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深入海底的潜水艇Franklin-世界著名经济地质学家(三十四) 精选

已有 6607 次阅读 2015-11-24 07:23 |系统分类:科普集锦

人类在漫若长河的演化历程中,先后经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代。青铜器时代标志着人类已经厌倦石头,开始用金属装饰这个世界。青铜是铜与锡的合金,常用于制作工具与武器,也用于制作雕像和祭品。在大英博物馆珍藏着一尊发现于希腊克里特岛的公牛与骑士青铜像,其中的铜证实来自塞浦路斯(Cyprus)(也可能来自地中海东岸),“塞浦路斯”希腊语有“青铜岛”之意,其生产的铜,对地中海古代文明的发展具有举足轻重的作用,以致现代西方语言中许多铜矿物的名称都是从“Cyprus”演化而来。矿床学时至今日分类已臻成熟,塞浦路斯铜矿有幸在矿床学的世界里找到了自己的家园—火山成因块状硫化物型(Volcanogenic Massive Sulfide,简称VMS)。虽然我们今天在澳大利亚、加拿大等陆地上发现了她旧时集结成群的身影,但这种矿床类型最初却形成于海洋深处,时下我们在太平洋、红海也已寻觅到她现代蔚为壮观的景象。一种矿床类型的出现与形成必然有一群才华横溢的研究者在背后默默耕耘,James M. Franklin已经在这个领域将他的名字刻在了璀璨星河中一颗闪烁的星辰上。


1 塞浦路斯岛上的一座正在开采的铜矿(来自维基百科)

Franklin虽然著述等身,但真正行走江湖的独门绝技是寻找到了形成可追溯到太古代的VMS矿床的地质特征与现代海洋环境中的热液作用过程之间的内在联系。他对VMS矿床有一种天然的嗅觉,冥冥之中就可以一针见血,捕捉到这种矿床类型的致命特征。当他还是一个学生的时候,有幸作为加拿大地质调查局(Geological Survey of Canada,简写为GSC)的一名雇员跟随Stuart Roscoe工作,Roscoe是最早认识到NorandaMattagami Lake地区矿床为同生成因的研究者之一。1970s早期,Franklin把这种工作经验用于在Ontario北部Sturgeon Lake地区新发现的Mattabi矿床地质特征研究,这个矿床在地质成矿背景和蚀变类型方面同Noranda和日本的Kuroko有诸多不同之处,许多在别处同时开展的工作目的只是发现矿产之地,而FranklinSturgeon Lake的工作却有两方面认识上的收获:一是存在一个区域规模的半整合蚀变带(semiconformable alteration;二是半整合蚀变带下存在一个火山岩墙,是控制流体流动的热源所在。1975年他正式成为他向往已久的精神家园—GSC的一名研究型科学家,继续在Mattabi矿床和Sturgeon Lake一带大显身手,后来向Trans-Hudson造山带进军,再后来蔓延于世界各地。坚定的毅力,扎实的工作,加上Don SangsterJohn Lydon的协助,终致Franklin在《Economic Geology 75th Anniversary  Volume(1905-1980)》上发表了后来广为引用,当时最具权威性的评述文章“Volcanic-Associated Massive Sulfide Deposits”,对VMS矿床的定义、分类、分布、成因等特征首次进行了详尽描述与归纳,篇幅长达144页,在该合集中傲视群雄,如今这篇文章就静静地放在我的膝盖之上,虽纸透霉气,但依然爱不释手。2005年,EG100周年之际,又邀请Franklin撰写了“Volcanogenic Massive Sulfide  Deposits”,如今这篇文章就静静地趟在我的书桌之上,虽重量有加,但仍然爱如珍珠。两文标题只一字之差(Volcanogenic代替了Volcanic-associated),但能看出,VMS矿床经过20年的发展更加侧重对矿床成因的研究,而不再满足于对矿床简单的分类描述了。“Volcanic-Associated Massive Sulfide Deposits”文章的发表,使得Franklin威名远扬,成了他科学生涯的“转换点”,与当时正在兴起的对海底热液系统研究的热潮亦步亦趋。很快,Franklin就成了GSC研究VMS矿床的重要人物,正是在这个过程中,他发现了陆地上古老VMS矿床与现代海底热液系统之间DNA的相似性,此观点在1986年发表的“Volcanic-Associated Massive Sulfide Deposits-an Update”一文中进行了清晰阐述,在这之后,Franklin细心钻研,并借鉴了他人大量研究成果,来深化这种认识观点,由此提高了对VMS成因模式与勘探模式的深入理解。


2 全球主要VMS矿床分布图(来自Franklin课件,网上可下载)


3 VMS矿床成因的一般模式(同图2

 就经济地质职业本身而言,Franklin在其一生中分别担任了教师、模范、领导者的角色。他先后当过加拿大地质协会(Geological Association of Canada)(1990-1991)和经济地质学家协会(Society of Economic Geologist)(2000-2001)的主席,以及许多职业和地球科学组织的董事会成员,这其中就包括了SEG加拿大基金会(SEG Canada Foundation)。若想深刻了解一个人的现在,有必要深挖一个人的成长经历。Franklin大学本科(1964)、硕士(1967)就读于加拿大著名的公立大学—卡尔顿大学(Carleton University,位于加拿大首都安大略省的渥太华),博士(1970)毕业于西安大略大学(University of Western Ontario),在博士还未毕业前他就去了名不见经传的湖首大学(Lakehead University)任教(1969-1975)。作为一名青年教师,他经常需要苦口婆心说服那些开始从事林业项目的学子来从事更为陌生的地质项目研究,要想吸纳这些年轻人入伙,一方面要对之开展良好的短期技能培训,另一方面要通过一些传奇故事来引起他们的兴趣。到GSC后,Franklin也做过几份短期兼职教授工作,指导了许多学生,并鼓励他们毕业后以经济地质为己任。Franklin在库尔德(Kurdish)语言方面天赋的缺失,使他避免了在政府部门里从事枯燥无味的行政管理工作,转而专心致志从事VMS研究,心路经年,他的名誉扶摇直上,他的地位节节攀高,成为GSC的首席科学家,在员工裁剪,经费消减的困难时期与GSC同事共担风雨、共度难关,确保了每个项目的顺利组织实施。

Franklin的兴趣从未偏离采矿与勘探的轨道。早年在Sturgeon Lake的工作如行走于刀刃,必须小心翼翼地处理好自己的顾问角色与勘探公司之间的关系,他对钻孔位置的建议多数情况下都取得了令人欣喜的结果,同样的情况也发生在Lyon Lake矿床。他也热衷于为那些在公司工作的地质工作者组织有意义,能学来真本事技能的野外考察活动。与Dick HutchinsonColin Spence合作出版了对工业界具有重要意义的前寒武纪VMS矿床专刊。1998年离开GSC后,他自谋职业,创立了自己的私人公司Franklin Geosciences,作为顾问和公司主管他完全沉浸在了注重创新思维与野外实践的矿床勘探活动中。在安大略省北部实施的“火环”项目(“Ring-of-Fire)两项成绩引人注意:一是在勘探早期解决区域地质框架问题上扮演了重要角色;二是使怀俄明(Wyoming)的一个淋滤型U矿项目转入了生产阶段。


James M.Franklin(照片来自文献)

Franklin获得了SEG2014Penrose金奖,在获奖感言中他认为若想在经济地质领域取得成功至少需要做好三方面的事情:

第一、对成矿作用和矿床属性要时刻保持一颗好奇之心,这有助于细微之处有新的发现。今天的研究者和学生使用最先进的研究方法、技术设备,再加上扎实、精准的野外地质工作,做出了许多开创性、跨越式的成就,大大提升了对成矿作用的理解以及勘探效果。即便如此,依然需要保持清醒的头脑,因为复杂的、多因素耦合的成矿作用还没有得到彻底解决,所以在宣称发现了成矿作用问题的解决办法时需开口谨慎,必须在新的观察与实验分析基础上,挑战旧有思想,否定之否定后,再上一层楼。

第二、来自同事的指导、支持与质疑对一个人的成功至关重要。正是因为有那么多同事的指导、支持与质疑,才使得Franklin不敢停下前进的脚步,时刻保持一颗奋斗之心,考虑事情更全面,观察现象更仔细,在一天天溜走的时光里,对成矿作用的理解,指导学生与客户的能力得到了长足提升,并在勘探与研究领域成绩突飞猛进,这些同事就包括Howard PoulsenFranklin获得2014Penrose的引荐与介绍人)以及前面提到过的Don SangsterStuart Roscoe,他们也成为他一生的挚友。

成功也要依赖于机会,有些机会是个人努力创造的,但更多的机会则是由他人提供的。Dick HutchinsonFranklin提供了读博士的机会,GSC的同事为Franklin提供了科学研究的机会,许多勘探者和采矿者为Franklin提供了勘探的机会。

Franklin而言,人生最具有挑战的事情之一就是第一次承担GSC的海底硫化物矿床研究项目,这对于一个来自安大略省北部尚未看到过大海,只在苏必利尔湖(Lake Superior)中乘坐过小舟的年轻小伙而言是不可能完成的任务!在当时GSC主任Ray Price、首席科学家John Fyles、海洋项目负责Mike Kean的鞭策下,Franklin将这项重任揽入怀中,在其他研究单位的鼓励下,在许多同事的帮助下,经过大家的共同努力,项目取得了令人振奋的成绩。

Franklin非常高兴有机会指导新一代茁壮成长的经济地质学家,这些学生有时会委婉地提出一些他难以回答或原来认识与事实不符的问题,通过这种方式,Franklin很快掌握了经济地质领域新的进展信息。能与Howard PoulsenMark HanningtonFrancois Robert一起工作Franklin也觉得很荣耀,他们都对VMS矿床有自己独到的见解,这有时改变了Franklin的思维方式,导致了许多重要发现。

第三、长期阅读SEG出版的文献及组织的活动对Franklin取得成功非常重要。SEGFranklin提供了多次与经济地质领域大师级人物见面聊天,请教问题的机会,这些大师们也不惜吝教,并多有鼓励,使Franklin坚定了在这一行当用他一生一路前行的勇气。除此之外,早在学生时期,Franklin就经常阅读SEG的出版物,参加SEG组织的会议以及野外实践活动。后来,Franklin当过EG的副主编,SEG的顾问以及主席,是SEG加拿大基金会的创办会员,SEG2010的主席,他把这些得来不易的机会看作一名经济地质学家不断提高能力水平的一种驱动力。

在“Volcanogenic Massive Sulfide Deposits”最后,Franklin也指出了VMS矿床一些当前尚未解决,未来有待思考的问题。一是在海底火山杂岩演化过程中为什么VMS形成于具体特定的时间段?二是时间-地层限制是否同火山杂岩演化过程中的构造-岩浆演化机制,或者同裂谷拉伸演化过程中火山口的发展或特定阶段,或其他过程密切相关?如果相关,它们具体是什么,如何加以识别。三是如何更好地理解岩浆活动对形成VMS矿床的直接或间接作用,并建立这些过程的直接预测标志,从而更大程度提高勘探效率。

资料表明,世界上约75%的火山作用都形成于海洋环境,特别是洋中脊和火山弧(洋内弧和岛弧)。全世界洋中脊的总长度约65000km,火山弧的总长度约21700km,可见VMS作为一种还正在形成的矿床类型具有广阔的成矿环境。随着陆地范围内寻找矿产资源的难度日益加大,向海洋要资源,寻找海底“黑烟囱”,硫化物软泥将会掀起新一股找矿热潮。近些年,在地中海的第勒尼安海,太平洋西岸的伊豆-小笠园洋内弧、马里亚纳岛弧、马努斯盆地等地利用载人潜水器、自行潜水器(Automatic Underwater Vehicles,缩写AUVs)、遥控潜水器(Remotely Operated Vehicles,缩写ROVs)等水下设备发现了许多海底“黑烟囱”,进一步加深了对VMS矿床地质特征与成矿作用的认识,有利于下步深水勘探。15-16世纪,人类乘风破浪,寻找新的陆地,使得全球一体化。21-22世纪,人类乘船入海,寻找新的资源,使得海陆一体化。


     图5 Manus Basin打捞起的2.7m长黑烟囱(照片来自文献)


6 Mariana火山弧ROV拍摄的海底Fe-Mn氧化物(照片来自文献)




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