​地质学家如何用地质规律找矿？

2024 年 6 月 21 日，中国地质调查局自然资源实物地质资料中心高级工程师高建伟在科普中国星空讲坛“科学报国正当时”主题场带来演讲《学习地质，是不是就是与深山为伴？》。

以下是高建伟的演讲节选：

地质学主要有两大任务，第一是满足人类的生存发展，第二方面就是探索人类的未知。

先说满足人类发展方面，有这么几件事需要做——

第一件也是最重要的一件，就是指导人们寻找矿产资源。

第二件是指导城市建设。因为城市建设之前，我们需要开展城市地质调查，包括地基的稳定性、水文地质、地下空间等等。

第三个方面就是抵御自然灾害。因为我们人类会面临很多自然灾害，包括地震、火山、滑坡、泥石流等，我们需要调查这些地质灾害的形成规律，进一步指导大家如何避免或抵御这些自然灾害。

第四个方面研究地质环境，可以保护人类的健康。地质环境又分两个方面，一个是地质环境的污染治理问题，第二就是地质健康问题，有些地方会产生一些地方病，往往与当地的岩石或土壤里边某种元素的多与少有关系，比如克山病，就是因为当地土壤中硒元素非常少。

如何利用成矿规律找矿？

传统地质学有几项研究内容，第一项就是要研究我们地球的物质组成，主要就是研究石头。

从地质学角度，石头可以分为三大类：矿物、岩石和矿石。

矿物大家可能都见过。比如常见的石英，有颜色的话还能变成墨晶、紫水晶甚至更漂亮一点变成宝石；岩石主要是花岗岩、灰岩、白云岩、砾岩、砂岩等，其中，有一种特殊的岩石叫矿山，就是一些有用的元素富集到一定程度就变成矿石，矿石进一步富集就变成了矿床，矿床经过开发，人们就能利用这些有用的元素。

在地质学几个分支中，结晶学和矿物学主要研究矿物，岩石学主要研究岩石，矿床学和矿产勘查学主要研究矿床。同时，这些学科并非彼此割裂，而是彼此之间有着千丝万缕的联系。

举个例子，这张照片是胶东北部海域金矿现场打钻的照片，看起来很壮观。这是一座蚀变岩型的金矿。

在地球深部，有很多含金的流体，在向浅部运移的过程中，伴随着温度降低，这些含金流体会逐步形成一些黄铁矿，也就是载金矿物，金就藏在这些黄铁矿里。如果黄铁矿足够富集，就变成了一座金矿。

通过研究，我们发现了一个有趣的现象：这些黄铁矿中，除了主要的铁元素和硫元素，还有大量的微量元素。随着温度降低，矿床的头部和浅部会含有低温的砷、锑这些微量元素，而当矿体的尾部高温时，会充分发育钴、镍等高温的微量元素。

于是，我们就利用这个成矿规律，对三山岛北部海域金矿进行了一个全面调查。结果发现，在一千多米地下的这些矿体中采集的黄铁矿样品中，其中百分之七八十的微量元素是低温的微量元素，这样我们就有很充足的理由相信，在一千多米之下应该还有很大的找矿空间，也给了当地矿山企业很大的信心——这就是我们地质工作者要做的一个工作，就是指导找矿，也是一个非常有意义的工作。

如何利用地球物理学找矿？

传统地质学的第二项研究内容，就是研究地球内部结构和构造。

为了搞清楚地球的结构，出现了一门学科叫地球物理学，之后，为了搞清楚石头发育有哪些构造，产生了构造地质学。

简单说，地球物理学就是用地球物理的方法来探索地球内部的结构，包括各种异常。它的主要方式包括重力、磁法、电法、地震等。

举个例子，地质学家可以利用地震来研究地球的结构，通过接收地球上一些大的地震的地震波速度，地质学家将地球分为三个圈层：地壳、地幔和地核。

之后，地质学家又提出来，地球内部并不是都是刚性的，不都是石头，而是在上地幔有一层软流圈，有点类似我们吃的疙瘩汤，是一种能流动、但是里边不全是液态的软流层。

同时，地球物理学还能用来找矿。举个简单的例子，比如地下几百米有一个铁矿，它的有用矿物可能是磁铁矿。因为磁铁矿具有强磁性，所以，地球物理学家就可以利用磁力仪来探测到地下深部的磁异常，然后，通过发现这个异常，就可以推断地下可能存在一个大型的铁矿。

如何利用构造地质学找矿？

地球上有各种构造变形，比如断层、褶皱、解理等，它们的组合形式是什么样的？它们的形成条件是什么样的？这都是构造地质学要查明的问题。

而且，对找矿来说，研究地球构造也非常有意义。为什么呢，因为有很多大型、超大型的矿床都是由构造控制的。

再举一个我们在胶东地区开展金矿考察的例子。

这张图片是山东招远玲珑金矿，是历史非常悠久的金矿。这里有大量的花岗岩，花岗岩里边发育了大量的裂隙、断层，在裂隙里边冲陷了很多含金的石英脉，石英脉里面发育黄铁矿，黄铁矿里面含有大量的金。

通过对构造的研究，我们又发现了一个很有趣的现象：在形成矿体之前，这些裂隙是受到一个挤压应力的作用，因为构造必须受到力的作用。当它开始受到挤压应力的作用时，断层形成了，而且它是紧闭的，所以说它那个时候没有成矿；在成矿时期，它受到一个伸展力的作用，断层张开了，在地下形成了裂隙，之后，在深部含有金的热流体运移到这些裂隙中。突然进入到裂隙之中，这些热流体会减压，减压就会沸腾，沸腾之后就会富集下来形成矿体。

所以说，好好研究构造，也可以让我们对矿床了解得更加深入和透彻。

策划制作

作者丨高建伟 中国地质调查局自然资源实物地质资料中心高级工程师

责编丨杨杨

审校丨徐来 林林