制并推出的一系列软件包, 涵盖几乎所有物探方法的数据处理和反演, 成为业界的引领者。

4)加强物探与地质、各种其他勘查技术方法及其各学科的融合。从某种意义上, 物探与地质方法各自的局限性, 可以使之成为互补方法。物探可填绘出一定区域(面积)范围内的物(岩)性分布, 但不能识别岩(矿)石本身。而地质方法通过采样点可识别出岩石, 但不能确定露头之间覆盖层下的岩性。岩性成为二者之间的“ 桥梁” , 了解和认识地质及其作用过程对岩性(也就是对物探数据)的影响, 是有效使用物探方法的前提。这需要通过多种地球物理数据建立不同的物性模型, 在此基础上结合已知的地质信息, 整合集成为尽可能接近于实际地质情况的、单一的地质模型。地质人员、物探人员和其他学科勘查人员, 打破在本学科领域内研究的惯性思维和工作模式, 加强相互交流、渗透与融合, 以提高勘查效能。

就物探方法应用来说, 近年来取得显著进展, 在应用深度和广度上不断深化。概括起来, 涵盖以下方面的内容:

1)覆盖区物探技术的应用拓展。2012年澳大利亚科学院出台了“ 探测地球深部— 澳大利亚地球科学勘查远景(Searching the deep earth a vision for exploration geoscience in Australia)” 计划。该计划实施全国覆盖层填图, 综合运用地球物理、地球化学、遥感和钻探信息, 进行覆盖层填图, 圈定包括深度、几何形状、年代等在内的覆盖层特征, 深入了解成矿体系地球化学、矿物学和地球物理探测的覆盖特征, 试图“ 揭开” 覆盖层, 使矿产勘探“ 透明化” , 提高在隐伏资源的可发现性。为此, 运用新的技术方法, 提升成矿省规模的覆盖层深度和特征填图与预测能力。目前正在着手开展的一种方法是, 利用非常宽间距(标准线距110 km)的航空电磁测量(AEM)开展基线覆盖层填图, 测量覆盖整个澳大利亚大陆。全国AEM测量方式类似于2008年完成覆盖全澳大利亚的(the Australia Wide Airborne Geophysical Survey, AWAGS)航空磁测和放射性测量, 可提供全大陆有关覆盖层的基本信息。

加拿大矿产资源勘查目标正逐步转向覆盖区、边远地区、老矿山深部和外围。为此, 加拿大探矿者和开发者协会(PDAC)、加拿大自然资源部和加拿大矿业创新委员会(CMIC)研究确定了矿床发现的3个关键主题:①矿床发现标准; ②矿床发现和圈定技术; ③从数据到知识。就矿床发现和圈定技术而言, 主要包括地面、地下和航空物探方法, 例如, 航空电磁测量、航空重力测量、永久冻土带地质背景下地球物理填图方法、三维地震、地面电磁法和跨钻孔层析成像等。

2)利用物探方法开展成矿系统研究与应用。所谓成矿系统, 是指包括流体、金属来源、能量驱动力、矿床沉淀位置以及贫化流体出口等一系列要素组成的综合系统。它的形成与地球系统作用过程中的重要时期或特定事件有关。因此, 相对于实际矿床而言, 成矿系统的(体积)范围大得多, 可以是矿床的几十倍或上百倍。CMIC实施了为期5年(2013~2017)的成矿系统“ 足迹” 计划, 预算1 210万美元。试图运用综合多参数足迹开展有效的矿产勘查, 旨在通过开发地质、地球物理、地球化学、矿物、岩石物理等数据的采集、管理、集成与分析方法及其实际应用, 确定成矿系统足迹最远的边缘和深度, 以此提高矿产勘查成功率。该计划第一阶段在三大成矿系统开展多学科综合研究:加拿大魁北克省Malartic金矿系统、萨斯喀彻温省McArthur River-Millennium铀矿系统和不列颠哥伦比亚Highland Valley铜-钼-金矿成矿系统。每个成矿系统研究将现有的勘查数据与新的数据进行集成, 为矿床远程探测和覆盖区地质填图奠定技术基础。澳大利亚正在计划编制全国成矿系统远程足迹图, 包括地质、地球物理、地球化学、矿物学等一系列解译性图件, 可用来识别澳大利亚成矿系统在不同尺度上各种信息, 指导覆盖层之下新区的矿产勘查工作。全国远程足迹图包括成矿系统一级、二级和三级足迹。就成矿系统研究的物探方法而言, 很大程度上不同于大多数传统物探方法的应用。传统物探工作重点是瞄准目标直接定位的能力, 而成矿系统方法专注于大规模地质填图问题。在成矿系统研究与应用中, 通过技术创新, 实现方法应用的重大转移, 从几乎完全侧重于直接找矿的矿床物探测量, 转向大范围的区域填图, 并分阶段进行实施。首先, 在较大区域范围内, 籍助物探方法和其他方法研究并确定成矿溶液(形成矿床目标)的路径。这些路径一般为较大的目标, 通过对这些路径进行勘查和填图, 将有助于勘查人员下一步工作定位。接下来沿着这些路径, 可开展详细勘查工作, “ 顺藤摸瓜” , 直至最终找到隐伏、潜在矿床目标。

3)云计算、大数据等新技术与传统勘查方法的融合, 促进矿产勘查的新变革。权威期刊《Mining Journal》的民意调查表明, 云计算、大数据、物联网等新一代信息技术, 将成为撼动全球矿业最顶尖的技术之一。全球勘探业巨头力拓集团大力推动云计算、大数据在矿产勘查中的应用, 主要体现在以下几个方面:一是进行多源数据集成与管理, 基于统一基础地理空间参考, 将地质、构造、矿点、地球物理、地球化学、遥感钻孔等各类数据整合到统一的数据库中, 利用云计算、大数据等(决策树、组合方法、聚类、随机森林、空间回归和提升方法等)方法, 对多源综合数据进行集成、展示、分析和挖掘, 由此建立数据驱动的成矿远景图件; 二是开展有效的三维模拟(主要是反演), 云计算和大数据技术三维反演方法更为快捷、更为便利, 几乎成为一种常规的手段, 加拿大Geosoft公司采用微软Azure云计算技术, 开发了VOXI反演软件; 三是提高数据采集精度消除数据噪音等, 通过一些关键技术与信息处理方法的研究, 可以消除数据采集中的噪声干扰, 提高数据采集精度。

云计算、大数据等新技术在矿产勘查中的应用, 提升了勘查绩效。例如, 加拿大Diagnos公司在过去10年中为不同矿产勘查公司完成了数百个大数据分析、挖掘, 进而圈定靶区的项目。这些项目位于加拿大魁北克、安大略、新不伦瑞克、纽芬兰、美国内华达州、多明尼加共和国, 墨西哥, 布基纳法索和坦桑尼亚等地。2011年, Diagnos公司编制了加拿大魁北克西北地区金、铜、银、锌和镍的成矿远景图, 覆盖面积33.09 万km²。2012年便取得了总计5 242个矿权(占地2 335 km²), 覆盖了最有远景和未勘查的目标。