在加拿大多伦多PDAC 99会议上的报告

运用地球物理方法寻找金刚石矿床的实践即将迎来五十周年。俄罗斯已有数百个金伯利岩体、全世界可能已有数千个金伯利岩体借助这些方法被发现。显著的成果和长期应用的历史使我们能够分析现有资料，认识地球物理技术的成就，专门辨识、突出并研究其不足与错误，并在此基础上尝试展望金刚石勘探地球物理的未来——21世纪的金刚石地球物理技术。

A. 纳肯先例

在金刚石矿床地质研究中，位于俄罗斯雅库特的新金伯利岩田——纳肯（或中马尔哈）岩田——为人所知已超过5年。

其第一条岩管是在按20 km乘2 km网格开展的概查钻探中几乎偶然发现的。

第二条金伯利岩管是在核查一个低对比度磁异常时于第一条岩管附近发现的。后来查明，该异常与金伯利岩无关，而是与金伯利岩围岩中的暗色岩有关。也就是说，这条岩管同样几乎是偶然发现的。

就在今年（1999年），又在前两条岩管附近发现了一条岩管。在第一条岩管周围按400×400 m网格开展钻探时，一口钻孔揭露了它。此次钻探旨在确认拟建工业建筑物区域内无矿。

上述所有金伯利岩管均含有极高商业品位的优质金刚石，但它们在常规地球物理场中均未表现为对比度足够高的异常。

过去2–3年间，该地区开展了现代高精度磁测和电磁测量，并对圈定的异常进行了钻探验证，金刚石找矿结果为阴性。值得强调的是，上述岩管所产生的异常并未被推荐进行钻探。

这些资料使我们可以提出纳肯岩田先例，即偶然发现了一个新的金伯利岩田，其中所有金伯利岩体均具有很高价值，但这些岩体在现代常规地球物理方法资料中的反映却十分不明显。

分析这一先例的成因，并探讨它对运用地球物理方法寻找具有商业价值的金刚石矿床的实践意义，看来十分重要。

根据上述情况，有必要回答以下三个问题：

纳肯先例是否是“现代常规地球物理技术在寻找金刚石原生矿床方面具有高效性”这一规律的例外，而且是可以忽略的例外？

如果不是，即这一例外不能忽略，那么高含金刚石岩浆活动可能具有多大规模，其产物在标准地球物理场（也可能在矿物学场）中几乎没有反映？

如果这一规模确实显著，那么寻找此类金刚石含量高、但在地球物理场中表现为极低对比度的矿床，最优技术可能是什么？

为对这些问题给出有依据的回答，下面考察一些理论前提和雅库特金刚石找矿实践中的实例。

首先，尝试评价我们对含金刚石和富含金刚石的金伯利岩的指示性质，即用于寻找它们的性质，究竟了解多少。为此，考察非随机样本的理论问题。

B. 非随机样本问题及其解的推论

设某一金伯利岩田在开展找矿工作之前实际共有N个金伯利岩体。我们将这一岩管集合称为总体，因为它客观存在，不依赖于我们或发现方法。

已知在研究充分的金伯利岩田中，岩管磁化强度服从近似指数分布的统计规律（图1）。也就是说，强磁性岩管相对较少，弱磁性岩管则十分常见。所有研究充分的金伯利岩田都具有同样的分布形式，但均值——指数分布的主要参数——因岩田而异。

设在该岩田范围内采用磁力测量法开展找矿。显然，在其他条件有利时，该方法将发现所有强磁性和大型岩管，而小型、极弱磁性的岩管则会部分或大多漏失。

此时，可以利用地质勘探滤波器的概率特征评价该方法的有效性（图2）。

此处横轴表示各岩管磁矩的变化，纵轴表示在特定测量精度和找矿网格条件下通过磁力测量发现这些岩管的概率。

磁力测量将发现一部分岩管，同时漏失另一部分。已发现的岩管可称为非随机样本，漏失的岩管则称为剩余总体。

图3显示了指示参数服从指数分布时的非随机样本和剩余总体。

分析该图可得出以下结论：

A）非随机样本，即已发现对象的岩石磁学特征分布，可以用对数正态分布相当满意地描述。其中弱磁性岩管的相对比例远低于总体中的比例。

B）剩余总体，即在已开展的找矿中未发现的岩管，其岩石磁学特征分布接近指数分布，弱磁性爆破角砾岩筒占有明显且十分显著的优势。

然而，此例的主要结论是，已知、已发现的金伯利岩体、岩管群及单个金伯利岩田的指示性质特征，不适用于尚未发现、并成为已勘查地区新一轮找矿对象的岩体、岩管群和岩田。

那么，有关金伯利岩管群和岩田中金伯利岩平均磁性特征的实际资料又如何呢？

图4 给出了雅库特15个金伯利岩田（不包括纳肯岩田）中金伯利岩平均磁化率特征的变化资料。其分布具有明显的对数正态形态。弱磁性金伯利岩田十分罕见。因此，可以将图中资料视为从该地区此类岩田的整个总体中获得的非随机样本。

在这种情况下，上述纳肯岩田金伯利岩磁化强度低的事实便得到清楚解释，即它是剩余总体的第一个代表，从而由悖论转变为先例。

再次强调，岩管、岩管群和岩田的剩余总体应具有显著降低的主要指示参数值——在本例中，即金伯利岩的弱磁化强度和极弱磁化强度。

图5以不同颜色表示同一组十五个西伯利亚金伯利岩田中具有不同工业金刚石含量水平的岩田。由图可见，具有工业金刚石含量的岩田中，金伯利岩的磁化强度最低；而不含已知矿床的岩田中的金伯利岩则具有强磁性。

值得强调的是，米尔内岩田岩管的平均磁性最低，该岩田中工业矿床数量约占岩管总数的50%。在另外两个磁性更强的岩田中，这一比例不超过5%。

同样可以考察岩管中镁铝榴石、钛铁矿和其他指示矿物浓度的变化资料。从这些资料得出的结论与岩管岩石磁学特征所得结论基本相同。图6 给出了米尔内岩田岩管磁矩与矿物学产出量相关性的资料。由图可见，这一相关性近似线性，即弱磁性爆破角砾岩筒也具有较低的指示矿物浓度。

上述资料看来足以提出第一个主要结论，或回答前述第一和第二个问题。这些回答可表述如下：

纳肯先例与“常规但现代的地球物理技术（磁力测量）在寻找具有商业价值的金刚石原生矿床方面具有高效性”这一规律不符。纳肯先例推翻了这一规律。它清楚、有力且几乎毫无歧义地表明，常规磁测找矿技术在发现纳肯型、即极富金刚石的岩管和岩田方面效率很低。

以雅库特金伯利岩省为例，可以断言，纳肯型金伯利岩田属于常规找矿中系统性漏失的勘查对象剩余总体。在这一总体中，具有商业金刚石含量的岩田、岩管群和岩管所占的相对比例，显著高于依据磁性从高对比度勘查对象中选出的非随机样本中有价值对象的比例。

本文不展开论证，而提供一些关于具有高商业金刚石品位的金伯利岩体特有指示特征的资料。图7展示了这些资料。图中以二维坐标表示西伯利亚金伯利岩物质成分主成分的变化，并沿平行于这些坐标轴的方向表示找寻岩管所用指示参数的变化。

图内给出了各具体岩管的资料，并特别标出了金刚石浓度达到商业品位的岩管。

这幅图说明了什么？它表明，在所有已研究的金伯利岩体中，具有工业意义和商业价值的矿床不仅磁化强度较低，而且电阻率较高。雅库特所有通过电法勘探发现的金伯利岩体实际上均基本不含金刚石，这一事实也并非偶然。另一方面，尖晶石以及硼、锌、铬、镍等化学元素的浓度较高，是具有商业价值的爆破角砾岩筒的特征。有价值对象的另一重要特点是岩管中硫化物更为丰富，这一点也在后来对纳肯岩田金伯利岩的研究中得到了证实。

表1汇总了雅库特具有工业（商业）金刚石含量的岩管的指示性质资料。

表1. 雅库特省具有商业金刚石含量的金伯利岩管的概化岩石物理模型

分析该表可得出以下结论：

含金刚石金伯利岩管的异常磁化率稳定，但仅有极微弱的升高，在观测磁场中可能表现为平均强度不超过数nT的异常。（在航空地球物理金刚石找矿区域，通常可识别出数千乃至数万个此类异常。在地面测量资料中，这类异常通常被近地表地质不均一体产生的噪声所掩盖。）

含金刚石金伯利岩管具有稳定偏高的激发极化参数。

C. 地球物理方法的应用经验

除磁力测量外，雅库特金刚石找矿中每一种地球物理方法的应用实践均可明确划分为两个时期。第一时期，在大面积区域应用这些方法，试图识别岩管引起的异常。初步看来，这种做法可以理解，似乎也理所当然。但事实证明，这仅在初步近似下成立。第一阶段通常未取得成果，结束后，该方法要么被从必用找矿方法清单中删除，要么在金刚石地球物理工作的总体流程中获得另一种定位。

电磁方法采用了以下形式：地面直流和交流电法勘探、激发极化、井间无线电波透射以及航空电磁勘探。附表2简要列出了这些方法的应用结果。

表2. 电法勘探方法在寻找金刚石矿床中的应用结果

因此可以认为，在观测精度高、测量参数经过优化的情况下，该方法（激发极化形式除外）主要能够识别不含金刚石的岩管。另一方面，上述所有方法形式均可可靠识别线性的含金伯利岩构造断裂。在阿尔汉格尔斯克州开展的工作中也记录到这一点（图9）。激发极化方法在试验阶段识别出了所有接受研究的具有商业金刚石含量的金伯利岩体（8条岩管）。

重力勘探方法曾用于不同比例尺的工作。由于生产效率低，其作为直接寻找岩管的方法应用有限，而且多采用较稀疏的网格。共发现一条岩管，即阿拉基特—马尔哈岩田的斯拉武季奇岩管，该岩管不含金刚石。在中、小比例尺应用中，经相应处理后，识别出了赋存金伯利岩的构造断裂，以及与金伯利岩田边界重合的近等轴状异常。

地震勘探方法曾用于识别覆盖区内的金伯利岩管。在已知岩体上开展的试验表明，岩管可以通过层状围岩介质中的特定异常被识别。该方法实际上应用于米尔内金伯利岩田几乎全部区域。

结果在研究区圈定了两类异常对象：

围岩产状未受扰动地段内的“岩管型”异常。所有这些异常均经钻探揭露，但无一为金伯利岩管。

无法识别“岩管型”异常的线性构造断裂带。这些带也与已知的含金伯利岩构造重合。但实际上，地震勘探方法并未完成对这些带的找矿。这反映出缺乏在构造断裂带内识别“岩管型”异常的技术。然而，另一方面，该方法成功研究了赋存金伯利岩的构造断裂，并在金伯利岩田范围内对其进行了填图。

需要强调的是，正是这些含金伯利岩构造，先前已通过地面和航空电法勘探测量资料被识别出来。

航空伽马能谱测量的应用实践尤其值得关注。在有利景观和地质环境下开展的初期试验表明，许多金伯利岩体相对于围岩表现为钍浓度升高、钾浓度降低。然而，钻探揭露若干此类放射地球化学异常的尝试并未取得积极结果，于是决定放弃该方法。

然而，在标准岩田开展的新测量及采用景观地球化学算法进行的地质解释表明，该方法填绘的并非岩管本身，而是其次生地球化学晕（图10）。因此也就理解了为何在这些晕的中心钻探未取得积极结果。

在米尔内金伯利岩田采用新技术开展的试验工作，获得了与金伯利岩来源矿物分布图几乎一致的放射地球化学晕图（图11）。但前者仅用一个航空作业季便获得，而先前的图件则耗费了数十年的钻探和矿山坑探工作。

依据上述及其他实例，对地球物理方法在金刚石矿床勘查中的应用经验所作的这一简要回顾，可得出以下主要结论。

原则上，特别是在有利景观和地质环境下开展方法试验时，大多数地球物理方法均可在金伯利岩管附近识别出某种异常效应。然而，没有一种方法能以所需概率（可靠性）保证不漏失任何金伯利岩体，更不用说具有高商业金刚石品位的岩体。此外，在现行工作方式下，有些方法及其变体从岩管总体中选出的，仅是平均金刚石含量显著偏低的岩管。

几乎每一种已使用的方法都能识别出测量场区域结构的某些特征，这些特征以某种形式指示岩管分布规律（找矿前提），或指示方法所测异常效应附近存在岩管的迹象（找矿标志）。

D. 发现高价值、低对比度金刚石原生矿床的最优技术。

上述资料使我们能够表述并说明在介绍纳肯先例时提出的第三个问题的答案，即寻找富含金刚石且对比度很低的矿床，最优技术可能是什么。

含金刚石岩管在地球物理场中的低对比度表现无疑说明有必要开展高精度工作。这一首要要求显而易见，目前大多数方法已能满足。

然而，较低的异常阈值必然会导致圈定数百乃至数千个形式上符合识别条件的异常。研究如此大量的信号需要巨额资金和大量时间。正是资金和时间限制，要求圈定异常的数量控制在数十个，理想情况下仅为个位数。也正是资金限制，而非测量仪器精度不足，抬高了筛选异常以供进一步研究的最低强度阈值。

因此，对所讨论技术的第二项要求是能够从所有测得的异常效应中分离出有前景的异常，而无需提高最低异常阈值。

这里不讨论依据金伯利岩体类对象的形式特征研究和分类异常的已知程序（欧拉反褶积等）。这些方法通常适用于强度足够高的异常，各有优缺点。也不讨论通过多种方法获取岩管异常效应的可能性。上述资料表明，至少在俄罗斯条件下，这种做法效果不佳，并会造成巨大的资金损失。

要满足第二项要求，只有一条途径：逐步、有依据地缩小找矿面积。逐步性和依据性缺一不可。在俄罗斯，这类技术通常称为分阶段找矿技术。

针对金刚石原生矿床勘查，对分阶段技术方案进行专门研究后，提出了一种依次圈定下列中间找矿对象的方法；更准确地说，是圈定有望发现这些对象的区域和地段。首先是金伯利岩田；在其可能边界内是金伯利岩管群；在可能的岩管群范围内是局部远景地段和地球物理异常；最后才是金伯利岩管（图12）。

因此，上述已确定并描述的地球物理场异常效应，指示岩田、岩管群、地段和岩管的分布规律，反映找矿对象内部组织的特点，正是实现目标定位任务的算法中的主要因素。

必须强调，许多此前已用地球物理和其他方法研究过的远景区，无需开展新测量。在这些地区，只需对资料进行相应的重新处理和解释。

总体而言，分阶段找矿技术按以下方案实施。

第一阶段分析现有小比例尺测量资料，研究范围为数万平方千米，以圈定面积为数百至数千平方千米、具有发现金伯利岩田前景的区域。方法：航空磁力测量、航空伽马能谱测量。圈定前提（准则）：磁场特殊变换中的区域异常。圈定标志：小比例尺航空伽马能谱资料的景观地质归约结果（图13）。

第二阶段，在有望发现岩管田的区域内分析中比例尺研究资料。目标是圈定有望发现金伯利岩体群的地段（数百平方千米）。方法：航空电磁勘探、航空伽马能谱测量、航空磁法勘探。圈定前提（准则）：控制金伯利岩的断裂所产生的低对比度活动动力影响带（磁法勘探、电法勘探——场的特殊变换）。

圈定标志：现代和古代沉积收集体中岩管群的特征性放射地球化学晕；对比度最高的岩管产生的个别局部磁场和电导率异常，这些岩管是岩管群的指示对象（图14）。

第三阶段，分析已有资料，或采用综合方法开展1:10 000—1:5 000比例尺的高准确度、精密航空测量，观测地面定位精度为2–3 m。圈定前提（准则）：构造断裂的内部结构。标志：局部磁异常、电导率异常、放射地球化学晕。采用特殊变换抑制噪声。

最终，在这一阶段，找矿对象不仅包括异常，也包括依据一组前提和标志圈定的局部远景地段。

下一阶段是在局部地段和异常上开展验证与评价工作，任务是进一步研究或识别岩管引起的异常，并根据其与具有商业价值的矿床可能存在的联系进行分类。

所述技术可概括为快速、可靠性较高、知识密集度极高且成本最小化的技术，可称为面向金刚石的目标导向地质—航空地球物理技术。

这里所指的面向金刚石的目标导向地质—航空地球物理技术包括：

a）根据目标选择所需工作阶段、航空地球物理方法及其形式，以及不同阶段的观测精度、测量比例尺和飞行高度（已有此类资料时，需要进行专门的解释前准备），

b）根据目标确定信息处理和表达方法，以及所需的补充资料集，

c）根据目标确定所获信息总体解释和预测解释的技术流程。

目前，这项技术正广泛推广到俄罗斯金刚石勘查实践中，并已促成一个商业矿床的发现，该矿床在空中记录为3 nT异常。该技术适用范围既包括已研究过的含金刚石岩田，也包括尚未查明金刚石砂矿与原生来源联系的疑难地区（非洲许多地区、巴西、乌克兰等）。

结论

纳肯金伯利岩田，以及已知金伯利岩田中的其他金伯利岩体群和单条岩管，是一类特殊且价值极高的金刚石原生矿床总体的典型代表。这类矿床一方面商业价值高，另一方面，用于直接发现的指示参数对比度显著偏低。
可以推测，发现此类找矿对象的任务将决定21世纪金刚石矿床勘查的策略和技术。

该技术应以金刚石矿床分布规律及其表现因素、首先是在物理场中的表现因素的知识为基础，旨在有依据地依次圈定范围逐步缩小、相互嵌套的一系列中间找矿对象。此类序列的中间找矿对象模型已基于航空地球物理方法建立。

以最先进的知识密集型技术为基础的找矿方法发展趋势，使我们能够断言，面向金刚石的目标导向地质—航空地球物理技术将在近期构成金刚石找矿工作的基础。其快速性，加上所获信息的客观性和丰富性，将使已知含金刚石地区以及新的金刚石远景区的工作达到最高可靠性和效率。