在长安大学地球科学与资源学院,造山带成矿研究所的学术带头人,是我国著名的矿产勘查、矿床地质学家,中国工程院院士汤中立。汤中立教授与长安大学诸多学术前辈一样,是从基层走来的。20世纪50年代,他是一名激情澎湃、富有时代风采的地质队员。
汤中立人生中的华彩篇章,当推他和他的同事发现了金川镍矿。他为祖国的经典奉献,是与他所在的勘探队发现了金川镍矿二矿区深部隐伏富矿体,使金川镍矿一跃成为世界第二大镍矿。他为地质学家们编织的理论花环,是系统深入地分析了甘肃金川、吉林红旗岭、新疆喀拉通克、河北铜硐子4个小岩体铜镍矿床的成矿找矿模式,提出了“深部熔离——一期或多期贯入成矿”的“小岩体,成大矿”学说,阐明了中国镍矿的基本特征、产出地质背景与分类。因此,他深厚的地质调查与理论研究的成果积淀,他精彩的人生故事本身,也就成了一个富含的隐伏“矿床”。
汤中立在北京求学,印象最深的是聆听著名地质学家李四光的一次演讲。李四光语重心长地对同学们说,你们应当成为新中国的“土地公公”和“土地婆婆”……希望同学们成为新中国优秀的地质学家,像神话中的“土地神”一样,熟悉和掌握脚下的地球。汤中立至今还记得李四光演讲时的那种神采,情真意切,令他永生难忘。
汤中立始终记得大学生产实习对自己知识基础与能力的检验。1955年秋天,他和几个同学到山西省五台山区填制1∶5万比例尺地质图。汤中立负责的地块恰好在滹沱河的两岸,是一片广阔的砂砾带。在这样的地块中完成填图相对容易,但对于将来的毕业设计却相当棘手。汤中立临场应变,将同学们组织起来调查河岸果树的分布范围、生长年龄和长势情况,调查水井的水深、水质和历史变化。最终,他完成的毕业设计《山西繁峙滹沱河沿岸第四系地质与果树调查的关系》,以创意新颖、独树一帜,获得好评。这是他初尝辩证方法指导地质勘查的甜头。
安徽安庆,是汤中立的故乡,那是京剧与黄梅戏的发祥地。大学毕业时,大西北正是国家建设的重点,急需地质工作者为国家寻找各种矿产资源。汤中立报名去了河西走廊上的酒泉,将这座祁连山皑皑白雪掩映、一望无垠的戈壁滩环绕的边陲小城,视为实现自己理想的起点。
1956年7月,汤中立、陈振兴、杜松亭三名实习生组成地质组,在甘肃北山星星峡—白墩子一带进行1∶20万路线地质调查。他们在沿地质路线填图过程中,发现一块含铜矿的转石:淡黄绿色蚀变岩,除孔雀石外,隐约可见黄铜矿豆点。三个年轻人当即停止路线观察,沿戈壁滩上转石可能的来源方向步步追索,一直追到一座黑色大山的背后,发现铜矿转石突然增多,还有古人采冶的遗迹,找到了原生矿露头。原来这座黑大山的岩性是辉长岩,岩石中有微弱的黄铜矿化,山背后低凹处是蛇纹石化橄榄岩与底盘白云质大理岩接触,在外接触带发育一条北西西向的铜矿矽卡岩带。依此发现,地质调查大队于当年10月就地打钻,见到了深部原生矿。第二年,甘肃省地质局组队勘探,求得铜金属储量4.3万吨,品位1.64%;银93.9吨,品位93.3克/吨。三个年轻人发现了辉铜山铜矿。
1958年10月7日,汤中立和同事在永昌县河西堡查看当地群众的报矿成果时,琳琅满目的矿石标本中,一块布满孔雀石的矿石标本引起了汤中立的特别注意。问清矿石标本的来历,汤中立和同事立即驱车赶到永昌县,追踪到宁远堡,直接深入到白家咀子发现含孔雀石的岩体露头处,乘着夜色就地安营扎寨,在其后的两天里,对黄、褐、蓝、绿,色彩缤纷的矿化露头、超基性岩性的范围、顶底盘围岩进行了追索和初步圈定,发现矿化露头上孔雀石、铜蓝、锡铁矿十分发育。汤中立结合实地勘察情况,把眼前的发现与两年前发现的辉铜山铜矿进行了比较,回到酒泉后,将他的认识向领导做了陈述:宁远堡含孔雀石的岩体露头处下面,肯定是一个比辉铜山铜矿的情况更好,更有希望的铜矿。
几天后,大队负责人陈鑫将一份化验单带到了河西堡。大队部对汤中立带回的矿石标本进行的铜镍指标测定结果是,Cu16.5%,Ni0.9%。这就是后来举世闻名的金川铜镍矿床最早的一次矿石标本分析报告。之后,汤中立和同事们一起打浅井,挖探槽,先后见到了具海绵陨铁结构的原生铜镍矿。1959年元月,甘肃省局和大队组织两台钻机施工钻孔,又见到了厚层原生矿体,充分证实该处是一个大型硫化铜镍矿床基地。在以后的两年多时间里,汤中立作为大队技术负责人陈学源的助手,参与组织了金川矿区的地质勘探技术工作,完成了该矿区最终勘探报告的编制。经全国储委主持的审查会议批准,最终发表数据为镍储量90万吨,铜储量50万吨。这个发现非常了不起,它为我国第一个镍工业基地提供了可靠的矿产资源保证,将一百多年来中国缺镍少铂的时代划上了句号。
1965年,金川镍矿勘察工作进入了最为关键的时期。第一和第三两个矿区勘探结束,第四矿区是贫矿。岩体出露面积最大的第二矿区,地表没有矿化显示,仅在岩体东部发现了一些规模不大的隐伏贫矿体;岩体的西部,每个剖面上的钻孔都没有见矿,却都在200米多深度穿过超基性岩时出现了围岩。已经担任大队技术负责人的汤中立遇到了困惑:岩体是不是呈一个锅底尖灭了?如果真是这样,金川矿区就失去了继续发展的前景。汤中立和同事们反复比较研究,认为这样尖灭不大自然,因为第一矿区岩体和矿体形态向深部有较大延伸,在第一矿区还见到过含矿岩枝贯入到底盘围岩中的现象。这样的深部值得探索。汤中立主持编制了第二矿区深部找矿设计方案,设计了一批深度400—550米的钻孔,找岩体漏向深部“岩枝”中的矿体。
探索性的施工并不顺利。钻孔的施工设计深度为530米,预计打到岩枝中矿体后将于460米处进入底盘围岩。但在实际施工中虽见到了岩枝,但岩枝中并不见矿,钻孔却提前于375.7米打穿岩枝进入围岩。按常规见到底盘围岩就可终孔,勘探队中,有的提出可以终孔,汤中立和一些同事认为还需要继续探索。他的根据是,打到的岩石还不是含矿纯橄岩,推测主岩体还没有打到,深部还大有希望。汤中立坚持不能终孔,要求继续向深部钻探。在地质队领导和省地质局的支持下,汤中立再次修改设计方案,继续加深钻探。结果在410.71米,又见到第二个“岩枝”。
7月下旬一个刮着大风的日子,吉夫650型钻机钻到566.71米孔深时喜遇奇迹——喷水的岩心管里,吐出了金光灿灿的海绵晶铁状富矿蕊!全队沸腾了!地质员魏乾金激动得说不出话,填写记录表时几乎流泪。随后,汤中立几次修改设计,追加进尺,勘探队还为施工调来一台千米钻机。8月15日,深孔钻探打到了944.87米,一个隐伏矿体厚度358.16米的矿床被测算出来,汤中立终于提出可以在944.87米深度终孔。
之后,喜讯就如同珠串一样接连出现。他们在一千多米长的地段布置了几十个钻孔,几乎每个孔都见到了深部隐伏富矿体,这使金川矿床的铜镍勘察储量翻了几番,一举成为世界第二大镍矿。
31岁的汤中立,完成了一次对地壳深层奥秘进行勇敢探索的重大突破。这个突破具有划时代的意义。深深的钻孔,仿佛一个个大厦的基座,在昔日甘肃龙首山下那无垠的荒漠上,托起了一座新兴的有色冶金工业基地——金昌市。从此,金昌以中国镍都之名闻名于世。而汤中立,也用他的智慧、丰富的经验和坚定的信念,在金川镍矿勘探史和自己的人生历程中写下了辉煌的一笔。
伴随着人类长期的地质活动实践,发现矿产资源的难度也越来越大,研究和认识矿产资源的成矿和赋存规律愈发显得重要。从20世纪80年代开始,汤中立将自己的地质目光聚焦在理论建立方面。他系统地考查了国内外的岩浆硫化物矿床和其他金属矿床,梳理了自己多年的探矿实践经验,从理论上对成矿探矿的科学规律进行探索和总结,亲自撰写了《中国镍矿床》专著,组织完成了《金川铜镍硫化物(含铂)矿床成矿模式及地质对比》《Jinchuan Copper Nickel SulphideDeposit》《中国岩浆硫化物矿床的主要成矿机制》《华北地台西缘及邻区硫化镍矿特点及远景分析》等著作,还发表了数十篇重要论文。
20世纪前半叶,经典的岩浆矿床实例主要以加拿大的萨得贝里镍矿(母岩体面积大于1000平方公里),津巴布韦大岩墙(产铬铂矿,母岩体面积大于5000平方公里),南非布什维尔德铂、铬、镍矿(母岩面积达几万平方公里)等为主,因此流行一种成矿概念:“矿质”是从岩浆中分凝出来的,只有岩浆体很大,才能分凝出巨量的“矿质”,形成大的岩浆金属矿床。
中国金川矿床的发现,似乎颠倒了上述概念。因为金川岩体面积只有134平方公里,却赋含超过540万吨镍,340万吨铜,以及巨量的钴、铂族和黄金等矿产。如此巨量的金属,怎么能从这样小的岩体中分凝出来呢?我国还先后发现了力马河、红旗岭、赤柏松、白马寨、喀拉通克等岩浆硫化镍矿床。这些矿床面积更小,一般只有零点几平方公里,却都赋含几万吨到几十万吨的富镍矿。我国的工业镍金属,主要就产在这种很小的岩体矿床中。
汤中立通过与国外矿床对比,提出了“小岩体成大矿”的机制。简单概括为:母岩浆侵入现存空间之前,在深部和上侵过程中就发生了熔离作用和部分结晶作用,在动力和重力作用下,母岩浆分离成不含矿岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆和矿浆几部分,然后对现存空间一次或多次上侵贯入成矿。比较就地熔离的矿床,这种深部熔离贯入矿床的岩体体积就小得多,含矿率和矿石品位也高得多。所以这种机制导致形成“小岩体大矿床”。
汤中立院士在深入研究的基础上进一步指出,这种小岩体大矿床、深部熔离复式贯入成矿机制的实质,就是当岩浆侵入现存空间之前,在深部已经发生“预富集作用”,这种预富集作用不仅对岩浆硫化物矿床是这样,而且对铬铁矿、钒钛磁铁矿、铂族元素等岩浆矿床也是实际存在的。由此也可以认为,在各种岩浆矿床中,都有一个深部预富集贯入成矿作用问题,也都存在小岩体成大矿的可能。
自从1956年从北京地质学院(今天的中国矿业大学)毕业,当年4月奔赴地质部甘肃省地质局祁连山地质队,汤中立在甘肃生活工作了近半个世纪,始终未离开矿产勘查这一行,祁连山的风砂,西北高原的黄土,天山冰雪的晶莹,祖国各地崇山峻岭的葱翠绝险,早已化作他气质品格中的淡定,从容,真诚,果敢。
从一个满怀热情的地质队员,到一个深思熟虑的地质学家,汤中立走过了一个既艰苦又浪漫、既有压力又富含挑战、既有丰富想象又充满辩证思考的勘探过程。透过它半个多世纪步步求索、锲而不舍的经历,我们是不是会从中对地质工作有新的认识,对我们的各项事业如何拓展,有更深的思考呢?
(原载于《漫游中国大学——长安大学》)