国际地质新动态

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徐慧,编译.朱建东,校.

亚利桑那州铜矿勘查及采掘业

据报道,美国约65%的铜矿采掘业均集中于亚利桑那州,该州的铜产量多年来一直居于全美首位。截至2005年,亚利桑那州约有72个矿业公司,共有126座铜矿山在开采。与此同时,约有70座砂石露天采场在同时作业。该州从事与铜矿采掘业直接相关的人员多达22 000人,其每年的总收入超过10亿美元。与铜矿业直接或间接相关的经济产值总量每年约35亿美元,其中出口产值约2.77亿美元。据统计,美国人平均每人年均消耗的矿产品超过45 000磅。这足以保证矿业的长期繁荣和兴盛。

从亚利桑那州地质矿产分布图中可以看出,一条北西—南东走向的金属成矿带横贯该州。该成矿带的东南部主要为斑岩型铜矿(图中红色区域),同时伴生有铅、锌、金、银等矿床(图中蓝色、紫色区域)。这些矿床与花岗岩的侵入有关(侵入期约70—55Ma)。该州中部的许多重要矿床的成因与前寒武纪(约1 750—1 6501Ma)火山活动有着密切的关系。成矿带的西部主要为金矿矿集区(图中橙色区域),矿床的成矿与25—15Ma年前的火山活动有关。此外,极具经济价值的铀矿床(图中浅蓝色区域)主要集中于该州的东北部,以星状图例表示。地质学家的最新勘查成果显示,亚利桑那州仍有大量未发现的隐伏金属和非金属矿床,例如油气资源、煤层气、氦气及地热资源等。

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徐慧,编译.朱建东,校.

硫元素是寻找新类型矿床的关键因素

很多人都未必知道,硫元素是寻找“狗头金”的重要指示线索。然而,作为地球各大圈层中极为丰富的一种元素,硫的存在的确是寻找新类型矿床的关键因素。

近几年来,一支由澳大利亚矿床勘探定位研究中心(CET)专家所组成的科研团队一直在致力于金矿以及其他金属矿床的定位预测研究工作。该研究中心位于澳大利亚西海岸的佩斯市(Perth),重点研究区为澳大利亚的卡普瑞克(Capricorn)地区以及伊尔根(Yilgarn)地区。

研究人员在上述地区的岩石中采集了大量的含硫标本,岩石标本富含金和其他金属元素,这些成矿元素是在地壳形成之初与硫元素结合,从而沉积成岩的。

最新研究显示,地球内核蕴藏着大量的硫,相当于月球质量的10%。科学家们已证实,在地球的早期演化过程中,液态硫化物从地幔中分离出来,它们很可能进入了地球内核。

长期以来,人们一直认为地球内核质量较轻,难以形成铁和镍等金属物质,同时猜测内核包含着一些较轻的物质,如硫、硅、氧和碳等。但是由于地球内核过深,直接进行勘探分析难度极大。

研究人员认为,地球远古时期的一次灾难性的天体碰撞事件融化了地球地幔,从而在地幔层中形成富含硫元素的液体物质,这个中间层位于内核和地壳之间,一些物质可能流失进入太空,但多数物质沉积进入地球内核。

铜是一种亲硫元素,这意味着铜会倾向于选择富含硫化物的物质形成新的矿物。通常情况下,某个区域赋存有铜矿,必然会有大量的硫元素的存在。因此,硫是寻找铜矿的一种重要指示元素。

据悉,西澳大利亚州在经历了数轮矿业开发的高潮后,大部分矿山的探明资源量已逐步枯竭,能够继续为矿业生产提供大量矿石的矿山已为数不多。随着地表矿、浅表矿陆续被开发,发现新的矿床已变得越来越难。

据悉,西澳大利亚州政府在州属大学内已陆续投入$590 000,制订找矿奖励计划。该计划将通过收集和分析找矿信息,力争用四年时间找到新的矿床。

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伊朗采矿业前景或将超越石油产业

据伊朗工业部副部长透露,伊朗铜、铁以及重稀土元素的潜在价值或将远超原油的工业价值。

有关资料表明,伊朗目前已打包约290亿美元的矿业开发项目面向境外投资商,这一数据几乎等同于该国在原油和天然气领域的投资总额。伊朗境内目前共有约3 000座矿山,大部分为私营性质。

伊朗的矿业经济目前只占本国GDP的0.6%,而该国的矿产资源潜力却排在全球前15名,其潜在经济价值超过7 000亿美元。伊朗的铜资源储量名列全球第9位,达3 250万t,然而其铜产量自2011年至今只有区区42.5万t。

伊朗矿业部宣布,伊朗中部的沙漠地区近期发现两个大型煤矿和铁矿。同时,伊朗也是中国第四大铁矿石供应国,每年约有1 500万～2 000万t铁矿石通过国际海轮运往中国。

据伊朗矿业部一位官员透露,造成伊朗目前矿业经济如此萧条的主要原因是由于年年不断的国际制裁,该国严重缺乏先进的矿业设施和采矿设备。大量的老旧采矿设备依然用于许多矿山的采矿作业,很多二手的采矿设备在其他国家的服役年限已超过了50年。

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美国尤蒂卡页岩油气潜力依然巨大

据悉,在美国宾夕法尼亚州卡农思博(Canonsburg)地区近期举行的一场油气专题探讨会中,与会者认为尤蒂卡页岩及其烃源岩的油气蕴藏潜力,要远超人们之前所预期的数值。

据最新的估算结果,尤蒂卡页岩区块理论上至少蕴藏有782万亿立方英尺(TCF)天然气资源,以及近20亿桶原油储量。

西弗吉尼亚大学的科研人员根据最新的资料,对尤蒂卡页岩的油气储量进行了上述的估算。尤蒂卡页岩区块的分布,自怀俄明州延伸至西弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州以及其他几个州。

而根据美国地质调查局2012年的估算结果,该区块天然气远景储量仅为38万亿立方英尺(TCF),原油储量也仅为9.4亿桶。显然,这些数据远低于最新发布的数据。

这支由西弗吉尼亚大学所组建的科研团队人员组成复杂,其中,有来自油气公司的技术员,美国地质调查局及四个州府地质调查局的工程师,大学的教授以及美国能源部的官员等。

该科研团队的负责人道格·派奇(Doug Patchen)教授认为,尤蒂卡页岩的油气储量经重新估算后,结果是令人振奋的,甚至可以与马塞卢斯页岩区块的油气储量相媲美。

科研团队的成员,来自宾夕法尼亚州地质调查局的克里斯汀·卡特(Kristin Carter)教授认为,美国地质调查局在2012年针对尤蒂卡页岩区块的估算结果已证实这个区块的巨大油气潜力,而对于此次数据的更新,“惊喜”二字显然已难以表达我们的心情了。

据悉,在过去的一年中,尤蒂卡页岩区已陆续施工了数个钻井,获得了巨量的油气储量,这是尤蒂卡页岩区油气产能暴增的主要原因之一。而在这几个钻井没有施工之前,对于整个区块的油气储量的估算,显然是过于保守了。

然而,较之马塞卢斯页岩,尤蒂卡页岩的埋深普遍要深约1英里左右。因此,尤蒂卡页岩的油气储量虽然巨大,但是开采的难度却是要大于前者。

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尤蒂卡页岩——仅次于马塞卢斯页岩的油气巨人

尤蒂卡页岩是一套中奥陶统的钙质黑色页岩,广泛分布于美国的俄亥俄州、宾夕法尼亚州、西弗吉尼亚州、纽约州以及加拿大的魁北克省等地区。在埋深上,尤蒂卡页岩要比马塞卢斯页岩普遍深约数千英尺,而后者作为一种油气高产的烃源岩,已被全世界所广泛熟知。

目前,位于美国俄亥俄州东部及宾夕法尼亚州西部的尤蒂卡页岩区块中施工的油气井,均取得了不俗的油气产量,因此尤蒂卡页岩迅速赢得了全世界的广泛关注。

由于尤蒂卡页岩中的油气往往会向上迁移至上覆地层中,因此长期以来尤蒂卡页岩一直被地质学家视为油气的一种源岩,并未被当作可直接生产油气的母岩。而事实上,仍有大量的油气资源依然蕴藏在尤蒂卡页岩中。

尤蒂卡页岩中的油气资源一直没有得到充分的开发,主要基于以下两个原因：①埋深过大;②渗透率过低。但随着水平井技术以及压裂技术的日趋成熟,特别是2010年之后,尤蒂卡页岩中的油气资源必将得到更大程度的开发。

尤蒂卡页岩的埋深普遍大于马塞卢斯页岩。图中所示为尤蒂卡页岩和马塞卢斯页岩埋深对比图。由图可见,尤蒂卡页岩位于美国宾夕法尼亚州境内的部分层位埋深低于海平面超过两英里。然而,尤蒂卡页岩沿走向向西进入俄亥俄州以及向北西进入五大湖地区后,层位明显抬升,埋深变浅,一般低于海平面不到2 000英尺。在油气资源前景区之外,尤蒂卡页岩甚至会出露地表,局部地区可见其地表露头。

据调查,阿巴拉契亚盆地中的大部分岩石地层均具有“东厚西薄”的特征,尤蒂卡页岩与马塞卢斯页岩之间的岩石地层也遵循这个规律。在宾夕法尼亚州的中部地区,尤蒂卡页岩往往位于马塞卢斯页岩以下约7 000英尺的深度,向西延伸两者的埋深之差会显著变小。在俄亥俄州东部地区,尤蒂卡页岩赋存于马塞卢斯页岩下方仅不到3 000英尺的深度。

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全球十大金矿山

1) 穆龙套(Muruntau)金矿：该金矿位于乌兹别克斯坦,为一特大型露天开采金矿。露采坑长约3.35 km,宽约2.5 km,深度约560 m。据统计,该金矿2014年的产金量为2 600 000盎司(约合73 709 kg),乌兹别克斯坦国有Navoi矿冶公司拥有其采矿权。该金矿为全球目前最大的陆地金矿,专家预测仍有170 000 000盎司(约合4 819 419 kg)的黄金储量尚未开采。

2) 格拉斯堡(Grasberg)金矿：该金矿位于印度尼西亚,2014年的产金量为1 100 000盎司,仅次于乌兹别克斯坦的穆龙套金矿,然而其矿石处理能力位居全球第一。据悉,该金矿将于2017年年底之前逐步关停目前的露天采场,从而转入地下坑道开采。据推测,其深部仍赋存有大规模的高品位金矿体。

3) 普韦布洛(Pueblo Viejo)金矿：加拿大巴瑞克公司(Barrick)和黄金公司(Goldcorp)分别持有该金矿60%和40%的股份。该金矿位于加勒比海沿岸的多米尼加共和国,为一特大型露采金矿,产金量位于全球第三。2012年恢复生产之后,该矿山的产金量于2014年达到其历史最大值,其探明储量和预测资源量仍有巨大的空间。

4) 亚那克察(Yanacocha)金矿：该金矿位于秘鲁,为南美洲最大的金矿山。矿山坐落于首都利马东北方向800 km卡加玛卡地区(Cajamarca)。为地下坑道式开采,采掘面位于海平面以下3 500～4 100 m的地下深部。该金矿2014年的产金量为970 000盎司,比2013年1 000 000盎司的产量下降约5%。

5) 卡林(Carlin Trend)金矿：纽蒙特矿业公司(Newmont)旗下的卡林金矿位于美国内华达州,分为露天开采和地下坑采两种方式。金矿体主要赋存于沉积岩中,呈微细浸染型,因此该类矿床又称“微细浸染型”金矿。该类型的金矿床具有品位低、规模大等特点,矿体与围岩的界线往往不明显。该金矿2014年的产金量为900 000盎司,比2013年1 000 000盎司的产量下降约13%。

6-7) 科特斯(Cortez )金矿和戈尔登斯特里克(Goldstrike)金矿：这两座金矿采矿权均为加拿大巴瑞克公司(Barrick)所持有,其2014年的产金量并列全球第六、第七位。然而,与戈尔登斯特里克金矿每年产量递增1%不同的是,科特斯金矿的产量近几年累计下跌了48%,表明其开采方式已逐渐由露天开采转为地下开采。

8) 奥林匹亚达(Olimpiada)金矿：该金矿为俄罗斯保利亚斯矿业公司(Polyus Gold)旗下最大的金矿山,该公司采用当前最先进的生物氧化技术来处理矿山的含金硫化物矿石。新一轮的矿山资源勘查工作表明,在已知矿体的深部仍然赋存有大量的金矿资源。

9) 维拉德罗(Veladero)金矿：该矿山位于阿根廷圣胡安,该矿黄金储量约1 280万盎司,开采公司为加拿大的巴里克黄金公司,开采方式为露天开采。该金矿2014年的产金量为700 000盎司,比2013年600 000盎司的产量增加约11%。

10) 伯丁顿(Boddington)金矿：该金矿位于西澳州首府珀斯以南130 km,为纽蒙特矿业公司(Newmont Mining Corporation)旗下最大的金矿山,该金矿2014年的产金量为700 000盎司。

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徐慧,编译.朱建东,校.

地震震中的钻探工程

为了更好地认识地震产生的成因机制,以便将来能达到对地震发生进行精确预报的目的,一支国际科研团队齐聚位于美国西海岸的圣安德鲁斯大断裂核心地带。该团队肩负着一项重要的科考项目,名为“圣安德鲁斯大断裂深部观测站”。科学家们选择在加利福尼亚州地震多发地带的帕克费尔德(Parkfield)地区施工了一个实验钻孔,孔深约1.5英里。

来自宾夕法尼亚大学的克里斯·马龙教授(Chris Marone)说,该地区位于构造板块的交界地带,剧烈的构造运动将地表切分成了若干个微板块,这是我们第一次在构造板块的交界处进行钻探工程。但对于断裂地带深部的运动情况,我们几乎一无所知。

马龙教授和他的科研团队在国家自然科学基金(NSF)的资助下,开始实施“圣安德鲁斯大断裂深部观测站”项目并施工了钻探工程,旨在对断裂带中的板块交界特征进行研究。

马龙教授认为,此项研究最引人注目的地方就是所获得的断裂带深部的岩石样品。首先,科研人员将采集到的岩石样品放入实验室压力容器罐中,模拟出断裂带深部的物理化学条件,通过向容器罐施加压应力,最终测量出岩石样品发生破裂时的应力值并对岩石的破裂特征进行研究。

接下来的一项挑战又摆在了科研人员的面前,通过钻探、模拟和测试所取得的成果与该地区地震的震级和烈度是如何关联的？如何将本地区的成果与发现应用到其他断裂地带？

马龙教授及其团队通过研究发现,被誉为“世界地震之都”的帕克费尔德地区正好位于太平洋板块和北美洲板块的交界部位,板块交界的断层面上充满了碎石和断层泥。太平洋板块俯冲到北美洲板块之下,并以某个恒定的速率在缓慢地移动,所导致的微地震在地表几乎感觉不到。而与帕克费尔德地区不同的是,那些发育在坚固花岗岩地区的断裂带,其内部所积累的应力不能及时释放,最终应力的瞬间爆发将导致大地震的产生。

深入理解地震产生的力学机制是最终实现地震预报的关键。马龙教授不无担忧地说,要知道,在美国加利福尼亚州以及在世界上很多人都居住在活跃的断裂带上。

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徐慧,编译.朱建东,校.

神秘的绿松石

绿松石是一种不透明的矿物,常呈现出蓝色,蓝绿色或黄绿色等美丽的色彩。千百年来,人们一直将绿松石视为一种珍贵的宝石。

现代矿物学研究表明,绿松石实际上是一种含水铜铝磷酸盐,归类于磷酸盐矿物,分子式为(CuAl6(PO4)4(OH)8·5H2O)。一般认为,富含成矿元素的流体长期的沉淀作用,是绿松石形成的最主要的原因。绿松石在形成的过程中,其硬度因成矿过程中结晶压力和后期压力以及风化条件的不同而差异较大。绿松石因所含元素的不同,颜色也有差异,氧化物中含铜时往往呈蓝色,含铁时呈绿色。其中以蓝色、深蓝色不透明或微透明,颜色均一,光泽柔和者质量为最佳。

结晶程度很好的绿松石晶体是非常稀有的,市面上流行的绿松石其实是大量微小晶体的一种集合体。如果这些微小晶体之间的间隙很小,绿松石则表现出较低的孔隙度和较高的硬度,易于打磨和加工；如果绿松石的孔隙度过大,硬度过低,则需要以人工介入的方式来改善这些品质较差的天然绿松石的外观、颜色,使之易打磨抛光而不易破碎。通常采用注蜡、沁胶等方法来填补矿物晶体表面的微小孔隙,改善绿松石的质地属性。

绿松石的形成与地下水等流体息息相关。雨水渗透到岩石和土壤中,溶解岩石和土壤中的微量铜元素。铜元素随着流体的迁移,与铝和磷等元素结合、沉淀,从而在地层的裂隙中形成大量的绿松石微小晶体。含矿溶液和地层岩石之间的水-岩作用称为“置换作用”。如果置换作用彻底,岩石将会变为一整块块状绿松石；如果置换作用不彻底,岩石的内部将首先被置换为绿松石,而外壳仍然保持岩石的原貌。

中国、美国、智利、埃及、伊朗和墨西哥等国均产出优质天然绿松石。以美国为例,大部分绿松石均产于美国西南部的干燥地区,且绝大部分绿松石矿床均伴生有铜矿,或与铜矿毗邻。亚利桑那州、新墨西哥州和内华达州分别位于全美绿松石产量前三甲。加利福尼亚州、科罗拉多州、犹他州、德克萨斯州和阿拉斯加州也是美国绿松石的重要产地。

然而在美国,极少有绿松石矿床为单独开采,绝大部分均为铜矿开采过程中的副产品加以综合利用。在大型铜矿露天开采过程中,一旦发现绿松石,技术人员会对其品质和数量加以评估,如果在经济上可行,会对其进一步勘查和开采利用。