第二章 矿产勘查的理论基础.doc

第二章 矿产勘查的理论基础第一节 矿产勘查的地质基础一、 矿产勘查的地质条件（一）地层条件1 沉积矿床富集的时代特征：沉积矿床形成和富集的时间是极不均匀的，不同时代的地层只与特定的矿产有关。2 沉积矿床的成矿期和成矿序列：我国沉积矿床明显存在4个成矿期：（1） 前震纪成矿期（早、晚太古代及早元古代），为第一次大的成矿期。（2） 第二个成矿期，包括震旦纪和早古生代。（3） 第三个成矿期，晚古生代-三叠纪。（4） 第四个成矿期，从侏罗纪直到第四纪。铁-锰-磷-铝-煤-铜-盐类的顺序出现的成矿序列 3 成矿期和造山运动的关系。 地壳的周期性发展控制了成矿作用的周期性发展，内生矿床主要形成于地壳构造活动期间，外生矿床则往往形成于两造山期之间。4 地层对层控矿床的控制。 （二）构造条件 1 构造按规模的分类及其对成矿的控制 构造按规模可分为全球性的（即大地构造），区域性的，局部性的以及更小的褶皱、断裂和裂隙构造（小构造）。 岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂、层间滑动断裂（深浅不一）。2 区域性的线性构造和环状构造的意义3 局部构造（小构造）对成矿的控制（1）断裂构造对成矿的控制：压性断裂面常是不透水面，在成矿中“屏蔽”作用；张性断裂空隙利于成矿，单空隙太大，向下延伸太小，也不利于形成规模巨大的品位均匀的矿床，断裂兼具有多种性质。对于矿产勘查来说，最主要的是要寻找成前的和成矿期的断裂构造。（2）褶皱构造对成矿的控制：对内生矿床起控制作用，应注意寻找成矿前的褶皱，尤其是背斜构造，以及能形成有圈闭层、遮挡的剥离空间对成矿最为有利。对外生矿床起改造和破坏作用，着重查明矿化富集和规模增大的地段。（3）裂隙式对成矿的控制：节理、劈理。（三）岩浆条件1岩浆岩的成分特征及其与成矿关系（1）岩浆岩矿物的研究（2）岩浆岩岩石化学的研究岩浆岩酸度的研究：超基性的、基性、中性、酸性。 大体归为两类：一类为地壳型花岗岩（即S型花岗岩），W、Sn、Mo、Bi、Nb、Ta、放射性U亲氧元素；另一类花岗岩（即I型花岗岩）是来自地壳深部或上地幔岩浆源，Cu、Pb、Zn、Au、Ag亲硫元素。岩浆岩碱度的研究 岩浆自变质作用和晚期碱质交代作用有利于Nb、Ta的富集，因此Nb、Ta等元素被认为与碱质交代花岗岩有关。岩浆岩钙碱性的研究（3）岩浆岩挥发分和微量元素地球化学 岩浆岩内挥发分的研究。 成矿元素在岩浆岩中的背景含量的研究。 某些造岩矿物中成矿元素及半生元素的研究。 岩体和某些造岩矿物中元素比值得研究。（4）同位素成分和气液包裹体成分的研究2岩浆岩时代与成矿时代的关系 矿产的富集则与岩浆结晶分异作用的某一阶段或最后阶段有关3岩浆岩的空间分布与成矿的关系及其成矿（分布）规律（1）岩体的空间分布关系及其分布规律 岩体的侵入深度，冷凝深度与成矿。 岩体形态、规模和相带分布与成矿。 对中酸性侵入体则往往是中小型的与成矿关系密切。（2）矿体在岩体内外空间分布的规律 矿床产于岩浆岩内部 矿床产于岩浆岩体与围岩的接触带及其附近（注意：岩体边缘复杂形态的有利部位） 矿床环绕侵入体呈带状分布4火山岩与成矿的关系（1）火山岩的成矿专属性：角砾、云母橄榄岩相中的金刚石矿床；海相火山喷发细碧角斑岩系中的黄铁矿型铜矿；酸性次火山斑岩体中的Cu、Au、Ag等矿床。（2）火山岩空间分布与成矿（3）火山岩产出特征与成矿：海底（相）喷发和陆相喷发由于其形成对外界物化条件的差异，可以形成不同的矿床。（四）岩性条件1岩性条件对内生矿床的影响 透水性好的石灰岩或白云岩、分选很好的砾岩、破碎和具有透水性的熔岩和砂岩层等，都有利于成矿流体的循环和运移，这是岩石物理性质对成矿的影响。 对成矿影响尤为明显的是各种岩性的组合及其空间的排列方式：不同机械强度的岩层呈互层状时，在受力过程中容易形成层间剥离空间、层间断裂和裂隙等提供有利于成矿的空间。具有不同透水性质的岩层组合，其中不透水层起遮挡作用，矿液在其下可透性岩层中聚集沉淀。不同化学性质的岩层组合，有利于集中交代而使矿质富集于特定的层位。不同物理性质和化学性质岩层的组合，可以兼具各有利条件而成矿。2岩性条件对外生矿床的影响 在一定矿质来源的岩石类基础上，由于有利气候和地貌条件使有用矿物和元素富集。3岩性条件对层控矿床的影响（五）岩相-古地理条件1岩相古地理条件对外生沉积矿床的控制 在海侵阶段，在温暖潮湿气候条件下，在古大陆边缘、浅海、滨海地带和淡水湖盆等地形成Fe、Mn、Al、P等矿产；在海侵与海退的过渡阶段，在内陆、盆地和滨海沼泽地带则形成煤矿产；在海退阶段，在干旱的气候条件下，在潟湖和内陆盐湖等地形成各种盐类和石膏矿床；至于油气和铜矿则形成于煤与盐类矿产时期之间的三角洲，内陆大型盆地等环境。如沉积锰矿相带：氧化物相带、硅酸盐矿物相带、碳酸盐矿物相带、硫化物相带2岩相古地理条件对层控矿床的控制（六）风化和地貌条件要研究某一地区风化剖面的风化程度（风化的垂直剖面）要研究风化剖面的保存程度 风化矿床的存在和发育规模，除与气候条件和风化剖面的风化程度有关外，地形相对高差小、剥蚀作用微弱，但又有幅度不大的正常差异运动，促使化学风化逐渐向基岩发展，这样的地区才有利于形成规模大的风化矿床。要研究风化矿床的覆盖和埋藏程度 砂矿床的形成于分布同样与风化作用和地貌条件有关 在地形切割微弱的平缓地区，通常有残积，坡积砂矿床的形成，在低山丘陵地区，河谷发育的壮年阶段，有利于河谷砂矿的形成。（七）变质作用条件与区域变质作用有关的：受变质矿床的区域分布规律主要是受变质前原生矿床的形成条件所控制；变质矿床是经受区域变质作用才形成的矿床。影响变质作用及与之有关的成矿作用的主要因素是温度、压力和具化学活动性的流体，因此应注意：1恢复原岩类型及其建造类型，查明变质建造的含矿特征和有用组分的原岩分布。2分析区域变质强度和变质相带，要划分深、浅变质相带。(八)地球化学条件 研究区域地球化学特征主要是研究区域中化学元素的分布和分配情况，以及迁移和富集活动历史。研究元素的克拉克值和区域地球化学背景。1区域地球化学背景与区域地球化学异常 在一定区域内元素的平均含量即为区域地球化学背景 区域地球化学背景是相对地壳元素平均含量（克拉克值）有高有低，表现出某一元素或某几种元素在某一地区或某些地质体中相对集中或分散（区域地球化学异常） 区域地球化学背景与地壳元素克拉克值比有明显不同的叫区域地球化学异常 规模很大的区域地球化学异常称为地球化学省2地球（1）概念：地球化学异常（简称异常）是指与周围背景相比的一切显著不同，与背景值相比其值可正可负。（2）分类：原生异常、次生异常 原生异常：成矿作用过程中，由于成矿元素及半生元素本身的活动性，以及周围介质的特点，通过渗滤，扩散及气相运移作用，在矿体周围岩石中形成的这些元素的地壳元素异常。原生异常又划分为地球化学省，区域地球化学异常和局部地球化学异常。地球化学省范围大，几千甚至上万平方公里，被认为是地壳形成时就形成的；区域地球化学异常则被认为与某一时代的成矿作用有关；而局部地球化学异常则直接包裹于矿床或矿体四周，因此又被称为原生晕，是寻矿的直接标志。 次生异常：矿床（体）在表生环境下遭受风化、剥蚀等作用，使矿物质及半生元素分散到周围的松散沉积物、水、大气以及生物中，这种发育在地表疏松沉积物、水、大气以及生物中的地球化学异常。次生异常又分为气成异常、水成异常、生物成异常和碎屑异常。3异常与晕的异同 异常是指和背景相比具有差异的一切显著不同 晕则是特指与矿体的形成或破坏有关，在空间上围岩、矿体以源为中心，大致等量地向周围降低其浓度，有几何形状和内部结构的含义，具有三度空间的概念。因此：一切晕是异常，而异常并不都是晕。晕也有原生晕和次生晕之分。 原生晕是特指局部地球化学异常，直接包裹于矿床（体）周围与矿床（体）的形成有关。次生晕则是次生异常中能够称得上晕的，如气成晕、水成晕、生物成晕、机械分散晕（流），是矿体的破坏有关的，即晚于赋存介质的次生异常与矿床（体）的形成或破坏，尤其是破坏有关的。 当然，地球化学研究还包括元素的共生或半生组合的研究。有些元素由于有相似的离子半径，化学键性，在经历近似的地质作用和物理-化学环境的时候，便常常表现出某几种元素经常共生的规律，并由元素共生反映到矿物和矿床的共生。如与基性，超基性岩有关的Co、Ni、Cr、Pt、V、Ti等经常共生；与中酸性岩浆岩有关的Cu、Pb、Zn、W、Sn、Li、Be、Nb、Ta等经常共生；外生矿床和层控矿床在经历相同地质环境下常形成Fe、Mn、P、Al、煤、Cu、盐类的共生。（九）大地构造条件大地构造从总的方面控制了打区域的构造-岩浆活动及其有关矿床等1地槽、地台对成矿的控制（1）地槽区的控矿与成矿特征：早期阶段：地槽剧烈下沉，接受地槽沉积。中心部分伴随海底火山的强烈喷发，形成细碧角斑岩系，火山-碳酸盐沉积岩系和火山硅质沉积岩系，典型的矿床是含铜黄铁矿矿床；继而在地槽边缘地带发生褶皱断裂，沿断裂有基性超基性岩的侵入，伴随Cr、Ni、Pt、V、Ti磁铁矿矿床，并派生斜长花岗岩、正长岩以及形成CuFe矽卡岩型矿床。中期阶段：主要褶皱阶段，轴部多因花岗岩基德侵入而隆起，边缘相对下降。主要矿床是产于醋酸盐岩系与花岗岩接触带的矽卡岩型白钨矿，热液型Au、Mo、Pb、Zn矿；而侵入于硅铝质岩层的花岗岩，则有伟晶岩型和云英型W、Sn、Ta、Be矿的形成；外生矿床则有煤、石油、可燃有机物的形成。晚期阶段：主要褶皱运动结束，逐步向年轻地台转化，地槽的边部和接合部断块发育，伴随着中酸性小侵入体的侵入，有超液型Au、Ag、Hg、Sb、As等矿床的形成；此外还有与晚期的安山岩-英安岩有关的火山热液矿床的形成。沉积岩为杂色建造，有V、U的沉积矿床和膏盐、油气、煤的沉积矿床出现，最后趋向于稳定而过度为年轻地台向地台过度时期，有Pb、Zn、萤石、重晶石等与低温热液矿床和层控矿床的形成。（2）地台区的控矿和成矿特征：地台区的成矿受变质基底、沉积盖层和岩浆活动所控制。变质基底主要产出各类变质矿床，其中包括沉积变质矿床、火山沉积变质矿床及岩浆变质矿床等。矿种有Cu、Pb、Zn、Au、Fe、Mn、Cr、Ni等，还包括混合岩化合花岗岩化及其有关矿床，尤其变质基底中古老的岩层更蕴藏着丰富的矿产；地台盖层中的矿产以各类沉积矿床具重要意义；而与岩浆活动有关的内生矿化受各断裂控制明显，分析其控矿因素时要注意矿化与断裂-岩浆-火山活动的关系。（3）地洼对成矿的控制：地洼是与地槽、地台相并列的第三大地构造单元，由地槽演化为地台、地台又演化为地洼，既继承了地台发展的某些特点，又具有本身发展演化的特点，造成成矿物质多来源，成矿作用多阶段叠加，因而在空间上出现多种类型矿床在一个构造单元内复杂共生。2地质力学控矿理论3板块构造对成矿控制的理论分析 板块构造理论认为地球的外壳分为性质不同的分为：刚性的岩石圈、软流圈和上地幔（1）裂谷环境：大洋壳型（蛇绿岩套橄榄岩侵入岩中铬铁矿矿床、含铜黄铁矿型块状硫化物矿床、铁锰锌铜矿床、火山沉积铁矿与锰矿床）、大陆型（铬、镍、铂、钒钛磁铁矿矿床、花岗岩：锡-镍钨及宝玉石）、雏陆壳型裂谷环境（蛇绿岩型金矿床）。（2）海沟环境 基性岩中Cu矿矿床、Cr、Pt、Fe、Cu-Ni矿床等。平行海岸线成带分布，形成Fe、Cu（Au）-Pb、Zn（Ag）-Sn（Mo）的分带（3）岛弧环境 斑岩型Cu-Mo-Au矿床，接触交代型Cu、Mo矿矿床，日本黑矿床块状硫化物矿床，大洋板块向内陆板块俯冲，离大陆板块有一定的距离。（4）大陆边缘海环境 主要矿产有Li、Be、W、Sn、Pb、Zn以及石油、天然气等矿床（5）地缝合线环境、大陆板块与大陆板块相互碰撞产生线状分布 Cu、Zn、W、Sn、Nb、Ta以及与超基性岩有关的铬铁矿矿床等（6）板块内部环境 沉积型深海Fe、Mn结核（7）转换断层环境：是疏导矿质和分配矿质通道，边成矿 层控Pb、Zn、Mn矿床和低温热Sb、Hg矿床等。 第二节 矿产勘查的（计算机）数学基础一矿体的数学特征 1矿体的几何特征 形态、产状、空间位置、埋深、高程、边界清晰程度、轮廓复杂程度等三度空间特征受地质构造行迹的控制，又具有渐变性 2矿体的统计特征：矿体在数字统计上所表现的特征 基本方法是统计学法，主要有：（1）统计分布模型的研究 （2）统计特征数的研究：查明最大变化标志、方向、最大变异地 3矿体的空间特征 包括一维趋势分析（反映一个方向上的变化特征）、二维趋势分析（两个方向，一个面）、三维趋势分析（三个方向，一个立体面上变化趋势）（1）总体趋势与局部趋势 总体趋势：反映总体变化规律的趋势；用多次或高次趋势（非多维）分析来反映 局部趋势：局部变化；低次或一次（2）区域变化量和变差图 4矿体的结构特征 （1）矿体的具体结构特征：矿体品位、厚度等标志值得组合特征 （2）矿体的抽象结构特征：矿体品位、厚度等标志值经过一定的抽象变换而得到的组合特征二矿产勘查数学模型 1矿产预测数学模型 包括中小比例尺的矿产资源量预测和大比例的矿产资源量预测 （1）异常体积估算数学模型、（2）加权丰度预测数学模型、（3）多维加权回归（方程）预测数学模型