多金屬礦床地質(zhì)特征與控礦條件分析

趙曉暉，郭治東

1 相關(guān)理論概述

1.1 礦區(qū)地質(zhì)與巖石

①在地下巖漿的不斷腐蝕作用下，礦物的形成場地和最終轉(zhuǎn)換的過程會導(dǎo)致礦物的最終形態(tài)發(fā)生變化，最后形成了我們所熟知的巖作用的力學(xué)和化學(xué)成分。②礦石的材料大多數(shù)是以碳酸鹽的相關(guān)形式存在的，其中，鐵、銅、鋅等金屬物質(zhì)含量較高，硅鎂等物質(zhì)含量較低，在以上的條件下，大多數(shù)礦區(qū)內(nèi)鐵鎳金屬的存儲量較少，但是由于鋁的富集導(dǎo)致磁鐵礦的密集度逐漸增大，規(guī)模也不斷增大。③地殼構(gòu)造線附近的發(fā)育和它周圍巖層的相關(guān)性質(zhì)對礦床產(chǎn)生影響，斷裂帶便是其中最重要的一種圍巖，有著極強的空間擴(kuò)展能力，在探索時如果發(fā)現(xiàn)其走向和周圍空間較小時則證明它還有著極高的發(fā)展性。

1.2 沉積相

陸相和多相碎屑巖是由于沉積環(huán)境在相關(guān)條件下變質(zhì)所導(dǎo)致形成的，之間的差異化較大，而且相互之間有著很大的影響，在我國銅礦床分布中，有很多成礦流體經(jīng)歷了一系列的復(fù)雜變化。

礦石中銅的含量最終取決于成礦物質(zhì)的組成形態(tài)，對于礦石的理化研究有著極大的意義。

從古至今，人類運用智慧，利用現(xiàn)有的各種手段，對巖石的切層和巖石的形態(tài)有著極大的研究，像用顯微鏡對巖石進(jìn)行觀察，用鉆井液對巖石本質(zhì)進(jìn)行研究，同時用酸性氣體對巖石進(jìn)行物表實驗，在此同時獲得有用的礦石樣品，或者以單一礦石為原材料其他礦石為輔助產(chǎn)品提煉其他礦石，結(jié)合成其他礦石深埋地點最終進(jìn)行長久保存。

1.3 礦區(qū)地質(zhì)特征

總的來講，礦石最終的形成是人類活動的一種變相產(chǎn)物，更是一定時間段內(nèi)生產(chǎn)力的表現(xiàn)。科學(xué)研究表明，礦床的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是由各種礦物交織形成的一種混合起來的復(fù)合體，而不同種類的礦石便是這種礦床地質(zhì)的組成部分。同種性質(zhì)的各向的結(jié)構(gòu)特征最終決定了礦石最終的空間分布和特性，所以，異性礦各項礦產(chǎn)資源的共生和周圍的環(huán)境息息相關(guān)、密不可分；在此同時，因為各向異性的作祟，和地殼變遷的作用，礦床內(nèi)的礦石和地表化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了巨大的變化，導(dǎo)致巖溶的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)加劇的狀況，容易最終導(dǎo)致巖層的自然災(zāi)害發(fā)生，讓礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率急劇上升。

2 礦床開采技術(shù)條件影響因素分析

對于礦石開采時開采設(shè)備和條件的影響，我們應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯孩賹τ诓煌V床的礦石的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行逐一考察分析，對于一些礦石來講，在高溫高壓的條件下，穩(wěn)定性反而會變得更好，反而在相對較低的溫度下穩(wěn)定性會遭到破壞，耐性會大大降低，因此針對不同礦石的開采應(yīng)該因地制宜、因地施材，制定相關(guān)開采方案。②根據(jù)不同礦床的實際條件，有些礦石的來源場所是巖漿巖，所以在礦石開采時應(yīng)根據(jù)具體所采礦石的特性來確定最終的挖掘深度，找準(zhǔn)礦石位置，讓最終采集出來的礦石滿足要求。在采集的同時應(yīng)該加強礦區(qū)地殼變化信息的采集和檢測，避免安全事故的發(fā)生。對于易受影響的礦石進(jìn)行一定程度上的保護(hù)，便于后期的恢復(fù)。③對于不同礦床采取不同的采集方式，對于炸山等采集方式應(yīng)進(jìn)行合理規(guī)劃，在保證質(zhì)量的同時保證工作效率。當(dāng)采用新工藝時應(yīng)先做好實驗，選用最好的開采方式。

3 金屬礦地質(zhì)特征概述

3.1 有色金屬礦的成礦特點

現(xiàn)如今各行各業(yè)所需要的礦石不盡相同，種類也都有所不同，而且礦石中所包含的元素種類也不相同，但是因為大多數(shù)金屬用途的關(guān)系，絕大多數(shù)有色金屬被運用到了相關(guān)的生產(chǎn)生活當(dāng)中，但是有色金屬重鉻元素的含量還有所差異，當(dāng)值不同屬性的礦石在合成過程中，會有一些顏色的差異但是因為顏色相近，一些礦石在合成時有著較小的差異。在合成時有色金屬的最終屬性和特性，和它所包含的元素有著直接的聯(lián)系?，F(xiàn)在最具有價值的金屬莫過于金銀等礦石，價格高的主要原因是礦石開采難度高，存量較少，而造成這種現(xiàn)象的根本原因是因為所包含金屬元素的性質(zhì)，金本身是一種活動性較弱的金屬，在提純?yōu)閱钨|(zhì)時，所需要的能量巨大，成本極高，而且在接近地表的地殼中，不易發(fā)生劇烈的變化，不會發(fā)生較大的活動變遷，導(dǎo)致金屬礦石缺少提純的必備能量，但是在地殼深處，蘊含著巨大的能量，經(jīng)常發(fā)生這種置換活動，即便蘊含的能量物質(zhì)較少，但因為地殼深處的溫度較高，能夠讓其出現(xiàn)巨大的能量，這期間所產(chǎn)生的巨大能量足夠提純出惰性金屬，

3.2 金屬礦分布的區(qū)域地質(zhì)物理特征

對于金屬礦分布較多的區(qū)域，地下會有著巨大的活動，這會讓所屬地區(qū)的地質(zhì)發(fā)生一定的改變，從而擁有特殊地質(zhì)條件。金屬礦石在地下不同的階段有著不同的特性，而且在地下經(jīng)歷了地殼活動后，會出現(xiàn)一定程度的裂縫，而且段裂縫呈現(xiàn)延伸的狀態(tài)，此時可以通過相關(guān)方法對地底的礦石進(jìn)行探測，更能夠有效勘探出金屬礦石出，從而從側(cè)面提升礦石的開采率。而且，地下活動的劇烈會使巖漿向上噴發(fā)，形成一定量的巖漿巖，而巖漿會隨著巖漿石的縫隙流上來，可以根據(jù)巖漿的高度來最終確定地下活動的劇烈性，進(jìn)而判斷是否符合相關(guān)礦石產(chǎn)生的條件，再通過激光燈條件勾勒出底下的礦床結(jié)構(gòu)，對最終的采礦工作有著極大的幫助。

3.3 金屬礦分布的區(qū)域地質(zhì)化學(xué)特征

元素在成礦的過程中，不僅需要地質(zhì)的物理變動，還需要進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)，將金屬元素置換成礦，經(jīng)歷獨特的化學(xué)反應(yīng)后，地質(zhì)的化學(xué)成分也會具有相對獨特的特征。這些元素在進(jìn)行分布時，往往具有富集特征，經(jīng)過長時間的相互作用，不同元素化合物之間進(jìn)行聚集之后，便能夠形成礦物。此外，對金屬礦物分布地區(qū)進(jìn)行化學(xué)特征觀測的過程中，還需要對其伴生元素進(jìn)行考慮。往往具有伴生元素的區(qū)域在成礦的過程中，更加容易出現(xiàn)復(fù)合礦物。當(dāng)今地質(zhì)活躍的區(qū)域經(jīng)過調(diào)查，常見的伴生元素主要有鉬、鎳和砷，而出現(xiàn)的地區(qū)經(jīng)過相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)后，地表往往會存在著各種各樣的含有相應(yīng)元素的化合物。此外，地表一些巖漿灼燒形成的巖漿巖經(jīng)過了一定的時間之后，會由于外界因素出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，出現(xiàn)較多的化合物，這些化合物是進(jìn)一步形成礦石的基礎(chǔ)，可以通過對這些變質(zhì)作用產(chǎn)生的化合物進(jìn)行調(diào)查，確定其大致的成礦范圍。

4 金屬礦床地質(zhì)勘察開采

4.1 金屬礦的成礦條件

不同種類的金屬礦物在形成過程中需要的條件相似，其中最主要的區(qū)別就是成礦區(qū)域中含有的化學(xué)元素種類。在人們的日常生活中，最常見的金屬礦物就是金銀鐵銅，但是這些金屬礦物在形成的過程中對于能量的需求并不高，僅僅通過地殼變遷中所產(chǎn)生的能量就能幫助其形成金屬礦物，所以在成礦的過程中，這些金屬礦物主要分布在距離地面較近的地方，更加容易被人發(fā)現(xiàn)，也方便國家進(jìn)行開采工作。特殊、獨特的礦物在形成的過程中對于周圍環(huán)境的要求比較高，周圍環(huán)境的元素化合物的活性較低，但是礦物的形成需要較多的能量，所以化合物進(jìn)行反應(yīng)的過程就需要吸收大量的能量，僅僅通過地質(zhì)變遷過程中產(chǎn)生的能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而絕大部分能量距離地面較深地方的巖漿提供的，巖漿在變化的過程中會釋放出大量的熱量，能夠幫助活性較低的元素化合物之間進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步形成金屬礦物。所以活性較低的金屬礦物大部分都是分布在距離地面較深的地方。

4.2 礦床開采規(guī)律

第一，礦石的主要區(qū)別就在于其物理性質(zhì)和元素組成不同。銅鉬礦的主要成分就是銅，所以其中金的含量較低，如果遇到溫度較高的情況下，化學(xué)性質(zhì)就會發(fā)生較大的變化，在長時間高溫下就會變成巖石。第二，對于礦石的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，礦石中銅元素的存在導(dǎo)致不同種類的礦物能夠緊密結(jié)合在一起，這也將會導(dǎo)致礦產(chǎn)中的某些成分可能出現(xiàn)增加或減少的情況。第三，礦石周圍溫度升高可能會導(dǎo)致礦物質(zhì)中的成分發(fā)生較大的變化，在溫度較低時鐵以及其他金屬元素等這些物質(zhì)的比例將會有所降低。第四，礦石中的成分可能存在相同的情況，但是其中的各項參數(shù)對比有著較大的差異，所以物理性質(zhì)的變化有著明顯的規(guī)律。

4.3 地質(zhì)勘察工作

在開采礦石之前需要對現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行勘察，主要工作就是勘察施工區(qū)域的地理環(huán)境和地貌特征，需要對施工現(xiàn)場的地形地貌進(jìn)行測繪工作，主要包括施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件以及周邊區(qū)域的環(huán)境特征。在勘察過程中一定要仔細(xì)、認(rèn)真，對于現(xiàn)場環(huán)境的具體組成成分以及不同資源的狀態(tài)等都要仔細(xì)進(jìn)行分析，對于現(xiàn)場的勘察情況要及時進(jìn)行記錄，其中的數(shù)據(jù)信息要進(jìn)行整理和分析，為以后的工作提供參考和借鑒。

我國各個地區(qū)的土壤環(huán)境之間都是有著很大的區(qū)別的，所以在開采礦石之前需要對施工現(xiàn)場的土質(zhì)層進(jìn)行詳細(xì)的勘察，數(shù)據(jù)信息要進(jìn)行記錄和分析。我國國土面積遼闊，地形較為復(fù)雜，南方和北方之間的地形差別較大，土壤的酸堿性以及各種微生物的含量之間也有著較大的差異，所以，在進(jìn)行勘察的過程中，應(yīng)該確保采樣的合理性，對于不同環(huán)境的土壤都要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜訖z測，對土壤中的各種參數(shù)進(jìn)行記錄和分析。

即使是同一地區(qū)的土壤環(huán)境之間也會存在著一定的差別，土壤中的構(gòu)造也會有著很大的不同，所以負(fù)責(zé)開采礦石的相關(guān)企業(yè)或單位應(yīng)該提前對土層進(jìn)行詳細(xì)的了解，然后根據(jù)實際情況對土壤的層面進(jìn)行合理的劃分，對不同的截面進(jìn)行有針對性的分析，做好分析和討論工作。通過這種方式對土質(zhì)進(jìn)行合理的劃分有利于開采工作的高效進(jìn)行，在后續(xù)的施工過程中能夠?qū)⑻厥獾耐临|(zhì)單獨進(jìn)行施工，避免在施工過程中出現(xiàn)任何的問題，最大程度上提高建筑工程的質(zhì)量。

對施工現(xiàn)場的地質(zhì)巖土的勘察是一項需要很高專業(yè)技術(shù)的工作，在勘察過程中會涉及到很多的復(fù)雜工作，所以勘察工作需要分為幾個板塊進(jìn)行。在巖土勘察的每一個步驟完成之后，工作人員都需要對勘察中所涉及到的細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討，交流其中的工作經(jīng)驗，對于其中出現(xiàn)的問題要進(jìn)行反思，確保下一階段的勘察工作不會出現(xiàn)同樣的問題。在溝通的過程中也要不斷地進(jìn)行思考，明確以后的勘察方向和目標(biāo)，確?？辈旃ぷ鬟^程中不會出現(xiàn)任何問題，提高勘察的準(zhǔn)確性。

4.4 開采技術(shù)條件分析及預(yù)測

我國礦產(chǎn)資源的種類有很多，金屬銅礦在我國銅資源中占據(jù)較大的一部分，金屬銅礦的分布較為集中，其中含金量遠(yuǎn)超于其他礦產(chǎn)資源，所具有的經(jīng)濟(jì)價值更高。

第一，礦產(chǎn)資源發(fā)生變化主要是由礦產(chǎn)資源周圍的環(huán)境所引起的，采空區(qū)下部發(fā)生巖石變化的程度較小，所以其穩(wěn)定性較差，在溫度變化較大的情況下巖石礦物成分以及其中的結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生較大的改變。第二，礦石的成分和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以在開采礦石之前需要對礦體的礦石成分進(jìn)行分析，礦石的銅鉬礦中富含的鐵元素較多，但是其中的鐵、鋅、鉛等就相對較少。在銅礦化過程中，應(yīng)控制礦石的成分和組成，減少礦石開采對周圍環(huán)境造成的影響；開采過程中可能會出現(xiàn)礦石破碎較為嚴(yán)重的情況，對于破碎的礦石應(yīng)該進(jìn)行合理的處理，提高礦石的利用率，避免出現(xiàn)浪費的情況，降低安全事故發(fā)生的可能性；礦石可能會出現(xiàn)變化的情況，所以在開采過程中應(yīng)該做好安全措施，避免出現(xiàn)傷害人身安全的情況。第三，在開采之前應(yīng)該進(jìn)行充分的準(zhǔn)備工作，選擇專業(yè)的施工技術(shù)，對于技術(shù)的詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行分析，能夠確定銅鉬礦開采工作設(shè)計的施工方案是否具有較高的合理性，確保開采工作的順利進(jìn)行。開采的相關(guān)單位應(yīng)該根據(jù)不同的礦產(chǎn)資源選擇不同的開采方法，然后根據(jù)開采方法選擇合適的開采技術(shù)。所以，對開采工作進(jìn)行詳細(xì)的分析之后才能設(shè)計開采方案，分析其中各種影響因素的變化規(guī)律，確保施工方案的合理性。

4.5 水文地質(zhì)特征

在開采過程中可能會遇到地表水，不同地區(qū)的地表水有著不同的特征，內(nèi)蒙古地區(qū)的地表水特征主要是樹狀的特征，自然環(huán)境因素的影響導(dǎo)致地表水長期處于干涸的狀態(tài)，地表水的流量也相較于其他地區(qū)小很多，在七月份到九月份之間水流量有所增加，內(nèi)蒙古地區(qū)距離海邊較遠(yuǎn)，地表水主要是通過大氣降水的方式獲取。

與此同時，地表水與礦區(qū)之間的距離比較大，由此，礦區(qū)的開采會受到地表水的影響。除了地表水，還有地下水，地下水大致可以分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。其中，松散巖類孔隙水的主要組成有第四孔隙水含水層、強風(fēng)化空隙含水層，其水量的大小主要受地形條件以及沉積厚度的影響，而地形條件以及沉積厚度則受大氣降水的影響。其通常會在地形斜坡處憑借蒸發(fā)滲透的方式進(jìn)入溝谷進(jìn)而轉(zhuǎn)化為地表水，而其中也會有部分形成構(gòu)造裂隙水。塊狀巖類裂隙含水巖組，主要分布于區(qū)內(nèi)的巖漿巖成巖裂隙和構(gòu)造裂隙中，其具備一定的抗壓性。地下水主要為松散堆積層、基巖裂隙及構(gòu)造破碎帶潛水，風(fēng)化裂隙發(fā)育深度通常在數(shù)十米左右，其主要來源是大氣降水。

礦區(qū)的主要水文地質(zhì)邊界相對簡單，且地表水具有很明確的劃分界限，其周圍也不存在大地表水體、尚未進(jìn)行開采的礦區(qū)等。其中，地表水與地下水的方向基本相同，其流動方向主要受到地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。礦床充水層為基巖裂隙水含水層，充水方式以頂板裂隙線流、面流為主，含水量相對較低，分布也并不很均勻。雖然礦體較多，但其中部分位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，與此同時，巖體具備良好的隔水性能，從而使得排水時不會造成塌陷等現(xiàn)象。分析完水文地質(zhì)特征后，需要根據(jù)預(yù)測的情況對礦床涌水量進(jìn)行預(yù)測，后期需要進(jìn)行抽水實驗對涌水量進(jìn)行測算，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出水文地質(zhì)類型。除了水文地質(zhì)類型，工程地質(zhì)類型也要進(jìn)行判斷。

4.6 進(jìn)行金屬礦找尋的方法

金屬礦物是當(dāng)今生產(chǎn)過程中的一項資源，對有色金屬進(jìn)行成礦特點分析以及區(qū)域特點的確定，最主要的目的便是尋找相應(yīng)的規(guī)律實現(xiàn)礦產(chǎn)勘探，進(jìn)一步提高礦產(chǎn)資源的利用效率，保障各類生產(chǎn)活動能夠順利運行。在進(jìn)行金屬礦尋找的過程中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦翁攸c選擇合適的方法，在一些植被覆蓋較多的地區(qū)進(jìn)行礦床尋找?？梢酝ㄟ^對地表土壤的各種化學(xué)位置進(jìn)行取樣分析，經(jīng)過取樣分析之后，能夠判斷表層土是否具有巖漿巖風(fēng)化形成的物質(zhì)，如果存在相應(yīng)的化合物，便說明當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)層發(fā)生過較大的變遷，具有較大的成礦可能，可以繼續(xù)進(jìn)行下一步金屬礦找尋工作。在尋找礦床之前應(yīng)該對此地的地理環(huán)境、溫度、濕度等具體情況進(jìn)行詳細(xì)的了解，在較為寬闊的地區(qū)尋找礦床的時候可以對巖石進(jìn)行分析，可以首先尋找變質(zhì)巖，然后根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境等條件進(jìn)行分析和討論，找到造成巖石變質(zhì)的情況并對影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析，對于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向也要提前有所了解，判斷出礦石可能存在的大致位置，然后利用特殊的技術(shù)對大致范圍內(nèi)的所有地下區(qū)域進(jìn)行勘探，對地下的勘察情況使用遙感技術(shù)進(jìn)行，進(jìn)一步確定礦石資源的具體位置。

5 結(jié)論

在通過一定量的現(xiàn)場勘察和相關(guān)水文調(diào)查后，結(jié)合文獻(xiàn)和當(dāng)下的各種先進(jìn)的科技方式，并結(jié)合相關(guān)巖石學(xué)的基礎(chǔ)，最終探討出礦床的基本情況。通過本文的調(diào)查結(jié)果和相關(guān)理論基礎(chǔ)，應(yīng)該進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，進(jìn)而在保證質(zhì)量的前提下提升其效率，讓礦石開采更加快速高效，提高資源利用率。