3

STAGES OF MINING:

PROSPECTING AND

EXPLORATION

3.1 PRECURSORS TO MINING

The stages in the life of a mine were outlined in Section 1.4. This chapter discusses in detail the first two stages, prospecting and exploration. It should be noted that we define prospecting as the search for ore or for geologic occurrences that have potential of being an ore body building on this definition, we must therefore use the narrow meaning for the second stage of mining. Exploration is defined as the activities of evaluating a geologic prospect to determine its size, shape grade, and profit potential. Every mine must normally go through these first two stages so that its economic viability can be established. Although it is helpful to separate them in a basic course on mining, the two stages are often conducted together, making it difficult to distinguish between prospecting and exploration activities. When the two activities are joined together within a corporate structure, the combined activity is normally referred to as exploration.

The basic background of prospecting and exploration professionals is often geology or geophysics. The reason is clearly apparent -a detailed understanding of geology and the physical properties of the earth are normally required to analyze the often complicated nature of mineral occurrences. The mining engineer need not be an expert in these areas, but a good working knowledge of the geological sciences is imperative if the process is to be understood. It is therefore assumed that mining students will have a good fundamental knowledge of physical geology, rocks and minerals, structural geology, and mineral deposits.

The discovery of a new mineral deposit has been likened to the search for the proverbial needle in a haystack. Most mineral deposits mined for their economic values are geologic anomalies, that is, they are clearly something out of the ordinary, freaks of nature. The scarcity of these mineral occurrences is a worthwhile study in itself. MacKenzie and Bilodeau (1984) defined an 'economic discovery' as one that realizes revenue of $20 million and a rate of return of at least 100%. Cook (1986) defines a 'significant discovery' as one that will yield more than $500 million in gross revenue, based on the average metal prices for the previous five years. Cook also outlines the dimensions of a 'world-class discovery' as one (I) that is capable of being operated continuously and consistently returns a profit even during periods of low metal prices, (2) that is large enough to significantly affect a medium-sized corporation#39;s profits, and (3) that ranks in the lower one-third of similar mines in terms of the cost per metal unit produced. In assessing the chances of discovering an economic deposit, previous statistics are of use. One publication (Placer Development Ltd., 1980) indicates that only one deposit out of 1000 in Canada ever moves from the status of a prospect to an operating mine, at a cost of $30 million for each economic deposit. Cook (1983) estimates that only one deposit out of 1500 ever becomes a highly profitable mine. Cook also cites the statistic that only 2.3 world-class deposits are found each year, at an average cost of $290 million per deposit.

A more recent review of the number and types of deposits that are being discovered in worldwide exploration can be found in the annual project reviews in the Engineering (and Mining Journal (1995a, 1996a, 1997,1998, 1999a). The journal reviews mining projects under development each year. Coal, basic industrial minerals, crushed stone, and other industrial minerals projects are excluded. Thus, the review essential outlines the projects developed in the metals industry. For the five-year period from 1995 to 1999, about 150 projects worldwide are listed each year as being under development. Although it is difficult to pinpoint how many of these projects come on line each year, somewhat more than 50 mining projects seem to be started each year, with initial project investments ranging from $2.4 million to $2.8 billion. The average investment for a project in the 1999 survey was more than $400 million. Ore deposits are not only hard to find, they are costly to develop. Thus, the overall cost of finding and developing a viable metal mine is extremely high, making it primarily the province of large mining corporations.

A primary reason for the difficulty in finding a new deposit is that most deposits are truly rare occurrences. Further, the geologic forces that have affected the mantle of our planet control them. Using the average crustal abundance of any given metallic element, one can compute the enrichment factor, the multiplier by which the elemental concentration must be increased on average for the element to be minable at a profit. Based on the prevailing cutoff grade, or minimum percentage by mass in an economic deposit, enrichment factors for several common metals are calculated in Table 3.1 (Peters. 1980). These are similar to the grades in Thomas (1973), except for some metals for which the technology has changed considerably. The enrichment factors point out the highly unusual nature of some of the metal deposits. Couple this with the fact that most of the earth#39;s surface has been prospected in the past, and one can conclude that the search for ore deposits is clearly a highly complicated business. The days of a solitary prospector with a burro (or a four-wheel-drive vehicle) are largely over; today#39;s mineral deposits are typically discovered by geologists and geophysicists armed with an array of high-technology tools.

TABLE 3.1 Enrichment Factors for Ore Bodies

Metal Crustal Minimum (Cutoff) Enrichment

目录

3开采的阶段:勘探和探矿 4

3.1 采矿前期 4

3.2 勘探:区域分布 6

3.3 勘探:地质 8

3.4 勘探:地球物理 9

3开采的阶段:勘探和探矿

3.1 采矿前期

第1.4节概述了矿山开采的各个阶段。本章详细论述了前两个阶段勘探和探矿。应当指出，我们将勘探定义为寻找有可能成为矿体的矿石或地质现象，因此，我们在采矿的第二阶段使用狭义的含义。勘探是对地质前景进行评价，以确定其规模、形状等级和利润潜力的活动。每一个矿体通常必须经过这两个阶段，以便确定其经济可行性。虽然在采矿基础课程中把它们分开，但这两个阶段往往是同时进行的，因此很难区分勘探和探矿。当两个活动在一个公司结构中结合在一起时，组合的活动通常称为勘探。

勘探专业人员的基本背景通常是地质学或地球物理学。原因是对地质的详细理解和对其物理特性的详细理解，通常需要地球物理学来分析矿物发生的经过，复杂性质采矿工程师不必是这些领域的专家，但如果要了解这一过程，就必须具备良好的地质科学工作知识。因此，可以假设采矿专业的学生将具有良好的物理地质学、岩石与矿物、构造地质学和矿床的基础知识。

新矿床的发现犹如大海捞针。由于其经济价值而开采的大多数矿床是地质异常，也就是说，它们显然是不同寻常的、反常的自然现象。这些矿藏的稀缺性本身就是一项值得研究的问题。MacKenzie和Bilodeau(1984)将“经济发现”定义为实现2000万美元的收入和至少100%的回报率。库克(1986)将“重大发现”定义为，根据过去五年的平均金属价格，总收益将超过5亿美元。库克还勾勒出了一个“世界级发现”的维度，作为一个整体(1)它能够持续地运作。 即使在金属价格较低的时期，也是一种利润。(2)足以严重影响一个中型公司的利润。(3)根据所生产的每一金属单位的成本，在类似矿山的较低三分之一处进行排名。在评估发现经济价值的机会时，以前的统计数据是有用的。一份出版物(Placer Development Ltd， 1980)指出，在加拿大每1000个矿床中只有一个矿床从勘探状态变为正在开采的矿床，每一个经济矿床的费用为3000万美元。库克(1983)估计1500个矿床中只有一个曾经成为高利润的矿。库克还指出，据统计，每年只有2.3个世界级的矿床储量被发现，每个矿床储量的平均费用为2290万美元。

《工程和采矿杂志》(1995年、1996年、1997年、1998年、1999年)的年度项目审查对全世界勘探中发现的矿床的数量和类型作了较近期的审查。《华尔街日报》每年都会对正在开发的采矿项目进行评估。不包括煤炭、基础工业矿产、碎石等工业矿产项目。因此，综述概述了金属工业开发的项目。在1995年至1999年的五年期间，全世界每年大约有150个项目列入正在开发之中。虽然很难确定每年有多少这样的项目投入使用，但每年似乎有50多个采矿项目启动，初步项目投资从240万美元到28亿美元不等。在1999年的调查中，一个项目的平均投资超过4亿美元。矿床不仅很难找到，而且开发起来代价高昂。因此，寻找和开发一个可行的金属矿的总费用非常高，所以主要是由大型采矿公司负责。

很难找到新矿床的一个主要原因是，大多数矿床确实是罕见的。此外，影响地球地幔的地质力量控制着它们。利用任何给定金属元素的平均地壳丰度，就可以计算出富集因子，即元素浓度必须平均增加的乘数，从而使该元素能够开采并盈利。根据当前的边界品位或经济矿床中质量百分比的最小值，几种常见金属的富集因子如表3.1所示(Peters. 1980)。这些等级与托马斯(1973)的等级相似，除了一些金属的等级发生了很大的变化。富集因素指出了某些金属矿床极不寻常的性质。再加上地球表面大部分地区过去都曾勘探过，人们就可以很容易得出结论，寻找矿藏显然是一项非常复杂的工作。一个孤独的探矿者单枪匹马的日子已经基本结束;今天的矿床通常是由装备了一系列高科技工具的地质学家和地球物理学家发现的。

表3.1矿体富集因素

资料来源:彼得斯,1980年。(经丹佛落基山矿物法基金会批准)

今天发现的几乎所有矿体都是通过探矿和勘探的过程发现的。这些活动的组织和相互关联的方式如图3.1所示。注意，第一阶段(勘探)强调有利目标的侦察或识别，第二阶段(探矿)强调目标评价。每个阶段依次由区域评价到矿床评价两个阶段组成。在流程图中遵循其他的路径将导致对给定目标区域是否需要进一步评估的有利、不合时宜或不利的决策。

很明显，在流程图中从左到右的过程中，找矿勘探的首要目标是缩小搜索范围，即缩小考虑的目标的规模和数量。通常，在第2和第3阶段搜索范围从1000到100,000平方英里 (2500至25万平方公里)，第四阶段缩小至0.1至20平方英里 (0.25至50平方公里)(贝利，1966)。第二个目标是增加其余目标地区产生矿床的可能性。如果这两个目标都实现了，那么第三个目标，降低风险，就会自动实现。通过勘探和探矿阶段的系统进展，在每个阶段对备选方案进行逻辑评估，将有助于勘探队实现所有这三个目标。

图3.1区域勘探和勘探阶段顺序路径和判决点布置在流程图中(在Bailly,1968年;Payne,1973年之后)获得微型社会的许可 NG,冶金和勘探,Inc.,Littieton,Co.)。

3.2 勘探:区域分布

按照前面的定义和图3.1的概述，进行一项良好的勘探计划的目的是发现可能成为矿床的最大数量的矿床。这也必须以最低的成本完成。这些程序所寻找的发生类型一种是异常现象，一种可能是矿床的地质不一致性。显然，异常不一定是矿床。然而，每一个矿床都是异常的，也就是不寻常的东西。

勘探可能是区域或特定地点，即搜索可能限于特定的矿物或金属或特定的地理区域。在今天的世界上，前者很少发生。大型矿产公司是跨国公司，而且往往以能源为导向。因此，勘探目标通常包括世界各地的多个地点和大量的金属、非金属和燃料。最近对世界各地新项目的统计(《工程和采矿杂志》，1999年)表明勘探目标的分布如下:

北美和中美洲37%

南美和加勒比地区24%

非洲19%

亚洲14%

目标的选择似乎是矿物潜力的函数。然而，政治环境在选择勘探地区的过程中起着很大的作用。需要考虑的政治变量包括税收、环境法律、法规的重复和管理、原住民土地要求、保护区、基础设施、劳动力变量和社会经济协议。如前文所述，更好的勘探有利指标是将矿产潜力指数与政治政策指数相结合，即投资吸引力指数。这类指数显然是许多公司在选择勘探地点时所考虑的。

当前勘探的一个显著特点是，一个地区以前勘探的数量可能不会成为该地区勘探成功的障碍。在勘探程度较高的地区，几乎所有的地表表现形式(露头、铁冒和浮体)都已被发现和研究。但是，如果集中力量于所谓的隐藏矿床，即地表以下的矿床，就可以在这些地区发现新的矿床。在美国能找到几个好例子，内华达州显然是目前最适合勘探的州(《工程与采矿杂志》，1999年)，尽管它已经勘探了多年。近几十年来，这里又发现了许多新的金矿。另一个例子可以在科罗拉多州找到，那里也被广泛探索过。近年来在科罗拉多州北部金伯利岩矿床中发现的钻石(Coopersmith, 1997)表明，更好的搜索技术和分析方法可以定位新的矿床，即使是在勘探程度较高的地区。

由于当今许多目标是隐蔽的直接搜索技术(物理检查、地质研究、测绘和取样)，必须辅之以间接的方法(地球物理、地球化学、地球植物学)，搜索技术可以应用于地球表面的地下地层、地球上空的大气中，在勘探经常露头或在浅覆盖层下出现的煤和非金属矿床方面，直接技术仍然很成功，但对于金属矿床，几乎总是需要间接技术。

1. 搜索地质报告和其他技术文献。

2. 研究现有的地质图和地形图。

3. 研究航空和卫星照片。

4. 根据现有资料和最新航拍资料，制作影像地质图。

5. 对研究区域进行航空地球物理测量。

6. 建立作业基地，建立测绘控制，组织地面勘探队。

7. 进行初步的地面地质、地球物理和地球化学调查。

阶段1(图3.1)通过步骤4或5进行，阶段2包含剩余部分。某些步骤可能被省略或执行顺序调整。此外，勘探和探矿之间的重叠可能在步骤7和8中出现。

表3.2对勘探和探矿中可能使用的所有方法作了有用的总结。指出了它们通常使用的阶段、种类(直接或间接)以及它们对金属的探测能力。下面几节将进一步讨论其中许多方法。记住，这些方法在勘探和探矿中都有应用。

3.3 勘探:地质

地质勘探运用矿床的成因和赋存知识、构造制图、矿物学和岩石学分析来发现、确定和评价矿物前景。它仍然是勘探和探矿的重点;所有其他方法都依赖于它，并利用它进行解释。

地质勘探中最重要的工具之一是了解矿床的形成形式以及这些地层如何影响新矿床的勘探。Jensen和Bateman(1981)和Guilbert and Park(1986)对矿床进行了相当全面的处理。这些参考文献概述了矿床分类体系，阐明了矿床的成因。矿床可以是原生的(直接由岩浆形成)，次生的(通过化学或机械风化作用改变)，也可以是变质的(在高温高压下由其他矿物和岩石形成)。另一个区别是，如果矿床是与主岩同时形成的，则它们是同生的;如果是随后形成的，则是后天生成的。

地质学家利用对矿床及其成因的知识，以多种方式确定有利的地质位置。一般地层地形图的绘制是展示各种地层的组成、分布、年龄和关系的起点。构造地质学可以作为矿体存在的线索;这成为第二

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