矿山地质学课件.ppt
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1、矿山地质学 第一讲第一讲 绪论绪论 矿山地质学是应用地质学的一个分支。地质学研究的对象是地球。地壳中矿产的形成都和地球表面以及地球内部的地质作用有关。地质学基础知识,则着重说明地壳的物质组成、发展变化以及各矿物产资源的蕴藏规律。通过对各种地质作用、地质现象、地层层序、矿物岩石、地质构造等的了解,为掌握成矿理论、矿床类型、矿床水文地质、勘探方法等打下基础。 目录 1.第一讲 绪论 2.第二讲 矿床地质与矿山地质图件 3.第三讲 矿床勘探 4.第四讲 矿床开发利用相关地质工作 5.第五讲 专门性地质工作 地球是太阳系的一员,地球是个旋转的椭球体,赤道半径约为6378公里,极半径约为6357公里。地
2、球表面积约为5.1亿平方公里,其中海洋占71%。 地壳 是地球表面的坚硬外壳,平均厚33公里,表面5%为沉积岩,上部岩石成分相当于花岗岩类,岩石化学成分富含硅、铝,又称硅铝层。下部岩石成分相当于玄武类岩石,化学成分除硅铝外,铁、镁相对增多,又叫硅镁层。 地幔:地壳以下至2900公里深处的一个圈层,又称中间层。以9001000公里深处为界面又分为上、下地幔。上地幔主要由硅酸盐组成,下地幔主要由镁、镍金属的氧化物和硫化物组成。 在上地幔上部,深约60250公里的范围内,因放射性元素大量集中,蜕变生成热能使这一带有局部的熔融状态物质存在,一般认为这是岩浆的发源地。 地核:2900公里以下的中心部分。
3、地核的组成物质为铁、镍金属的氧化物和硫化物。 目前,根据钻探资料显示,在地深20公里范围内的大部分地区,从常温带以下,平均加深100米,温度升高3C左右。深于20公里后,地温增幅会大大变缓。据推测,地球中心温度不超过20003000C。第一节 矿山地质专业术语定义 地质学(geology)是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史的知识体系。是研究地球及其演变的一门自然科学。 矿山地质学(mining geology)是一门介于地质与采矿学科之间的边缘应用学科。它研究矿床开采阶段为保证矿山有计划持续正常生产、资源合理利用以及扩大矿山规模、延长服务年限所需进行的各项
4、地质工作的基本原理和方法。是应用地质学的一个分支。矿山企业的地质部门完成矿山地质的各项工作,它起着矿山生产技术管理和采掘生产技术监督的作用。 矿床(mineral deposit):地表或地壳里由于地质作用形成的并在现有条件下可以开采和利用的矿物的集合体。有开采利用价值的有用矿物的聚集地。包括了地质的和经济的双重含义。矿床是地质作用的产物,但又与一般的岩石不同,它具有经济价值。 矿床的概念随经济技术的发展而变化。19世纪时,含铜高于5%的铜矿床才有开采价值,随着科技进步和采矿加工成本的降低,含铜0.2%的铜矿床已被大量开采。 矿体:含有足够数量矿石、具有开采价值的地质体。它有一定的形状、产状和
5、规模。矿体周围的无经济意义的岩石是矿体的围岩。矿体与围岩的界限有的清楚截然,有的逐渐过渡。在后一种情况下,矿体的界限需根据采样的成分分析所查定的边界品位(见矿产工业指标)加以确定。矿体中与矿石伴生的无用岩石,称为夹石或脉石。 矿石:是指在目前技术、经济条件不可从中提取有用元素、有用组分或有用矿物的矿物集合体。矿石中常包括有用矿物(又名矿石矿物)和脉石矿物两类矿物。有用矿物是指能提供有用元素(或组分)或本身可直接被利用的矿物;脉石矿物是指矿石中没有用处的那些矿物。随着技术和经济的发展,某种矿物集合体是否可作为矿石是可以变化的,相应地矿床的概念也是可变的。 矿物(mineral)指由地质作用所形成
6、的天然单质或化合物。它们具有相对固定的化学组成,呈固态者还具有确定的内部结构;它们在一定的物理化学条件范围内稳定,是组成岩石和矿石的基本单元。绝对的纯净物是不存在的,所以这里的纯净物是指物质化学成分相对单一的物质。 品位:矿石中有用元素、有用组分或有用矿物的含量称为品位。金属矿石的品位是指其中有用金属元素或组分的含量;非金属矿石品位常指其中有用矿物或有用组分的含量。 最低工业品位:是指单个勘探工程所揭露的矿段主要有用组分平均含量的最低要求,或者说它是可供工业利用的矿段或矿体的最低平均品位。第二节第二节 矿山地质学的学科性质与特点矿山地质学的学科性质与特点 矿山地质学研究内容:矿山建设阶段的地质
7、工作、生产勘探、生产矿山矿石质量研究与管理、矿山储量计算与管理、矿石贫化与损失的计算与管理、采掘(剥)地质指导与采矿单元结束的地质工作、矿山环境地质、矿产资源保护和综合利用、矿山矿产资源核算与评价、矿山隐伏矿床(矿体)寻找与预测。矿山地质学的特点矿山地质学的特点1.实践性。2.综合性。3.经济性。性质:应用经济地质学。 第三节第三节 矿山地质工作的基本任务及内容矿山地质工作的基本任务及内容 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
8、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。矿山地质工作的基本任务: 为矿山的生产和建设服务,主要包括: 利用探矿及采矿坑道,深入细致地研究矿体产状、矿石质量及影响采矿的地质条件,以提高对矿产储量的控制程度,及时掌握储量变动情况,保证采掘计划均衡进行。 指导采掘工作的方向,参与探、采工程的施工管理与验收。 矿山资源的合理开采和利用,测定及检查矿石的损失与贫化,检查、验收矿石的质量和产量,以及伴生有益组分的回收利用等。 开展矿山深部和外围探矿,为扩大矿山的生产能力或延长生产年限,增补所需要
9、的矿产储量。 及时解决水文地质、工程地质(如边坡稳定、采空区塌陷)等影响矿山安全生产的各种地质问题。 充分利用矿山生产所提供的丰富资料及有利条件,进行矿床地质理论等方面的研究。 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。 矿山地质工作内容: 生产勘探。 矿山经常性生产中的地质管理。 及时对各项采矿和探矿工程进行编录和取样,经综合整理编制为矿山生产所需的一整套图件 矿山资源保护和综合利用。在矿山设计和生产各个环节都要考虑资源的合理和充分利用问题。在生产中,低品位矿石或表外矿的利用
10、途径、回收利用伴生有益组分的工艺矿物学、废石做为补充资源利用途径等的研究都将对矿山经济效益和资源充分利用起到重要的作用。 矿山环境地质研究。防止生态环境污染,特别是注意含有害物质的尾矿和废水的处理研究。矿山岩体移动、露天采矿边坡稳定等工程地质、水文地质的综合及专门观测和研究,是防止大面积采空区塌陷和露天采场边坡滑落而造成生产损失和人员伤亡的重要矿山地质问题。在勘探矿床已获得的成矿规律认识的基础上,通过开采过程中不断观察编录和综合研究,进行矿床预测,组织开展矿山深部和外围找矿,扩大矿产资源远景及增加新储量,延长矿山服务年限或扩大生产规模。 矿山地质经济研究。主要研究矿产资源的经济评价,矿山地质与
11、生产中的经济活动规律,以求降低成本,提高经济效益。 矿山地质学有其特点,它可以在开采过程中观察到很多此后无条件保存的地质现象,对矿床地质学理论起到重要作用。在勘探方面它可进行探采对比,总结经验,指导矿床勘探工作。矿山地质学有其指导和监督采矿和选冶工作最优化进行的大量研究内容。 近年来,矿山地质学在不断发展,一些问题仍是今后重要研究方向,如:矿山工艺矿物学、矿山环境地质、矿产补充资源、矿产资源保护、矿石合理工业指标和矿山地质技术经济以及深部盲矿预测等。第四节 矿山地质在矿山企业中的地位与作用 1.服务生产 2.管理生产 3.监督生产 4.提供资源 5.延长矿山服务年限 6.环境保护 7.地质灾害
12、预防 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。第二讲 矿床地质与矿山地质图件 矿山地质作用矿山
13、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。第一节
14、成矿作用1.1.岩浆作用岩浆作用 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。2.2.变质作用变质作用 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。 1.接触变质矿床:石墨矿床、红柱石矿床、硅灰石矿床、大理石矿床 2.区域
15、变质矿床:大部分玉矿 3.混合岩化矿床:金矿、铀矿、铜矿及稀有和稀土矿床。 矿床特点: 1.矿床分布于区域变质带中,不限于岩体附近或与其无直接的成因联系。 2.控矿因素是含矿原岩建造和变质程度(相)矿床规模取决于富矿质原岩建造。 3.变质范围和变质程度矿化受构造裂隙控制,常伴有明显的围岩蚀变。 3.3.沉积作用沉积作用 被搬运物质由于搬运介质能力减弱,搬运介质物理化学条件的变化或在生物作用下,从搬运介质中分离出来,形成沉积物的过程叫沉积作用。沉积作用方式有机械沉积、化学沉积及生物沉积三种。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。由此形成的矿床主要有 1)机械沉
16、积矿床 2)化学沉积矿床 3)生物化学沉积矿床 机械沉积矿床:砂金矿、砂磁铁矿、砂金矿、石英砂、金刚石 蒸发沉积矿床:盐湖矿床、石膏矿 胶体化学沉积矿床:河北宣龙式(宣化龙关)铁矿床、广西下雷锰矿床、广西平果铝土矿矿床 生物-化学沉积矿床:沉积磷块岩矿床、黄铁矿矿床、自然硫矿床、生物灰岩矿床矿床特点 1。矿床受地层及岩相、岩性控制。 2。矿体呈层状、似层状、凸镜状顺层产出并与上下围岩呈整合接触关系(同生矿床),矿体规则、稳定。 3。矿石常具沉积结构构造(碎屑结构、生物结构、胶状结构、层理构造、条纹(带)构造、鲕状构造)。 4。沉积矿床的分布范围广,储量规模大,矿石品位均匀,易于勘探开采。例如煤
17、、石油、天然气等,在国民经济中具有重要意义。第二节第二节 矿山地质构造矿山地质构造 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。1.1.岩层产状岩层产状 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。 走向走向岩
18、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倾斜线的水平投影倾角 倾向倾向 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),倾向线所指的方向,就是岩层倾向(图1中的OD线所指的方向)。 倾角倾角 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。2.2.褶皱构造褶皱构造 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
19、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。3.3.断裂断裂 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
20、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。2 2、断层、断层 岩层的连续性受到破坏,并发生了相对位移的断裂构造,称为断层。断层是地壳中广泛发育的一种地质构造。这种地质构造不仅控制了一个地区地貌形态的发展过程,还对后期成矿作用、水文地质条件、工程地质条件以及地震的发生都有密切关系。断层是影响矿山生产的一个主要地质因素。断层的空间形态用断层要素表示。断层要素主要有断层面、断层线和断盘等,如图2所示。 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
21、(1 1)正断层。)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 2)逆断层。)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 3)平移断层。)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 4)旋转断层。)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
22、堑、阶梯状断层以及由逆断层组合的迭瓦式构造等。 第三节第三节 矿矿 床床 矿产、矿床、矿体、矿石和围岩矿产、矿床、矿体、矿石和围岩1.1.矿产矿产 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 1、金属矿产、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
23、)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 2、非金属矿产:、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
24、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。 2.2.矿床及其分类矿床及其分类1 1、矿床、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。 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 1)层状矿床:)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
25、黑色金属矿床、石灰岩矿、煤矿多属此类。 (2 2)脉状矿床:)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 3)块状矿床:)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
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