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杨立强教授等:胶东金矿中发现大量关键金属,资源潜力巨大!

 changyz001 2022-10-25 发布于河南

胶东金矿床中关键金属资源储量估算与潜力初探

杨立强1,2,魏瑜吉1,王偲瑞1,张良1,巨蕾1,李瑞红1,3,高雪1,邱昆峰1

1 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室

2 自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,山东省地质科学研究院

3 自然资源部地球化学探测重点实验室,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所


第一作者简介:杨立强,教授,博士生导师,第七届(2014)和第十一届(2022)黄汲清青年地质科学技术奖得者,主要从事矿床学及矿产普查与勘探的教学和科研工作。

导读:

随着新兴产业的快速发展,关键金属的需求越来越大。胶东是我国著名的黄金产地,近年来大型-超大型金矿不断发现。杨立强教授等研究发现胶东金矿中还含有大量关键金属资源其中4个矿床伴生关键金属量达大中型规模以上:新城金矿床镉(Cd3564(大型规模)、钴(Co)2329(中型规模)、碲(Te)126(中型规模),乳山金矿床碲(Te)1529(大型规模)焦家金矿床碲(Te)216(中型规模),大尹格庄金矿床镉(Cd224(中型规模),还有大面积Co、Cd化探异常区存在。

关键金属元素的地壳丰度极低,其载体矿物通常非常细小,独立形成的矿床较为少见,多以共生和伴生元素形式产于其他矿床中,以往对其关注和研究不够杨立强教授等长期研究胶东金矿,研究成果丰富,曾获多项省级级科技奖。近年来,对胶东大尹格庄和夏甸两个超大型金矿床的精金矿与尾矿砂中关键元素含量进行了分析研究并整理了以往发表的胶东地区金矿中CoCd元素组成测试、黄铁矿原位和或单矿物的TeCo含量分析以及1:20万全国化探扫面计划39种元素含量中的CoCd数据,发现多种关键金属元素在该区发生了不同程度的富集或超常富集,TeCoCd在精矿中达到伴生组分综合评价品位

本文利用研究数据,对各矿床Te、Co、Cd元素进行综合约束评价,并根据矿山储量核实报告及深部和外围探矿成果提供的矿石量等数据,初步估算了各金矿床的Te、Co和Cd资源储量和栖霞、招平北段化探异常区Co和Cd面金属量研究结果显示Co含量高,Te、Cd超常富集,胶东地区具有形成大型-超大型Cd、Te和Co矿床的地质条件,资源潜力巨大

本文研究成果提升了胶东地区金矿精矿价值,为已知金矿尾矿开发利用和新发现金矿勘查关键金属评价提供了科学依据,对全国其它矿床(矿集区)评价伴生关键矿产也具有重要启示意义!

------内容提纲------

0 引言
1 胶东金矿床中关键金属赋存状态
2 典型金矿床中可利用关键金属含量和矿产储量
2.1 关键金属含量与富集特征
2.1.1 稀贵元素
2.1.2 稀散元素
2.1.3 稀有元素
2.1.4 稀土元素
2.2 可利用关键金属矿产储量
3 胶东金矿床中可利用关键金属资源潜力评价
3.1 Co
3.1.1 超常富集特征
3.1.2 区域资源潜力
3.2 Te
3.3 Cd
4 结论

-----------

0 引言

胶东是全球仅有的探明金资源储量超过5千吨的三个金矿省之一和我国最重要的黄金基地1976年以来其黄金年产量连续位居全国第一也是全球唯一已知发育于前寒武纪变质地体内的晚中生代巨型金矿省它独特的地质背景与金成矿系统蕴含全球意义的科学问题使其成为检验金矿床成矿新理论和新模型的关键地区。长期以来对其开展了大量工作已有研究与勘查积累厚实、资料丰富且其内蕴藏的矿石量巨大、已有矿业基础设施和选矿设备完善、选矿工艺先进因此是深入开展金矿床中关键元素源--聚超常富集机理研究的理想选区同时一旦查明某种或某些关键元素具有工业或战略开采/研究价值可以相比其他矿山以更快、更低成本开展相关工作和/或被回收利用特别是我们最近的研究表明相对于华北克拉通的地壳元素丰度稀贵元素CrCo,稀散元素Cd,稀有元素RbNbTaHfWSnHo之外的其它稀土元素等在胶东金矿床中均发生了不同程度富集其中CdCoNbRb超常富集达到伴生组分综合评价品位Cd已具备被综合利用的资源条件CrSeTeReWLREE超常富集接近伴生组分综合评价品位或已发现超常富集的载体矿物可作为未来重要的潜在接替资源

然而迄今尚未见有关胶东金矿床中关键金属资源储量估算与潜力评价的报道这在一定程度上导致了某些研究者对于胶东金矿之伴生关键金属是否具有可回收价值及可回收资源量存在疑虑。为此我们以胶东金矿床中关键金属赋存状态为基础通过分析典型金矿床精金矿和尾矿砂中的关键元素含量厘定其中达到伴生富集和可利用的关键金属种类估算其矿产储量进而剖析胶东金矿床中关键金属超常富集特征并评价其资源潜力。

1  胶东金矿床中关键金属赋存状态

胶东金矿床中已鉴别出碲化物等数十种含关键元素矿物然而对其赋存状态的认识尚处于探索阶段。初步研究表明它们主要以如下形态出现1和表1)

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胶东金矿床中可综合利用的关键金属资源类型与空间分布简图

详细描述见表1和表5及正文说明

胶东金矿床中含关键金属元素的矿物

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①以独立矿物存在如稀有元素Zr赋存于乳山等金矿床蚀变花岗岩的锆石中W赋存于马家窑金矿床石英脉中的黑钨矿和白钨矿内稀土元素Y赋存于乳山等金矿床的磷钇矿中稀散元素Te赋存于焦家、新城、埠南、金岭、乳山等金矿床(黄铁)绢英岩中的碲金矿、碲银矿、碲铋矿、碲铅矿、陈国达矿等矿物内2),它们常与可见金密切共生2)稀贵元素Cr赋存于焦家、灵山沟、夏甸等金矿床(黄铁)绢英岩中的铬云母内

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2 夏甸和大尹格庄金矿床中稀散元素Te的载体矿物的矿物学特征

a)夏甸金矿床碲铋矿分布在黄铁矿微裂隙中(b)夏甸金矿床碲铋银矿包体分布在金成矿期的黄铁矿中c)大尹格庄金矿床碲铋矿与黄铜矿共生并充填在黄铁矿裂隙中;(d)大尹格庄碲铋银矿与自然金共生分布在石英脉中Au-自然金;Ccp-黄铜矿Py-黄铁矿;Tel-碲铋矿Vol-碲铋银矿.

②以纳米级颗粒分散在其它矿物的晶面上或超显微裂隙中如通过对玲珑金矿床自然金和自然银颗粒的电子探针测试、面扫描、SEM图像和能谱分析表明TeBCrNb可能以纳米颗粒分散在金和/或银矿物的晶面上或超显微裂隙中

③以微量元素的形式作为其它矿物的类质同象固溶体混入物3)如稀土元素LaCe以微量元素的形式赋存于焦家、玲珑、乳山和郭城等金矿床的多金属硫化物脉或(黄铁)绢英岩中的锆石、独居石、磷灰石、榍石内,Y赋存于乳山等金矿床和锆石、独居石、磷灰石和榍石等内稀散元素Te赋存于乳山、金岭、新城和焦家等金矿床的黄铁矿内Tl赋存于大尹格庄和夏甸金矿床的黄铁矿内Cd主要以类质同象的形式赋存于金成矿晚阶段的闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿中稀贵元素Cr赋存于夏甸等金矿床的含铬多硅白云母内Co常以微量元素形式分布在金成矿早阶段的粗粒黄铁矿和磁黄铁矿中3)

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大尹格庄金矿床黄铁矿TeCo元素扫面(ab)及不同黄铁矿TeCo元素含量(cd)

(ac)Te元素主要分布在交代形成的Py-1b中;(bd)Co元素主要分布在早阶段黄铁矿中

2  典型金矿床中可利用关键金属含量和矿产储量

我们最近的研究表明相对于华北克拉通的地壳元素丰度胶东金矿床中稀贵元素CrCo,稀散元素Cd稀有元素RbNbTaHfWSnHo之外的其它稀土元素等在胶东金矿床中均发生了不同程度富集其中CdCoNbRb超常富集达到伴生组分综合评价品位Cd已具备被综合利用的资源条件),CrSeTeReWLREE超常富集接近伴生组分综合评价品位已发现超常富集的载体矿物可作为未来重要的潜在接替资源但迄今尚未见有关胶东金矿床中关键金属资源储量估算与潜力评价的报道为此我们选择大尹格庄和夏甸两个典型超大型金矿床通过分析其精金矿和尾矿砂中关键元素含量2)在厘定达到伴生富集和可利用的关键金属种类的基础上进一步估算其矿产储量测试方法如下所述
CoCrCdNbTaWSnRbInGeTlLaCe使用等离子质谱仪PE300Q)进行检测检测依据DZ/T0223—2001(电感耦合等离子体质谱分析方法通则使用混合酸溶液(HNO3+Hf)溶解粉末样装入钢套中190保温24小时取出冷却后在电热板上蒸干加入HNO3再次封闭溶样3小时溶液转入洁净塑料瓶中溶液使用ICP-MS测定测定在2035%相对湿度下进行元素检出限为0.05X10-9测试分析不确定度<5%SeTe使用原子荧光光谱仪进行检测检测依据DZG20.10—1990(岩石矿物分析检测标准),用混合酸溶液HCl+HNO3+HClO4+HF)分解10%HCl介质然后用MIBK萃取随后使用子荧光光谱仪进行测定元素检出限为0.03X10-9测试分析不确定度<5%铂族元素IrOsPtPdRhRu使用等离子质谱仪PE300Q)进行检测检测依据GBT17418.7—2010(电感耦合等离子体质谱分析方法通则),将粉末样在105预干燥4小时后置于干燥器中冷却至室温与熔剂混合后升温至1100熔融1小时冷却后砸碎熔块加入盐酸在100电热板上加热至溶液变清不再冒气泡加入碲共沉淀剂氯化亚锡溶液加热半小时后放置数小时用负压抽滤装置将溶液抽滤用盐酸及水反复冲洗沉淀。将沉淀和滤膜加入封闭溶样器中加入王水置于干燥箱中加热2小时后用水稀释摇匀上机测定。Pt检出限为0.026X109Pd检出限为0.06X109Rh检出限为0.001X109Ir检出限为0.013X109Os检出限为0.007X10-9Ru检出限为0.02X10-9测试分析不确定度<5%

2 胶东典型金矿床中关键金属含量和可利用的矿产资源量

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:分析测试由国家地质实验测试中心完成。BBC为华北克拉通的地壳元素丰度FG为金矿床精金矿中元素含量TM为金矿床尾矿砂中元素含量TR为金矿床金矿石中矿产储量=矿石量(吨)x回收率x[精金矿百分比x元素含量(10-6)+尾矿砂百分比x元素含量(10-6)],FR为金矿床精金矿中矿产储量。以Au品位10x10-6划分金矿床中的精金矿。CdPtPdRhIrRuOs元素含量单位为10-9其他元素含量单位为10-6储量单位为吨。伴生有用组分综合评价品位参考依据为:DZ/T0200-2002(铁、锰、铬矿地质勘查规范);DZ/T0201-2002(钨、锡、汞、锑矿产地质勘查规范);DZ/T0203-2002(稀有金属矿产地质勘查规范);DZ/T0204-2002(稀土矿产地质勘查规范):DZ/T0205-2002(岩金矿地质勘查规范);DZ/T0214-2002(铜、铅、锌、银、镍、钼矿地质勘查规范);GB/T25283-2010(矿产资源综合勘查评价规范)。

2.1 关键金属含量与富集特征

2.1.1 稀贵元素

相对于华北克拉通地壳元素丰度本次分析的稀贵元素CoRhIrRu2个金矿床均发生了不同程度的富集Pt在大尹格庄金矿床略有富集CrPdOs未见富集4)

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图4 胶东典型金矿床精金矿中关键金属元素富集系数

其中Co在夏甸金矿床中的富集系数为10.2,225X10-6的品位大于100X10-6的综合利用品位5),具有超常富集的可能。
铂族元素PGE)RhIrRu在华北克拉通地壳丰度分别为0.05x10-90.28X10-90.05X10-9相对于华北克拉通的地壳丰度,RhIrRu在夏甸金矿床的富集系数分别为17.2,3.8256.6在大尹格庄金矿床精矿的富集系数分别为12.42.6849.4,均有一定程度富集。但PGE伴生利用品位为0.03X10-6,2个矿床内均未达到该标准且尚未发现载体矿物发生超常富集的可能性相对较低。
2.1.2 稀散元素
相对于华北克拉通地壳元素丰度本次分析的稀散元素CdTeSe2个金矿床均发生了不同程度的富集4)
其中Te在夏甸和大尹格庄金矿床精矿中的富集系数分别为3550(>1250的浓度系数418.75,28.4x10-63.35x10-6的品位也大于或接近10x10-6的综合利用品位5)Te是胶东已发现独立矿物种类最多和产出金矿床分布最广的关键元素是未来潜在的重要关键金属资源具备超常富集的特征和良好的利用前景。
Cd在夏甸和大尹格庄金矿床精矿中的富集系数分别为83.381155,均远大于10的浓度系数,6.67x10-692.4x10-6的品位接近或远大于10x10-6的综合利用品位5)具有超常富集的背景和良好的利用前景

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胶东典型金矿床精金矿中关键金属元素浓度系数

精金矿浓度系数为各金矿床精金矿中关键元素含量值/伴生有用组分综合评价品位,≥1表示达到伴生组分综合评价品位

Se在夏甸和大尹格庄矿床的富集系数分别为37.6319.27且已发现有相关载体矿物具有一定综合利用前景。
2.1.3 稀有元素
相对于华北克拉通地壳元素丰度本次分析的稀有元素WIn2个金矿床均发生了不同程度的富集,TaSnRbTl在大尹格庄金矿床略有富集NbGe未见富集4)
其中WIn在夏甸和大尹格庄金矿床的富集系数分别为27.65.512117且已发现有相关载体矿物具有一定综合利用前景。
TaSnRbTl在两个金矿床的富集系数与华北克拉通地壳相近,均未达到可利用的品位,伴生资源利用可能性低。
2.1.4 稀土元素
本次分析的稀土元素LaCe的富集系数均未见富集4)回收利用的可能性低。
2.2 可利用关键金属矿产储量

由上可见精矿中稀散元素TeCd及稀贵元素Co超常富集达到伴生组分综合评价品位5)。为此根据金矿床最近的储量核实报告及深部和外围探矿成果、伴生有用组分综合评价规范和金矿选矿报告相关参数可分别估算精金矿、金矿石和尾矿砂中高于伴生组分综合评价品位的关键金属矿产储量

其中尾矿砂中各元素的品位低于利用边界品位而精金矿方便回收加工利用故分别计算金矿床内金矿石和精金矿中关键金属资源量。其计算公式为:
金矿石中某关键金属矿产储量=矿石量X矿石回收率(%)X精金矿质量百分比(%)X精金矿中该关键金属元素含量(10-6)+尾矿砂质量百分比(%)X尾矿砂中该关键金属元素含量(10-6   (1)
精金矿中某关键金属矿产储量=矿石量X矿石回收率(%)X精金矿质量百分比(%)X该关键金属元素含量(10-6   (2)
根据金矿床最近的储量核实报告及深部和外围探矿成果夏甸金矿床矿石量5886万吨、大尹格庄金矿床矿石量6548万吨参考选矿报告矿石回收率=96.2%、矿石选矿后精金矿质量百分比=3.55%、尾矿砂质量百分比=96.45%

据此估算的夏甸金矿床内Te储量为69精金矿中52Co储量为604精金矿中413大尹格庄金矿床内Cd储量为224精金矿中206吨)。

3  胶东金矿床中可利用关键金属资源潜力评价

为进一步探讨胶东金矿床中可利用关键金属的资源潜力我们整理了已发表的金矿床中矿石CoCd元素组成测试黄铁矿原位和或单矿物的TeCo含量分析3)以及1:20万全国化探扫面计划39种元素含量中的CoCd数据开展了综合约束评价

3  胶东典型金矿床中黄铁矿单矿物和原位微量元素(X10-6)的对比

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3.1 Co

3.1.1 超常富集特征

黄铁矿单矿物或原位分析结果表明3、图6)相对于稀贵元素Co超常富集达到伴生组分综合评价品位的夏甸金矿床Co含量中位数为44.25X10-6),乳山金矿床的Co明显富集(239.25x10-6大尹格庄(66.9x10-6)、焦家(23.2X10-6)、新城16.74X10-6)、台上59.3x10-6和玲珑金矿床(20.42X10-6上四分位值为176X10-6与之相当而三山岛(0.2X10-6和金翅岭金矿床(0.56X10-6则明显偏低。

进一步对焦家、新城、乳山、夏甸和大尹格庄等典型金矿床中黄铁矿单矿物和原位微量元素的对比分析发现同一金矿床的黄铁矿单矿物中Co含量与原位分析结果基本一致6),表明Co不存在独立矿物

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6 胶东典型金矿床中黄铁矿原位和单矿物的Co含量对比

值得指出的是矿石元素测试结果表明相对于Co超常富集达到伴生组分综合评价品位的夏甸金矿床寺庄、新城和仓上金矿床的上四分位值均超过华北克拉通地壳元素丰度的4显示强烈富集特征尤其是新城和寺庄金矿床的最大富集系数均高于4.5的浓度系数7),具备近期被综合利用的资源条件

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7 胶东典型金矿床中稀贵元素Co含量箱线图

*代表极端异常值;O代表温和异常值

3.1.2 区域资源潜力
由上可知夏甸金矿床Co储量604平均富集系数为15.4)借鉴其储量估算公式和相关参数根据Co强烈富集金矿床的平均富集系数可初步估算其资源量如下新城2329(中型规模)(59.4)玲珑1035(26.4)寺庄1553(39.6)
同时区域化探扫面结果显示胶东金矿集区最大的Co高值异常发育在招平断裂带南段到栖霞断裂带中段、呈北东向展布面积约67km28)。其内异常点位有37Co平均含量17.97X10-6异常最高值23.85出现在邢格庄村附近高于胶东13.27X10-6的平均值79.724)。该异常区内产出众多金矿床其中招远夏甸金矿床附近Co含量17.76X10-6略高于大尹格庄金矿床的11.87X10-6栖霞马家窑金矿床附近Co含量23.133X10-6略高于初格庄金矿床的16.592X10-6初步假设区域上金属资源量与面金属量(2元素异常值X元素异常面积),该异常区的面金属量(AD)670.13(10-6Xkm2前文估算夏甸金矿床内Co储量604异常区的面金属量AD)17.76(10-6Xkm2),初步估算该异常区内Co资源量为22790

胶东金矿集区关键金属元素与矿物的区域分布特征

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此外在莱州市辛庄村附近有高值为22.727X10-6Co异常点位4烟台市高陵镇附近有高值15.471X10-6Co异常点位28)均显示良好的成矿条件。

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8 胶东金矿集区Co的空间分布与超常富集潜力

3.2 Te

相对于夏甸金矿床稀散元素Te超常富集达到伴生组分综合评价品位已发现有独立碲矿物的乳山、新城和焦家金矿床的Te含量分别为199.25X10-616.45X10-628.2X10-6均显著高于夏甸金矿床的8.99X10-6大尹格庄金矿床中Te含量为7.69X10-6与夏甸金矿床相近。
值得指出的是望儿山、河东、台上、埠南和英格庄等金矿床虽尚未见Te富集程度的相关报导但已发现含Te独立矿物1、表1)具备作为未来潜在接替资源的前提条件。
由上可知夏甸金矿床Te储量69平均富集系数为8.99)借鉴其储量估算公式和相关参数根据Te强烈富集金矿床的平均富集系数可初步估算其资源量如下焦家216(中型规模)(28.2)新城126(中型规模)(16.45)乳山1529(大型规模)(199.25)
在同一矿床内黄铁矿单矿物Te含量明显高于原位分析结果9)表明Te主要以独立矿物与黄铁矿共生。

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胶东典型金矿床中黄铁矿原位和单矿物的Te含量对比

3.3 Cd
矿石元素测试结果表明相对于稀散元素Cd超常富集达到伴生组分综合评价品位的大尹格庄金矿床仓上、新立、三山岛、寺庄、新城、大尹格庄金矿床Cd元素含量的上四分值均超过华北克拉通地壳丰度80x10-94且其最大富集系数均高于625的浓度系数10)显示强烈富集特征,具备近期被综合利用的资源条件。

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10 胶东典型金矿床中稀散元素Cd含量箱线图

*代表极端异常值;O代表温和异常值

由上可知大尹格庄金矿床Cd资源量224(中型规模)平均富集系数为72)借鉴其储量估算公式和相关参数根据Cd强烈富集的平均富集系数可初步估算各金矿床资源量平均富集系数如下仓上47.6(15.3)新立78(25.1)三山岛63.7(20.5)寺庄69(22.2)新城3564(大型规模)(1145.6)
同时区域化探扫面结果显示胶东金矿集区Cd异常主要呈北东向条带状沿招平、栖霞、五连-烟台断裂带分布。其中最大Cd高值异常区发育在栖霞断裂带面积约34km2其内异常点位有19Cd平均含量123.88x10-6其面金属量AD)4211.92(10-9xkm2),初步估算Cd资源量约7120。此外招平断裂带北段存在4Cd异常点位最高值80.76x10-6在水旺庄金矿床附近略高于大尹格庄金矿床附近的73.92x10-6初步估算Cd资源量约696吨。
综上可见胶东金矿集区中TeCoCd强烈富集成矿条件有利其高值异常或超常富集金矿床的空间分布广、资源潜力大5)

初步估算的胶东典型金矿床和异常区的TeCoCd资源/储量规模和级别分类

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:资源储量规模据《矿产资源储量规模划分标准》(2000424日国土资源部国土资发[2001]133号),其中Te(吨):≥500为大型,100-500为中型,<100为小型;Cd(吨):≥3000为大型,500-3000为中型,<500为小型;Co(金属万吨)≥2为大型,0.2~2为中型,<0.2为小型

4  结论

依据精金矿与尾矿砂中关键元素含量分析结果分别估算了大尹格庄和夏甸两个超大型金矿床可利用的关键金属矿产储量其中夏甸金矿床内Te储量为69精金矿中52)、Co储量为604精金矿中413),大尹格庄金矿床内Cd储量为224精金矿中206可直接回收利用
根据矿石中关键金属元素组成及金矿石中黄铁矿原位和/或单矿物元素含量分析结果,粗略估算新城、玲珑和寺庄金矿床有约2329吨、1035吨和1553Co资源量乳山、新城和焦家金矿床有约1529吨、126吨、216吨的Te资源量仓上、新立、三山岛、寺庄和新城金矿床有约47.6吨、78吨、63.7吨、69吨和3564Cd资源量具备近期被综合利用的资源条件
按照区域地球化学空间分布特征与面金属量粗略估算栖霞异常区有约22790Co资源量、栖霞和招平北段异常区分别有约7120吨和696Cd资源量可作为未来潜在的接替资源
初步研究已显示胶东具有形成大型-超大型CdTeCo矿床的资源条件但这些关键金属资源的空间分布极不均一、其超常富集机理与规律尚不清楚亟需深入研究。
致谢 论文的完成得益于邓军教授David Groves教授、Richard Goldfarb教授的指导以及与张静教授、王庆飞教授、龚庆杰教授、和文言副教授、李楠副研究员等的探讨野外工作得到山东省地质矿产勘查开发局、山东省地质科学研究院、山东黄金集团有限公司和山东招金股份有限公司及各金矿山等工作人员的大力支持和帮助研究生刘向东、杨伟、叶广利、谢东、张宏睿等参与了部分工作。文中参考了大量国内外科研团队的研究成果,但限于篇幅,难免漏引。主编和二位评审人对文章给予了详细修改与指导意见。一并谨此致谢。
原文来源:岩石学报. 1000-0569/2022/038(01)-0009-22

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