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沙漠风云-卡林型金矿发现的故事 精选

已有 6860 次阅读 2017-6-26 06:30 |系统分类:科普集锦

地质虽非一门精确科学,但却需要无尽的想象力与创造力。脱离传统思想的桎梏,才能开出别致的花朵,地质学家拥有了这种柔性思想,就能灵活应对各种地质难题。找矿勘探类似开发新药,虽然成功的概率极低,但这并不妨碍人们探索的热情。找矿实践证明,矿床发现多是少数天才探矿者的灵光乍现并持之以恒,而非数理统计的趋势预测,也非一干所谓探矿者的“民主集中,会议决定”。探矿者是相信金矿存在确实存在的人,而非相信金矿存在而实际上并不存在的人,即使你站在荒漠边缘,望眼欲穿,渴求成功。工业革命以来,借助能源与机械的力量,人类掀起了几股淘金潮,使得原本的荒凉之地如今生机盎然,但有一种金矿类型,直到1960s才原形毕显,即便今天它依然有些儿神秘,这就是Carlin(卡林)型金矿。

Nevada风景一瞥(来自swimmingpoolquote网站)

Nevada(内华达州)地处美国西部著名的盆岭构造省,由南北向的山脉及夹杂于期间的盆地构成,是17Ma年前一次构造扩张运动的产物,也是变质核杂岩(metamorphic core complexes)概念的诞生之地。夏季短暂炎热,冬季漫长寒冷,全年降雨稀少,多为沙漠之地。Nevada采矿历史悠久,早在1870s,就有西方传教士开采砂金、银和绿松石的记录,但真正使Nevada矿业繁盛还是在加利福尼亚淘金运动以后,1859Comstock银矿,1900-1902Tonopah银矿和Goldfield金矿的发现先后掀起了一波“淘金”热潮,找矿活动在Nevada各地区如火如荼开展,每个地区都几乎有自己的标志性采矿区,有的地区的名字就是以采矿区的名字命名。找到的矿产种类也不仅仅局限于金银,铜、铅、锌、钨、锰、铀、钼、砷、工业矿物,甚至石油也被广泛开发利用,人潮涌动,机器轰鸣,欢乐痛苦,兴衰更替,诉说着Nevada的血泪与繁衰矿业史。战争常会使得某些金属价格战时高歌猛进,战后迅速回落,例如钨、锰、铀、钼等。

Nevada早期的采矿历史中,金矿虽然也时有发现,但并没有凸显它的重要地位。1850s,崇尚一夫多妻制的摩门教徒在Nevada发现了第一个现代砂金和脉状金矿。1902Goldfield金矿的发现是当时最大的发现,并在以后长时间占据Nevada黄金产量第一的宝座,许多淘金者蜂拥而至,引领了一股持续20年的狂潮。1930s中后期虽然处于经济大萧条时期,但却没有阻止金矿发现的步伐,StandardGetchellNorthumberlandGold Acres都是在这一时期被发现的,这些金矿是“不可见金”—Carlin型金矿第一次在Nevada被发现。W.O.Vanderburg当时是美国矿务局一名采矿工程师,有一次在野外踏查时,他在Getchell偶然发现了一大片硅化铁质浸染露头区。这片露头曾经被探矿者无数次光顾,但他们只是敲碎这些岩石,用淘金盘淘洗,这是那个时代找金的标准方法,淘金盘底未现“金黄色”,他们遗憾地、孤独地离开了。Vanderburg把这些样品送到化验室分析,结果证明有金存在,他也注意到有几个大型金矿呈浸染状赋存在沉积岩中,由此预测Nevada其他地区也有类似金矿存在,但是他的预言当时并没有引起足够重视。

Ralph J.Roberts(左图右) 与John Livermore(均来自Wikipedia)

RalphJ.Roberts供职于美国地质调查局,多半生在Nevada进行填图和研究工作,早在1940s就识别出Roberts山逆冲断裂带(Roberts Mountains Thrust)。Roberts山逆冲断裂带形成于石炭纪早期,此时Antler造山运动也达到顶峰,裂谷构造环境中西侧的优地槽火山-碎屑岩组合逆冲于东侧的冒地槽碳酸盐岩组合之上,由于逆冲后的抬升,形成穹隆构造,在侵蚀作用下,火山-碎屑岩组合被剥离,使得下部的碳酸盐岩组合重见阳光,这就是逆冲断裂带中常见的“构造窗”现象。在Eureka和周围地区的填图显示这些“构造窗”大致呈NW-SE向带状分布,有2条,即现在所说的Battle Mountain TrendCarlin Trend。带内侵入岩体发育,已发现的矿床或矿点就位于这些“构造窗”内或其附近。为表彰Roberts的贡献,除将逆冲断裂带以他的名字命名外,1995在内华达大学(University of Nevada,Reno)成立了Roberts经济地质研究中心(Ralph J.Roberts Center for Research in Economic Geology )。2002年,Ralph J.Roberts出版了他的自传《A Passion for Gold》。

Carlin型金矿及成矿带分布图(来自wkmining网站)

地质学研究岩石和矿产的基本概念和模型,为推动科学进步并在研究透彻的地区发现新矿床,我们需要大胆想象、小心求证,带着砥砺前行的坚定决心去实现梦想。John Livermore毕业于斯坦福大学,早在1940s就读到Vanderburg在Nevada可能发现金矿的预言,一直萦绕心际。1961年初,一次会议他遇到Ralph J.Roberts与之详谈了Nevada北部地层、构造与矿床分布的关系。1961年6月,John Livermore成功说服Newmont管理层在Eureka和Elko地区Roberts山逆冲断裂带开展勘探、填图和取样工作,寻找微细粒金矿,这个想法得到了年轻地质学家Alan Coope的支持。在一位当地矿山经理的建议下,他们第一炮放在了Blue Star旧有采矿区,细致入微地填图,系统全面地取样,很快发现金品位和硅化(似碧玉岩)密切相关,并在以后成为Carlin金矿主采区的位置发现了厚度24m,品位6g/t的金矿体,这是Carlin地区第一次发现重大金矿体!在东侧的Popovich Hill,Alan Coope在野外调查时,看到某NW向断层下盘灰岩“浮片”状零散分布,这种岩石看起来遭受了热液侵蚀,一些儿碳酸盐岩被淋滤掉,岩石表面细小空隙发育,但看不出任何矿化迹象。出于对这种岩石外貌的好奇,他采集了一些儿样品,天哪,分析结果显示竟然有6g/t多,简直不可思议!随后一排钻孔被布置,在一个钻孔内发现了厚度30m,品位30g/t的金矿体,这是Carlin地区第二次发现重大金矿体!经过随后几年的详查勘探,Carlin金矿储量达到了90t,1965年开始生产,从此Carlin小镇一句口号不胫而走:“Where the Trains Stops……and the Gold Rush Begins”。虽然1930s就发现了此类金矿体,但Carlin金矿的发现真正吸引了工业界的目光,也导致了新一轮的采金热潮,小小的Carlin镇也得以Carlin型金矿名垂史册。上世纪70-80年代,在中国的滇黔桂“三角地带”也发现了众多Carlin型金矿,随后又在川陕甘相交的西秦岭成矿带发现了Carlin型金矿,世界其他地区也偶有发现,足见这种矿床类型的普遍性。

Carlin型金矿常常成群赋存于看起来如煤炭一样的黑色碳酸盐岩中,热的酸性流体溶解了部分碳酸盐岩产生了海绵结构,形成的空隙多被随后的Si、S和微细粒Au充填。借助Carlin金矿的发现,一系列勘探工作跟进,逐渐形成了一个长80km,宽8km,内含20多个大型金矿床的带,这就是著名的Carlin Trend,2011年左右,它就已经产出了3847吨黄金(数据是准确的,年份不确定)。Carlin金矿的发现也成就了Newmont矿业公司,这家公司由美国采矿工程师William Boyce Thompson成立于1921年,名字取赚钱地“New York”和出生地“Montana”首几个字母,最初是一家中等规模公司,经营矿产、石油、煤炭、工业矿物等各种生意,借助Carlin金矿的发现,实现了飞跃,如今是金矿领域数一数二的国际大型矿业公司。

Carlin型原生矿石(来自Wikipedia)与氧化矿石(来自Nevada Outback Gems网站)

虽然Carlin型金矿发现至今已有50余年历程,资料也积累了一大堆儿,但有关它的成因模式一直众说纷纭。矿床成因更多为学者关注,对于勘探者和投资者而言,只是想知道去哪里找矿、怎么找矿,投资是否短时期内有足够回报。以下Carlin型金矿的形成只是一家之言(根据文献9整理)。

故事开始于385Ma年前,那时Nevada还是汪洋一片。形成珊瑚礁的海洋生物生活在浅海,以获取足够阳光,这些珊瑚礁死后形成了灰岩。东侧河流带来的砂、粉砂、泥一部分与灰岩混杂在一起,一部分沉积于深海底部,这里没有阳光也就形不成灰岩,时间久了,就堆积了几千甚至上万米厚的岩层。后来,西侧的太平洋板块向东侧的美洲板块俯冲,在Nevada中北部,西侧的碎屑岩向东推覆于灰岩之上,距离约140km。接着,挤压应力转换为扩张应力,挤压-扩张轮流坐庄,岩石组合不断遭到洗牌,上部岩层好像一个地毯,下部岩层好像一个地板,不断地滑动与褶皱产生了大量构造圈闭。当流体自深部向上运移时,下部灰岩容易被溶解掉,上部碎屑岩组合则充当了不渗透的“隔档”作用,就好像压力锅的盖子,热液流体在上部岩层和下部岩层接触部位富集,沉淀成矿。上、下部岩层的叠覆区是最用利于成矿的,非叠覆区多形成小矿或矿点,这就是Nevada成矿的秘密。流体从何而来? 太平洋板块俯冲最初俯冲角较缓,能俯冲到Nevada所在大陆板块很远的地方,也就是Nevada东北部,初次部分熔融形成岩浆,随着俯冲速度变小和俯冲板块前端折返,俯冲角变陡,岩浆活动由东北向西南递次发展。由岩浆演化而来的含Au热液流体倾向富集于陡峭、长期活动的断层区,早期形成的断层后期不断遭受挤压-扩张,多次活化,引领含矿流体进入这适宜的“洞房”,最终酝酿成Carlin型金矿。成矿流体通过淋滤下部灰岩岩层不断获得Au,就像饥饿的孩子吮吸年轻母亲的乳汁。在17Ma左右,Nevada完全以扩张作用为主,最终导致了现代盆地-山岭地貌的形成,许多金矿在这个过程中也遭到改造。

Carlin型金矿形成过程示意图(来自文献9)

由上可见,只有对一个地区地层、构造、岩体、矿体系统全面的演化认识,才能有的放矢指导找矿实践,过于盲目强调某一方面,都如盲人摸象,走上不归路,在实践中难以有效应用。Nevada地区在遭受了半个世纪的“洗劫”后(指Carlin型金矿发现以来),也面临着找矿方向选择的问题,一方面,叠覆区面积有25000平方英里,还有大片地区没有详细勘探;另一方面,从上世纪80-90年代,已经在矿床深部找到了品位达几十克吨的矿体,显示深部有良好的找矿空间。南非的兰德金矿目前已经日薄西山,而Nevada依然焕发勃勃生机,并且前景不可限量。

牧场、矿山、山篙、赌场、野马、卡车……在广袤无垠的Nevada,共同筑起一幅不染尘世的美丽画卷,吸引着新时代的勇敢无畏的牛仔,在碧空如洗的蓝天下,荆棘密布的丛林中,机器轰鸣的矿山里,追逐他们的梦想!

Carlin手链(来自Wordstorm网站)

注:①来自文献6,原文为:Geology deals with concepts and ideas as much as with rocks and minerals. In order to advance the science and be able to find the next deposit in an area that it is well known and situated on a beaten path one needs dreamers and analytical minds as much as determined characters able to pack a mule and go out to live the dream. 由即将奔赴西藏 自然科学博物馆的吉凤宝与华东有色柯霖翻译,一并表示感谢,也特别感谢合肥工业大学汪方跃的协助!

参考文献

1.Ralph J.Roberts,A Passion for Gold:An Autobiography,University of Nevada Reno&Las Vegas,2002

2.Nicholas T.Arndt,etal.,Future Global Mineral Resources,Geochemical Perspective,Vol.6,No.1,April 2017

3.斯蒂芬.加汉导演,《金矿》,美国,2016

4.Joseph V.Tingley,Robert C.Horton and Francis C.Lincoln,Outline of Nevada Mining History,Nevada Bureau of Mines and Geology,Special Publication15,1993

5.R.J.Roberts, Alinements of mining districtsin north-central

Nevada: U.S.Geological Survey Professional Paper400-B, 1960, p.B17-B19.

6.Dan Oancea,Carlin:Where the Trains Stops…and the Gold Rush Begins,MINING.com, July 2008,42-43

7.J.Alan Coope,Carlin Trend Exploration:Discovery of the Carlin Deposit,Nevada Bureau of Mines and Geology, Special Publication 13,1991

8.Hu Rui-zhong,etal.,Geology and geochemistry of Carlin-type gold deposits in China,Mineralium Deposita,2002(37):378-392

9.A different Approach to Discovery:Genetic Model for Carlin-type Gold Deposits(ppt),NevedaExploration.com




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