逐矿客的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/tidesung617 男儿宁当格斗死 何能怫郁筑长城

博文

西部狂想-奥林匹克坝矿床发现的故事 精选

已有 1826 次阅读 2017-11-13 10:24 |系统分类:科普集锦

……

那个在我意识中无休止的声音,

在我耳边发出永恒的低语。

日日夜夜,它重复着:

“那些隐藏起来的秘密,

去寻找它们,

越过群山之外。

那些失落在群山之外的秘密,

等待着你去寻找,

去吧!”

                                                        探索者

拉迪亚德·吉卜林

以诗人之心和圣人灵魂,探索未知,体验神奇,发现迷失的部落和隐藏的宝藏,去到最黑暗的丛林,去到最遥远的荒漠,……,那是人生一件多么迷人的事。自16世纪安格里卡拉时代至20世纪中叶,未经专业培训或仅有少量专业知识的勘探者仅凭锐利之眼,简单工具,漫无目的,四处游走,发现了近地表(100-200米以上)大部分矿床。20世纪60年代以来,随着世界人口增长及生活水准提高,开采的矿床品位及规模相应水涨船高,勘探者不得不使用复杂的矿床勘探模型,综合运用地物化遥各种方法,以深邃目光,先进技术探索特定地区,期望发现高价值的矿床。在地表矿开采殆尽,矿物循坏利用不充分,科技暂无法实现去外星球开矿的今天,向深部进军,开拓“第二成矿空间”成为唯一的出路,2公里深切实可行。上世纪70年代,埋藏于300米以下澳大利亚奥林匹克坝(Olympic Dam)矿床的发现曾经震惊了世界,直到今天,它也是矿床勘探史上的奇迹,是一个神话,一个传奇,它带给人们的思考如千年陈酿,久挥不散。

Robinson和西部矿业

W.S.Robinson果农出身,当过美国《时代》杂志财经栏编辑和股票经纪人。19世纪80-90年代,在澳大利亚先后发现了布罗肯希尔(Broken Hill)铅锌银矿和卡尔古利(Kalgoorlie)金矿,瞬间吸引了全世界“淘金者”的目光,Robinson也跟随这股潮流来到了Broken Hill。当时的选矿技术可提炼出大部分铅和银,却提炼不出锌,显然谁若能从“废石堆”里提炼出锌,谁就能成为大富翁。一位比利时啤酒制造者偶然发现锌可分离吸附到选矿液上层的泡沫表面,经过无数次试验,Robinson和他的合伙人取得了这一技术上的突破,财富如长江东逝水滚滚而来。科学和创新竟能带来如此巨大财富,这让Robinson啧啧不已,倾慕迷恋。1933年,57岁之际,他成立了一家名为西部矿业(WMC,West Mining Company)的勘探公司,希望通过应用新思想新技术发现更多的矿床。公司建立之初,Robinson就有两个疯狂举动。第一,人类史上首次使用飞机在Kalgoorlie上空及周遭航拍,期望从航空照片中发现金矿蛛丝马迹,这个异想天开的想法,遭到了同行嗤笑,“烧钱公司”的恶名迅速远扬。第二,雇佣世界上最好的地质学家解码Kalgoorlie金矿的秘密,在20世纪20-30年,地质还是一门较新科学,属于自然科学的“穷亲戚”,在采矿工业界还是“潜伏者”。来自哈佛大学的精英帮助WMC建立了地质部门并设定了用人标准:“不招收只知道岩石名称的地质人员,而是招收了解这种岩石意味着什么及对矿床发现有无指导意义的地质人员。”

使用具有创新精神的地质学家,应用最棒的地质科学成为WMC的生存理念,早期的教训也告诫他们找矿需要耐心与恒心。WMC的地质学家相信科学,领导相信地质学家,建立在信任基础上的合作,珠联璧合,水乳交融,导致了科马提型镍矿、钙结层钒钾铀矿、奥林匹克坝铜金铀矿等一系列新类型大矿床的发现。

Woodall和技术团队

Roy Woodall 1930年大萧条时期生于西澳珀斯(Perth),由于生活困顿,被迫16岁离开中学校园走向社会,在政府供水部门当了一名小职员。为了以后工作稳定,有个好前程,他读了两年夜校,拿到了高中文凭,从而有机会到大学深造,去了西澳大学学习地质学。之所以选择地质学有两个原因:一是不用天天拴在实验室,可以到鸟语花香的野外,在蓝天白云下,观察色彩斑斓的岩石。二是对矿业兴趣渐浓,因为它创造了当时澳洲大部分财富,使政府及人民度过早期殖民及大萧条时期。

Roy Woodall(来自文献5)

由于暑假期间曾经为WMC打过工,对公司强调科学的观念印象深刻,因此大学毕业后Woodall进入WMC成了一名技术人员。对科学的眷恋让他决定到世界一流大学深造,加州大学伯克利分校接纳了他。在迎娶了尚未到法定结婚年龄的娇妻后,他绕道加拿大,在那里参观了许多世界上著名的赋存于前寒武纪克拉通内的铜、铜-锌、镍矿,觉得它们与产出Kargoolie金矿的伊尔冈克拉通(Yilgarn Craton)并无两样。快硕士毕业时,Woodall面临大公司高薪诱惑,“我们不能再教授你什么了,还是回澳大利亚找矿吧!”在Chuck Meyer的建议下,他1957年4月份带着妻子和两个新出生的孩子回到了WMC。

刚回到WMC,Woodall就像炉膛里燃烧的火,充满了激情,就像水缸里溢出的水,流露着兴奋,他头脑中有无数关于矿床勘探的新奇思想,急于牛刀初试。机会来了,当时在珀斯附近有许多铝土矿,但这些铝土矿硅(Si)含量高,品位低,提炼铝需要用到苛性钠,而黏土中的硅会消耗价格昂贵的苛性钠,因此开采不划算。Woodall注意到硅并非赋存于黏土中,而是石英中,只要除去石英,就可以提高铝土矿品位,现在该地区依然是世界上铝的主要供应基地。1960s年代中期,Woodall在西澳Kalgoorlie地区调查了一个镍矿露头,样品分析结果显示碲(Te)元素含量比预期值高100倍,而碲正是加拿大铜镍硫化物矿床的典型指示元素,利用在伯克利分校学到的知识及在加拿大矿床的参观经历,野外实地检查后他越发相信在风化露头下存在高品位镍矿体,第一钻就打到了长2米,品位8.3%的富镍矿体。矿体赋存于一种特殊的岩石中,这种岩石由温度高达1400-1500℃的岩浆喷流于海底,急速淬火而成,鬣刺构造,南非地质学家Viljoen双胞胎兄弟称之为科马提岩(komatiite),这是全世界首次在太古代岩石中发现这种镍矿,科马提岩型镍矿就此诞生。

1967年Woodall成为WMC的总工程师,终于有机会按照自己的想法设计“大观园”,这离他回到WMC已是十年光景。第一,财政自主,勘探部门完全可以按照自己的财政预算进行找矿投入,大部分用于野外找矿一线人员。第二,建立野外区域勘探基地,这种战略的哲学思考是:让公司最好的地质学家尽可能接近野外勘探区,熟悉区域地质,认识矿区人员,让他们感觉这是他们的地盘,他们有责任、有动力成为最好的勘探者。第三,扩充勘探区域,全澳撒网,寻找不同矿种、类型矿床。第四,招募新人是勘探成功的起点,Woodall一生近1/3时间花费于此,是他人生最重要的工作之一。寻找那些富有激情与思想,有意向愿意到野外找矿的人,若有人问起公司的福利待遇,对不起,你已经被淘汰出局了。第五,营造氛围,组织交流,每半年就要召集技术人员就野外地质问题进行思想碰撞,彼此分享成功与失败经验,加强相互之间友谊。第六,选派优秀技术人员带着1/2薪水,带着研究课题到世界一流大学深造,接触最新的,最好的科学。

如此自由的环境再加上Woodall洞见性的眼光,奥林匹克坝这个巨人已经如大海中的鲸鱼露出了它的背。

三把尖刀

WMC1957年就开始埋头在西澳找铜矿,但十余年间“只见星星,不见月亮”。一位留着长头发,深鬓角的年轻人出现了,怎么看都像个纨绔子弟,有些玩世不恭,但是他思想活跃,且是西澳大学的优等生,他的名字叫Douglas Haynes。Haynes1966年加入WMC,几个不怎么成功的铜矿项目上都留下了他的足迹,受非洲沉积型铜矿成矿模式和野外工作影响,他有了蚀变玄武岩会形成铜矿的想法。在征得Woodall同意后,他带着这个课题来到了澳大利亚国立大学,研究一种崭新的成矿模式。玄武岩中赋存有含铜的磁铁矿,当磁铁矿发生蚀变形成赤铁矿时,铜就会释放出来,进入热液,这些含有铜的热液沿着断裂向上运移,当上升到还原性沉积岩层时,铜就会与之反应发生沉淀,从而形成沉积型铜矿。研究富有成效,1972年Haynes博士毕业后信心满满回到了WMC,开始琢磨将之应用于实践,找到前寒武纪蚀变玄武岩是关键,因为该时期玄武岩赋存有许多大型铜矿。经过大量艰苦卓绝、枯燥乏味的前期工作,发现了五处为沉积岩深深覆盖的潜在目标,该首先选择哪一个呢?Woodall给出了答案,去南澳!

蚀变玄武岩成矿模式图(根据文献4绘制)

大洋洲板块在近1-2亿年间活动微弱,遭受了强烈的风化侵蚀、河流冰川作用,因此澳大利亚大部分地区都为厚厚的沉积物所覆盖。在这层“棉被”下寻找蚀变玄武岩就像在巨厚的冰层下寻找大鱼。在传统铜矿勘探项目中,地质学家扮演了主要角色,做了大量野外工作,但在这种崭新的铜矿成矿模式下,蚀变玄武岩深埋地下,地质学家无能为力,地球物理学家粉墨登场,有了施展的舞台。玄武岩密度2.7-3.0g/m3,比花岗岩和大部分沉积岩密度都要大,可以用重力法测量;玄武岩中含有磁铁矿,磁铁矿具有磁性,可以用磁法测量。Haynes向当时主管WMC物探工作的HughRutter解释了这种崭新铜矿成矿模式的要点,Rutter对之表现出极大的热情与兴趣。Rutter来自英国杜伦大学,1969年加入WMC地球物理部门。因在镍矿勘探中表现出色遂崭露头角,并被选派到伦敦大学进行深造。高勒克拉通(Gawler Craton)东北部的斯图亚特大陆架(Stuart Shelf)覆盖有厚厚的沉积物,被认为是寻找蚀变玄武岩的理想之地。Rutter通过对布格重力异常和磁异常规模、形态、深度解译,确定了5个物探异常区,其中Olympic Dam异常区重力源推断深度最浅,只有1150米。Rutter也注意到物探解译结果与蚀变玄武岩成矿模式难以有效耦合,他大胆推断OlympicDam异常区可能是一个火山口,这是一个有预见性的判断!在Olympic Dam异常区的地震反射资料表明异常源位于地下350米。

区域断裂在沉积物覆盖前将玄武岩地块抬升,含矿热液沿这些断裂上升,最终铜富集在这些断裂附近的沉积岩中,因此寻找深部断裂也被提上了日程,这项工作由构造地质学家Tim O'Driscoll完成。O'Driscoll在多年的工作中认识到,线性构造的交汇处常常是成矿的有利部位,通过在航空照片中识别植被与岩石中的裂隙来判别这些线性构造的痕迹。这项工作遭到了一些地质学家的非议,认为许多线性构造是人为杜撰的,实际并不存在,但Woodall坚信深部构造的存在,给了O'Driscoll强有力的支持。通过线性构造分析,在Stuart Shelf共圈定了21个构造目标区,其中几个就位于上述异常区附近。

物探异常区及构造目标分布图(根据文献4绘制

发现过程

Olympic Dam实际是一小水池,由当地一位牧民1956年挖掘而成,有这样霸气的名字完全拜那一年在墨尔本举行的第16届夏季奥林匹克运动会所赐。选择Olympic Dam作为开钻之地,除技术因素外,还与地形平坦,有道路和水供应有关。团队主要成员有Jim Labor、Dan Evans、DouglasHaynes与Hugh Rutter。

1975年6月14日RD1开工,团队人员虽然之前豪情满怀,信誓旦旦,但在即将揭开的事实面前都面面相觑,忐忑不安,实际上他们知道发现铜矿的概率不大,即使发现玄武岩的概率也不是板上钉钉。开始取出来的岩心都是单调的灰岩、砂岩与页岩,在335米处,岩心突然发生了变化,突变为一种黑色的岩石,他们又钻了76米,还是这样的岩石,闭孔时间是1975年7月30日。样品被送往580公里以外的阿德莱德(Adleide)化验室,分析结果表明铜品位介于0.5-1.5%之间,其中有一段长38米,品位达到了1.05%。这个品位当时并不是经济品位,但是它却鼓舞了士气,激发了斗志。这到底是什么岩石呢?它显然不是玄武岩,因为它包含了大颗粒晶体和大量石英。David Duncan这位Tim O'Driscoll手下的构造地质学家首先认出了这种岩石,“它不是蚀变的火山岩,它是花岗岩,蚀变的花岗岩!”

RD1施工现场(来自文献8

RD2选在了异常区Appendicitis Dam,钻进513米,没有穿透上覆沉积物,一无所获。他们改变策略,将重心移至RD1周围。团队相信在异常边缘成功的概率更大,因此在重力异常区边部设计了RD3与RD4。RD3穿透了上覆沉积物,但底下是平平常常的花岗岩,没有黑色赤铁矿化,没有碎屑与角砾。RD4发现了看起来与RD1底部相似的岩石,但没有矿化显示。Rutter根据重磁资料假定了许多种矿体分布形式,但他不确定哪种模式才是真实反映,他坚信火山口解释是正确的,火山口直径达几公里,但团队其他人员并不完全相信这种判断。经过一番争论,决定在RD1北1000米施工RD5,此处是重力异常的中心,Rutter本想向北2000米施工RD5的。这次大胆的设想得到了回报,发现了长92米,品位1.01%的矿化体,Woodall又帮助安排了6个钻孔的勘探资金。RD6安排在了RD1东北,没有矿化显示,于是折回RD5,在其周围设计了RD7、RD8与RD9,只有RD8发现了长14米,品位1.2%的矿化体。

钻孔布置及见矿图(根据文献4绘制)

自RD1施工以来一晃一年多过去了,最初带来的喜悦与兴奋正在慢慢消退,Dan Evans离开团队去加拿大皇后大学攻读了博士,Haynes也像下午的向日葵,耷拉了脑袋。在这种彷徨不安中,RD10,倒数第二个钻孔于1976年9月21日开钻了,11初闭孔。11月5日,WMC的高级领导路经此地,想看看刚打的岩心,因为要务在身,他们要求工作人员将几箱岩心送到临时飞机场。他们看到的是一箱箱共计100多米长的在耀眼的阳光下闪烁着金属光泽的黄铜矿等硫化物,目估品位至少2%,局部3%,4%,他们完全被震住了!

科学指引一个有着创新理念、执着信念、冒险意念的团队最终发现了奥林匹克坝矿床!

发现之后

奥林匹克坝矿床经进一步勘探证明还有金与铀,由于南澳政府禁止开采铀矿,WMC一直在与政府博弈,他们认识到只凭他们公司的实力不足以撼动政府做出改变,于是找到了另一家公司必和必拓(BHP),直到1988年,奥林匹克坝矿床才正式投入生产,2005年WMC被BHP收购。据2014年资料,它所拥有的铀资源量世界排名第一(比其他紧随其后的9个铀矿床总资源量的和还要大),金资源量世界排名第三,铜资源量世界排名第五。BHP的宏伟目标是将奥林匹克坝由地下开采转为露天开采,为此要挖掉上覆300余米的沉积物。

奥林匹克坝矿床被发现后,不但吸引了成批的勘探者,也吸引了许多矿床研究者,对它的金属来源至今还争论不休,主要集中在岩浆来源、火山淋滤来源以及沉积来源,今天奥林匹克坝矿床已经成为铁氧化物铜金矿床(Iron Oxide Copper-Gold Deposit)类型的典型代表。那些勘探者由于刚进入时并不明白WMC所拥有的勘探理念,直到本世纪初才取得重要发现,2001年发现了Prominent Hill,2005年发现了Carrapateena,2008年发现了Hillside。

WMC到底凭什么最终发现了奥林匹克坝矿床呢?第一,科学至上。在别人眼里科学只是个装饰品,没有实际用途,WMC抱定应用最好的科学,使用最好的技术,并把这种理念一直贯穿于公司的精神文化中。第二,用人不疑。只要你爱科学,有想法就能为我所用,不要谈钱,谈钱就渐行渐远了,这些人许多后来都成了业界佼佼者。第三,自由环境。自由使得那些有奇妙思想的人可以大展宏图,特别是带薪深造,学术交流,让他们学识更上一层楼。第四,充足资金。发现镍矿,使得公司大赚一把,把一半以上的利润用于找矿实践,后期即使镍矿价格暴跌,但依然保障了资金供应。第五,坚定信念。当打了2-3个钻孔不见矿后,一般人也就放弃了,但是团队相互鼓舞,互相信任,再加上领导魄力,恒心与信心,确保了最后成功。

蚀变玄武岩成矿模式最终证明只是一场风花雪月,虚无幻影,是不是真的就可以说科学只是装饰天空的明月,而真的没有一点儿实用价值呢?其实理论家的观点正确、错误并不重要,关键是能够激发调查与研究,发现新事实,构建新理论。

致谢:感谢东北大学高文元博士,在阿德莱德求学期间给本人提供的《The Olypmic Story》这本书,也祝愿我这位师弟学业大成,生活幸福!

参考资料

1.詹姆斯·格雷执导,2017,《迷失Z城》

2.克瑞格·麦克林恩执导,2017,《丛林/丛林炼狱》

3.Nicholas T.Arndt,etal.,Future Global Mineral Resources, Geochemical Perspective,  Vol.6,No.1,April 2017

4.David Upton,2010,The Olympic Dam Story

5.Roy Woodall Interviews Conducted by Eleanor Swent in 2004

6.Douglas Haynes,2006,The Olympic Dam Ore Deposit Discovery-A Personal View, SEG Newsletter

7.Neil Williams,Mineral Exploration under Deep Cover

8.David Chiristensen,2014,New Copper Discovery in the Olympic Dam Copper Belt

9.詹姆斯·拉伍洛克著,肖显静、范祥东译,盖娅时代-地球传记




http://blog.sciencenet.cn/blog-115490-1085038.html

上一篇:咫尺理塘归去来Garrels-世界著名经济地质学家(四十二)
收藏 分享 举报

11 赵旭林 吉凤宝 冷成彪 彭渤 康建 李颖业 陈楷翰 朱志敏 任胜利 黄永义 张亮生

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (8 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2017-11-23 19:32

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2017 中国科学报社

返回顶部