智利是世界上领土最狭长的国家,尽管境内火山、地震频发,但是坐拥安第斯山成矿带,国民生活富得流油。近10年来,平均每4~5年就能找到一个世界级的大型矿床。全球最大铜矿山——埃斯康迪达(Escondida)就为智利经济的发展做出卓越贡献。这座世界级的隐伏铜矿是如何形成的?又是如何被发现的呢?

  埃斯康迪达(Escondida)仍为全球最大铜矿山

  今年以来,在铜库存降至历史新低的刺激下,国际铜价飙升至1.1万美元/吨,创历史新高。

年产量再超100万吨!多年开采仍为全球最大铜矿山,智利这铜矿储量为何如此惊人?

  基于2021年的产量数据,Mining Intelligence网站列出了全球10大铜矿山,其产量变化对于未来铜价有直接影响。

  

  从上图可看出,埃斯康迪达铜矿2021年产量再次超过100万吨。是目前世界最大铜矿山。

  埃斯康迪达铜矿(Escondida)位于智利北部的阿塔卡马沙漠,以西班牙语的“隐藏(hidden)”一词命名,是一个世界级、隐伏的、较高品位的斑岩型铜矿床。

  埃斯康迪达铜矿于1981年3月发现,已探明的矿石储量为21.18亿吨,铜金属储量3249万吨,含铜品位1.31%。据1997年勘查结果,又在该矿床开采区以北5千米处发现埃斯康迪达北矿床,铜储量1295万吨,平均铜品位0.88%。埃斯康迪铜矿于1990年投产,几经扩建,其铜年产量己超过100万吨,成为世界铜产量最大的矿山。

  必和必拓公司持有埃斯康迪达铜矿57.5%控制性股份,而力拓集团(Rio Tinto PLC)持有30%股份,以三菱公司(Mitsubishi Corp.)为首的日本财团持有10%股份,国际金融公司(International Finance Corp.)持有2.5%股份。

  多年勘查,终见其貌

  1978年10月,美国著名斑岩型铜矿专家Lowell J D向犹他国际公司和盖蒂石油有限公司提出在智利境内的安第斯山北部卡拉马(Calama)和印加—德奥罗(Inca de Oro)2个城市间的地区勘查隐伏的斑岩型铜矿床,此项目名为阿塔卡马铜矿勘查项目,Lowell JD担任项目负责人。

  1978年12月,在研究前人文献资料的基础上,进行了大面积的踏勘工作,并选出了需要进一步调查的地区。

  1979年,对卡拉马和印加—德奥罗地带进行了区域河流沉积物化探取样,采集样品1400个,发现异常带约30个。

  1980年在该区又采集670个样品,对异常进行了重新检查,发现30个异常中的10个更有意义的异常,最终将异常最显著的艾斯康迪加的塞罗科罗拉多地区确定为重点研究区,并进行了系统的地球化学取样和淋滤帽研究,主要化验Cu与Mo两种元素。测得的Cu含量只能勉强视为异常值,仅在闪长岩岩墙附近Cu含量较高;Mo含量为(1~480)×10-6,Mo异常主要位于塞罗科罗拉多有强烈硅化的岩石出露地段。

  然而,与大多数富矿的斑岩型铜矿相比,淋滤帽中的褐铁矿化和Cu含量较低。Ortiz等认为,较低的褐铁矿化受该地区环境影响很大,地表作用使辉铜矿的大多数赤铁矿淋滤帽的典型结构遭到破坏;另一方面,从淋滤帽中由辉铜矿形成的未受改变的褐铁矿可以推断该区的找矿远景乐观。

  1981年1月,对位于塞罗科罗拉多和塞罗萨尔迪瓦之间斑岩型铜矿床核心所在地的冲积物下面的表生辉铜矿层进行勘查,设计了5个钻孔,深度152~182m,钻孔显示青磐岩化早期绢英岩化蚀变,伴生稀少的褐铁矿和斑点状氧化铜,Cu含量最高达0.25%。

  1981年3月,普查阶段的钻探4个大间距钻孔都穿过了淋滤帽,打到较富的辉铜矿矿层,最终证实了该矿床的存在。

  开采多年,年产量多次超100万吨

  埃斯康迪达矿床自1981发现以来,1990年第1个选矿厂洛斯科洛拉多斯(Los Colorados)建成投产,当时每天矿石处理量是3.5×104 t。经过几次扩建,1998年每天矿石处理量达到12×104 t,2002年第2个选矿厂干涸之湖(Lagula Seca)建成投产,每天矿石处理量11×104 t。

  2005年铜产量达127万吨,占全球产量的7%至8%,其每周铜产量相当于目前全球仓库铜库存的四分之一左右。

  2007年产铜150万吨,价值100多亿美元,占全球铜产量近十分之一。埃斯康迪达铜矿的工人总数超过6000。

  2012年初,通过加密钻探,埃斯康迪达储量增长25%。其中原生硫化物矿石储量为49.7亿吨,铜品位0.71%。可堆浸硫化物矿石为19.8亿吨,铜品位0.47%。氧化矿石为1.18亿吨,铜品位0.94%。总计铜储量4570万吨。相应资源量分别为原生硫化物矿石135.4亿吨,铜品位0.57。混合矿石1.83亿吨,铜品位0.81%。氧化矿石2.13亿吨,铜品位0.63%。总计铜资源量为8000万吨,较此前估计的增长17%。

  2017年,全球排名前20位的在产铜矿山共生产了900万吨的铜精矿,Escondida铜矿排名第一。

  2018年产量为124.3万吨,较2017年增长34%,主要原因是选矿厂产能增加,而且没有发生罢工情况。公司利润为16.8亿美元,增长41%。2018年总产量中,精矿铜为97.6万吨,阴极铜产量为26.7万吨。

  2021年产量101.05万吨,Escondida铜矿产量全球排名第一。

  埃斯康迪达铜矿的成矿模式

  智利的构造框架主要是在安第斯造山运动时期形成的,而安第斯造山运动是美洲板块西岸的洋壳俯冲作用造成的。埃斯康迪达矿床所在的智利北部斑岩型铜矿带,产生于典型的陆缘弧环境,该岩浆弧沿安第斯山西麓展布,由晚白垩世和古近纪火山杂岩构成,主要有安山岩、安山玄武岩、英安岩及碎屑岩。

  含矿斑岩形成过程主要为:那茨卡(NAZCA)大洋板块向南美板块俯冲,洋壳发生大规模的脱水作用,含水物质进入软流圈,地幔楔发生部分熔融,含水玄武质岩浆侵入到上覆的岩石圈,在下地壳上部堆积并与之发生MASH(熔融、同化、存储、均一)过程,经过MASH过程玄武质岩浆不断演化,当其密度低于地壳物质时,在浮力作用下侵入到上地壳水平。

  

  俯冲带与陆缘弧环境下成矿斑岩的形成过程

  在时间上,南美安第斯斑岩铜矿带形成的超大型斑岩型矿床仅发生在单一的始新世晚期—渐新世早期,这可能与该区的构造演化相关,因为该时期形成的斑岩型铜矿带主要产生在特定的由挤压到拉伸环境的构造转换时期,以下3个关键性因素对埃斯康迪达矿床的形成具有重要意义。

  (1)古新世—始新世早期强烈、稳定的岩浆作用:地幔楔内原始岩浆的产生不受上部板块的影响,在弧挤压环境下,岩浆在岩石圈底部淤积,与下部地壳发生MASH作用。如果在一段相当长的时期内,岩浆作用轴心保持稳定,挤压环境将导致大规模被改造的岩浆伴随着热量进入下地壳。

  (2)上部板块压力的改变:挤压背景下经常发生快速的抬升与剥蚀,剥蚀作用产生突然的减压作用,减压作用导致局部的扩展或转换拉伸环境,非常有利于斑岩型矿床的形成。在这种环境下,演化后的岩浆会伴随着地幔的热量,沿着岩石圈膨胀的构造入侵,促进了流体的抽取与运输。

  (3)上地壳岩浆的堆积与分馏作用:上地壳岩浆房内岩浆的滞留可能导致岩浆进一步与地壳的相互作用。混合后的长英质、富挥发组分岩浆有利于岩体的分异,当遇到浅部的岩块时压力下降,将遭受脱挥发分作用。岩浆房不断以岩株、岩枝形态向外扩展,去气后的岩浆密度变大、下沉并最终固结,挥发分对金属元素的运移起了重要作用。

铜矿

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