礦體幾何學

應(yīng)用地質(zhì)場，主要是地球化學場理論、地形式面理論、投影理論、概率-數(shù)理統(tǒng)計及其他數(shù)學方法，緊密結(jié)合地質(zhì)學、采礦學、測量學原理與知識，依據(jù)實測資料分析礦體的形態(tài)與特性指標值的變化，以及它們空間展布的幾何特性;依開采準備程度、礦體特性變化程度、礦體研究程度或品位級別，計算和評價礦產(chǎn)儲量。

描述方法有圖式等值線法(圖解模型)和函數(shù)擬合法(解析模型)。圖式等值線法就是用等值線表示礦體的形狀、性質(zhì)等指標值的變化與空間展布情況。某煤層的部分頂板等高線圖，圖中可以看出該部分煤層的形態(tài)要素的變化：煤層走向在西部為東西，經(jīng)南北轉(zhuǎn)折至東部為北東;煤層傾角在西部較在東部的為緩。函數(shù)擬合法就是對礦體指標值的實際觀測數(shù)據(jù)整理后，選定與實際觀測數(shù)據(jù)相吻合的某一數(shù)學函數(shù)來表示礦體的待求指標值。

隨著礦業(yè)開發(fā)規(guī)模的擴大，勘探與生產(chǎn)過程的完全機械化與自動化，今后將進一步發(fā)展自動編繪礦體幾何圖的理論、方法和技術(shù)。在理論上應(yīng)當研究礦體形態(tài)和性質(zhì)分布的結(jié)構(gòu)關(guān)系，空間分布規(guī)律及分布的預(yù)測。按國民經(jīng)濟發(fā)展的要求，開展礦產(chǎn)品經(jīng)濟評價，以及研究更加符合生產(chǎn)要求的儲量計算的理論與方法。 2100433B

利用數(shù)學模型和圖象模型研究礦體形態(tài)和礦產(chǎn)特性分布及其變化的學科。目的在于解決礦體在地質(zhì)勘探、開采設(shè)計和開采中遇到的空間幾何問題。

在礦體勘探時期，研究礦體各種特性指標值的變化，確定勘探網(wǎng)密度，處理鉆孔(勘探點)資料，確定最低工業(yè)品位、最小開采厚度與圈定礦體或可采邊界，計算平均品位、金屬儲量或礦產(chǎn)儲量。

在礦體開采設(shè)計時期，應(yīng)用礦體幾何圖，幫助選定井口最佳位置，企業(yè)或工業(yè)場地的場址;制訂礦體開采規(guī)劃。

在礦體開采時期，運用采掘過程中揭露的大量礦體形態(tài)和礦產(chǎn)特性方面的信息，繼續(xù)補充和修正原有的礦體幾何圖。對尚未查明的礦體的形態(tài)和特性進行預(yù)測，指示進一步勘探的方向; 統(tǒng)計與計算礦井的產(chǎn)量、損失量和貧化程度，分析其原因，以便制定減少損失的措施;確定合理的損失定額與貧化率;按礦產(chǎn)品用戶的質(zhì)量要求，確定和保證礦石質(zhì)量的合理匹配。此外，在煤炭生產(chǎn)中還著重研究按開采準備程度的各級煤炭儲量圈算方法，計算各級煤炭儲量及其可采期，評價采掘平衡關(guān)系。

20世紀以前，礦體幾何問題只是在論述地質(zhì)勘探、采礦的問題或課程中附帶地介紹。1742年，俄國學者 М. В. 羅蒙諾索夫 (М. В.Ломоносов)最先應(yīng)用幾何學原理解決礦山生產(chǎn)中的實際問題。1805年，А. И. 馬克辛莫維奇 (А. И.Максимович)編著了《實用地下幾何學》。20世紀以來，礦體幾何學得到了巨大的發(fā)展，并成為獨立的一門學科。1905年，П.М. 列昂托夫斯基 (П. М.Леонтовский)編著了《礦層位態(tài)要素》。

1907年，В.И.包曼(В.И.Бауман)提出了包曼變位幾何分類法。1908年，包曼又提出了計算儲量的包曼法。1925年，П.К.索波列夫斯基(П. К. Соболевский)首次提出，并于1932年完善發(fā)表了《地球化學場理論》。這些研究成果為礦體幾何學成為一門獨立學科奠定了理論基礎(chǔ)。1965年，В. А. 布克林斯基(В. А. Букринский)編著的《礦體幾何實用教程》和1985年第二版《礦體幾何學教程》中，更廣泛、更系統(tǒng)地論述了處理和評價礦體幾何制圖數(shù)據(jù)的概率-數(shù)理統(tǒng)計法，論述了利用電子計算機擬合礦產(chǎn)特性指標值變化的數(shù)學模型，以及自動編繪礦體幾何圖的原理與技術(shù)。

20世紀50年代以來，中國的一些高等院校的礦山測量專業(yè)設(shè)置了礦體幾何學課程，開始了礦體幾何學的理論研究與生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。1987年編著出版了中國第一部礦體幾何學教材。

礦體綜述

礦體的形狀受成礦作用方式（如充填成礦、交代成礦、沉積成礦等）和成礦地質(zhì)背景(巖石、構(gòu)造、深度等)等多種因素控制，因此是多種多樣的。根據(jù)礦體在3度空間延伸比例的不同，將礦體形狀分為3類：等軸狀、板狀和柱狀 （圖1）。

礦體等軸狀礦體

指在3度空間大致均衡延伸的礦體。按其大小不同又有不同的名稱，直徑達10余米到數(shù)10米以上的通稱為礦囊，直徑只有幾米的稱為礦巢，再小的有礦袋等。等軸狀礦體是由巖漿分凝作用、充填交代作用和風化淋濾堆積等方式形成的。

礦體板狀礦體

指兩個方向延伸較大（長度、寬度），另一個方向（厚度）延伸較小的礦體。它是最常見的礦體，典型代表為礦層和礦脈。礦層是指與上下圍巖在同一地質(zhì)時期中形成（同生的），且與圍巖層理產(chǎn)狀一致的礦體。礦層在沉積礦床和沉積變質(zhì)礦床中最常見。其中，有些礦層全部或基本由礦石組成，有時其中含有若干巖石夾層，如鐵、錳、磷塊巖、鋁土礦礦層等。有些礦層中礦石呈浸染狀、網(wǎng)脈浸染狀或不規(guī)則狀等分布在礦層中的一定部位（巖性有利或構(gòu)造有利），如銅、鈾、鉛、鋅、釩礦及沉積砂礦等。產(chǎn)于層帶狀侵入體中的由巖漿分異作用形成的層狀礦體，如基性-超基性巖體中的層狀鉻鐵礦礦體，也常被稱為礦層。礦脈是產(chǎn)于各種巖石裂隙中的板狀礦體，系由含礦物質(zhì)沿著圍巖的裂隙充填而成，屬于典型的后生礦體。礦脈多數(shù)呈傾斜狀，傾斜礦脈上面的圍巖稱為上盤,下面的圍巖稱為下盤（圖2）。按照礦脈與圍巖的產(chǎn)狀關(guān)系，又可分為層狀礦脈和切割礦脈。前者指與層狀巖石的層理相一致的礦脈，它們是成礦物質(zhì)順層充填或交代作用的產(chǎn)物；后者指在塊狀巖石中的礦脈和切割層狀巖石的礦脈。

礦脈常成群出現(xiàn)，因受不同的構(gòu)造影響，各礦脈間的排列組合方式多種多樣，有雁行狀、帚狀、環(huán)狀、放射狀、羽毛狀等樣式。

礦體柱狀礦體

指一個方向延伸很長，另外兩個方向延伸很短且大致相等的礦體，包括礦柱、礦筒、礦管等，主要是由火山巖漿爆發(fā)作用和熱液充填交代形成。礦柱較為常見，在多種礦床類型中均可產(chǎn)出，一般產(chǎn)狀較陡，垂深可達100米以上，橫切面為圓形或橢圓形，它們常產(chǎn)生在兩組斷裂裂隙的交匯部位。礦筒見于斑巖型礦床及其他的淺成-超淺成熱液礦床中,它多出現(xiàn)在構(gòu)造強烈活動地段。當?shù)V筒主要由角礫狀巖石或礦石組成時，稱為角礫礦筒。其中的角礫成分比較復(fù)雜，角礫大小不一,多具棱角，也有混圓的。膠結(jié)物為同成分的微細碎屑、火成巖、熱液蝕變礦物以及礦化物質(zhì)等。產(chǎn)于破火山口中的角礫礦筒的結(jié)構(gòu)和成分復(fù)雜多樣，常顯示多次熱液蝕變和礦化作用，并伴有多期的次火山巖脈，礦筒周圍常有環(huán)狀裂隙和放射狀裂隙分布。當?shù)V液沿兩組陡立斷裂裂隙交匯處的破碎帶進行充填交代時，也可形成角礫礦筒。與小侵入體或次火山巖體有關(guān)的，由富含礦質(zhì)和礦化劑的熾熱流體（高溫氣態(tài)流體）沖破圍巖壓力而發(fā)生的隱蔽爆發(fā)作用，也可形成角礫礦筒。產(chǎn)于角礫礦筒中的礦產(chǎn)有鐵、銅、鉛、鋅、金、銀、鎢、錫和鉬等。較為典型的角礫礦筒為南非含金剛石的金伯利巖筒，它是深達700米以上的火山頸，在地表橫切面為近橢圓形，向深部逐漸變窄，金剛石在巖筒中呈浸染狀散布。含金剛石礦筒有時也稱礦管。

透鏡狀礦體屬于板狀礦體和等軸狀礦體之間的過渡類型，其形狀是中間厚，四周變薄，在剖面上為透鏡狀或扁豆狀，其規(guī)模一般小于礦層。透鏡狀礦體可由沉積作用形成，也可由充填或交代作用生成。

礦體其他類型

除上述3類基本的礦體形狀外,還有一些復(fù)雜的礦體形狀，如鞍狀、梯狀及網(wǎng)脈狀等。①鞍狀礦脈。當含礦物質(zhì)沿背斜軸部的虛脫空洞充填時，可形成順脊部延伸的層狀礦脈，它們在垂直剖面上表現(xiàn)為鞍狀,故稱鞍狀礦脈，如澳大利亞的本地哥含金石英脈。還有一些鞍狀礦脈是礦脈形成后又經(jīng)受后來的褶皺作用擠壓變形而成的。②梯狀礦脈。當陡立巖墻中的緩平的冷縮裂隙組內(nèi)有礦質(zhì)充填時，形成梯狀礦脈。如各含礦裂隙緊密排列,則巖墻可作為一個整體加以開采，常見的有金、銅、鉬等礦脈。③網(wǎng)脈狀礦體。由大量細小的、三向延伸、密集分布、相互交錯的礦脈組成。是由礦液在巖石的網(wǎng)脈狀裂隙帶中充填交代而形成，是構(gòu)造和熱液的反復(fù)活動的產(chǎn)物。單個小礦脈寬度多小于1厘米，長幾米，兩脈間隔由幾厘米到幾米，脈間巖石也常有浸染礦化，因此，可作為整體加以開采，如斑巖型銅、鉬礦床等。網(wǎng)脈狀礦體可以單獨產(chǎn)出，也可以與其他形狀的礦體相伴生，如在海相火山成因硫化物礦床中，常見下部為網(wǎng)脈浸染狀礦體，上部為平臥的礦層,二者聯(lián)結(jié)組成網(wǎng)脈狀-層狀復(fù)合礦體（圖3）。

礦體的空間位置和產(chǎn)出狀態(tài)。包括下列基本內(nèi)容 ：①礦體的產(chǎn)狀要素。一般用走向、傾斜和傾角來表示板狀礦體的產(chǎn)出狀態(tài)（象標定地層產(chǎn)狀那樣）。對于柱狀礦體和透鏡狀礦體，除上述3個產(chǎn)狀要素外，還要測定它們的側(cè)伏角和傾伏角，以便確定它們向深部的偏斜情況。側(cè)伏角是礦體最大延伸方向與礦體走向線之間的夾角，傾伏角是礦體最大延伸方向與其水平投影線之間的夾角（圖4）。

②礦體的埋藏情況。礦體有出露地表的、有隱伏地下的。隱伏礦體又分為埋藏礦體和盲礦體。埋藏礦體指礦體生成后曾經(jīng)在地表出露過，以后又被后來的沉積物、火山巖以及土壤層等所覆蓋。盲礦體指埋藏在地下基巖中的，即形成后從未出露過地表的礦體。礦體的埋藏深度和延深情況，對找礦和采礦工作有密切關(guān)系，利用鉆探、坑探、物探和化探等手段，可直接和間接地查明礦體的埋藏和延深情況。

③礦體與巖層的聯(lián)結(jié)關(guān)系。礦體沿巖層的層理、片理作整合狀產(chǎn)出時，為整合礦體；礦體交切層理、片理產(chǎn)出時，為不整合礦體或切層礦體。

④礦體與火成巖體的空間位置關(guān)系。指礦體產(chǎn)于火成巖體內(nèi)部，或在巖體接觸帶上，或在巖體周圍的圍巖中等。產(chǎn)于接觸帶中的礦體其總的產(chǎn)狀與接觸帶產(chǎn)狀一致，但不穩(wěn)定，變化性大。

⑤礦體產(chǎn)狀的變化情況。一些礦體主要是礦脈經(jīng)常有膨脹、狹縮、分支、復(fù)合、尖滅（礦體逐漸變薄以至消失）、再現(xiàn)（尖滅的礦體在其尖滅點的延長方向上，在一定的距離內(nèi)礦體又重新出現(xiàn)的現(xiàn)象）等。在礦體形成后，又遭受明顯的構(gòu)造變動、巖漿擾動或風化作用時，礦體的產(chǎn)狀受到改造甚至破壞，形成復(fù)雜的產(chǎn)狀，如彎曲、錯斷、破碎以及原來位置經(jīng)過移動（如原生露頭礦變?yōu)槠路e礦）等。

影響礦體產(chǎn)狀的地質(zhì)因素主要是成礦的地層、構(gòu)造、巖性條件、成礦方式、成礦后的構(gòu)造活動以及區(qū)域的風化剝蝕程度等，其中，成礦的構(gòu)造條件對礦體的產(chǎn)狀有決定性意義。

礦體內(nèi)部的不同礦石類型之間、礦石與脈石之間的種種聯(lián)結(jié)關(guān)系，以及一些明顯的構(gòu)造特征。礦體結(jié)構(gòu)有的簡單，有的復(fù)雜，它們是由礦石成因、礦化的多階段性以及成礦過程中構(gòu)造活動特點所決定的。常見的礦體結(jié)構(gòu)有皮殼狀（皮殼狀礦脈）、梳狀（梳狀礦脈）、帶狀（帶狀礦脈）等 。