东华理工大学三维地质调查关键技术取得重大突破侧记

2020-12-29 10:57:26来源：科技日报

铀资源之于核工业，好比粮食之于人类。安全稳定的铀资源供应，是核工业发展的重要基石。

中国第一所核工业大学东华理工大学核资源与环境国家重点实验室的郭福生教授团队，在中国地质调查局三维地质调查试点项目、国家自然科学基金项目、中央地质勘查基金项目资助下，采用地质、地球物理探测和信息技术综合手段，开展相山盆地三维地质调查与建模，并对深部有利成矿区进行定位预测与钻探勘查。历经10年攻关，通过为大地“做CT”，为铀矿“测三维”，实现了找矿关键技术的重大突破。该成果获得2017年度中国地质调查局地质科技一等奖、2018年度江西省科学技术进步一等奖。

创新方法，推进深部探测新跨越

“浅部矿产资源量不断减少，而深部找矿难度又非常大，一方面成矿控制因素复杂多样，另一方面深部探测关键技术尚未突破。”郭福生说。江西相山盆地是我国最大最富的火山岩型铀矿田，经过半个多世纪的勘探与开采，已然面临着需要深部勘探的难题。

面对深部找矿的世界性难题，作为老牌地质院校，东华理工人迎难而上、勇挑重担。郭福生团队集成创新了适用于火山—侵入杂岩矿集区三维地质调查的“地质—物探—钻探多源信息融合”技术方法，给深部找矿装上了“透视镜”。

三维地质调查是一项探索性很强的工作，目前国内外尚无成熟的技术方法。针对相山火山盆地这样的复杂火山—侵入杂岩矿集区，技术攻关难度更大。地壳中的地质体是从地表连续延伸到地下的，而以往地表地质调查、深部地质结构解译与可视化表达分属不同专业的人员分管，这给地质体整体结构探索带来困难。

“既要有‘富铀’的信心，更要有‘富有’的智慧。”郭福生说。为此，团队采取地质、物探、信息技术人员跨学科协力攻关的方式，在1∶50000地表地质填图和重磁三维反演基础上，开展覆盖全区的大地电磁测深(MT)，再用钻探信息对MT剖面解译进行约束。在展示深部目标地质体空间展布特征的同时，重构了相山盆地古火山机构，确定了主火山口位置并新发现了4个次级火山口。该成果为国内外类似地区的三维地质调查做了成功示范，先后被国内20多家单位推广应用。

构建模型，实现关键技术新突破

当前全国数字地质调查积累的大量空间数据尚未得到进一步开发利用，而用其进行三维建模的做法，前人的尝试也未曾成功。

郭福生团队利用野外路线PRB数据，首创研发了一套在GOCAD软件平台上的“数字地质填图建模”方法，不仅为区域地质调查成果提供了新型表达方式，也为更深层次的三维地质建模打下了基础。

地质剖面建模是常规的三维建模方法，同时需要融入大量的地形、地质、物探、钻孔、矿山开采等资料，但各种各样的数据如何有效集成是一个难题。团队成员屡次攻关、毫不气馁，探索出多源数据融合建模方法体系。基于地质图、物探解译剖面图、勘探线剖面图和中段平面图等，团队建立了相山火山盆地、关键成矿区、典型矿床等5个不同层次、不同类型的三维地质模型，为深部找矿勘查提供了信息分析与决策支持服务，并实现地下3000米范围内地质结构的“透明化”显示，取得矿田三维可视化关键技术的突破。

华南许多铀矿床的成矿铀源均来源于印支期花岗岩，在铀矿勘查进程中，团队在相山火山盆地南侧首次发现了印支期富铀花岗岩体，并且根据岩浆捕获锆石及物探数据解译结果，推断出相山火山盆地深部存在印支期富铀岩体。经过细致系统地观察与鉴定测试，鉴别出大量岩浆及热液隐爆角砾岩、隐爆细碎屑岩，它们与成矿关系密切，是重要的找矿标志和依据，由此开辟了相山铀矿田成矿作用研究新思路。

产研融合,探明深部铀矿新储量

找矿勘探的重大突破，离不开成矿理论的不断创新，更离不开产学研深度融合。科学界对相山盆地铀矿成因一直存在较大争议。郭福生团队根据铀矿化与隐爆碎屑岩的密切关系，通过水物理化学理论计算、成矿物质活化与沉淀实验，提出了水力压裂铀成矿理论新认识，阐明了水力压裂裂隙和隐爆碎屑岩是铀矿化的主要成矿空间，为相山铀矿找矿不断取得新成果奠定了基础。团队还发现了相山西部平缓火山岩组间界面与裂隙密集带复合部位赋矿的规律，在前人“邹家山式”勘查模型基础上，提出了“居隆庵式”勘查模型，丰富和深化了“三界面”控矿规律认识。

基于理论上的突破，郭福生团队与长期在相山铀矿田开展找矿勘探工作的核工业270研究所、江西省核工业地质局261大队、核工业北京地质研究院联合攻关，将三维建模成果在找矿勘探中有效应用，对成矿预测区进行钻探查证，新发现了2个铀矿产地，扩大了7个铀矿床规模，为国家提交了铀矿资源量逾万吨(相当于超大型铀矿床规模)，实现了深部铀矿找矿重大突破，为相山铀资源大基地建设提供了有力保障。

在剖析深部地质结构和铀矿勘查方面，三维地质调查与建模技术在其精度和应用效果方面更是走在了国际前沿。“如今团队的一个科研方向是继续融合地质、物探、信息技术，开展地表—地下一体化、可视化研究，在深部地质结构和矿床三维地质模型构建方面筑起一座高台,为中国铀业继续加‘铀’。”郭福生说。

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