多金属矿床地质特征与控矿条件分析

2023-01-09赵晓晖郭治东

中国金属通报 2022年18期

赵晓晖，郭治东

1 相关理论概述

1.1 矿区地质与岩石

①在地下岩浆的不断腐蚀作用下，矿物的形成场地和最终转换的过程会导致矿物的最终形态发生变化，最后形成了我们所熟知的岩作用的力学和化学成分。②矿石的材料大多数是以碳酸盐的相关形式存在的，其中，铁、铜、锌等金属物质含量较高，硅镁等物质含量较低，在以上的条件下，大多数矿区内铁镍金属的存储量较少，但是由于铝的富集导致磁铁矿的密集度逐渐增大，规模也不断增大。③地壳构造线附近的发育和它周围岩层的相关性质对矿床产生影响，断裂带便是其中最重要的一种围岩，有着极强的空间扩展能力，在探索时如果发现其走向和周围空间较小时则证明它还有着极高的发展性。

1.2 沉积相

陆相和多相碎屑岩是由于沉积环境在相关条件下变质所导致形成的，之间的差异化较大，而且相互之间有着很大的影响，在我国铜矿床分布中，有很多成矿流体经历了一系列的复杂变化。

矿石中铜的含量最终取决于成矿物质的组成形态，对于矿石的理化研究有着极大的意义。

从古至今，人类运用智慧，利用现有的各种手段，对岩石的切层和岩石的形态有着极大的研究，像用显微镜对岩石进行观察，用钻井液对岩石本质进行研究，同时用酸性气体对岩石进行物表实验，在此同时获得有用的矿石样品，或者以单一矿石为原材料其他矿石为辅助产品提炼其他矿石，结合成其他矿石深埋地点最终进行长久保存。

1.3 矿区地质特征

总的来讲，矿石最终的形成是人类活动的一种变相产物，更是一定时间段内生产力的表现。科学研究表明，矿床的地质结构是由各种矿物交织形成的一种混合起来的复合体，而不同种类的矿石便是这种矿床地质的组成部分。同种性质的各向的结构特征最终决定了矿石最终的空间分布和特性，所以，异性矿各项矿产资源的共生和周围的环境息息相关、密不可分；在此同时，因为各向异性的作祟，和地壳变迁的作用，矿床内的矿石和地表化学性质发生了巨大的变化，导致岩溶的现象越来越严重，甚至出现加剧的状况，容易最终导致岩层的自然灾害发生，让矿区的地质灾害发生概率急剧上升。

2 矿床开采技术条件影响因素分析

对于矿石开采时开采设备和条件的影响，我们应该从以下几个方面进行更为严谨的分析：①对于不同矿床的矿石的物理化学性质进行逐一考察分析，对于一些矿石来讲，在高温高压的条件下，稳定性反而会变得更好，反而在相对较低的温度下稳定性会遭到破坏，耐性会大大降低，因此针对不同矿石的开采应该因地制宜、因地施材，制定相关开采方案。②根据不同矿床的实际条件，有些矿石的来源场所是岩浆岩，所以在矿石开采时应根据具体所采矿石的特性来确定最终的挖掘深度，找准矿石位置，让最终采集出来的矿石满足要求。在采集的同时应该加强矿区地壳变化信息的采集和检测，避免安全事故的发生。对于易受影响的矿石进行一定程度上的保护，便于后期的恢复。③对于不同矿床采取不同的采集方式，对于炸山等采集方式应进行合理规划，在保证质量的同时保证工作效率。当采用新工艺时应先做好实验，选用最好的开采方式。

3 金属矿地质特征概述

3.1 有色金属矿的成矿特点

现如今各行各业所需要的矿石不尽相同，种类也都有所不同，而且矿石中所包含的元素种类也不相同，但是因为大多数金属用途的关系，绝大多数有色金属被运用到了相关的生产生活当中，但是有色金属重铬元素的含量还有所差异，当值不同属性的矿石在合成过程中，会有一些颜色的差异但是因为颜色相近，一些矿石在合成时有着较小的差异。在合成时有色金属的最终属性和特性，和它所包含的元素有着直接的联系。现在最具有价值的金属莫过于金银等矿石，价格高的主要原因是矿石开采难度高，存量较少，而造成这种现象的根本原因是因为所包含金属元素的性质，金本身是一种活动性较弱的金属，在提纯为单质时，所需要的能量巨大，成本极高，而且在接近地表的地壳中，不易发生剧烈的变化，不会发生较大的活动变迁，导致金属矿石缺少提纯的必备能量，但是在地壳深处，蕴含着巨大的能量，经常发生这种置换活动，即便蕴含的能量物质较少，但因为地壳深处的温度较高，能够让其出现巨大的能量，这期间所产生的巨大能量足够提纯出惰性金属，

3.2 金属矿分布的区域地质物理特征

对于金属矿分布较多的区域，地下会有着巨大的活动，这会让所属地区的地质发生一定的改变，从而拥有特殊地质条件。金属矿石在地下不同的阶段有着不同的特性，而且在地下经历了地壳活动后，会出现一定程度的裂缝，而且段裂缝呈现延伸的状态，此时可以通过相关方法对地底的矿石进行探测，更能够有效勘探出金属矿石出，从而从侧面提升矿石的开采率。而且，地下活动的剧烈会使岩浆向上喷发，形成一定量的岩浆岩，而岩浆会随着岩浆石的缝隙流上来，可以根据岩浆的高度来最终确定地下活动的剧烈性，进而判断是否符合相关矿石产生的条件，再通过激光灯条件勾勒出底下的矿床结构，对最终的采矿工作有着极大的帮助。

3.3 金属矿分布的区域地质化学特征

元素在成矿的过程中，不仅需要地质的物理变动，还需要进行各种化学反应，将金属元素置换成矿，经历独特的化学反应后，地质的化学成分也会具有相对独特的特征。这些元素在进行分布时，往往具有富集特征，经过长时间的相互作用，不同元素化合物之间进行聚集之后，便能够形成矿物。此外，对金属矿物分布地区进行化学特征观测的过程中，还需要对其伴生元素进行考虑。往往具有伴生元素的区域在成矿的过程中，更加容易出现复合矿物。当今地质活跃的区域经过调查，常见的伴生元素主要有钼、镍和砷，而出现的地区经过相应的化学反应后，地表往往会存在着各种各样的含有相应元素的化合物。此外，地表一些岩浆灼烧形成的岩浆岩经过了一定的时间之后，会由于外界因素出现变质现象，出现较多的化合物，这些化合物是进一步形成矿石的基础，可以通过对这些变质作用产生的化合物进行调查，确定其大致的成矿范围。

4 金属矿床地质勘察开采

4.1 金属矿的成矿条件

不同种类的金属矿物在形成过程中需要的条件相似，其中最主要的区别就是成矿区域中含有的化学元素种类。在人们的日常生活中，最常见的金属矿物就是金银铁铜，但是这些金属矿物在形成的过程中对于能量的需求并不高，仅仅通过地壳变迁中所产生的能量就能帮助其形成金属矿物，所以在成矿的过程中，这些金属矿物主要分布在距离地面较近的地方，更加容易被人发现，也方便国家进行开采工作。特殊、独特的矿物在形成的过程中对于周围环境的要求比较高，周围环境的元素化合物的活性较低，但是矿物的形成需要较多的能量，所以化合物进行反应的过程就需要吸收大量的能量，仅仅通过地质变迁过程中产生的能量是远远不够的，而绝大部分能量距离地面较深地方的岩浆提供的，岩浆在变化的过程中会释放出大量的热量，能够帮助活性较低的元素化合物之间进行反应，进一步形成金属矿物。所以活性较低的金属矿物大部分都是分布在距离地面较深的地方。

4.2 矿床开采规律

第一，矿石的主要区别就在于其物理性质和元素组成不同。铜钼矿的主要成分就是铜，所以其中金的含量较低，如果遇到温度较高的情况下，化学性质就会发生较大的变化，在长时间高温下就会变成岩石。第二，对于矿石的结构进行研究可以发现，矿石中铜元素的存在导致不同种类的矿物能够紧密结合在一起，这也将会导致矿产中的某些成分可能出现增加或减少的情况。第三，矿石周围温度升高可能会导致矿物质中的成分发生较大的变化，在温度较低时铁以及其他金属元素等这些物质的比例将会有所降低。第四，矿石中的成分可能存在相同的情况，但是其中的各项参数对比有着较大的差异，所以物理性质的变化有着明显的规律。

4.3 地质勘察工作

在开采矿石之前需要对现场的实际情况进行勘察，主要工作就是勘察施工区域的地理环境和地貌特征，需要对施工现场的地形地貌进行测绘工作，主要包括施工现场的地质条件以及周边区域的环境特征。在勘察过程中一定要仔细、认真，对于现场环境的具体组成成分以及不同资源的状态等都要仔细进行分析，对于现场的勘察情况要及时进行记录，其中的数据信息要进行整理和分析，为以后的工作提供参考和借鉴。

我国各个地区的土壤环境之间都是有着很大的区别的，所以在开采矿石之前需要对施工现场的土质层进行详细的勘察，数据信息要进行记录和分析。我国国土面积辽阔，地形较为复杂，南方和北方之间的地形差别较大，土壤的酸碱性以及各种微生物的含量之间也有着较大的差异，所以，在进行勘察的过程中，应该确保采样的合理性，对于不同环境的土壤都要进行适当的取样检测，对土壤中的各种参数进行记录和分析。

即使是同一地区的土壤环境之间也会存在着一定的差别，土壤中的构造也会有着很大的不同，所以负责开采矿石的相关企业或单位应该提前对土层进行详细的了解，然后根据实际情况对土壤的层面进行合理的划分，对不同的截面进行有针对性的分析，做好分析和讨论工作。通过这种方式对土质进行合理的划分有利于开采工作的高效进行，在后续的施工过程中能够将特殊的土质单独进行施工，避免在施工过程中出现任何的问题，最大程度上提高建筑工程的质量。

对施工现场的地质岩土的勘察是一项需要很高专业技术的工作，在勘察过程中会涉及到很多的复杂工作，所以勘察工作需要分为几个板块进行。在岩土勘察的每一个步骤完成之后，工作人员都需要对勘察中所涉及到的细节和数据信息进行详细的分析和探讨，交流其中的工作经验，对于其中出现的问题要进行反思，确保下一阶段的勘察工作不会出现同样的问题。在沟通的过程中也要不断地进行思考，明确以后的勘察方向和目标，确保勘察工作过程中不会出现任何问题，提高勘察的准确性。

4.4 开采技术条件分析及预测

我国矿产资源的种类有很多，金属铜矿在我国铜资源中占据较大的一部分，金属铜矿的分布较为集中，其中含金量远超于其他矿产资源，所具有的经济价值更高。

第一，矿产资源发生变化主要是由矿产资源周围的环境所引起的，采空区下部发生岩石变化的程度较小，所以其稳定性较差，在温度变化较大的情况下岩石矿物成分以及其中的结构可能会发生较大的改变。第二，矿石的成分和结构较为复杂，所以在开采矿石之前需要对矿体的矿石成分进行分析，矿石的铜钼矿中富含的铁元素较多，但是其中的铁、锌、铅等就相对较少。在铜矿化过程中，应控制矿石的成分和组成，减少矿石开采对周围环境造成的影响；开采过程中可能会出现矿石破碎较为严重的情况，对于破碎的矿石应该进行合理的处理，提高矿石的利用率，避免出现浪费的情况，降低安全事故发生的可能性；矿石可能会出现变化的情况，所以在开采过程中应该做好安全措施，避免出现伤害人身安全的情况。第三，在开采之前应该进行充分的准备工作，选择专业的施工技术，对于技术的详细参数进行分析，能够确定铜钼矿开采工作设计的施工方案是否具有较高的合理性，确保开采工作的顺利进行。开采的相关单位应该根据不同的矿产资源选择不同的开采方法，然后根据开采方法选择合适的开采技术。所以，对开采工作进行详细的分析之后才能设计开采方案，分析其中各种影响因素的变化规律，确保施工方案的合理性。

4.5 水文地质特征

在开采过程中可能会遇到地表水，不同地区的地表水有着不同的特征，内蒙古地区的地表水特征主要是树状的特征，自然环境因素的影响导致地表水长期处于干涸的状态，地表水的流量也相较于其他地区小很多，在七月份到九月份之间水流量有所增加，内蒙古地区距离海边较远，地表水主要是通过大气降水的方式获取。

与此同时，地表水与矿区之间的距离比较大，由此，矿区的开采会受到地表水的影响。除了地表水，还有地下水，地下水大致可以分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和构造裂隙水。其中，松散岩类孔隙水的主要组成有第四孔隙水含水层、强风化空隙含水层，其水量的大小主要受地形条件以及沉积厚度的影响，而地形条件以及沉积厚度则受大气降水的影响。其通常会在地形斜坡处凭借蒸发渗透的方式进入沟谷进而转化为地表水，而其中也会有部分形成构造裂隙水。块状岩类裂隙含水岩组，主要分布于区内的岩浆岩成岩裂隙和构造裂隙中，其具备一定的抗压性。地下水主要为松散堆积层、基岩裂隙及构造破碎带潜水，风化裂隙发育深度通常在数十米左右，其主要来源是大气降水。

矿区的主要水文地质边界相对简单，且地表水具有很明确的划分界限，其周围也不存在大地表水体、尚未进行开采的矿区等。其中，地表水与地下水的方向基本相同，其流动方向主要受到地质构造等因素的影响。矿床充水层为基岩裂隙水含水层，充水方式以顶板裂隙线流、面流为主，含水量相对较低，分布也并不很均匀。虽然矿体较多，但其中部分位于侵蚀基准面以下，与此同时，岩体具备良好的隔水性能，从而使得排水时不会造成塌陷等现象。分析完水文地质特征后，需要根据预测的情况对矿床涌水量进行预测，后期需要进行抽水实验对涌水量进行测算，进而准确判断出水文地质类型。除了水文地质类型，工程地质类型也要进行判断。

4.6 进行金属矿找寻的方法

金属矿物是当今生产过程中的一项资源，对有色金属进行成矿特点分析以及区域特点的确定，最主要的目的便是寻找相应的规律实现矿产勘探，进一步提高矿产资源的利用效率，保障各类生产活动能够顺利运行。在进行金属矿寻找的过程中，需要根据当地的地形特点选择合适的方法，在一些植被覆盖较多的地区进行矿床寻找。可以通过对地表土壤的各种化学位置进行取样分析，经过取样分析之后，能够判断表层土是否具有岩浆岩风化形成的物质，如果存在相应的化合物，便说明当地地质层发生过较大的变迁，具有较大的成矿可能，可以继续进行下一步金属矿找寻工作。在寻找矿床之前应该对此地的地理环境、温度、湿度等具体情况进行详细的了解，在较为宽阔的地区寻找矿床的时候可以对岩石进行分析，可以首先寻找变质岩，然后根据当地的气候环境等条件进行分析和讨论，找到造成岩石变质的情况并对影响因素进行详细分析，对于当地的风向也要提前有所了解，判断出矿石可能存在的大致位置，然后利用特殊的技术对大致范围内的所有地下区域进行勘探，对地下的勘察情况使用遥感技术进行，进一步确定矿石资源的具体位置。