礦山地質(zhì)構(gòu)造和成礦作用的相關(guān)問題研究

陸俊杰，吳 昊，莊溶山

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210000）

通過對(duì)礦山地質(zhì)構(gòu)造和成礦作用展開探討，有助于探明地質(zhì)和礦產(chǎn)的關(guān)系，幫助礦山企業(yè)根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，預(yù)估當(dāng)?shù)氐牡V產(chǎn)資源，強(qiáng)化預(yù)測(cè)，對(duì)接下來的采礦工作提供參考。此外，正因礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦產(chǎn)資源的關(guān)系密切，一旦地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生改變，那么勢(shì)必會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡V產(chǎn)資源造成影響，不利于當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源的再生。因此探明兩者的關(guān)系后，從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，應(yīng)當(dāng)在盡量減少地質(zhì)結(jié)構(gòu)損壞的前提下開展采礦工作，防止過度開采破壞當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)，這值得礦業(yè)領(lǐng)域從業(yè)者加強(qiáng)重視。

1 礦山地質(zhì)構(gòu)造的形成

礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是地質(zhì)土體以及礦體巖石因地球自身的內(nèi)力及外應(yīng)力的影響，出現(xiàn)如褶皺、斷裂、彎曲、傾斜等不同形態(tài)的變化。這其中以褶皺和斷裂的情況最為多見。褶皺的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要呈波浪形，巖石在地球內(nèi)力作用下，形成連續(xù)的彎曲結(jié)構(gòu)，褶皺結(jié)構(gòu)的剖面可見若干個(gè)皺曲，根據(jù)形態(tài)特征可細(xì)分為背斜皺曲以及向斜皺曲，這種構(gòu)造同礦產(chǎn)資源存在緊密聯(lián)系。斷裂結(jié)構(gòu)主要是因巖石在壓力的作用下出現(xiàn)了完整性及連續(xù)性遭到破壞的形變，具體可細(xì)分為節(jié)理、斷層以及劈理這幾種形態(tài)[1]。這種結(jié)構(gòu)是一種比較常見的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也遭到了破壞。在這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)下開展采礦工作，會(huì)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成進(jìn)一步破壞，不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成不良影響，還埋下了自然災(zāi)害的隱患。

通常礦山最常見的地質(zhì)構(gòu)造為受強(qiáng)力作用所導(dǎo)致的彎曲形變，形成皺曲結(jié)構(gòu)，所謂皺曲就是在彎曲形變的巖層中所呈現(xiàn)的扭曲狀態(tài)，主要包括幾個(gè)基本要素：核、頂角、翼、軸以及樞紐和轉(zhuǎn)折端這幾個(gè)組成部門。細(xì)分出的向斜皺曲呈現(xiàn)的為巖層朝著下防彎曲的狀態(tài)。相對(duì)的，背斜皺曲即為巖層朝上彎曲。斷裂結(jié)構(gòu)主要是受到地應(yīng)力的影響，如果巖層所受到的地應(yīng)力其強(qiáng)度大于巖石自身強(qiáng)度，就會(huì)破壞巖層的完整性以及連貫性，從而巖層會(huì)發(fā)生形變，產(chǎn)生幾種不同情況的斷裂面。巖層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的斷裂程度和所受到的地應(yīng)力是呈正比的。如果地應(yīng)力的強(qiáng)度很小，那么所造成的斷裂結(jié)構(gòu)也就不太明顯，甚至可能需要借助顯微鏡才能看到。如果受到的地應(yīng)力過強(qiáng)，那么會(huì)形成大的斷裂結(jié)構(gòu)，甚至斷裂長(zhǎng)度可達(dá)千里，或更高。斷裂結(jié)構(gòu)最為常見的形態(tài)是結(jié)理以及斷層，偶也有見劈理這種斷裂結(jié)構(gòu)[2]。根據(jù)斷裂的生產(chǎn)原因，又可分成原生、風(fēng)化以及構(gòu)造等等。通常礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是很穩(wěn)定的，但隨著采礦工程的加劇，挖掘出過多的礦物，勢(shì)必會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境造成影響，甚至直接影響了礦區(qū)未來的成礦作用，不利于可持續(xù)發(fā)展。

2 礦山地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)

很多礦山地質(zhì)構(gòu)造最明顯的特點(diǎn)就是存在節(jié)理以及裂隙這幾種形態(tài)，這是需要加強(qiáng)注意的，節(jié)理以及裂隙主要是因?yàn)槭軆?nèi)外力影響導(dǎo)致的礦山內(nèi)部位移及交錯(cuò)，這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比較差，當(dāng)采礦量過大就可能造成如坍塌或滑坡等災(zāi)害問題。所以在礦山開采是，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造合理控制開采量[3]。此外，如果坡度較大也能夠產(chǎn)生災(zāi)害隱患，當(dāng)斜度超過40°時(shí)，發(fā)生滑坡的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)很高。在復(fù)雜的節(jié)理地質(zhì)下，會(huì)使礦區(qū)的邊緣以及邊坡存在明顯的縫隙，這就是節(jié)理發(fā)育的主要特征，這些縫隙會(huì)對(duì)巖層的穩(wěn)定劑完整性造成一定破壞，所以常見在礦山開采過程中間安全臺(tái)會(huì)有很多巖石崩落的情況。此外，礦區(qū)周邊區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞，也同樣會(huì)對(duì)礦區(qū)帶來影響，如果采礦的區(qū)域較為分散，那么會(huì)對(duì)大片的礦山地質(zhì)造成重大破壞，對(duì)環(huán)境帶來明顯的影響。

在礦山開采工作日益活躍的背景下，我國(guó)很多礦山都出現(xiàn)不同程度地質(zhì)結(jié)構(gòu)的損害，各地都有因此出現(xiàn)坍塌、滑坡等方面的問題，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、人員安全都帶來了不良影響。此外，這些受損的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)打破原本的生態(tài)平衡，對(duì)之后礦產(chǎn)的再生能力帶來不利影響。因此在可持續(xù)發(fā)展的理念下，采礦操作務(wù)必要考慮人身安全以及自然環(huán)境的影響。特別是嚴(yán)重程度的破壞，改變了礦山的成礦作用，使當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源再生能力大幅下降，甚至可能完全失去再生的成礦條件，和可持續(xù)發(fā)展理念相悖。

3 礦山地質(zhì)構(gòu)造和成礦作用的關(guān)系

3.1 不同地質(zhì)構(gòu)造下的成礦作用

所謂成礦作用指的是在地質(zhì)環(huán)境的影響下所產(chǎn)生的礦產(chǎn)富集能力，礦床的生成離不開三個(gè)基本要素，分別是有礦物的來源、滿足成礦環(huán)境條件，處在成礦作用的影響下，這其中的成礦作用是一個(gè)非常重要的條件。成礦作用能夠決定礦產(chǎn)是否能夠富集成礦床，以及礦床的分布。所以梳理好地質(zhì)構(gòu)造同成礦作用的相互關(guān)系，能夠?qū)ΦV產(chǎn)資源進(jìn)行合理的預(yù)估，并預(yù)判大量采礦作業(yè)可產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。由此制定更加科學(xué)、合理的開采計(jì)劃，并將采礦事業(yè)同環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等相結(jié)合，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。不同礦床的地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定了其成礦的作用，因此對(duì)成礦作用的分析，要和礦山當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造情況相結(jié)合。通過對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境、構(gòu)造演變等加以中和分析。需要著重考慮以下幾個(gè)方面第一個(gè)方面，礦山的沉積構(gòu)造環(huán)境帶來的成礦作用。在沉積結(jié)構(gòu)下，會(huì)有大量的微生物沉積，這些微生物能夠大量的繁衍，并同礦層不斷進(jìn)行物質(zhì)交換，吸收礦層的土壤、氣體、無機(jī)鹽以及水分，同時(shí)微生物的排泄物以及骸骨則會(huì)留在礦層之中，從而把部分無機(jī)物經(jīng)由這一過程轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，將各類有機(jī)元素富集，并把沉積物包裹，由此形成如煤炭、石油以及生物灰?guī)r等多種礦產(chǎn)。隨著時(shí)間的累積，沉積環(huán)境的容量和沉積物的堆積速度達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)，就能夠富集礦產(chǎn)資源，演變?yōu)榈V床。在開采時(shí)，要合理設(shè)計(jì)采礦方案及采量，避免打破這一平衡，否則會(huì)影響資源的再生。第二個(gè)方面，當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)變化的時(shí)候，也會(huì)形成一種成礦作用。褶皺以及斷裂這種地質(zhì)變化都和礦產(chǎn)形成存在關(guān)系，能夠使礦產(chǎn)資源不穩(wěn)定。此外，不同時(shí)期的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，比如出現(xiàn)地震、火山爆發(fā)，不同時(shí)期的火山巖及侵入巖的影響，都能夠促進(jìn)礦產(chǎn)的生成。但另一方面，如果這種變動(dòng)帶來了斷裂以及裂隙等結(jié)構(gòu)變化，那么就會(huì)對(duì)礦產(chǎn)的生成造成一定制約。第三個(gè)方面，是巖漿帶來的成礦作用。在中古生代，地球上各地的巖漿活躍，巖漿是礦產(chǎn)的重要組成部分，能夠促進(jìn)礦物生成。不同類型的巖層在自身所處的地質(zhì)環(huán)境以及巖漿的影響下，會(huì)演變?yōu)椴煌牡V床。所以在找礦時(shí)，如果某一地區(qū)古時(shí)候火山活躍，那么當(dāng)?shù)鼐涂赡艽嬖诖罅康牡V產(chǎn)資源。

3.2 案例分析

攀枝花位于我國(guó)的四川省西南部，當(dāng)?shù)罔F礦資源豐富，根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)構(gòu)分析當(dāng)?shù)罔F礦床的成礦原因，以往主要是認(rèn)為是因晚期巖漿、早期巖漿以及巖漿熔離等原因，促進(jìn)了當(dāng)?shù)罔F礦礦床的生成。但是，近年來對(duì)攀枝花鐵礦進(jìn)行勘探，發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的成礦還和礦體本身發(fā)育的規(guī)律存在聯(lián)系。

按照韻律成核以及雙擴(kuò)散對(duì)流的理論，認(rèn)為鐵礦層中的礦物資和脈石礦物是交替成核心所產(chǎn)生的結(jié)晶，通過礦石的構(gòu)成也能看出這一情況。經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)礦床中的礦物中存在的成核結(jié)晶，有的早于脈石礦物，有的晚于脈石礦物，這種情況不能明確判斷到底是因早期巖漿礦床或是晚期巖漿帶來的成礦作用。但根據(jù)當(dāng)?shù)乜碧浇Y(jié)果，由礦體的形態(tài)、構(gòu)成、產(chǎn)狀以及成分來看，攀枝花地區(qū)的鐵礦起碼先后經(jīng)歷包括巖漿期、熱液期以及表生期這三個(gè)不同階段。從攀枝花中的鐵礦礦物中的稀土成分可以看出，經(jīng)過的巖漿期包括成巖期以及組成礦期。綜合上述分析，判斷攀枝花地區(qū)的鐵礦礦床，應(yīng)當(dāng)先后經(jīng)歷成巖、組成礦、熱液以及表生等先后四個(gè)時(shí)期。此外，還發(fā)現(xiàn)有地震泄水的地質(zhì)構(gòu)造，這是因?yàn)樗拇ㄊ堑卣鸲喟l(fā)的省份，如果礦區(qū)附近出現(xiàn)大規(guī)模地震，就會(huì)產(chǎn)生如砂體流動(dòng)以及液化等情況。尤其粉砂體的液化以及泄水就能夠在包括粉砂巖以及粉砂泥巖的沉積層中生成除地震泄水的地質(zhì)構(gòu)造。

4 結(jié)語

綜上，成礦作用能夠決定礦產(chǎn)是否能夠富集成礦床，以及礦床的分布。梳理好地質(zhì)構(gòu)造同成礦作用的相互關(guān)系，能夠?qū)ΦV產(chǎn)資源進(jìn)行合理的預(yù)估，并預(yù)判采礦作業(yè)可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。目前，由于礦產(chǎn)開采的大規(guī)模開采，我國(guó)很多礦山都出現(xiàn)不同程度地質(zhì)結(jié)構(gòu)的損壞，各地都有因此出現(xiàn)坍塌、滑坡等方面的問題，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、人員安全都帶來了不良影響。此外，這些受損的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)打破原本的生態(tài)平衡，對(duì)之后礦產(chǎn)的再生能力帶來不利影響。因此在可持續(xù)發(fā)展的理念下，采礦操作務(wù)必要考慮人身安全以及自然環(huán)境的影響。特別是嚴(yán)重程度的破壞，改變了礦山的成礦作用，使當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源再生能力大幅下降，甚至可能完全失去再生的成礦條件，和可持續(xù)發(fā)展理念相悖。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)礦山地質(zhì)構(gòu)造的分析，由此制定更加科學(xué)、合理的開采計(jì)劃，并將采礦行業(yè)同環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等相結(jié)合，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。