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2024 年 9 月 13 日，自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)勘查工程技術(shù)中心主任、研究員、貴州省地礦局首席科學(xué)家周琦在科普中國(guó)·星空講壇“傳承科學(xué)家精神，點(diǎn)亮地質(zhì)之光”主題場(chǎng)帶來(lái)演講《踏遍青山尋突破》，為我們講述了他和他的團(tuán)隊(duì) 40 余年來(lái)為我國(guó)尋找礦藏、并實(shí)現(xiàn)重大突破的奮斗歷程。

以下是周琦的演講節(jié)選：

大家好，我是貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局首席科學(xué)家、自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心主任周琦，長(zhǎng)期從事戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源勘查和科研工作。今天我和大家分享一下我和我的團(tuán)隊(duì)踏遍青山為祖國(guó)尋找錳礦并實(shí)現(xiàn)重大突破的故事。

錳礦是什么？為什么如此重要？

1774 年，瑞典的化學(xué)家和冶金學(xué)家甘恩從一種叫軟錳礦的礦物中還原出金屬錳而發(fā)現(xiàn)了錳元素，并將它命名為“manganese”。

錳是元素周期表中第四周期第七族的元素，是一種銀白色的脆性金屬。它是人類所必需的微量元素之一，對(duì)人體健康有著重要的作用。錳的密度是每平方厘米 7.3g/cm3 ，熔點(diǎn)是 1244℃ ，沸點(diǎn)是 2097℃ 。在自然界中，錳有 Ⅱ 價(jià)、Ⅲ 價(jià)、Ⅳ 價(jià)以及 Ⅶ 價(jià)態(tài)，其中以 Ⅱ 價(jià)態(tài)和 Ⅳ 價(jià)態(tài)最為常見(jiàn)。錳在空氣中非常容易氧化，在加熱條件下，粉狀的錳與氯、溴、碘、硫、硅以及碳元素都可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

“無(wú)錳不成鋼”，錳是鋼鐵工業(yè)的基本原料，同時(shí)它也是支撐新能源、新材料等戰(zhàn)略以及新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要原料，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。

錳礦是自然界中礦物組合最復(fù)雜的一個(gè)礦種之一，已知的含錳礦就有 150 余種，工業(yè)開(kāi)采的錳礦物主要為菱錳礦，以及軟錳礦、硬錳礦、水錳礦、黑錳礦、褐錳礦和硫錳礦等等。

圖片來(lái)源于周琦演講PPT

世界的錳礦資源主要分布在南半球的少數(shù)國(guó)家，高品質(zhì)的錳礦主要集中分布在南非，澳大利亞，巴西、加蓬等少數(shù)國(guó)家，主要為氧化錳礦。

中國(guó)的錳礦主要分布在華南，如黔、桂、湘、渝、鄂、湘、滇等省（市）區(qū)，北方的遼、冀、陜和新疆等省區(qū)也有部分分布。全國(guó)共發(fā)現(xiàn)錳礦礦產(chǎn)地 430 余處，但主要為中小型分布。

自 20 世紀(jì) 80 年代到本世紀(jì)的 10 年代，露頭及半露頭的錳礦發(fā)現(xiàn)殆盡以后，中國(guó)的隱伏錳礦一直久攻不克。

隱伏錳礦找礦難題是怎么被突破的？

中國(guó)錳礦主要是形成于距今 6.6 億年的南華紀(jì)、4.17 億年前的泥盆紀(jì)和 2.6 億年前的二疊紀(jì)，三個(gè)時(shí)期均為菱錳礦。

菱錳礦最早發(fā)現(xiàn)于阿根廷，因而又有“阿根廷石”的這樣一個(gè)名稱。優(yōu)美的色澤使之被譽(yù)為“印加玫瑰”。菱錳礦晶體是非常漂亮的，如 2009 年在廣西梧州蒼梧縣發(fā)現(xiàn)的被譽(yù)為“中國(guó)皇后”的菱錳礦晶體，震驚中外。

“中國(guó)皇后”。圖片來(lái)源于周琦演講PPT

但是大部分人卻沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)氣泡狀的菱錳礦。

從美學(xué)角度來(lái)說(shuō)，氣泡狀的菱錳礦遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與“中國(guó)皇后”等菱錳礦晶體相媲美，可它的科學(xué)意義卻非常突出。因?yàn)樗陌l(fā)現(xiàn)，不但揭示了一種全新的錳礦床類型——噴溢沉積型錳礦床，而且如同一把金鑰匙，開(kāi)啟了黔東隱伏錳礦資源的保護(hù)之門(mén)，幫助我們發(fā)現(xiàn)了亞洲最大的錳礦集區(qū)，實(shí)現(xiàn)了錳礦找礦的重大突破，重塑了我國(guó)錳礦資源的分布格局。

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這種神秘的“氣泡狀的菱錳礦”是怎么發(fā)現(xiàn)的，還得從一個(gè)難得的天然實(shí)驗(yàn)室——貴州大塘坡錳礦區(qū)說(shuō)起。

支撐找礦勘查的礦床學(xué)研究沒(méi)有捷徑可走，它的實(shí)驗(yàn)室主要是在野外。大塘坡錳礦區(qū)位于貴州省松桃縣，是著名的大塘坡市錳礦的發(fā)現(xiàn)地。1958 年，我曾在貴州省地礦局一○三地質(zhì)大隊(duì)工作的前輩通過(guò)群眾報(bào)礦偶然發(fā)現(xiàn)了它。它的發(fā)現(xiàn)，帶動(dòng)了 20 世紀(jì) 60 年代到 80 年代中國(guó)貴州、湖南、重慶（當(dāng)時(shí)屬于四川）毗鄰地區(qū)露頭、半露頭錳礦找礦實(shí)現(xiàn)重大突破，累計(jì)提交錳礦資源儲(chǔ)量 1 億余噸。

盡管松桃大塘坡錳礦區(qū)是一個(gè)老礦區(qū)，其淺部錳礦資源已開(kāi)采殆盡，但由于礦區(qū)的露頭良好，地質(zhì)現(xiàn)象十分豐富。我和我的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期在大塘坡錳礦區(qū)開(kāi)展深入研究，發(fā)現(xiàn)了很多與錳礦成礦密切相關(guān)的罕見(jiàn)地質(zhì)現(xiàn)象，如菱錳礦體中的氣泡狀構(gòu)造、噴溢構(gòu)造、底辟構(gòu)造、龜背構(gòu)造以及隱爆角礫巖筒、同生斷裂等構(gòu)造，而這些地質(zhì)現(xiàn)象用傳統(tǒng)的錳礦外生沉積成礦理論是難以解釋的，這給我們開(kāi)展尋找隱伏錳礦找礦科研帶來(lái)了機(jī)遇。

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我們重點(diǎn)依托大塘坡錳礦區(qū)這個(gè)天然實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)期開(kāi)展“大塘坡式”錳礦成礦理論研究。通過(guò)執(zhí)行多項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目、國(guó)家整裝勘查區(qū)找礦突破項(xiàng)目，終于創(chuàng)立了錳礦噴溢沉積成礦的原創(chuàng)理論。

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我們發(fā)現(xiàn)南華紀(jì)的“大塘坡式”錳礦是一種全新的錳礦床類型——噴溢沉積型錳礦床，在國(guó)際上未見(jiàn)相同或相似類型錳礦床的報(bào)道。

垂向上，該類礦床自下而上會(huì)出現(xiàn)基于底辟-噴溢構(gòu)造系統(tǒng)的積木式礦石相分帶。而平面上，則出現(xiàn)富菱錳礦帶→中品位菱錳礦帶→低品位菱錳礦帶的同心橢圓狀礦石相平面分帶等。

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我們通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，噴溢沉積型錳礦床均出現(xiàn)在盆地的中心，而不是傳統(tǒng)的錳礦外生沉積成礦理論認(rèn)為的在盆地邊緣沉積成礦。

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我們還對(duì)殘留盆地的原型進(jìn)行了深入研究，運(yùn)用三維地質(zhì)建模、大數(shù)據(jù)挖掘和反射地震探測(cè)技術(shù)，揭示了這類礦床的成礦機(jī)制。這類錳礦床的深部具有導(dǎo)礦構(gòu)造，即錳礦成礦物質(zhì)的傳輸通道，它深達(dá)上地幔頂部。揭示了該類型錳礦“裂谷盆地-傳輸通道-含錳流體”控制的多旋回大規(guī)模噴溢沉積成礦機(jī)理。突破了國(guó)際上錳礦大規(guī)模成礦主要是外生沉積成礦的理論束縛，為該類型錳礦找礦勘查提供了原創(chuàng)的理論支撐。

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技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)錳礦資源高效勘查

探尋隱伏噴溢沉積型超大型錳礦，主要是要抓住兩個(gè)關(guān)鍵：一是要精準(zhǔn)識(shí)別錳礦成礦構(gòu)造，即導(dǎo)礦構(gòu)造、配礦構(gòu)造、容礦構(gòu)造；二是要排除錳礦成礦以后的后生構(gòu)造干擾。

我們具體采取了哪些方法來(lái)精準(zhǔn)識(shí)別錳礦成礦構(gòu)造呢？主要就是依靠我們創(chuàng)立的錳礦噴溢沉積成礦系統(tǒng)模式，進(jìn)一步研發(fā)地質(zhì)找礦預(yù)測(cè)模型、音頻大地電磁預(yù)測(cè)模型，還有地球化學(xué)定量預(yù)測(cè)模型。基于模型-數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的錳礦大數(shù)據(jù)多目標(biāo)遞進(jìn)式智能預(yù)測(cè)技術(shù)還有數(shù)字勘查技術(shù)等等，這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)錳礦綠色高效勘查等。

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通過(guò)將上述隱伏錳礦找礦勘查理論技術(shù)體系在 2011 年到 2020 年間國(guó)家找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)中錳礦整裝勘查區(qū)的工程應(yīng)用，我們終于在黔東地區(qū)新發(fā)現(xiàn)、提交了貴州松桃普覺(jué)、松桃高地、松桃道坨、還有松桃桃子坪四個(gè)世界級(jí)的隱伏超大型錳礦床。

另外，我們通過(guò)跨時(shí)代、跨地區(qū)利用，實(shí)現(xiàn)了貴州遵義二疊紀(jì)錳礦整裝勘查區(qū)資源儲(chǔ)量翻番。2013 年以來(lái)，我們團(tuán)隊(duì)將本項(xiàng)目的找礦理論技術(shù)應(yīng)用到遵義錳礦國(guó)家整裝勘查區(qū)，發(fā)現(xiàn)二疊紀(jì)“遵義式”錳礦與南華紀(jì)“大塘坡式”錳礦大同小異，改變了該錳礦床過(guò)去傳統(tǒng)的外生沉積成錳認(rèn)識(shí)，也同樣實(shí)現(xiàn)了隱伏錳礦找礦突破，新增錳礦資源儲(chǔ)量 7000 余萬(wàn)噸，使該地區(qū)錳礦資源儲(chǔ)量翻了一番。

錳礦找礦突破的重大成果，為建成國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群——貴州銅仁市新型功能材料產(chǎn)業(yè)集群提供了資源支撐。建成投產(chǎn)六個(gè)大型錳礦企業(yè)和一批新能源電池、新材料企業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

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人類的生存發(fā)展是與礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用分不開(kāi)的，可以說(shuō)人類的文明進(jìn)化歷史就是礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用史。當(dāng)今正處信息時(shí)代，中華民族將實(shí)現(xiàn)偉大的復(fù)興，需要更多的礦產(chǎn)資源支撐和保障，我和我的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)踏遍青山尋突破，努力為祖國(guó)多找礦、找大礦、找富礦，繼續(xù)做出新的貢獻(xiàn)。

策劃制作

作者丨周琦 自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)勘查工程技術(shù)中心主任、研究員、貴州省地礦局首席科學(xué)家

責(zé)編丨張揚(yáng)、楊雅萍

審校丨徐來(lái)、林林