矿山地质与勘探采矿概论

采矿概论,第二讲第一章矿山地质常识,第二章矿床勘探,找矿矿床勘探生产勘探与地质管理,地质作用与地质构造矿物、岩石及矿床金属矿床金属矿床工业特征,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,一、地质作用：引起地球表面形态、内部结构和物质成分发生变化的作用称为地质作用。,地质作用的特征：地质作用的力度特征：地质作用的力度是巨大的；地质作用的速度特征：地质作用的速度有快有慢，快的时候是顷刻之间，慢的时候则根本感觉不到。,图1.1印度洋海啸（中间凹陷部分为印度洋大地震给海床烙上的“伤疤”）,图1.2喜马拉雅山珠穆朗玛峰远景,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,1.内力作用1)地壳运动引起地壳的组成物质发生变位的作用。2)岩浆作用岩浆向地壳薄弱处活动，并冷凝成岩浆岩喷出的过程。可分为侵入作用和作用。3)变质作用已形成的岩石，因受地下高温、高压或岩浆上升等的影响，促使岩石在固体状态下，发生化学成分、矿物成分、结构、构造等的变化而形成变质岩的过程。4)地震地壳的震动。按成因有火山地震、构造地震及地表岩石塌陷引起的地震。,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,2外力作用1)风化作用由于大气、水和生物等的影响，使地壳表层的矿物和岩石受到破坏的一种作用，叫做风化作用。2)剥蚀作用矿物或岩石通过风、地表水流、地下水、湖海波浪等的破坏，并使破坏产物剥离母体的作用。3)搬运作用矿物、岩石遭风化剥蚀后，被风、河流、地下水、海洋等搬运到其他地方的作用。4)沉积作用被搬运的物质，当搬运的力量已不能继续把它带走时，堆积在适当地方的作用。5)成岩作用使松散的沉积物经过压紧、胶结等作用而变成沉积岩的过程。,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,二、地质构造：由于受到地壳运动的影响，自然界中许多沉积岩，发生了倾斜、弯曲和断裂等，这些现象统称地质构造，其基本形式有褶皱和断裂两种。,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,1、褶皱褶皱概念：褶皱是一种岩层连续性没有遭到破坏的变动，即岩层的波状弯曲现象褶皱的特点：背斜褶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；向斜褶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。,图1-3褶皱类型示意图,褶皱岩层弯曲的中心部分叫核，核部两侧的岩层叫翼，褶曲的理想中心面叫轴面褶曲是褶皱岩层的一个弯曲，即褶皱构造的基本单位。它有两种基本形态，即背斜褶曲和向斜褶曲。,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,2断裂岩层受力后，除了形成褶皱构造外，常常产生裂隙或沿裂隙发生错动，使岩层的连续性遭到破坏，这种构造称为断裂构造。断裂构造的基本形态有节理、断层和劈理。1)节理在岩层破裂面的两边没有发生显著相对位移的裂隙。按其力学特性可以分为张节理和剪节理。,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,2)断层在岩层破裂面的两边发生显著相对位移的构造形迹,上盘,断层面,下盘,断层示意图,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,正断层:指上盘相对下降或下盘相对上升，断块自上而下沿着重力方向运动;其特点是断层带宽度较大，断层破碎带的组成物质以碎块岩、断层角砾岩为主.,逆断层:指上盘相对上升或下盘相对下降的断层,断块自下而上运动;其特点是断层面沿走向或倾向往往呈舒缓的波状变化,断层破碎带的物质组成以断层角砾岩,糜棱岩,断层泥为主.,平移断层:指两盘只作水平相对位移，垂直升降不明显，是在地壳水平运动影响下，岩层各部分受力不均所致.,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,3)劈理由于塑性变形，岩石内颗粒之间发生相对滑动，产生一系列滑动面，或是方向性矿物定向排列而形成一系列隐蔽的面，将这组面称为劈理。主要是岩石塑性变形的产物，形成于塑性变形发展的最后阶段,常出现在构造应力集中的部位。,第1章矿山地质常识第一节地质作用与地质构造,岩层产状要素,倾角:指岩层面与水平面的夹角,走向:指岩层面与水平面交线的方向,倾向:指岩层垂直于走向的倾斜方向，即向下延伸的方向.,第1章矿山地质常识第二节矿物、岩石及矿床,一、矿物矿物是由一种或数种化学元素在地质作用中形成的自然产物，具有一定的形态和一定的物理化学性质。矿物的绝大多数是固态，但也有液态(如石油、盐溶液)和气态(如天然瓦斯)。目前自然界中已知的矿物约有3000多种，能被工农业利用的约200多种，比较重要的大概有100多种，其中最常见的矿物有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿、赤铁矿、石英、长石、云母、方解石等。,第1章矿山地质常识第二节矿物、岩石及矿床,二、岩石构成地壳的物质统称岩石，由一种或多种矿物所组成。按其成因可分为三大类:岩浆岩、沉积岩、变质岩,1、岩浆岩它是由地球深部上升的熔融体（岩浆）冷却凝结而成的岩石，也叫火成岩；组成它的主要矿物有石英、长石、云母、角闪石、橄榄石等。常见的岩浆岩有花岗岩、闪长岩等。这类岩石通常呈块状产出，岩体中不含有机物。,第1章矿山地质常识第二节矿物、岩石及矿床,2沉积岩其他岩石被破坏后所生成的碎屑，由风力、水力搬运堆积而成，或者由溶解于水中的物质沉淀而成，或者由动、植物的遗骸堆集分化而成。也叫成层岩。常见的沉积岩有砾岩、砂岩、页岩和石灰岩等。这类岩石通常呈层状产出，在沉积岩中一般可以找到或多或少的化石(古代生物在岩层中留下的痕迹)。3变质岩各种岩石在地壳中的高温、高压作用下，使原来的组织构造重新改变而生成的岩石。常见的变质岩有片麻岩、片岩、大理岩、矽卡岩等。这类岩石最大的特征是多数具有片理状构造。,第1章矿山地质常识第二节矿物、岩石及矿床,三、矿石、矿体和矿床1矿石：指在目前技术经济条件下，在质和量方面均能满足国民经济要求的矿物集合体。从中能提取金属的矿石叫金属矿石，如铁矿石、铜矿石等；从中能提取非金属元素、矿物或直接利用的矿石叫非金属矿石，如磷矿石、石棉等。矿物中有用成分(元素或矿物)的重量与矿石的重量比，叫做矿石品位，一般金属常用百分数(%)来表示，贵重金属如金、铂等则用g/t。2矿体：指合乎一定质量和数量的矿石天然集合体。矿体周围的岩石叫围岩，位于矿体上部的称上盘围岩或顶盘围岩，在矿体下部的称下盘围岩或底盘围岩，夹在矿体中间的称夹石或夹层。3矿床：按地貌特征圈定的区域内的矿体的总称，由一个或若干个矿体组成。在目前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床，反之叫非工业矿床。,第1章矿山地质常识第三节金属矿床,按生成的原因不同，金属矿床可分为：内生矿床、外生矿床和变质矿床三大类,岩浆,伟晶岩,气成-热液,内生矿床,岩浆矿床是指岩浆冷凝结晶成为岩浆岩阶段内所形成的矿床主要矿产有铬铁矿、钒钛磁铁矿、铜镍硫化矿、含铂族元素的金属矿床，金刚石、刚玉等非金属矿床。,含有相当数量有用矿物的伟晶岩称为伟晶岩矿床(残余岩浆矿床)主要矿产有铍、锂、铌、钽、铀等，云母、长石、石英等,含矿的气水溶液进入接触带，或者充填裂隙空间而成的矿床，接触交代矿床和热液矿床绝大多数有色金属(如铜、铅、锌)、稀有金属(铼、锗、镓)、大部分铀矿床及部分铁、镍、钴矿床和许多非金属矿产(硫)。,第1章矿山地质常识第三节金属矿床,风化,沉积,外生矿床,岩石经风化和剥蚀作用后，如果残留下来的是有用矿物，即形成风化矿床如锡、金、铂等残积砂矿床和铁锰的风化残余矿床。,岩石经风化和剥蚀作用后，当被地表水流带走的易溶物质、胶结物质和微小的碎屑物质，由于水的流动变缓或在别的有利地质环境下沉积，如果含有有用矿物，则形成沉积矿床。如有很大工业价值的铁、锰、铝、磷、盐类、石灰石、粘土等矿床。,第1章矿山地质常识第三节金属矿床,变质矿床,变质矿床是受变质作用形成的矿床如我国著名的鞍山式铁矿，就属于这类矿床。又如石灰岩经变质作用后成为大理岩，也是变质矿床。,第1章矿山地质常识第四节金属矿床工业特征,金属矿床工业特征：矿体的埋藏要素及矿体的形状，矿石和围岩的工业特征,矿体埋藏要素,1)走向长度矿体在走向上的延伸长度。2)厚度矿体厚度通常用矿体上下盘之间的垂直距离来表示，叫做垂直厚度或真厚度；但开采急倾斜矿体时，往往用水平距离来表示，叫水平厚度或假厚度。3)倾角矿体中心面与水平面的夹角。4)延深矿体在深度上的分布情况，可采用埋藏深度和赋存深度来表示。前者是指地表至矿体上部界限的深度；后者是指矿体上部界限至下部界限的垂直距离或倾斜距离，即所谓的垂高和斜高。,第1章矿山地质常识第四节金属矿床工业特征,矿体的形状,透镜状矿体,块状矿体,巢状矿体,网状矿体,层状矿体,脉状矿体,第1章矿山地质常识第四节金属矿床工业特征,矿体分类,按厚度,按倾角,按形状,极薄矿体厚度小于0.70.8m薄矿体厚度为0.84m中厚矿体厚度为515m厚矿体厚度为1540m极厚矿体厚度在40m以上,水平（微倾斜）矿体倾角05缓倾斜矿体倾角530倾斜矿体倾角3055急倾斜矿体倾角在55以上,层状矿体、脉状矿体、网状矿体、透镜状矿体、块状矿体、巢状矿体,第1章矿山地质常识第四节金属矿床工业特征,1岩石的坚固性岩石的坚固性是一种抵抗外力的性能。,第1章矿山地质常识第四节金属矿床工业特征,2岩石的隐定性岩石的稳定性，指矿石和围岩在一定暴露面的条件下，垮不垮的性质。影响稳定性的因素很多，除地质构造破坏的程度和水文地质条件外，暴露面的形状和大小、暴露时间长短、支护方法等也有极大的关系。为了正确确定地下采矿方法和采空区的支护方法，矿岩稳定性一般按大小分为五级：极不稳固没有支架或超前支架的支护，顶板和侧帮都不能有暴露面；不稳固允许有不大的暴露面，但要随回采工作的推进立即支护；中等稳固允许有一定的暴露面，随回采工作的推进可以不立即进行支护；隐固允许有比较大的暴露面，一般不用支护，在极个别的地方要支护；极稳固允许有很大的暴露面，不须支护，长期不垮。,第1章矿山地质常识第四节金属矿床工业特征,3其他工业特性其他工业特性繁多，其中常见而对开采有重要影响的有：1)氧化性硫化矿石在水和空气作用下，发生氧化的性质。硫化矿氧化后，会降低选矿的回收率，还可能导致矿石结块和自燃。2)自燃性含硫在1820%以上的矿石可能有自燃性。矿石自燃可能引起井下火灾，应预先采取防火措施。3)结块性采下的矿石和围岩，如含有粘土、滑石等物质，受压受湿后，经过一段时间即引起结块的性质。又如某些硫化矿石遇水后表层氧化，形成硫酸盐薄膜，即使没有细而粘的物质也具有结块性。结块性会给放矿和装运矿石带来困难。,第2章矿床勘探,矿床勘探的目的：了解矿床的埋藏特征、产状、矿石和围岩的工业性质、矿石储量、工程地质和水文地质条件等，为矿业技术经济分析、进行开采设计提供基础资料。矿床勘探的阶段：根据勘探的详细程度，将矿床勘探分为普查（找矿）、矿床勘探和生产探矿三个阶段。,第2章矿床勘探第一节找矿,目的：初步估计矿床存在的范围、矿床最有可能存在的位置，为初步勘探提供依据。步骤：根据矿床的成因理论，结合勘探地区的地形地貌和地质构造，推测矿床可能的埋藏地区，然后根据一些找矿标志进行调查。这些经验理论如：在砂岩与页岩分布很广的地区可能找到煤、铁、石膏及耐火粘土矿床；在大型向斜盆地可能有煤矿床；在岩浆浸入广泛的地区可能找到金属矿床等。古代找矿标志例如：“上有赭者下有铁”，“上有慈石者下有铜金”春秋齐国管子中的“地数”篇。方法：一般地质法、地球物理探矿法（简称物探）和地球化学探矿法（简称化探）,第2章矿床勘探第一节找矿,一、一般地质方法一般地质方法就是根据某地区的成矿地质环境和地质条件来寻找矿产，包括地质测量法、砾石找矿法和重砂测量法。地质测量法：就是把沿岩层或垂直岩层走向所追索到的和找到的各种地质特征，标记在地形图上，编制成各种地质图，并对一切与成矿有关的地质因素进行全面系统的研究，圈定出可能找到矿床的地段。砾石找矿法和重砂测量法：矿床风化以后，形成的砾石和重砂所散布的面积较原来的矿床要大，通过追踪这些砾石和重砂，并测量样品的重砂含量，来寻找原生矿床。砾石找矿法和重砂测量法，可以找到有露头的矿体，但不适用于隐伏在深处的矿体。,第2章矿床勘探第一节找矿,二、地球物理探矿法物探方法：当矿体与围岩的物理性质在磁性、弹性、放射性、电性和密度等五个方面中至少有一个方面存在差异，并且这个差异能被仪器测到时，可分别选用相应的磁性测量、地震测量、放射性测量、电法测量、重力测量等物探方法进行找矿。物探就是利用各种岩石和矿物的物理力学性质上的差异，在地表采用专门的仪器来寻找矿床的探矿方法。例如：磁铁矿具有磁性，可以用磁力仪在地表寻找由磁铁矿引起的地磁异常寻找矿床；含镍、铜、铅、锌等硫化物，电阻率低、电化学性质活泼，则可用各种电法仪器，在地表观测电场分布寻找矿床。,第2章矿床勘探第一节找矿,三、地球化学探矿法化探原理就是通过地球化学异常来寻找矿体。在矿体周围的岩石、土壤、水流、气体和生物中，有用元素的分布相对于矿体而言品位低，但对整个地区而言却呈现出相对集中，这就是矿化分散晕。主要化探方法有：岩石测量（原生晕法）、水化学法、生物化学测量法、气体测量法（气晕法）、稳定同位素法、土壤测量（次生晕法）等。化探的技术手段是现代微量化学分析，即应用现代灵敏、高速的化学分析和物理化学分析，如光谱分析等，来测定样品中微迹元素的含量，发现一般地质方法所不能见到的地质异常。,第2章矿床勘探第二节矿床勘探,为了确切地查明矿床中矿石储量、质量和开采技术条件等，需要在找矿