地を突き抜けろ！地質学者はどのようにして「知恵の目」を使って鉱物を見つけるのでしょうか?

2024年6月21日、中国地質調査所天然資源物理地質データセンターの上級エンジニアである高建偉氏は、科学普及中国星空フォーラムの「科学で国家に奉仕する時が来た」テーマセッションで「地質学を学ぶことは山に住むことを意味するのか？」と題した講演を行った。 》。

以下は高建偉氏の演説からの抜粋です。

地質学には主に2つの仕事があります。 1 つ目は人類の生存と発展のニーズを満たすことであり、2 つ目は人類の未知の世界を探求することです。

まずは満足のいく人間開発についてお話ししましょう。実行する必要があることがいくつかあります。
最初で最も重要なことは、鉱物資源の発見について人々を導くことです。

2つ目は都市建設を指導することです。都市建設の前に、地盤の安定性、水文地質、地下空間などを含む都市地質調査を実施する必要があるからです。

3つ目の側面は、自然災害に抵抗することです。私たち人類は地震、火山、地滑り、土石流など多くの自然災害に直面することになるため、これらの地質災害の形成パターンを調査し、さらにこれらの自然災害を回避または抵抗する方法をすべての人に指導する必要があります。

4番目の側面は、人間の健康を守ることができる地質環境を研究することです。地質環境は2つの側面に分けられます。 1つは地質環境の汚染制御であり、もう1つは地質の健康問題です。場所によっては、地元の病気が発生することがありますが、これは多くの場合、地元の岩石や土壌に含まれる特定の元素の豊富さや不足に関係しています。例えば、ケシャン病は地元の土壌に含まれるセレンの量が極めて少ないために発生します。

鉱化の法則を使って鉱物を見つけるにはどうすればいいですか?

伝統的な地質学にはいくつかの研究分野があります。 1 つ目は、主に石を研究して地球の物質構成を研究することです。

地質学的な観点から見ると、石は鉱物、岩石、鉱石の 3 つの主要なカテゴリに分類できます。

鉱物を見たことがあるかもしれません。たとえば、普通の石英は、色があれば黒水晶やアメジスト、あるいはさらに美しい宝石になることがあります。岩石は主に花崗岩、石灰岩、ドロマイト、礫岩、砂岩などです。その中でも、鉱山と呼ばれる特殊な岩石があり、これは、ある程度の有用な元素が豊富に含まれて鉱石になったものです。鉱石がさらに濃縮されると、鉱床になります。鉱床が開発されると、人々はこれらの有用な元素を利用できるようになります。

地質学のいくつかの分野のうち、結晶学と鉱物学は主に鉱物を研究し、岩石学は主に岩石を研究し、鉱床と鉱物探査は主に鉱床を研究します。同時に、これらの分野は互いに分離されているのではなく、密接に結びついています。

たとえば、この写真は膠東北部の海域にある金鉱山での現場掘削の様子を示しています。素晴らしいですね。これは変質岩タイプの金鉱山です。

地球の深部には金を含む液体が数多く存在します。金を含む流体が浅い部分へ移動すると、温度が下がり、金を含む鉱物である黄鉄鉱が徐々に形成されます。これらの黄鉄鉱の中には金が隠されています。黄鉄鉱が十分に濃縮されれば、金鉱になります。

研究を通じて、興味深い現象を発見しました。これらの黄鉄鉱には、鉄と硫黄という主元素に加えて、微量元素も大量に含まれていたのです。温度が下がると、鉱床の頭部と浅い部分にはヒ素やアンチモンなどの低温微量元素が含まれるようになり、鉱体の尾部が高温になると、コバルトやニッケルなどの高温微量元素が完全に発達します。

そこで、私たちはこの鉱化法則を利用して、三山島北方海域の金鉱山の総合的な調査を実施しました。その結果、地下1,000メートル以上の深さにあるこれらの鉱床から採取された黄鉄鉱サンプルのうち、微量元素の70～80パーセントが低温微量元素であることがわかった。このことから、地下 1,000 メートル以上の深さに鉱物探査の余地が十分にあると考えられる十分な理由がわかります。また、地元の鉱山会社にも大きな自信を与えています。鉱物探査を指導することは、私たち地質学者がやらなければならない仕事であり、非常に意義のある仕事でもあります。

地球物理学を利用して鉱物を見つけるにはどうすればよいでしょうか?

伝統的な地質学の2番目の研究分野は、地球の内部構造と構造を研究することです。

地球の構造を理解するために、地球物理学と呼ばれる学問が生まれました。その後、岩石の発達の構造を理解するために、構造地質学が創設されました。

簡単に言えば、地球物理学とは、地球のさまざまな異常を含む内部構造を調査するために地球物理学的手法を使用することです。その主な方法としては、重力、磁気、電気、地震などがあります。

たとえば、地質学者は地震を利用して地球の構造を研究することができます。地質学者は、地球上で起こるいくつかの大地震の地震波速度を測定し、地球を地殻、マントル、核の 3 つの層に分けます。

その後、地質学者は、地球の内部は完全に硬いわけではなく、すべてが岩石でできているわけでもないが、上部マントルにアセノスフェアの層があり、それが私たちが食べる餃子スープに少し似ていると提唱しました。流動性はあるが完全に液体ではないアセノスフェアです。

同時に、地球物理学は鉱物を見つけるためにも使用できます。簡単な例を挙げると、地下数百メートルに鉄鉱山があった場合、そこに有用な鉱物は磁鉄鉱である可能性があります。磁鉄鉱は強力な磁性を持っているため、地球物理学者は磁力計を使用して地下深くの磁気異常を検出することができます。そして、この異常を発見することで、地下に大きな鉄鉱山があるかもしれないと推測することができます。

構造地質学を利用して鉱物を見つけるにはどうすればよいでしょうか?

地球には断層、褶曲、裂け目などさまざまな地殻変動があります。それらの組み合わせは何でしょうか?それらが形成される条件は何ですか?これらはすべて構造地質学が明らかにする必要がある問題です。

さらに、地球の構造を研究することは鉱物探査にとっても非常に有意義です。なぜ？多くの大規模および超大規模鉱床は構造によって制御されているからです。もうひとつの例を挙げましょう。それは、膠東地域での金鉱調査です。

この写真は、非常に長い歴史を持つ金鉱山、山東省招遠市の玲龍金鉱山です。ここには花崗岩が大量に存在し、花崗岩には多数の亀裂や断層が生じています。亀裂の中には金を含む石英脈が多数沈んでおり、石英脈の中には多量の金を含む黄鉄鉱が発達しています。

構造の研究を通じて、私たちはもう一つの非常に興味深い現象を発見しました。鉱体が形成される前、構造は力を受けるはずなので、これらの亀裂は圧縮応力を受けていたのです。圧縮応力の影響を受け始めると断層が形成され、それがしっかりと閉じられたため、その時点では鉱化は起こっていませんでした。鉱化期に引張力の影響を受け、断層が開き、地下に亀裂が生じた。その後、深海にあった金を含む高温の流体がこれらの亀裂に移動しました。これらの高温の流体が突然亀裂に入ると、圧力が低下し、減圧によって流体が沸騰します。沸騰後、濃縮されて鉱体を形成します。

したがって、構造を注意深く研究することは、鉱床についてのより深く徹底的な理解を得ることにも役立ちます。

企画・制作

著者: 高建偉、中国地質調査所天然資源物理地質データセンター主任エンジニア

編集者: ヤン・ヤン

校正：徐来林