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礦牀
鎖定
一個礦牀至少由一個礦體組成,也可以由兩個或多個,甚至十幾個乃至上百個礦體組成。由地質作用形成的、有開採利用價值的有用礦物的聚集地。包括地質的和經濟的雙重含義。礦牀是地質作用的產物,但又與一般的岩石不同,它具有經濟價值。礦牀的概念隨經濟技術的發展而變化。
礦牀概念
礦牀是礦產在地殼中的集中產地。它是指在地殼中由地質作用形成的,其所含有用礦物資源的數量和質量,在一定的經濟技術條件下能被開採利用的綜合地質體。
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礦牀中含有礦石,礦石是指在技術、經濟條件可從中提取有用元素、有用組分或有用礦物的礦物集合體。礦石中常包括有用礦物(又名礦石礦物)和脈石礦物兩類礦物。有用礦物是指能提供有用元素(或組分)或本身可直接被利用的礦物;脈石礦物是指礦石中沒有用處的那些礦物。
隨着技術和經濟的發展,某種礦物集合體是否可作為礦石是可以變化的,相應地礦牀的概念也是可變的。礦石中有用元素、有用組分或有用礦物的含量稱為品位。金屬礦石的品位是指其中有用金屬元素或組分的含量;非金屬礦石品位常指其中有用礦物或有用組分的含量。礦牀周圍的岩石叫做圍巖,而提供礦牀中成礦物質來源的岩石叫做母巖。
礦牀特徵
礦牀的大小、形狀及產出深度可以有相當大的變化。礦體的形狀可以有不連續的脈狀及凸鏡狀、不規則塊狀、筒狀或胡蘿蔔狀、裂隙網脈狀、破碎岩石及沉積地層中的浸染體及沉積層狀等。對礦牀形成的確切深度或最大深度知道得還不多。金剛石晶體可能形成於幾十公里深的上地幔;硫化物礦物形成於幾百至數千公尺深的範圍內。許多礦牀形成的深度可深達16公里。
成礦的温度及壓力變化範圍很大,這取決於成礦的深度。由岩漿熔融體分異作用形成的岩漿分凝礦牀在非常高的温度和壓力條件下形成。成礦時的壓力–温度關係可能是複雜的。靜水壓力梯度取決於地下水的密度或含鹽量,一般每加深30公尺增加3千克/平方公分(每加深100遲增加40~45磅/平方寸)。在同樣深度下,地靜壓力或岩石壓力是靜水壓力的2~3倍。
共生次序是指在某個礦牀內不同礦物形成的先後次序。在同一礦牀內,隨着成礦熔液温度、壓力及化學成分的變化,在不同時間將產生不同礦物的沉澱。在不僅有一個熱液活動期的成礦條件下,共生次序會進一步複雜化。
根據對全世界許多熱液礦牀的研究,按照礦物的穩定性順序,已確定了礦物沉積的一般順序。與礦物共生次序有關的是礦牀的分帶現象。當成礦熔液沿着岩石中通道運動時,它們在温度、壓力及化學成分上發生變化。結果在沉積過程中,隨着距岩漿源距離的增加,可形成不同礦物的富集。這種分帶現象是常見的,但是在礦牀中並不都出現。一般情況下,錫、鎢及鉍礦物比銅礦物更靠近岩漿源,而鉛及鋅礦物則遠些,自然金、自然銀和含金、銀礦物則更遠,而距岩漿源最遠的是銻和汞礦物。
礦牀分類
礦牀種類繁多,按照物態可分為固體礦牀。液體礦牀和氣體礦牀。固體礦牀分佈最廣,液態礦牀有石油、熱滷水和地下水,氣態礦牀有天然氣;
按成礦作用方式,礦牀可分為內生礦牀(內力地質作用生成)、外生礦牀(外力地質作用生成)和變質礦牀(變質作用生成),內生礦牀包括岩漿礦牀、偉晶岩礦牀、接觸交代礦牀、熱液礦牀,外生礦牀包括風化礦牀和沉積礦牀,變質礦牀包括區域變質礦牀、接觸變質礦牀和混合巖化礦牀;
礦牀屬性
礦牀的概念包含地質方面和經濟技術方面的雙重屬性。礦牀的環境屬性正被越來越多地得到人們的關注。礦牀的地質屬性、經濟技術屬性、環境屬性相互關聯、相互制約,地質屬性是礦牀的基本屬性;經濟技術屬性是界定礦與非礦的主要標誌;環境屬性是指在保護環境較少環境影響的條件下開發礦產資源。
礦牀條件
確定礦牀的基本條件是:
④礦牀規模。指可採礦石的儲藏量。礦牀規模大,礦山建設投資大,但經濟效益很高。
礦牀是自然界中分散存在的礦質富集到一定程度的產物。如鐵在地殼中平均含量約為 5% ,鐵礦石最低可採品位為25%,鐵必須經過地質作用富集到5倍以上並具有一定規模,才能成為礦牀。導致有用元素或礦物高度富集的地質作用稱成礦作用。發生明顯礦化的地點叫礦點。
礦牀類型
礦牀耐火原料礦牀
①耐火粘土礦牀
硬質粘土是製造粘土磚的主要原料,礦物成分主要是高嶺石,次要礦物有一水硬鋁石、三水鋁石,地開石、伊利石、葉蠟石等。礦石質量要求(以熟料計) Al2O3≥30%,Fe2O3≤3.5%,燒失量≤15%,耐火度≥1630℃。高鋁粘土是製造鋁磚的主要原料,礦物成分主要是一水硬鋁石,次要礦物有高嶺石、一水軟鋁石等。礦石質量要求(以熟料計)Al2O3≥50%,Fe2O3≤2.5%,CaO≤0.8%,燒失量≤15%,耐火度≥1770℃。軟質粘土在耐火材料工業中用作粘結劑,礦物成分主要是高嶺石,次要礦物有伊利石、水雲母和蒙脱石。礦石質量要求(以生料計)Al2O3≥22%,Fe2O3≤3.5%,燒失量≤18%,耐火度≥1580℃,可塑性≥2.5。礦牀類型主要有沉積礦牀和風化殘積礦牀兩類。
中國主要產於華北和西南奧陶系不整合面上的中石炭世地層中,其次產於上部古生代和中、新生代地層中。一般礦體頂板平直,底板受古喀斯特岩溶影響,變化很大。礦牀規模一般為大、中型。產於砂頁岩、火山岩中的礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀,厚度變化小,礦石類型和品級變化較簡單,其規模一般為中、小型。礦牀層位從上部古生代到第四紀均有產出,其中以中石炭世工業意義最大,其次是晚石炭世、早二疊世、晚二疊世和第三紀,其主要成礦期所佔百分比及典型礦區如表1。
②藍晶石類礦牀
礦牀類型有:區域變質礦牀,由高鋁質泥質岩變成,是中國藍晶石類礦牀的主要類型,呈層狀、似層狀、透鏡狀產出,礦體長一般是數十米到數百米,厚數米到數十米,原礦石礦物含量一般10~30%,最高可達80~90%,礦牀規模一般是大 中型,典型礦牀有河北邢台衞魯藍晶石礦(太古宙),河南南陽隱山藍晶石礦(元古宙),黑龍江雞西三道溝夕線石礦(震旦紀),吉林蛟河藍晶石礦(二疊紀)等;此外,還有接觸變質紅柱石礦牀(如北京周口店)和偉晶岩礦牀(如新疆富藴契布拉蓋藍晶石礦)。
在中國最主要礦牀類型是火山岩熱液蝕變礦牀,分佈在中國東部中生代中酸性火山岩帶中,呈似層狀,大透鏡體狀產出,礦體延長一般長數十米到數百米,厚數米到數十米,延深數十米到200多米。礦石化學成分為Al2O318~24%,SiO268~75%,Fe2O3和K2O+Na2O一般均小於1%。探明儲量佔總儲量絕大部分,質量較佳。典型的葉蠟石礦牀有福州峨嵋和浙江青田等礦。此外,還有小規模的區域變質礦牀,如浙江常山芳村礦。
④硅石礦礦牀
礦石是製造硅磚的主要原料。礦石質量要求SiO2≥96%,Al2O3≤1.3%,CaO≤1%,Fe2O3≤1.5%,耐火度≥1710℃,吸水率≤4%。當硅石用作硅鐵、硅錳和其他硅合金原料時,礦石質量要求SiO2≥97%,Al2O3≤1%,CaO≤0.5%,P2O5≤0.03%。礦物主要由石英組成。
中國硅石礦牀類型有沉積變質礦牀和沉積礦牀。沉積變質礦牀主要產於前寒武紀,如遼寧石門礦,礦體呈層狀產出,長數百米到1000多米,厚數十米到100多米,含SiO296~99%,一般>97%,Al2O30.14~1.5%,一般<1%,Fe2O30.08~0.2%,一般<0.15%,礦牀規模為大型。沉積石英岩礦牀,產出層位有寒武紀、泥盆紀、二疊紀、三疊紀和侏羅紀等,其中泥盆紀砂岩經濟價值最大。其他地層中一般為中、小型,礦石雜質較多,質量較次。
中國菱鎂礦資源豐富,礦牀類型有沉積變質礦牀,沉積–熱液交代礦牀和風化淋濾礦牀。沉積變質礦牀主要產於下元古界變質岩系中,以遼寧大石橋的菱鎂礦最為著名。礦石為晶質菱鎂礦,規模屬大型,其儲量佔探明儲量絕大部分。礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產出,長1000~5000米。礦石化學組分MgO35~47%。
熱液交代礦牀,由白雲岩經熱液交代形成晶質菱鎂礦,如四川漢源桂賢菱鎂礦。礦體呈似層狀、透鏡狀產出,長數十米到數百米,厚數米到100多米。礦石化學成分MgO33~45%,CaO2.2~16.8%,酸不熔物0.06~1.38%。風化淋濾礦牀,產於超基性巖風化殼的底部碳酸鹽化蛇紋岩帶內,礦石以隱晶質菱鎂礦為主。主要化學組分MgO36.7~41.4%,礦石質量差,需經選礦方能使用。
⑥石墨礦牀
在中國最主要礦牀類型是區域變質礦牀,產於前寒武紀中–深變質岩系中,如山東南墅和黑龍江佛嶺,為晶質鱗片狀石墨礦牀。礦石含固定碳3~10%,高者可達20%以上,該類型礦牀規模大,可選性好,儲量佔探明儲量的絕大多數。其次為接觸熱變質型礦牀,是火成岩與煤系地層接觸經熱變質作用形成石墨,儲量小,典型礦牀如湖南郴縣魯塘和吉林盤石石墨礦。
橄欖岩是製造鎂橄欖石磚和不定型耐火材料的主要原料。礦石質量要求MgO>40%,耐火度>1750℃。鉻鐵礦是製造鉻磚、鉻美磚的主要原料。鋯石是製作鋯石磚和絕緣板的原料,制磚用鋯石精礦質量要求ZrO2≥65%、Al2O3≤0.5%,作絕緣板用的精礦質量要求ZrO2≥60%。中國鋯石精礦主要來源於海南島等地的現代海濱砂礦。
礦牀熔劑礦牀
①石灰岩。是熔劑中的主要原料,冶金工業對石灰岩的質量要求CaO≥50%、 MgO≤3%,SiO2≤4%、S≤0.15%、P≤0.04%。
礦牀成礦作用
岩漿富集作用
在基性巖漿中磷灰石、鉻鐵礦、榍石、金紅石及鋯英石等副礦物可首先結晶,緊接着是橄欖石及斜方輝石等硅酸鹽礦物,其他硅酸鹽礦物則結晶較晚。在很緩慢冷卻條件下,最早形成的晶體,特別是鉻鐵礦等比重大的礦物,有可能由重力作用而在岩漿內沉降下來,並因此而富集成礦牀。有時岩漿流中的應力,可使尚未結晶的部分液體從已結晶的粥狀物中擠出來,而使其富集成礦牀,這種作用稱為壓濾作用。
接觸交代作用
這個術語是指圍巖與侵入體接觸所產生的交代作用。在這種作用過程中,由侵入體所分泌出來富含鐵鎂等溶液擴散,與碳酸鈣岩石反應而形成鈣鎂硅酸鹽和氧化物的集合體。在這種礦牀形成過程中,往往大約同時形成硅卡巖,並分佈於礦牀周圍。
熱液作用
是熱水溶液以物理化學作用方式,沿着其運動通道及運動地段所引起的岩石的蝕變作用、交代作用以及礦物在空隙中的沉澱作用,例如,絹雲母化作用、硅化作用及硫化物礦化作用等。熱水溶液,特別是重滷水,在其中可溶解濃度很高的金屬。這種溶液通過斷裂構造向上運動過程中,可沉積銅、銀及其他礦物。
昇華作用
沉積作用和機械富集作用
沉積作用和機械富集作用:層狀鹽類礦牀是沉積作用的產物;硅藻土、富含鈣的石灰岩以及某些磷酸鹽岩層也是這種作用的產物。形成於地層及封閉湖盆中的鐵和錳的氧化物是由氫氧化物沉澱形成的,隨後轉變成鐵和錳的氧化物和碳酸鹽。在沉積物中,礦物的其他同生富集,例如賤金屬硫化物的沉澱也屬於沉積作用。機械沉積作用在形成某些類型礦牀中也是重要的營力。金、鉑族金屬、金剛石及其他寶石、錫石、金紅石以及鋯英石等砂礦牀都是機械沉積作用形成的。它們是由攜帶着高比重礦物碎屑的運動着的砂及礫石的機械作用和簸選作用而富集形成的。
殘積作用與殘積礦牀
由地表或靠近地表的圍巖或礦牀中的礦物經過化學分解和機械崩解而富集形成的。其中包括紅土礦牀、鋁土礦礦牀、氧化錳礦牀及硅酸鎳礦牀等。鐵帽中非常富集的金礦石和含藍晶石變質岩風化形成的藍晶石礦牀也屬於這種作用的產物。
變質成礦作用