矿山地质学

1. 矿山地质学 多媒体教学课件 山东科技大学 地质科学与工程学院 胡绍祥 编制

2. 第八章 矿床 §8-1 矿床概述 §8-2 内生矿床 §8-3 外生矿床 §8-4 变质矿床

3. §8-1 矿床概述 一、矿床、矿体、围岩和矿石 1.矿床 ----矿产在地壳中的集中产地。 • 矿床是地壳中地质作用形成的所含有用矿物资源的质和量在一定的经济技术条件下能被开采利用的地质体。 • 矿床的概念包括地质和经济技术的双重意义。

4. 2.矿体 ----矿体是达到工业要求的含矿地质体。 是矿床的基本组成单位，开采和利用的直接对象。 一个矿床可以由一个或数个矿体组成。 3.围岩 ----围岩是矿体周围暂无经济价值的岩石。 有的矿体与围岩的界线是很明显的；但有的呈渐变过渡，没有明显界线，需要通过技术手段加以圈定。 提供矿体中成矿物质来源的岩石叫母岩，它与矿床在空间上和成因上有着密切的联系。

5. 4.矿石 ----从矿体中开采出来的、从中可提取有用组分(元素、化合物或矿物)的天然矿物集合体。 5.矿石的品位 ----是指矿石中有用元素、组分或矿物的含量。 品位高的称为富矿石，品位低的称为贫矿石。 矿石的品位按其提供金属的质量分数来表示，或按其氧化物质量分数来表示。

6. 二、矿体的形状

7. 三 、矿体的产状 1.矿体的空间位置 由矿体的走向、倾向和倾角来确定的。 侧伏角是指矿体最大延伸方向(即矿体轴线)与 矿体走向之间的夹角。 倾伏角是指矿体最大延伸方向(即矿体轴线)与 其水平投影 之间的夹角。

8. 2.矿体与围岩的关系 指矿体的围岩是火成岩、变质岩还是沉积岩，矿体是平行于围岩的层理或片理产出的还是截穿它们产出的。 3.矿体与侵入岩的空间位置关系 是看矿体是产在岩体内部的，还是产在围岩与侵入岩的接触带中，或是产在距接触带有一定距离的围岩中。 4.矿体埋藏情况 指矿体是出露地表的或是隐藏地下的盲矿体，以及矿体的埋藏深度等。 5.矿体与地质构造的关系 指矿体产于地质构造中的部位，与褶皱和断裂在空间上的联系等。

9. 四 、矿床的成因分类

10. §8-2 内生矿床 一、岩浆矿床 1.岩浆矿床成矿过程 1）结晶分异作用 熔点高的金属矿物形成早期岩浆矿床；熔点低的金属矿物形成晚期岩浆矿床。 2）液态分异作用-熔离作用 岩浆在高温状态分裂成硫化物熔体和硅酸盐熔体，形成熔离矿体。 在熔离作用的初期，硫化物先呈小球珠状分离出来散布在硅酸盐熔体之中，球珠逐渐汇合形成条带状或囊状熔体，由于密度较大而下沉到岩浆槽底部，冷凝后形成主要由浸染状矿石组成的熔离矿床的底部矿体。

11. 2.岩浆矿床的特征 1）围岩 围岩均为岩浆岩，而且围岩即为母岩，表现出明显的专属性。 2）矿体形状和产状特点 • 产在侵入体底部的矿体多呈似层状、矿瘤或矿囊状，与围岩呈渐变接触关系。 • 产在岩体边缘或其他部位的矿体，多呈平行排列的条状或扁豆状，其延伸方向常与原生流动构造一致，矿体与围岩亦多呈过渡渐变关系。 • 产在岩浆岩内沿一定方向延伸的断裂带中的矿体，多呈脉状、透镜体状，大部分矿体与围岩接触明显，矿体周围常有绿泥石化等围岩蚀变现象。

12. 3）矿石特点 • 矿石的矿物组成与围岩相似，只是有用矿物含量较高，而无质的差异。但随着有用矿物含量的逐渐减少，矿体就逐渐过渡为围岩，其界线不甚明显。 • 矿石矿物多为密度大、熔点高的金属氧化物和自然元素及某些硫化物，常见的有铬铁矿、钛铁矿、磁铁矿、铜—镍硫化物类矿物以及铂族元素矿物等。它们的结晶时期基本上与围岩造岩矿物接近。 • 脉石矿物一般都是围岩中的造岩矿物，主要有橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、磷灰石、绿泥石等。

13. 3.对采掘的影响 • 1）围岩强度大、稳固性好，利于高速、高效采矿方法。 • 2）由大量的体积小而品位高的透镜状、条带状、巢状特别是不规则的矿体组合而成，其中包括矿化很低的贫矿部分。所以在开采中要注意贫富兼采，以降低损失和贫化。 • 3）在开采贯入成因的矿体，掘进沿脉坑道时，要预防冒顶或片帮事故；而掘进穿脉坑道则比较稳定。 • 4）在这类矿床、矿石的采、选、冶中，要尽量考虑综合开采和综合利用。

14. 二、伟晶岩矿床 1.伟晶岩矿床的形成过程 • 在岩浆侵位凝固之后，由于大部分硅酸盐组分已结晶出来，残余下来的岩浆中集中有大量挥发性组分及许多稀有金属等。 • 由于挥发性组分大量存在，使残浆的黏度大为降低，而流动性大大加强。在构造压力的影响下，残浆可以进入到冷凝的侵入体或其附近围岩的裂隙中去。 • 由于地壳深部外压大于内压，挥发分不能逸出，在其作用下，残浆中各种矿物成分缓慢冷却结晶成巨大晶体。同时，由于外侧先冷却，大量挥发分逐步向中部集中，所以愈接近中部晶体愈大，挥发分中稀有金属也沉淀愈多，这样就形成了伟晶岩矿床的带状构造，表现出明显的分异作用。

15. 2.伟晶岩矿床特征 1）产状和形状 • 伟晶岩多产于古老结晶片岩地区，常分布在巨大花岗岩质侵入体上部及其顶盖围岩中。矿体与围岩界线一般比较清晰，但也有呈渐变关系的。 • 伟晶岩矿床明显地受构造控制，常常沿大构造带成群出现，有时构成长达几十至几百公里的伟晶岩带。 • 矿体的形态和产状直接与裂隙有关，常呈脉状、透镜状等。在裂隙交叉处，也可出现囊状或筒状矿体。产状有急倾斜的，也有缓倾斜的。

16. 2）矿石的矿物成分和结构、构造 • 除石英、长石、云母外，还有由交代作用生成的气相、热液相矿物，如绿柱石、锡石、黑钨矿、辉钼矿及其他硫化物矿物、稀有元素矿物等。 • 伟晶结构是伟晶岩矿床最突出的特征，有的云母片直径可达1 m，水晶晶体可长1 m多。 • 一般情况下，自边缘向中心，粒度逐渐增大，而矿物成分也随之发生变化。

17. 3.对采矿的影响 • 1）伟晶岩矿体常产在花岗岩体顶部，故围岩与矿体一般是稳固的；若产在顶盖围岩中，围岩又是片岩，其稳固性一般较差。 • 2）矿体常呈脉状、透镜状，也有囊状、筒状；厚一般为几厘米到几米，长一般为几十米到几百米。所以多适于浅孔采矿法。 • 3）若为了采集完整的晶体，则需要采用特殊的崩矿方法。 • 4）矿体常成群成带产出，要注意采用合理的采矿顺序，尽力回采主矿体旁的小矿体。 • 5）这类矿床往往含有各种矿物原料和多种国防急需的稀有元素、放射性元素，要加强综合开采和利用。 • 6）围岩和矿石中因含SiO2较高，以及放射性元素的存在，开采中要加强通风防尘和其他防护措施。

18. §8-3 外生矿床 一、外生矿床的成矿过程 (一) 风化成矿作用 1.物理风化成矿作用 • 原岩或原矿石遭机械破坏后，其中的有用组分相对富集并具备易于选矿的有利因素，从而形成矿床。 • 一般物理风化进行得愈彻底，这种矿床的价值愈大。 2.化学风化成矿作用 • 在化学风化作用中， 原岩或原矿石中某些矿物成分分解为两部分物质：一部分成为可溶盐类随地表水流失或被淋滤到露头底部 ；另一部分难溶物质则残留在原地。这两部分物质中有用组分可分别富集形成矿床。

19. (二) 搬运和沉积成矿作用 1.机械沉积分异成矿作用 • 风化产物中的碎屑物质，在搬运过程中，粒度粗和密度大的岩屑和矿物将在河流上游、滨海沿岸或沉积层底部沉积下来；粒度细和密度小的矿物则往往沉积在河流下游、离海岸较远处或沉积层的上部。 • 沿河流流动方向，按粒度从大到小，密度从重到轻的沉积顺序，互相分开，作有规律地分布。 • 这种机械沉积分异作用进行得愈完全、彻底，则碎屑物质亦将分选得愈完全、彻底，对有用矿物的富集也愈有利。

20. 2.化学沉积分异作用 • 1）真溶液的蒸发作用 • 干旱地区的地表水体，由于水分大量蒸发而得不到及时补给，可使溶解度小的盐类先沉淀，溶解度大的盐类后沉淀，因而可分别富集成为不同盐类矿层。 • 2） 胶体化学成矿作用 • 胶体溶液中的分散质点，若由于某种原因使其所带电荷被中和时可凝聚而沉淀，发生某种成矿物质的富集。 • 另外，由于胶体具有较大的表面积，表面能量较高，因此也可通过吸附作用，把某些元素固定下来而富集成矿。

21. 3.生物—生物化学成矿作用 • 生物沉积成矿作用是由生物遗体的直接堆积而形成的矿床，如煤、石油及油页岩等的形成。 • 生物化学沉积成矿作用是生物的生命活动起了直接的浓集作用，同时伴有化学作用，如磷灰石、自然硫等沉积矿床，是生物作用与化学作用的共同结果。

22. 二、风化矿床的特征及其对采掘的影响 1.风化矿床的物质成分都是在外生条件下形成的比较稳定的元素和矿物，在金属矿产方面有铁、锰、铝、铜、镍、钴、金、铂、钨、锡、铀、钒及稀土元素等。由于主要是由氧、二氧化碳、水等与原岩或原矿石相互作用而成，所以矿石的矿物成分大多数是氧化物、含水氧化物、碳酸盐及其他含氧盐。矿石的品位很高，但对金属矿床来说，一般储量不大，以中、小型矿床为多。 2.矿床往往部分地保留有原岩或原矿床的结构、构造。 3. 大部分风化矿床属于近代(新近纪～第四纪)风化作用的产物，因此一般都产在风化壳中，呈盖层分布在现代地形的表面之上。厚度通常为几米到几十米；少数情况下可沿破碎带深入地下几百米。 风化矿床以露天开采为主；由于矿床以中、小型为多，在开采设计时应考虑到地方性的需要和可能。 一般先开采其地表风化部分，然后再进一步开发利用其下部的原生矿床。

23. 三、沉积矿床的特征及其对采掘的影响 1.沉积矿床的共同特征 1)围岩特征 沉积矿床与其围岩基本上是同时生成的，属同生矿床。其围岩均为沉积岩。矿体与围岩界线清楚，与围岩产状一致，并具有一定层位，可与围岩一起发生构造变形和变位。 2) 矿体形状特征 矿体多呈层状，少数呈透镜状；沿走向和倾向均可延伸很远；分布面积很广，规模很大。 3) 矿石特点 矿石的矿物成分比较稳定，单一，变化小。 矿石矿物以高价氧化物(如赤铁矿、铝土矿、硬锰矿和软锰矿等)为主；其次为碳酸盐类矿物(如菱铁矿)以及硅酸盐矿物(如鳞绿泥石、鲕绿泥石)等。 脉石矿物以石英为主，其次为长石及黏土类矿物。 矿石经常具有豆状、肾状、鲕状构造。

24. 2.对采掘的影响 1)由于矿体多呈规则层状，而且多数倾角不大，有利于采用斜井-平巷开拓系统进行开采。因矿体形状变化很小，所以形状对采掘影响不大。 但由于面积分布广，在大面积内可能遇到褶曲、断层等构造，从而使开采条件复杂化。 2)其围岩多为石灰岩、砂岩，砾岩等，它们透水性强，常为强含水层，采掘时要注意防止水害。 3) 沉积矿床的围岩、矿体的结构和构造及矿物成分特殊，可能对采掘有强烈的影响，要具体分析，认真对待。

25. §8-4 变质矿床 一、变质矿床的概念 由于地质环境的改变，温度和压力的增加，原岩和原矿石的矿物成分、化学成分、物理性质及结构、构造等，都要发生变化；同时还会使原岩的物质成分发生强烈的改造或活化转移，在新的环境下富集成矿，这种矿床称为变质矿床。

26. 二、变质矿床的成矿作用 • 1.脱水作用 • 当温度和压力升高时，原岩中的含水矿物经脱水形成一些不含水的矿物，如褐铁矿变为赤铁矿。 • 2.重结晶作用 • 细粒、隐晶质结构变为中粗粒结构，如石灰岩变成大理岩，蛋白石变为石英。 • 3. 还原作用 • 矿物中的一些变价元素由高价变为低价，使矿物成分发生变化，如赤铁矿变为磁铁矿。 • 4. 重组合作用 • 由于温度、压力的变化，使原来稳定的矿物平衡组合被新环境下稳定的矿物组合代替，如黏土矿物转变为蓝晶石和石英。

27. 5.交代作用 • 变质作用过程中产生的变质热液交代原岩，使其矿物成分发生变化。 • 6. 塑性流和变形 • 在高温和高压条件下，岩石可以发生揉皱、破碎和塑性流动，使岩石产生定向构造。 • 7. 局部熔融 • 由于高温、高压及流体的参与，岩石出现选择性重融和局部熔融，形成混合岩化岩石。

28. 三、受变质矿床的一般特征 • 1.矿石特征 • 矿石成分简单，品位变化较均匀。结构为全晶质。构造以条带状、片理状为主。有用矿物有磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿等；脉石矿物以石英为主，其次是方解石、长石、角闪石、阳起石、绿泥石、云母等。 • 矿石以贫矿为多，平均含铁量20%～40%；但在构造活动较强烈地段的含铁石英岩(贫矿)中，赋存着有相当规模的由致密状矿石构成的富矿体，平均含铁量可达50%～70%。

29. 2.矿体特点 • 矿体在剖面中具有一定的层位，多呈层状、似层状，少数为不规则状。矿体产状一般变化较大，倾角较陡。矿体中褶曲、断裂、直立、倒转现象等较为普遍。 • 3.围岩特点 • 围岩均为变质岩，常见有各种片岩、片麻岩、大理岩以及混合岩等。

30. 四、受变质矿床对采掘的影响 • 1. 由于本类矿床的围岩和矿体(贫矿体)仍然保持其沉积原岩的某些特点，形状比较简单，因而矿体形状并不是开采中的重要影响因素。 • 但由于变质中地壳运动较强烈，造成矿床的地质构造较为复杂，这对开采是较为不利的。 • 然而地质构造复杂的地段，常是热液活动的良好场所，经常发生铁质的再富集，形成矿石品位可达60%以上的良好富矿体，应予以分采。 • 由于热液活动，围岩常发生剧烈蚀变，使其稳固性大为降低。

31. 2. 本类矿床靠近地表，经氧化作用，磁铁矿被氧化成赤铁矿；如果赤铁矿储量很大，应考虑分采、分选，以提高选矿回收率。 • 3. 本类矿床中的某些大型矿床，具有规模大、矿体厚等特点；如果埋藏较浅，则适合露天开采。 • 4. 矿床内变质岩石和矿石的矿物成分，有的与岩浆岩相似，有的与沉积岩相似，硅酸岩类、碳酸岩类、氧化物类矿物均有之。它们对采掘都有一定影响。

32. 第八章 矿床 重点 • 1.各类矿床特征。 • 2.各类矿床对采掘的影响。

33. 课间休息