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踟蹰犹行细雨中Large-世界著名经济地质学家(三十一)

已有 3050 次阅读 2014-11-22 14:09 |系统分类:科普集锦

自人类诞生之日起,经自然历史的抉择,大河所形成的三角洲与冲积平原成了他们最喜欢的栖居之地。河流在历史上常会改道,使得居住于河边的人类为保护自己的家园,必须与“洪水猛兽”做坚决的斗争,由此我终于明了为什么多有大禹治水、诺亚方舟这样古人与治水有关的故事。华北平原为黄河泛滥冲积而成,中华文明的灿烂与辉煌、屈辱与践踏多发生于这片广袤的土地。如今我们美丽的家园却为雾霾所笼罩,这雾霾“凝成了团团的块儿,缓慢地在空气中漂浮,又彼此碰撞”,经常行走其中让我们的生活随时充满了X。关闭工厂,驱散人流似乎不得已之策,但人们不会轻易离去,还一片蔚蓝的天空。我突然想起了19世纪美国西部的GOLD RUSH,人们放下手中的活儿,趋之若鹜,奔向金矿发现之地,从此书写了美国西部历史,才有了今天California的荣耀。随后在澳洲的Victoria地区也引发了GOLD RUSH。这两次GOLD RUSH都有华人参与,也因此有了旧金山(美国San Francisco,圣弗朗西斯科)与新金山(澳洲Melbourne 墨尔本)之称。Bendigo Gold Mine主要赋存于奥陶纪浊积岩变形形成的褶皱和断裂中,为石英裂隙脉和鞍状脉,是GOLD RUSH of Victoria时期的主要淘金地。2014University of Tasmania大学的Ross R. Large等撰文认为AuAs等成矿物质来自沉积岩,为变质流体所携带,而不是以前认为的深部流体,从而颠覆了原来的传统认识。Ross R. Large何许人也?请君听我一叙。

Large正在讲授地球35亿年以来的O2变化曲线

Ross R. Large出生成长于澳大利亚地质学家云集的TasmaniaHobart小镇,冥冥之中注定他未来将以地质为业。1969年他毕业于University of Tasmania,获得了地质学本科文凭,1974年,师从地质学大师Dick Stanton,在University of New England获得了Ph.D.。那之后,他去了一家名为Geopeko Ltd.的公司从事地质找矿工作,主要寻找IOCGVMSCRD矿床(CRDCarbonate Replacement Deposits的简写)。1983年,他离开了这家勘探公司,在University  of Tasmania谋得了一份教书育人的工作,从此以余生为今生。

1989年,他领导建立了CODES ARC( Centre of Excellence in Ore Deposits),资金主要来自Australian Research CouncilUniversity of Tasmania、工矿企业和州政府,经过20余年的发展,如今它已经成为世界上最好的经济地质科研机构之一,目前拥有40余位地质专家和80余名研究生,许多中国的学者还有学生都曾经在这里进修或学习过。Large从它建立之日起就是这个研究中心的主任,直到2012年才卸任。他的研究领域主要集中于与工矿企业密切相关的通过研究地质和地球化学特征来判断矿床的成因和提出切实可行的勘探策略。

Large早期主要研究VMS矿床,在1992年,他写出了著名的有关澳大利亚VMS矿床特征、类型和成因模式的论文,《Australian Volcanic-Hosted Massive Sulfide DepositsFeatures,  Stylesand Genetic Models》。一时之间,洛阳纸贵,在随后的10年里,在许多经济地质的课堂上,老师都要求学生认真阅读,成为VMS领域里的不衰的经典。2001年,又一篇针对澳大利亚VMS矿床的文章诞生了,《The Spectrum of Ore Deposit TypesVolcanic EnvironmentAlteration Halos and Related Exploration Vectors in Submarine Volcanic SuccessionsSome Examples from Australian》。在这篇文章里,Large建立了勘探VMS矿床中野外观察要素的融合标准。许多经济地质学家,穷其一生精力为某一种矿床类型建立他自己认为最为精美的标准,而Large却能在几种矿床类型里羽扇纶巾,有所建树。除VMS矿床外,在与沉积岩有关的Pb-Zn矿床领域也著述颇丰,且产生了深远的影响。而最近身退心未退的Large又把他的研究领域集中在与沉积岩有关的Au矿床方面,并且取得了引起世人关注的成就。

我们都知道南非的Witwatersland金矿赋存于沉积作用形成的冲积扇的砾岩中,那可能是我第一次模糊地知道Au与沉积作用有关,当然对其矿床成因的解释还有许多,例如细菌说、(岩浆、变质)热液说、甚至小行星撞击说。坐在周乃武先生家舒适的沙发上,喝着师母沏就的热茶,听先生娓娓道来他一生推崇研究的“液态矿源说”有关理论问题时,他一再强调沉积作用对金矿的控制作用,那是我开始关注Au与沉积作用有关。在做辽东裂谷的博士论文中,许多金矿就形成于辽河群最上层的盖县组地层中,西秦岭岷-礼成矿带上的李坝、鹿儿坝金矿,北巴颜喀拉成矿带上的大场金矿都赋存于与造山作用有关的发生了变形变质的沉积岩中,甚至加州淘金潮最初发现的金矿也主要赋存于与造山作用有关的沉积地层里的事实让我开始认真思考金矿与沉积作用到底有着怎样的关系。我最初天真地认为,是风化侵蚀作用使得大量的陆源物质通过河流作用被带到了海洋,就像河道中发现的狗头金一样,是以自然金状态存在于细碎屑物质中的,因密度较大,多赋存于深部地层,后来的造山作用及其伴随的变质作用与岩浆作用将深部的成矿物质带到了浅部的断裂裂隙或者褶皱的核心部位,最终成矿。但我又时常被卡林型金矿与造山型金矿的相似性与差异性搞得吃饭不香,睡眠不稳。Large的研究成果拨开了我一些迷雾。

在研究西伯利亚the Giant Sukhoi Log金矿时,Large认为Pyrite(缩写Py)自沉积到热液可以分为5个期次,Py1形成于沉积成岩作用,Py2形成于成岩作用,Py3形成于砂岩中的变质作用,Py4形成于页岩中的变质作用,Py5形成于热液作用。从Py1Py5Au的平均含量逐渐降低。无疑是Py1Py2等更可能提供了Au的来源,并最终成矿。在研究Bendigo金矿时,Large认为成矿流体起于盆地深部的含碳页岩,在那里,沉积成岩成因的含As黄铁矿与有机质反应,形成了磁黄铁矿,在这个过程中,AuAsS则被释放进入了变质流体,并最终在浅部断裂和褶皱核部成矿。这样的研究也扩展到Witwatersland金矿,涉及卡林型与造山型金矿。这种理论所取得的突破主要得益于LA-ICP-MS等技术的发展,从此彻底改变了我们对沉积作用对形成金矿的传统认识观点。

Au在不同期次黄铁矿中的含量(10-6


Bendigo金矿成矿模式

除经济地质领域外,Large在别的方面也有研究,如对5次生物大灭绝也形成了自己的观点认识,对历史上氧气的变化也有独到的见解。2010年,Large获得了SEG为他颁发的象征中年最高荣誉的Silver Medal,在获奖感言中,Large没有谈自己的人生经历,只是感谢了他的老师、同事、学生、工业合作伙伴、University of Tasmania以及SEG。他谈到许多新奇的想法的出现以及主要观点的形成都得益他的同事与学生。历史上的许多伟大的地质观点又何尝不是起端于个体,形成于群体,集成于伟人。是无数的地质研究者辛勤的耕耘,是多航次的大洋钻探计划将钻机深入了海洋深处,最终才导致了板块构造理论如今的霸主地位,这是槽台学说所不能比拟的。单只看到Teddy Bullard在东非进行重力测量休息时赤身裸体的样子就让我们对这些科学家肃然起敬(照片见《从大陆漂移到板块构造-中》)。

他特别感谢了支持CODES的工业合作伙伴,没有这些工业合作伙伴的鼎力相助,他们就无法去到那些矿山,取得他们的成就。在矿山与大学之间是一种“双向道”,大学为矿山提供毕业生,创新勘探思想;矿山为大学毕业生和研究者提供工作机会、资金支撑。任何科学理论哪怕它暂时超乎想象,都应该与实际息息相关。在国外,理论研究与矿床勘探一直齐头并进,相互支撑,而在国内却几乎是两张皮。实际工作者认为理论研究者那是“务虚”,还不如钻探思想、槽子思维有实际意义。理论研究者认为实际工作者坐井观天,目光短浅,不懂得因素之间的关系,也就难以取得勘探的重大突破。放眼中国历史,可以看到中国一直是一个技术先进,科学短缺的国家,如中国有地震仪、“四大发明”,但却没有物理化学等科学理论,科学与技术并重只在民国短暂出现过,那还是美国用庚子赔款的钱来资助中国留学生到本国学习的结果。不注重科技发展的中国即使几度“城头变换大王旗”也只是从一个封建朝代变换到另一个封建朝代。而注重科技发展的欧洲虽也历经革命,但却实现了换血更新。当今科学遇到了“瓶颈”,进入了屏障期,重大理论一时之间很难再取得突破,而理论所支撑的技术掌握起来却并不难,对中国人来说更是轻车熟路,劳动力成本低廉的现代中国很快实现了繁荣昌盛,物质极大丰富。

即使如今有了先进的科学仪器,发现矿床的步伐也慢了下来,一代代的研究者一次次地来到了以往工作的老矿山以寻觅更多的细节。正是这一代代的经济地质学家一次次地几乎坐在同一个地方面对相同的矿床特征,才有了他们所看见的和所理解的,及他们关于矿床成因的观念,如今已经随着时代的推进和知识的累积有了明显的变化。

注:Ross R.Large是当代著名的经济地质学家,我也一直跃跃欲试,但由于资料的匮乏一直难以起笔。即使在Large获得SEG为他颁发的2010Silver Medal的介绍中,无论是Lawrence D. Meinert的介绍还是Ross R. Large的感言都显得笼统。在搜集到的其他资料中,也没有更多的关于Ross R.Large的奇闻轶事。但我实在不想错过这样一位重量级人物,只好搜集残缺资料,尽最大努力来写。里面谈了许多与之无关的东西,多是我这一时段读书的感想,许多不合时宜,敬请大家见谅。为大家推荐《地球的起源》这套纪录片以及Richard Fortey所著《地球简史》、《生物简史》这两本书,只是后者不是地质专业人士翻译,内有许多错误之处还是有些儿遗憾。




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