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追忆经济地质的似水流年(下) 精选

已有 3795 次阅读 2014-7-30 17:23 |系统分类:科普集锦

Economic Geology”杂志的发行满足了20世纪初地质欲望膨胀的年轻学子的内心需要,他们迫切期望有个合适的平台来陈述事实、表达思想,讨论观点,验证假设。那么EG发行后对经济地质领域产生了怎样的影响呢?首先,确定了“economic geology”这个名称,这个名字曾在19世纪早期使用,后来则被“applied geology”和“mining geology”代之。创办期刊的那些地质学家最初就为到底是使用“applied geology”,还是“economic geology”发生过激烈的争吵,最终后者取得了胜利。再是杂志的成立使“economic geology”从“mining geology”中成功解放出来,结果“economic geology”成为地质大家庭中的一个重要科学组成部分。今天EG远远超过了成立之初的目的设想,成为世界一流科学家展现个人风采的重要战场。

在经济地质发行100余年的时间里,发生了了两次世界大战,这两次世界大战引起了社会巨大的变化,同时也引起经济地质的重大变化,经济地质的发展部分原因归为其他学科新技术、新方法的发展应用,但更重要的因素是世界人口的迅速增长所导致的对矿产资源越来越大的需求。EG的历史就是经济地质发展的历史,今天我们对100余年经济地质的进展做以粗略回顾与总结。

第一部分:19051955

为纪念EG发行50周年,经济地质出版公司在1955年出版了《the Fiftieth AnniversaryVolume of Economic Geology》,这部1130页的大部头概括了50年来经济地质的发展变化,包括了金属矿床与非金属矿床。金属矿床以次生富集、矿床分带、矿床分类为主要内容,非金属矿床则包括了石油、煤炭、碳酸盐岩、地下水、粘土等方面的内容。也许许多进展在今天看来已经不那么重要了,但在历史上它毕竟让我们曾经怦然心动。

1、提出了成矿省、成矿期的概念,在1955年还无全球构造的概念,但是F.S.Turneaure通过敏锐的眼光利用大量的资料捕捉到了构造样式、矿床类型、矿化时间之间的内在联系。虽然模式被建立了,但是还缺乏清晰明了的解释。

2、对热泉及其形成的矿床进行了大量地球化学研究,虽然热泉与矿化之间的联系在古代就已被先人注意到,但是详细的研究还是要推到20世纪,D.E.White使用了大量资料论证了与热泉有关的热液可能起源于岩浆水、天水、建造水,只是在后期经历了不同程度的演化。

3、复杂变形矿体的详细构造研究始于1920s,通过对加拿大Hollinger、美国Homestake、澳大利亚KalgoorlieBroken Hill等地区的详细分析调查,产生了许多富有创见的构造思想。

4、矿化中心周围的大量围岩蚀变早在阿格里科拉甚至更早时候就已知道,但是围岩蚀变详细的矿物研究只是到了20世纪上半叶才进步突飞猛进。实际上,经济地质出版公司出版的第一部专题就是有关美国East Tintic地区矿床的围岩蚀变的。

5World WarⅡ的一个重要结果就是U这种具有放射性的居里夫人发现的元素迅速飙升到一个非常重要的地位,在U矿地球化学和U矿形成过程方面积累了大量丰富资料。中国的U矿则是1943年南延宗在广西钟山红花镇考察时发现的,而根据伪满政府日本人曾在辽宁海城发现过U矿的线索也于1954年找到了大房身U矿,但产量只有800kg,最终放弃了。

6、分析装备和测试技术有了很大程度的提高。微量元素的类型及含量很早以来就作为矿化分带的“指示器”,也为矿床的成因提供了潜在线索,但是其精确度却往往限制了这种方法的使用程度。M.Fleischer使用定量光谱分析技术对硫化物的微量元素进行了分析,是这方面的先驱。

第二部分:19551980

为纪念EG发行75周年,1980年,经济地质出版公司发行了《the Seventy-FifthAnniversary Volume of Economic Geology》,这部964页的著作开始把注意力慢慢转向了金属矿床,另外也强调了矿床勘探中的地球物理、地球化学、环境保护等方面的内容。我有幸在孔夫子旧书店花了170元买到这一本,它的最初拥有者是“郭文魁”院士,想来绝对是物有所值了。

在这25年间,经济地质又带来了几项显著变化。1905年,Lindgren报道了他在美国亚利桑那州Clifton-Morenci地区的发现,他注意到在石英中的流体包裹体内存在盐晶体,由此推断成矿热液必然是含盐分的。虽然有如此令人兴奋的观察,但流体包裹体成为研究的主题则要推到1948年,H.S.Scott使用爆裂方法测定了流体包裹体的充填温度。1954年,F.G..Smith发表了第一篇对流体包裹体成分进行定量分析的文章。讨论稳定同位素的文章最初是由M.L.Jensen1953年撰写的,3年后,J.K.kulp等探讨了S同位素分馏作用在矿床学中的潜在应用前景。今天使用流体包裹体和稳定同位素手段判断成矿流体来源、推断成矿作用已经司空见惯。另一个惊人的方面是地球化学正在深刻地改变着经济地质的走向,长期困惑成矿物质在在热液中的运移随着1948J.J.Hemly发表了方铅矿在含盐热液中的溶解性开创性文章而有了些许眉目。但真正对热液地球化学的深入研究则开始于1957P.B.Barton1959Holland所做的研究。化学势(chemical potential1957McMinstryKennedyEG中第一次使用)、逸度(fugacity1959Holland首次使用)这些今天理解起来还有些难度的地球化学术语开始频繁见诸报端。

地球化学的迅猛发展超出了EG的包容能力,也冲击着读者接受这些新知识的能力水平。很快地,一些长期关注EG的青年经济地质学家开始不满足于“激情不能畅意表达”的现状,开始谋求建立一种新的出版物,这次他们没有创办一种期刊,而是在H.L.Barnes领导下出版了由多个作者撰写的评论性文章的冠名为《Geochemistry ofHydrothermal Ore Deposits》的书籍,并且在196719791997出版了三次,后两次也为H.L.Barnes主编。它对经济地质的影响是难以估量的,时至今日,在几乎每一期EG中还能搜索到它们所留下的“玉桥倩影”(老家公园的拱桥上有这个字样,拿来一用)。其他方面的进展如下:

1、放射性同位素测年精确限制成矿作用年限所显示的威力让那些顽固的怀疑论者也低下了高傲的头颅,Charles Meyer的文章清晰地阐述了这种观点,事实证明:某些种类的成矿作用确实是通过地质时间不断演化的。

2、板块构造模式到了1980年如冲出阵营的坦克一样正在改变着地质的方方面面。虽然在经济地质75周年里没有一篇以此为标题的文献,但是板块构造思想在至少一半的文献中讨论成矿类型或成矿作用时经常提到。

3、许多年间,不断积累的证据表明前寒武纪的气候与大气条件与显生宙大相径庭,两篇文章讨论了这种不同对矿化的影响:Pretorius讨论了古元古代石英砾岩(quartz-pebble conglomerate)中的AuU矿化;ButtonTyler讨论了南非早元古代古风化与侵蚀作用的重要性。

4、过去25年间,两种矿床类型引起了人们的关注。斑岩型矿床并不是什么新类型,但是到1980年,才大规模被发现。详细了解它们的构造背景、矿化形式、蚀变样式的趋势不断涌现,TitleyBeane讨论了这方面的内容。第二种类型是VHMS矿床,这种迷人的矿床自古就被开采,但直到20世纪,才认识到它们形成于古海底,于是自从World War Ⅱ后就开始了对海底的勘探,沿着现代洋中脊某些区域产生了吊人胃口的矿化信号,但是很少有人认为在现代海底会发现这种类型的矿床,但在1979年那个晚春,在21°N的东太平洋洋隆切实发现了这种矿床的存在,后来在板块消减或者扩张边缘都发现了这种矿床。

第三部分:1980年—现在

为纪念EG发行100周年,2005年,经济地质出版公司发行了《the One HundredthAnniversary Volume of Economic Geology》,这部1136页的大著作所发表的文献可以概括为三大方面:地球环境和过程、矿床类型、区域成矿。完全转化为对矿床的基础应用研究,连找矿勘探的方法理论也不再介绍。对于正在研究的课题概括其重要性是一件非常危险的事情,读者可以自行裁决,以下所列举的几个方面的进展也只是Brian SkinnerStephen KeslerJeffrey Hedenquist的几家之言。

1、全球构造对矿床形成和分布起重要的作用,与局部沉积环境或火山环境相比,构造环境是成矿作用更为根本性的控制因素(矿床与全球构造,P2-3),这种证据主要来自显生宙泛大陆拼合与裂解时期,至于对元古宙、前寒武纪的解释还有许多不清楚之处,即使如此,全球构造模式对解释矿体的赋存空间仍具有深远的影响。

2、含有钻石的“岩筒”在世界范围内被广泛发现,并且不断有新的报道传来,紧随发现之后是对基性和超基性岩的岩石学研究,并将之用于新的勘探区。

3、《Geochemistry of HydrothermalOre Deposits1979年发行后,一个关于热液系统难以回答的问题是它的规模。历史上认为它是局部系统,然而前苏联地质学家在Kola半岛所打的11700m的钻探资料证明这种想法是不正确的,钻孔中的流体压力等于或近似等于静水压力,这说明地壳的渗透性比原先预想的要大得多,广泛的对流循环可能会达到20km的深度。同时计算机模拟显示沉积盆地中的流体运移距离可能是几千公里。

4VHMS矿床得到了更进一步的研究,令人激动不已的发现迅速地积累我们对现代和过去这类矿床成矿作用的更深入地理解,毫不夸张地说,VHMS矿床是我们现今了解最为详细彻底的矿床,75th100th上的文章都是由J.M.Franklin为第一作者的,有兴趣的朋友可以对比来读。

5、寻找煤炭能源的替代品激发了对陆地地热系统的调查,由此导致了对天水和岩浆热液系统的非同寻常的见解。对陆地、海洋的活动的热液系统直接进行分析纠正了流体包裹体资料的不当之处,从而可以用计算机模拟其物理和化学作用,以进一步修改完善。

6、在过去的半个世纪里,发现了许多大型的矿床,工业部门、科研部门、政府部门之间的通力合作变得日益广泛,找矿已经不再是个人的事情,也不再是单一部门的事情。理想的成矿模式通过对许多典型矿床的研究得以发展,例如浅成低温Au矿、斑岩型Cu矿和不相容的铜镍硫化物矿床。

过去的一个世纪对于科学而言不同寻常,对于经济地质学也不例外,那么经济地质学的迷人之处到底在哪里呢?它像福尔摩斯探案,也像骑兵寻找宝藏,若想开启胜利之门,不能错过任何一个细节,探索未知的东西就像和痴情的恋人偷情,总是让人激动不已。经济地质学始于哲学,止于艺术,始于猜测和设想,止于完美的成就,对过程的观察、对方法的构建是对科学的完善,而对目的的批判和协调则进入哲学的范畴,科学给予我们知识,但唯有哲学赋予我们智慧(威尔.杜兰特,哲学的故事)。我们可以想象,通过对成矿作用的理解、对成矿模式的完善,最终消除争议,达成共识,从而提升为勘探哲学,用以在一望无际的草原下、广袤无垠的沙漠里,碧波荡漾的海洋中,努力寻找矿产资源,那是“海阔任鱼跃,天高任鸟飞”的自由浪漫主义情怀,那是舍我其谁,无与伦比的豪情壮志,但我也相信那是羽化成仙,庄周化蝶的一天。

本文主要取材于IntroductionA Century of Excellence inthe One Hundredth Anniversary Volume of Economic Geology.P1-4




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