智利是世界上領土最狹長的國家,盡管境内火山、地震頻發,但是坐擁安第斯山成礦帶,國民生活富得流油。近10年來,平均每4~5年就能找到一個世界級的大型礦床。全球最大銅礦山——埃斯康迪達(Escondida)就為智利經濟的發展做出卓越貢獻。這座世界級的隐伏銅礦是如何形成的?又是如何被發現的呢?
埃斯康迪達(Escondida)仍為全球最大銅礦山
今年以來,在銅庫存降至曆史新低的刺激下,國際銅價飙升至1.1萬美元/噸,創曆史新高。
基于2021年的産量數據,Mining Intelligence網站列出了全球10大銅礦山,其産量變化對于未來銅價有直接影響。
從上圖可看出,埃斯康迪達銅礦2021年産量再次超過100萬噸。是目前世界最大銅礦山。
埃斯康迪達銅礦(Escondida)位于智利北部的阿塔卡馬沙漠,以西班牙語的“隐藏(hidden)”一詞命名,是一個世界級、隐伏的、較高品位的斑岩型銅礦床。
埃斯康迪達銅礦于1981年3月發現,已探明的礦石儲量為21.18億噸,銅金屬儲量3249萬噸,含銅品位1.31%。據1997年勘查結果,又在該礦床開采區以北5千米處發現埃斯康迪達北礦床,銅儲量1295萬噸,平均銅品位0.88%。埃斯康迪銅礦于1990年投産,幾經擴建,其銅年産量己超過100萬噸,成為世界銅産量最大的礦山。
必和必拓公司持有埃斯康迪達銅礦57.5%控制性股份,而力拓集團(Rio Tinto PLC)持有30%股份,以三菱公司(Mitsubishi Corp.)為首的日本财團持有10%股份,國際金融公司(International Finance Corp.)持有2.5%股份。
多年勘查,終見其貌
1978 年 10 月,美國著名斑岩型銅礦專家 Lowell J D 向猶他國際公司和蓋蒂石油有限公司提出在智利境内的安第斯山北部卡拉馬(Calama)和印加—德奧羅(Inca de Oro)2個城市間的地區勘查隐伏的斑岩型銅礦床,此項目名為阿塔卡馬銅礦勘查項目, Lowell JD 擔任項目負責人。
1978年12月,在研究前人文獻資料的基礎上,進行了大面積的踏勘工作,并選出了需要進一步調查的地區。
1979 年,對卡拉馬和印加—德奧羅地帶進行了區域河流沉積物化探取樣,采集樣品1400個,發現異常帶約30個。
1980年在該區又采集670個樣品,對異常進行了重新檢查,發現30個異常中的10個更有意義的異常, 最終将異常最顯著的艾斯康迪加的塞羅科羅拉多地區确定為重點研究區,并進行了系統的地球化學取樣和淋濾帽研究,主要化驗Cu與Mo兩種元素。測得的 Cu 含量隻能勉強視為異常值,僅在閃長岩岩牆附近Cu含量較高;Mo含量為(1~480)×10-6, Mo異常主要位于塞羅科羅拉多有強烈矽化的岩石出露地段。
然而,與大多數富礦的斑岩型銅礦相比,淋濾帽中的褐鐵礦化和Cu含量較低。Ortiz等認為,較低的褐鐵礦化受該地區環境影響很大,地表作用使輝銅礦的大多數赤鐵礦淋濾帽的典型結構遭到破壞;另一方面,從淋濾帽中由輝銅礦形成 的未受改變的褐鐵礦可以推斷該區的找礦遠景樂觀。
1981年1月,對位于塞羅科羅拉多和塞羅薩爾迪瓦之間斑岩型銅礦床核心所在地的沖積物下面的表生輝銅礦層進行勘查,設計了 5 個鑽孔,深度 152~182m,鑽孔顯示青磐岩化早期絹英岩化蝕變,伴生稀少的褐鐵礦和斑點狀氧化銅,Cu含量最高達 0.25%。
1981年3月,普查階段的鑽探4個大間距鑽 孔都穿過了淋濾帽,打到較富的輝銅礦礦層,最終證實了該礦床的存在。
開采多年,年産量多次超100萬噸
埃斯康迪達礦床自1981發現以來,1990年第1 個選礦廠洛斯科洛拉多斯(Los Colorados)建成投産,當時每天礦石處理量是3.5×104 t。經過幾次擴建, 1998年每天礦石處理量達到12×104 t,2002年第2個選礦廠幹涸之湖(Lagula Seca)建成投産,每天礦石處理量11×104 t。
2005年銅産量達127萬噸,占全球産量的7%至8%,其每周銅産量相當于目前全球倉庫銅庫存的四分之一左右。
2007年産銅150萬噸,價值100多億美元,占全球銅産量近十分之一。埃斯康迪達銅礦的工人總數超過6000。
2012年初,通過加密鑽探,埃斯康迪達儲量增長25%。其中原生硫化物礦石儲量為49.7億噸,銅品位0.71%。可堆浸硫化物礦石為19.8億噸,銅品位0.47%。氧化礦石為1.18億噸,銅品位0.94%。總計銅儲量4570萬噸。相應資源量分别為原生硫化物礦石135.4億噸,銅品位0.57。混合礦石1.83億噸,銅品位0.81%。氧化礦石2.13億噸,銅品位0.63%。總計銅資源量為8000萬噸,較此前估計的增長17%。
2017年,全球排名前20位的在産銅礦山共生産了900萬噸的銅精礦,Escondida銅礦排名第一。
2018年産量為124.3萬噸,較2017年增長34%,主要原因是選礦廠産能增加,而且沒有發生罷工情況。公司利潤為16.8億美元,增長41%。2018年總産量中,精礦銅為97.6萬噸,陰極銅産量為26.7萬噸。
2021年産量101.05萬噸,Escondida銅礦産量全球排名第一。
埃斯康迪達銅礦的成礦模式
智利的構造框架主要是在安第斯造山運動時期形成的,而安第斯造山運動是美洲闆塊西岸的洋殼俯沖作用造成的。埃斯康迪達礦床所在的智利北部斑岩型銅礦帶,産生于典型的陸緣弧環境,該岩漿弧沿安第斯山西麓展布,由晚白垩世和古近紀火山雜岩構成,主要有安山岩、安山玄武岩、英安岩及碎屑岩。
含礦斑岩形成過程主要為:那茨卡 (NAZCA)大洋闆塊向南美闆塊俯沖,洋殼發生大 規模的脫水作用,含水物質進入軟流圈,地幔楔發 生部分熔融,含水玄武質岩漿侵入到上覆的岩石圈,在下地殼上部堆積并與之發生MASH(熔融、同化、存儲、均一)過程,經過MASH 過程玄武質岩漿不斷演化,當其密度低于地殼物質時,在浮力作用下侵入到上地殼水平。
俯沖帶與陸緣弧環境下成礦斑岩的形成過程
在時間上,南美安第斯斑岩銅礦帶形成的超大型斑岩型礦床僅發生在單一的始新世晚期—漸新世早期,這可能與該區的構造演化相關,因為該時期形成的斑岩型銅礦帶主要産生在特定的由擠壓到拉伸環境的構造轉換時期,以下 3 個關鍵性因素對埃斯康迪達礦床的形成具有重要意義。
(1)古新世—始新世早期強烈、穩定的岩漿作用:地幔楔内原始岩漿的産生不受上部闆塊的影響,在弧擠壓環境下,岩漿在岩石圈底部淤積,與下部地殼發生MASH作用。如果在一段相當長的時期内,岩漿作用軸心保持穩定,擠壓環境将導緻大規模被改造的岩漿伴随着熱量進入下地殼。
(2)上部闆塊壓力的改變:擠壓背景下經常發生快速的擡升與剝蝕,剝蝕作用産生突然的減壓作用,減壓作用導緻局部的擴展或轉換拉伸環境,非常有利于斑岩型礦床的形成。在這種環境下,演化後的岩漿會伴随着地幔的熱量,沿着岩石圈膨脹的構造入侵,促進了流體的抽取與運輸。
(3)上地殼岩漿的堆積與分餾作用:上地殼岩漿房内岩漿的滞留可能導緻岩漿進一步與地殼的相互作用。混合後的長英質、富揮發組分岩漿有利于岩體的分異,當遇到淺部的岩塊時壓力下降,将遭受脫揮發分作用。岩漿房不斷以岩株、岩枝形态向外擴展,去氣後的岩漿密度變大、下沉并最終固結,揮發分對金屬元素的運移起了重要作用。
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