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1、知识与理论基础第二章相关知识与理论基础第一节地质勘查与矿产开发一、地质学基础地质学是研究地球，而主要是研究地壳的组成物质、构造变动和发展历史规律的科学。它包括研究矿物化学成分和成因的矿物学，研究岩石化学成分、矿物成分和成因的岩石学，研究矿床分类、分布及其产生规律的矿床学，研究岩层和岩体的各种构造形式、成因及其发展规律的构造地质学，研究地壳构造的发生、发展规律和地壳运动原因的大地构造学，研究古生物的分类、鉴定及其发展演变规律的古生物学，研究地壳发展历史及其演变规律的地史学等等分支科学。地球圈层构造与物质组成人类居住的地球是太阳系行星家族中的一个壮年成员。它是一个巨大的实心椭圆体。赤道半径约，极半

2、径约。地球不是一个均质体。它是由不同状态和不同物质组成的若干个同心圈层构造的球体。这个球体由表及里可以分为大气圈、水圈、生物圈（称为外圈）以及地壳、地幔和地核（称为内圈）。大气圈是环绕地球最外层的气体圈层。它的密度随高度增加而减小，越向上空气越稀薄，并逐渐过度为宇宙空间。在二三千公里高空还有稀薄空气的痕迹。大气圈自下而上又可分为对流层、平流层、电离层和扩散层。由于地球引力作用，大气圈约的空气集中在对流层。对流层厚度各处不同，一般在。一切风云雪雹等天气变化都发生在这里。水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等。它是一个连续而不规则的圈层。地表水、地下水和大气中的水，在太阳辐射热的影响下，不

3、断地进行着循环，并转变为强大的动能，在破坏地表及地下一定深度的岩石的同时，参与其他地质作用形成新的岩石。水又是一切生命有机体赖以生存的重要物质。生物圈是地球表面有生物的一圈，在地球表层的大气圈、水圈以及地表土壤和岩石里面，都有大量生物存在。它们的生命活动直接或间接参与岩石的破坏和建设作用。上述外部圈层我们可以通过各种方法直接观察和研究。但地球的内部圈层我们不能直接观察和研究，尤其是地球深部的地幔和地核。获得地球深部圈层构造的认识，主要依靠地球物理的方法。由于地震波在不同介质（固态、液态和气态）中的传播速度不同，通过地震波在地球不同深度的传播速度，大体推测地球深部也具有圈层结构和物质成分及其存在

4、状态。地表以下，大约在的深度范围内，是一层坚硬的固体外壳，和大气圈、水圈、生物圈直接接触，被称为地壳。如果把地球比作一个鸡蛋，地壳就是蛋壳，地幔就相当于蛋清，地核就相当于蛋黄。地球内部各圈层的厚度比大体如此。地壳并不是在所有地方一样厚，在海洋的地壳就薄，一般在，而在大陆的地壳就厚，而且越是高山的地方就越厚，如西藏高原可厚达，一般平均厚度为。前者称为大洋型地壳，后者称为大陆型地壳。地壳由地表向地壳深部温度和压力不断增高，到地壳底部温度可达左右。地壳主要是由各种各样的岩石组成的。不同岩石的生成原因不同，有着不同的物质成分、颜色和构造结构。通过研究岩石的成分、构造，进而扩大到更大区域上岩石和地层的分

5、布及构造形迹，就可以历史比较和推测地质历史时期的地质环境和地壳变动过程，探求地壳运动的发展规律。地幔又称中间层，大约在地表以下的圈层。其体积占地球总体积的，质量占地球总质量的。温度和压力随深度增加而增加。压力达万个大气压，温度在上部约为，下部约为。根据地震波分析，地幔又可分为上地幔和下地幔。上地幔深约，据推测这里有大量放射性元素集中，蜕变生热产生高温，形成柔性或塑性层，局部或呈熔融状态，故也称软流层，一般认为这可能是岩浆的发源地。同时，地壳运动，岩浆活动和火山喷发活动皆有可能与此有关。地质作用与地壳运动地质作用是引起地壳组成物质、地壳构造和地表形态等不断的形成和变化的作用。有些地质作用进行得十

6、分迅速，如火山、地震、山崩、洪水等。有些地质作用却进行得十分缓慢，往往不易被察觉。但年深日久，却产生巨大的后果。如高山被剥蚀掉了，大海被填平了。我们看到上万米厚的成层的岩石（沉积岩）就是几千万年甚至几亿年前地表高处的岩石被风化剥蚀后，被水搬运到低处（海洋、湖泊等）沉积下来，随着地壳下降，沉积物被埋在地下深处，在温度和压力的作用下固结成岩。这些地质作用地质学叫外力作用。由地球自转或地球内部放射性元素蜕变产生热能引起地壳深部岩石断裂形成地块（或板块）的平移、升降（称为地壳运动）、岩浆活动、变质作用和地震，统称为内力地质作用。地壳物质变化与成矿由于地质作用的原因，地壳物质总是在不断地发生变化。这种变

7、化主要表现在两个方面。一方面是物质组成成分的变化，形成各种各样的岩石和矿物；另一方面物质状态发生改变，即物质结构构造形态的改变，如岩石的断裂、折皱、形变等。地壳中各种各样的岩石总是以一定的物质组成和结构构造形态存在着。而它们的形成原因总是与一定的地质作用有着密切的关系。在地球深部热力的作用下，在上地幔接近地壳底部的地方，往往可以形成岩浆。热力的进一步作用，可以使地壳岩石发生断裂和位移。岩浆乘机沿着地壳裂隙向地壳上部流动和浸入。在岩浆运移过程中由于温度压力的变化和围岩物质成分的参与，岩浆的物质成分不断地发生改变，不同元素和矿物也在不同物理化学条件下聚集和结晶，随着温度压力下降，岩浆固结成块状结构

8、的岩浆岩。岩浆在地壳中的深度不同，温度压力下降速度不同，围岩物质成分不同，矿物结晶、岩浆固结成岩石的速度不同，岩浆岩的矿物成分和结构构造也不同，就形成了不同类型的岩浆岩。如果某种元素或矿物富集到具有开采价值，这便形成了岩浆岩矿床。如果岩浆沿地壳裂隙冲破地表，便形成火山喷发。喷出地表的岩浆冷却固结并形成火山岩。与火山活动有关的矿床称为火山岩矿床。出露地表的坚硬的岩石，经过长年累月的日晒雨淋、生物活动及物理化学风化，会发生破碎风化成泥沙。在水的作用下，经过江河流水搬运到湖泊海洋，沉积下来，掩埋在地表深处，在压力和温度升高的情况下，又固结成坚硬的岩石。这种岩石被称为沉积岩。沉积岩的显著特点是一层一层

9、的层状构造。这种层状构造的直接原因是沉积物在沉积时因气候的变化或地壳运动使得沉积环境的改变产生的。在不同的沉积环境下，有着不同的沉积物。如果某种有用元素或矿物达到具有开采价值，便是沉积矿床。如石油、煤、石灰岩等。沉积岩是地质学家研究地壳运动和地质规律的主要研究对象。通过研究沉积岩中的组成物质、结构构造和古生物化石，我们可以认识沉积岩的沉积环境和古气候变迁，划分地质年代，揭示地壳运动发展历史和演变规律，指导找矿。根据地层层序率（即下面的地层老，上面的地层新）和生物（古生物化石证据）发展演变历史规律及同位数测定地质年龄，我们可以把地球发展历史的时期用地质年代来表示。从地球诞生到今天，可以分为太古代

10、、元古代、古生代、中生代和新生代。每一个代又分为若干个纪。每一个纪又分为若干个世。与之相应的地层单位是界、系、统。如说到古生代是指大约距今亿年前至亿年的地质历史时期，这一时期形成的地层被称为古生界。其他地质年代和地层单位的对应关系也如此。地壳中原已生成的岩石，无论是岩浆岩、沉积岩或早已生成的变质岩，由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理化学条件的变化，使其成分、结构、构造发生一系列的改变，这种促使岩石发生改变的作用称为变质作用。由变质作用形成新的岩石称变质岩。由变质作用形成的矿床称变质矿床。二、地质勘查与找矿地质勘查是一个范围比较广义的概念。它包括了所有各类专门性的勘查工作。如区域地质调查、矿产

11、勘查、水文地质勘查、工程地质勘查、环境地质勘查等。区域地质调查（也称地质调查）是指在更大区域范围内的地质调查工作，是基础性和公益性的地质工作。所谓基础性是指它的工作成果是其他地质工作的基础，其他地质工作一般都是在地质调查工作的基础上开展的。所谓公益性是指它的工作目的不是为获利，其工作费用由政府无偿提供，它的工作成果免费为全社会开放。矿产勘查又称地质找矿，其工作目的是为找矿获利为目的，故而是商业性的地质勘查。地质调查与矿产勘查都可以采取不同的专业性勘查手段，如地质填图、测量、水文地质、工程地质、物、化探等地质工作。它们的区别主要在于勘查目的、投资性质、工作区域范围大小、工作内容与研究方法及工作精

12、度上有着本质的不同。矿产勘查技术方法矿产勘查就是运用各种地质勘查方法和勘查手段，揭露地质现象，认识地质规律，根据成矿理论寻找和发现有开采价值的经济矿床。矿产勘查的技术方法手段主要有地质测量法、重砂测量法、地球化学方法、地球物理方法、遥感遥测法和探矿工程法等。地质测量（又叫地质填图）是根据野外地质观察研究，将区域或矿区的各种地质现象以一定颜色或符号客观地表示在不同比例尺的平面图或剖面图上。地质测量是最基础的地质工作，通过地质测量可以了解工作区域的岩石地层、构造分布，研究区域的地质背景和成矿条件，为其他地质工作和地质研究提供基础资料。重砂测量是以各种疏松沉积物中的自然重砂矿物为主要研究对象，以解决

13、与有用重砂矿物有关的矿产及地质问题为主要内容，以重砂取样为主要手段，以追索寻找砂矿和原生矿为主要目的的一种地质找矿方法。它是将取样重砂的含量表示在地形地质图上，研究重砂的分布规律，圈定重砂异常区，结合地质研究，指导重砂找矿。地球化学测量（或找矿）是通过系统的样品采集和分析，根据成矿元素和伴生元素在地壳中的分布、分散和集中的规律，圈定地球化学异常区，结合地质和成矿规律研究，指导找矿。地球化学找矿是很重要和有效的找矿方法。对寻找和发现隐伏矿体具有重要意义。地球物理测量（或地球物理探矿，简称物探）是通过对研究区的电、磁、波、重力、放射性等物理现象的测量，圈定其异常区，了解它们的物理量强度和分布特点，

14、根据物理学及地球物理理论，结合地质学和矿床学理论，分析解释物理现象的成因，用以指导找矿。遥感地质测量是通过航空（卫星或飞机）上的遥感装置，向地面发射或反射光讯号，经过光电效应转换为电讯号，用磁带记录下来发回地面，经计算机处理成各种图像或数据，再对图像进行判释及数据的进一步处理，用以解释地质现象。探矿工程是通过机械钻探、开挖坑道或探槽等方法直接揭露地表以下的岩石或矿体，直接观察、取样、编录地质现象。它是矿产勘查不可缺少的地质工作手段。它在找矿过程中，往往是在其他地质工作的基础上，对矿床存在可能性的验证，矿体形态的认识、控制及储量计算具有不可或缺的作用。矿产勘查阶段划分地质工作的认识规律是一个由粗

15、到细、由表及里、由浅入深的认识过程。地质工作总是从地质调查开始。即通过地质测量、物探、化探、遥感等手段，在大区域面积内进行地质工作，把各种地质现象反映在小比例尺（）图上，收集、分析区域范围的地层、岩石、地质构造特征及成矿地质条件，指出找矿方向。矿产勘查找矿是建立在地质调查基础上的。矿产勘查依据工作程度不同可以分为预查、普查、详查和勘探四个阶段。预查是依据区域地质或物、化探异常研究结果，初步野外观测，极少量的工程验证结果，与地质特征类似的已知矿床类比、预测，提出可供普查的矿化潜力较大地区。有足够依据时可估算出预测的资源量，即潜在的矿产资源。普查是根据预查的结果，在选定的普查区内，大致查明成矿地质

16、背景，圈出成矿远景地段，寻找、发现与评价各类物、化探异常、矿化点或矿点，查明是否有进一步工作价值的矿床或矿体，为详查工作提供依据。详查是对经过普查证实具有进一步工作价值的矿区（矿产地）进行更加详细的地质工作，对矿床作出是否具有工业价值的评价，为是否进行勘探提供依据。对有经济价值的矿区（矿床），详查工作成果可以做为矿山（矿区）总体规划或总体设计以及矿山项目建议书的依据。勘探是对具有工业价值并拟近期开采利用的矿床进行更加细致的工作，通过工作完全控制矿体，查清水文地质和工程地质等开采条件，通过实验技术条件查明矿石的选冶加工技术性能，为矿山建设设计确定矿山总体布置、生产规模、产品方案、开采方式和经济技

17、术评价提供必需的资料依据。必须指出，普查、详查和勘探是地质找矿的最重要的三个阶段，不同阶段的地质工作目的、任务和工作量是不一样的，每一阶段勘查设计所依据的地质资料详细程度和对矿床的认识程度也是不一样的，依次随着工作的深入，人们对矿床的认识不断深化。不同阶段的区分主要依据地质工作程度。但每一阶段所采用的工作手段和技术方法大体是相同的，只不过工程布置的稀疏程度、技术手段的配合和人们的研究程度不同。每一阶段都是要通过本阶段的工作对矿床地质、矿体形态特征、矿石质量和开采技术条件等进行测量、采样、研究和分析，根据已经掌握的地质资料，揭露和认识矿体。矿产资源储量分类分级矿产资源储量分类（指固体矿产）有新标

18、准和旧标准，新的分类标准是年颁布实施，旧的分类标准就自动作废了。但在实际工作中人们熟悉和习惯旧的分类标准，因此旧的分类与新的分类常常混用。为使读者对新旧分标准有一个基本的了解，对两种分类标准均作简单介绍。（）旧的分类标准。根据矿床的地质工作程度、技术经济矿床开采条件，将固体矿产储量分为两大类：第一类是指在当前技术经济条件下，能够开发利用的矿床储量，又叫表内储量。第二类是指在当前技术经济条件下尚难开发利用的储量，又叫表外储量。两类储量根据地质工作的程度，又可以划分为、五个不同的级别。级储量：是指由矿山生产部门探求的、准确控制矿体并可作为采掘计划的储量。级储量：指在级储量分布地段工作基础上，详细控

19、制矿体空间位置，对矿石类型及其比例和变化规律已经确定的矿产储量。它一般是分布在矿山初期开采地段的高级储量。级储量：指基本控制了矿体的空间位置，对矿石类型、品级的种类及其比例变化规律基本确定了的储量。可以作为矿山建设设计的依据。级储量：指对矿体的空间位置及矿石类型、品级等只作了大致控制或了解的储量。它包括以下几个部分：用稀疏工程控制的储量；虽用较密工程控制，但由于矿体变化复杂或其他原因达不到级要求的储量；物化探异常经过工程验证所计算的储量；以及由级储量以上储量块断外推或配合少量工程控制的储量。级储量主要作为矿山建设远景规划及进一步布置地质勘探工作的依据。所以又称远景储量。级储量：指已经过探矿工程

20、证实矿体（或矿层）存在，但达不到级储量条件的储量。是矿区的远景储量，是不能参加矿山建设设计储量比例计算，不作为矿山设计依据的储量。级储量合称为探明的储量。（）新的分类标准。新的分类标准主要是依据矿床勘查的地质可靠程度、可行性研究程度和矿床的经济意义这三个因素综合考虑划分的。）地质可靠程度是指对矿床勘查的工作程度，即通过勘查人们对矿床的揭露和认识的可靠程度。它的内容包括对成矿地质条件、矿石物质组成和矿石质量、水文地质和工程地质以及环境地质对矿床开采的影响等。具体说，通过勘查施工揭露地质现象，了解矿床的成因，矿体形态和空间位置。通过采样分析和化验或实验，了解矿石的物质组成（包括矿物和各种元素的含量

21、）、矿石的结构等对采、选、冶加工性能的影响。通过水文地质、工程地质工作了解地下水、围岩的力学性质及地质构造对矿床开采的影响。人们对矿床的全面认识基于勘查工作的程度。投入的勘查工作量越多，地质现象揭露得越充分，对矿床的认识就越接近客观实际，这种认识的可靠程度就越高。地质可靠程度可以划分为：预测的、推断的、控制的、探明的。预测的：是指对具有矿化潜力较大地区经过预查得出的结果。在有足够的数据并能与地质特征相似的已知矿床类比时，才能估算出预测的资源量。推断的：是指对普查区按照普查的精度大致查明矿产的地质特征以及矿体（矿点）的展布特征、品位、质量，也包括那些由地质可靠程度较高的基础储量或资源量外推的部分

22、。由于信息有限，不确定因素多，矿体（点）的连续性是推断的，矿产资源数量的估算所依据的数据有限，可信度较低。控制的：是指对矿区的一定范围依照详查的精度基本查明了矿床的主要地质特征、矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件，矿体的连续性基本确定，矿产资源数量估算所依据的数据较多，可信度较高。探明的：是指在矿区的勘探范围依照勘探的精度详细查明了矿床的地质特征、矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件，矿体的连续性已经确定，矿产资源数量估算所依据的数据详尽，可信度高。）可行性评价就是运用多学科技术经济评价方法，在综合调查研究的基础上，综合论证一个工程项目在技术上是否先进、实用可

23、靠，在经济上是否合理，在财务上是否盈利，从而为投资决策提供科学依据的技术经济论证活动，按研究程度划分为：概略研究（或机会研究）、预可行性研究、可行性研究。概略研究：是指对矿床开发经济意义的概略评价。所采用的矿石品位、矿体厚度、埋藏深度等指标通常是我国矿山几十年来的经验数据，采矿成本是根据同类矿山生产估计的。其目的是为了由此确定投资机会。由于概略研究一般缺乏准确参数和评价所必需的详细资料，所估算的资源量只具内蕴经济意义。预可行性研究：是指对矿床开发经济意义的初步评价，其结果可以为该矿床是否进行勘探或可行性研究提供决策依据，进行这类研究，通常应有详查或勘探后采用参考工业指标求得的矿产资源储量数，实

24、验室规模的加工选冶试验资料，以及通过市场价格或类似矿山开采对比所获数据估算的成本。预可行性研究内容与可行性研究相同，但详细程度次之。当投资者为选择拟建项目而进行预可行性研究时，应选择适合当时市场价格的指标及各项参数，且论证项目尽可能齐全。可行性研究：是指对矿床开发经济意义的详细评价，其结果可以详细评价拟建项目的技术经济可靠性，可作为投资决策的依据，所采用的成本数据精确度高，通常依据勘探所获的储量数及相应的加工选冶性能试验结果，其成本和设备报价所需各项参数是当时的市场价格，并充分考虑了地质、工程、环境、法律和政府的经济政策等各种因素的影响，具有很强的时效性。）经济意义是对勘查的矿产资源进行可行性

25、评价后，所获得的评价结果在经济上的反映。根据不同可行性评价阶段所获得的结果，可以划分为：经济的、边际经济的、次边际经济的、内蕴经济的。经济的：其数量和质量是依据符合市场价格确定的生产指标计算的。在可行性研究或预可行性研究当时的市场条件下开采，技术上可行，经济上合理，环境等其他条件允许，即每年开采矿产品的平均价值能足以满足投资回报的要求。或在政府补贴和（或）其他扶持措施条件下，开发是可能的。边际经济的：在可行性研究或预可行性研究当时，其开采是不经济的，但接近于盈亏边界，只有在将来由于技术、经济、环境等条件的改善或政府给予其他扶持的条件下可变成经济的。次边际经济的：在可行性研究或预可行性研究当时，

26、开采是不经济的或技术上不可行，需大幅度提高矿产品价格或技术进步，使成本降低后方能变为经济的。内蕴经济的：仅通过概略研究作了相应的投资机会评价，未作预可行性研究或可行性研究。由于不确定因素多，无法区分其是经济的、边际经济的，还是次边际经济的。经济意义未定的：仅指预查后预测的资源量，属于潜在矿产资源，无法确定其经济意义。依据地质可靠程度、可行性研究程度与经济意义作为分类的三维轴，可以将矿产资源划分为基础储量与资源量两大类别，即地质可靠程度在控制的以上包括探明的同时经济意义在边界经济以上包括经济的矿产资源统称为基础储量。地质可靠程度达不到控制的，经济意义达不到边际经济的（包括次边际经济的和内蕴经济的

27、）统称为资源量。分别用、代表经济轴、可行性轴和地质轴，进一步用三位不同的编码表示基础储量和资源储量的不同类别共十六种（见表）。说明：表中所用编码（），第位数表示经济意义：经济的，边际经济的，次边际经济的，内蕴经济的，？经济意义未定的；第位数表示可行性评价阶段：可行性研究，预可行性研究，概略研究；第位数表示地质可靠程度：探明的，控制的，推断的，预测的。未扣除设计、采矿损失的可采储量。基础储量：是查明矿产资源的一部分，它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（包括品位、质量、厚度、开采技术条件等），是经详查、勘探所获控制的、探明的并通过可行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用未扣除设

28、计、采矿损失的数量表述。资源量：是指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。包括经可行性研究或预可行性研究证实为次边际经济的矿产资源以及经过勘查而未进行可行性研究或预可行性研究的内蕴经济的矿产资源；以及经过预查后预测的矿产资源。可采储量：经过可行性研究获得基础储量，扣除设计、采矿损失后即可得到可采储量。预可采储量：是经过预可行性研究得到的基础储量，扣除设计采矿损失后得到的预可采储量。三、采矿、选矿基础概述采矿采矿是矿山企业运用采矿机械和井巷工程将矿石采掘出来的生产活动。根据矿体的赋存状态有不同的开采方式。主要有露天开采（露采）、地下开采（硐采）和海洋开采。矿床开采分为开拓、采准和回采三个主要步骤。

29、在用地下开采方式时，首先必须从地表开掘一系列通到矿体的井巷，以形成从地面到阶段水平的行人、运输、排水、通风等系统。把进行这项工程施工叫做开拓。为开拓掘进的各类井巷叫做开拓巷道。主要有竖井开拓、斜井开拓和平硐开拓。竖井、斜井和平硐结合使用时称为联合开拓。在开采缓倾斜、倾斜和急倾斜矿床时，在井田中每隔一定的垂直距离，掘进一条或几条和矿体走向一致的主要运输巷道，将井田的垂直方向上划分为矿段，这个矿段就叫阶段。阶段的范围沿矿体走向以井田边界为限，沿倾向以上下两个主要运输巷道为限。通过掘进开拓巷道，形成了完整的运输、通风、排水系统，在这种开拓巷道范围内的矿床储量称为开拓矿量。在已开拓好的阶段里，为了回采

30、矿石，需根据采矿方法的要求在采区内掘进平巷、横巷和天井叫采准。掘进的这些巷道叫采准巷道，形成采区外形，在采区范围内的矿量叫采准矿量。采准矿量是开拓矿量的一部分。在已做好采准工作的采区里，进行大量掘进矿石的工作叫回采。凡是已经做好采矿准备的采区内，完成了切割工作，可以立即进行回采，在这些采区范围内的矿量称为备采矿量。备采矿量是采准矿量的一部分。为了保持矿山的均衡生产，开拓、采准和回采必须保持一定的超前关系，即开拓超前于准采，准采超前于回采。其超前关系是以掘进开拓、采准和回采巷道所提供的开拓矿量、采准矿量、备采矿量所需要的时间来表示。一般矿山应备有三年以上的开拓矿量，一年左右的采准矿量，半年左右的备采矿量，这三种矿量称为三级矿量。采矿方法就是根据矿床赋存条件和矿石与围岩的物理力学性质等因素，所确定的矿石开采方法。它包括采区的地压控制、结构参数、回采工艺等。如按地压管理方法可将采矿分为四大类。第一类，空场采矿法。这类方法用于围岩和矿石都很稳固的矿床，地压管理是用采区中留下的矿柱支撑和维护采空区。回采过程中随矿石