宋建潮
决战峰顶-Grasberg矿床发现的故事 精选
2020-7-11 11:28
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自然资源是地球母亲遗赠给人类最好的礼物,深藏于地下的矿产资源则需要人类使用智慧与技术开采,最终转化为各种用途的商品,以促进经济的发展与文明的进步。每一个矿床形成及保存,勘探及开发都是一部精彩绝伦、引人入胜的侦探小说,吸引具有强烈好奇心与求知欲的读者精心阅读,细心领悟。人类至今发现的众多世界级矿床如同宗教寺庙中的诸神,多年来接受成千上万皈依地质之门科学信徒的顶礼膜拜。每尊“大神”的发现绝非按部就班、一蹴而就,都是智力与毅力、魄力与能力、果断与决断、勇敢与勇气、坚持与团结、机缘与巧合、科学与技术等诸多因素融合与迸发的产物。每一座矿床都是独一无二的,它的发现也是难以效仿的,就像李白的诗歌,张旭的狂草,胡金铨的电影,我们只有欣赏,任何的模仿都是拙劣的。有这样一座矿床,它位于丛林之顶,巉岩峭立,冰雪凌坠,时常隐没于云雾之中,当年发现之人,更是穿过了沼泽与丛林,躲过了鳄鱼与毒蛇,克服了湿热与疾病,避开了怀有敌意的原始部落……,它就是南太平洋新几内亚岛上的Grasberg,它的发现对大多数勘探者而言,并非知识不及,而是难以尽艰苦卓绝之力攀险峻陡远之处。                                              

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1 Grasberg矿露天采坑(来自网络)

左下弯曲处为“heat road”,右下湖水处为昔日Ertsberg

十五六世纪,欧洲人追随着香料的味道来到了亚洲东南部,从此开启了长达350余年的殖民统治,荷兰占领着现为印度尼西亚的一系列岛屿,新几内亚岛西部就在其控制范围内,东部则由英国与德国管辖。第二次世界大战的爆发彻底结束了欧洲在东南亚的殖民统治,新几内亚岛东部1975年独立为巴布亚新几内亚,西部则在1963年成为印度尼西亚领土的一部分,并发展为伊里安查亚省(Irian Jaya)。新几内亚岛是世界第二大岛,仅次于格陵兰,面积792540平方公里,东西长2400公里,南北最宽处740公里,大洋洲最高峰查亚峰(印尼语Puncak Jaya,海拔4884m)就位于西端。1623年,荷兰航海家Jan Carstensz沿新几内亚岛南岸航行,在晴朗的日子里见远处白雪点点,消息发到欧洲后遭到了许多人讥笑,认为在赤道地区不可能有冰雪存在,后来人们将之称为Carstensz Top。岛上的150多个原始部落一直生活在刀耕火种的石器时代,阴茎葫芦与草裙是他们唯一的穿着服饰,农业与打猎是他们仅有的收入来源,部落战争时有发生,食人事件多有耳闻。欧美传教士、探险家、生物学家、地质学家的入侵打破了昔日的宁静,迎来了斑斓的年代。

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2 新几内亚岛全貌,整体上像一只大鸟(来自网络)

19世纪中后期,受德国将新几内亚岛东北端划归为殖民地的刺激,荷兰人开始加强对该岛西部主权的控制,在此之前,由于该岛无重要经济价值,距离遥远以及少数土著不合作等因素一直没有得到荷兰当权者重视。20世纪初30余年间,荷兰派出140个探险队,调查清楚了山川河流与基本地形地貌,只是对内部腹地与顶部雪峰依然所知甚少。几位雄心勃勃的探险家曾经试图穿过丛林到达撩人的顶峰,最终都因山势陡峭、后勤保障困难、疾病等原因而宣告失败,但由此积累的丰富经验成为后来攀登者成功的关键。

1920s年代,澳属巴布亚领地(1906年英属新几内亚交澳大利亚管理,改称澳属巴布亚领地。)发现了黄金,荷兰开始鼓励风险勘查,由于在鸟头岛(新几内亚岛最西端“鸟头”部位)发现了油苗,石油公司首当其冲。公司机场运营部经理Dr.Anton H.Colijin是一名律师、狂热的登山分子,更是荷兰首相的儿子,他乘坐公司配备的老式两栖飞机升到了新几内亚岛上空,看到了雄伟壮观的山峰,晶莹剔透的冰雪,平坦如织的草甸,更重要的它还是一片无人来嗅的处女地,攀登的欲望,狂野的梦想在Colijin内心深处冉冉升起。他把想法告诉了年轻的石油勘查与摄影地质学家Jean Jacques Dozy,双方一拍即合。在出发之前他们做了精心细致的准备,路线选择、雇佣人员、物资设备、后勤保障等等,吸取前人失败的教训,他们使用飞机空投的方式进行物资补给。19361029日,队伍出发了,一路上历经艰险与磨难,最终于19361123日到达了高原草甸,实则是一片沼泽地。草甸东南侧一处高耸的黑石崖吸引了Dozy的注意力,上面点缀着蓝绿色调大小不一的斑点,敲开地下脱落的岩石碎块,闪烁着金属光泽的块状黄铜矿赫然入目,他将这块巨石命名为“Ertsberg”,荷兰语意为“矿石山”。队伍125日最终登上了白雪皑皑的当时最高点Ngga Pulu,海拔4906m,比现在的最高峰查亚峰还高22m(因为后期冰雪融化,Ngga Pulu高度降低了)。人类有史以来第一次触摸到了Carstensz Top的肌肤与纹理,“矿石山”的发现无疑给这次纯粹的登山运动赋予了一份科学尊严。

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3 高耸入云的查亚雪峰(来自网络)

由于地处偏远而无路可通,与世隔绝且少物可依,再加上Dozy本人及所在公司都缺乏热情,普遍认为在如此荒凉高远之地开采矿石完全不可能。下山后,Dozy根据所收集的资料写了一份考察报告,该报告1939年由荷兰莱登大学出版,但发行量非常有限,也没有引起多少关注。几个月后第二次世界大战爆发,荷兰很快被德国攻陷,这份报告悄然躲在图书馆的角落里,长时间无人问津,落满了尘土,再次公诸于世已是廿年后。荷兰一家矿业公司计划在新几内亚岛寻找镍矿,进入之前他们广泛收集资料,Jan Van Gruisen这位采矿工程师无意间邂逅了Dozy的报告并向有关部门申请了Ertsberg探矿权,可是这家矿业公司财务却捉襟见肘。恰巧当时Gruisen一位多年老友,美国自由港矿业公司的勘探部门经理Forbes Wilson在欧洲出差并顺便拜访了他,Gruisen把这份报告的有关章节递给Wilson并询问他的想法。Wilson看后感觉后脑勺的头发都炸了起来,显然Dozy发现的Ertsberg只是冰山一角,更大的矿体应该在深部。Wilson随后迫不及待拜访了身在海牙的Dozy,进一步咨询了相关问题,遂决定亲上顶峰,查看ErtsbergWilson的想法得到了公司批准并提供了12万美元资助,对于这位50岁的老男人而言,人生最艰苦的跋涉以及最辉煌的未来刚缓缓开启。实际上地质勘查人员很少在生涯早期就有辉煌成就,有识者一直在汲取知识,储存能量,待羽翼丰满,方能展翅飞翔,所以青年莫付青春好时光,愿你心中有梦,不断前行!

为了这次行程,Wilson戒掉了三十年的抽烟习惯,并注射了当时人类已知几乎所有疾病的疫苗,队伍用时近两个月(19604月底到6月中下旬)历尽艰难最终登顶成功,有关这次探险的历程都记录在了Wilson1981年出版的《The Conquest of Copper Mountain 》一书中。Wilson恭敬而虔诚地凝视着Ertsberg,仔细而缓慢地观察每一个角落,似穷其一生都在追寻等待这一激动人心的时刻。Ertsberg不是侵入岩,而是矽卡岩,矿石主要由黄铜矿与磁铁矿组成,化验分析铁品位40-50%,铜品位3.5%,初步估算总资源量(包括地下)50百万吨。但是表面样品以及推断的资源量不足以使矿业公司花费巨资在如此偏远的地区开采矿石,只有一种方式能够消除投资者的疑虑并获得足够的贷款,那就是进行深部钻探,唯有深部矿体的规模、形态、品位最具说服力,最能验证地质学家的想法是真知灼见还是信口雌黄。

正当他们雄心勃勃,意气风发待要扬帆起航时,风云变幻的政治形势一时之间阻挡了他们前进的路程。1949年印尼独立后,新上任的苏加诺总统想把荷兰仅剩的殖民地—荷属新几内亚变为其领土的一部分,为了防止苏加诺向社会主义阵营进一步靠拢,美国向荷兰施压,1963年,荷属新几内亚归印尼所有。苏加诺一贯主张反帝反殖的不结盟外交政策,在此情形下,投资Ertsberg变得不可能。1965年,形势发生了转机,军队发生政变,苏加诺垮台,“屠夫”苏哈托上台,为了提振经济,他向西方敞开了大门。自由港又看到了机会,专门成立了自由港印尼分公司,经过一番讨价还价,双方于196745日签订了一份长达30年的合约,这是新政府签订的第一个外商投资项目。

在没有路的情况下,若将重达几吨的钻探设备运到山顶唯有指望直升飞机,但当时最先进的涡轮直升机也只有几百公斤的运输能力,聊胜于无。经过多半年的艰苦准备,克服重重困难,5台钻机出现在峰顶。在打钻期间,公司考察了港口、机场、城镇、选厂、道路等后期配套设施选址问题。然而钻探结果并不理想,总共进尺7500m,个别钻孔深达360m,总储量比原先估计的缩水不少,下降到只有33百万吨,平均品位也拉低到2.5%,而且当时铜价下跌厉害,面对如此窘境,只能暂停项目进展。但Wilson并没有丢掉他的乐观心态,地质迹象表明Ertsberg不应是一个 “孤独的牧羊人”,周围肯定还有一些类似矿体存在,为此他派出得力干将深入调查,果有发现,于是Wilson向自由港董事会提交了进一步发展Ertsberg的草案。董事会进行了讨论,开始一片悲观失望,但一位总经理分析了公司的主营业务硫85%的市场份额都处于疲软状态后,指出除了Ertsberg公司再也没有拿得出手的项目,说不定会有好的回报。最终项目获得了公司董事会同意,并提供了200万美元进行下一步可行性研究。

可行性研究认为开采有利可图,此后便开始了大张旗鼓的建设,总花费从最初估计的100-120百万美元飙升到了200百万美元,其中一半来自贷款。最为艰巨的任务是修路,这条长100多公里,从南海岸直通山顶的“Heat Road”成为矿山的“生命线”,付出的代价也极为惨重:一台牵引车被埋于滑坡,一台推土机跌落于山涧,两台卡车被冲入河流,两架直升机也不同程度受损。其他基础设施的修建难度可想而知。197212月,第一批生产的10000吨铜精矿被运往日本。

Ertsberg所拥有的矿石储量只够维持十余年,且初期每年盈利只有区区几百万美元,资源危机与债务危机阴影始终笼罩在公司头顶。为了改变尴尬局面,公司决定加深露天矿开采,这也给在附近地区寻找其他矿体提供了很好的喘息机会。1975年在Ertsberg东侧发现了储量40百万吨,平均品位2.5%GBTGunung Bijih Timur,印尼语,意为“东矿石山”)铜矿体,但需井下开采。197612月,董事会同意了采矿部门井下开采的方案申请,这是一个大胆的决定,也是公司“要不继续,要不退出”的惊人之举。令人惊喜地是,1978年在GBT深部又发现了储量18百万吨的两个大矿体,这足以保证了矿山长期运营。1980年,井下开采投入生产,逐渐超过了露天开采,1988年,Ertsberg露天开采彻底退出历史舞台。储量的不断增长令公司欣喜若狂,但欣喜之余也引起了董事会有些成员的担心,害怕成为被收归国有的对象或本土企业大亨关注的目标,再加上一直走低的国际铜矿价格,光缆、铝等替代品的出现,决定大幅缩减勘探项目与费用。实际上勘探活动从来没有停止,只是从地上大张旗鼓转移到了地下秘密进行,地质人员住在简陋的集装箱里,利用废旧的装备设施,花费微薄的乞讨似的小钱,穿行在沟谷纵横、云雾缭绕的恶劣环境里,总有狂风暴雨来袭,总有沼泽泥泞相伴,然而为了心中的梦想,远离都市、告别家人,将生命最好的年华奉献给了矿产勘查事业,他们真的是一群最可爱伟大的人!

行到水穷处,坐看云起时,一切自有定数,凡事总有轮回,就像疫情当下,高考又回到了七月。铜矿市场持续不景气,使得自由港-麦克莫兰母公司(Freeport-McMoRan1981年更为现名)决定出售印尼分公司,但幸运地是,无人问津,此时金矿价格却一路攀高,这诱人的魅惑使得公司重新审视Ertsberg。有没有金呢?当采矿部门经理George A.Mealey询问地质学家Dave Potter时,后者说他在Grasberg所取样品的化验结果显示有1-2/吨金存在,我们的故事主角姗姗来迟,就像举重比赛,重量级选手往往出场在最后。

Grasberg位于Ertsberg西北方向不到3公里处,中间为高原草甸,早在1936年,Dozy就注意到Grasberg非同一般的地貌特征,相对平整,无树木荆棘只有野草,与周围灰岩形成鲜明对比,遂将之命名为“Grasberg”,荷兰语意为“草山”。第一个注意到Grasberg不同寻常的自由港地质学家是Bob Stewart,他曾经在美国西南部亚利桑那一带工作,对斑岩型铜矿非常熟稔,1973年矿山运营之初就来到了Ertsberg。当他工作之余无意间踏足Grasberg时,职业的敏感性与好奇心使他停下了逗留的脚步,并最终根据所收集的资料编写了一份报告。Stewart建议在Grasberg设计一个钻孔,却遭到了无情反对,认为纯粹是浪费钱,这一搁置就是十年。当时人们对斑岩型矿床的理解主要来自美国西南部,低品位(铜品位一般低于0.5%)、大规模、具次生富集是其标配特征,还没有高品位“太平洋型”的概念(1980s中后期)。再是对采矿公司而言,“矿石”是一种商品,开采必须有利可图,而在地质学家眼里,“矿石”是一种地质体,地球化学异常与矿化显示都会撩起他们的热情,矿石与否主要依靠开采成本与当时的市场价格。因此在那样的时代与地方,Grasberg地表淋滤后的样品达不到成为矿石的标准。

Dave Potter1983年来到了Ertsberg,住在露天矿西侧简陋的办公室里,每天太阳升起透过窗户都能看到Grasberg高耸于面前。在随后的几年间,在好奇心的驱使下他常常步行到Grasberg山脚下,观察蛛丝马迹,收集地质信息。1985年,在没有预算的情况下,使用一台破旧的钻机设备在山边打了一个200m的浅孔,铜品位只有0.3-0.5%,有些令人失望。1986年,一个偶然的机会他在一位维修主管的桌子上看到一个沾满铜锈的水阀,这个水阀来自Grasberg山下一个水库,铜的来源唯一解释就是Grasberg。随着金价飙升以及公司增加储量的战略需要,部门预算也开始大幅提升,Potter乘坐直升机飞到了山顶,并取回几个样品,分析结果显示金品位异常高,这无疑为下步钻探实施提供了坚实依据。1988年钻探开打,共设计钻孔5个,都布置在了山顶。第一个孔(GRS-2)就发现了144m,铜平均品位1.63%,金平均品位1.69/吨的矿化体,这让勘探人员兴奋不已,随后3个孔也都矿化明显,最激动人心的是最后一个孔(GRS-4),遇到了591m,铜平均品位1.69%,金平均品位1.77/吨的超富长矿化体。

Grasberg钻孔施工时间及结果一览表

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      注:数据来自文献1 P.148

在生死存亡之际,Grasberg的发现如注入了一针强心剂,力挽狂澜将自由港由垂死挣扎的边缘拽回康庄大道,从此阔步前行,逐步跃升为全球最重要的铜金生产商之一。Grasberg的禀赋超乎想象,随着勘探与开发的推进,储量节节攀升,生产规模持续扩大,选矿能力不断提高,如滚滚热浪侵蚀冲击着人们的认知。截止2019年(文献3),共生产金53百万盎司(约1648吨),铜330亿磅(约150百万吨),总收入超过1000亿美元,是当今世界金储量第一,铜储量第二的超级斑岩型铜金矿床。当地原本落后的经济状况也得到了极大改善,使得那些祖辈生活于深山老林中的原始部落也过上了现代文明生活,一座矿山带来的并不只是经济繁荣,它改变了人们世代相传的劳作方式与思维习惯。

为了进行露天开采,需要摸清矿体的赋存状态,为此需要先弄清矿床的成因。钻孔资料表明矿体主要呈网脉状产于斑状石英闪长岩中,角砾、断裂发育,岩体有三期。令人费解与困惑地是,浅部岩体与灰岩接触部位没有发现任何矽卡岩,倒是在深部钻孔中发现了矽卡岩,为什么要舍近求远呢?地质学家George Mcdonald进行了长期深入研究与思考后,提出了可以接受的答案。

根据板块构造理论,大约250Ma年前,地球上的板块汇聚在一起,称为泛大陆,在240-65Ma年间,分裂为两个次大陆,北半球为劳亚大陆,南半球为冈瓦纳大陆,从后者分离出来的印度与澳大利亚向北漂移,并在约60Ma年前,焊接在一起成为澳大利亚板块。此后几十百万年间,经过长途跋涉,板块西侧的印度率先碰到了亚洲大陆,两者打得不可开交,形成了喜马拉雅山,改变了中国以及缅甸、泰国等地的地质地理。东侧的澳大利亚则遇到了太平洋板块,因为没有硬厚的地壳提供阻力,前者俯冲于后者之下,部分熔融,岩浆上涌,形成了安达曼群岛、苏门答腊岛、爪哇岛、小巽他群岛等火山弧。最东侧的澳大利亚板块的前锋新几内亚岛情形更为复杂,与太平洋加洛林板块反向俯冲碰撞后,两个板块上的沉积物形成了现在新几内亚岛中部连绵起伏的中央山脉,加洛林板块俯冲熔融的产物则成了GrasbergOk Tedi等世界级矿床形成的“罪魁祸首”。

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4 新几内亚岛及周边大地构造分布图(文献4

根据最新锆石U-Pb年龄测试结果,3.6-3.3Ma年前,Grasberg地区发生了第一次岩浆侵入-喷发事件,整体呈“漏斗状”,称为Dalam Diatreme,岩性下部为闪长岩,中部为安山岩,顶部为火山碎屑岩,角砾与断裂发育,闪长岩中发育铜金网脉,矿脉分散、不连续、弯曲如香肠,赋存标高3500m以下。3.22±0.04Ma年前,第二次岩浆侵入事件发生,整体呈 “圆桶状”,称为Main Grasberg Intrusive(MGI),侵入到Dalam Diatreme闪长岩与安山岩中,岩性主要为(石英)二长岩,分为早、中、晚三阶段,大部分遭受了热液蚀变,铜金网脉极其发育,形成了该区最富集的矿化体,赋存标高3600-3300m3.20-3.09Ma年前,发生了最后一次岩浆侵入事件,以岩墙形式存在,称为Kali,岩性主要为石英二长斑岩,分为早、晚两阶段,矿化较弱,多低于矿石品位,地表出露好似一根中指,指向矿体中心的方向。矿床形成后,后期遭受了强烈淋滤侵蚀,地表以下1000m被完全剥蚀掉(前期认识是2000m),不同于沙漠戈壁中斑岩型矿床,次生富集微弱,大部分铜随雨水不知流向何方。Ertsberg及其周围矽卡岩矿床形成时代主要为2.9-2.7Ma,要晚于Grasberg

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5 Grasberg-Ertsberg矿区地质及主要矿体分布(文献6

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6 Grasberg侵入事件及主要矿化形成

根据文献1,5绘制而成,有改动

自由港发现Grasberg矿床的故事是矿产勘查史上的神话,他向世人揭示了:只要我们具有开拓冒险精神,好奇求知欲望,再加上一点点运气,一切皆有可能。一个成功故事的背后总有许多成功因素:第一,西方国家特别是15世纪大航海时代以来,把触角伸向世界各地,一方面开拓殖民地攫取物质财富,一方面不畏艰险探索未知领域,大自然成为具有扎实知识、良好品性科学家、探险家实现自身抱负的理想场所,同时也使得意外发现成为一种可能。第二,“物竞天择,适者生存”的理念不仅适用于自然万物,也适应于人类社会,在巨大的生存压力下,无论公司或个人往往迸发出难以想象的能量,自由港面对复杂的政治与自然环境,飞蛾投火,举火烧天,不可为而为之,其成功既是一种侥幸,也是一种必然。第三,印度尼西亚并不像加拿大、澳大利亚、智利、菲律宾等国家具有矿产开发的历史传统,新兴国家发展经济求助于外力是不得已而为之的事,为此制定了宽松自由的准入条件,并在初期困难时期相互信任与扶持,共同发展与提高。第四,矿业公司兴盛衰落除受制于自身的文化与实力外,国际矿产品的价格走势无形之间牵引着发展的趋势与方向。平心而论,Ertsberg初期铜矿开发并没有赶上好时光,公司也是步履蹒跚,举步维艰,甚至一度到了卖家产的生死关头,“东边不亮西边亮,晒尽残阳我晒忧伤”,金矿价格的异军突起给了自由港机会,终使得Grasberg雪峰之巅,浮出水面。发现Grasberg后,自由港就像住进了别墅,但也并非从此高枕无忧,国际形势风谲云诡,区域政治错综复杂,随着生产由露天转入地下,减产带来的罢工骚乱事件让人头疼……

参考文献

1.Geoge A.Mealey,1996,Grasberg:Mining the richest and most remote deposit of copper and gold in the world,in the mountains of Irian Jaya,Indonesia,Freeport-McMoRan Copper&Gold

2.Forbes,Wilson,1981,The Conquest of Copper Mountain:A vivid,personal account of the discovery and development of a spectacular outcrop of ore in the remote peaks of Irian Jaya,Indonesia,New York ATHENEUM

3.Freeport-McMoRan,Building on Strength:2019 Annual Report

4.Stephanie Wafforn,Geo- and Thermochronology of the Ertsberg-Grasberg Cu-Au Mining District, west New Guinea,Indonesia, Doctor of Philosophy, The University of Texas at Austin,May, 2017

5.George D.MacDonald,L.Clark Arnold,Geological and geochemical zoning of the Grasberg Igneous Complex,Irian Jaya,Indonesia,Journal of Geochemical Exploration 50 (1994) 143-178

6.S.Wafforn,S.Seman,J.R.Kyle,D.Stockli,C.Leys,D.Sonbait,and M.Cloos,Andradite garnet U-Pb geochronology of the big Gossan skarn,Ertsberg-Grasberg mining district, Indonesia, Economic Geology(2018),v.113,no.3, pp.769–778


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