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良人执戟金光里Roberts-世界著名经济地质学家(五十四) 精选

已有 3954 次阅读 2021-9-27 08:04 |系统分类:科普集锦

“每天吃早饭之前,要相信你能做六件不可能的事”,这看起来荒诞不经的话语同样适于找矿勘探。找矿勘探需要充分发挥想象力与创造力,异想天开,不为传统羁绊,坚持不懈,才有可能叩开宝藏的大门,尽管失败的风险远远高于成功,但依然有不畏艰险者一试经纶手。矿床的形成多与地层、构造、岩浆等作用有关,但在广袤的时空下勾勒一幅宏伟精准画面则需持续用力。美国西部内华达山脉中北部是世界著名产金圣地,也是卡林型金矿这一矿床类型的提出地,之所以取得如此重大的突破与一代代地质人不懈的努力息息相关。Ralph J.Roberts无疑是站在山巅最耀眼的那一个,他综合前人资料,结合自身实践,经十余载努力终于参透了区域地质结构与金矿赋存的内在关系,从而使得深埋地下的黄金大白于天下。

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         高中毕业(1928)以及在野外时(1939)的Roberts

Roberts 1911年出生于华盛顿东南部,那里群山连绵,土壤肥沃,到处是庄稼,遍地是牛羊。19世纪后半叶,他的祖辈跟随西进的步伐,乘坐大篷马车来到了边境,靠种植小麦为生。他的父亲不想一生只做个农民,1906年进入华盛顿州立大学药学院,1908年与青梅竹马的儿时伙伴喜结连理,毕业后在家乡小镇开了一间药铺。夫妇婚后育有四个子女,Roberts排行老二。他的父亲经常和孩子们谈论报纸上的科学新闻,虽然不甚了解,但拓宽了眼界。他的母亲大学期间在惠特曼学院学习音乐,每逢夏日收割庄稼,就为那些劳碌的人们制作馅饼与蛋糕,一时之间,门庭若市。由于长期经营药店,他的父亲身体每况愈下,被迫转行卖起了爱迪生留声机,收音机在1920s早期的出现将留声机推向了深渊,他不得不另谋出路。一次路经华盛顿东部一小镇,看到一家糖果店与冷饮店待售,在和老板一番讨价还价后,以6000美元的价格成交,1924年全家搬到了那里。

他的父亲颇有经济头脑,把店铺打理得井井有条,不断扩充,最后变成了一家饭店,远近闻名。Roberts放学后,也来店里帮忙,并学会了制作冷饮与冰激凌,惹得十里八乡的姑娘都来看他的表演。他喜欢这种台上表演的感觉,但是台下,他却失去了自信,好几次想邀请一位叫Marjorie的姑娘外出约会,但最终都打了退堂鼓。在学习商业技能同时,Roberts也没有忽视自己的学业,在前途不知所为之际,几个人物的出现地质江湖系扁舟。一是高中期间教科学概论的老师喜欢带他们到野外收集岩石,激起了他的地质兴趣,而化学老师则为他以后学习地质打下了坚实的理论基础。二是当时店铺里雇佣的一位工人喜欢在店里空闲时带他到山里寻找砂金。这位工人曾经在阿拉斯加淘金,给Roberts讲述了许多他的亲身经历与见闻。三是他的父母双方都有一些亲戚从事采矿工作。虽然Roberts1928年就高中毕业了,但由于经济原因直到1929年才进入华盛顿州立大学,专业是化学。

大三那一年,不知何故,Roberts转学到了华盛顿大学,与以前的两个高中同学挤在校园角落租住的房子里,靠打零工来维持学习与生计,很少再向家里伸手要钱。虽然与学校最好的学生差距甚大,但Roberts意识到:只要努力学习,并充分运用智慧,就可与最优秀的人竞争。譬如他注意到德语老师课堂测试翻译总是选取还未学习的章节段落,于是提前搞好复习,每次成绩都名列前茅,但有一次老师选取了一本他不熟悉的书籍,结果露了馅。不经意上了一次地质选修课,深刻意识到地质才是他的真爱,终身待在气味刺鼻的实验室里非他所愿,在认真学习地质学的同时也没有忽略化学,因为他认为化学有助于对地质的理解。在六周的时间内,Roberts就完成了本学期所有化学实验,成绩全部为A,从而有更多的时间准备其他考试。只要找到正确的方式,并有成功的决心,就很容易战胜体制。

在学校老师的教导下,Roberts越来越对地质感兴趣。教授地理学与区域地质学的Mackin老师常常引用英国童话大师Lewis Carroll《梦中奇境》中的名言,激励学生思考和运用想象力。他一直坚持让学生合理推论并理解地质概念而不是鹦鹉学舌,在解决问题时,应该持有开放的思维,考虑所有的选择,而不是盲人摸象,各执一词。1935年,Roberts以优异成绩本科毕业了,在火山岩老师Coombs的推荐下,他去了荒凉遥远的阿拉斯加,作为助手帮助USGS专家地质填图,人生第一次体验到了地质的博大精深与浩渺无边,也体验到了野外工作的艰辛不易与地质学家的宽广胸怀。有一次,因为下山晚了,错过了河流中等待的小船,独自一人与海狸、潜鸟相伴,在饥寒交迫中度过了难熬的一夜。同年,通过考试,正式成为USGS一名初级地质学家。1936年参加了爱达荷地区的金矿调查项目,第一次将名字写在了报告上。1937年参加了亚利桑那地区沉积锰矿调查项目,气候干燥炎热,响尾蛇、毒蝎出没。同年,又去了华盛顿奥林匹克山地区参加了另一个锰矿项目,这里森林稠密,大雨滂沱。一天沿小径穿过一片灌木,与一只正在采摘蓝莓的黑熊不期而遇,Roberts慢慢转身顺坡而下,轻轻踱步几下开始步伐加快,回身一看,黑熊也在做同样的动作,看来双方都不想过多纠缠,更不想来一番锤子与爪子的直接较量。

Roberts来到了耶鲁大学攻读博士,他本来计划学习岩相学,但主管研究生教学工作的Knopf教授指出,当时大多数与地质相关的工作都来自经济地质,听人劝吃饱饭,他最终选择了经济地质学。对耶鲁大学的博士生而言,口头考试是决定成败的关键所在,通过了才可进一步完成博士论文,通不过只好去学别的专业或只给个硕士文凭。Roberts经受住了考验,特别是一贯喜欢刁难学生的系主任,给了他几个晶体参数,让他重建晶体结构并说出这种矿物的名称,他成功推导出这种矿物是辉石族矿物,最终获得了优秀成绩。Knopf主讲高级地质学概论,鼓励学生扩充视野,异想天开,不要被当时的地质观念所束缚。Bateman是另一个对Roberts影响深远的老师,他自信满满,时刻告诫学生要相信自己,经常向学生灌输这样的理念:地质学讲述了一个地区地质结构演化的简单故事。有一段轶事他常挂在嘴边:“世界上只有三个最伟大的经济地质学家,他们正站在南非的一座小山上,这里即将成为一座矿山,其中两位是Waldemar Lindgren与Louis Graton,……” Roberts非常享受校园悠哉慵懒的生活,乐于呆在自缚的蚕茧里安然追求深邃的知识,它似乎离生活那么遥远,但现在几乎触手可及,而且无法阻挡,那就是第二次世界大战的爆发,彻底打乱了Roberts的宁静生活。

1939年Roberts接受了去USGS金属矿产部门在内华达地区的项目,在去内华达以前,他与另一位同学绕道去看望了后者的未婚妻Arleda。初次见面,Roberts立即被她的美丽、沉着与热情打动,目光相对,似乎产生了爱的火花,但毕竟是同学的女朋友,他只能压抑自己的情感,但内心深处感觉郎有情妾有意。在内华达地区,项目组有三人,项目负责Henry Ferguson,任务是进行Sonoma Range幅(经纬各1°,纬度×经度=70英里×50英里)1;250,000地质填图,目的是梳理区域地质结构并弄清矿产资源赋存情况。Ferguson在内华达以及周边工作多年,具有丰富的野外经验,一贯坚持解决地质问题最好的方法就是填图,了解一种岩石不应只知道它的名字,而是明白它在区域上意味着什么,潜移默化中,深深影响了Roberts地质抉择。Sonoma Range图幅内主要出露古-中生代地层,褶皱断裂发育,岩浆活动频繁,金矿床(点)星罗棋布。通过野外观察,他们弄清了两个基本问题:深水海洋沉积物逆冲于浅水大陆边缘沉积物之上,金矿形成于逆冲断裂带中下盘。二战的气氛越来越浓厚,抓住这风雨欲来前难得的宁静时刻,Roberts趁在华盛顿写报告之机美食名胜,林酒池舞,夜夜笙歌,好不快活。

Antler Peak位于Sonoma Range一隅,矿产丰富,Battle Mountain分布于Antler Peak东部,是金矿集中产地,同时断裂纷乱,为了弄清楚该地区地质结构,Ferguson决定对Antler Peak专门开展1:62,500大比例尺调查。Roberts想弄明白该地区富集金、银、铜等矿产到底是地质因素还是偶然原因,Ferguson告诫他:机会主义从不会进入地质殿堂,找出原因,列出可能解释,选择正确答案,从而形成一个逻辑模式。地质是一门井然有序的科学,但在得到答案前,必须对岩石进行填图。当时,Roberts只是完成了博士课程,急于寻找一个题目来做博士论文,Antler Peak为他提供了千载难逢的机会。探索岩石的秘密不需要人陪伴,Roberts独自一人深入Antler Peak,爬上角砾岩堆积胶结而成的悬崖,这些角砾由灰岩、燧石、石英岩、砂岩等构成,向西缓倾,不整合覆盖于底部强烈褶皱变形的砂岩与页岩之上。这暗示该地区曾经发生过一次重要造山作用,造山过程中区域地层抬升,随后遭到强烈风化剥蚀,混乱的岩石碎屑在汹涌溪流的冲刷下,被带到山脚下,带到海边。通过这次调查两个基本事实又浮出水面:晚石炭纪沉积的灰岩及砾岩沉积物,晚古生代造山作用的痕迹。这次造山事件在1949年博士论文中被Roberts称为Antler造山运动,虽然前人也曾注意到,但只认为是简单的抬升,而Roberts的认识则涉及了复杂的逆冲、褶皱、抬升过程。自此以后,细节不断被刻画,今天则对这次造山事件有了更为清晰的认识:第一阶段,结束于早石炭晚期,早-中古生代深水相硅质岩、页岩、石英岩、火山岩沿Roberts Mountains断层带逆冲于同期浅水相碳酸盐岩地层之上。第二阶段,中-晚石炭纪时期沿Antler造山带发生了抬升,引起碎屑岩流向东内华达与西犹他。将矿床纳入区域地质构造演化是Roberts急于探索的问题,也是他最大的兴趣所在,但首先他要与Arleda完婚。

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Antler造山运动示意图

1941年在内华达野外工作期间,Roberts突然接到了Arleda的来信,信中说她已经退还了未婚夫的结婚戒指,希望有机会与他再次见面。简直喜从天降,当梦想的姑娘即将成为现实的新娘,那份内心的悸动无以言表,只能说爱有天意。通信,秋天,相逢,求婚!1942年7月25日,他们在Roberts所在部门领导的家中举行了盛大的婚礼,随后去弗吉尼亚欢度蜜月。

蜜月刚一结束Roberts就参加了内华达地区一个汞矿项目,他把娇妻也带到了野外,住在帐篷里,与矿工一起就餐,Arleda是方圆数英里为数不多的女性之一,但她并非畏首畏尾,羞怯娇弱的女人,很快就融入了粗狂的世界。野外工作结束后,他们返回华盛顿,打点行李,进军下一个目标中美洲。二战激战正酣,战略矿产资源尤为重要,为了扩大寻找面积,USGS将触角伸向了中美洲,Roberts由于早年调查过锰矿,很自然地成为项目一员。在1942-1945近三年的时间内,他们调查评价了大量矿床(点),Arleda也跟随前行,他们的第一个孩子Michael 1943年出生于危地马拉。中美洲雨林处处,潮湿炎热,经常大雨倾盆,道路泥泞。最危险的一次,狂雨之夜,他们骑驴去某矿点,下山路上,Arleda连人带驴滚落山坡,庆幸地是,只是擦伤了些皮肉,没有酿成大的灾难,吉人自有天相!

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Arleda骑驴在野外(1944)

回到美国后,Roberts内心深处无时无刻不想再次重回内华达,完成魂萦梦牵未竟的事业,但现实生活中又不得不服从工作安排,他们的第二个孩子Steven(1947),第三个孩子Kim(1949)先后出生,也完成了博士论文(1949),给生活无奈之余带来些许欢乐。1954年抓住瞬间即逝的机会,Roberts带领全家作为项目负责到了内华达Eureka县。时若白驹过隙,眨眼就是十余载,好在内心梦想如万物真理颠扑不灭,明亮有光。Eureka地区金矿床(点)众多,Roberts的任务是进行地质填图,追索Roberts Mountains逆冲断裂带,构建成矿模式,更好地理解内华达北部地质结构。内华达地质研究始于19世纪后半叶,经过六七十年无数地质先辈的浴血奋战,已经积累了丰富资料,但区域地质解释还不甚完美,一些问题仍亟待解决,如内华达复杂的变形是造山作用还是区域活化隆起?Roberts Mountains逆冲断裂带是局部还是区域?形成于什么年代?带着这样的疑问Roberts与同事深入山脉腹地,周密调查,最终证明Roberts Mountains逆冲断裂带具有区域规模,形成于约330Ma,而非前人认识的80Ma。在Eureka及其附近地区的地质工作可以很好地与先前在Sonoma Range和Antler Peak的地质工作联系起来,从而慢慢在脑海浮现一幅连贯清晰的画面。

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内华达地区主要金成矿带(1991)

受人之邀,Roberts拜访了Gold Acres矿区,发现金矿石赋存于大型剪切带中的灰岩透镜体内,上盘为燧石与页岩,下盘为灰岩,金颗粒微细,不能用淘金盘回收。后来又跟随别人拜访了Copper King矿区,看到黑色的燧石叠加于铁质浸染的灰岩之上,铜矿化明显受构造控制。Bootstrap看到了同样的矿与构造关系。这几次访问给Roberts留下了深刻印象,兴奋之情溢于言表,它证实逆冲构造具有区域性,可能对成矿起区域控制作用。逆冲断裂带上盘燧石与页岩地层明显形成了帽岩阻止成矿流体逃逸于上覆地层,与穹隆中被不渗透岩层圈闭的石油与天然气相似。追索逆冲断裂带,查看上下盘岩石,调查矿产赋存状况成了Roberts及其同事的主要工作。兴趣不断被点燃,激情不断被撩起,Battle Mountain–Eureka西北向成矿带开始浮出水面,区域地质与矿床分布内在关系初步建立,构造窗位置更是成为主要成矿区。20世纪50年代后期,Roberts在不同场合将这种认识与他人分享,但响应者寥寥无几。(1)Roberts Mountains逆冲断裂带不渗透海相帽岩,(2)沿逆冲断裂带中下盘分布大量金矿床,(3)Antler系列含碳酸盐岩石,(4)Antler造山作用,(5)内华达中北部中下古生代厚层碳酸盐岩石,(6)Battle Mountain, Carlin, and Getchell金成矿带。将六个原本看起来不可能的事实通过长期观察思考有机融合在一起,从而彻底解决了内华达中北部地质结构问题。

Roberts的想法最终引起了纽蒙特矿业公司勘查地质学家John Livermore的注意,他当时急于在内华达找到大型金矿。在阅读了Roberts的著作并在某次会议与之深谈后,确定了有利勘查靶区,最终在Carlin小镇附近取得了重大突破,这次发现引领了1980s内华达地区找金热潮。通过调查研究,指出可能的找矿靶区,并将之转让给私人公司进一步勘探是政府地质学家的职责所在,Roberts感到兴奋异常。1967年在苏格兰最古老的大学-圣安德鲁斯大学,Roberts第一次定义了卡林型金矿,随后又经几次补充完善,在1997年给出了更完整的解释:(1)存在一套低温矿物组合,大抵形成于280-150℃,主要包括黄铁矿、毒砂、金、辉锑矿、雌黄、雄黄以及少量辰砂;(2)存在As、Sb、Hg、Tl微量元素化探异常,Ag含量较低;(3)主要为浸染状、细粒、“不可见”金。

离开内华达后,Roberts又参加了犹他州Bingham斑岩型铜金矿研究,这个矿床开采历史悠久,规模巨大,是露天开采方法的最早试验地,但没有几个人能回答“为什么这个矿床位于那里”这个看起来简单又富于哲理的问题,这恰恰是Roberts与其同事想要解决的问题。按照内华达工作方法经验,通过填图搞明白成矿地质背景,厘清矿区及邻区构造、地层、岩浆对矿体的控制。他们划分了五个推覆构造体,而Bingham所在的推覆构造体规模最大,地层最厚,倒转褶皱与大断裂交切部位成为岩体侵入位置,由此引发了后来矿体的形成。Bingham矿床具有明显的分带性,核心是铜钼,中间是铜金,边部是铅锌银,但在阐明地质演化问题上使用了地槽理论,这种理论最大的缺陷是难以有效解释褶皱及逆冲断裂带的形成。完成Bingham项目后,Roberts准备去沙特阿拉伯碰碰运气,尽管不知未来如何,但自信会有一番新天地。

沙特矿产丰饶,但缺乏勘查经验,因此从世界各地雇佣了一批地质学家帮助解决这个问题,USGS参与其中,每年获得大量资金,维持其在美国本土的业务。1971年,Roberts夫妇来到了沙特,女人们裹着黑色的长裙,带着黑色的面纱,以免丈夫和父亲以外的男人盯着她们的脸庞;男人们穿着拖地的长袍,头上系着头巾,有些手握念珠,诵读着《古兰经》,在一片嘈杂中仿佛穿越回到了几个世纪以前。在野外工作时,经常可以看到妇女们乘坐遮荫的骆驼轿子出行,骆驼行走在凹凸不平的沙地上,轿子左摇右晃,虽然其中的女人戴着面纱,但通过身影依然能够感觉到她们的青春气息,这个画面一直萦绕在Roberts脑海里,它似乎是遥远过去的一个场景。所谓发现就是见别人所见,想别人非想。在一次野外勘查返程途中,在直升机上Roberts无意中看到地面某处石英脉纵横,还有古人开矿的痕迹以及现代采矿工事,这个地方被称为Mahd adh Dhahab,意为“黄金的摇篮”。Roberts推断在地面以下存有高品位金矿石,事实证明的确如此,储量接近30吨。在1994年重返已经投入生产的Mahd adh Dhahab金矿时,别人问到Roberts是如何碰巧发现新矿体的,他回答到:“我们检查了古代矿工采矿遗留痕迹,他们只会在有希望获得高品位金矿的地方开采。”在《列王纪》中,所罗门拥有大量黄金,但这些黄金的来源众说纷纭,通过各种历史记录,Roberts推断Mahd adh Dhahab正是所罗门宝藏的真正来源地,只是这一认识还有待进一步证实。

生活看来安然惬意,前途看来一片光明,三个孩子业已长大,并按照自己的兴趣职业发展,但1975年,Arleda突然开始出现失忆症状,1977年,子承父业的二儿子Steven驾舟穿过急流时意外淹亡,顿时生活成灰。1981年,Roberts在USGS光荣退休,但70岁对一个人来说还不是很老,还有很大的激情与活力,他决定回到内华达,到矿业市场一试身手。他与朋友自掏腰包成立了一家初级勘查公司,但很快资金捉襟见肘,幸亏一家偶尔涉足矿业的石油公司慷慨解囊,他们才度过难关,迎来风起时刻。在别人深耕一无所获之地发现意外之财,是一件极度快乐的事情。Marigold Mine位于Battle Mountain以南,曾被多加公司勘探并打过钻,但效果一般,且工作区为厚层冲积物覆盖,Roberts根据断层出露情况,推断矿体赋存于浅部,这一次他又对了,储量有10余吨。即便如此公司也没有维持多久, Roberts准备为矿业公司做顾问工作。开始几个项目偶有斩获,更是为错过一个优质项目而深深自责,后在与巴里克矿业公司的合作下使得卡林成矿带上Post-Betze 区域金矿储量最终超过了450吨。Roberts的名气越来越大,越来越多的公司请他当顾问,凭借良好的大局观以及对区域地质的充分认识,找矿成功概率节节攀升。

哲学可以被定义为某一知识领域的原理与规律,Roberts的勘探哲学包括熟悉区域地质结构、良好的野外工作经验以及持之以恒的毅力。只有熟悉区域地层与构造,才能有效解决局部地质问题。内华达中北部的勘探工作经历了三个阶段,第一阶段(1800s晚期至1960s中期)以发现地表矿为主,第二阶段(1960s晚期至1980s中期)地质结构已经被弄清,成矿区带已经被识别,勘探目标大为缩小,但主要集中于浅部。第三阶段(1980s后期至现在)为深部勘探,这些矿床位于已知矿床之下或为冲积物、火山岩、断裂带覆盖,矿体多处于地层与构造的结合部位,这就更需要勘查地质学家具有广博坚实的区域地质与专业技术知识,从已知到未知确定有利靶区。内华达中北部区域地质结构具体包括:古生代中期Antler造山过程中深水相岩石逆冲到浅水相碳酸盐台地之上,晚二叠至早三叠时期Sonoma造山过程中Golconda序列地层逆冲于Antler序列地层之上,中生代中期褶皱与地层以及第三纪断层也是重要地质因素。

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内华达区域地质结构剖面图(来自网络)

1988年Arleda在忧伤中离开了人世,Roberts的生活仿若进入了幽冥,1992年偶然在妹妹口中得知他六十余年前的旧爱Marjorie现在也寡居亚利桑那,他内心深处爱的火花又重新燃烧了起来。经短暂的接触交流,省去了礼节、花前与求婚,他们成了亲密室友与灵魂伴侣,彼此分享生活经历,珍惜充满了欢乐、痛苦、激情与回报的现实生活。虽是夕阳晚照,生活仍旧憧憬无限,想到那些已经离去了的朋友与家人,在苍暮之年,执子之手,与之偕老,本就是一种上苍恩赐的美好。活在老年,不忘少年,心系中年,用激情追逐梦想,照顾好身体、情感和精神,学会原谅并愿意给予,那么爱会一直陪伴,帮你度过难关。Marjorie的出现改变了Roberts原本颓废、孤独的余生,如果沿着那条道路走下去,也许就不会有《A Passion for Gold》这本自传的出现。

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Roberts与Marjorie(1993)

当一个人将知识作为人生追求的时候,他可能会沿着许多曲折的路径前进,会穿越泥泞不堪的羊肠小路,在看似复杂凌乱的地质结构里绞尽脑汁慢慢梳理,一旦突破,就会看到另外一个不同的世界。俯瞰群山,仙游金境,追逐梦想,珍爱生活。2007年,Roberts平和地离开了人世。

注:基本参照Ralph J.Roberts《A Passion for Gold》有关内容改写,文中图片除注明出处外,均来自本书。




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