包括和成员国在内的 100 多个已承诺到 2050 年实现净零碳排放。世界将需要大量金属，尤其是铜。
最近，国际能源署对铜作为可再生能源技术中使用最广泛的金属的全球供应敲响了警钟。随着高盛预测到 2030 年铜需求将增长 600%，而全球供应变得越来越紧张，很明显我们需要快速找到新的大型铜矿床。
除非我们发现重要的新铜矿床，否则不可能获得这么多铜。但在过去十年中，铜的勘探很少，因为价格相对较低。
我们一直在开发软件以在四个维度上模拟地球，以深入了解地球内部并回到过去，以发现沿古老山脉形成的铜矿床。这个软件叫做GPlates，是一个强大的地质学家四维信息系统。
大型铜矿是如何形成的
世界上许多最丰富的铜矿床都形成于安第斯山脉和落基山脉等火山山脉。在这些地区，大洋构造板块和发生碰撞，大洋板块在称为俯冲的过程中下沉到边缘。
这个过程会在边缘形成各种火成岩和铜矿床，在地壳深处 1 到 5 公里处，含有铜(和其他元素)的热岩浆流体在断层网络中循环。经过数百万年的板块运动和侵蚀，这些宝藏靠近地表——准备被发现。
地质学家通常使用一套完善的工具来寻找铜。这些包括地质测绘、地球化学取样、地球物理调查和遥感。然而，这种方法并没有考虑到岩浆流体在时空上的起源是铜形成的驱动因素。
我们知道这些岩浆流体来自“地幔楔”，这是两个板块之间的楔形地幔，由从下降板块逸出的海洋流体供给。大洋板块在向下的过程中升温，释放出的流体上升到上覆的地壳中，进而推动地表的火山活动和铜等金属的积累。
俯冲发生方式的差异和大洋板块的特征可能是更好地了解铜矿床形成地点和时间的秘密。然而，这些信息传统上不用于铜矿勘探。
构建虚拟地球
在EarthByte研究小组，我们正在构建一个由我们的GPlates板块构造软件驱动的虚拟地球，它让我们可以深入地表以下并及时回到过去。它的众多应用之一是了解沿山带形成的铜矿床。
铜矿床倾向于沿着火山链在俯冲带上方形成。此示意图未按比例绘制。图片来源：Shutterstock
在最近的一篇论文中，我们概述了它的工作原理。我们关注过去的 8000 万年，因为大部分已知的沿山带经济铜矿床都是在这一时期形成的。这个时期对于我们的模型也是最准确的。
我们使用机器学习来寻找沿山带的已知铜矿床与相关俯冲带演化之间的联系。我们的模型着眼于几个不同的俯冲带参数，并确定每个参数在与已知矿床的关联方面的重要性。
那么什么是重要的呢?板块相互移动的速度有多快，俯冲地壳和深海沉积物中含有多少碳酸钙，俯冲板块的年龄和厚度，以及距俯冲带最近边缘的距离。
使用我们的机器学习方法，我们可以观察世界的不同地区，看看他们是否会在不同时间经历有利于形成铜矿床的条件。我们在确定了几个候选地区，包括阿拉斯加中部、内华达州南部、加利福尼亚州南部和亚利桑那州，以及墨西哥、智利、秘鲁和厄瓜多尔的许多地区。
了解铜矿床的形成时间很重要，因为这有助于勘探者将精力集中在特定年龄的岩石上。此外，它还揭示了给定的沉积物可能不得不靠近地表的时间。
澳大利亚也有类似的矿床，包括新南威尔士州的卡迪亚铜金矿区。然而，这些岩石的年龄要大得多(大约有 4.6 亿到 4.3 亿年的历史)，并且需要使用虚拟地球模型来比应用于美洲的模型更早地回溯。
矿产勘探的未来
到 2030 年找到1000 万吨铜——相当于我们今天开采的 8 个最大的铜矿床——是一项巨大的挑战。
在AuScope和合作研究基础设施战略(NCRIS)十多年来的支持下，我们能够想象应对这一挑战。通过对澳大利亚下视望远镜中的GPlates 进行增压，再加上人工智能和超级计算，我们可以迎头赶上。
这些新兴技术越来越多地被Lithodat和DeeperX等澳大利亚初创公司以及矿业公司与大学合作使用，以开发人工智能在关键矿物发现方面的巨大潜力。