科学网—矿河长游-Sillitoe的矿产勘查生涯Ⅲ
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2024-12-8 07:46
| 系统分类: 科普集锦
上世纪七八十年代，金价大涨，Sillitoe开始把部分注意力转移到金矿上来，特别是那些吨位大、品位低的矿床，例如浅成低温热液型、造山型以及卡林型。在巴布亚新几内亚考察金矿时，他对当地独特而迷人的部落文化产生了浓厚兴趣，发薪之日那些单身汉秒变“王老五”，盛装出行，只为博得未婚女子艳羡的目光。金价飙升使得许多废弃金矿重焕生机，一些不以金矿开采见长的国家也心神摇曳，幻想有重大发现。1987年，Sillitoe去了朝鲜，为了办理签证，他首先来到了中国，惊讶于长安路上穿着中山装，骑着自行车熙熙攘攘的人群，更是为这个国家数不胜数的名胜古迹，文化美食所震撼。飞机上算上他只有三名旅客，透过机窗可以看到地面喂鸡的老太太。他可能是那个年代唯一到访的西方地质学家，陪伴人员充满警惕，他不被允许进入矿区办公室，也不被允许观察井下矿体，吃饭也是独自一人在房间。一位身材高大，头发灰白，相貌不凡的地质学家在旁边无人时，会悄悄用英语与他交流。有一次追索石英脉误入了与韩国交界的非军事区，一排排坦克炮膛指向南方。遗憾地是，这次刻骨铭心的朝鲜之行，并没有发现什么像样的矿体，更不用说矿床类型了。
高级泥质蚀变帽中的金矿开始认为多赋存于块状硫化物中，但进一步勘查表明许多金矿体呈浸染状，常产出于火山通道角砾岩及附近，在残余孔洞石英中富集。这类矿床一般品位较低（<2g/t）,次生氧化使得黄铁矿、硫砷铜矿被破坏，从而铜被淋滤而去，金银残留而在。两个金矿令人印象深刻：智利北部的El Indio含黄铁矿石英矿脉截切黄铁矿-硫砷铜矿脉，最富者达3500g/t，明金含铜呈芥末色开始并没有引起人们注意。内华达州的 Paradise Peak地表大部分遭受了氧化，且有蒸汽热蚀变叠加（图12），另外还被后期低角度拆离断层错断，复杂异常。上世纪九十年代，发现一些VMS矿床与高级泥质蚀变有关，而且含有硫砷铜矿等高硫硫化物，下面是否有斑岩铜矿呢？两者无论其赋矿围岩还是构造环境都相差甚大，这是一个颠覆传统认识值得进一步探讨的问题。
白色蒸汽热蚀变叠加于灰色含硅矿体之上
图12 高硫浅成低温热液Paradise Peak金银矿床
20世纪初，Lindgren就提出了浅成低温热液矿床的概念，其形成于热泉之上与深部岩浆有一定关联，多从碱性溶液沉淀而出，也有少量来自酸性溶液。正是根据成矿溶液的酸碱度，按照硫的氧化还原状态，将之细分为高硫型、中硫型与低硫型三种。每种类型都有各自火山-构造环境，具体而言，高中硫型产出于挤压到中性的火山弧中，低硫型则产出于扩张下的火山弧及两侧，通常与双峰式火山岩（玄武岩-流纹岩）相关。在东非大裂谷北端低硫型中见有富矿品位金矿（品位>31.1g/t，储量>1Mt），白天气温高达50℃，晚上也有35℃，只能赤裸着身子睡在户外行军床上，正印证了小说家与诗人吉卜林（Kipling）的名言，“只有疯狗和英国人才会在正午的阳光下外出”。遥想二十余年前，在风沙肆虐，高温炙人的东疆戈壁，一群穿着裤头，光着上身驻扎在帐篷里远离尘嚣孤独的人们，唯有收音机里哈密广播电台女主持人爽朗的笑声才能带来些许内心的温暖，回家时同学的妹妹蔑称作者为“野人”，真是地质难搞，好人难做。
Sillitoe认识到硅华、硅化、蒸汽热蚀变、热液喷发角砾等可作为浅成低温热液矿床典型找矿标志，2015年他在 Mineralium Deposita 上撰文进行了综述（图13）。蒸汽角砾定义了热液喷口，最有可能发现矿体，近处的硅华也是很好的找矿线索，但仅限于中低硫型，因为高硫型pH值低，抑制了SiO 2 聚合。在智利北部高硫型Nevada矿床附近，地表遭受了强烈蒸汽热蚀变，Sillitoe建议向深部钻孔看矿化是否连续，但被公司以品位低断然拒绝，后来另一公司在蒸汽热蚀变下发现了可观矿体。在阿根廷Cerro Negro，深部钻探获得了鼓舞人心的品位，但得出的结论却是矿脉在西北端为断层错断，断层处为一直线型山谷，Sillitoe认为这种解释不正确，建议在矿脉延伸方向上跨过山谷继续钻探，结果遇到了富矿体。这是Sillitoe人生唯一一次作为构造地质学家出名，原因是否定了一条断层的存在。许多聪颖之士也有很多新奇想法，但多停留在思考阶段，难以付诸实践，因此也就难以发现潜伏矿体，唯有钻探才能验证理念，进而推动找矿勘探进行，但这是冒险花钱的事，无论管理层还是技术团队都需要有担当。
图13 浅成低温热液系统地质特征
是否存在单独的斑岩金矿呢？智利北部的Marte提供了第一个线索，石英脉呈带状，黑白相间，局部包裹有磁铁矿细粒，石英脉黑色为富水蒸气流体包裹体所致（图14）。在玻利维亚的La Española，晚上住在牧羊人简陋的小屋里，主人用当地上好的葡萄酒招待，痛心叙述他的悲惨遭遇，妻子与四头羊驼在闪电中丧生，但好像羊驼的死去更令他伤心。大多数斑岩金矿规模较小，可分为两类：一类侵位深度较（<1km），形成于火山中，一类侵位深度略深，形成于还原侵入体中。后者可以定义为一种新金矿类型，金赋存于石英脉，含有一套特征金属元素组合：Sb，As，Bi，Mo，Te，W，Sn，硫化物含量低，缺乏贱金属。但这样一来造山型金矿的支持者不干了，认为脉状金矿是变质流体形成的而不是岩浆流体，双方争执不休，Sillitoe坚持己见。矿床成因就像一道光，照亮了矿床研究的道路，但也带来了即驴即马的困惑。
图14 智利北部斑岩金矿条带状石英细脉
卡林型金矿是一种重要矿床类型，向以大吨位、低品位著称，盛产于美国西部内华达地区，中国西南省份也广泛分布，长期流行的成因观点为大气降水对流循环而成，金来自含碳沉积物。Sillitoe在内华达参观了几个矿区，看到一些长英质岩脉后，推断与深部岩体有关，这一点倒是与在此耕耘几十年的Roberts观点不谋而合。马来西亚的Bau与内华达的卡林型金矿颇为相似，且分带明显，即中心为低品位斑岩型铜金矿体，向外过渡为多金属脉状矿体，最外则为形成于沉积岩中的金矿体，美国著名的Bingham Canyon斑岩矿床周围同样存在类似分带（图15），《Mineral Deposit Models》一书的作者Cox与 Singer（1990）将其定义为末端浸染型矿床（distal-disseminated deposit type）。在Sillitoe看来其与卡林型属同一类型，具体为隐伏侵入体之上为卡林型，出露侵入体外围为末端浸染型。前者金与锑紧密相连。他偶然读到一篇伊朗北部Zarshuran矿区金与锑、砷相关的文献，心中就萌生了为卡林型的想法，于是前往在简易的巷道里取样，品位竟达几十克/吨，这个矿原本以开采雄黄见著，出口印度用于女人眉心红点，现在一跃成为伊朗最大的金矿。Sepon现在是老挝重要产金区，在越南战争期间具有重要战略地位，是沟通南越和北越胡志明小道的重要组成部分，美国空军曾在此空投了上亿枚炸弹，导致Sepon到处是未爆炸的弹药。随着资料积累，Sillitoe认识到Sepon金矿为卡林型，处于低品位斑岩铜钼中心外围（图15）。在越南的经历则没有那么美好，被人拿枪指着没收了证件。尽管分类还存在异议，但卡林型与侵入体存在关系得到了越来越多业内人士的认可。
图15 Bingham（左）与Sepon（右）矿区金属分带
如何发现矿床一直是业内人士感兴趣的话题，通过对环太平洋地区近半个世纪的总结，Sillitoe认为找矿必须以高质量的野外地质为基础，同时紧密结合传统的地球化学与适当的地球物理方法。那些曾经让人眼前一亮的新技术已被时间证明充其量只在局部地区有用，最新的潮流是数据科学，包括人工智能及其分支学科机器学习。虽然应用数据科学方法有助于获得新的见解，但也终究不过是另一种有用的探索辅助工具，而非包治百病的灵丹妙药，因此认为技术突破将改变未来矿床发现的观点必然受到严重质疑。勘探成功将越来越依靠于不断进步的地质概念，但发现大型矿床的成本也在逐年攀升，考虑到未来将以寻找深部矿为主，地球物理方法将发挥越来越重要的作用。一个有前景的研究方向是探求不同矿床类型之间的内在联系，并更好地理解难以归类的特殊矿床的成因。穿岩石圈深大断裂也应引起足够重视，不但可以确定具体矿床的位置，也可以理解不同时代形成的矿床何以汇聚于同一区域。目前经济地质的许多研究，特别是在中国，重点不是解读矿床结构和控矿因素，而是利用主微量元素及同位素示踪来确定与矿有关的岩浆的最终来源，其结果目前而言尚未有意义地应用于勘探。既然经济地质学还依然主要是一门面向野外的实践应用性学科，那么实地观察仍将是新地质概念最丰富的信息来源。实验室研究要对发现做出有意义的贡献，样品采集就一定要建立在清晰了解野外地质关系的基础之上。勘探工作者要最大限度地利用室外工作时间，脚步只有坚实踏在野外岩石上才能切身感受到矿产的气息，但现实情况是越来越多的人活跃在办公室（图16），他们盯着电脑，像玩偶一动不动或者偶尔动一下，好像在思考什么，又好像没有在思考什么。
图16 室内工作的地质人员
世界上大部分矿产勘查工作都是由上市公司和少数私人公司开展的，但在中国，政府的参与占主导地位。大中型公司虽然从事矿产勘查，但是以采矿为主，只有小型公司才以勘查为主。相比以往现在一些公司过度关注健康与安全问题，从而限制了有效的实地工作，骑在驴背上，躺在睡袋里，在野外坚守十天半月的日子如今难以想象。矿业公司成功并没有固定架构，只要管理层理解支持找矿队伍并给予充分资助就是最好的管理。发现取决于地质学家个人或小型团队才能，他们致力于发现并被赋予这样做的自由。他们需要以野外为导向，充满科学好奇心和创造力，对经济地质学满怀深情，甘冒风险，随时准备好离家出走，必要时做出重大牺牲。必备的技能包括梳理各种数据，观察和快速解读岩石，露头的结构和矿物，钻探岩心以及应用类比推理的能力。最好的地质学家是见过最多岩石的人，因此那些上了年纪，游历广泛，经验丰富的“老鸟”更有优势。作为地质学家，要不断地观察，不断地阅读，得到文化的洗礼，科学的浸润，那些表面上看起来总是很忙的人往往没有明确的方向。当下矿床勘查与开采面临越来越多外部问题与限制，使得发现和最终开采变得愈加困难与昂贵。资源民族主义、邻避综合症悄然抬头，许多大型矿床因无法获得“社会经营许可证”而胎存腹中，这就需要采矿业、政府机构、相关国际组织之间更为有效协调合作。
出于“说不得”的原因，Sillitoe并没有把一些更离谱荒唐的轶事记录下来，他希望自己所述能引起读者共鸣，并对年轻一代面临相似问题时有所借鉴与帮助。矿床地质与找矿勘探相辅相成，前者的进步有助于后者制定切实可行的计划并付诸实践，同样后者的进步也会促成前者改进扩充相关理念。Lindgren在《mineral deposits》（1933）最后说： 矿床学从某方面坦率地说是功利主义的，但是从纯知识的角度看，它记录了支配元素富集循环的基本规律，它追溯了原始气体和岩浆分化成复杂多样地壳的过程 。回顾五十余年的勘探生涯，Sillitoe足迹遍布全球，但自言从未认真规划过职业道路，这是一种秉性使就，天然琢成，是潜意识里对执行和服从权威的蔑视，同时表现得像个君子，风度翩翩，彬彬有礼。他有自己的人生哲学，不做任何妄想，坦然接受生活给与的一切，不管会产生怎样的结果，好也罢，坏以罢。Sillitoe如今已是桑榆之年，但依然能爬山，依然能跟上年轻一代的步伐，心心念念矿床，希望还能有所贡献（图17）。鉴于世界人口的增长，能源的需求只会越来越多，发现更多的矿床依然是社会的紧迫之需。
图17 2022年在阿根廷海拔5000米以上某高原
人生如矿，矿如人生，总是在起起伏伏中颠簸，兜兜转转中徘徊。人生无论面对怎样的境遇都要努力拼搏，因为唯有努力才会在不经意间看到远方一丝灯火，窃以为那是前进的方向。《笑傲江湖》讲述了一个人如何在纷繁复乱、杂花迷眼的江湖中不为利益所惑，不为情义所动，坚持自我，实现自我，成就自我的故事。在地质、在科学、在社会，一个人也只有坚守内心，心怀虔诚，静心读书，潜心钻研，心系国民，不因处江湖之远而卑微自贱，不因居庙堂之高而狂妄自大，有所成就当上苍恩赐，无所成就也不枉一生执着。
后记 2012年初做科普写Sillitoe时，就期盼能有一天读到他的传记，2024年4月，终于夙愿达成， Geochemical Perspectives 出版了Sillitoe撰写的《Metallogeny and Mineral Exploration-Some Personal Reminiscences》。鉴于内容繁多，不能详细完整叙述，只能择其三两，有些地方还夹杂了个人感想，涉及的许多前沿问题也多有省略，感兴趣的读者还是建议阅读原文。文中引用图件都来自此文，故未一一标注，除照片外，其余图件都由我原来在江西应用科技学院的同事，现在北京某单位工作的老乡袁伟重绘，表示深深感谢与敬意！Sillitoe这一代以野外调查为主的矿产勘查大师逐渐离我们远去，但其留下的光辉业绩及个人轶事总是让人回味无穷，个体永远无法阻止时代的前进，但激流澎湃中，君子士人仍可做个徐霞客，人间清醒，保持自我，与名利无关，与金钱无关，只为满足内心的执着追求与来到这个世界上的不枉此生。
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