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作者:宋建潮 來源: 發布時間:2022-7-14 1:37:14
沙漠風云:卡林型金礦的發現

   地質雖非一門精確科學,但卻需要無盡的想象力與創造力。脫離傳統思想的桎梏,才能開出別致的花朵,地質學家擁有了這種柔性思想,就能靈活應對各種地質難題。

   找礦勘探類似開發新藥,雖然成功的概率極低,但這并不妨礙人們探索的熱情。找礦實踐證明,礦床發現多是少數天才探礦者的靈光乍現并持之以恒,而非數理統計的趨勢預測,也非一干所謂探礦者的“民主集中,會議決定”。

   工業革命以來,借助能源與機械的力量,人類掀起了幾股淘金潮,使得原本的荒涼之地如今變得生機盎然。但有一種金礦類型,直到1960年代才原形畢顯,即便到今天它依然有些神秘,這就是卡林(Carlin)型金礦。

 

一位采礦工程師的預言

 

   內華達州地處美國西部著名的盆嶺構造省,由南北向的山脈及夾雜于其間的盆地構成,是17Ma(百萬年)前一次構造擴張運動的產物,也是變質核雜巖概念的誕生地。

   內華達州采礦歷史悠久,早在1870年代,就有西方傳教士開采砂金、銀和綠松石的記錄。但真正使內華達州礦業繁盛還是在加利福尼亞淘金運動以后。1859年Comstock銀礦、1900~1902年Tonopah銀礦和Goldfield金礦的發現,先后掀起了一波淘金熱潮,找礦活動在內華達州各地區開展得如火如荼,每個地區幾乎都有自己的標志性采礦區,找到的礦產種類也不僅僅局限于金銀,銅、鉛、鋅、鎢、錳、鈾、鉬、砷、工業礦物甚至石油都被廣泛開發利用。

   在內華達州早期的采礦歷史中,金礦雖然也時有發現,但重要地位并沒有被凸顯出來。1850年代,摩門教徒在內華達州發現了第一個現代砂金和脈狀金礦。1902年,Goldfield金礦的發現是當時最大的發現,并在以后很長時間內占據內華達州黃金產量第一的寶座。1930年代中后期雖然處于經濟大蕭條時期,但卻沒有阻止金礦發現的步伐,Standard、Getchell、Northumberland、Gold Acres都是在這一時期被發現的,這些金礦是“不可見金”——卡林型金礦第一次在內華達州被發現。

   W.O.Vanderburg是美國礦務局的一名采礦工程師。有一次在野外勘察時,他在Getchell偶然發現了一大片硅化鐵質浸染露頭區。這片露頭曾經被探礦者光顧了無數次,但他們只是敲碎這些巖石,用淘金盤淘洗,而淘金盤底未現“金黃色”,于是他們便遺憾而孤獨地離開了。

   Vanderburg把這些樣品送到化驗室分析,結果證明有金存在。他同時注意到有幾個大型金礦呈浸染狀賦存在沉積巖中,由此預測內華達州其他地區也有類似金礦存在。但是,他的預言在當時并沒有引起足夠重視。

   RalphJ.Roberts供職于美國地質調查局,早在1940年代就識別出“Roberts山逆沖斷裂帶”。Roberts山逆沖斷裂帶形成于石炭紀早期,此時Antler造山運動達到頂峰,裂谷構造環境中西側的優地槽火山—碎屑巖組合,逆沖于東側的冒地槽碳酸鹽巖組合之上,由于逆沖后的抬升,形成穹隆構造,在侵蝕作用下,火山—碎屑巖組合被剝離,使得下部的碳酸鹽巖組合重見陽光,這就是逆沖斷裂帶中常見的“構造窗”現象。在Eureka和周圍地區的填圖顯示,這些“構造窗”大致呈北西—南東向帶狀分布,共有兩條,即現在所說的Battle Mountain Trend與Carlin Trend。帶內侵入巖體發育,已發現的礦床或礦點就位于這些“構造窗”內或附近。

 

發現卡林型金礦

 

   John Livermore畢業于斯坦福大學,在1961年初舉行的一個會議上,他遇到了Roberts,并與之詳談了內華達州北部地層、構造與礦床分布的關系。1961年6月,Livermore成功說服Newmont管理層,在Eureka和Elko地區Roberts山逆沖斷裂帶開展勘探、填圖和取樣工作,尋找微細粒金礦。

   這個想法得到了年輕地質學家Alan Coope的支持。在當地一名礦山經理的建議下,他們第一炮放在了Blue Star舊有采礦區。經過細致入微的填圖以及系統全面的取樣,很快他們就發現金品位和硅化密切相關,并在以后成為卡林金礦主采區的位置發現了厚度24米、品位6克/噸的金礦體,這是卡林地區第一次發現重大金礦體。

   在東側的Popovich Hill,Coope在野外調查時,看到某西北向斷層下盤灰巖呈“浮片”狀零散分布。出于對這種巖石外貌的好奇,他采集了一些樣品,分析結果顯示金礦體品位竟然有6克/噸多。隨后一排鉆孔被布置,在一個鉆孔內發現了厚度30米、品位30克/噸的金礦體,這是卡林地區第二次發現重大金礦體。

   經過隨后幾年的詳查勘探,卡林金礦儲量達到了90噸,并于1965年開始生產,小小的卡林鎮也因卡林金礦而名垂史冊。

   借助卡林金礦的發現,一系列勘探工作跟進,逐漸形成了一個長80公里、寬8公里,內含20多個大型金礦床的帶,這就是著名的Carlin Trend。2011年左右,它就已經產出了3847噸黃金。

 

卡林型金礦的成因

 

   雖然卡林型金礦發現至今已有50余年,資料也積累了一大堆,但有關它的成因模式一直眾說紛紜。礦床成因更多為學者所關注,對于勘探者和投資者而言,只是想知道去哪里找礦、怎么找礦,以及投資能否在短時期內有足夠回報。對于卡林型金礦的形成,有以下一種說法。

   故事開始于385Ma前,那時內華達州還是一片汪洋。形成珊瑚礁的海洋生物生活在淺海,以獲取足夠陽光,珊瑚礁死后形成了灰巖。東側河流帶來的砂、粉砂、泥,一部分與灰巖混雜在一起,一部分沉積于深海底部。這里沒有陽光也就形不成灰巖,時間久了,就堆積了幾千甚至上萬米厚的巖層。

   后來,西側的太平洋板塊向東側的美洲板塊俯沖,在內華達州中北部,西側的碎屑巖向東推覆于灰巖之上,距離約140公里。接著,擠壓應力轉換為擴張應力,擠壓—擴張輪流“坐莊”,巖石組合不斷遭到洗牌,上部巖層好像一個地毯,下部巖層好像一個地板,不斷地滑動與褶皺產生了大量構造圈閉。當流體自深部向上運移時,下部灰巖容易被溶解掉,上部碎屑巖組合則發揮了不滲透的“隔檔”作用,就好像壓力鍋的蓋子,熱液流體在上部巖層和下部巖層接觸部位富集,沉淀成礦。上下部巖層的疊覆區是最有利于成礦的,非疊覆區多形成小礦或礦點,這就是內華達州成礦的秘密。

   流體從何而來?太平洋板塊最初俯沖角較緩,能俯沖到內華達州所在大陸板塊很遠的地方,也就是內華達州東北部。初次部分熔融形成巖漿,隨著俯沖速度變小和俯沖板塊前端折返,俯沖角變陡,巖漿活動由東北向西南遞次發展。由巖漿演化而來的含金熱液流體傾向富集于陡峭、長期活動的斷層區,早期形成的斷層后期不斷遭受擠壓—擴張,多次活化,引領含礦流體進入這適宜的“洞房”,最終醞釀成卡林型金礦。成礦流體通過淋濾下部灰巖巖層不斷獲得金,就像饑餓的孩子吮吸母親的乳汁。在17Ma左右,內華達州完全以擴張作用為主,最終導致了現代盆地—山嶺地貌的形成,許多金礦在這個過程中也遭到改造。

   牧場、礦山、野馬、卡車……在廣袤無垠的內華達州,共同筑起一幅美麗的畫卷,吸引著新時代勇敢無畏的牛仔,追逐他們的夢想!

(作者系江西應用科技學院副教授)

 

 

《科學新聞》 (科學新聞2022年6月刊 綠色)
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