地底的馈赠：法国矿产资源一览
Pierre-Alexandre Reninger
法国地质矿产局（BRGM）地球物理学家
Matthieu Chevillard
法国地质矿产局（BRGM）成矿学家
法国政府提出的生态计划旨在确保关键原材料的供应，以推动生态转型。为此，法国地质矿产局（BRGM）将对锂、钴、镍等矿产资源进行全新勘探，填补上次勘查的空白。这次勘查将利用先进的地球物理技术和地球化学方法，覆盖从未研究过的地区，并重新评估已知区域。这些技术的应用能否成功揭示新的矿产资源？在资源竞争日益激烈的背景下，法国如何确保矿产供应的自主性和可持续性？
法国地质矿产局（BRGM）将编制一份矿产资源储备清单，以精确描绘法国境内存在的自然资源。
通过这次清查，科学家们将编制一套前所未有的统一数据集。毕竟，上一次勘查有30%的潜在矿区未被覆盖，许多关键金属元素也未被纳入分析范畴。
研究人员将采用在法国尚属首次的航空地球物理技术。
通过结合磁学、伽马能谱学和电磁学三种方法，研究人员能够快速获取精确的地质数据。
进入第二阶段，科学家们将在地面上利用地球化学和地球物理技术对筛选出的目标区域进行更为详尽的分析。此外，水文地球化学、生物地球化学，以及无人机地球物理采集等创新技术也将得到利用。
法国政府于2023年9月提出的生态计划囊括了几个核心目标，其中之一便是确保关键原材料的供应。锂、钴和镍对生态转型至关重要，但这些资源仅掌握在少数国家手中。为了更新和深化对法国矿产资源的认识和理解，法国地质矿产局（BRGM）将对矿产资源潜力进行一次全新的梳理。这项工作将基于1975-1992年间进行的上一轮勘查而展开。
01
即将开展的新一轮梳理面临着哪些挑战？
Matthieu Chevillard：在上一次矿产资源勘查中，约有30%的潜在矿区（具有开采潜力）未被纳入勘查范围。新清单的目标是覆盖整个大都市地区。这包括古代山脉（阿摩里卡丘陵、中央高原、孚日山脉、莫尔斯山脉、阿登山脉、科西嘉山脉）和近代山脉（阿尔卑斯山脉和比利牛斯山脉）。我们所面临的挑战是，既要覆盖从未研究过的地区，又要重新评估上次勘查中已经覆盖的地区：由此将建立起一个前所未有的统一数据集。
此外，我们正在这些地区寻找一些金属元素。每年，欧洲的“关键物质”清单都会增添一些新成员。在上一轮勘查中，许多用于可再生能源和电子设备的物质并未得到分析。而本次梳理将评估该地区在金属元素方面的潜力。相较于此前调研的22种元素，本次考量的清单涵盖约50种，包括锂、稀土、镓和锗在内的多数关键金属元素都会得到分析。
02
与上次普查相比，本次是否打算使用任何新工具？
Pierre-Alexandre Reninger：确实，我们计划采用先进的机载地球物理技术进行勘探，这在法国尚属首次以如此规模实施。此项技术能够深入探测地下岩石的性质，其探测深度可达数千米，而无需进行任何破坏性作业，从而避免了对环境的潜在影响。其工作原理与核磁共振成像（MRI）相似。
我们计划采用三种尖端的地球物理勘探方法：磁学、伽马能谱学和电磁学。这些方法各具特色，能够对地下土壤的不同物理性质进行精确测量，为地质学家揭示地层结构的深层秘密。在平原或丘陵地带，将部署飞机进行数据收集；而在地形复杂的山区，则会使用直升机以适应多变的地形条件。我们特别采用了由丹麦奥胡斯大学（University of Aarhus）研发的高分辨率电磁探测系统，该系统由SkyTEM公司运营，其核心是一个面积达300平方米的大型环路，我们在离地面约50米的空中进行飞行作业。这种独特的技术已经在法国及全球范围内的多个项目中经过了成功的实践和验证。
地球物理学提供了有关深层地质结构的线索，但还需要地表测量的补充。
03
你们将使用哪些工具进行地表测量？
MC：我们将首先启动一项区域地球化学计划，专注于溪流沉积物的分析。这一方法涉及从小溪流中采集沉积物样本，这些沉积物由岩石风化作用产生的细小颗粒组成。在实验室内，我们将对这些样本进行细致的化学分析，以测量其金属含量。我们的目标是测定49种不同的化学元素，这些数据将揭示可能存在的矿藏迹象，为后续的详细研究提供方向。我们将采集那些从未被勘探过的地区的新样本，并重新分析在首次矿产资源清单中采集，并被精心保存在BRGM的样本。
虽然这种方法在首次清单中已有应用，但得益于分析技术的进步，我们现在能够检测到的化学元素浓度远低于以往，这将极大地提高我们发现潜在矿藏的敏感性和准确性。
04
新的勘探方法有何优势？
MC：在地球化学领域，与上次采矿清单相比，我们的检测限已经显著降低，降幅达到了100到1000倍。举例来说，当前我们能够检测到的铜或镍的浓度低至百万分之0.2，而之前只能检测到百万分之10的浓度。这一技术飞跃不仅极大地增强了我们对金属元素的探测能力，也使我们能够分析那些当今社会高度关注的新兴金属元素。
P-A R：此外，我们采用的三种地球物理方法所提供的信息深度也在不断增加：我们能够获取从地表到大约一公里深度的精确地质数据。电磁法尤其具有显著优势，它能够提供土壤结构的三维数据，这在以往的技术中是难以实现的。最为关键的是，与传统地球物理技术相比，我们的采集效率大幅提升，因为传统技术需要在地面上部署仪器，而我们现在可以在一周内覆盖数千公里的范围，这在以往的勘探工作中是无法想象的。
MC：此外，这些勘探方法在成本效益、调查覆盖面积以及价值产出方面均展现出了显著优势。尽管对整个法国本土进行首次全面扫描需要一定的初始投资，但考虑到所获得数据的深远影响和实际应用价值，这一投资完全合理。这些数据不仅将极大地增进我们对地下土壤结构的理解，还将在多个领域发挥关键作用，如环境和水文地质研究、自然风险评估，以及区域规划的基础设施研究。
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为什么第一次勘查中没有使用这些工具？
P-A R：机载地球物理勘探技术自20世纪中期以来便已问世，它是一种历史悠久且成熟的勘探方法，在法国曾被石油工业广泛采用，特别是在20世纪60年代和80年代，巴黎盆地和阿基坦盆地都经历了多次详细的勘测。然而，随着法国石油和采矿活动的逐渐减缓，机载地球物理勘探的应用也随之减少，这与诸如澳大利亚、加拿大和芬兰等以采矿业为重要经济支柱的国家形成了鲜明对比。尽管如此，随着时间的推移，航空地球物理技术在法国重新获得了重视，并被纳入了获取地下基础设施数据的计划之中。1996年，法属圭亚那地区进行了一次重要的勘测，紧接着在1998年，阿莫里卡山丘也接受了勘测。自2010年以来，法国又陆续开展了几次新的勘测活动。
06
自首次机载地球物理勘测以来，计算机技术已经取得了巨大的飞跃，这些技术进步是否对采矿业产生了深远影响？
MC：在编制第一份采矿清单时，地质学家往往将地球物理数据和化学数据分开进行分析，这种方法虽然有效，但缺乏数据整合的深度。如今，得益于BRGM开发的创新型预测绘图工具，这些数据得以联合起来进行综合分析。人工智能算法的应用，将地球化学、地球物理数据以及地质学信息和已知矿床的资料融合在一起，绘制出全面反映各种相关物质矿产潜力的地图。此外，我们还在积极探索利用电磁地球物理数据进行二维制图分析和三维预测的可能性。
07
尽管如此，即便是在上一份清单发布30多年后的今天，新的采矿清单似乎并没有依赖于任何单一的突破性创新……
MC：航空地球物理和地球化学勘探技术能够迅速覆盖广阔区域，因此在新清单的编制过程中扮演着至关重要的角色。这两项技术为我们提供了海量的初步数据，为后续的详细分析奠定了坚实的基础。进入第二阶段，我们将对初步筛选出的目标区域进行更为深入的分析。除了传统的地球化学方法，我们还将引入一系列创新工具，其中一些尚处于试验阶段。例如，我们正在探索利用植物进行生物地球化学研究，以及开展水文地球化学研究的新方法。
P-A R：此前，这种更为精细的局部勘探工作需要通过在地面部署工具来完成。然而，许多团队目前正在积极开发能够搭载在无人机上的地球物理工具，这标志着勘探技术的一个全新发展方向。这是一个日新月异的领域，其中一些工具，如磁力测量设备，已经完全开发并投入使用；而另一些则仍处于原型阶段，正在接受不断的测试和改进。技术进步日新月异，我们完全有理由相信，到新清单实施的第二阶段时，一些目前还在试验阶段的工具可能已经成熟并投入使用。
作者
Anaïs Maréchal
编辑
Meister Xia
