砂礦

在太陽輻射，大氣，水，生物的作用下，岩石和礦物在原地發生崩解，破碎，分解等一系列物理化學變化的過程。根據風化作用的因素和性質可將其分為三種類型 ^[2]  ：

物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用

地殼表面的岩石和礦石，在大氣、水、生物等營力的機械和化學作用影響下，發生物理的、化學的以及生物化學的變化，使有用物質重新組合、調整、富集起來形成礦牀的地質作用叫風化成礦作用，由這種作用形成的礦牀叫風化礦牀。

A.氣候條件 ^[3]  ：

1.温暖濕潤-風化作用強、水系發育（為砂礦的形成提供了豐富的物質和介質條件）

2.大陸性氣候-晝夜氣温變化大、夏季多暴雨、風化侵蝕強、季節性水流或冰川流動的作用可使有用的礦物集中

3.寒冷或乾旱地區：機械風化作用強烈，但僅能形成一些殘積-坡積砂礦

B.地形地貌：

最有利的地區是中低山區及丘陵地區的河流系統和海湖、濱岸地區，

河流中上游是形成砂礦的重要地帶-下游屬於沉降區 水流速度微弱、物質顆粒細小、利於有用礦物的搬運分選富集

C.時間：

風化時間越長越有利於形成細小顆粒、越有利於富集

D.岩石種類：

風化產物只有在各種介質的搬運下，才能發生機械沉積分異作用。

介質有水（包括地表各種水流、波浪）、風、冰川等

A.水流搬運---搬運能力強 但分選性好 作用範圍廣 深度大 時間長

B.冰川搬運---搬運能力強 分選性差

C.風力搬運---搬運和分選性好 但深度不大

總：水流是形成砂礦牀的最重要的地質營力

從動力觀點出發，砂礦形成過程可劃分為下列三個階段 ^[2]  ：

由於風化作用使原巖中的有用礦物部分或全部被解脱出來．風化產物或以殘積物、土壤風化殼的形式留在原地或遭受流水的侵蝕而被帶走，易溶的和活動性強的元素隨之析出， 難溶而穩定的礦物殘存下來並得到進一步集中． 因此，本階段也是有用礦物從母巖中分離出來的階段。

在水流和重力作用下，風化剝蝕產物被搬運和遷移．被水流攜帶的固體顆粒的活動性，在許多情況下取決於水動力條件．當水流的推動力超過顆粒停留在原地的重力和摩擦力時，顆粒就運動起來，不同顆粒的沖刷、搬運和沉積的海流臨界速度不同。 砂粒很容易搬動不容易沉積，但水動力往往是複雜的．有時是各種水動力方向一致，動力作用強，顆粒處於搬運狀態，有時互相抵消，動力作用弱，顆粒便沉積。

分選是指碎屑物質在水、風等動力作用下，按粒度、形狀或密度的差別發生分別富集的現象，表示顆粒大小的均一性。這種分選主要在搬運過程中完成。碎屑岩中粒度的分選性或分選好壞，可用粒度參數中的分選系數、標準偏差、第二矩來表示。當粒度集中在某一範圍較狹窄的數值間隔內時，就可以大致定性地説它是分選較好。 又稱選分、選別。用一定的選礦方法，使礦石(或經過破碎、磨礦之後的礦粒)中的有用礦物與脈石礦物及不同的有用礦物彼此分離，並使之分別富集的作業。具體搬運過程：岩屑重砂礦物衝入溪流湖盆中，重的沉入水底輕的帶走，逐步淘汰富集，經河流系統，在海岸等地集中形成有開採價值的砂礦牀。

砂礦(5張)

指存在於砂礫石沉積物中的礦牀 ^[4]  。這是由於岩石或礦牀在地表環境下遭受風化和侵蝕，其中一些具有較高化學穩定性的礦物被保留下來，並經一定距離的搬運，和砂礫一起堆積在低窪處，形成可開採的砂礦。許多寶石礦物因具有高的化學穩定性，故易於形成砂礦。由於砂礦中的有用礦物不是在原地形成的，所以也稱次生礦牀。

主要指穩定的重砂礦物組成（如金、鉑等）的機械沉積礦牀。

濱海砂礦是富集於現代海岸帶和古海岸帶鬆散沉積物中的砂礦，多為表層沉積礦產。在定義上有別於集於淺海海底鬆散沉積物中的表層沉積礦產和埋藏於近代沉積物之下的古沉積砂礦的淺海砂礦 ^[1]  。

海濱砂礦的主要成礦過程可以分為5個階段：原生賦存階段、活化階段、搬運階段、富集成礦階段和砂礦的後生變化階段。

（1）原生賦存階段：該階段工業礦物呈分散的或富集的狀態賦存於岩漿岩、變質岩和沉積岩等各大巖類或原生礦體中。岩石中所含工業礦物的丰度對砂礦物質的供給至關重要，是工業砂礦牀形成的先決條件。岩石中含工業礦物的丰度越高，出露面積越大，則越有可能形成規模較大的砂礦牀。

（2）活化階段：由於岩石的風化剝蝕，而形成不同厚度的風化殼，從而使工業礦物鬆動。風化殼的厚度往往因巖性、地質構造發育程度的差異及所處的氣候不同而不同，風化殼的形成即標誌着砂礦形成的開始，有時在岩石表面或斜坡上形成殘積和殘坡積砂礦，其形成往往需要足夠的切割深度，而構造隆起是風化殼形成的必要前提，氣候條件是這類砂礦形成的必要條件，基岩性質決定着風化作用的強度。

（3）搬運階段：物質的搬運和分異與地表水系作用密切相關。河流是向濱海地帶輸送風化產物的主要途徑；而分異作用取決於動力條件的強度；被搬運的距離取決於地形的坡度和重礦物的比重、硬度和水力學、粒徑等特性。比重較大的金和錫石等礦物在最初的搬運階段首先析出和沉積，而較輕的重礦物如鋯石、獨居石等則可搬運較遠，而耐磨性很強的金則石則可搬運數百公里，此階段可在濱海區形成一些沖積型砂礦牀。

砂礦的勘探方法國外用於砂礦勘探的方法有兩種淺井法與鑽探法 ^[5]  。

淺井廣泛用於礦體埋藏少含水的砂礦勘探，以及用作砂礦鑽探的驗證手段。但是陸地砂礦多分佈在現代水系的河谷內，地下水豐富，岩石的

滲透性高，淺井施工中，諸如通風、排水、照明、支護等安全工作不易保障，加之效率低，勞動強度大，成本高，取樣質量難保正，因此近年來淺井勘探砂礦日益減少。

鑽探法用於砂礦勘探始於1858年，當時荷蘭工程師阿克爾靈加設計了第一台砂鑽，在印度尼西亞的班加島勘探潛水層以下的砂錫礦，獲得了成功，因此得名“班加鑽”。

此後，世界各國都用班加鑽勘探砂礦，並在實踐中進一步發展和完善了它的工藝。除了班加鑽外，在砂礦勘探中，其它的鑽探方式還有振動迴轉鑽進法、無沖洗液取芯迴轉鑽進法、永凍層中潛孔錘衝擊迴轉鑽進法、大口徑衝擊抓鬥鑽進法以及空氣反循環連續取樣鑽進法等。

這裏介紹砂礦勘探中用得較多的幾種鑽探技術 ^[6]  。

班加鑽其基本工作原理是:用人工將4英寸或6英寸的套管打人地層，或是用人主將套管慢慢地迴轉鑽人地層，

然後用勺形鑽具、螺旋鑽具、提砂筒等取樣工具把進人套管內的砂樣小心地分層分段取出來。取樣時，一般保留套管下部的少量砂樣不取，然後再繼續使套管鑽進又一個深度，再取其中的一部分砂樣，如此循環進行，直到穿透礦層見底板，並取底板樣200~300毫米為止。套管回次進尺深度0.5米左右，最多不超過1,5米。回次取樣長度控制褥瞬嚴，按蘇聯規範，含礦層回次取樣長度不超過0.2米，非含礦層是0.5~1.0米。如在套管下部遇到大礫石，採用衝擊鑽頭破碎後再鑽進與取樣。班加鑽用於砂礦勘探是可靠的。它具有設備輕便，結構簡單，成本低的特點，在交通不便的地區勘探施工很受歡迎，缺點是勞動強度大，效率低，在某些複雜的砂礦地層中施工效果不很理想。因此有些國家對它進行了改進，將人力衝擊迴轉改為鋼繩吊錘衝擊和機械迴轉，例如荷蘭先鋒型砂鑽，蘇聯ysP型砂鑽等。其口徑一般為100^219毫米，鑽深30米左右，效率可達100米/台月。

振動迴轉鑽把巖芯鑽探中的振動鑽或振動迴轉鑽用於砂礦勘探還是近年來的事。蘇聯烏拉爾地質局1973 ~ 1976 年用振動鑽施工淺孔，平均每年達四萬多米，效率達420米/台月。採用振動迴轉鑽，平均效率可達930米l台月，最大孔深為45米。

振動迴轉鑽多用於濱海砂礦勘探，一次提鑽取樣，效果較為突出。據認為，此法很有發展前途。

1955年，蘇聯鳥拉爾地質局首次採用無沖洗液取芯迴轉鑽進法勘探砂礦。此法只限於在礫石少、粘土多、地層膠結性好、無需護壁的砂礦地層中使用。’

實踐證明，在複雜的砂金礦地層中，小直徑鑽孔難於獲得可靠的地質資料，用提砂筒取樣無法避免砂樣的擾動、分選和混層，而淺井施工又比較困難。因此在六十年代末，一種大口徑衝擊抓鬥鑽在砂礦勘探中試圖代替淺井。典型的鑽機有蘇聯的YBCP-5型砂鑽和美國的約斯特抓鬥鑽機。