矿床学01概念0234

矿床学主讲：邵拥军中南大学地质工程专业A方向第一章有关矿床的基本概念1.1矿石及其有关概念•1)矿石：矿石是从矿体中开采出来的，从中可提取有用组份（元素、化合物或矿物）的矿物集合体。矿石一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。•2)矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿物，也称有用矿物，如铬矿石中的铬铁矿，铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石，石棉矿石中的石棉等；•3)脉石矿物是指矿石中不能利用的矿物，也称无用矿物。如铬矿石中的橄榄石和辉石，铜矿石中的石英、绢云母、绿泥石等，石棉矿石中的白云石和方解石等。•矿石矿物和脉石矿物的划分是相对的。•4)脉石一般泛指矿体中的无用物质，包括围岩的碎块、夹石和脉石矿物，它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉。•5)夹石是指矿体内部不符合工业要求的岩石，它的厚度超过了允许的范围，就得从矿体中剔除。•矿体中围岩碎块和夹石的含量过多，就相对地降低了矿石的品位，一般常称其为了矿石贫化。•6)矿石品位：矿石中有用矿物或有用组份的含量称为品位。矿石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。•矿石品位一般用重量百分比来表示。•有些金属矿石的品位，则是以其中的氧化物，如WO３、V2O5等的重量百分比表示；•大多数非金属矿物原料的品位，是以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示，如钾盐、明矾石等；•贵金属矿石的品位一般以克／吨表示；•原生金刚石矿石的品位，以毫克／吨表示；•砂矿品位一般以克／立方米或公斤／立方米表示。•在找矿勘探工作中，还常使用边界品位和工业品位两个名词。•边界品位：指用来划分矿与非矿界限的最低品位，如铜矿的边界品位为0.2~0.3％，钼矿为0.02~0.04％等。•最低工业品位（简称工业品位）：指在当前能供开采和利用矿段或矿体的最低平均品位，只有矿段或矿体的平均品位达到工业品位时，才能计算工业储量。相关链接•工业品位主要决定于以下几个因素：•１）矿床的规模大小：矿床的规模愈大，工业品位要求愈低。如对钼矿来说，大型矿床的工业品位为0.06％，而小型矿床则为0.2~0.3％左右。•２）矿石综合利用的可能性：如在斑岩型铜矿床中伴生的钼，只要达到万分之几便可综合利用。•３）矿石的工艺技术条件：如菱铁矿矿石就比磁铁矿矿石的工业品位低，因在冶炼菱铁矿矿石时，可以不加或少加熔剂。•４）矿区的地理、经济条件。•7)矿石的工业品级：主要根据矿石中有益、有害组份含量而对矿石质量划分的不同级别。•某些非金属矿石主要根据矿石的工艺技术特征、用途和加工方法的不同加以划分。•8)矿石的结构构造：•矿石的构造是指组成矿石的矿物集合体的特点，即矿物集合体的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征。•矿石的结构是指矿石中矿物颗粒的特点，即矿物颗粒的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征。也包括矿物颗粒与矿物集合体的结合关系所反映的形态特征。1.2矿体及其相关概念•1)矿体与围岩：•矿体(orebody)是矿石的天然集合体，是矿床的主要组成部分，是开采和利用的对象。•矿体的范围可能通过肉眼观察即可圈定，也可能必须通过化学分析才能确定。一个矿床往往是由多个矿体组成的。矿体具有一定的形态和产状。•围岩(wallrock)：围岩有两重含义，一是指侵入体周围的岩石，二是指矿体周围的岩石。矿床学中的围岩主要指后者。矿体与围岩的边界一般是通过系统采样分析后圈定的。•夹石(horsestone):指矿体内部不能利用的不符合工业要求的岩石。•区别：围岩位于矿体之外，夹石位于矿体之内，超过一定的厚度(夹石剔除厚度)。•2)矿体的形态：根据矿体在三度空间长度比例的不同，可将矿体的形状分为三种最基本的类型。•A．等轴状矿体•指三轴在三度空间大致均衡延伸的矿体。按其规模又有不同名称，直径达数十米以上的称为矿瘤；直径只有几米的称为矿巢；直径更小的是矿囊和矿袋、矿包等。•如果矿体在一个方向上较短，并且中厚边薄，即成为凸镜体或扁豆体。这类矿体在同生矿床或后生矿床中都很常见。•B．板状矿体:•二向延伸较大（长度和宽度），而第三方向（厚度）较小的矿体，称为矿脉或矿层。–矿脉是产在各种岩石裂隙中的板状矿体，属典型的后生矿床。–矿层一般是指沉积生成的板状矿体，矿体与岩层是在相同的地质作用下同时形成的。因此二者的产状一致。•C．柱状矿体•是指一个方向（大多是垂直方向）延深很大，而另外两个方向延伸较小的矿体，通常称为柱状、筒状或管状矿体。•如阿扎尼亚和苏联的原生金刚石矿床的管状矿体，直径可达数百米，延深很大。一般金属矿床的柱状矿体，其横截面直径以几米到几十米的最为普遍。•实际上，有许多矿体的形状介于等轴状与板状之间，或介于板状与柱状之间，如透镜体或扁豆体。又有些矿体的形状很不规则，例如网状矿脉和梯状矿脉，还有其它复杂形状的矿体。•3)矿体的产状矿体的产状是指矿体产出的空间位置和地质环境，包括以下内容：•A.矿体的空间位置–一般是由矿体的走向、倾向和倾角，即矿体的产状要素来确定的。–但对凸镜状、扁豆状以及柱状矿体等，除了测量其走向、倾向和倾角外，还要测量它们的侧伏角和倾伏角，以便准确地判定它们的空间位置。•B．矿体的埋藏情况是指矿体出露地表还是隐伏于地下、埋藏深度如何等。•如矿体大部分出露地表，或由于产出浅经剥离后可以开采的，称为露天矿。•而完全隐伏的称为隐伏矿，也称盲矿体。•C．矿体与岩浆岩的空间关系是指矿体产于岩体内，还是产在接触带或位于侵入体的围岩之中。•D．矿体与围岩层理、片理的关系矿体是沿层理、片理呈整合产出，还是穿切层理或片理。•E．矿体与地质构造的空间关系是指矿体产于构造中的部位，与褶皱和断裂在空间上的联系等。•影响矿体形态和产状的地质因素很多，其中矿床的成因、围岩性质以及构造条件具有决定性的意义•4)母岩和主岩：•母岩(motherrock)是指提供成矿物质来源的岩石，如从镁质超基性岩中通过结晶作用形成了铬铁矿，那么镁质超基性岩即可称为铬铁矿的母岩。•主岩(hostrock)指矿体赋存的岩石，它没有成因意义，仅指与矿体的空间位置关系。1.3矿床及其有关概念•1)坯胎矿或矿胎(protore)：•指金属矿物或成矿元素初步富集，但未达到工业品位要求的地质体。•经表生或其它地质作用后，成矿元素可以进一步富集形成矿床。•2)同生矿床和后生矿床•A.同生矿床是指矿体与围岩是在同一地质作用过程中，同时或近于同时形成的。例如由沉积作用形成的沉积矿床以及在岩浆结晶分异过程中形成的岩浆分结矿床等，都属同生矿床。•B.后生矿床指矿体的形成明显地晚于围岩的一类矿床。矿体和围岩是由不同地质作用和在不同时间形成的。例如沿地层层理面产出的或穿切层理的各种热液矿脉，属后生矿床。它们是岩层形成后，含矿热液在其裂隙中以充填或交代的方式形成的。•C.叠生矿床：•指先期形成同生矿床之后，又叠加了晚期的后生矿床。•如内蒙古白云鄂博的稀土－铌－铁矿床，早在中元古代形成了沉积型含稀土的贫铁矿床，其后在海西期又叠加了与花岗岩有关的稀土－铌矿化，使其经济价值更高。•叠生矿床属于“多因复成矿床”。•3)矿床的成因类型与工业类型•A.矿床的成因类型：按照矿床的形成作用和成因划分的矿床类型，如岩浆矿床、热液矿床、沉积矿床、变质矿床等。•B.矿床的工业类型：一般把作为某种矿产的主要来源，在工业上起重要作用的矿床类型，称为矿床工业类型。矿床工业类型是在矿床成因类型基础上，从工业利用的角度来进行矿床的分类。•4)决定矿床工业价值的因素•A.矿床本身的特征和性质包括矿体的形态、产状和储量，矿石的质量（品位、有益和有害组份含量），矿石综合利用价值和矿床开采、选矿、冶炼技术条件等。•对非金属矿床，不仅要注意矿床的储量和品位，而且要注意有用矿物的物理性质、化学性质以及工艺技术特点，有时这方面的因素，还是评价矿床的主要因素。•B.市场需求矿产的国内、国际市场价格、供求情况是矿床工业价值的重要因素。•C.国民经济和国防建设对矿产的要求主要包括经济建设和国防建设计划中对各类矿产的需要数量，矿床的地理分布，该地区的发展远景计划等。•D.矿区的经济国素如动力资源、水文地质和工程地质条件、交通运输以及粮食、劳动力供应等。第二章成矿作用总论2.1元素的分布与迁移富集•1.地球圈层构造与成矿作用的关系•根据地球物理（人工地震）方法研究，地球内部具有圈层构造。•地球从外到里可分为地壳、地幔和地核。•地核又分为内核和外核；•地幔又分为上地幔和下地幔；•上地幔上部有一个软流圈，该圈以上部分称地幔岩层，主要有纯橄榄岩组成，故又称纯橄榄岩层，或称硅镁铁层。•地壳在大陆和大洋是有差异的。•大陆地壳由上而下分为沉积层、硅铝层（花岗岩层）和硅镁层（玄武岩层或硅铁镁层）；大洋地壳则缺少硅铝层。•上地幔软流圈以上部分与地壳合称岩石圈。•从经济学的角度考虑，矿床主要指的是地壳浅层的经济地质体；所以所谓的成矿作用也主要针对浅部。•地球深部圈层（地核、下地幔）对于成矿作用在物质上很难起重要的作用，但可以通过深部构造和热力作用影响浅层。•成矿物质主要来源于地壳和上地幔，尤其是地壳。•地壳内部的成矿作用表现为内生成矿作用：如与岩浆活动有关的成矿作用或与变质作用有关的成矿作用等。•地壳表层的成矿作用则表现为外生成矿作用：如沉积成矿作用、风化成矿作用等。•2.元素的分布•元素在地壳中的丰度值（abundance）称克拉克值。由于元素的地球化学性质的不同，它们在地壳和地幔间的分布特征也有差异，具体表现如下：•1)各种元素的分布量相差极为悬殊，O,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg等7元素分别占地壳和上地幔总成分的99.4％和99.11％。这些元素是地壳中各类岩石的基本成分，故称造岩元素。其它85种元素分布量总计不到1％。•2)地壳与上地幔之间的分布不平衡，有一定的规律。上地幔富集（n～10+n倍）铁族元素（Fe,Cr,Co,Ni）和铂族元素（Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt）和Mg；•3)地壳中富集(n～10+n倍)稀有元素Li,Be,Nb,Ta等、稀土元素以及放射性元素U,Th,Ra等。挥发份元素S,P,F,Cl,B等元素在地壳中的分布量比地幔中高2～4倍。•3.元素的迁移与富集•1)元素在地壳和上地幔中的含量不是固定不变的，其运动的结果，导致元素的分散或集中，这种现象或过程称为元素的迁移。•2)В.И.维尔纳茨基提出“浓度克拉克值”的概念，指某元素在某一地质体（矿床、岩体或矿物等）中的平均含量与克拉克值的比值。•3)元素在地壳中集中到能成为矿床的程度，可用浓度系数来表示。所谓浓度系数即是工业品位与该元素的克拉克值之比。相关链接•铁的克拉克值为5.8％，工业品位为30％，则浓度系数为5，说明地壳中的铁必须富集5倍以上时，才能成为矿床。•铜的克拉克值为0.006％，工业品位为0.5％，必须富集80倍才能成为矿床。•稀有金属和贵金属，要达到工业要求，必须比其克拉克值富集几百倍至几千倍。如钼需461倍，汞需10000倍，铋需1250000倍。元素克拉克值（％）工业品位（％）浓度系数元素克拉克值（％）工业品位（％）浓度系数Al8.325～3Pb1.2×10-31833Fe5.830～5Be1.3×10-40.43076Ti0.6410～16As2.2×10-429090Mn0.1320154B7.6×10-456578Cr0.01110909Mo1.3×10-40.06461V0.0140.536Sb6×10-51.525000Cu0.00630.579Bi4×10-70.51250000Ni0.00890.334Ag8×10-60.022500Li0.00210.5238Hg8×10-60.0810000Zn0.00942213Au4×10-70.0012500Sn1.7×10-40.21176Pt5×10-60.0001530Co0.00250.03122.2成矿作用•成矿作用即是在地球的演化过程中，使分散在地壳和上地幔中的化学元素，在一定的地质环境中相对富集而形成矿床的作用。•它是地质作用的一部分。•所以成矿作用与地质作用一样，按作用的性质和