2024 年 9 月 13 日，自然资源部基岩区矿产勘查工程技术中心主任、研究员、贵州省地矿局首席科学家周琦在科普中国·星空讲坛“传承科学家精神，点亮地质之光”主题场带来演讲《踏遍青山寻突破》，为我们讲述了他和他的团队 40 余年来为我国寻找矿藏、并实现重大突破的奋斗历程。
以下是周琦的演讲节选：
大家好，我是贵州省地质矿产勘查开发局首席科学家、自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心主任周琦，长期从事战略矿产资源勘查和科研工作。今天我和大家分享一下我和我的团队踏遍青山为祖国寻找锰矿并实现重大突破的故事。
锰矿是什么？为什么如此重要？
1774 年，瑞典的化学家和冶金学家甘恩从一种叫软锰矿的矿物中还原出金属锰而发现了锰元素，并将它命名为“manganese”。
锰是元素周期表中第四周期第七族的元素，是一种银白色的脆性金属。它是人类所必需的微量元素之一，对人体健康有着重要的作用。锰的密度是每平方厘米 7.3g/cm³ ，熔点是 1244℃ ，沸点是 2097℃ 。在自然界中，锰有 Ⅱ 价、Ⅲ 价、Ⅳ 价以及 Ⅶ 价态，其中以 Ⅱ 价态和 Ⅳ 价态最为常见。锰在空气中非常容易氧化，在加热条件下，粉状的锰与氯、溴、碘、硫、硅以及碳元素都可以发生化学反应。
“无锰不成钢”，锰是钢铁工业的基本原料，同时它也是支撑新能源、新材料等战略以及新兴产业发展的重要原料，是关系国计民生和国家安全的战略矿产资源。
锰矿是自然界中矿物组合最复杂的一个矿种之一，已知的含锰矿就有 150 余种，工业开采的锰矿物主要为菱锰矿，以及软锰矿、硬锰矿、水锰矿、黑锰矿、褐锰矿和硫锰矿等等。
图片来源于周琦演讲PPT
世界的锰矿资源主要分布在南半球的少数国家，高品质的锰矿主要集中分布在南非，澳大利亚，巴西、加蓬等少数国家，主要为氧化锰矿。
中国的锰矿主要分布在华南，如黔、桂、湘、渝、鄂、湘、滇等省（市）区，北方的辽、冀、陕和新疆等省区也有部分分布。全国共发现锰矿矿产地 430 余处，但主要为中小型分布。
自 20 世纪 80 年代到本世纪的 10 年代，露头及半露头的锰矿发现殆尽以后，中国的隐伏锰矿一直久攻不克。
隐伏锰矿找矿难题是怎么被突破的？
中国锰矿主要是形成于距今 6.6 亿年的南华纪、4.17 亿年前的泥盆纪和 2.6 亿年前的二叠纪，三个时期均为菱锰矿。
菱锰矿最早发现于阿根廷，因而又有“阿根廷石”的这样一个名称。优美的色泽使之被誉为“印加玫瑰”。菱锰矿晶体是非常漂亮的，如 2009 年在广西梧州苍梧县发现的被誉为“中国皇后”的菱锰矿晶体，震惊中外。
“中国皇后”。图片来源于周琦演讲PPT
但是大部分人却没有听说过气泡状的菱锰矿。
从美学角度来说，气泡状的菱锰矿远远不能与“中国皇后”等菱锰矿晶体相媲美，可它的科学意义却非常突出。因为它的发现，不但揭示了一种全新的锰矿床类型——喷溢沉积型锰矿床，而且如同一把金钥匙，开启了黔东隐伏锰矿资源的保护之门，帮助我们发现了亚洲最大的锰矿集区，实现了锰矿找矿的重大突破，重塑了我国锰矿资源的分布格局。
图片来源于周琦演讲PPT
这种神秘的“气泡状的菱锰矿”是怎么发现的，还得从一个难得的天然实验室——贵州大塘坡锰矿区说起。
支撑找矿勘查的矿床学研究没有捷径可走，它的实验室主要是在野外。大塘坡锰矿区位于贵州省松桃县，是著名的大塘坡市锰矿的发现地。1958 年，我曾在贵州省地矿局一○三地质大队工作的前辈通过群众报矿偶然发现了它。它的发现，带动了 20 世纪 60 年代到 80 年代中国贵州、湖南、重庆（当时属于四川）毗邻地区露头、半露头锰矿找矿实现重大突破，累计提交锰矿资源储量 1 亿余吨。
尽管松桃大塘坡锰矿区是一个老矿区，其浅部锰矿资源已开采殆尽，但由于矿区的露头良好，地质现象十分丰富。我和我的团队长期在大塘坡锰矿区开展深入研究，发现了很多与锰矿成矿密切相关的罕见地质现象，如菱锰矿体中的气泡状构造、喷溢构造、底辟构造、龟背构造以及隐爆角砾岩筒、同生断裂等构造，而这些地质现象用传统的锰矿外生沉积成矿理论是难以解释的，这给我们开展寻找隐伏锰矿找矿科研带来了机遇。
图片来源于周琦演讲PPT
我们重点依托大塘坡锰矿区这个天然实验室，长期开展“大塘坡式”锰矿成矿理论研究。通过执行多项国家和省部级科研项目、国家整装勘查区找矿突破项目，终于创立了锰矿喷溢沉积成矿的原创理论。
图片来源于周琦演讲PPT
我们发现南华纪的“大塘坡式”锰矿是一种全新的锰矿床类型——喷溢沉积型锰矿床，在国际上未见相同或相似类型锰矿床的报道。
垂向上，该类矿床自下而上会出现基于底辟-喷溢构造系统的积木式矿石相分带。而平面上，则出现富菱锰矿带→中品位菱锰矿带→低品位菱锰矿带的同心椭圆状矿石相平面分带等。
图片来源于周琦演讲PPT
我们通过进一步的研究发现，喷溢沉积型锰矿床均出现在盆地的中心，而不是传统的锰矿外生沉积成矿理论认为的在盆地边缘沉积成矿。
图片来源于周琦演讲PPT
我们还对残留盆地的原型进行了深入研究，运用三维地质建模、大数据挖掘和反射地震探测技术，揭示了这类矿床的成矿机制。这类锰矿床的深部具有导矿构造，即锰矿成矿物质的传输通道，它深达上地幔顶部。揭示了该类型锰矿“裂谷盆地-传输通道-含锰流体”控制的多旋回大规模喷溢沉积成矿机理。突破了国际上锰矿大规模成矿主要是外生沉积成矿的理论束缚，为该类型锰矿找矿勘查提供了原创的理论支撑。
图片来源于周琦演讲PPT
技术创新推动锰矿资源高效勘查
探寻隐伏喷溢沉积型超大型锰矿，主要是要抓住两个关键：一是要精准识别锰矿成矿构造，即导矿构造、配矿构造、容矿构造；二是要排除锰矿成矿以后的后生构造干扰。
我们具体采取了哪些方法来精准识别锰矿成矿构造呢？主要就是依靠我们创立的锰矿喷溢沉积成矿系统模式，进一步研发地质找矿预测模型、音频大地电磁预测模型，还有地球化学定量预测模型。基于模型-数据联合驱动的锰矿大数据多目标递进式智能预测技术还有数字勘查技术等等，这些技术可以实现锰矿绿色高效勘查等。
图片来源于周琦演讲PPT
通过将上述隐伏锰矿找矿勘查理论技术体系在 2011 年到 2020 年间国家找矿突破战略行动中锰矿整装勘查区的工程应用，我们终于在黔东地区新发现、提交了贵州松桃普觉、松桃高地、松桃道坨、还有松桃桃子坪四个世界级的隐伏超大型锰矿床。
另外，我们通过跨时代、跨地区利用，实现了贵州遵义二叠纪锰矿整装勘查区资源储量翻番。2013 年以来，我们团队将本项目的找矿理论技术应用到遵义锰矿国家整装勘查区，发现二叠纪“遵义式”锰矿与南华纪“大塘坡式”锰矿大同小异，改变了该锰矿床过去传统的外生沉积成锰认识，也同样实现了隐伏锰矿找矿突破，新增锰矿资源储量 7000 余万吨，使该地区锰矿资源储量翻了一番。
锰矿找矿突破的重大成果，为建成国家战略性新兴产业集群——贵州铜仁市新型功能材料产业集群提供了资源支撑。建成投产六个大型锰矿企业和一批新能源电池、新材料企业，经济效益和社会效益显著。
图片来源于周琦演讲PPT
人类的生存发展是与矿产资源的开发利用分不开的，可以说人类的文明进化历史就是矿产资源的开发利用史。当今正处信息时代，中华民族将实现伟大的复兴，需要更多的矿产资源支撑和保障，我和我的团队将继续踏遍青山寻突破，努力为祖国多找矿、找大矿、找富矿，继续做出新的贡献。
策划制作
作者丨周琦 自然资源部基岩区矿产勘查工程技术中心主任、研究员、贵州省地矿局首席科学家
责编丨张扬、杨雅萍
审校丨徐来、林林
扫码下载APP
科普中国APP
科普中国
科普中国
京公网安备11010202008423号