矿山地质基础

矿山地质基础

第一节 矿山地质研究的内容与目的

在矿山，为保证采矿工作顺利、安全地进行，对矿床生产地段或整个矿区的各种地质现象进行的调查研究，且直接或间接为生产服务的地质工作，称为矿山地质工作。即从矿山建设到矿山投产并进入正常生产的整个过程中，为进一步了解与掌握矿床地质条件，更深入、细致地了解矿体的特点、分布、变化规律以及矿石的质量和储量、预测可能发生的地质变化、地质灾害预报及预防等问题展开的地质工作。

矿山地质工作的主要任务是：为矿山设计、建矿、采掘进度计划编制、工程施工等提供可靠的地质资料。参与生产技术的管理工作，如储量计算、矿石质量、矿石损失贫化等管理工作，开展专门性地质调查等。

矿山地质工作根据工作性质不同，又分为经常性生产地质工作、专门性地质工作、矿山地质管理工作及矿山水文地质等工作。

1、经常性生产地质工作

这是矿山开采整个过程中，为保证矿山生产正常进行，每个矿山都要经常的进行的地质工作。它主要包括：

（1）生产勘探工作。

（2）勘探工程和采掘工程中的地质调查、取样工作。

（3）储量计算工作。

2、专门性地质工作，这些工作包括

（1）为研究露天或地下矿山开采中岩体稳定性、为预防地质灾害而进行的水文地质、地热等地质工作。

（2）为保护矿山生产和生活环境而进行的环境地质调查工作。

（3）为了开展矿山资源的合理利用而进行的地质调查和地质评价工作。

3、矿山地质管理工作

（1）三级矿量储备的管理工作。

（2）矿石损失、贫化的统计计算。

（3）矿石质量均衡管理工作

从上面的叙述可以看出，地质工作做的好与坏，直接关系到采矿工作安全生产的质量。生产中出现的各种技术问题，又往往与地质工作有关。例如矿床地质条件的变化，矿体形态、产状、质量的急剧变化、矿体的突然错失等等将引起生产技术条件的改变。在生产中寻找新矿体，特别是盲矿体的发现，即可增加矿产资源，又可延长矿山服务年限。又如，巨大的破碎带的出现，意外的涌水，片帮、冒顶，采空区处理不当引起地表陷落等，都可成为生产中的不安全因素。为解决这些问题，都需要矿山地质工作人员提供可靠的基本地质资料。因此，矿山地质工作对于矿产资源的开发，保证矿山安全生产，具有重要意义

第二节 矿山地质作用与矿山地质构造

一、矿山地质作用

地球的演化迄今约有46亿年的历史。在这漫长的时间里，经历了许多复杂的变化发展过程，形成了地壳。地壳的年龄约为38亿年左右。今天看到的地球只是它全部运动和发展中的一个阶段。不论是地壳的物质成分和内部结构，还是地表形态等不断形成、变化、发展，这种不断变化发展的作用，就叫做地质作用

地质作用可以引起矿物、岩石及矿床的产生和破坏，可以引起地壳、海陆分布的变迁，可以酿成巨大的灾害，有的地质作用人们可以直接觉察到，如火山喷发、地震、山崩等，但大多地质作用进行得很缓慢，在短暂的人生中很难直接观察到，如大陆下沉、海岸上升等。地质作用按其能源来源不同，可以分为内动力地质作用和外动力地质作用。（一）内动力地质作用

内动力地质作用的能源主要来自地球内部，如地球的旋转能、重力能、放射性元素衰变时产生的热能等，并作用于整个地壳甚至整个岩石圈。内动力地质作用包括地震、地壳运动、岩浆变质作用。由于能量为地球本身所具有，而且十分巨大，因此，内动力地质作用是促使地球，特别是地壳和岩石圈变化发展的主导因素。

1、地壳运动

壳运动是一种由内动力引起地壳结构改变的机械运动，是地壳发展深化的主要动力。地壳运动的基本形式有两种：一是水平运动，一是垂直升降运动。

水平运动是指地壳或岩石圈大致沿地球表面切线方的运动。由于地壳或岩石圈的水平挤压或水平引张，而引起岩层的褶皱和断裂，形成褶皱山系或地堑、裂谷。

升降运动为地壳或岩石圈沿垂直于地表方向的运动。这种运动表现为大面积的隆起和拗陷，引起海陆变迁及地势高低变化。

2、岩浆作用

岩浆是一种源于地壳深处，成分十分复杂的炽热的硅酸盐熔融体，岩浆沿岩石裂缝或薄弱地带向上运动，侵入岩石圈上部，甚至喷出地表。这种从岩浆的形成、移动，直至冷凝成岩的全过程，称为岩浆作用。由岩浆作用形成的岩石称岩浆岩，岩浆岩又可分为侵入岩与喷出岩。岩浆岩是组成岩石圈的主要岩石类型。

3、变质作用

变质作用是原来已固结成岩的固体岩石，由于受温度、压力、化学活动性流体等影响，发生矿物成分、化学成分或结构、构造变化的地质作用。由变质作用形成的岩石称为变质岩，由变质作用形成的矿床叫变质矿床。

4、地震

地震是地壳的快速颤动。地震是一种自然灾害。

（二）外动力地质作用

1、风化作用

地表岩石在水、空气、阳光、生物的作用和影响下，发生破碎与分解，这一过程称为风化作用。风化作用分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。

物理风化作用是岩石因温度变化在原地破碎，而不改变其化学成分，不形成新矿物。

化学风化作用则因岩石在水、氧气、二氧化碳等作用下发生的化学分解作用。其结果不但岩石的成分发生变化，而且会产生新的矿物。化学风化的方式主要有溶解、水化和氧化等。

生物风化作用是因岩石受生物活动的影响而被破坏。这种风化作用即有机械破坏也有化学分解。

化学风化作用则因岩石在水、氧气、二氧化碳等作用下发生的化学分解作用。其结果不但岩石的成分发生变化，而且会产生新的矿物。化学风化的方式主要有溶解、水化和氧化等。

生物风化作用是因岩石受生物活动的影响而被破坏。这种风化作用即有机械破坏也有化学分解。

2、剥蚀作用

各种外力在运动状态下对地面岩石及风化产物的破坏作用称剥蚀作用。它可分为机械剥蚀和化学剥蚀两种作用。

机械剥蚀作用是由于流水、冰川、海洋及风等对岩石进行的破坏作用。

化学剥蚀作用即是流水、地下水、海水等对许多岩石（如石灰岩等）进行化学分解作用机械沉积是指被搬运物质按颗粒大小、形状和比重、在适当地点依次沉积下来。

化学沉积是指呈真溶液或胶体溶液状态搬运的物质。因溶解质的溶解度不同，性质及温度的影响，胶体物质由于所带电荷被中和等原因而按一定顺序沉积下来。一般情况下，其沉积顺序为：氧化物、硅酸岩、盐酸岩、硫酸岩和卤化物。

5、成岩作用

使松散沉积物转变为沉积岩的过程，称成岩作用。在这一阶段中，沉积物受到的成岩变化有固压作用、胶结作用、脱水作用、重结晶作用等几种形式

二 、矿山地质构造

组成地壳的岩层和岩体，在内、外动力地质作用下发生的变形，表现形式为岩石的弯曲和断裂，形成褶皱和断裂构造。这种现象称为地质构造。地壳中各种矿产的形成、分布和赋存状态都受一定地质构造的控制，许多已形成的矿产还会遭受后来地壳运动影响而变形，产生弯曲和断裂，地下水的活动和富集与地质构造也有密切关系。

（一）岩层产状

岩层的产状是指岩层的产出状态和空间方位。地质构造大多都是由水平的、倾斜的或直立的岩层构成的，因此分析岩层产状，是分析地质构造的一项基础工作。岩层的产状要素有走向、倾向和倾角，如图1所示。

1、走向　岩层面与水平面相交的线叫走向线（图1中的AOB线），走向线两端所指方向，称为岩层的走向。

图1岩层产状要素

AOB－走向线　OD－倾斜线　OD‘－倾斜线的水

平投影　α－倾角

2、倾向　在层面上垂直岩层走向线的直线叫岩层的倾斜线（图1中的OD）。 倾斜线在水平面上的投影，叫倾向线（图1中的OD&＃39;），倾向线所指的方向，就是岩层倾向（图1中的OD&＃39;线所指的方向）。

3、倾角 倾斜线与其水平投影线（倾向线）之间的夹角，也就是岩层面与水平面的最大夹角叫做倾角。

（二）褶皱构造

褶皱是指成层岩石受力连续弯曲而没有丧失其连续完整性的地质构造。

褶曲是褶皱的一个弯曲，它是褶皱组成的基本单位。它有两种基本形态：背斜和向斜。

摺皱岩层弯曲的中心部分叫核，核部两侧的岩层叫翼，摺曲的理想中心面叫轴面。背斜摺曲的特点是两翼岩层的倾向相背，核部为老岩层，两侧为新岩层，向斜摺曲的特点是两翼岩层的倾向相向，核部为新岩层，两侧为老岩层

（三）断裂

岩层受力后，除了形成摺皱构造外，常常产生裂隙或沿裂隙发生错动，便岩层的连续性遭到破坏，这种构造称为断裂构造，其基本形态有节理和断层两种。

1、节理 沿破裂面没有明显位移的断裂构造称为节理。节理普遍存在于岩石中，如果岩层的节理发育，即意味着岩层的裂隙很多。

节理按其明显程度，可以分为张开的、闭合的和隐蔽的三种。张开型节理，其两壁张开，具有明显的空隙，肉眼能清楚看见，是地下水的良好通道，也是地下水储藏的场所；闭合型节理，其两壁密闭，中间没有空隙，但肉眼能清楚看出有裂隙存在；隐蔽型节理，表现为一种毛发状裂纹，肉眼不易觉察，但是岩石在这个方向上已遭到破坏。

图2 断层要素

1-下盘；2-上盘；3-断层线；4-断裂破碎带；5-

断层面

（1）断层面

断层面是断层两盘发生相对位移的面，其形态有的平直，有的弯曲。其产状可以是水平的和直立的，但多数是倾斜的。

（2）断层线。

断层线是断层面与地面的交线，即断层在地表的出露线。断层线可以是条直线，但多数是呈不规则的曲线。

（3）断盘

断盘是指被断层面分开的两侧岩块。位于断层面上边的部分，即顺着断层面倾斜方向的部分称为上盘，位于断层面下边的部分，即背着断层面倾斜方向的部分称为下盘。按两个断盘相对位移方向，断盘又分为上升盘和下降盘。上开盘就是在位移中相对上升的部分，下降盘就是在相对位移中相对下降的部分。

3、断距

断距是指断层两盘相对位移的距离。断层位移的方向和大小，对矿产资源的开采有着极大的影响，是矿产普查、勘探和矿山地质工作中必须查明的重要数据。

据断层面两侧岩层相对错动的情况，可将断层分为正断层、逆断层、平移断层和旋转断层几种基本类型

（1）正断层。正断层是岩层受水平方向的引张力作用，上盘相对下降、下盘相对上升的断层。

（2）逆断层。逆断层是岩层受水平压应力作用，上盘相对上升、下盘相对下降的断层。

（3）平移断层。平移断层是岩层受剪应力作用，两盘沿断层走向发生相对位移而没有升降位移的断层。

（4）旋转断层。旋转断层是两盘发生过相对旋转运动的断层

图3 断层类型

a-正断层；b-逆断层；c-平移断层；d-螺旋断层

自然界中，断层往往不是单个出现的，多数情况下是成组出现的，在断层的延伸方向、断层性质等方面都有一定的规律性，并且构成一定的组合形态。如由正断层组合的地垒、地堑、阶梯状断层以及由逆断层组合的迭瓦式构造等

第三节 矿 床

矿产、矿床、矿体、矿石和围岩

（一）矿产

通常指埋藏在地壳内或分布于地表的，可供人类所开采利用的天然矿物资源。按其工业用途分除水以外可归纳为三大类

1、金属矿产：可供工业上提炼某些金属的地下资源。按工业上的应用又可分为：

（1）黑色金属、铁（Fe）、锰（Mn）、铬（Cr）、钛（Ti）、钒（V）；

（2）有色金属：铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、铝（Ai）、镁（Mg）、钨（W）、锡（Sn）、汞（Hg）、锑（Sb）等；

（3）稀有金属：钽（Ta）、铍（Be）、锂（Li）、铂（Cs）等；

（4）贵金属：金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）等；

（5）分散元素；锗（Ge）、镓（Ga）、镉（Cd）；

（6）放射性金属：铀（U）、钍（Th）；

2、非金属矿产：指工业上不作为金属元素而提取利用的地下资源。除少数非金属元素如硫、磷被工业上提取之外，多数是利用其矿物集合体的某些物理性质，化学性质和工艺特性等。例如金刚石是利用它的便度和光泽，石棉是利用它的耐火、耐酸、绝缘、绝热性。按工业用途非金属矿产可分为五种。

（1）冶金辅助原料：菱镁矿、耐火粘土、高铝矿物原料、白云岩、硅石（石英石、石英砂岩、脉石英）、石灰岩、萤石等。

（2）化工原料：磷、硫、钾盐、镁盐、天然碱、碘、重晶石、明矾石、膨润土、伊利石、沸石、地蜡等。

（3）特种非金属矿产，金刚石、水晶、硼、云母、电气石等。

（4）陶瓷及玻璃原料，长石、粘土、叶蜡石、玻璃砂和高岭土等。

（5）建筑材料：浮石、珍珠岩、石灰石、花岗岩、大理石、砂、砾石等。

3、燃料矿产：石油、天然气、煤及油页岩等。

（二）矿床及其分类

1、矿床

地壳内部和表面富集有用矿物或组分，在质和量上达到工业要求和具备开条件的部位叫矿床。

2、矿床分类

矿床按其成因分类可分三大类。

A、内生矿床

地球内部各种能量所导致矿床形成的所有地质作用称为

内生成矿作用。有内生成矿作用所形成的各种矿床，总

称为内生矿床。

（1）岩浆矿床

1）早期岩浆矿床2）晚期岩浆矿床3）熔离矿床

（2）伟晶岩矿床

（3）气液矿床

1）矽卡岩矿床 2）热液矿床

（4）火山成因矿床

1）火山一次火山岩浆矿床 2）火山一次火山气液矿床 3）火山沉积矿床

B、外生矿床：

外生成矿是指在外动力地质作用下，在地壳表面常温常压下所进的各种成矿作用所形成的矿床。

（1）风化矿床

1）残积、坡积矿床 2）残余矿床 3）淋积矿床

（2）沉积矿床

1）机械沉积矿床 2）化学沉积矿床 3）生物化学沉积矿床

C、变质矿床：

由变质成矿作用形成的矿床，这种成矿作用发生在地壳内部，主要是由于岩浆侵入和区域变质作用所引起的。变质矿床虽然也是内动力作用下的产物，但成矿作用的方式及矿床的次生性质和内生矿床的性质有所不同，所以划归另一类矿床，即变质矿床。

（1）接触变质矿床

（2）区域变质矿床

1）受变质矿床 2）变成矿床

矿床按其矿体形状、倾角和厚度亦分为三类。

矿床按形状分类

（1）层状矿床：这类矿床多为沉积生成。其特点是分布范围比较广，形状及赋存条件稳定，有用成分组成及含量比较稳定、均匀。一般黑色金属矿床、石灰岩矿、煤矿多属此类。

（2）脉状矿床：这类矿床主要是由热液和气化作用，将矿物质充填于地壳裂缝中而生成。它的特点是矿脉与围岩接触处有蚀变现象，矿床埋藏不稳定，有用成分含量不均匀。有色金属矿床、萤石矿床、稀有金属矿床多属此类。

（3）块状矿床：这类矿床多由充填、交代、熔离和气化作用而生成，其特点是矿床大小不一，是不规则的透镜状、矿缫、矿株等形状产出，且矿体与围岩之间一般无明显的接触界线。某些有色金属矿常属此类。

矿床按厚度分类：矿体的厚度系指矿体上、下盘间的垂直距离或水平距离。前者称为垂直厚度或真厚度，后者称为水平厚度。一般所指的矿体厚度系垂直厚度。

（1）极薄矿体：厚度在0.8m以下。在这类矿体中，无论掘进或采矿，均需采、掘一部分围岩，以形成正常的工作空间。

（2）薄矿体：厚度为0.8~4m。在缓倾斜条件下，这类矿体常以单一分层回采。在巷道掘中，厚度小于2米时须开凿部分围岩，在回采时一般不需要采掘围岩。

（3）中厚矿体：厚度为4~10m。这类矿床通常用浅孔采矿方法开采，矿块沿矿体走向布置。

（4）厚矿体：厚度为 10~30m。开采时可用深孔爆破采矿方法，矿块可沿走向布置，厚度较大时可沿垂直走向布置。

（5）极厚矿体：厚度大于 30m。开采这类矿床，应垂直走向布置矿块。当矿体厚度大于50~60m时，除垂直走向布置矿柱外，往往还要留走向矿柱，以保回采工作的安全。当埋藏较浅时，可用露天开采

矿床按倾角分类

（1）水平与微倾斜矿床：倾角小于5。。

（2）缓倾斜矿床：倾角为5~30。。

（3）倾斜矿床：倾角为30~55。。

（4）急倾斜矿床：倾角大于55。。

（三）矿体

矿体是矿床的基本组成单位，是达到工业要求的含矿部分，又是开采的直接对象。

矿体的形状比较常见的有等轴状矿体、板状矿体和柱状矿体。

（四）矿石

1、矿石 矿石是含有有用矿物（或组分）并组成矿体的矿物集合体。是直接的开采对象。

2、矿石品位 矿石中有用组分的单位含量，是衡量矿石质量的主要指标，表示方法有三种。

（1）百分比法。一般金属和化合物多用此表示法。例如铁矿石的品位是35%，就是表示100吨铁矿石中含有35吨铁金属。

（2）每吨所含克数法。贵重金属如铂、金等在矿石中含量很少，则用此法表示。例如金矿石的品位是10克/吨，即表示每吨金矿含有10克金。

（3）液体矿物，一般用每升含有用矿物成分的克数表示，其单位为G/L。

（五）围岩

围岩是矿体周围无经济价值的岩石。矿体和围岩两者界限有的清楚，有的为渐变无明显边界，大于边界品位的部分为矿体。随着工艺技术的提高矿体的范围存在扩大的可能性

（六）岩石

岩石是矿物的集合体，它是由各种地质作用形成的。各种岩石都具有一定的化学成分、矿物成分、结构、构造和产状。有的岩石由一种矿物组成，例如结晶石灰岩即由方解石组成，但大多数岩石由几种矿物组成。

岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

1、岩浆岩

常见的各类岩浆岩介绍如下：

①酸性岩类

②中性岩类：

③基性岩类：

④超基性岩类：

⑤脉岩类：

⑥火山玻璃岩：

2、沉积岩

沉积岩是早期生成的岩浆岩、沉积岩及变质岩被风化、剥蚀及搬运后在一定地质条件下沉积成岩的岩石。正常的沉积岩都是在外力地质作用下形成的。

常见的各类沉积岩有：

①碎屑岩类

②粘土岩类

③化学岩及生物化学岩类

3、变质岩

（七）矿产储量分级

矿石储量，简称储量或矿量，是指有用组分或矿石在地下的埋藏量。储量是地质勘探工作成果的具体表现，同时也是国家计划部门和有关生产部门制定生产规划和进行矿山企业设计的重要依据。

1、储量分类

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