晉南地區(qū)某礦山三維地質(zhì)結構及成因機制探討

馬騰飛

（山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620）

我國在對礦床進行地質(zhì)化學試驗的同時，還進行了一系列試驗，包括由大量研究人員進行的沉積試驗、觀測研究和技術開發(fā)。例如微量元素，包括稀土元素、穩(wěn)定同位素、成礦溫度、成礦年齡等數(shù)據(jù)精度越來越高，使得該礦床的成因都有很大的進步。然而，我們注意到，隨著采礦深度的增加，采礦也大大增加了生產(chǎn)的困難和成本，嚴重影響了礦山的可持續(xù)發(fā)展。開采資源的缺乏已成為威脅采礦工業(yè)生存的最大問題。在這方面，威脅到了礦山企業(yè)的生存。研究表明，礦山資源的利用至少需要15年的時間來評估資源的利用情況，因此迫切需要開展礦區(qū)成礦條件、成礦機理和成礦規(guī)律的研究，加強對礦山深部和外圍找礦的預測，擴大礦山儲備量并確保其可持續(xù)發(fā)展，這就成為了目前迫切需求解決的問題。

1 探究礦山三維地質(zhì)結構

1.1 地形地貌地層

圖1 晉南地區(qū)某礦山三維地質(zhì)結構圖

通過實際考察發(fā)現(xiàn)，晉南地區(qū)山地總體南高北低，東陡西緩。根據(jù)晉南地區(qū)的地貌成因類型，將全區(qū)劃分為堆積地形、剝蝕堆積、剝蝕地形三種類型。其形態(tài)類別又可分為中山、低中山、低山丘陵、河谷（溝谷）洼地、沖積平原、湖積平原、熔巖臺地、風積沙地。根據(jù)礦山實際地貌繪制出如圖1所示的，礦山三維地質(zhì)結構圖，其具體劃分類型如圖1所示，圖中Ⅰ代表剝蝕類型：Ⅰ—1為中山，Ⅰ—2為低中山，Ⅰ—3為低山丘陵；Ⅱ代表剝蝕堆積類型：Ⅱ—1為河谷（溝谷）洼地；Ⅲ代表堆積類型：Ⅲ—1為沖積平原，Ⅲ—2為湖積平原，Ⅲ—3為熔巖臺地，Ⅲ—4為風積沙地。

根據(jù)實際考察發(fā)現(xiàn)該研究領域的重點是調(diào)查晉南地區(qū)礦山主要出露的地層，有分別是下元古界和古生界的志留系、泥盆系、石炭系、侏羅系、白晉系及新生界的新近系[4]。

1.2 構造特征

晉南地區(qū)一級構造單元主要有地槽褶皺系、礦山中生代巖漿巖帶，區(qū)內(nèi)大部分的地區(qū)屬于地槽褶皺系[2]。另外以上兩個一級構造單元控制著區(qū)內(nèi)山川、盆地等地貌形態(tài)，具有晉南地區(qū)的地貌特征的代表性，控制著巖漿巖活動和區(qū)域內(nèi)地層的沉積。

1.3 礦產(chǎn)資源

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，晉南地區(qū)某礦山內(nèi)共有開采礦種19種，見表1，共劃分為四個大類：能源礦物質(zhì)、金屬礦物質(zhì)、非金屬礦物質(zhì)及水氣礦物質(zhì)。

表1 研究區(qū)礦山開采礦產(chǎn)表

區(qū)內(nèi)金屬礦物資源主要以鋁礦為主，其他金屬礦物含量微弱，礦山總體礦產(chǎn)以煤炭為主。

2 分析成因機制

2.1 成礦過程

目前，晉南地區(qū)礦山的成因機制通常以探索基于區(qū)域地質(zhì)演化、巖相古地理特征為基礎，再通過研究和分析礦石結構構造、礦物成因、元素賦存狀態(tài)和元素活動行為等，來解決相關問題。

嚴格的說，成礦機制包括母巖的風化機制、物質(zhì)搬運過程以及同生期等處于多個階段的礦石結構與物質(zhì)演化而來[3]。目前分析，可能有三種類別的形成機制形成了晉南地區(qū)的礦山：第一種，紅土化作用形成含金屬物質(zhì)，之后含金屬物質(zhì)被搬運到碳酸鹽巖表面沉積形成礦山。第二種，風化殼中含金屬溶液以化學形式搬運并結晶形成礦山。最后一種是碳酸鹽巖表面或者內(nèi)部金屬硅酸鹽巖金屬土礦化(紅土化)后原地堆積形成金屬土礦[4]。其中第一種成因機制被認為主要成因機制，并且第一種成因機制還可劃分為三個成礦過程：首先，物質(zhì)準備過程。該過程是母巖中礦物經(jīng)過風化作用和紅土化作用使各種離子從巖石中礦物分解釋放出來，在風化作用下隨著其進行過程堿性元素逐漸流失，留下剩余的離子，剩下來的離子原地結晶，形成氧化物和氫氧化物以及部分粘土礦物，這些礦物組成了金屬土礦的原始物質(zhì)。其次，物質(zhì)變遷階段，已經(jīng)形成的金屬土礦物質(zhì)經(jīng)過短距離的搬運，在區(qū)域地中沉積形成金屬土礦層[5]。最后，改造階段，該階段是后成巖作用、變質(zhì)作用以及表生風化淋濾作用過程共同完成的。礦山在這個階段是逐漸富集和優(yōu)化的過程。在一些特殊部分，礦山中某部分的形成是三種機制的共同作用或者以任何兩種方式結合的產(chǎn)物。

2.2 礦山成因

經(jīng)過上說分析，從地質(zhì)學、巖相學、地球化學和礦物學多學科綜合研究，得出晉南地區(qū)礦山成因機制：礦山中主要礦物是來自結晶巖石的簡單礦物；而主要粘土礦為風化成因，所以礦山成因機制主體為“離子結晶與碎屑沉積”綜合成因。

3 結語

通過本文的研究，對晉南地區(qū)礦山有了更深入的了解，但還有以下問題需要進一步研究：除了為流體提供動力外，在礦作用過程中是否還有其他外來動力或熱源的加入？是否存還沒有被發(fā)現(xiàn)的在某種被掩埋的巖體中，為礦床的成礦提供了某種能量？還需要進一步調(diào)查。對于本文對晉南地區(qū)地質(zhì)結構及成因機制的研究，由于沒有時間數(shù)據(jù)和礦物指標，需要進一步對該礦山進行詳細的劃分。