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难道矿产资源也可再生

(2013-11-17 12:52:28)
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教育

分类: 知识

矿产资源是社会发展的源泉,是人类文明的基础。矿产资源是自然资源的重要组成部分,是原材料工业和物质生产的基础。因此,全人类十分关注资源开发,各国政府、国际有关组织和联合国纷纷制定相关的资源政策鼓励、促进和制约矿业发展。

至今,人们都认为矿产资源是有限的、不可再生的(当作者写此文时2009年12月18日中央CCTV主持人还在电视台强调矿产资源不可再生……)。不同时期经常听到资源告急的警钟。我们记得,上世纪七十年代有些科学家和政府有关部门呼吁全世界的煤只能还用20~30年,到上世纪90年代,全世界就没有煤烧了,2002年10月出版的一本书还写道“据预测,陆地上的锌、锰、钨、银等矿藏资源只够人类使用几十年①。个别别有用心的人还鼓吹世界末日的到来,甚至说400年前,有个有名的预言家就说过1999年是世界末日等等。

实际上,人类历史推进到21世纪了,全世界的煤还是源源不断地供应人类社会,不但没有减少,反而还增加了。石油、铁矿及各种有色金属、贵金属、稀土资源及非金属资源的新增储量都在增长。不过考虑到环境污染,人类社会,发展到21世纪,人们大力发展绿色能源如:风能、太阳能、生物能、地热等。

那么,究竟矿产资源是再生呢还是不可再生?原来形成的矿产资源用完了还有没有资源?矿产资源能不能再生出来呢?这就要看看什么叫矿产资源,矿产资源是怎样形成的。

矿产资源是自然资源的重要组成部分,工业矿床是有经济意义的特殊的地质体,矿床是地质作用在特定条件与时间下的产物。地质演化过程中所发生的地质作用在特定的构造环境下的成矿作用就能形成工业矿床,而且构成不同性质和规模的矿床和成矿带。

只要太阳系在宇宙中运动,只要地球在太阳系中运动,就在地球的不同部位及整个地球内外均有地质作用不停地发生,而且某些地质事件会在特定的构造环境中就可以形成矿床和成矿带。

自古以来,很多地质作用人们都能亲眼所见或感触得到,如风、云、雨、雪、闪电、大风等气象作用,火山喷发、地震、海啸等地壳运动,陨石、彗星、日蚀、月蚀等天外来客及天体运动等等。但是,很多地质作用人们却无法直接观察和感觉到,如地核、地幔及地壳深部的地质作用和板块运动,地壳升降等极其缓慢而隐蔽的地质作用和海底火山活动及构造活动等被掩盖着进行的地质作用等等。

当代,科技迅猛发展,人类可以在太空对地观测,宏观和微观的视野更扩大而清晰了,陆地深钻和海洋钻探能观测到地壳深部的地质作用,潜水器和各种探测器可以下到海洋最深处观察和取样,各种尖端测试手段提供精确的分析资料和数据。近些年来,人类已经直接观察到许多正在进行中的地质作用和成矿作用。

实际上,20世纪70年代有些人就直接观察到了正在进行的成矿活动及丰富的矿床,但是不敢明确地提出矿产资源正在形成。近些年来,有些学者也已出版了现代成矿作用的专著,也提到再生矿床,但是自相矛盾地在自已的书上强调矿产资源是有限的、不可再生的。这就说明矿产资源不可再生的观念严重地束缚着科学家及人们的思想,严重地阻碍着矿业的发展。

让我们回到大自然,看看现在正在进行中的地质作用和成矿作用。

风化和沉积作用有关的矿床还正在形成之中并且能够被人类直接观察到。如离子吸附性风化矿床、泥炭矿床、砂矿、盐湖等等。

砂矿床分河流砂矿及海滨砂矿。河流砂矿中最主要的是砂金矿床,其中,长江流域和洞庭湖流域砂金外还有金刚石、独居石等砂矿;昆仑山北麓内流河有砂金、宝玉石矿;祁连山黑河---党河内流河有砂金、铂族元素砂矿。值得一提的是,砂金矿开采完毕,过了30~50年还可以再生,这里除了河流及其流域风化作用继续提供金的物质来源外,还有微生物的生物成矿作用使金重新富集起来。因此,在砂金矿床形成的河流中水中金的含量比天然水中金的含量高出几十倍~几百倍。在砂矿形成的河系中往往见到大的颗粒金或狗头金就是水系---生物等表生地质作用下形成的。

我国的滨海砂矿有磁铁矿、钛铁矿、锆石、独居石、金红石、磷釔矿、铌铁矿、锡石、褐钇铌矿、铬铁矿、砂金、金刚石、石英石、石英砂等13种,总储量31亿吨,其中石英砂30.7亿吨(含玻璃砂2.7亿吨)其他金属、非金属砂矿0.3亿吨。目前年产量12.5万吨(不含石英砂)这里值得提起的是中国所有矿区的滨海砂矿层均生成于全新世,很多海滨砂矿正在形成中。

人类早在6000年以前开始利用砂金,19世纪以前,砂金是金的主要来源。随着炸药的发明及选矿技术的应用,岩金(脉金)的产量超过了砂金。据中国地质科学院区划室统计,截至1993年6月,全国砂金探明矿床362处(与岩金矿床在数量上基本相等,岩金366处),据陈毓川等(2001年)统计,中国已发现的砂金矿床及矿点4000余处。

目前正在形成的砂金矿床,有的砂金矿床和岩金矿床在空间上基本重叠,如四川漳腊一带即有原生金矿,也有大中型砂金矿床。值得注意的是砂金产出的河流中常常见到天然金块。

据采金史专家В.И孟波列夫斯基的资料,目前世界上已发现10kg以上的块金(狗头金)多达8000~10000块;С.В.波契姆在《黄金古今》中记载,迄今发现超过30kg的块金有27块。澳大利亚是产块金大国,占世界块金总量80%左右。仅东部的维多利亚就发现过608块。其中质量>2000盎司者2块,2000~1000盎司者10块,1000~500盎司者33块,500~100盎司者276块,100~50盎司者287块。1980年在巴西东北佩拉达山下找到一块70kg的天然金块;在亚马逊河流域采获了一块32.9kg的天然块金。巴西政府奖励110万美元。1984年秋巴西又采掘出重达62.3kg,纯度为80%的天然金块,人们从四面八方蜂拥而至,到亚马逊河流域找金,曾形成了几十万人的淘金热潮,全世界为之注目(罗献林2001)。世界上最大的块金重达235.87kg,也产于澳大利亚。这些巨大的金块,通常是偶然发现的,如美国一块被称之为“奥利弗马丁”重36kg的金块,是一位采金工人为死去的伙伴挖墓地时发现的。又如澳大利亚一辆大蓬车路过金矿区,被石头颠翻,乘车人下车检查竟是一块77.6kg的“狗头金”。1849年美国加利福尼亚一木匠在路上捡到一“狗头金”,重32kg。消息传开,人们像潮水般涌向这里,形成了著名的“淘金热”。淘金热持续50年后,一座新兴的城市---旧金山市出现了(转引自张甲忠1989)。

据《大自然》杂志1987年第3期载,我国四川白玉县孔隆沟,在长1500m,宽300m的山沟中,仅1985年就采到500~4241g的大块金11块。1987年又采到重4800.8g和6136.15g的大金块。孔隆沟500g以上块金15块,其中名为“狮子沟”者重6136.15g(孙培基等1996)。

我国,湖南益阳发现的“狗头金”表面丛生有清楚棱角的晶质瘤状金,由球形Au—Hg矿物颗粒聚集在一起组成团粒状金;再生金颗粒的周围可见呈环带状分布的Au—Hg矿物;再生金核部成色金为900,边部则高达998.2。湖南益阳南部7号“狗头金”貌似“金鸡”,致密块状,颜色赤黄,表面局部蜂窝状,有小洞穴,洞内自然金形如钟乳石,显示生长痕迹。“狗头金”长13—14cm,高9cm,侧面7.5cm×5cm,体积138.05cm3,比重15.616。经电子探针测试平均成分为Au 94.3%,Ag 5.3%,Cr 0.27%,成色为944(罗献林2001年)。

另外,生物的沉淀作用、细菌的沉淀作用以及金胶体的凝聚作用、溶解金与各种天然物质的相互反应,亦可造成金的沉淀。美国地质调查所的约翰·沃特森提出“细菌块金”的看法。他发现,仙影拳杆菌能将溶解的金自水中结晶出来,在它的周围形成一层八面体或十二面体的金晶体。这些结晶体已是原孢子直径的15倍,原孢子被包裹在结晶体中,在这种溶液中一旦形成结晶体,即使细菌死亡很长时间,晶体仍会继续长大,最终形成大块的狗头金。仙影拳杆菌生命顽强,分布广泛;从北极的永久冻土带到热带亚马逊河谷盆地,都有分布。开采完的砂金矿区,闭坑几十年后又可发育新的砂金矿床,就可能与细菌成矿有关。

据有关文献记载,巴西里约州的一个砂金矿床,其开采时原矿品位为11.6g/m3,停采时尾矿品位为0.7g/m3。10年后再重新评价,品位又上升为4.66g/m3(王星、张玉峰2001.6)。

我国黑河金矿局部分采金船在日伪过采区和非过采区的生产情况(见表1)对比可以发现,在过采区生产的入选品位和产量都好于非过采区。由此可见,砂金在表生条件下,可以经水化学作用再生富集成矿(王星、张玉峰2001.6)。

表1  黑龙江省黑河金矿过采区与非过采区生产生产情况比较(相对百分含量)2。

 

指标

船           

1007

1009

1003

1004

过采区

非过采区

过采区

非过采区

过采区

非过采区

过采区

非过采区

产品产量

57.66

42.34

49.21

50.79

49.19

50.81

32.84

67.16

处理金含量

55.14

44.86

56.29

43.71

57.70

42.30

46.86

53.16

入选品位(g/m3)

0.42

0.45

0.34

0.45

0.36

0.51

0.25

0.45

指标

船          

50L间断斗

50L连续斗

100L连续斗

150L连续斗

过采区

非过采区

过采区

非过采区

过采区

非过采区

过采区

非过采区

产品产量

57.16

42.84

49.14

50.86

43.63

56.37

68.97

31.03

处理金含量

53.98

46.02

55.28

47.72

54.15

45.85

59.48

40.52

入选品位(g/m3)

0.51

0.45

0.30

0.41

0.31

0.47

0.40

0.34

 

总之,砂金矿床是一种正在形成的矿床,因此,只要存在充足的成矿物质补给和必要的水动力条件和保存条件,就能形成砂金矿床。地球上砂金的成矿作用从未停止过,砂金矿床正在不断地形成。这就是许多过采砂金矿床若干年之后重新发现砂金富集的原因。我国黑龙江流域具有极好的找矿前景,应对砂金过采区、过查区和支沟、细流用新的找矿方法及手段重新检查,重新认识,有望在砂金和岩金的找矿方面有重大突破。

中国岩金矿床类型繁多,而且多种类型的矿床同一地区同时存在,因此,今后根据岩金矿床的分布规律寻找砂金矿床。中国的砂金大都发育在硫化物含金建造岩金矿床发育的区域内,因此,根据砂金矿床的分布规律寻找岩金矿床,并考虑岩金矿床与砂金矿床的成因联系,互为找矿标志。

泥金。这是作者新提出的金矿类型。泥金也是由于风化作用、离子吸附、无机物、有机物及微生物联合作用的结果(王玉荣1998、谢树成1997、关广岳1994、陈履安2000、周修高1995、刘金钟1993、1994)。

1980年,澳大利亚发现了世界上第一个大型红土型金矿---布丁顿(Boddington)金矿床。矿床储量96吨,矿石平均品位1.6×10-6(Davy,et.al  1986)。1985年巴西找到了巴依尔金矿床,储量70吨,矿石平均品位5.0×10-6。。随后发现了斐济的Vunaa、泰国的NongDong、印度的Salsikena等一系列金矿床。近年在越南、几内亚、尼日利亚、新喀里多尼亚、马里、加蓬、加纳、美国、喀麦隆等国也陆续有发现红土型金矿床的报道(Da Cosfa,1993)。

我国于20世纪90年代初,开始对红土型金矿床的研究及找矿工作。1992年,发现了国内的第一个大型红土型金矿---湖北省嘉鱼县蛇屋山矿床,已查明主矿体长度71000m,宽200~400m,厚5~25m,Au品位1~8g/t远景储量可达大型③。从此,红土型金矿的科研和地质找矿工作在国内各地迅速展开,先后发现了湖南郴州的龙形寨、大坊、云南鹤庆的北衙、上芒岗、金平铜厂、广西横县的陶圩、龙塘、板利、古平、贵州晴隆的老万场、砂锅厂、水淹塘、江西的王家坊---水北、斛塘、龙鞭山、江苏的汤山、福建的尤溪县肖板、七官场、德化县的后门乾、海南的南好及广东的山塘、大镇、天堂等数十处红土型金矿床及矿点,初步显示了我国红土型金矿的找矿前景(李志群1996、1998;陈大经1996;曹新志1998;刘幼平1997、1999;王瑞湖1999;蒋年生1999;王书来1995;王砚耕1998、2000)。王燕还发表了《红土型金矿的地质特征和成矿动力学》(2002年)专著4

云南省鹤庆县北衙金矿位于海拔3355~1500m深切割中高山区,矿区面积20km2。盆地及破碎带构造是大气水及地表水下渗,矿质迁移的主要通道。当风化壳下伏矿化碳酸盐岩中断裂构造发育时,尤其在次级小背斜上横断列发育处,其上部的红土风化壳及矿体厚度增大并与原生金矿化体或矿化围岩呈渐变关系,反映了断裂及褶皱构造对北衙金矿床的含金矿源体、红土风化壳作用及其产物的多级联合控制作用(王燕2002)。

作者认为红土型金矿床是泥金的一种。泥金有黑土型(湖南七宝山)、红土型,含金矿体与四周土壤没有明显的差异,风化壳的表土层常遭到地表淋滤及后期改造破坏,矿就是泥土,金的粒度细,野外不易辨别和发现,因此长期被人们忽视,除了勘查地球化学方法外尚无别的找矿手段。

泥金中含金矿物多为自然金和银金矿,呈显微、次显微状,为褐铁矿、软锰矿、粘土矿物等吸附和包裹,经常出现明金和狗头金,金粒表面经常发育溶蚀构

造,证明金的化学迁移和再结晶和再生。

泥金矿往往在地表形成规模大,分布范围广,浓集中心明显的金、铅、铜等相关元素的水系沉积物地球化学异常及土壤地球化学异常,通过水系沉积物地球化学测量及土壤地球化学测量可以发现泥金。

泥金也是正在形成的矿床,作者在内蒙金盆和黑龙江找到的泥金并不是红土型。所以不仅是在南方红土型金矿还是北方和其他地方的黑土型金矿甚至在海底软泥或火山灰,凡是在泥质介质中存在的金矿均属于泥金。至于最终是“红土”“黑土”“褐土”还是其他颜色的土,很大程度上取决于风化过程及风化的程度,其颜色取决于某些染色元素,如铁、锰等,而对含金不是起绝对控制作用。泥金的开采不需要炸药,也不需要大型破碎设备和研磨设备,把泥土、粘土泡开后洗金即可。但是粘土有时很难泡开,因此,有些泥金选矿回收率不高,应该改进目前岩金上用的传统选矿工艺才能提高泥金的选矿回收率。泥金按其产出状态有块状固体状、土状、粉状及淤泥状等等。泥金的发现是金矿找矿的重大突破,其特点是埋藏浅、储量大、易采、易选,具有巨大的开发前景,已引起人们的普遍重视。

除了泥金外,还有红土型镍矿。红土型镍矿属于淋积型硅酸镍矿床,一般由超基性岩风化而来,矿体往往赋存于中新生代期间在热带亚热带条件下形成的蛇纹岩风化壳中,有时可以形成超大型矿床如新喀里多尼亚的硅酸镍矿床。该矿床发现于1865年,矿区范围长达400km,平均宽48km。矿体产于蛇纹石化的纯橄榄岩和云辉辉绿岩的完全风化带,良好的气候条件产生了彻底的红土化作用并发育了明显的分带性。在风化残余红土带中主要是铁质红土,红土层厚40~50m,其中顶部的褐铁矿铁帽厚1~6m,含NiO达1.64%,Fe2O360%。在橄榄岩蚀变带,镍得到富集,构成细脉状绿色硅镁镍矿,其中的镍多半赋存在绿高岭石中。除了硅镁镍矿,含镍矿物还有镍绿泥石、镍水蛇纹石、镍皂角石等,矿物的颜色从鲜艳的苹果绿色、浅绿色到白色。当硅酸盐中的铁被镍置换呈绿色,被锰置换则呈褐色。镍含量平均3.5%,最高达10%。钴含量也可达10%而形成钴土矿(袁见齐等1985)。

红土型铝土矿系有富铝少硅的霞石正长岩(如巴西、美国)、玄武岩(如印度德干高原,中国福建的漳浦铝土矿、安山岩以及石灰岩等不同的原岩风化而成,主要发育在热带亚热带地区。据廖士范等(1991)统计,中国的铝土矿98%属于古红土型风化成因,其余为现代红土型,如果上覆有地层则称为古风化壳性铝土矿,无地层覆盖则称为风化壳型。古风化壳型铝土矿也有相当一部分属于新生代的,如牙买加的铝土矿上覆地层是更新世。现代红土型铝土矿有用矿物主要是三水铝石,加工提炼技术简单且可以露天开采;古风化壳型铝土矿则常以难利用的一水硬铝石为主。因此,现代红土型铝土矿是主要的找矿目标,典型矿床如福建的漳浦、广东的雷州半岛、海南的文昌等地(王登红等2005)⑤。

风化型铁矿,包括红土型铁矿和沉积---氧化富集型铁矿。红土型铁矿一般指由富铁橄榄岩或玄武岩风化而成的产物,在赤道附近的热带亚热带地区广泛分布,以古巴和夏威夷群岛的富钛氧化铁矿床研究最详细,中国的海南岛也具有类似的矿化。由原始沉积铁矿或沉积---变质铁矿再经新生代次生氧化进一步富集的铁矿在国外有很多重要的实例,如巴西的MinasGeraes、委内瑞拉的Bolivar、印度的Bihar and Orissa、澳大利亚的Hamersley等世界级大矿都在晚第三纪得到风化富集(关广岳等,1994)实际上,风化型铁矿也是正在形成的铁矿。

铁帽型金矿,是指赋存在铁帽风化壳中并与铁帽的形成有密切关系的金矿床。目前,我国已有的这类矿床虽然储量不大,但矿床本身埋藏浅、易采选,因而具有较高的经济价值和较好的开发效益,是一种较为重要的金矿类型。此外,它的某些特征还是寻找原生矿床的重要标志,所以研究和总结这类金矿地质特征、产出环境、生长因素、生长速度等具有重要的地质意义。

国内外有许多铁帽型金(银)矿床的实例。多米尼加产于火山岩中的老村庄含铜锌多金属矿床,起初只采原生矿,后来发现浅部厚达30m的铁帽中含金达4.32g/t,Ag23.3g/t,矿石储量达2000万吨,1978年一年就从铁帽矿石中产金10.5吨,银57.3吨,汞17吨。加拿大产于前寒武纪变质岩中的含金块状硫化物铜矿的铁帽中金品位达20g/t、银达171g/t,而原生矿石金、银含量只有0.03g/t和42g/t。安徽新桥厚达2.5~12.5m的氧化带矿石中含金、银分别达4.07g/t和209.54g/t。湖北范铺铁帽中金5.1g/t;湖南龙王山铁帽中金3~5g/t;湖北湘广锰帽中Ag150g/t;云南北衙原生矿Au为0.0~2.5g/t、Ag平均79g/t,氧化带Au6.49g/t、Ag为47.85g/t,主要是土状褐铁矿、铅铁矾、砷铅矿、菱锌矿、白铅矿、自然金和自然银等。广东银屎产于上泥盆统和下二叠统之间层间破碎带中的低品位铅锌矿氧化后形成数百万吨以上的锰帽,锰土层中Au平均可达2.45g/t,Ag89g/t(陈诗恩1987)6。

氧化锰矿床是含锰岩系在地表氧化条件下通过化学风化和生物化学作用而形成的氧化矿床,也是正在形成的矿床。前苏联第三纪渐新世的大托马克锰矿位于乌克兰南部,锰矿床赋存于渐新世砂质粘土层中,矿层延续100km,平均厚度1.8m,探明储量12.97亿吨,平均品位18.5%,占前苏联全部锰矿的56.9%。尼可波尔锰矿产于乌克兰地盾南缘的渐新世地层中,锰矿层延续200多公里,含锰层与砂、粉砂、粘土互层,产状平缓,十分稳定,靠近大陆边缘的浅部为氧化矿石(软锰矿、水锰矿及复过锰酸钙),深部为碳酸锰矿石(菱锰矿、钙菱锰矿、锰方解石及少量水锰矿),含有瓣鳃类、腹足类、鱼类及有孔虫化石。该矿锰金属储量达5.92亿吨含Mn平均31.3%,占前苏联探明锰总储量的26%。前苏联的第三大锰矿---恰图拉锰矿也属于渐新世,同时代相近环境中的矿床还有保加利亚的瓦尔纳锰矿等(岳希新1985,付荫平1987)。

中国的氧化锰矿主要分布在北纬23°带内(王永基,2002)或25°以南,东起福建沿海,西止云南边界的地域内(东西长1500km,南北宽220km,面积约300000km2,氧化锰分布广,氧化深度大,锰矿石品位高,矿床规模大。那里已探明的锰矿资源储量占全国探明锰资源储量的41.28%,其中,氧化锰矿资源储量占全国氧化锰矿资源储量的70%。因此,北纬23°带是我国氧化锰的主要分布地带。含锰层位各不相同,但都在新生代,经历了氧化阶段而达到进一步的富集,使原来的低品位、品质差、难选冶的矿石变成了高品位、品质好、易选冶的矿石,因此,离开了风化条件下的氧化作用,其中相当多矿区的原始沉积锰矿层都因不具备经济开发的条件而不能成为工业矿床。这些氧化锰矿床有一些共同的特点,除了具备原始含矿层外,新生代的表生环境起了关键作用,其共同的表生环境特点表现为年降雨量充沛、年积温度高、热带雨林广布,微生物引起的生物化学作用强烈、向斜构造和地貌洼地是主要的容矿构造等(王永基,2002)。作者再次强调,这就是再生矿床,那里成矿作用还在进行之中。上述锰矿床主要由原始沉积的含矿层氧化作用才能成为工业矿床。如广西龙怀氧化锰矿,产于下三叠统北泗组内,原始含矿层为含锰泥质页岩、含锰硅质岩、夹贫碳酸锰矿,含锰8%~10%,厚度几厘米~十几厘米,不具工业价值。但风化作用和微生物成矿作用后形成淋积型氧化锰矿,矿层厚度增大到3~5m,净矿品位23%~35%,达优质锰矿标准,规模达千万吨以上。这就是再生的锰矿床!再生后的锰矿床不仅规模大(千万吨级的大型氧化锰矿有9个)而且品位高(一般含锰23%~45%,其中含锰大于30%的富矿石占1/3~1/2)、含磷较低(一般为0.01%~0.2%),达优质富锰矿标准。原始的沉积锰矿一般达不到这样的富集程度。不但锰的含量增高,而且再生的锰矿往往含有多种元素,尤其是含银和金,Ag和Mn可互为找矿标志。

离子吸附性型稀土元素矿床是中国在20世纪70、80年代新发现的稀土矿床类型,具有规模大,品位高,配分全,易采选冶,提取工艺简单成本低的特点(张祖海1990)。离子吸附型稀土矿床由于埋藏浅,矿石疏松,可以露天开采,用盐水淋洗含矿粘土即可使90%以上的稀土元素转入氯化钠溶液中,从而可得到纯度94%以上的稀土氧化物,因此具有重要的经济价值。新生代滇西百花脑碱长花岗岩风化壳是一个罕见的富含锡、钨等有色金属,可附带回收Rb、Cs、Y、Sc、石英和钠长石的超大型规模的综合性矿床,储量极其巨大、有用组分众多、易采、易选、易炼、经济潜值惊人。百花脑矿化岩体隶属于云南腾冲、盈江两县,最近的大村落是腾冲县的新岐寨(故曾被泛称为新岐花岗岩矿床)。在大地构造位置上,处于察隅---梁河陆块,属下察隅---苏典动力变质、岩浆岩带,滇西腾冲---梁河锡、稀有金属成矿带的槟榔江蕴矿带中段,大盈江与槟榔江二级分水岭的构造剥蚀台地上,自北而南,山脊变宽缓,小峰高2500m左右;物理---化学---生物风化作用强烈,矿化岩体普遍发育厚达30m的风化壳(沈敢富等2002)。矿化岩体南北长6km,东西宽近400m。矿化岩体大致分五个矿段,地表各个矿段间基本相连。矿化岩体上部发育有大小不一、椭圆状的云英岩异离体,还有数量较多的天河石花岗岩脉和小岩脉(吕伯西等1993)穿切。矿化岩体可综合利用的元素达28种之多,计有Sn、W、Nb、Ta、Zr、Hf、Li、Rb、Cs、U、Th、REE(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)和Sc等。迄今只对9种矿化元素作过查定(表2);它们在岩体中的分布比较均匀、稳定,堪称全岩矿化(王登红、陈毓川、徐珏等2005)。

表2百花脑矿化岩体部分矿段部分矿化元素的平均品位(WB%)

 

组分

Sn

Nb2O5

Ta2O5

Rb2O

Li2O

Cs2O

Y2O5

Sc2O3

WO3

大秧田

0.014

0.007

0.030

0.1105

0.0327

0.0020

0.0145

0.0022

0.001

百花脑席草坝

0.010

0.005

0.0020

0.1147

0.0258

0.0015

0.0165

0.0012

0.002

基岩

0.0027

0.0031

0.0013

0.1975

0.0344

0.0023

0.0056

0.0013

0.0002

 

(据云南省区域矿产总结,1993;沈敢富,2002)

从表2可见,仅Rb达到工业品位,Nb2O5+Ta2O5 含量接近于工业品位,而其他矿化元素含量略偏低。有些矿化元素在强烈风化的岩体中品位不高,但大都是呈可利用的矿石矿物形式产出,易于采、选、冶和综合回收。分选后的尾矿可作为优质工业原料(钠长石和石英);其量之巨,足以构成单独的超大型石英砂矿和超大型钠长石矿床。目前,通过对大秧田、百花脑和细草坝三个矿段的初步普查评价,获得十分可观的储量:Rb2O 126908t,Cs2O 19181t,Y2O3 16579t,Sc 1779t,Ta2O5 2632t,Li2O 33824t,Sn 12638t,Nb2O5  7078t,WO3 1621t,远景储量可达巨大型(沈敢富2002;王登红等2005)。如果没有经过风化作用和生物化学作用的改造和再生,这些低品位的稀有金属矿化就无法利用,就没有开采价值。

四川的牦牛坪稀土矿床发现于1984年,是我国西南地区新发现的第一个可采轻稀土矿床,也是我国仅次于白云鄂博的大型原生轻稀土矿床(袁忠信等,1995)。除了规模大以外,该矿床埋藏浅,矿石矿物粒度粗大,易采易选,伴生组分多,经济价值高,因而自发现的第二年即被开采利用。

牦牛坪矿区大面积出露燕山期碱长花岗岩和流纹岩,只在东部外围有少量中泥盆统浅变质碎屑岩和碳酸盐岩。碱长花岗岩属于NNE向冕西花岗岩基的一部分,该花岗岩基带状展布,侵入于牦牛坪背斜核部,长90km,宽6—14km,面积约700km2。容矿围岩是一个碱性杂岩体,主要由英碱正长岩、岩浆碳酸岩、碱性花岗岩、矿体和含矿石英脉组成。碳酸岩呈岩栓、岩墙状侵入于杂岩体中心,碱性花岗斑岩呈脉状产于杂岩体中,矿体实际上包括部分碳酸岩和碱性岩,杂岩体长1400m,宽260~350m,延深大于350m。杂岩体本身富集稀土,主要矿体集中在杂岩体中心部位。组成杂岩体的其它岩脉稀土元素含量亦很高,碱性基性伟晶岩脉和方解石碳酸岩脉都是矿(化)脉,而且多数品位较高,它们代表了稀土成矿的两次高潮。含霓石碱性花岗斑岩的生成,宣告了稀土成矿的结束,随后而来的是岩浆期后富含铅、铋、钼、银等多金属的热液在成矿中心及其附近叠加成矿。

根据野外观察到的岩矿脉(体)穿插关系,矿物共生组合及矿物均一温度,牦牛坪稀土矿床的成矿过程包括4期8阶段(表3)。前两期五个阶段的稀土成矿作用后,续之而来的是岩浆期后热液叠加Pb、Mo、Bi、Ag矿化,进一步提高了矿床的经济价值。

表3牦牛坪稀土矿床成矿阶段划分

 

成矿期

成矿阶段

矿物共生组合

成矿温度(℃)

 

正岩浆期

基性—超基性无矿阶段

黑云母、斜长石

>800

英碱正长岩矿化阶段

霓石、正长石、石英、氟碳铈矿、氟碳铈钙矿、钍石

700~770

 

 

残余岩

浆 

 

碱性基性伟晶岩成矿阶段

霓辉石、重晶石(天青石)、正长石、石英、氟碳铈矿

400~>637

方解石碳酸岩成矿阶段

方解石、重晶石、正长石、石英、氟碳铈矿、硅钛铈矿

247~>510

含霓石碱性花岗斑岩无矿阶段

霓石、石英、长石、

 

700~750

 

热液期

石英硫化物叠加成矿阶段

方铅矿、辉钼矿、辉银矿、石英、萤石、正长石、重晶石、黄铁矿

 

无矿石英阶段

石英

 

表生期

 

风化—胶态稀土成矿阶段

方铈矿、彩钼铅矿、绢云母、高岭土、铁锰土(霓辉石风化产物,含胶态相稀土)

常温

 

(据蒲广平,2001)

 

牦牛坪稀土矿床的另一个显著特点是在矿床的氧化带首次发现胶态相稀土矿,其稀土占有率达4.0%~10%。据杨光明等的研究,该类稀土呈交态相赋存于黑色土状风化物中的铁---锰非晶质体内。由于稀土元素在氧化带重新迁移、富集,其配分分别为原矿的1.56~2.3倍,而La2O3、Ce2O3、Pr2O3配分则不同程度的降低。

矿体除个别为单条厚大的矿脉外,绝大多数是一条到数条厚大的矿脉及大量平行脉或网脉带构成,少部分矿体是由平行脉或网脉带构成。矿体呈脉状,具分支复合,尖灭再现或侧现特点。原生矿石类型有碱性基性伟晶岩型、方解石碳酸岩型和细网脉(浸染)型三大类。矿物成分较复杂,粒度较粗大。工业稀土矿物为单一氟碳铈矿,其稀土元素占有率90%以上。此外有少量仅具矿物学意义的硅钛铈矿、氟碳钙铈矿等。矿石中重晶石或钡天青石、萤石、方铅矿等达工业品位,可以综合回收利用。牦牛坪稀土矿床由于多期次矿化和强烈的热液叠加改造即多次再生(成矿作用在风化物中现在还在进行中),成矿元素不断聚集。该矿床的发现对于在我国西南地区新生代造山带寻找同类矿床提供了重要的范例,同时也提出了一系列重要的科学问题,特别是由于该矿床形成与新生代青藏高原东部边缘龙门山---锦屏山陆内构造带,同时又与地幔来源碱性岩浆岩和碳酸岩岩浆---流体活动具有密切的成因联系,对于探讨造山带环境下碱性岩---碳酸岩有关稀土矿床的成因建立新生代大陆成矿理论具有重要的意义7。

近年来,越来越多的砂页岩型铀矿床被发现,显著地改变了铀资源的结构, 具有极大的开发和研究价值。中国西北部是砂岩型铀矿的主要产地之一,主要分布在中新生代盆地如准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地、伊犁盆地、吐哈盆地等的边部。此类砂岩型铀矿主要赋存在内陆盆地的第三系砂页岩中,但成矿时代要晚的多, 有的矿床尚处于正在形成阶段,有的矿床在开采一定时间之后又重新富集成矿。在成因上,还原作用与氧化作用的有机组合是成矿的关键。氧化的含矿流体遇到还原的层位可以成矿,如含煤建造中的铀矿(云南的临沧锗---煤---铀矿);还原的流体遇到氧化的层位也可以成矿,如油气分布区的铀矿(二连盆地额仁卓尔,三唐湖盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地),见图18。

在油气藏分布区发现砂岩型铀矿,利用铀的信息勘查油气和在油气区寻找铀矿床已成为新的技术(张金来等,1993;李亮等2001;刘埃平等,1999)。 

我们又发现盐类矿床与油气矿藏“长”在一起。储油盆地具有多旋回性,油气矿藏的演化也是多旋回演化的特点。构造多旋回,生油层系多,储集层系多,多次生油,多次聚集,多次散失,多次调整充分反映油气矿藏的再生作用。

油气和油页岩属于典型的“外生矿床”。但是,至少部分油气矿藏中存在内生的依据。除了一些来自于氦同位素方面的证据外(这些同位素资料至少表明有一部分气体直接来自于地幔),实际上很多方面的现象促使人们去考虑此类矿床的“内生外成”问题。从时空分布的角度看,世界上最重要的油田分布在波斯湾、墨西哥湾及加勒比海沿岸国家。美国的湾岸油田与磷块岩矿床相伴出现。这些油田受到特提斯海的控制,在中白垩世特提斯海域(两岸及海底)广泛的火山---岩浆活动,不但形成了火山岩、碳酸岩金伯利岩及其他碱性岩,而且带来了硫、磷、氮等生命元素,有助于生物的大量繁殖,也有利于磷块岩和油气矿床的形成。位于巴西巴拉纳州的依拉蒂海相油页岩,出油率6%—9%,油储量达1120亿吨。美国科罗拉多---犹他---怀俄明州矿集区格林河组湖相油页岩出油率5%—10%,油储量2200亿吨。那里二叠纪的磷块岩占世界10%,品位18%—36%,另外还发育碳酸岩和金伯利岩及钼、铀、金矿床。西伯利亚是世界上另外一个重要的油气矿集区而其东部的西伯利亚地台也正是世界上著名的金伯利岩、碳酸岩密集区。这些现象表明,虽然油气矿床的形成主要归功于生物作用,但成矿物质的初始来源可能是深部的,即“内生外成”。(王登红等2005)⑨。

成矿物质来自于地表环境的各种地质体,成矿元素的富集和矿石矿物的最终堆积也是在地表(陆上或水体中)或近地表环境中完成的各类矿床,包括大部分正常沉积的矿床,如胶体化学和生物化学作用形成的铁矿和锰矿、生物化学作用形成的灰岩、油页岩、煤、鸟粪磷矿等非金属和能源矿床以及各类盐湖矿床等更是正在形成或不断地再生。成矿物质来源是多来源的,如盐湖矿床除了地表通过汇水盆地聚集成矿物质外,也可能从穿过盆地底部的断裂带从地球深部补充成矿物质。沿深断裂带分布的现代热泉活动,无论是海洋还是陆地,均可带来大量的盐类物质。

水中提金是作者长期以来的愿望。水中提取矿产资源是最好的再生资源。有人估算世界海水化学资源约5亿亿吨,其中食盐(Nacl)3.77亿亿吨。目前世界

年产量5000多万吨。中国为世界海盐第一生产大国,约年产2000万吨,占世界海盐年产量40%。此外,镁盐7000万亿吨、石膏2400万亿吨、钾盐1200万亿吨。海水中可提取有用的化学元素主要有:镁(1767亿吨)、碘(820亿吨)、钾(550亿吨)、湨(92亿吨)、铀(40亿吨)、银(4亿吨)、金(0.15亿吨)⑩。

目前世界海底有六处规模较大的多金属软泥矿床:红海、埃斯卡纳巴海槽、太平洋中央裂谷、大西洋TAC区、南探险家海脊和东太平洋13°N海山。其中规模最大的矿床储量9400万吨(红海),规模较小的13°N海山约300万吨。

20世纪60年代,在非洲与阿拉伯半岛间经缓慢扩张形成的红海海渊,发现规模巨大的多金属矿床(约1亿吨)和含金属热卤水(Bischoff,1969)(见图2),震动了整个地学界,激起了人们对现代海底热水成矿作用的极大兴趣。1978年法国IFREMER机构组织的CYMEX科考队在东太平洋北纬21°成功地发现了正在活动的高温热泉和块状硫化物矿床(GYAMX科考队,1979),从此掀起了研究现代海底热水成矿作用的热潮。红海海底表层10m厚的多金属软泥中含铁29.0%、铜1.3%、锌3.4%、铅0.1%、银54×10-6、金0.5×10-6;其金属储量为铁2430万吨、铜106万吨、锌290万吨、铅80万吨、银4500吨、金45吨。

海底天然气水合物---可燃冰是未来的洁净能源。天然气水合物主要由甲烷分子和固态冰组成,由于其能量高(1m3水合物可释放164m3甲烷气)、分布广、埋藏浅、规模大等特点,有可能称为21世纪新型能源。据初步估算,全球天然气水合物资源量为煤炭、石油和天然气总量的两倍,约为10亿亿吨~12亿亿m3,足够人类使用1000年。目前已发现和根据地震反射剖面显示的BSR(Bottom Simulating Reflectors,似海底反射层)推测的气体水合物异常点85处(包括中国的3处),直接采到水合物样品的有23处11。

1873年2月18日,英国“挑战者”号(H.M.S.Challenger)进行环球科学考察时,在大西洋那利群岛的法罗岛西南30km处的深海底表层采到锰结核(锰矿球)是人类首次初步认识的大洋多金属结核。20世纪60年代起,西方发达国家先后对太平洋东部、中部锰结核开展调查,取得一系列重大成果(世界大洋多金属结核分布见图3),特别是梅罗(Mero,1962、1963、1965)根据110个测站的样品分析结果推算出世界大洋底多金属结核资源量有30000亿吨,其中仅太平洋就有1.7万亿吨,其中含锰4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴56亿吨,从而使人类开始认识此类矿产资源的潜在价值。

1976年阿切尔(Archer)统计了所有与大洋有关的1523个测站的数据,计算出结核总资源量约750亿吨,霍尔舍(Helser)估算结核总量为700亿吨。尽管统计数字相差很大,但是可以看得出大洋多金属结核之巨大,更何况结核每年还以1000万吨的速度在继续生长。结核中含有80多种有用元素,其中锰、铁、铜、钴、锌的含量较高,结核形状有光滑型、粗造型、瘤状或葡萄状(见图4、见图5)。有人计算过,太平洋CC区约有540亿吨干结核,其中含锰100亿吨、铁150亿吨、铜5.2亿吨、镍6.5亿吨、钴1.15亿吨。

现代海底热水成矿作用可产于不同海底环境,但均与海底扩张作用和断陷活动密切相关。

1976年春天,3名美国伍兹霍尔海洋研究所的科学家乘坐“阿尔文(Alvin)号深潜器下潜到太平洋加拉帕戈斯外海2000~3000米的海底考察热泉活动。在2500m深处,从观察镜筒看到靠近250℃高温水流(其中富含甲烷气和矿物盐)的火山管附近有一片活动的“生命绿洲”。当下潜到2700米深处时,一位科学家惊奇地发现,前方不远处的山脊上高耸林立着一排排“大烟囱”正向外冒出滚滚的“浓烟”,有的是“黑烟”,而有的是“白烟”还有的是“黄烟”,其“烟雾”冲天,其势蔚为壮观(见图6)。作者有幸在中华人民共和国成立60周年成就展上拍摄到了海底热水成矿作用下形成的硫化物烟囱体的照片(见图7)。当“阿尔文”号靠近“烟囱”底部周围时,科学家更激动惊讶了,使他们难以置信的是,在“烟囱”周围居然聚集了无数奇形怪状的小动物在自由自在地游弋,可以识别的是一些蟹类、贝类、水母、长管虫和一些无法辨认的细菌类微生物,它们都在顽强地生活着。其中最使人惊叹的是一种叫“管栖蠕虫”的生物,它们的触手长达3~5m,犹如一条条红白相间的彩带在海底来回摇摆,舞来舞去,美妙动人(莫杰 李绍全,2007)12。

冲绳海槽的硫化物堆积丘与各类烟囱(见图8),其各类样品的矿物组成见

表4。大洋中的热液细菌主要靠微生物通过化学合成作用还原海底热液系统中硫的氧化物获取能量,这也就是为什么在大量的海底“烟囱”热液喷口系统周围发现众多生物群落的原因。从锰结核中发现了锰还原菌,说明细菌活动有助于结核的形成。张福生等(1994)在太平洋深海锰结核中发现了两种纳米级超微生物化石,即中华微放线虫Miniactinomyces chinensis 和太平洋螺球孢菌Spirisosphaerospora pacifica,它们栖息在各种坚硬的物体表面,通过生理作用吸收铁、锰等元素,并将其固定在机体组织中。它们是锰结核的建造者,锰结核是这些超微生物的建造体。当这些超微生物降解后,铁、锰等元素保留在体内,直接成矿。新一代超微生物在其表面继续生长、发育和降解。这种过程周而复始,最终便形成了现在的锰结核。这是微生物直接成矿的作用过程。1980年法国和美国联合考察太平洋中脊时发现,热液喷口附近存在大量的双壳类软体动物和其他生物群以及以化能自养细菌为基础的食物链。软体动物等生物群以微生物为食,而这些微生物则摄取含多种金属的流体为食料,这些金属则由喷出的含矿质的热水溶液所提供。这是人类对生物聚矿的首次直接观察,具有重要的理论和实践意义。在洋中脊喷口处,在250℃和265个大气压条件下,甚至300℃高温溶液中,一些细菌还难以置信地、活跃地进行分裂繁殖活动(古宇田、亮一,1983),并发现在热液喷口附近,存在摄取Fe、Mn、P、S等矿物质的微生物,这些发现导致了火山沉积矿床和热液矿床中生物成矿的研究13。

 知道了矿产资源不断地再生,那今后的资源政策也要有新的转变。从泥中提取矿产资源、从水中提取矿产资源、从生物中提取矿产资源、向海洋要矿产资源就要用新的成矿理论和找矿方法,甚至模仿大自然去造出矿产资源。

有了对矿产资源的新的视角和新的思路,还可以解决过去长期争论的成矿理论问题,也许旧的理念下难以理解的问题用新的理念就迎刃而解。

新生代无疑是一个成矿大爆炸期(王登红等2001a),我国目前最大的铜矿(西藏玉龙铜矿)、最大的金矿(台湾金瓜石金矿)、最大的银矿(广东富湾银矿)和最大的铅锌矿(云南金顶铅锌矿)都形成于新生代,新生代的非金属和能源矿产也占有重要地位。世界上最大的锑矿—湖南的锡矿山锑矿一般认为形成于中生代,最近金景福提出(2002)形成于新生代的证据。

生物成矿、幔源流体、幔源气体、胶体相稀土矿、矿化的地下裂隙水、含金属热卤水、海底多金属软泥、多金属结核、富钴结壳、天然气水合物等等最新科技成果和发现已雄辩地证明矿产资源正在形成,不断再生。

也许,有些人承认从长远来看资源是可以再生的,但是矿产资源可是几亿年最短几百万年才能形成的,所以对短暂的人生来讲还是不可再生的。实际上这也是传统的理念。在自然界矿产资源一直是不断再生的,所有有关矿产资源和矿床学教科书上都写到矿床是多期、多阶段形成的,这实际上承认矿床是再生的。古代形成的矿床大都是多期、多阶段形成的,现代的成矿作用更不用说而直接能观察到矿产资源不断再生而且数量相当可观。据统计,海底结核每年以1000万吨的速度继续生长(莫杰、李绍全2007)。传统成矿理论认为,石油与天然气的形成过程十分漫长。20世纪90年代中期,俄罗斯石油地质学家B.索科洛夫和A.古谢娃经过长期研究认为,油气资源能够在一个比较短的时间里形成。打破矿产资源不可再生的传统理论的束缚,应以新的视野和理念研究现代和古代的成矿作用,把人类的矿业开发引向新的领域是当务之急。结束人类破坏环境取得矿产资源的时代,而开创不用炸药,不用笨重机器设备的绿色矿业新时代。如微生物成矿、人工造矿、水中矿业(包括海洋矿业)等等。随之而来的是理论研究工作要迎头赶上,创立“造矿学”、“生物成矿学”、“水中资源学”等方面的理论和技术。我国已有生物质致密固化技术,把树枝、秸秆、稻壳、树叶等可燃物质粉碎以后压制而成的块状燃料发热量达到中质煤的水平。麻风树中提取石油、从海藻中提取石油、从海水中提取放射性铀矿等已在国外以产业形式出现。我们应该加强这一方面的研究。

 

 

 

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