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色彩斑斓美丽新世界Hemley-世界著名经济地质学家(十八) 精选

已有 9999 次阅读 2012-6-2 08:44 |系统分类:科普集锦| 经济, 美丽新世界

当热液流经岩石时,就在岩石中留下了流体的痕迹,这个痕迹就是围岩蚀变。当路径此处的地质工作者看到五彩斑斓的矿物组合时(我们现在所看到的可能更多地都遭受了后期的风化淋滤作用),都会引起无限的遐想。如果你是个矿床工作者,你肯定会想到钾化、青磐岩化、绢云母化、泥化----,这些耳熟能详的蚀变类型。然而时至今日,因为不同的工作者对蚀变的称呼不同,显得还有些凌乱。例如青磐岩化,代表了绿泥石+绿帘石+白云母+钠长石一套矿物的组合,也许许多人只会择其一而称为绿泥石化、绿帘石化、---等等,其实这套矿物也是典型绿片岩相的矿物组合。

                             

                         

1、图2(照片来自网络)

对图1你一定不陌生,我们在前面中已经有所介绍。图2HSLS浅成低温热液矿床的围岩蚀变分布模式。围岩蚀变其实就是围岩对热液的一种适应过程的调解,我们大多数所讲的围岩蚀变都是H+离子对围岩矿物的一种交代作用,许多围岩蚀变类型都是在研究斑岩型矿床的过程中总结出来的。我们今天并不想探究各种围岩蚀变名称的来龙去脉,只是想介绍对其发展做出了突出贡献的Julian HemleyJulian主要研究面向围岩蚀变和矿物沉淀过程的实验热液地球化学。Chuck Meyer1987年Julian获得SEGSilver Medal时总结到:“Julian在围岩蚀变方面的早期研究成果被推崇备至,以致于许多作者不再标注引用的来源,而作为一种公认的基本常识而加以广泛应用。”

Julian是受他父亲的影响入了地质的道,他父亲是北墨西哥的一名探矿者和采矿者。德克萨斯大学的Howard Quinn和西北大学的Bob Garrels引导他向地球化学进军,在Gareles的指导下,Julian的硕士论文是关于硫化物(方铅矿)的溶解性问题,这在当时是个前沿的课题。

在雪佛龙(Chevron)当了几年研究性地质工作者后,JulianBob FournierRoy WoodallJohn Hunt等成了Chuck Meyer在伯克利分校Old Bacon Hall地下实验室的第一批研究生。Meyer教导他们野外关系才是地质研究的核心基础。

Julian自己设计、动手、解释了长石、云母、粘土的水解反应试验(即K2O-Al2O3-SiO2-H2O系统)(公式12)。他非常仔细地为Meyer付诸大量心血在Butte矿床研究的蚀变矿物组合装饰上图案(Meyer对围岩蚀变的研究贡献甚至比Julian还要大,但因离我们这个时代较远些,所以就暂时不单独介绍了)。

3KalSi3O8+2H+=KAl3Si3O10(OH)2+6SiO2+2K+                        公式(1

钾长石            白云母

2 KAl3Si3O10(OH)2+2H++3H2O=3Al2Si2O5(OH)4+2K+                  公式(2

白云母                        高岭土

这些实验研究和随后发表的论文对围岩蚀变和硫化物沉淀有着不可磨灭的贡献,他和Jones以及Meyer综述性的文章所建立的不同类型围岩蚀变的名称在今天被我们所广泛应用。他与MeyerBarnes编著的Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits1969年版中的有关围岩蚀变的文章即使在40多年后的今天依然是出版的有关围岩蚀变的经典文献。

JulianBerkeley的研究开启了他40年始终如一日对实验地球化学的探索,主要是作为USGS的研究学者,也有5年是作为Anaconda公司的首席地球化学家。

Julian40年原创性的工作产生了30多篇高质量的论文,这些论文不但有价值较高的热力学资料,也包括对一些野外问题的细致应用。紧随早期工作,他的工作重点转向与花岗岩围岩有关的H+交代作用、围岩蚀变和金属沉淀。他也研究其他与金属沉淀有关的许多别的研究者研究的水-岩反应系统,如玄武岩-海水的反应、岩石变质反应、风化作用、有毒废物处置、地球化学能量等等。这包括在以下几篇标志性的文章中:

1969年有关明矾石的文献,描述了酸-硫酸盐环境。

1979年有关镁系统的平衡文献,把蚀变反应应用于超基性岩、夕卡岩和海相围岩蚀变系统。

⊙他1992-1996,在高温高压条件下岩石缓冲系统中的溶解性实验研究显示压力对金属溶解性的影响比理论条件下获得的结果大得多。这项工作对许多热液矿床中的金属分带模式有着重要的意义。包括了斑岩成矿系统中早期的矿化作用。

1968年,受John Hunt等的介绍,Julian去了Anaconda公司,在盐湖城开启了采矿工业界第一个实验地球化学项目,以弥补野外工作的不足。主要研究镁系统的实验问题。他在Anaconda公司的研究的一项成就是激励了那些在野外的地质工作者,那时John Hunt等正在招兵买马,扩充找矿勘探队伍,这其中还包括了大名鼎鼎的GustfasonEinaudi等等。Julian强调了野外对矿物数量和组合的精细观察使得Anaconda公司已有的高质量的填图技术“再上一层楼”,他对地球化学作用的解释提高了对矿床成因概念的理解,使勘探目标更为明确。

没有其他的实验地球化学家就矿体的野外真实的地质特征和蚀变模式教导自己,高效的将矿业公司的地球化学家和研究单位的地球化学家结合起来。他的退休(1999年前)会在这一领域留下一个“缝隙”,需要年轻一代的实验地球化学家弥补。这体现在复杂的热力学资料、高温资料、对矿化围岩蚀变的精细解释、精确选择勘探靶区等诸多方面。任重而道远,需长期锲而不舍、坚持不渝的努力,而非一日之功,也非“80天环游地球”。

1999Julian获得Penrose奖的讲话中,对地球科学有一个很好的陈述:时下地球科学的许多方面取得了长足的进步,但是矿床形成的过程地球化学和模拟却有所欠缺,拖了后腿。板块构造的提出为大陆的演化提出了强有力的工具,而地球化学的银幕上却没有上演精彩的剧集。特别是岩浆-热液区的金属的高温、高压地球化学了解还很少,即使是对FeCu等普通经常可见的金属亦是如此,更不用说那么不怎么常见的WMoCo等了。即使认为研究较透的斑岩矿化模式也处处透露着神秘色彩,仿佛那“神秘的大佛”。“为什么这个斑岩携带了可观适量的Au,而另一个斑岩却没有?”,这可能正是矿床学的魅力之所在,也才会鼓励那些莘莘学子或者有志青年愿意为之挥舞骚动的青春。滞后的主要原因就是实验研究的锐减,大多数高P-T实验室在美国甚至加拿大已经关门大吉,或者转了方向。“桌子稳定至少需要三根腿”,矿床沉淀地球化学亦如此—野外观察、理论发展、实验研究。三足不鼎立,事业终难成。也许有些人会问:“在当今的计算机时代,我们不能计算这些东西吗?为什么还需要手把手的实验?”,答案是我们确实可以利用计算机做大量的计算,然而大量的热力学数据却需要实验研究而获得。这就需要资质出众的后来者加入这个领域,在不远的将来改变这种目前所存在的状态。



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