澳大利亚地质综述（11）
胡经国
十二、金刚石资源
㈠、神奇的金刚石
有关资料指出，1796年，化学家斯密司松·泰纳（SmithsonTennant）发现金刚石是由碳元素所构成的。但是，直到20世纪的50年代，科学家们才试图通过人工手段合成金刚石。科学家们发现，在华氏2550度和55000个大气压的环境中，石墨能转化为金刚石。然而，用这种方式所形成的金刚石颗粒极小，纯度也不高，因此一般只能用于钻具、刀具等工业用途中，而无法达到宝石级金刚石（钻石）的标准。不过，在过去的近10年中，罗伯特·林纳（RobeaLinares）等科学家发现，通过一种化学途径，可使得金刚石自己“生长”，其纯度甚至不亚于自然形成的天然金刚石。这种化学方法被称为“化学蒸气沉积法”（CVD），即是将金刚石“种子”放在一个温度超过1800℃高温真空容器中，缓慢注入碳蒸汽，金刚石“种子”便会在碳蒸汽的“培养”下，从顶部向下缓慢结晶生长。
1958年，罗伯特·林纳就已经进入到晶体合成领域的最前沿。随后，他开始了对人造钻石更为深入的研究。直到1996年，他在波士顿家中的车库里连续工作了10年，终于掌握了蒸汽调整比例和温度控制的精确数据，成功地培养出了大颗粒宝石级金刚石晶体。
在自然界，金刚石的形成也是一个神奇的过程。大约在10亿年前，地下100英里的深部是一个庞大的“熔炉”，巨大的热能和超乎寻常的压力将碳元素“铸造”成了如今的金刚石矿床。地下的岩浆活动和火山喷发使得极少量的金刚石被带到了地表。每个火山都会具有一个管状岩筒，人们称之为“金伯利岩”。其表面可能镶嵌有细粒的金刚石、石榴石和其它宝石。人类目前所知的最近一次金伯利岩侵入到地表，大约发生在47百万年前。
从寒冷的北极圈到酷热的澳大利亚，世界上几乎任何地区都有产出金刚石的可能性。大部分金刚石矿床都适宜露天开采。
㈡、澳大利亚金刚石资源概述
金刚石由炭原子所构成，是自然界中已知的最为坚硬的物质，同时也是迄今为止最佳的热传导体。金刚石通常是在地下150～200公里深处的高温高压（1050～1200℃，45～55千帕斯卡）环境中形成的；伴随着金伯利岩和钾镁煌斑岩的侵入，金刚石会被带到地壳浅部甚至可能会出露于地表。这些侵入体会形成不规则筒状岩体，人们称之为“岩管”；然后在这些筒状岩体中，只有极小的一部分可能含有金刚石。当这些含金刚石的筒状岩体被侵蚀后，金刚石会从母岩中离解出来，形成冲积型金刚石砂矿床。
澳大利亚是世界第三大金刚石资源国，世界第二大工业级金刚石生产国。目前在世界上生产金刚石最多的几个国家中，澳大利亚名列第四位，前三位分别是俄罗斯、博茨瓦纳和刚果。2006年，澳大利亚金刚石产量为2930万克拉，略低于2005年的3007万克拉的产量。2009年，澳大利亚金刚石采矿业工业总产值为4.17亿澳元，实现出口72160万澳元，金刚石产品进口值为41850万澳元。
西澳大利亚的阿盖尔Agyle矿山是全世界最大的金刚石生产基地，其2006年的产量为2901万克拉。澳大利亚的金刚石几乎全部产出于此。所产出的主要是工业用金刚石，平均价仅15～16美元/克拉。然而，与2005年相比，由于露采规模的限制，因而该矿山的产量约有5％的缩减。同时，由于露采面积的不断缩小和地下开采比例的不断增加，因而预计5年后，该矿的年产量将会缩减到历史上最高年产量（3400万克拉）的60％左右。为扭转这一局势，力拓公司计划投入12亿澳元扩展地下采矿工程。
㈢、澳大利亚金刚石资源储量
截至2008年底，澳大利亚探明宝石级金刚石储量为9190万克拉；工业级金刚石储量为9570万克拉，工业级金刚石储量占世界工业级金刚石总储量的16.3%。近10年，澳大利亚探明金刚石储量变化情况见下表（单位：万克拉；资料来源：网络）。
年度 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 宝石级 8240 9260 7920 6730 7220 5340 12420 10990 9730 9190 工业级 8550 9610 8240 7010 7510 5560 12920 11430 10130 9570 ㈣、澳大利亚金刚石产量
自20世纪90年代以来，澳大利亚一直是世界上最重要的金刚石生产国，每年金刚石产量多保持在3500万克拉以上。进入21世纪以来，澳大利亚金刚石产量有起有伏，变化较大，但是多保持在2000万克拉以上的水平。
2008-2009年度，受世界经济危机影响，澳大利亚金刚石产量明显下滑,为1543万克拉，为10年的最低。
㈤、澳大利亚主要金刚石生产矿山
2009年，在澳大利亚从事金刚石矿开采的矿业公司主要有力拓和杰姆金刚石有限公司等。澳大利亚目前在采金刚石矿山主要有两座，即：阿盖尔（Argyle）和艾伦达尔（Ellendale）。以2008年为例，这两座矿山的金刚石矿产能见下表（资料来源：网络）。
矿山 位置 产能（万克拉/年） 阿盖尔 西澳 3000 艾伦达尔 西澳 60 澳大利亚自身仅仅消费有限数量的金刚石，其所生产的金刚石主要用于出口。近10年来，澳大利亚每年出口金刚石多保持在2400～3200万克拉之间，平均每年出口金刚石2480万克拉。每年进口金刚石多保持在200～400万克拉之间，平均每年进口金刚石266万克拉。其金刚石净出口量多保持在1500～3000万克拉之间，平均每年为2214万克拉。
2008-2009年度，受世界经济危机影响，澳大利亚金刚石出口量和进口量均发生了下滑，特别是进口量。近两年，澳大利亚金刚石净出口量快速下降。这既反映了澳大利亚国内金刚石的生产状况，也反映了国际市场金刚石的消费状况和特点。
㈥、澳大利亚金刚石产业国际竞争力
除了澳大利亚以外，世界上生产金刚石的国家还有俄罗斯、博茨瓦纳、民主刚果、南非、加拿大、安哥拉、纳米比亚、中国、加纳、巴西、塞拉利昂、几内亚、中非、科特迪瓦、坦桑尼亚等国。与这些国家相比，澳大利亚的金刚石产业具有以下几方面的比较优势：
1、资源优势
在工业级金刚石储量中，澳大利亚的储量位居世界第三位，仅位列民主刚果和博茨瓦纳之后。世界主要金刚石资源国工业级金刚石储量见下表（资料来源：网络）。
国家（地区） 工业级金刚石储量（万克拉） 澳大利亚 9500 博茨瓦纳 13000 中国 1000 民主刚果 15000 俄罗斯 4000 南非 7000 其他 8500 世界 58000 2、品质优势
澳大利亚阿盖尔矿山所产金刚石的品质属于上乘。其粉红色宝石级金刚石在世界上享有盛誉。
3、产能优势
20世纪90年代，澳大利亚工业级金刚石产量始终居于世界第一位。进入21世纪，从2003年起，民主刚果工业级金刚石产量后来居上，超越澳大利亚居世界第一位，澳大利亚工业级金刚石产量退居第二位并且保持至今。2008年世界主要工业级金刚石生产国金刚石产量见下表（资料来源：网络）。
国家（地区） 工业级金刚石产量（万克拉） 澳大利亚 1500 博茨瓦纳 800 中国 100 民主刚果 2200 俄罗斯 1500 南非 800 其他 300 世界 7200
4、产业集中度优势
澳大利亚金刚石的83%都是由阿盖尔矿山生产的，产业集中度高。阿盖尔矿山是世界上最大规模的金刚石矿山之一，占地45公顷。
5、技术优势
阿盖尔金刚石矿山1985年投产，是世界上采矿技术最先进的矿山之一。阿盖尔金刚石矿山露天开采，机械化运作，管理先进。从1994年起，直到21世纪，其产量每年都在30百万克拉以上，是世界上最大的金刚石矿山之一。
㈦、澳大利亚金刚石工业面临的挑战
澳大利亚金刚石工业是具有国际竞争力的产业。但是，其未来发展也面临一定的挑战。一是金刚石后备资源不足。近年来金刚石勘探虽然有成果，但是没有令人满意的发现。二是经过多年的大规模生产，阿盖尔金刚石矿山的储量已显不足，仅够开采不到8年。三是近年来澳大利亚金刚石私人勘查投资不断减少，投资信心下降。
此外，其它影响澳大利亚金刚石产业发展的因素还有：美元对澳元的交换率、世界GDP增长率、国际市场金刚石价格等。
十三、稀土矿资源
㈠、概述
稀土金属在能源、化工、冶金、机械、轻工、环保、农业、电子信息、国防军工等多个领域中的应用十分广泛。近年来，新兴工业对稀土的依赖程度正在逐步提高。其战略地位日益凸现，必将掀起全球稀土勘探开发利用的热潮。
全球的稀土需求量正在逐年增加。自2010年以来，全球稀土年产量已低于年需求量。2012年，世界稀土年产量已达到18×104吨。到2014年，预计世界稀土年产量将达到20×104吨。每年需求缺口至少为4×104吨。近年来，随着世界稀土资源的不断开采和消耗，稀土矿床的开发对稀土行业的供给将越来越重要。
澳大利亚已探明稀土储量位居世界第四位。截至2010年，澳大利亚稀土金属资源量为1.65Mt（以稀土氧化物REO计），占世界稀土金属资源总量的1.45%。1913年，西澳的Cooglegong地区首次对伟晶岩脉中的富Y（钇）矿物（铍钇矿）进行了小规模开采。随后，又陆续在西澳、新南威尔士州和昆士兰州的海滨砂矿中获得了含REE（RareEarthElement，稀土元素）的重矿物独居石和磷钇矿。1952-1995年，澳大利亚出口独居石约26.5×104吨，出口总值约为2.8亿美元。
澳大利亚稀土矿资源丰富，类型多样。前人通过对澳大利亚170余处稀土矿床地质特征进行总结，将澳大利亚的稀土矿床划分为4个主要类型和13个亚类。其中，主要类型为：与岩浆活动有关的稀土矿床、与沉积盆地有关的稀土矿床、与近代河流和滨海砂矿有关的稀土矿床和与表生风化作用有关的稀土矿床。并且，对每个亚类矿床的分布特征、成矿时代和地质特征进行了总结。在此基础上，根据澳大利亚稀土矿床的地质背景、成矿特征等因素，初步划分出了9个主要的稀土矿床矿集区；进而从商业价值和资源潜力角度分别对各个矿集区的找矿潜力进行了分析。综合认为，H和E这两个矿集区是下一步进行矿业投资的良好对象。
㈡、稀土矿床探采现状
澳大利亚稀土矿床探采状态及分布见下表。目前，澳大利亚总共有12个含稀土元素的矿床处于运行状态。其中，韦德尔山和奥林匹克坝矿床均为原生矿床；其余10个矿床均属于重矿物砂矿床。韦德尔山矿床是唯一在生产的稀土矿床。
㈢、区域成矿地质背景
名称 地区 资源量（吨） 状态 韦尔德山 西澳 REO1454400 开采 Cooljarloo 西澳 REE10000-100000 开采 Dardanup(Doral) 西澳 REE1000-10000 开采 Douglas(IlukaMurrayBasin) 维多利亚 REE100000-1000000 开采 Kulwin 维多利亚 REE1000-10000 开采 Ginkgo 新南威尔士 REE10000-100000 开采 GwindinupNoeth 西澳 REE1000-10000 开采 JacinthAmbrosia 南澳 REE10000-100000 开采 NorthStradbrokeIsland 昆士兰 REE10000-100000 开采 奥林匹克坝 南澳 REO53000000 开采 PortGregory 西澳 REE10000-100000 开采 Tiwi 北领地 REE＜1000 开采 NynganGilgai 新南威尔士 REO3100 勘探 DubboZirconia 新南威尔士 REO651500 勘探 Narraburra 新南威尔士 REO24000 勘探 Hastings 西澳 REO76000 勘探 DuncanDeposit 西澳 REO425000 勘探 CumminsRange 西澳 REO85300 勘探 NolansBore 北领地 REO1168500 勘探 CharleyCreek 北领地 REO235100 勘探 Milo 昆士兰 REO78300 勘探 稀土元素成矿的整个过程是：在岩浆岩和热液流体中富集；在沉淀和矿物形成过程中进行分配；并且在之后的风化作用和表生作用下发生再分配与再次富集。
在澳大利亚，稀土元素的富集与在不同地质环境下所形成的岩浆岩、沉积岩和变质岩有关。在重矿物砂矿（如海滨、沙丘、近海、海峡等）、碳酸岩侵入体、碱性岩浆岩、铁氧化物角砾杂岩、矽卡岩、氟磷灰石脉、伟晶岩、磷灰石、河流相砂岩、不整合型铀矿和褐煤中，都记录了稀土元素的富集。
在澳大利亚最常见的稀土矿床与重矿物砂有关。始新世－全新世的海滩、高沙丘和滨外浅海矿床主要分布在西澳西南部的沿海地带，从新南威尔士州的戈斯福德延伸至昆士兰州的罗克汉普顿北边，大约有1300公里。其年龄相近的浅海潮矿床出现在Murray盆地内陆，在南澳、维多利亚州和新南威尔士州的交界处附近，主要的矿床沿着内陆的古海岸线分布；南澳和西澳的Eucla盆地和Murray盆地在靠近维多利亚州与新南威尔士州、南澳的交界处发育重要矿床。在海滩、高沙丘和远离浅海环境下的重矿物砂矿床一般形成于新生代，而河道重矿物砂矿床则可追溯到中生代。在重矿物砂矿中含有不同比例的独居石、磷钇矿、锆石和含钽氧化物。
在澳大利亚东部地区发现与显生宙超基性－基性岩有关的含钪红土和寒武纪含稀土元素的磷块岩。在澳大利亚东部的中生代碱性火山岩省中，粗面岩及相关的碱性杂岩体是低品位多金属矿床发育的主要区域。
在西澳含岩株和岩墙的碳酸岩杂岩中发育有稀土矿床，如伊尔岗地块（韦尔德山矿床）、Capricorn地块（Yangibana矿床）、HallsCreek地块（CumminsRange矿床）。其中，韦尔德山矿床残余红土中的矿化发生在中生代晚期－新生代早期。
北领地Arunta地区诺兰矿床矿化的原生代（资料原文如此）氟磷灰石脉被认为来源于碳酸盐或碱性岩浆。
稀土的容矿岩石的年龄范围变化很大。从西澳地区的大约2890Ma（太古宙）伟晶岩中的稀土矿，到整个澳大利亚东部地区的新生代晚期残余红土矿床和重矿物砂矿，各个时代均有分布。元古宙稀土矿床资源量占比最大，占所有成矿时代总资源量的89.7%；古生代占0.1%；中生代占1.1%；中生代－新生代占3.1%；新生代占6.0%。整个澳大利亚大陆广泛分布原生稀土矿床，元古宙和显生宙尤为显著。澳大利亚最古老的稀土矿床赋存于PilbaraCraton东部太古宙的伟晶岩中（西澳的PingaCreek和Cooglegong）。伟晶岩发育时期可分为2个阶段：早期阶段介于2880～2890Ma之间；晚期阶段介于2830～2840Ma之间。
㈣、矿床类型及其地质特征
1、稀土矿床分类
稀土矿床有多种分类方法。例如：
Neary等把世界上所有稀土矿床简单分为以下5类，即：碱性岩和碳酸岩、岩脉、砂矿、磷灰石和其它矿床。
Wu等根据岩石类型将稀土矿床分为以下10个亚群，即：碳酸岩、石英正长岩、碱性花岗岩、碱性杂岩、碱性伟晶岩、变质岩、磷、铝土矿、红土风化壳和砂矿。
Cassidy等基于矿床中稀土元素成分的富集程度对世界稀土矿床进行分类。
美国地质调查局Long等将稀土矿床分为碱性火成岩、碳酸岩、铁氧化物铜金矿、伟晶岩、斑岩型铜矿、变质岩、残留层状磷块岩、古砂矿－砂矿9个类型；在细分为次一级的34个亚类。
英国地质调查局Walter等将稀土矿床分为以下2类：①、与岩浆和热液有关的原生矿床（碳酸岩、碱性火山岩、铁稀土和与碱性火山岩无关的热液）；②、通过沉积和风化富集的次生矿床（海洋砂矿、冲积砂矿、古砂矿和含有红土的离子吸附粘土）。
2、澳大利亚稀土矿床分类
为了从地质过程的角度解释特殊矿床类型的形成，并且对成矿类型及潜力区进行识别和预测，Dean等综合各方面的成矿标准和与之相关联的地质事件，将澳大利亚的稀土矿床分为岩浆相关、盆地相关、表生型和变质相关4种主要的成矿类型和13种亚类。
参照Dean等的分类方法，对澳大利亚的稀土矿床从成因类型和地质特征方面进行划分，主要分为以下4种成矿类型：
①、与岩浆活动有关——（过）碱性岩、碳酸岩、伟晶岩、矽卡岩、磷灰石/萤石脉、铁氧化物角砾杂岩中的稀土矿床；
②、与沉积盆地有关——磷块岩、褐煤、不整合相关型稀土矿床；
③、与近代河流和海滨砂矿有关——海滩、高沙丘、浅海潮汐和潮汐环境中的重矿物砂型稀土矿床；
④、与表生风化作用有关——与碳酸岩、超基性－基性岩有关稀土矿床。
3、澳大利亚稀土矿床地质特征
在划分矿床类型的基础上，从成矿地质特征、矿床类型、规模、时空分布等方面归纳总结了澳大利亚各种类型稀土矿床地质特征（见下表：澳大利亚稀土矿床成因类型及地质特征；本文略）。
⑴、矿床规模及资源量占比
资料显示，澳大利亚稀土矿床规模不等，从稀土矿点到超大型矿床都有出现。例如，西澳的韦尔德山和南澳的奥林匹克坝稀土矿床，其规模都在100104吨以上，是世界级超大型稀土矿床。另外，澳大利亚不同类型稀土矿床的资源量占比也并不均衡。其中，铁氧化物角砾杂岩型稀土矿床（IOCG）资源量占全澳总资源量的比重最大，为87.4%；与碱性岩相关的稀土矿床占1.1%；与碳酸岩相关的稀土矿床占3.1%；重矿物砂型稀土矿床占6.0%；磷灰石/萤石脉型稀土矿床1.4%；其它类型稀土矿床仅占0.9%。
⑵、与岩浆活动有关稀土矿床
与岩浆活动有关稀土矿床的成矿时代从太古宙到中生代均有分布。现今发现的时代最老的稀土矿床是岩浆成因的稀土矿床。
铁氧化物角砾杂岩型稀土矿床（IOCG）资源量占全澳总资源量的87.4%，主要来自奥林匹克坝矿床及东部Curnamona省MountPainter-Olary地区的一些元古宙矿床。
磷灰石/萤石脉型和与碱性岩有关的稀土矿床，其资源量分别占全澳总资源量的1.4%和1.1%。
⑶、重矿物砂型稀土矿床
资料显示，在澳大利亚西南沿海，新南威尔士州北部沿海，昆士兰州南部沿海，Murray盆地中心的内陆古海岸线（维多利亚州、新南威尔士州、南澳的交界处附近），南澳和西澳的尤克拉盆地，分布有数量众多的重矿物砂型稀土矿床。但是，矿床数量虽多，气资源量仅占全澳总资源量的6%。其中，东海岸的一系列矿床的重矿物来源于中生代和新生代沉积岩，其成矿时代主要是更新世晚期至全新世。
⑷、与表生风化作用有关稀土矿床
在与表生风化作用有关的稀土矿床中，Yilgarn地块中与碳酸岩有关的残余红土形成了澳大利亚超大型韦尔德山矿床。其资源量占全澳总资源量的3.1%。Greenvale区及EasterLachIan区分布有数个小型与超基性－基性岩有关的含钪红土型稀土矿床。
⑸、与沉积盆地有关的稀土矿床
与沉积盆地有关的稀土矿床，可以划分为磷块岩、褐煤、不整合相关型3种类型。其资源量不足全澳大利亚总资源量的1%。与磷块岩有关的稀土矿床集中在Georgina盆地，大约有20个已知的中寒武世早期的磷块岩矿床。在尤克拉盆地，与砂岩中的褐煤多金属铀矿床有关的稀土矿，其稀土仅赋存于矿化的褐煤中。Birrindudu盆地中的KilliHills铀－稀土远景区，属于不整合相关型。
㈤、稀土矿集区及找矿潜力
1、稀土矿集区
有关资料结合澳大利亚稀土矿床的地质背景、成矿特征等因素，初步划分出9个稀土矿集区，包括澳大利亚主要的稀土矿产地，以期能够体现澳大利亚主要稀土矿集区的基本特征。其中，A区、F区和G区主要为集中在沿海及内陆海岸线的重矿物砂矿床；B区以与碳酸岩有关的残余红土型矿床为主；C区的矿床类型主要为磷灰石－萤石脉型；D区为超大型奥林匹克坝矿床所在，为IOCG型矿床；E区主要分布与碱性岩有关的稀土矿床；H区成矿类型多样，岩浆成因和与沉积盆地有关的稀土矿床均有分布；I区主要为矽卡岩型稀土矿床。
在澳大利亚稀土矿床总资源量中，各个稀土矿集区资源量占比分别为：A区1.1%；B区3.1%；C区1.4%；D区87.3%；E区1.1%；F区4.6%；H区、I区、G区及其它区域1.4%。
2、找矿潜力
从商业价值角度来分析，与碳酸岩和碱性岩浆岩有关的岩浆矿床和风化矿床，如韦尔德山矿床，其规模较大，为大型－超大型，很容易开采，也不需要大量的压碎和碾磨，具有极高的开采价值（H区、E区）；重矿物砂矿床以数量繁多、较易开采为特点（A区、F区和G区）；大规模的铁氧化物角砾杂岩是稀土副产品的一个主要来源，或可成为开采重点（D区）。
从资源潜力角度分析，潜力最好的地区为B区，其矿床类型为与碳酸岩有关的残余红土型矿床；其次是H区和E区，其矿床类型较多，两种主要类型分别为前寒武纪地体的碱性岩浆岩中分布的高品位、大吨位多金属稀土矿和与火成碳酸岩有关的稀土矿；A区、F区和G区的重矿物砂矿床也有较大的开采潜力。
㈥、研究结论
有关资料最后提出以下研究结论：
1、类型多样、各区均布、资源量不均衡
澳大利亚稀土矿床具有“类型多样、各区均布”的特征；但是不同类型矿床所占有的资源量并不均衡。与岩浆有关的6种稀土矿床资源量占全澳总资源量的89.9%；重矿物砂型稀土矿床资源量占全澳总资源量的6%；与表生作用有关的稀土矿床资源量占全澳总资源量的3.1%；与沉积盆地有关的稀土矿床可分为磷块岩、褐煤和不整合相关型3种类型，其资源量不足全澳总资源量的1%。
2、容矿岩石年龄范围变化较大
澳大利亚稀土矿床容矿岩石年龄范围变化较大，各个时代具有分布。从矿床资源量角度分析，元古宙时期形成的稀土矿床资源量占比最大。
3、矿集区及其找矿潜力
2021年6月13日编写于重庆
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