国际地质新动态

2013-10-16

资源环境与工程 2013年3期

关键词：热液矿床页岩

http://news.bbc.co.uk

徐慧，编译.朱建东，校.

安第斯山脉形成于何时?

来自巴拿马史密斯·索尼娅研究院、德国波茨坦大学和哥伦比亚Ecopetrol研究中心的专家目前证实，2 500万年前发生的断层构造运动导致了哥伦比亚境内东安第斯山脉的“崛起”，然而这一观点却比原先一致认同的时间早了近1 800万年。

波茨坦大学的Mauricio Parra博士说，从来没有人对哥伦比亚境内的东安第斯山脉进行过年龄测算。实际上，东安第斯山脉的形成大约要比安第斯山脉的中部山区要早1 000万年左右。

科学家们对相关的地质数据库进行了综合研究，分析了相应的断层刺穿作用，并运用锆石分裂示踪法获得了关于安第斯盆地和山脉的精确数据。通过研究，科学家们发现当安第斯山脉开始隆起时，锆石等易流失矿物会随着降水汇集到相邻盆地，并逐渐固化成岩。锆石中往往含有微量的铀，铀的衰变使得其含量越来越少，通过测算锆石中铀的最终含量，科学家们可获得山脉开始隆起的精确时间。

科研团队的Carlos Jaramillo教授认为，造山运动的精确定年，对于古生物学家和油气专家来说都是至关重要的。安第斯山脉的形成过程，其实就像七巧板一样生动有趣。

http://geology.com

徐慧，编译.朱建东，校.

板块俯冲消亡带距离岩浆房究竟有多远?

几十年以来，对于环太平洋火山带形成的动力学机制，科学家们一直未能给出令人信服的解释。目前普遍的观点是，太平洋板块向大陆板块以下部位的俯冲形成了环太平洋火山带，这一过程称为“板块俯冲消亡”。

但是目前尚不能明确的是，俯冲消亡板块中的流体和熔融岩石是在何时、以何种方式、在哪个深度被释放出来的，使得地幔熔融岩浆向上侵位至地表，最终导致火山喷发。世界上许多内生金属矿床都与这一过程息息相关，因此详细研究这一过程，有助于发现新的金属矿床。

通常人们所认为火山岛弧下的板块消亡带，深度一般为100 km。但科学家们最近的研究发现，由于受一系列因素的控制，这个深度往往可以在60～170 km的区间范围内变化。

这一新发现使得更多的科学家们去探究该深度变化如此之大的真正原因。随后，一种矿物逐渐进入了人们的视线，这种矿物名叫绿泥石。绿泥石形成于洋壳之下的地幔中，该矿物成分中含有大量的水分，当外界的温压组合达到某个特定的条件时，绿泥石矿物会发生分解，并释放出水分。

科学家认为，绿泥石发生分解时的深度取决于板块俯冲的角度，因此对于该矿物稳定性的研究显得尤为重要。由于绿泥石的稳定性反映了板块俯冲熔融消亡的过程，因此板块间的汇聚速度对于板块俯冲熔融时的深度影响微乎其微。

https://share.sandia.gov

徐慧，编译.朱建东，校.

新型合金在岩心钻探电子设备中的应用

据报道，一种新型合金能显著提高油气和固体矿产钻井平台中电子设备的耐热性能，从而可以大大降低钻探过程中的事故率。

15年前，位于美国加利福尼亚州的桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)在一次焊接金属的研发工艺中，便已发现这种金—银—锗合金的特殊性质。但由于当时的技术工艺所限，该合金并未引起足够的重视。

数年后，从事钻探工艺研究的技术人员与桑迪亚国家实验室的技术人员联合攻关，力争制造出一种电子设备用于钻探过程中对孔内情况进行实时监控。然而，钻头在钻进过程中所产生的高温高压以及高频振动，会对电子设备产生不可预估的干扰。一度曾淡出视野的金—银—锗合金重新进入技术人员的研究范围。经实验测试，这种金—银—锗合金在高温高压以及高频振动的恶劣环境中，仍然保持着原有的稳定状态。

金—银—锗合金在钻井电子设备中的成功应用给桑迪亚国家实验室带来了巨大的商机。钻井电子设备的焊接点要求熔点在700℃以上，而大部分合金的熔点往往低于350℃。铝制合金的熔点约600℃，但是铝制合金难以加工成电子元件。

此外，金—银—锗合金中不含铅，对于环境特别是对地下水无任何污染。金—银—锗合金具有优良的物理延展性和化学稳定性，因此这种金—银—锗合金在钻井电子设备制造的领域中通常是不可替代的。

http://www.eia.gov

徐慧，编译.朱建东，校.

外商投资美国页岩气工业热情不减

美国先锋自然资源公司(Pioneer Natural Resources)于2013年3月称，该公司将向中国中化集团(Sinochem)出售占地面积约20.7万英亩的Wolfcamp页岩气田40%的权益，交易额为17亿美元。该公司称，中化集团将以5亿美元的现金收购这些权益，此外还将以钻探和相关配套设施的形式支付剩余的12亿美元。截至去年12月31日为止，先锋自然资源公司已经在这一地区成功钻探并完成了39口水平井。

据统计，2008—2012年间，美国页岩气工业的总投入约为1 337亿美元。其中，国外公司通过收购或注册合资公司等方式所投入的资金约为20%。其余的投资一部分来自于外商独资公司(例如澳大利亚必和必拓公司控股的美国油气田)，或来自于美国本土企业之间组成的合资公司。

外商在合资公司中的投资主要用于购买页岩气田地块，同时承担一部分钻探的费用。外商的投资方式往往为现金预先支付，经各股东方协商，外商一般在2—10年间完成全部投资。美国本土股东及外商均可在合作中获利，美方可获得财力上的支持，外商则可在合作过程中学习和积累水平钻井及水力压裂技术。因此，外商往往通过参股美国本土公司的方式来合法地进入美国页岩气勘探开发市场，从而规避很多政治风险。

近年来，大部分外商纷纷将目光从纯页岩气田投向富含页岩油的油气田，例如Eagle Ford、Utica及Wolfcamp油气田。几乎所有的页岩气田均有油气显示，但由于液态烃的高附加值，富含页岩油的油气田具有较高的油—气比例，无疑将获得更多的关注度。

http://www.rigzone.com

徐慧，编译.朱建东，校.

北美页岩气工业革命的奇迹难以复制?

美国康菲石油公司液化天然气市场部经理奇普·舒佩尔特(Chip Schuppert)认为，发展中国家正日益重视页岩气的勘探与开发工作，但是却很难复制北美页岩气工业革命的奇迹。

在休斯敦滨海国际科技交流会上，面对记者提出的关于发展中国家液化天然气工业如何应对页岩气工业挑战的问题时，奇普·舒佩尔特作出了上述回答。

他认为，北美页岩气工业革命所必需的几个关键性因素，在一些发展中国家(中国和印度)目前还并不具备。北美页岩气勘探开发繁荣景象的背后，隐藏着一些关键性因素:首先，这个地区必须发育有巨厚的页岩层;其次，勘探开发的队伍必须掌握水平井的钻井、完井工艺和多段压裂的技术;再次，该地区必须有配套的天然气管网设施;最后，必须有一支锐意进取且训练有素的施工团队。

奇普·舒佩尔特表示，鉴于发展中国家的天然气基础管网设施目前并不完善，因此很难做到像北美国家那样实现页岩气勘探开发的快速突破。在谈到中国的页岩气勘探开发时，他认为，中国有可能在不久的将来率先实现发展中国家的页岩气工业革命目标，中国政府正不断加强天然气管网设施的配套建设。

http://geology.com

徐慧，编译.朱建东，校.

什么是太阳石?

太阳石学名“日光石”或“金星长石”，因矿物晶体中含有赤铁矿、针铁矿等红褐色片状矿物包裹体，包裹体对光反射而出现金黄色耀眼的闪光，即“日光效应”，故称为太阳石。太阳石一般以半透明的深橘黄色、金色、金褐色为多，偶见无色、透明者。

作为太阳石的一种，奥长石由于其内部定向排列的片状包裹体对光的反射作用最为强烈，日光效应最为显著，因此最先被认定为太阳石;随后人们逐渐发现，其他的一些斜长石矿物，例如正长石和拉长石也具有较为显著的日光效应，故也将这些矿物称为太阳石。

太阳石所显示出的日光效应可通过以下三种方式进行观测:①在光源下移动太阳石;②移动光源;③移动观测者的位置。

日光石并不是一种传统的宝石类矿物，许多买家甚至珠宝商都未曾观测到其日光效应。然而日光石的这种奇特的效应一旦被人所熟知，定会受到商家和买家的热捧。

据悉，日光石主要产于澳大利亚、加拿大、中国、刚果、印度、墨西哥、挪威、俄罗斯、斯里兰卡、坦桑尼亚和美国的俄勒冈州、纽约州、维吉尼亚州和宾夕法尼亚州等地区。

美国最著名的日光石产地位于俄勒冈州，该州的大型日光石矿床均在开采中。日光石的矿物晶体多产于玄武岩中，多以岩体中斑晶的形式产出。据考察，部分日光石矿物晶体产于玄武岩上部的风化层中，而部分则产于新鲜岩体内部。

这种富含日光石的玄武岩在俄勒冈州分布较为广泛，部分远景区已划有采矿权范围。美国土地管理局(BLM)在该州的大湖区(Lake County)特意划出一块范围，作为公众自由采集区。在自由采集区，人们可以自由进入并搜寻自己所喜爱的日光石，一旦有所发现可将其据为己有。自有采集者必须遵守相关的条例，在未获得采矿权人的允许前，不得进入采矿权范围进行活动。

http://eprints.jcu.edu.au/996/

刘力，编译.朱建东，校.

变质岩区金矿的分布、特征和成分分析(节选)

变质岩区的后生金矿床主要沿着冈瓦纳大陆、劳亚大陆和现在的环太平洋地区的边缘分布，而这些变质岩区主要包括前寒武纪地盾变质区(大约有23 000～25 000 t金)，尤其是晚太古代绿岩带和古元古代褶皱变质带，和新元古代晚期及年轻的科迪勒拉式的造山带变质区(大约有22 000 t岩金矿和15 500 t砂金矿)。形成的矿体多集中在三个时间段中:28亿-25.5亿年、21亿-18亿年和600百万-50百万年。25年之前，由于选冶工艺所限，金矿床的最低工业品为要达到5～10 g/t才能入选;现在随着经济的发展、露天开采以及选矿工艺的改进使得金矿石的最低工业品位降低到≤1 g/t，因此很多地方出现了老矿体周边寻找新矿体的热潮。

大多数这样的金矿床是和晚期造山运动同时形成的，又称之为造山带金矿。依据矿体形成的温度压力条件，造山带金矿又细分为浅成、中成和深成三种亚类。另一种类型的矿床称之为与侵入体有关的金矿床，形成于澳大利亚东部的古生代和北美科迪勒拉山北部的中生代的显生宙大陆边缘地体增生前的近陆带。这些金矿床的分布是否具有全球性的规律，目前仍然不得而知，且他们都与花岗岩类有密切的成因联系。变质岩区大多数金矿床均分布于与深部地壳断裂带相毗邻的一侧。经历了复杂构造作用而且可能沿着宽约几千米的走向断层延伸几百千米。这些带中的流体运移是通过地质构造运动过程中压应力的波动释放来实现的。矿石是在二级和三级的剪应力和断层作用下以脉状充填的形式形成的，这种现象在地壳深大断裂的变形和变化中很明显。矿化类型从浅部脆性的角砾岩和网状脉，到中部脆—韧性带沿裂缝充填所形成的S形脉，再到深部韧性环境中的浸染型矿体，这是一个连续的过程。

大多数造山带金矿床产生于绿片岩相的岩石中，但是重要的矿体可能出现在更低或更高级的变质岩石中。典型的矿床主要形成于压力—温度—时间(P-T-T)轨迹的退变质过程中，因此与容矿岩石在变质特征上存在不一致。金矿与各种组成的花岗岩类之间空间的联系反映了一个局部的有力构造圈闭，除了在有一个有紧密联系侵入型金矿情况下。据统计，世界级的金矿往往在平面上长约2～10 km、宽约1 km，沿倾向向下延伸约2～3 km。大多数的造山带金矿中，硫化物矿物的含量约2% ～5%，金∕银比率为5～10，并且金的成色＞900。毒砂和黄铁矿是主要的硫化物矿物。磁黄铁矿是一种重要的高温矿物，贱金属异常也不明显。相对于与侵入作用有关金矿床中的硫化物，造山带金矿中钨、铋、碲等矿物比较常见且占有较大优势。蚀变强度、宽度和组合特征随着容矿岩石的变化而变化，但是碳酸盐岩、硫化物、白云母、绿泥石、钾长石、黑云母、电气石和钠长石基本都会出现，这一特征在矽卡岩组合的变质晕高温体系中尤为明显。

http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo1759.html

陈觅，编译.朱建东，校.

地震可能为金元素析出成矿的重要机制之一

多年来，研究金矿成矿机制的矿床学家一直致力于寻找这样一个答案，即金元素是如何富集成矿的?石英脉型金矿作为金矿最重要的类型之一，约占世界黄金储量的1/3，并在全球广泛分布。其析出成矿的机理被认为是与断层系统的减压作用相关，但是导致减压作用地质因素和压力变化的因素却并不清晰。澳大利亚研究人员对断层系统的减压作用进行了数学模拟，其结果表明，地壳断层中的水会在地震期间瞬间汽化，处于溶解状态的黄金便会析出并发生沉淀。因此，地震活动可能为金元素析出成矿的重要机制之一。

研究表明，地表下约11 km深度的温度约为390℃，压力约为290 MPa，高温高压中的水溶解了大量的二氧化碳、二氧化硅和贵金属，并充填于断层系统中。在地震期间，断层中的裂缝骤然扩大，就像打开高压锅的盖子，引起压力下降，其中的水会立即汽化，瞬间变成水蒸气，迫使水中的二氧化硅和黄金析出，在附近断层表面发生沉淀。专家推测，或许这就是世界多数金矿出现在石英脉中的原因。

González-Álvarez，F.Pirajno，R.kerrich.Hydrothermal nickel deposits:secular variation and diversity.Ore Geology Reviews，2013，52:1-3.

李红梅，编译.朱建东，校.

热液型镍矿床:长期的变化和差异

镍在地壳中含量较高，为47×10-6(在超铁镁质岩石中高达2 000×10-6)。由于这类矿庆数量有限，人们对热液型镍的成矿系统了解甚少。此外，很多类型的矿床形成于特定的地质环境和地质时代，而热液型镍的成矿系统通常独立于地质时代和构造环境之外。

一些有关热液镍矿系统的最复杂的问题与低温下不同环境中镍的溶解性控制以及不同于其临近的化学元素(如Cu，Co)的潜在配体的多样性有关。研究发现，与等价的Co硫化矿物相比，硫化镍具有较低的溶解度。实验结果部分的解释了热液型镍矿床的数量比热液钴型矿床少的原因。由于镍元素可以通过多样性配体赋存于广泛的地质环境中，尤其是在低温条件下(＜250℃)迁移，因此可以推测更多的隐伏的热液型镍矿床将会被陆续发现。

通常认为，镍元素在迁移活动中遇到地球化学障而发生沉淀作用并聚集成矿，因而导致了硫化镍矿床数量稀少。但这个观点不能解释在沉积序列中出现的热液型镍的成矿系统是如何形成的。如加拿大Nick horizon矿床和赞比亚Enterprise矿床就并非由于残留物淋滤富集成矿。在低温条件下，有机配体和盆地卤水能发生化学特征和配体的组合，进而促进镍元素的迁移，使其从Co和Cu中分馏出来。

综上所述，通过汇集和讨论一些代表性的热液型镍矿床的资料，可以帮助我们对热液型镍矿成矿系统有更好的理解。

首先，热液型镍矿床与镁铁质—超镁铁质系统有关:(1)吉期(Keys)和乔伊特(Jowit)等科研人员，通过研究澳洲塔斯马尼亚岛的Avebury镍矿床，该矿床赋存于寒武系超铁镁质橄榄岩中，提出了新的地球化学证据;(2)Melekestseva等研究了俄罗斯乌拉尔山脉的几个与超镁铁质-镁铁质岩石有关的Ni-Co热液型块状硫化物矿床的特征;(3)González-Ávarez等报道了新生代(?)巴布亚岛超铁镁岩带关于热液镍积累的一个实例，提出了寻找这类矿床的关键性问题;(4)Pirajno和 González-Álvarez研究了重新评价津巴布韦Epoch镍矿床分类的可能性，该矿床被认为是岩浆热液活动形成的岩浆型镍硫化物矿床。

第二，热液型镍矿床所出现的沉积序列:(5)徐等讨论了中国南部寒武系黑色页岩中的多金属Ni-Mo-PGE-Au成矿作用，认为是海水喷气形成;(6)Loukola-Ruskeeniemi等根据新的钻探数据，提出了地球化学证据，解释了芬兰Talvivaara赋存于古元古代黑色页岩中的Ni-Cu-Zn-Mn矿床中的热液硫化作用。

最后，将我们目前对热液型镍成矿作用的认识，应用到找矿远景区的圈定:(7)Lisitsin等将模糊逻辑数学模型应用到找矿远景模型中，在澳大利亚维多利亚西部圈定了潜在的热液型镍矿找矿远景区。

对于在不同地质环境、地质年代所形成的热液型镍矿系统，我们需要有针对性的对其成矿机制进行研究，这对于提高地质找矿的效率和了解地壳元素的迁移特征都至关重要。

Timo Tarvainen，Stefano Albanese，Manfred Birke，Michal Poňaviĉ，Clemens Reimann.The GEMAS Project Team，Arsenic in agricultural and grazing land soils of Europe，Applied Geochemistry，2013，28(1):2-10.

申锐莉，编译.朱建东，校.

欧洲的农田和牧场土壤中的砷

砷及其化合物在自然环境中有着广泛的分布，地壳中砷的丰度为1.5～2 mg/kg，排在所有元素的第20位。砷具有强大的吸附于粘土矿物、氢氧化物和有机质颗粒表面的能力，因此在土壤中的砷大部分吸附在粘土矿物和亚铁氧化物上，土壤中砷的平均浓度为4.4～9.3 mg/kg，其在含硫酸盐的酸性土壤中的浓度可高达30～50 mg/kg。根据欧盟新颁布的化学品法规(REACH，2006)，欧洲地质调查局建立了农业土壤地球化学填图(GEMAS)项目来收集整理整个欧洲大陆的地球化学数据。特别研究了农田和牧场土壤中砷的含量和分布，同时进行了区域风险评估，辨识了砷污染的来源是自然过程亦或是人为活动的影响。

本研究基于欧洲土壤图集提供的包括平均降水量、温度、土地利用、人口密度、末次冰期程度和土壤质地类型等信息制作了欧洲地质简图。土壤样品采集分为农业耕地区最表层的20 cm土壤层(Ap)和牧场区最表层10 cm的土壤层(Gr)两大类，所有样品都集中在斯洛伐克的Dionyz Stur国家地质研究所进行干燥、筛分和均质化预处理，随机样本运送到温哥华的ACME实验室利用王水进行消解分析，检测限为0.05 mg/kg，与此同时，总砷浓度也由德国联邦地球科学与资源研究所(BGR)采用波长色散X射线荧光光谱仪(WD-XRF)进行检测，检测限为3 mg/kg。

根据实验结果，讨论了计算单变量统计参数中成分数据的问题和可能性，采用克立格法将不规则分布的采样点的数值转换为规则的网格数据，通过变差函数分析，利用SPSS for Windows软件完成了地球化学数据制图。

结果显示欧洲北部土壤中砷浓度的中位数(2.5 mg/kg)仅为其在南部土壤中浓度中位数(8 mg/kg)的1/3，欧洲主要地质构造界线与第四纪冰期泛欧缝合带的边界，二者吻合得非常好。这主要反映了在欧洲范围内，表层农业土壤(0-20)中的砷主要是来源自然演化。此外烃源岩中的差异使得砷的浓度从南到北大规模的增加，也反映了土壤风化程度的差异。

在德国哈尔茨山脉和鲁尔矿区以及塞尔维亚—保加利亚—前南斯拉夫—马其顿共和国的边界上，大部分含砷矿床已被开采，砷的浓度可能与当地的工业污染源联系在一起，但是其中的自然过程和人为因素的差异则难以量化，需要更详细规模的加密地球化学调查如城市地球化学调查、矿产勘探项目的地球化学填图等来完成。

如位于丹麦的第7号异常点是无法解释的，但最有可能是人为因素;位于波兰的第18、19号异常点则是由于欧洲最大的燃煤电厂Bogatynia的影响;位于法图的第31号异常点可能是在农田中大量施用除草剂引起的。除了这些以外，其它的异常点与矿床或基岩岩性直接相关。

采用王水消解法测定的欧洲农田土壤中砷含量的中位数为5.7 mg/kg，而总砷含量的中位数为7 mg/kg。南欧地区土壤中的砷比北欧洲地区土壤中的砷浓度高出3倍以上。在地球化学数据地图中，大部分的异常点源于天然地质成因，其他可以归因于人类活动的影响。