矿床学(上)

1《矿床学》矿产资源有其显著的特点，主要表现在：（1）矿产资源的不可再生性。（2）矿产资源分布的空间不均衡性。（3）矿产资源概念的可变性。（4）矿产资源赋存状态的复杂多样性。（5）矿产资源具有多组分共生的特点。自然界单一组分的矿床很少，绝大多数矿床具有多种可利用组分共生和伴生在一起的特点。此外，同一地质体或同一地质建造内，也可能蕴藏着两种或更多的矿体。因此，在矿产勘查过程中，必须注意综合找矿、综合评价；在开发利用中，必须强调综合开发、综合利用。表1-1矿产的性质和用途分类类别亚类主要矿产金属矿产黑色金属矿产铁、锰、铬、钛、钒有色金属矿产铜、铅、锌、镍、钴、钨、锡、钼、铋、汞、锑轻金属矿产铝、镁贵金属矿产金、银、铂族金属（铂、钯、铑、铱、钌、饿）稀有、稀土金属矿产钽、铌、铍、锂、锆、铯、铷、锶、铈族元素（轻稀土）、钇族元素（重稀土）分散元素矿产锗、镓、铟、铊、铪、铼、镉、钪、硒、碲放射性金属矿产铀、钍、镭非金属矿产冶金工业辅助原料菱镁矿、耐火粘土、石灰岩、萤石、造型用砂、造型粘土等制造业原料石墨、金刚石、云母、石棉、重晶石、刚玉等化学工业及肥料工业原料磷、硫（硫铁矿、自然硫）、钾盐、镁盐、盐（岩盐、池盐、天然卤水）天然碱、钠硝石、芒硝、碘、溴、钾长石、含钾岩石建筑材料及水泥原料滑石、石墨、石膏、水泥原料（石灰岩、黄土、粘土、石膏、铝矾土等）、建筑材料（石料、砂、砾）、砖瓦粘土、大理石、耐酸石材用花岗岩、铸石原料（辉绿岩、玄武岩、角闪石、白云岩、萤石、铬铁矿）、膨胀珍珠岩原料（珍珠岩、松脂岩、黑耀岩）、叶腊石、蛭石、白垩、膨润土、漂白土、矽藻土、浮石陶瓷及玻璃工业原料长石、石英砂、石英砂岩、白云母、石灰岩、长石、萤石、芒硝、高岭土、塑性粘土等压电及光学原料压电石英、冰洲石、光学萤石工艺美术原料硬玉、软玉、玛瑙、水晶、琥珀、绿柱石、金刚石、石榴石、孔雀石等铸石和研磨材料铸石材料（辉绿岩）、研磨材料（石榴石、刚玉、金刚石等）可燃有机岩矿产煤、油页岩、石油、天然气、地蜡、地沥青、油砂、泥炭等地下水资源地下饮用水、地下热水、技术用水、矿泉医疗水及可提取某些有用元素（I、Sr、B）的卤水2三、矿产资源在社会发展中的意义在我国目前的国民经济和社会经济发展中，矿业的地位和作用体现在以下几个方面。（1）矿业对经济稳定发展具有支柱作用。（2）矿业是国民经济发展中的先行产业，其后关联效应大。我国目前仍处于工业化起步中期阶段，而且今后20~30年将是对矿物原料需求增长最快的时期，如不大力发展矿业，不仅难于扭转目前产业结构失衡的状况，而且今后的经济发展也将失去后劲。进入二十一世纪以来，矿产资源的需求特点是能源需求量有所增长，新的能源矿产结构逐步形成。非金属矿产需求发展迅速，金属矿产需求相对减弱。在金属矿产中，铁合金金属发展滞后，有色金属需求稳定，贵金属需求有所增加。稀有金属的新用途不断增加。第二节我国的矿产资源概况当前，我国矿产资源的总体形势是：（1）成矿地质条件多样，矿产资源比较齐全，但人均占有量偏低。（2）具有一些优势矿种的同时，尚有一些急需短缺矿种，制约着国民经济发展。我国约有20种矿产资源名列世界前列，如钨、锡、锑、锌、钛、钒、稀土、硫矿石、菱镁矿、萤石、重晶石、石膏、石墨、铌、钼、汞、锂、煤等。但有的矿产资源不足，甚至严重短缺，如富铁、铜、钾盐、铬铁矿、金刚石、硼、钴、石油、天然气等，石油和不少金属矿产依赖进口。（3）多数矿种以中小型矿床为主，缺少大型、超大型矿床，如金、磷、铀、锰矿等。（4）多数矿种的贫矿多，富矿少。我国探明铁矿储量仅次于原苏联、巴西，但富矿却只占6%，需要进口；铝土矿探明储量居世界第五位，但质量低，冶炼难。（5）伴生矿多，单一矿种少，综合利用程度低，浪费严重。我国许多矿石都不是单一矿种，常伴有多种元素。据统计（翟裕生，2002），我国25%的铁矿、40%的金矿、80%的有色金属矿和大多数地区的煤矿都有其它矿产与之共生或伴生。这有利于资源的综合利用，但也给选矿和冶炼带来不少难题。例如钒，91%产于磁铁矿中；锡也是如此，虽然储量大，但有相当部分分散于硅酸盐或氧化矿物中，难于选矿和冶炼。（6）矿产的地域分布极不均衡，有不少重要矿产位于边远地区。此外，随着现有矿产资源的开发利用，隐伏矿多、露天矿少，找矿和开采难度越来越大，以及大型矿山资源接替明显不足等矛盾也日益突出。3第三节矿床学的研究方法一、概述矿床是在地壳长期发展过程中形成的，而人们的观察却不能不受到时间和空间的限制。在目前的科学技术条件下，人们只能看到现代的某些成矿作用，而不能直接观察过去地质时代中的成矿作用；只能观察成矿作用的某一片段，不能观察成矿作用的全过程；只能观察地表和地壳浅部的矿床特征，很难观察地壳深处的成矿特征。由于这种观察的局限性，很容易导致对矿床认识的片面性。因此，在研究矿床时，必须全面观察各种地质矿化现象，掌握大量的实际资料，对矿床进行具体研究分析、比较和综合，以便对矿床成因获得较为正确的认识。矿床学的研究必须与找矿、勘探和采矿生产实践紧密结合，使之成为实践、认识、再实践，再认识、反复循环不断提高的过程。通过七十年代在太平洋洋中脊直接观察到的正在进行的现代洋底成矿作用（黑、白烟囱）而提出的热水喷流成矿模式等都是在生产实践基础上研究和总结得出的科学结论。当前，找矿勘探工作已经积累了极其丰富的资料，这些资料一方面不断检验已有的矿床理论是否正确，对某些传统的矿床成因观点进行重新评价；另一方面通过总结、概括新的理性认识，形成新的成矿理论。为成矿预测、找矿勘探和矿山生产工作提供科学依据。二、矿床研究的一般方法在长期的实践过程中，人们逐步总结出一整套对矿床进行研究的一般方法。主要包括野外（现场）观察、室内研究和综合分析三个阶段：1.野外（现场）观察野外（现场）工作是一切矿床研究工作的基础，它主要包括下列内容：（1）在系统研究和总结区域地质、矿区地质和矿床地质资料基础上，在矿床范围内进行详细的观察和编录，测制各种地质图、剖面图和素描图等，查明矿床范围内的地质情况，即地层、岩浆岩、构造活动等情况。这是最基本的工作，是进行矿床研究的基础。（2）利用槽探、井探和坑道等手段，查明矿体在空间上的具体位置和形状、大小、产状特征。（3）对矿体和围岩进行系统的取样和分析，了解矿体和围岩的物质成分及其在空间上的变化规律。用地球化学方法从岩石、土壤等介质中系统采样，进行化学分析，找出各种介质中成矿元素和伴生元素的地球化学异常，从而确定矿床分布的可能范围。按照取样的目的，一般把取样分为四种：化学取样、矿物取样、物理取样、工艺取样。4化学取样：用于确定矿床中有用组分和有害杂质的含量和分布规律，进而根据化学分析结果圈定出矿体界线，划分出矿石的自然类型和工业品级。矿物取样：系统地或有选择地采集矿石和近矿围岩的岩矿标本，作初步的肉眼鉴定，并在以后的实验室研究中，进一步研究矿石的矿物成分、共生组合、结构构造、矿物世代和矿物的生成顺序及次生变化等。物理取样：研究矿石和围岩的各种物理性质，为矿床开采提供技术数据。工艺取样：了解矿石的选冶性能，确定合理的加工技术和条件，为矿山设计提供加工技术指标，并对矿床作经济评价。（4）应用地球物理勘探技术方法，了解矿体在空间上的分布和延伸情况。地球物理勘探方法很多，包括①航空物探：主要有航空磁测、航空电磁法、航空放射性测量等；②地下物探：主要有地下电磁波法、井中瞬变电磁法、井中声波法、综合测井等；③地面物探：主要有谱分析面波技术、高精度重力测量、多功能电法测量、瞬变电磁法、抗干扰高分辨率地震技术、浅层地震测量等。针对不同的矿种，不同的矿化类型，选择有效的方法对矿体可能埋藏的位置、规模和产状作出必要的判断。（5）应用地球化学勘探技术方法，主要任务是研究地壳中元素的分布及其运动规律，其目的是通过发现与矿化有关的地球化学元素异常，寻找有经济价值的矿床。地球化学勘探方法很多，包括①岩石测量法（原生晕）；②土壤测量法；③水系沉积物测量法（分散流）；④水化学测量法（水化学）；⑤生物测量法；⑥气体测量法；等。2.实内研究（1）用反光和透射光显微镜鉴定、研究透明与不透明矿物的种类、结构构造、生成顺序和形成方式。（2）用各种化学分析方法、发射和原子吸收光谱、X萤光分析、中子活化、电子探针和离子探针等分析方法，确定有关岩石和矿物的化学成分及矿物微区的化学成分。（3）利用差热分析、X光分析、电子显微镜、红外光谱、顺磁共振、穆斯鲍尔谱及其他谱学方法，研究有关矿物的结构、种类和原子价态。（4）对包裹体进行分析，研究成矿温度、压力Ph、Eh以及含矿流体成分等。利用冷热台、热台测定或根据矿物平衡组合估算出成矿温度；利用气相色谱仪、原子吸收分光光度仪、紫外\可见分光光度仪、激光拉曼光谱仪测定含矿流体成分；在此基础上，估算或计算成矿压力和成矿深度；利用离子选择性电极测定流体的Ph值；通过包裹体成分计算流体Eh值。（5）用同位素地质学方法确定成矿时代、成矿物质来源，成矿的物理化学条件等。主要方法包括：钾-氩法，铀-铅法，铷-锶法，钐-钕法，铼-锇法，碳、氢、氧同位素等。3.综合分析在野外工作和实验室工作基础上，对各种数据、资料、信息进行综合分析与对比；编制综合性的图件和专题性图件，如地质图、岩相古地理图、构造裂隙系统图、岩浆岩及岩相图、围岩蚀变图，成矿阶段与矿物生成顺序图，以及各种辅助图件。总结矿床成因、矿床和矿体的时空分布规律，对找矿勘探工作提出建议。还要综合地质勘探、水文地质及其它经济技术资料准确评定矿床的工业价值及其利用5的可能性。三、矿床学的研究任务矿床学以矿床为研究对象，其基本任务是：第一，正确认识各类矿床的地质特征、形成条件和形成过程，查明矿床的成因。第二，查明矿床在时间上和空间上的演化特征，认识矿床在地壳中的分布规律，预测在何种地质环境中，可以期望找到何种矿产和矿床类型。为了完成上述两项基本任务，矿床学需要研究以下具体内容：（1）研究矿石的物质成分、结构构造及其在矿体中的分布和变化，并了解矿石的形成条件，确定矿产的质量和加工工艺性质；（2）测定矿体的形状、大小、产状及其与围岩的关系，查明矿床的规模、产出位置和开采条件；（3）研究矿床与地层、构造、岩石及岩浆活动、沉积作用、变质作用、生物活动、气候、地貌等因素的关系，查明它们对成矿的控制作用；（4）研究矿床形成的物理、化学、生物等作用和演化过程，阐明矿床的成因；（5）研究矿床所在区域的大地构造、地球化学和地球物理特征及其对矿床分布的控制作用；研究矿床形成和分布与地壳发展演化的关系，阐明矿床的时间、空间分布规律。由上述可见，矿床学的研究内容是多方面的，它是一门综合性的直接用于生产实践的地质科学。它的研究成果直接用于矿产预测、找矿、勘探、评价和采矿、选矿、冶炼等工作，因此，它是国家建设很需要的一门科学。6第二章矿床学的某些基本概念1.矿石矿物与脉石矿物矿石通常由矿石矿物和暂时无用的脉石矿物组成。矿石矿物（oremineral），亦称有用矿物，系指可以被利用的金属或非金属矿物。应强调的是，并不是所有金属矿物都是矿石矿物，同样，并不是所有非金属矿物都是脉石矿物。根据矿石中矿石矿物与脉石矿物的相对含量，可将矿石分为块状矿石（矿石中矿石矿物含量大于80%）和浸染状矿石（矿石中矿石矿物含量小于80%）。2.夹石与脉石在一个矿体内，物质成分的分布有时是极不均匀的。在局部地段，有用组分含量可增高构成富矿段；而另一局部地段，可以骤然降低而达不到工业要求。矿体内这些达不到工业要求而不被利用的部分，一般称为夹石（horse-stone）。当夹石的厚度超出允许的范围，就得从矿体中剔除。一般将矿床中与矿石相伴生的无用固体物质称为脉石（gangue），包括脉石矿物、夹石、围岩的碎块等。它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉。矿体中围岩碎块和夹石的含量过多，就相对降低了矿石的品位，一般称其为矿石贫化。3.共生组分与伴生组分前已述及，矿石是从中可以提取有用组分的矿物集合体。除主要有用组分外，矿石中共生组分和伴生组分也是重要的研究内容。共生组分，系指矿石（或矿床）中与