國際地質(zhì)新動態(tài)

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徐慧,編譯.朱建東,校.

亞利桑那州銅礦勘查及采掘業(yè)

據(jù)報道,美國約65%的銅礦采掘業(yè)均集中于亞利桑那州,該州的銅產(chǎn)量多年來一直居于全美首位。截至2005年,亞利桑那州約有72個礦業(yè)公司,共有126座銅礦山在開采。與此同時,約有70座砂石露天采場在同時作業(yè)。該州從事與銅礦采掘業(yè)直接相關(guān)的人員多達22 000人,其每年的總收入超過10億美元。與銅礦業(yè)直接或間接相關(guān)的經(jīng)濟產(chǎn)值總量每年約35億美元,其中出口產(chǎn)值約2.77億美元。據(jù)統(tǒng)計,美國人平均每人年均消耗的礦產(chǎn)品超過45 000磅。這足以保證礦業(yè)的長期繁榮和興盛。

從亞利桑那州地質(zhì)礦產(chǎn)分布圖中可以看出,一條北西—南東走向的金屬成礦帶橫貫該州。該成礦帶的東南部主要為斑巖型銅礦(圖中紅色區(qū)域),同時伴生有鉛、鋅、金、銀等礦床(圖中藍色、紫色區(qū)域)。這些礦床與花崗巖的侵入有關(guān)(侵入期約70—55Ma)。該州中部的許多重要礦床的成因與前寒武紀(約1 750—1 6501Ma)火山活動有著密切的關(guān)系。成礦帶的西部主要為金礦礦集區(qū)(圖中橙色區(qū)域),礦床的成礦與25—15Ma年前的火山活動有關(guān)。此外,極具經(jīng)濟價值的鈾礦床(圖中淺藍色區(qū)域)主要集中于該州的東北部,以星狀圖例表示。地質(zhì)學(xué)家的最新勘查成果顯示,亞利桑那州仍有大量未發(fā)現(xiàn)的隱伏金屬和非金屬礦床,例如油氣資源、煤層氣、氦氣及地?zé)豳Y源等。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

硫元素是尋找新類型礦床的關(guān)鍵因素

很多人都未必知道,硫元素是尋找“狗頭金”的重要指示線索。然而,作為地球各大圈層中極為豐富的一種元素,硫的存在的確是尋找新類型礦床的關(guān)鍵因素。

近幾年來,一支由澳大利亞礦床勘探定位研究中心(CET)專家所組成的科研團隊一直在致力于金礦以及其他金屬礦床的定位預(yù)測研究工作。該研究中心位于澳大利亞西海岸的佩斯市(Perth),重點研究區(qū)為澳大利亞的卡普瑞克(Capricorn)地區(qū)以及伊爾根(Yilgarn)地區(qū)。

研究人員在上述地區(qū)的巖石中采集了大量的含硫標本,巖石標本富含金和其他金屬元素,這些成礦元素是在地殼形成之初與硫元素結(jié)合,從而沉積成巖的。

最新研究顯示,地球內(nèi)核蘊藏著大量的硫,相當于月球質(zhì)量的10%?？茖W(xué)家們已證實,在地球的早期演化過程中,液態(tài)硫化物從地幔中分離出來,它們很可能進入了地球內(nèi)核。

長期以來,人們一直認為地球內(nèi)核質(zhì)量較輕,難以形成鐵和鎳等金屬物質(zhì),同時猜測內(nèi)核包含著一些較輕的物質(zhì),如硫、硅、氧和碳等。但是由于地球內(nèi)核過深,直接進行勘探分析難度極大。

研究人員認為,地球遠古時期的一次災(zāi)難性的天體碰撞事件融化了地球地幔,從而在地幔層中形成富含硫元素的液體物質(zhì),這個中間層位于內(nèi)核和地殼之間,一些物質(zhì)可能流失進入太空,但多數(shù)物質(zhì)沉積進入地球內(nèi)核。

銅是一種親硫元素,這意味著銅會傾向于選擇富含硫化物的物質(zhì)形成新的礦物。通常情況下,某個區(qū)域賦存有銅礦,必然會有大量的硫元素的存在。因此,硫是尋找銅礦的一種重要指示元素。

據(jù)悉,西澳大利亞州在經(jīng)歷了數(shù)輪礦業(yè)開發(fā)的高潮后,大部分礦山的探明資源量已逐步枯竭,能夠繼續(xù)為礦業(yè)生產(chǎn)提供大量礦石的礦山已為數(shù)不多。隨著地表礦、淺表礦陸續(xù)被開發(fā),發(fā)現(xiàn)新的礦床已變得越來越難。

據(jù)悉,西澳大利亞州政府在州屬大學(xué)內(nèi)已陸續(xù)投入$590 000,制訂找礦獎勵計劃。該計劃將通過收集和分析找礦信息,力爭用四年時間找到新的礦床。

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伊朗采礦業(yè)前景或?qū)⒊绞彤a(chǎn)業(yè)

據(jù)伊朗工業(yè)部副部長透露,伊朗銅、鐵以及重稀土元素的潛在價值或?qū)⑦h超原油的工業(yè)價值。

有關(guān)資料表明,伊朗目前已打包約290億美元的礦業(yè)開發(fā)項目面向境外投資商,這一數(shù)據(jù)幾乎等同于該國在原油和天然氣領(lǐng)域的投資總額。伊朗境內(nèi)目前共有約3 000座礦山,大部分為私營性質(zhì)。

伊朗的礦業(yè)經(jīng)濟目前只占本國GDP的0.6%,而該國的礦產(chǎn)資源潛力卻排在全球前15名,其潛在經(jīng)濟價值超過7 000億美元。伊朗的銅資源儲量名列全球第9位,達3 250萬t,然而其銅產(chǎn)量自2011年至今只有區(qū)區(qū)42.5萬t。

伊朗礦業(yè)部宣布,伊朗中部的沙漠地區(qū)近期發(fā)現(xiàn)兩個大型煤礦和鐵礦。同時,伊朗也是中國第四大鐵礦石供應(yīng)國,每年約有1 500萬～2 000萬t鐵礦石通過國際海輪運往中國。

據(jù)伊朗礦業(yè)部一位官員透露,造成伊朗目前礦業(yè)經(jīng)濟如此蕭條的主要原因是由于年年不斷的國際制裁,該國嚴重缺乏先進的礦業(yè)設(shè)施和采礦設(shè)備。大量的老舊采礦設(shè)備依然用于許多礦山的采礦作業(yè),很多二手的采礦設(shè)備在其他國家的服役年限已超過了50年。

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美國尤蒂卡頁巖油氣潛力依然巨大

據(jù)悉,在美國賓夕法尼亞州卡農(nóng)思博(Canonsburg)地區(qū)近期舉行的一場油氣專題探討會中,與會者認為尤蒂卡頁巖及其烴源巖的油氣蘊藏潛力,要遠超人們之前所預(yù)期的數(shù)值。

據(jù)最新的估算結(jié)果,尤蒂卡頁巖區(qū)塊理論上至少蘊藏有782萬億立方英尺(TCF)天然氣資源,以及近20億桶原油儲量。

西弗吉尼亞大學(xué)的科研人員根據(jù)最新的資料,對尤蒂卡頁巖的油氣儲量進行了上述的估算。尤蒂卡頁巖區(qū)塊的分布,自懷俄明州延伸至西弗吉尼亞州、賓夕法尼亞州以及其他幾個州。

而根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2012年的估算結(jié)果,該區(qū)塊天然氣遠景儲量僅為38萬億立方英尺(TCF),原油儲量也僅為9.4億桶。顯然,這些數(shù)據(jù)遠低于最新發(fā)布的數(shù)據(jù)。

這支由西弗吉尼亞大學(xué)所組建的科研團隊人員組成復(fù)雜,其中,有來自油氣公司的技術(shù)員,美國地質(zhì)調(diào)查局及四個州府地質(zhì)調(diào)查局的工程師,大學(xué)的教授以及美國能源部的官員等。

該科研團隊的負責(zé)人道格·派奇(Doug Patchen)教授認為,尤蒂卡頁巖的油氣儲量經(jīng)重新估算后,結(jié)果是令人振奮的,甚至可以與馬塞盧斯頁巖區(qū)塊的油氣儲量相媲美。

科研團隊的成員,來自賓夕法尼亞州地質(zhì)調(diào)查局的克里斯汀·卡特(Kristin Carter)教授認為,美國地質(zhì)調(diào)查局在2012年針對尤蒂卡頁巖區(qū)塊的估算結(jié)果已證實這個區(qū)塊的巨大油氣潛力,而對于此次數(shù)據(jù)的更新,“驚喜”二字顯然已難以表達我們的心情了。

據(jù)悉,在過去的一年中,尤蒂卡頁巖區(qū)已陸續(xù)施工了數(shù)個鉆井,獲得了巨量的油氣儲量,這是尤蒂卡頁巖區(qū)油氣產(chǎn)能暴增的主要原因之一。而在這幾個鉆井沒有施工之前,對于整個區(qū)塊的油氣儲量的估算,顯然是過于保守了。

然而,較之馬塞盧斯頁巖,尤蒂卡頁巖的埋深普遍要深約1英里左右。因此,尤蒂卡頁巖的油氣儲量雖然巨大,但是開采的難度卻是要大于前者。

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尤蒂卡頁巖——僅次于馬塞盧斯頁巖的油氣巨人

尤蒂卡頁巖是一套中奧陶統(tǒng)的鈣質(zhì)黑色頁巖,廣泛分布于美國的俄亥俄州、賓夕法尼亞州、西弗吉尼亞州、紐約州以及加拿大的魁北克省等地區(qū)。在埋深上,尤蒂卡頁巖要比馬塞盧斯頁巖普遍深約數(shù)千英尺,而后者作為一種油氣高產(chǎn)的烴源巖,已被全世界所廣泛熟知。

目前,位于美國俄亥俄州東部及賓夕法尼亞州西部的尤蒂卡頁巖區(qū)塊中施工的油氣井,均取得了不俗的油氣產(chǎn)量,因此尤蒂卡頁巖迅速贏得了全世界的廣泛關(guān)注。

由于尤蒂卡頁巖中的油氣往往會向上遷移至上覆地層中,因此長期以來尤蒂卡頁巖一直被地質(zhì)學(xué)家視為油氣的一種源巖,并未被當作可直接生產(chǎn)油氣的母巖。而事實上,仍有大量的油氣資源依然蘊藏在尤蒂卡頁巖中。

尤蒂卡頁巖中的油氣資源一直沒有得到充分的開發(fā),主要基于以下兩個原因：①埋深過大;②滲透率過低。但隨著水平井技術(shù)以及壓裂技術(shù)的日趨成熟,特別是2010年之后,尤蒂卡頁巖中的油氣資源必將得到更大程度的開發(fā)。

尤蒂卡頁巖的埋深普遍大于馬塞盧斯頁巖。圖中所示為尤蒂卡頁巖和馬塞盧斯頁巖埋深對比圖。由圖可見,尤蒂卡頁巖位于美國賓夕法尼亞州境內(nèi)的部分層位埋深低于海平面超過兩英里。然而,尤蒂卡頁巖沿走向向西進入俄亥俄州以及向北西進入五大湖地區(qū)后,層位明顯抬升,埋深變淺,一般低于海平面不到2 000英尺。在油氣資源前景區(qū)之外,尤蒂卡頁巖甚至?xí)雎兜乇?局部地區(qū)可見其地表露頭。

據(jù)調(diào)查,阿巴拉契亞盆地中的大部分巖石地層均具有“東厚西薄”的特征,尤蒂卡頁巖與馬塞盧斯頁巖之間的巖石地層也遵循這個規(guī)律。在賓夕法尼亞州的中部地區(qū),尤蒂卡頁巖往往位于馬塞盧斯頁巖以下約7 000英尺的深度,向西延伸兩者的埋深之差會顯著變小。在俄亥俄州東部地區(qū),尤蒂卡頁巖賦存于馬塞盧斯頁巖下方僅不到3 000英尺的深度。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

全球十大金礦山

1) 穆龍?zhí)?Muruntau)金礦：該金礦位于烏茲別克斯坦,為一特大型露天開采金礦。露采坑長約3.35 km,寬約2.5 km,深度約560 m。據(jù)統(tǒng)計,該金礦2014年的產(chǎn)金量為2 600 000盎司(約合73 709 kg),烏茲別克斯坦國有Navoi礦冶公司擁有其采礦權(quán)。該金礦為全球目前最大的陸地金礦,專家預(yù)測仍有170 000 000盎司(約合4 819 419 kg)的黃金儲量尚未開采。

2) 格拉斯堡(Grasberg)金礦：該金礦位于印度尼西亞,2014年的產(chǎn)金量為1 100 000盎司,僅次于烏茲別克斯坦的穆龍?zhí)捉鸬V,然而其礦石處理能力位居全球第一。據(jù)悉,該金礦將于2017年年底之前逐步關(guān)停目前的露天采場,從而轉(zhuǎn)入地下坑道開采。據(jù)推測,其深部仍賦存有大規(guī)模的高品位金礦體。

3) 普韋布洛(Pueblo Viejo)金礦：加拿大巴瑞克公司(Barrick)和黃金公司(Goldcorp)分別持有該金礦60%和40%的股份。該金礦位于加勒比海沿岸的多米尼加共和國,為一特大型露采金礦,產(chǎn)金量位于全球第三。2012年恢復(fù)生產(chǎn)之后,該礦山的產(chǎn)金量于2014年達到其歷史最大值,其探明儲量和預(yù)測資源量仍有巨大的空間。

4) 亞那克察(Yanacocha)金礦：該金礦位于秘魯,為南美洲最大的金礦山。礦山坐落于首都利馬東北方向800 km卡加瑪卡地區(qū)(Cajamarca)。為地下坑道式開采,采掘面位于海平面以下3 500～4 100 m的地下深部。該金礦2014年的產(chǎn)金量為970 000盎司,比2013年1 000 000盎司的產(chǎn)量下降約5%。

5) 卡林(Carlin Trend)金礦：紐蒙特礦業(yè)公司(Newmont)旗下的卡林金礦位于美國內(nèi)華達州,分為露天開采和地下坑采兩種方式。金礦體主要賦存于沉積巖中,呈微細浸染型,因此該類礦床又稱“微細浸染型”金礦。該類型的金礦床具有品位低、規(guī)模大等特點,礦體與圍巖的界線往往不明顯。該金礦2014年的產(chǎn)金量為900 000盎司,比2013年1 000 000盎司的產(chǎn)量下降約13%。

6-7) 科特斯(Cortez )金礦和戈爾登斯特里克(Goldstrike)金礦：這兩座金礦采礦權(quán)均為加拿大巴瑞克公司(Barrick)所持有,其2014年的產(chǎn)金量并列全球第六、第七位。然而,與戈爾登斯特里克金礦每年產(chǎn)量遞增1%不同的是,科特斯金礦的產(chǎn)量近幾年累計下跌了48%,表明其開采方式已逐漸由露天開采轉(zhuǎn)為地下開采。

8) 奧林匹亞達(Olimpiada)金礦：該金礦為俄羅斯保利亞斯礦業(yè)公司(Polyus Gold)旗下最大的金礦山,該公司采用當前最先進的生物氧化技術(shù)來處理礦山的含金硫化物礦石。新一輪的礦山資源勘查工作表明,在已知礦體的深部仍然賦存有大量的金礦資源。

9) 維拉德羅(Veladero)金礦：該礦山位于阿根廷圣胡安,該礦黃金儲量約1 280萬盎司,開采公司為加拿大的巴里克黃金公司,開采方式為露天開采。該金礦2014年的產(chǎn)金量為700 000盎司,比2013年600 000盎司的產(chǎn)量增加約11%。

10) 伯丁頓(Boddington)金礦：該金礦位于西澳州首府珀斯以南130 km,為紐蒙特礦業(yè)公司(Newmont Mining Corporation)旗下最大的金礦山,該金礦2014年的產(chǎn)金量為700 000盎司。

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地震震中的鉆探工程

為了更好地認識地震產(chǎn)生的成因機制,以便將來能達到對地震發(fā)生進行精確預(yù)報的目的,一支國際科研團隊齊聚位于美國西海岸的圣安德魯斯大斷裂核心地帶。該團隊肩負著一項重要的科考項目,名為“圣安德魯斯大斷裂深部觀測站”。科學(xué)家們選擇在加利福尼亞州地震多發(fā)地帶的帕克費爾德(Parkfield)地區(qū)施工了一個實驗鉆孔,孔深約1.5英里。

來自賓夕法尼亞大學(xué)的克里斯·馬龍教授(Chris Marone)說,該地區(qū)位于構(gòu)造板塊的交界地帶,劇烈的構(gòu)造運動將地表切分成了若干個微板塊,這是我們第一次在構(gòu)造板塊的交界處進行鉆探工程。但對于斷裂地帶深部的運動情況,我們幾乎一無所知。

馬龍教授和他的科研團隊在國家自然科學(xué)基金(NSF)的資助下,開始實施“圣安德魯斯大斷裂深部觀測站”項目并施工了鉆探工程,旨在對斷裂帶中的板塊交界特征進行研究。

馬龍教授認為,此項研究最引人注目的地方就是所獲得的斷裂帶深部的巖石樣品。首先,科研人員將采集到的巖石樣品放入實驗室壓力容器罐中,模擬出斷裂帶深部的物理化學(xué)條件,通過向容器罐施加壓應(yīng)力,最終測量出巖石樣品發(fā)生破裂時的應(yīng)力值并對巖石的破裂特征進行研究。

接下來的一項挑戰(zhàn)又擺在了科研人員的面前,通過鉆探、模擬和測試所取得的成果與該地區(qū)地震的震級和烈度是如何關(guān)聯(lián)的？如何將本地區(qū)的成果與發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到其他斷裂地帶？

馬龍教授及其團隊通過研究發(fā)現(xiàn),被譽為“世界地震之都”的帕克費爾德地區(qū)正好位于太平洋板塊和北美洲板塊的交界部位,板塊交界的斷層面上充滿了碎石和斷層泥。太平洋板塊俯沖到北美洲板塊之下,并以某個恒定的速率在緩慢地移動,所導(dǎo)致的微地震在地表幾乎感覺不到。而與帕克費爾德地區(qū)不同的是,那些發(fā)育在堅固花崗巖地區(qū)的斷裂帶,其內(nèi)部所積累的應(yīng)力不能及時釋放,最終應(yīng)力的瞬間爆發(fā)將導(dǎo)致大地震的產(chǎn)生。

深入理解地震產(chǎn)生的力學(xué)機制是最終實現(xiàn)地震預(yù)報的關(guān)鍵。馬龍教授不無擔(dān)憂地說,要知道,在美國加利福尼亞州以及在世界上很多人都居住在活躍的斷裂帶上。

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神秘的綠松石

綠松石是一種不透明的礦物,常呈現(xiàn)出藍色,藍綠色或黃綠色等美麗的色彩。千百年來,人們一直將綠松石視為一種珍貴的寶石。

現(xiàn)代礦物學(xué)研究表明,綠松石實際上是一種含水銅鋁磷酸鹽,歸類于磷酸鹽礦物,分子式為(CuAl6(PO4)4(OH)8·5H2O)。一般認為,富含成礦元素的流體長期的沉淀作用,是綠松石形成的最主要的原因。綠松石在形成的過程中,其硬度因成礦過程中結(jié)晶壓力和后期壓力以及風(fēng)化條件的不同而差異較大。綠松石因所含元素的不同,顏色也有差異,氧化物中含銅時往往呈藍色,含鐵時呈綠色。其中以藍色、深藍色不透明或微透明,顏色均一,光澤柔和者質(zhì)量為最佳。

結(jié)晶程度很好的綠松石晶體是非常稀有的,市面上流行的綠松石其實是大量微小晶體的一種集合體。如果這些微小晶體之間的間隙很小,綠松石則表現(xiàn)出較低的孔隙度和較高的硬度,易于打磨和加工；如果綠松石的孔隙度過大,硬度過低,則需要以人工介入的方式來改善這些品質(zhì)較差的天然綠松石的外觀、顏色,使之易打磨拋光而不易破碎。通常采用注蠟、沁膠等方法來填補礦物晶體表面的微小孔隙,改善綠松石的質(zhì)地屬性。

綠松石的形成與地下水等流體息息相關(guān)。雨水滲透到巖石和土壤中,溶解巖石和土壤中的微量銅元素。銅元素隨著流體的遷移,與鋁和磷等元素結(jié)合、沉淀,從而在地層的裂隙中形成大量的綠松石微小晶體。含礦溶液和地層巖石之間的水-巖作用稱為“置換作用”。如果置換作用徹底,巖石將會變?yōu)橐徽麎K塊狀綠松石；如果置換作用不徹底,巖石的內(nèi)部將首先被置換為綠松石,而外殼仍然保持巖石的原貌。

中國、美國、智利、埃及、伊朗和墨西哥等國均產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)天然綠松石。以美國為例,大部分綠松石均產(chǎn)于美國西南部的干燥地區(qū),且絕大部分綠松石礦床均伴生有銅礦,或與銅礦毗鄰。亞利桑那州、新墨西哥州和內(nèi)華達州分別位于全美綠松石產(chǎn)量前三甲。加利福尼亞州、科羅拉多州、猶他州、德克薩斯州和阿拉斯加州也是美國綠松石的重要產(chǎn)地。

然而在美國,極少有綠松石礦床為單獨開采,絕大部分均為銅礦開采過程中的副產(chǎn)品加以綜合利用。在大型銅礦露天開采過程中,一旦發(fā)現(xiàn)綠松石,技術(shù)人員會對其品質(zhì)和數(shù)量加以評估,如果在經(jīng)濟上可行,會對其進一步勘查和開采利用。