23矿产资源利用的矿床学基础 231矿床学的基本概念 矿产在地壳中的集中产地即是矿床。确切地说,矿床是指地壳中由地质作用形成的,其所含有 用矿物资源的质和量,在一定的经济技术条件下能被开采利用的地质体。矿床学,或称矿床地质学, 是研究矿床在地壳中形成条件、成因和分布规律的科学。由于矿床学是直接应用于矿物资源的开发 和利用的地质学科,所以也称为经济地质学 1同生矿床和后生矿床 (1)同生矿床 是指矿体与围岩是在同一地质作用过程中,同时或近于同时形成的。例如由沉积作用形成的沉 积矿床以及在岩浆结晶分异过程中形成的岩浆分结矿床等,都属同生矿床。 (2)后生矿床 指矿体的形成明显地晚于围岩的一类矿床。矿体和围岩是由不同地质作用和在不同时间形成 的。例如沿地层层理面产出的或穿切层理的各种热液矿脉,属后生矿床。它们是岩层形成后,含矿 热液在其裂隙中以充填或交代的方式形成的。 2矿体的形状和产状 矿体是矿床的主要组成部分,是开采和利用的对象。一个矿床往往是由多个矿体组成的。矿体 具有一定的形状和产状。 (1)矿体的形状 根据矿体在三度空间长度比例的不同,可将矿体的形状分为三种最基本的类型(图2-1) ①等轴状矿体 指三轴在三度空间大致均衡延伸的矿体。按其规模又有不同名称,直径达数十米以上的称为矿 瘤:直径只有几米的称为矿巢;直径更小的是矿囊和矿袋。如果矿体在一个方向上较短,并且中厚 边薄,即成为凸镜体或扁豆体。这类矿体在同生矿床或后生矿床中都很常见 ②板状矿体 二向延伸较大(长度和宽度),而第三方向(厚度)较小的矿体,称为矿脉或矿层
2.3 矿产资源利用的矿床学基础 2.3.1 矿床学的基本概念 矿产在地壳中的集中产地即是矿床。确切地说，矿床是指地壳中由地质作用形成的，其所含有 用矿物资源的质和量，在一定的经济技术条件下能被开采利用的地质体。矿床学，或称矿床地质学， 是研究矿床在地壳中形成条件、成因和分布规律的科学。由于矿床学是直接应用于矿物资源的开发 和利用的地质学科，所以也称为经济地质学。 1.同生矿床和后生矿床 （1）同生矿床 是指矿体与围岩是在同一地质作用过程中，同时或近于同时形成的。例如由沉积作用形成的沉 积矿床以及在岩浆结晶分异过程中形成的岩浆分结矿床等，都属同生矿床。 （2）后生矿床 指矿体的形成明显地晚于围岩的一类矿床。矿体和围岩是由不同地质作用和在不同时间形成 的。例如沿地层层理面产出的或穿切层理的各种热液矿脉，属后生矿床。它们是岩层形成后，含矿 热液在其裂隙中以充填或交代的方式形成的。 2.矿体的形状和产状 矿体是矿床的主要组成部分，是开采和利用的对象。一个矿床往往是由多个矿体组成的。矿体 具有一定的形状和产状。 （1）矿体的形状 根据矿体在三度空间长度比例的不同，可将矿体的形状分为三种最基本的类型（图 2-1） ①等轴状矿体 指三轴在三度空间大致均衡延伸的矿体。按其规模又有不同名称，直径达数十米以上的称为矿 瘤；直径只有几米的称为矿巢；直径更小的是矿囊和矿袋。如果矿体在一个方向上较短，并且中厚 边薄，即成为凸镜体或扁豆体。这类矿体在同生矿床或后生矿床中都很常见。 ②板状矿体 二向延伸较大（长度和宽度），而第三方向（厚度）较小的矿体，称为矿脉或矿层
一向延长(柱状 二向延长(板状) 三向延长(等轴状) 平面图) (南非程依赫 克铂一格矿 剖面图 A (剖面图) (商非金伯利岩矿筒) 向 美国加利福尼亚州 金矿的管状矿体) 图2-1矿体形状综合示意图 矿脉是产在各种岩石裂隙中的板状矿体,属典型的后生矿床。按矿脉与围岩的产状关系,又可 分为层状矿脉和切割矿脉两种。前者指与层状岩石的层理产状相一致的矿脉,是顺层充填或交代作 用的产物,后者指产在岩体中的或穿切层状岩石层理的矿脉。矿脉的规模不等,大者在地表延长可 达千米以上,一般在几十米至几百米之间。厚度通常只几十厘米至几米,大的可达十几米至几十米 延深一般几十米到几百米,少数可达千米以上。 矿层一般是指沉积生成的板状矿体,矿体与岩层是在相同的地质作用下同时形成的,因此二者 的产状一致。近年来也有人把产于超基性一基性杂岩体中的层状铭铬铁矿矿体称为矿层。矿层的厚 度比较稳定,延展也大,其走向延长可达几公里到数十公里以上,沿倾斜延深可与长度相仿,厚度 常达数米甚至数百米。 ③柱状矿体 是指一个方向(大多是垂直方向)延深很大,而另外两个方向延伸较小的矿体,通常称为柱状
图 2-1 矿体形状综合示意图 矿脉是产在各种岩石裂隙中的板状矿体，属典型的后生矿床。按矿脉与围岩的产状关系，又可 分为层状矿脉和切割矿脉两种。前者指与层状岩石的层理产状相一致的矿脉，是顺层充填或交代作 用的产物，后者指产在岩体中的或穿切层状岩石层理的矿脉。矿脉的规模不等，大者在地表延长可 达千米以上，一般在几十米至几百米之间。厚度通常只几十厘米至几米，大的可达十几米至几十米。 延深一般几十米到几百米，少数可达千米以上。 矿层一般是指沉积生成的板状矿体，矿体与岩层是在相同的地质作用下同时形成的，因此二者 的产状一致。近年来也有人把产于超基性—基性杂岩体中的层状铭铬铁矿矿体称为矿层。矿层的厚 度比较稳定，延展也大，其走向延长可达几公里到数十公里以上，沿倾斜延深可与长度相仿，厚度 常达数米甚至数百米。 ③柱状矿体 是指一个方向（大多是垂直方向）延深很大，而另外两个方向延伸较小的矿体，通常称为柱状
筒状或管状矿体。如阿扎尼亚和苏联的原生金刚石矿床的管状矿体,直径可达数百米,延深很大 般金属矿床的柱状矿体,其横截面直径以几米到几十米的最为普遍。 实际上,有许多矿体的形状介于等轴状与板状之间,或介于板状与柱状之间。又有些矿体的形 状很不规则,例如网状矿脉和梯状矿脉,还有其它复杂形状的矿体。 (2)矿体的产状 矿体的产状是指矿体产出的空间位置和地质环境,包括以下内容: ①矿体的空间位置 般是由矿体的走向、倾向和倾角,即矿体的产状要素来确定的。但对凸镜状、扁豆状以及柱 状矿体等,除了测量其走向、倾向和倾角外,还要测量它们的侧伏角和倾伏角,以便准确地判定它 们的空间位置。如图2-2所示,侧伏角(∠abc)是矿体最大延伸方向(即矿体轴线)与走向之间 的夹角。倾伏角(∠dbc)则是矿体最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角。倾角(∠bfe)乃是矿 体真倾斜线与其在水平面投影线之间的夹角。确定这类矿体的侧伏角和倾伏角对矿床的勘探和开采 都有重要的指导意义 ②矿体的埋藏情况 是指矿体出露地表还是隐伏于地下、埋藏深度如何等。如矿体大部分出露地表,或由于产出浅 经剥离后可以开采的,称为露天矿。完全隐伏的称为隐伏矿,也称盲矿体 ③矿体与岩浆岩的空间关系 是指矿体产于岩体内,还是产在接触带或法位于侵入体的围岩之中 ④矿体与围岩层理、片理的关系 矿体是沿层理、片理呈整合产出,还是穿切层理或片理。 ⑤矿体与地质构造的空间关系 是指矿体产于构造中的部位,与裙皱和断裂在空间上的联系等 影响矿体形态和产状的地质因素很多,其中矿床的成因、围岩性质以及构造条件具有决定性的 意义。 3围岩和母岩 (1)围岩 围岩即是指矿体周围的岩石,对后生矿床来说,在成矿过程中,围岩的化学成分和物理性质对 有用矿物的富集,具有较大的影响。有的矿体与围岩的界线是很清楚的,如脉状矿体,有的矿体与 围岩之间呈渐变过渡,没有明显的界线,则需要通过采祥和化学分析之后,按照工业指标加以固定, 如由细脉浸染状矿石组成的斑岩型矿床等 (2)母岩母岩即是在矿床形成过程中,提供主要成矿物质的岩石,它与矿床在空间上和成因 上有着密切的联系。有一些矿床,矿体的国岩就是母岩,如由岩浆结晶分异作用形成的富镁质超基
筒状或管状矿体。如阿扎尼亚和苏联的原生金刚石矿床的管状矿体，直径可达数百米，延深很大。 一般金属矿床的柱状矿体，其横截面直径以几米到几十米的最为普遍。 实际上，有许多矿体的形状介于等轴状与板状之间，或介于板状与柱状之间。又有些矿体的形 状很不规则，例如网状矿脉和梯状矿脉，还有其它复杂形状的矿体。 （2）矿体的产状 矿体的产状是指矿体产出的空间位置和地质环境，包括以下内容： ①矿体的空间位置 一般是由矿体的走向、倾向和倾角，即矿体的产状要素来确定的。但对凸镜状、扁豆状以及柱 状矿体等，除了测量其走向、倾向和倾角外，还要测量它们的侧伏角和倾伏角，以便准确地判定它 们的空间位置。如图 2-2 所示，侧伏角（ abc）是矿体最大延伸方向（即矿体轴线）与走向之间 的夹角。倾伏角( dbc)则是矿体最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角。倾角（ bfe）乃是矿 体真倾斜线与其在水平面投影线之间的夹角。确定这类矿体的侧伏角和倾伏角对矿床的勘探和开采 都有重要的指导意义。 ②矿体的埋藏情况 是指矿体出露地表还是隐伏于地下、埋藏深度如何等。如矿体大部分出露地表，或由于产出浅 经剥离后可以开采的，称为露天矿。完全隐伏的称为隐伏矿，也称盲矿体。 ③矿体与岩浆岩的空间关系 是指矿体产于岩体内，还是产在接触带或法位于侵入体的围岩之中。 ④矿体与围岩层理、片理的关系 矿体是沿层理、片理呈整合产出，还是穿切层理或片理。 ⑤矿体与地质构造的空间关系 是指矿体产于构造中的部位，与裙皱和断裂在空间上的联系等。 影响矿体形态和产状的地质因素很多，其中矿床的成因、围岩性质以及构造条件具有决定性的 意义。 3.围岩和母岩 （1）围岩 围岩即是指矿体周围的岩石，对后生矿床来说，在成矿过程中，围岩的化学成分和物理性质对 有用矿物的富集，具有较大的影响。有的矿体与围岩的界线是很清楚的，如脉状矿体，有的矿体与 围岩之间呈渐变过渡，没有明显的界线，则需要通过采祥和化学分析之后，按照工业指标加以固定， 如由细脉浸染状矿石组成的斑岩型矿床等。 （2）母岩母岩即是在矿床形成过程中，提供主要成矿物质的岩石，它与矿床在空间上和成因 上有着密切的联系。有一些矿床，矿体的国岩就是母岩，如由岩浆结晶分异作用形成的富镁质超基
性岩中的铬铁矿矿床,这种富镁质超基性岩就是铬铁矿矿床地成矿母岩, 根据近代矿床学的研究,发现又不少的矿床是受底层控制的。而这些地层中往往相对富集了某 些成矿组分,但还未达到工业要求,如炭质页岩中的Cu、Pb、Zn含量可分别达到20-30ppm、20 400pm、和100-100pm,较一般岩石高数十倍至数百倍。其它还有含铜的页岩、含铅锌地白 云岩等。当后来有热液在这些岩层中活动时,可使成矿组分发生活化和转移,并在附近有利的岩层 和裂隙构造中富集成矿。这些能为后期热液活动提供成矿物质地岩层,称之为矿源层,它与成矿母 岩具有相似意义。 4矿石和脉石 矿石是从矿体中开采出来的,从中可提取有用组分(元素、化合物或矿物)的矿物集合体。矿 石一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿物,也称有用 矿物,如铬矿石中的铬铁矿,铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石,石棉矿石中的石棉等;脉石矿 物是指矿石中不能利用的矿物,也程无用矿物。如铬铁矿中的橄榄石和辉石,铜矿石中的石英、绢 云母、绿泥石等,石棉矿石中的白云石和方解石等。脉石矿物主要是非金属矿物,但也包括一些金 属矿物,如铜矿石中含有极少量的方铅矿和闪锌矿,因无综合利用价值,也被成为脉石矿物。可见 矿石矿物和脉石矿物的划分石相对的。尤其是随着人类对新矿物的原料的要求不断増长和工艺条件 的不断改进,目前尚无利用价值的的脉石矿物,将来可能成为矿石矿物。 脉石一般泛指矿体中的无用物质,包括围岩的碎块、夹石和脉石矿物,它们通常在开采和选矿 过程中被废弃掉 夹石是指矿体内部不符合工业要求的的岩石,它的厚度超过了允许的范围,就得从矿体中剔除 矿体中围岩碎块和夹石的含量过多,就相对地降低了矿石的品位,一般常称其为矿石贫化。 5矿石的构造和结构 矿石的构造是指组成矿石的矿物集合体的特点,即矿物集合体的形态、相对大小及其空间相互 的结合关系等所反映的形态特征 矿石的结构是指矿石中矿物颗粒的特点,即矿物颗粒的形态、相对大小及其空间相互的结合关 系等所反映的形态特征。 例如铬铁矿矿石,当其中铬铁矿的集合体为延长的形态,它们与硅酸盐矿物集合体呈相间的带 状分布时,则矿石的构造属条带状构造。铬铁矿颗粒多数呈自形晶,故为自形粒状结构。有事见到 铬铁矿集合体包裏浑圆状橄榄石,而形成海绵郧铁结构。矿石的构造主要是用肉眼观察,但也有显 微构造。矿石的结构主要在显微镜下观察,也有由粗大颗粒构成的大型结构。矿石的构造和结构可 统称为矿石的组构 研究矿石的组构具有重要的理论和实际意义。通过研究可以帮助分析成矿的物理化学环境、成 矿作用特点、成矿过程以及矿床的次生变化等,从而提供有关矿床成因方面的资料;还可以了解各
性岩中的铬铁矿矿床，这种富镁质超基性岩就是铬铁矿矿床地成矿母岩。 根据近代矿床学的研究，发现又不少的矿床是受底层控制的。而这些地层中往往相对富集了某 些成矿组分，但还未达到工业要求，如炭质页岩中的 Cu、Pb、Zn 含量可分别达到 20—30ppm、20 —400ppm、和 100—1000ppm，较一般岩石高数十倍至数百倍。其它还有含铜的页岩、含铅锌地白 云岩等。当后来有热液在这些岩层中活动时，可使成矿组分发生活化和转移，并在附近有利的岩层 和裂隙构造中富集成矿。这些能为后期热液活动提供成矿物质地岩层，称之为矿源层，它与成矿母 岩具有相似意义。 4.矿石和脉石 矿石是从矿体中开采出来的，从中可提取有用组分（元素、化合物或矿物）的矿物集合体。矿 石一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿物，也称有用 矿物，如铬矿石中的铬铁矿，铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石，石棉矿石中的石棉等；脉石矿 物是指矿石中不能利用的矿物，也程无用矿物。如铬铁矿中的橄榄石和辉石，铜矿石中的石英、绢 云母、绿泥石等，石棉矿石中的白云石和方解石等。脉石矿物主要是非金属矿物，但也包括一些金 属矿物，如铜矿石中含有极少量的方铅矿和闪锌矿，因无综合利用价值，也被成为脉石矿物。可见 矿石矿物和脉石矿物的划分石相对的。尤其是随着人类对新矿物的原料的要求不断增长和工艺条件 的不断改进，目前尚无利用价值的的脉石矿物，将来可能成为矿石矿物。 脉石一般泛指矿体中的无用物质，包括围岩的碎块、夹石和脉石矿物，它们通常在开采和选矿 过程中被废弃掉。 夹石是指矿体内部不符合工业要求的的岩石，它的厚度超过了允许的范围，就得从矿体中剔除。 矿体中围岩碎块和夹石的含量过多，就相对地降低了矿石的品位，一般常称其为矿石贫化。 5.矿石的构造和结构 矿石的构造是指组成矿石的矿物集合体的特点，即矿物集合体的形态、相对大小及其空间相互 的结合关系等所反映的形态特征。 矿石的结构是指矿石中矿物颗粒的特点，即矿物颗粒的形态、相对大小及其空间相互的结合关 系等所反映的形态特征。 例如铬铁矿矿石，当其中铬铁矿的集合体为延长的形态，它们与硅酸盐矿物集合体呈相间的带 状分布时，则矿石的构造属条带状构造。铬铁矿颗粒多数呈自形晶，故为自形粒状结构。有事见到 铬铁矿集合体包裹浑圆状橄榄石，而形成海绵郧铁结构。矿石的构造主要是用肉眼观察，但也有显 微构造。矿石的结构主要在显微镜下观察，也有由粗大颗粒构成的大型结构。矿石的构造和结构可 统称为矿石的组构。 研究矿石的组构具有重要的理论和实际意义。通过研究可以帮助分析成矿的物理化学环境、成 矿作用特点、成矿过程以及矿床的次生变化等，从而提供有关矿床成因方面的资料；还可以了解各
种有用组份在矿石中的分布情况和赋存状态,以及有用矿物的粒度、形态和嵌布特征,为矿石的工 业评价、选择最佳的技术加工方法和选矿流程等提供一定的基础资料。 6矿石的品位和品级 矿石中有用组份的百分含量称为品位,一般用重量百分比来表示。因矿种不同,矿石品位的表 示方法也不同。大多数金属矿石,如铁、铜、铅锌等矿石,是以其中金属元素含量的重量百分比表 示,有些金属矿石的品位,则是以其中的氧化物,如WO3、V2O5等的重量百分比表示;大多数非 金属矿物原料的品位,是以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示,如钾盐、明矾石等,贵金属 矿石的品位一般以克吨表示;原生金刚石矿石的品位,以毫克/吨表示,砂矿品位一般以克/立方米 或公斤/立方米表示。矿石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。 在找矿勘探工作中,还常使用边界品位和工业品位两个名词。前者是指用来划分矿与非矿界限 的最低品位,如铜矿的边界品位为0.2-0.3%,钼矿为002—0.04%等。后者是指在当前能供开采 和利用矿段或矿体的最低平均品位,只有矿段或矿体的平均品位达到工业品位时,才能计算工业储 量。如铜矿的工业品位为04-0.5%,钼矿为0.04—0.06%。工业品位是随着经济技术条件的发展 和需求程度而不断变化的。例如十九世纪到现在,铜矿的工业品位自10%降到0.5%,甚至一些大 型铜矿床的工业品位可降到03%。另外,工业品位对不同的矿床类型其标准也是不同的。一般地 说,工业品位主要决定于以下几个因素: (1)矿床的规模大小矿床的规模愈大,工业品位要求愈低。如对铝钼矿来说,大型矿床的工 业品位为0.06%,而小型矿床则为0.2—0.3%左右。又如大型残余型硅酸盐镍矿,工业品位为0.5%, 而小型的则要求为07—08% (2)矿石综合利用的可能性 如在斑岩型铜矿床中伴生的钼,只要达到万分之几便可综合利用。由于钼等有用元素的存在, 扩大了矿床的工业价值,因此对铜的工业品位也可适当降低。 (3)矿石的工艺技术条件:如钛矿石,对不易冶炼的钛铁矿矿石,要求其中的TO2含量不得 低于8-10%,而对易冶炼的金红石矿石,则要求TO2达到3-4%即有工业价值。对于自熔性铁矿石 的品位要求,也比非自熔性铁矿石品位要求低。如菱铁矿矿石就比磁铁矿矿石的工业品位低,因在 冶炼菱铁矿矿石时,可以不加或少加熔剂。 在评价某些非金属矿石时,除对矿石品位、有益有害组份的要求外,还要对矿石的物理性能提 出要求。例如水晶的压电效应和光学性能,云母的分剥性和绝缘性能,石棉的韧度和长度,蛭石和 珍珠岩的膨胀率,滑石的洁白度以及煤的结焦性等 7决定矿床工业价值的因素 决定矿床工业价值的因素很多,主要有以下三个方面
种有用组份在矿石中的分布情况和赋存状态，以及有用矿物的粒度、形态和嵌布特征，为矿石的工 业评价、选择最佳的技术加工方法和选矿流程等提供一定的基础资料。 6.矿石的品位和品级 矿石中有用组份的百分含量称为品位，一般用重量百分比来表示。因矿种不同，矿石品位的表 示方法也不同。大多数金属矿石，如铁、铜、铅锌等矿石，是以其中金属元素含量的重量百分比表 示，有些金属矿石的品位，则是以其中的氧化物，如 WO3、V2O5 等的重量百分比表示；大多数非 金属矿物原料的品位，是以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示，如钾盐、明矾石等，贵金属 矿石的品位一般以克/吨表示；原生金刚石矿石的品位，以毫克/吨表示，砂矿品位一般以克/立方米 或公斤/立方米表示。矿石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。 在找矿勘探工作中，还常使用边界品位和工业品位两个名词。前者是指用来划分矿与非矿界限 的最低品位，如铜矿的边界品位为 0.2—0.3%，钼矿为 0.02—0.04%等。后者是指在当前能供开采 和利用矿段或矿体的最低平均品位，只有矿段或矿体的平均品位达到工业品位时，才能计算工业储 量。如铜矿的工业品位为 0.4—0.5%，钼矿为 0.04—0.06%。工业品位是随着经济技术条件的发展 和需求程度而不断变化的。例如十九世纪到现在，铜矿的工业品位自 10%降到 0.5%，甚至一些大 型铜矿床的工业品位可降到 0.3%。另外，工业品位对不同的矿床类型其标准也是不同的。一般地 说，工业品位主要决定于以下几个因素： （1）矿床的规模大小:矿床的规模愈大，工业品位要求愈低。如对铝钼矿来说，大型矿床的工 业品位为 0.06%，而小型矿床则为 0.2—0.3%左右。又如大型残余型硅酸盐镍矿，工业品位为 0.5%， 而小型的则要求为 0.7—0.8%。 （2）矿石综合利用的可能性： 如在斑岩型铜矿床中伴生的钼，只要达到万分之几便可综合利用。由于钼等有用元素的存在， 扩大了矿床的工业价值，因此对铜的工业品位也可适当降低。 （3）矿石的工艺技术条件：如钛矿石，对不易冶炼的钛铁矿矿石，要求其中的 TiO2 含量不得 低于 8-10%，而对易冶炼的金红石矿石，则要求 TiO2 达到 3-4%即有工业价值。对于自熔性铁矿石 的品位要求，也比非自熔性铁矿石品位要求低。如菱铁矿矿石就比磁铁矿矿石的工业品位低，因在 冶炼菱铁矿矿石时，可以不加或少加熔剂。 在评价某些非金属矿石时，除对矿石品位、有益有害组份的要求外，还要对矿石的物理性能提 出要求。例如水晶的压电效应和光学性能，云母的分剥性和绝缘性能，石棉的韧度和长度，蛭石和 珍珠岩的膨胀率，滑石的洁白度以及煤的结焦性等。 7.决定矿床工业价值的因素 决定矿床工业价值的因素很多，主要有以下三个方面