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研究人员破解加拿大前寒武纪矿产资源赋存之谜

过去的一个世纪里,一直有人试图在加拿大的Superior克拉通地区探寻矿产资源的宝藏,期间既有成功者,也有失败者。Superior克拉通是一个面积广阔的前寒武纪地壳,横跨加拿大的魁北克省北部地区和安大略省,面积约为160万平方千米。

那些与宝藏擦肩而过的人肯定想知道:在同一个看似毫无差别的地层中,为什么有的部分赋存有丰富的矿产资源,而有的部分却贫瘠得令人沮丧呢?这就是来自加拿大6所大学的地球科学家们正在试图解答的科学问题。

这些科学家是一个多学科交叉的金属地球项目的成员,该项目受劳伦森大学的矿产资源勘查研究中心(MERC)资助。2016年,矿产资源勘查研究中心从加拿大联邦政府、安大略省政府和私人捐助者那里获得了5500万美元的资金支持。此外,一些全球矿业巨头,包括淡水河谷、嘉能可、巴里克黄金、纽蒙特和Agnico Eagle公司,以装备和服务的形式提供了约8000万美元的物资支持。

劳伦森大学教授、该项目主管Ross Sherlock表示,“我们研究工作的目的是对前寒武纪地壳中不同类型矿产资源形成的地质作用过程加以认识。这项工作将有助于提高矿业行业在靶区圈定方面的效率,并且提升在勘探方面的预见性。”此外,Sherlock认为,金属地球项目的研究成果可能会对矿业企业在西非、南美和中国北部地区具有相似地质特征的地层中寻找矿产资源具有参考价值。

有了资金的保障,矿产资源勘查研究中心可以连续在几个夏季派出地质学家团队开展野外调查工作。2017年,研究人员从加拿大西部地区的几家石油和天然气企业那里拿到了一笔贷款,然后开展了高分辨率反射地震研究,他们驾驶着thumper卡车沿着铺设道路、砾石路和伐木道路开展调查工作。他们的行驶里程共计1000多千米,调查范围包括魁北克省中北部的Chibougamau镇与安大略省西北部的Rainy River地区之间的广大区域。第二年夏季,研究团队继续在同一条道路上来回奔波,开展了大地电磁研究,并对地壳的导电率进行了测量。

在这两次研究工作中,研究人员都从地球深处采集了一些数据,深度约为40千米,达到了地幔上部。他们的调查工作穿过了先前划定的断层线以及火山杂岩体和深成杂岩体,这两种杂岩体都具有不同程度的金属元素丰度。

随着野外工作的开展,研究人员已经能够开展一些重要的地质研究工作了,正如Sherlock所描述的那样,“Superior克拉通地区开展的奇妙地质工作已有一百多年的悠久历史,这些工作涉及地质学、地球化学、地球物理学和矿物学等多个学科。这些调查工作的成果加深了我们对前寒武纪地壳结构和一些导致了Superior克拉通构造差异的地质过程的认识。我们正在对地质特征非常相似的一些赋存金属资源的地区和金属资源贫乏的地区进行对比研究,并且试图探究导致这些差异的地质作用过程。”

当矿产资源勘查研究中心开展基础性研究时,加拿大自然资源部下属的一个联邦机构Canmet Mining则聚焦于应用研究领域。这家拥有115年历史的研究机构在全国的四个实验室中招募了140名科学家和技术人员,资助他们开展了一些所涉领域广泛的研究项目。

关键矿物和战略研究部主任Janice Zinck表示,“我们与矿业行业开展了密切合作,这样可以确保我们正在研发的技术是符合行业需求的。全球矿业行业所面临的一个难题是如何实现技术向商业化的成果转化。”

在加拿大向绿色经济、低碳经济的转型过程中,Canmet Mining同样发挥着重要作用。2021年,联邦政府预算在3年内拨款了4800万美元,用于创建一个卓越的电池关键矿物研究中心,以促进电动汽车的电池和太阳能电池板所采用矿物的选矿和精炼研究工作。

Canmet Mining从全国各地招募的科学家们正在对从矿山废弃物中提取一些关键矿物的潜力开展研究。这家机构的渥太华实验室的研究人员正在开展一项早期示范项目,这项研究旨在从Sudbury地区的磁黄铁矿尾矿中提取镍和钴。

Zinck表示,“我们估计这些尾矿中可能赋存有价值10亿美元的镍。你得到的是一些经过了预处理的物料。你无需进行采矿和破碎,因此这些尾矿的矿产资源密度要低得多,目前正在解决的技术问题是有关废弃物的遗留问题。”

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