以风化层为主地区的矿产勘查:全球现状和挑战

随着世界级矿床的枯竭,对矿产资源的需求越来越高,以风化层为主地区(RTDs)的矿产勘查日益受到重视。《Ore Geological Reviews》于2016年推出了一期专辑,收录了巴西、中国与澳大利亚有关RTDs矿产勘查的几个研究实例。这是一篇综合性的介绍文章。

全球现状

地球大陆的表面积有将近25%受热带气候条件的影响,发生了强烈的化学风化(图1)。这些地区往往覆盖着厚度达100米以上的红土层。严重风化区通常与主要地貌单元相对应,这些地貌出现在澳大利亚、非洲以及中国处于干旱气候条件的部分地区,并被其它地貌景观覆盖或切割,地形落差可达几百米。这些地区通常被称之为以风化层为主的地区(RTDs)。

图1  基于Koppen分类并依据Peel等(2007)修改的主要气候单元

了解这些地体上由厚层搬运物堆积而成的盖层所经历的风化、侵蚀和沉积过程,需要采取跟应用于现代冰冻环境及其早期所生成的堆积物所不同的方法。近年来,在近地表(小于50米)一直未能发现比较重要的矿床。随着世界级矿床的枯竭,对矿产资源的需求越来越高,如今对以风化层为主的地区(RTDs)进行矿产勘查已经不得不为之。

矿床是一种或多种微量元素由于局部富集而在地壳中形成的地球化学异常,因而可能会留下地球化学印迹(footprints)。只要在风化严重地区发现这种异常,就有巨大的价值。它们可以被看成是一个地球化学示踪剂实验室,通过研究,就能了解风化过程随着时间演变而产生复杂叠加的原因。这对于理解地质历史上的风化过程有着重要意义。

目前正在发生风化的此类剖面在地理上横跨从北极到地中海的气候分带。从这些地区与古风化剖面有关的矿床里面开采出了大量矿种(图1)。因此,建立表生金属元素富集模型时,必须考虑不同的气候条件。

有关风化速率及风化引起的主要成分变化,已经被广泛研究。然而,它们与气候模型之间的关系仍不清楚。

风化剖面在欧洲很普遍,厚度通常大于50米,并且都含有大量中生代和中生代以后的富高岭石的残积土。大量的中生代红土矿与铝土矿已经有过报道,比如在乌拉尔地区就拥有俄罗斯第二大的镍矿资源基地。其他产出镍、钴和铝矿床的重要红土矿带分布在希腊和土耳其(地中海),中国中部以及澳大利亚东部,这些地方都位于今天的热带地区以外(图1)。

埋藏在沉积相下面的风化层不仅对于矿产勘查,而且对油气勘查也具有重要意义。在许多情况下这些基底储层位于孔隙度和渗透率都增加的区域不整合面下方,并且与古风化过程有关。沉积序列下方的风化层也是石油勘探的一种对象。为了更好地了解现代地貌中的风化剖面是如何形成并被保留下来的,今后的研究对象应当包括更大尺度的风化过程,这可能包括只有少量资料的近海环境。

对于穿过覆盖层进行矿产勘查所面临挑战的看法

实例研究:中国、巴西和澳大利亚

在本专辑的第二部分,给出了来自以风化层为主的三个地区的研究实例。在第一个例子里,Xueqiu等(2016)通过多个实例,介绍了中国在有覆盖层的约四百万平方千米的基岩上,是如何通过地表地球化学勘查来发现新矿床的。

在第二个例子中,Porto(2016)对巴西世界级的Carajas成矿省进行了调查,其中的Igarape Bahia红土型金矿床被大约80米厚的残积土和砖红壤所埋藏。

在第三个例子中,Anand(2016)对澳大利亚昆士兰州Mt Isa地区的风化地球化学工作进行了综述。他介绍了每一种地体的风化层-地貌填图所涉及的地球化学分散过程与模型。

穿透覆盖层的多种勘查方法:Yilgarn克拉通东南部和Albang-Fraser造山带边缘

本专辑最后一部分提出了对西澳大利亚一个特定地区进行矿产勘查的四种直接勘查方法。可以预见,这些方法将被集成到一个综合的体系内,并在未来的研究中应用。

González-?lvarez等(2016)对位于西澳南部Yilgarn克拉通和Albany-Fraser造山带的古地貌开展了大比例尺填图研究。

Salama等(2016)探讨了在Albany-Fraser造山带边缘的Neale住户区的风化作用和风化层演变的重要作用,其认为剪切花岗岩上面的残余风化剖面是在温暖而湿润的气候条件下发育形成的。他们通过这种综合研究,查明了覆盖物里面的地球化学异常的起因及其重要性。

Geozalez-Alvarez等(2016)报道的两个案例有关航空电磁(AEM)电导率模型的运用,结果生成一个勘查区尺度的完整的二维风化层模型,被用于建立该地区的地球化学分散模型。在第二个航磁区,作者圈出了一条高盐度地下水饱和的古河道的几何形状。根据航磁资料,结合地质背景进行解释,是一种了解覆盖层结构最有前途的方法之一。

卫星影像和高光谱技术的应用见Laukamp等(2016)。其推荐采用风化层的近处和远处的光谱特征作为快速查明风化层单元的特征,并对更宽广地区进行填图的一种工具。

尽管我们了解风化作用如何随着地质历史的发展而演变,以及如何将矿床印迹同景观地球化学变化进行联系,但矿产勘查模式总是变化的。这将是21世纪矿产勘查所面临的一项战略挑战。在这个挑战面前,为了取得重大的突破,需要对在风化严重的热带和亚热带地区使用的传统方法进行较大的改进,并采用真正可以集成的多学科的矿产勘查模型。

刘知 译自:I. González-?lvarez, M. Boni, R.R. Anand. Mineral exploration in regolith-dominated terrains: Global considerations and challenges. Ore Geology Reviews, 2016, 73, 375-379.(李万伦审稿)

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