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關鍵詞斑巖型鉬礦床;地質;地球化學特在;大興安嶺
中圖分類號P612 文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0008-02
近年來在大興安嶺、小興安嶺和吉黑東部相繼發現了眾多以網脈狀礦化為主伴有不同程度的侵染狀礦化的斑巖型鉬礦床和礦化點其中較多鉬礦床(礦點)產在高鉀鈣堿性二長花崗巖白崗巖(鉀長堿長花崗巖)為主體的復式巖基內,常有少量花崗斑巖小巖體或巖脈侵入,花崗巖巖石組合指示其形成于造山晚期階段,礦床特征的礦石礦物組合為輝鉬礦+石英+鉀長石+螢石+黃鐵礦±綠柱石。這種特征與造山晚期階段的斑巖型鉬礦床特征相似。本文系統分析總結了重石山斑巖型鉬礦床的地質、地球化學和地球物理特征,以期能夠為區域上該類礦床的找尋和研究提供類比和借鑒的依據。
1地質概況
重石山鉬礦床位于內蒙―大興安嶺褶皺帶中段,重石山―中道山褶皺隆起帶與五牧場―塔爾氣東西向褶皺隆起帶的交匯部位。成礦區帶屬大興安嶺西坡塔爾氣―潮源Fe、Pb、Zn、Cu、Ag成礦亞帶,區域礦產主要有鐵、銅、鉬、螢石礦等。
工作區地層不發育,出露地層主要為奧陶系、侏羅系和第四系,工作區東南塔爾氣一帶出露有少量新元古代額爾古納河組。
額爾古納河組主要為一套淺變質巖系,主要巖石有磁鐵陽起片巖、綠泥絹云石英片巖、黑云變粒巖和石英巖。奧陶系中統蘇呼河組和多寶山組呈不規則橢園狀殘留體分布于重石山復式花崗巖基中,出露面積較小,總體呈弧形展布(圖1)。蘇呼河組(O2s)主要組成為堇青石板巖、粉砂質泥巖、綠泥英片巖和石英綠泥片巖。多寶山組(O2d)由變酸性熔巖、安山玢巖、陸源碎屑灰巖、石英角斑巖質凝灰巖、粉砂質泥巖和硅質巖組成。
晚侏羅世瑪尼吐組角度不整合于重石山花崗巖基的東南和西南側,北部與花崗巖呈斷層接觸。主要為流紋質凝灰巖、含角礫英安質凝灰熔巖、英安巖等。
第四系分布于山間河谷地帶,主要有粘土、砂礫、砂卵石等。
本區巖漿活動頻繁,時代主要為華力西期和晚侏羅世。華力西早期巖漿活動以石英閃長巖為主,分布于工作區的東南部。華力西期黑云母二長花崗巖展布于大牛圈―塔爾巴干臺布其和―塔爾氣一帶,構成重石山花崗巖基的主體,LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為300Ma。晚期鉀長花崗巖(白崗巖)多以小巖株、巖墻侵入于黑云母二長花崗巖體中。期次有時代不明的花崗斑巖脈、閃長玢巖脈和花崗偉晶巖脈侵入于花崗巖體中。晚侏羅世次火山巖主要由安山玢巖、英安斑巖、流紋質英安斑巖、霏細斑巖、粗面斑巖等組成。
區域主要斷裂為北東向和北西向,重石山巖體的幾何形態主要受上述兩組斷裂所控制。區內控礦斷裂分布于重石山一帶,主要為壓-壓扭性斷裂,呈北東向展布,傾向南西,傾角30-70。沿斷層兩側巖石較破碎,構造角礫呈透鏡狀斜列式排列,并發育強烈的硅化和鉀化,空間上控制著蝕變巖帶和鉬礦體的展布。
2礦床地質特征
2.1礦體特征
礦體因植被覆蓋,地表控制較差,主要由鉆探控制。目前已布設了23條剖面線,控制出兩條北東向礦化蝕變帶,圈出49個鉬礦體。北側蝕變帶控制長1392米,最大延深350米。共圈定了24個鉬礦體,多數礦體受碎裂、碎斑巖帶的含礦性所控制,平行產出。只有K4、K21礦體產于二長花崗巖中。礦體由密集的含鉬細硅質脈構成,脈最寬0.20m,最窄僅1mm。礦石主要蝕變為硅化,其它蝕變均較弱。南東側蝕變帶距北西側蝕變帶400米,位于低電阻率區內,礦體主要產于花崗斑巖脈接觸帶及其圍巖中。沿走向稀疏控制長2500米,共圈出鉬礦體25個,多為單孔控制,其中K25號礦體由5個鉆孔控制,長946米,規模最大。
2.2礦石結構構造及礦物成分特征
礦石構造類型簡單,屬熱液充填交代細脈浸染構造。輝鉬礦呈自形到它形,沿巖石的裂隙分布,浸染狀偶見于石英脈中。黃鐵礦以浸染狀為主,局部呈脈狀、集合體狀,總體含量2-3%±。礦石特征礦物組合為輝鉬礦+石英+鉀長石+螢石+黃鐵礦±綠柱石,局部黃鐵礦含量較高,具造山晚期斑巖型鉬礦床的礦物組合和富F特征,目前初步探求儲量達中型。
礦體圍巖主要以碎裂、碎斑狀黑云母鉀長花崗巖為主,局部為黑云母二長花崗巖及花崗斑巖。鉆孔中礦體頂、底板巖芯均較完整。
圖1重石山鉬礦區及鄰區地質簡圖
1-第四系;2-上侏羅統白音高老組;3-上侏羅統瑪尼吐組;4-奧陶系;5-震旦系;6-白音高老組次火山巖;7-瑪尼吐組次火山巖;8-石炭紀鉀長花崗巖;9-石炭紀二長花崗巖;10-泥盆紀石英閃長巖;11-構造蝕變巖帶;12-斷裂
2.3圍巖蝕變
鉬礦體主要產于強硅化、鉀化蝕變帶、密集硅質細脈及花崗斑巖接觸帶中,產狀與構造蝕變帶一致。硅化與鉬礦關系密切,呈脈狀、短脈狀及不規則的細脈、網脈狀,偶見綠柱石,伴有細脈狀輝鉬礦、黃鐵礦。鉀化由鉀長石和絹云母組成,在強硅化帶內,鉀化多為細粒脈狀及不規則的團塊狀。在弱硅化帶中,以脈狀、網脈狀為主。綠泥石化分布廣,面積大,花崗巖中的黑云母均不同程度被綠泥石所交代,礦體圍巖裂隙中可見細脈狀綠泥石分布。鉀質脈中的絹云母呈細脈狀。螢石化為晚期蝕變,多為脈狀、短脈狀。碳酸鹽化多呈細脈狀分布于裂隙中。
3礦區地球化學和地球物理特征
3.1化探異常特征
礦區1:5萬土壤測量(91.44Km2)共圈出4個以Mo元素為主的Mo、Au、Sn、W、Ag、Pb等元素組合異常。
AP2異常的Mo異常規模較大,濃度分帶和濃集中心明顯,強度較高,Mo、Sn、與Au、W異常吻合尚好。目前工作的重點即在AP2異常的濃集區內。
AP1號異常位于工區的北部,呈近東西向展布,在工區的東西兩側邊緣尚未封閉,異常的東部與AP2號異常相連。長9000m,寬450-3100m,面積19.45km2,為區內面積最大的異常。是一個以Au為主的Au、W及少量Pb、Mo、Ag、Cu元素組合異常,Mo異常主要分布在該異常東部邊緣,其中Au、W元素相吻合,其他元素在局部地段相吻合,異常連續性好,強度較高,梯度變化大。該異常中Au規模最大,襯度也大,濃度分布明顯。
AP3號異常位于工區的南部,呈東西向條帶狀展布。北部與AP2號異常相連,異常在工區的西部及東南部邊緣尚未封閉,為一個以Au為主的Au、Sn、Zn、Mo少量Cu、Ag、Pb元素組合的物化探綜合異常。Au、W元素異常和極化率異常主要分布在該異常的中部及西部,Sn、Zn、Cu、Pb元素異常則分布在中東部,異常的連續性尚好,強度中等,Sn異常的面積最大,Au異常規模最大,次之為Sn異常,Ag異常的襯度最高,但規模最小。
AP4號異常是一個以Au、Sn、W少量Cu、Zn元素組合的物化探綜合異常。Sn面積最大,Au規模最大,襯度最高是Cu,但規模小,異常位于工區的南部邊緣,呈條帶狀近東西向展布。在工區的南部和東部異常尚未封閉,北側與AP3號異常及物探極化率異常相連。
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圖2重石山鉬礦區1:5萬土壤次生暈化探異常分布圖
3.2激電異常特征
在1:10000激電中梯掃面(面積21Km2)中,以極化率2.2%為異常下限,在AP2、AP3化探異常區內共圈出四個激電異常。
DHJ1異常與AP2化探異常濃集中心相吻合,異常由兩個局部異常組成,極化率最高值分別為4.64%、3.33%,異常總體呈條帶狀分布,北東走向,北東側未封閉。與激電異常相對應的電阻率表現為中高阻異常帶,這可能和硅化有關。
DHJ2異常位于工作區南西部北西側,異常呈弧形條帶狀分布,總體呈北東南西走向,南西側未封閉,該異常由多個局部異常組成。極化率最高值分別為3.09%、4.63%、4.04%、4.1%,異常內有線形高阻異常分布,可能和硅化有關。
DHJ3異常位于工作區南西部中間部位,異常呈條帶狀分布,總體呈北東-南西走向,長2000m,寬100-300m,該異常由兩個局部異常組成。極化率最高值分別為3.83%、3.13%,在激電異常區電阻率值主要表現為中阻和低阻特征。
DHJ4異常位于工作區南西部中間部位,異常呈條帶狀分布,總體呈北東南西走向。該異常由多個局部異常組成,極化率最高值分別為3.83%、3.39%、3.13%、3.78%。在激電異常的北東部分,電阻率值主要表現為中阻特征,有中阻異常帶與之相對應,可能和硅化有關;激電異常的南西部分,位于低電阻率區內,低阻可能和巖性有關,其找礦意義有待通過進一步工作來確定。
圖3重石山鉬礦區激電異常分布圖
根據上述特征,DHJ1異常規模大,異常分布規則,連續性好,幅值中等,有中高阻的線型電阻率異常與之相吻合。該異常與1:5萬化探異常AP2濃集中心范圍相對應,施工鉆孔已見鉬礦體,證明是礦致異常,是由以Mo為主的多金屬礦所引起。DHJ2異常規模較DHJ1大,其他特征與DHJ1十分相似,因此該異常應為以Mo為主的多金屬礦所引起,通過鉆孔驗證發現有與礦化有關的蝕變巖:石英脈及云英巖脈,但未發現鉬礦體;DHJ3、DHJ4異常北東部分與DHJ1、DHJ2異常特征有一定的相似之處,推斷該異常北東部分可能和以Mo為主的多金屬有關,具有一定的找礦潛力,DHJ3、DHJ4異常南西部分由于處于低阻區,其找礦意義有待通過進一步工作來確定。
圖4重石山地區區域布格重力異常圖
4區域成礦潛力與找礦方向探討
根據重石山鉬礦床的成礦條件及地質特征,該區鉬礦床的尋找標志有:1)1:5萬土壤測量圈定出的高濃度Mo異常區。2)物探視激化率異常是尋找Mo礦體的有利地段。3)碎裂、碎斑巖帶及花崗斑巖接觸帶控制的蝕變巖帶是礦體賦存的重要巖相標志。
B.T.渡卡洛夫等(1998)根據大量普查評價和勘探工作的總結,指出大型特大型鉬礦床通常產于深成巖體頂部的內接觸帶和最近的外接觸帶,最大和最富的鉬礦化見于大型深成巖體的頂部。根據地球物理資料,這種深成巖體具有穹狀或者圓錐狀的上表面,并可追溯到12-15km的深度。不富和規模較小的鉬礦化與小型深成巖體以及與雖然規模較大但具有扁平上表面并由大量小型巖鐘構成的深成巖體有關。在后一種情況下,見有為數眾多但規模較小的礦點。含礦侵入體是多期形成的花崗巖,礦床的規模和成礦組分的富集程度一方面取決于巖漿房的體積,另一方面取決于巖漿房的結構,后者決定了含礦流體的濃度及其向同一地點的匯聚程度 。
重石山復式花崗巖基規模巨大,巖漿分異程度高,具有多期侵入的成礦條件。在區域重力布格異常圖中,花崗巖基對應重力低,前中生代地層對應重力高,布格異常特征顯示重石山復式巖基是一個由南北兩個大型環狀重力低異常組成的巨大穹狀巖基。重石山鉬礦床分布在北部大型環狀重力低異常內。復式巖基的結構特征具備形成大型鉬礦的成礦條件。
目前區內的工作程度還較低,對兩條蝕變帶的控制不夠,礦體沿走向未達到完全控制,延深也限于淺部。根據礦床的成因類型和與已掌握的礦體規模,預測礦區資源潛力較大。考慮白堊紀以來的構造剝蝕對礦床的破壞作用,區域上該類礦床的找尋可重點對二長花崗巖復式巖基中的隱伏鉀長花崗巖體分布區開展地質、地球化學普查工作。
參考文獻
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1地質礦物化學分析的基本原則與工藝
1.1地質礦物化學分析的技術選取原則
對于探究地質礦物化學元素的分析工作而言,在選擇巖石層的具體類型上需要進行一定的界定。比如在不同密度的巖石礦物儲層的化學元素分析過程中,由于其在資源的儲存和分布上都較為豐富,但如果開發與后期評析環節操作不當,則會造成資源的大量流失與浪費。因此在選擇地質礦物化學分析技術的過程中需要按照以下原則。
首先,通過地質礦物化學分析技術來探究儲層中的非均質性效果與儲層涵蓋的化學性質,那么針對巖石結構應該具備良好的增產潛力,并能夠滿足地質礦物分析的可供開采量;其次,地質礦物化學分析工作自身要具備充足的能力積累與能量基礎,使用的化學元素分裂技術系數要滿足0.8MPa/100m以上標準的地質礦物儲層;最后,水驅單元內部的雙向或者多項流柱能夠準確對應,才能夠精準的滿足巖石體的非均質性、化學元素的測量要求。
1.2地質礦物化學分析應用的技術工藝
第一,壓裂設計模擬工藝。在地質礦物巖石層進行分段性化學分析與改造的過程中,針對地質礦物化學的分析工作,要以優化射孔原則為基準,精確排量與摩擦、阻力之間的遞進關系,以此來根據不同排量的標準選擇不同的孔眼保持穩定的摩阻性。從而分析巖石層中蘊含化學元素的總量與分量比。壓裂設計模擬工藝能夠起到支撐井口的作用,并保證了地質礦物化學元素的取量長度適中,從而有效測量出地質礦物化學元素中的化學含性量指標以及密度指標等。
第二,組合陶粒工藝。將直徑微小且適當的陶粒放置在地質礦物巖石層中的地層,以此來作為終端支撐載體,發揮良好的穩定性作用,同時也保證了之后的陶粒能夠有效進入。再將直徑中等且適當的礦物陶粒放置在地質礦物巖石層的中部,并與總體的巖石縫與化學元素定量位置保持水平平衡,該部位的陶粒起到重要的全體控制與支撐作用。利用這樣的陶粒組合作為壓裂井的有效支撐,起到壓裂縫穩定的作用,以此便能夠從更為精確的狀態下分析儲層的非均質性與化學元素量性分析之間的對應關系,即儲層非均質性的橫切變化值與豎切變化值對地質礦化學元素的影響都有所不同。
第三,高砂比壓裂工藝。從該工藝的內部結構來看比較簡單明了,通過利用井內的高砂密度比,來促使壓裂井內部空間密閉完好,并保持穩定的封閉狀態,以此為礦物巖石體的改造工作保持了良好的暢通性。同時使內部高砂密度保持大于10kg/m3的壓裂狀態,能夠使巖石層的總體開發節奏更加穩定,提高巖石礦物低滲透儲層的化學元素測量效果。
2地質礦物化學分析的基本流程分析
針對地質勘探工作來說,良好的技術與規范的流程是實地操作與探測活動的基本準則,不僅要以勘探工作不破壞生態環境為根本,同時更要保證實地活動的安全性。為了進一步剖析巖石層中地質礦物涵蓋的化學元素,下面站在地質礦物化學分析的角度,針對化學分析的具體操作流程進行展開討論。
2.1試樣的提取與初步加工
在選擇不同范圍、不同區域的巖石地質礦物層時,對試樣的提取環節要盡可能具備全面性與代表性。對每個含有典型特點的礦物層進行抽樣提取試樣,避免密度過大及過小的巖石區域范圍。同時,在對提取試樣進行初步加工時,采用符合等級標準的礦芯與巖芯,減少對試樣的磨損與外界影響。
2.2開展定性與半定量分析
為了更好的研究巖石層中的地質礦物化學元素,利用定性半定量結合的方式對其進行含量的綜合化驗與分析。由于定性分析具備良好的速度性,而半定量分析方法又能保障分析結果的穩定性,從而采取二者融合的方式進行試樣的分析,使化學分析的結果更為準確、科學。
2.3測定方法的選擇
在地質礦物化學分析的測定方法選擇中,需要建立在定性與半定量分析結果的基礎上,對各項化學元素指標的高低進行綜合測評,來保證化學共存元素的全面分析。那么在針對巖石層中化學含量較高的待測元素類型來說,容量法與重量法會更加適合,由于容量法與重量法能夠從化學元素自身的根本性質出發,從巖石層總體與化學元素個體的角度進行具體性測定,有利于保證高含量化學元素含量的基本值與測后值之間差異性的最小化。那么針對巖石地質礦物層中含量較低的化學元素而言,可以通過采取比色法來進行測定,能夠更加精準確定化學元素的性質與細微含量,同時也保持共存元素之間的形態不被破壞和改變。
2.4擬定分析方案
在擬定分析方案的環節中,是根據不同分析結果與測定結果進行集中性評估,從而模擬具備完整性與科學性的具體方案。在擬定方案的環節中,不僅需要相關工作人員具備良好的專業素質,同時更要對各個化學元素的基本特性都要清晰地掌握,站在精準度第一要把握的原則上進行方案的設計,一旦發現不合理現象時要及時排除,從而保障方案擬定結果的準確性。
2.5分析結果審查
當基本方案已經模擬成功后,需要對整個流程的分析結果進行全面考察與的復審,這對整個地質礦物化學分析工作具備很重要的實用意義。通過找出某個具體化學元素測量指標不符合常理的標準下進行適當調整。
[關鍵字]巖石 地質本質性 石力學
[中圖分類號]P5 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2013)-2-27-2
0引言
巖石是一種經過了漫長的地質歷史和多種地球動力作用而形成的一種自然造物,并因此具有了其特殊的本質性。本文先對巖石力學與地質學的關系、巖石的地質本質性進行了相關分析,再對巖石力學本構性作了闡述,以期為巖石力學的進一步發展提供有利依據。
1 巖石力學和地質學的相關分析
1.1巖石力學和地質學的學科關系分析
巖石力學該門學科發展的研究目標是力學理論,其研究對象則是巖石。巖石屬于地質產物,又稱地質體[1]。從廣義上理解巖石力學,巖石力學實質是力學和地質學結合而成的交叉學科,若從側重點的角度看,巖石力學更側重于力學和巖石地質的結合。巖石力學是一門應用基礎學科,其研究任務主要是巖石的工程建設及地質資源的開發工程。從巖石力學的發展趨勢看,更具深度與廣度的力學、地質學勢必會和和工程學科相結合。所以,地質學一定會變為巖石力學和巖石工程學科的一門支柱性基礎學科。
1.2地質學的相關分析
地質學以地球為研究對象,特別是對地殼的研究,主要研究任務是對其物質組成與結構、形成、演化的地質動力作用及其過程進行研究,而地質學的核心研究思路則是地質歷史的時空重建,通過以層序與構造分析為基礎,采用一些現代的物理化科學方法、技術方法,使傳統的地質學科進入到了現代科學行列[2]。
1.3工程地質學的相關分析
工程地質學該門學科的應用性較強,主要研究任務對工程建設的地質條件、出現的問題及治理措施進行研究,重點是對工程的地質作用進行研究,包括人類工程活動與地質環境之間的相互作用與制約。工程地質學的主要學科領域包括工程地質力學、工程巖土學、工程環境地質學、地質災害學、資源地質工程學等[3]。
2 巖石的地質本質性分析
物體的本質性指的是物體本身的物理特性及結構而形成的內在本性。許多巖石力學家都認為巖石屬于一種較特殊的材料,而其特殊性主要決定于地質本質性,同時,巖石還具有演化性。
2.1巖石的物質性分析
巖石屬于礦物的結合體,是由礦物組合而成,而其物質性主要由成巖及其演化過程中所形成的礦物組合情況決定。
2.1.1原巖物質的相關分析
巖漿巖屬于原始巖類,而其物質組成部分主要是由巖漿的成分決定;同時,因為變質巖與沉積巖都是次生巖類,所以巖漿巖也是地殼巖石的基本組成物質,常見的造巖礦物包括石英、云母、長石等暗色的礦物,這些造巖礦物的力學硬度與強度差異較大,其中以石英的強度最高、長石次之,那些暗色且呈鱗片狀或者針狀的礦物,不僅剛度小,強度也較低。礦物力學特性的差異會對巖石力學性能造成直接的影響。
在巖石中,較典型的巖漿巖則為花崗巖,該巖石一般含有較多的長石與石英,所占的比例約分別為40%~50%,但暗色礦物一般只占15%左右。不同巖類的礦物由于比例不相同及所含的礦物成分也不盡相同,因此使巖石具有多樣性。沉積巖是次生巖類,其礦物組成是對原巖次生變化以及在沉積前發生于地面和水面的變化的反映。除了較典型的造巖物以外,巖石中還包括大量的巖類、黏土以及次生蝕變礦物等。化學沉積巖則主要是碳酸鹽或者其他的巖類組成。同時,變質巖也是次生巖類,而淺變質巖的組成基本還和原巖一樣,且原巖經過高溫作用會出現熔融與再結晶的現象,最終形成深變質巖,常見的如花崗片麻巖。
在巖石的構成中,礦物晶體或者原巖顆粒之間一般是由基質充填;在結晶中,其物質組成與顆粒相似,但主要是以隱晶或者非晶質的物態呈現出來。在沉積巖中,其充填物主要是泥質、硅質與鈣質,尤以硅質最強,泥質最軟弱,其中硅質與鈣質都是堅硬充填物。
因此,巖石在成巖之后其力學強度便會具有顯著差異,軟弱組分主要是降低巖石的強度,并增大巖石的環境敏感性,在后期的演化中容易發生變異。
2.1.2關于次生演化的相關分析
在后期的演化過程中,巖石會出現兩種轉化情況:①由堅硬組分向軟弱物質轉化;②由軟弱組分向堅硬物質轉化,兩者皆屬于原生礦物向次生礦物轉化。從巖石工程力學性能的角度看,重點的考察對象則是巖石軟化。
由上述可知,巖石的物質性主要包括礦物的組成與變異。盡管造巖礦物居于主導地位,但從巖石力學與工程研究的角度看,重點是研究軟弱組分,特別是對粘土化的判定,其中以高嶺石化與蒙脫石化的測定最為重要,而在某些時候,當巖石出現粘土化時,不僅會降低力學參數,還會對其均一性造成影響,甚至會改變力學的本構模型。
2.2巖石結構性的相關分析
巖石結構性指的是尺度不同的結構體其形態、排列及相互間的連接特征,是其對巖石力學特性的影響作出的一種反映[4]。巖石的結構是隨著成巖而形成的,且會在后期的構造作用及次生演化中得到強化與確立。巖石的結構一般有原生結構與次生結構之分,而兩種結構的構造特點有著較大的區別,并在后期的演化過程中發揮著不同的作用。
3關于巖石力學本構性分析
可以通過兩個不同類型觀點幫助認識巖石本構性:其中一個就是不連續力學觀點,另外一個是連續力學觀點。如果從使用目的方面而言,通常采用斷續性觀點,因為這一觀點能滿足實際地質具有的屬性及本質。但是在研究普適性的相關方法及理論知識方面做得不夠,需要進行深入了解。本文認為從巖石地質本質性角度進行分析,其結構比較復雜,因此可以選用多元耦合力學模型幫助表示。在實際中,大部分已有巖石力學本構模型也在不斷嘗試在某一類已有模型前提下將另外一類模型要素添加進來,以便獲得滿足實際需求。
不同巖石,即便是小型的手標本巖石,也會存在差異。對于含有較軟弱的膠結物,或者是脆性較強的巖質顆粒的巖石,在處于風化作用或局部蝕變作用下也可含有軟弱性較強的蒙脫石和伊利石等黏土礦物。在應變以及應力不斷發展中,該類物質結構要素在這一階段中體現出應力分布情況不均勻,在出現三個方向的外荷載作用下也會出現拉應力以及偏應力。若外荷載三個方向不等壓情況時,在巖石中出現拉應力、局部偏應力強度也會增大。如果外荷載作用達到一定程度時,可以使巖石中一些成分材料出現屈服,導致某部分裂面結構出現滑移、張開情況,此時結束了全部彈性變形情況。
4 分析巖石物質結構情況以及巖石具備的工程力學性能情況
對巖石形成及演變過程進行綜合分析,并結合主要形成物質的結構和成分,以及其工程特性,能將工程巖體類型分成3種:層狀巖體類型、節理狀巖體類型以及碎裂巖體類型[5]。
4.1層狀巖體類型
其是主要表現是層狀沉積巖,組成成分是巖質顆粒,因為泥質膠結物質含有大量黏土物,所以存在膠結連接。黏土物質分布情況是按照層進行分布,而薄層軟巖則共同組成了軟弱層巖體。其在構造作用下會出現褶皺現象,并在已有裂縫情況下繼續演變,然后出現構造斷裂現象,一般為場地的第三和第四級別結構面。很少出現貫穿第一和第二級軟弱結構或是斷裂結構面情況。
4.2節理狀巖體類型
其主要是結晶巖類型,組成成分是造巖礦物,存在結晶連接,具有的軟弱片狀礦物質相對比較少,黏土物質也比較少。已有裂縫也會在一定基礎情況下繼續發展,然后承受一定構造作用,并出現小斷層、節理裂隙情況等,一般為場地的第三、四級結構面,穿過場地的第一、第二級斷裂結構、軟弱面情況比較少,出現淺層演化以及次生演化不強。
4.3碎裂巖體類型
給類型巖體是由層狀巖體、原生塊狀巖體遭受嚴重構造作用,或者是遇到嚴重淺層、次生演變情況,從而出現嚴重碎裂情況以及變形現象,使巖石松弛而造成裂隙情況。
5結論
總之,巖石具備的三大屬性分別是:①物理本屬性;②地質本質性;③力學本構性。三種屬性類型共同發揮作用可以幫助更好的深入了解巖石力學知識,提高工程研究水平。理論上認為巖石力學學科屬于一門多種學科知識相互交叉分布,不僅有合作,還具有分工工作的學科。因此,地質學者需要重視巖石具有的地質本質性方面內容,另一方面也不能忽視物理本屬性以及力學本構性方面內容的研究。如果巖石力學研究者可以了解及掌握更多巖石地質特征知識,并進行綜合分析,能幫組更好建立本構模型,以及進行力學參數的選擇工作,以便達到符合工程需要的相關要求。在自然資源開發工作中以及基礎工程建設施工中都會應用到巖石力學,所以其需要融匯多種不同學科知識才能很好的完成整個工作流程。
參考文獻
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[3]甄貞.車西洼陷沙三下砂礫巖儲層成巖作用研究[J].西部探礦工程.2009(10):69-71.
[關鍵詞]煤礦地質學 課程改革 實踐教學
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2014)07-0119-02
《煤礦地質學》是普通高等學校采礦工程、安全工程、測量工程、建井工程等非地質專業的一門重要的專業基礎課程,是集地質研究、生產實踐于一體,并與煤礦生產緊密結合的實用地質學。近年來,為了滿足煤炭工業的發展和我國煤炭科學技術進步對煤炭工程技術人員的要求,對原有煤礦地質學課程進行了課時壓縮和較大規模的內容精簡。這給該門課程在教學過程中帶來了相應的問題。根據該專業課程綜合性和實踐性很強的特點,如何利用給定的學時傳授教學內容并提高學生的創新與實際動手能力,對提高學生的職業適應能力和滿足社會的人才需求有著重要意義。為此,筆者針對《煤礦地質學》課程教學存在的問題與解決方法進行了一些探索。
一、“煤礦地質學”課程特點
(一)教材內容豐富,但學時較少
“煤礦地質學”是一門礦井地質知識與煤炭生產實踐緊密結合的自然科學,主要研究礦井建設開始至開采結束全過程中的所有地質現象,認識地質規律,提出解決煤礦建設、煤礦生產過程中出現的各種地質問題,為煤礦生產建設提供必要的地質依據。課程內容包括地質作用、礦物和巖石、古生物與地層、地質構造、煤地質學基礎、煤礦開采及安全地質條件、礦井水文地質與水害防治、煤礦地質勘查、煤炭資源儲量計算與管理、礦井原始地質編錄等。但是,由于專業的培養目標、要求的限制及學習目的與側重點的不同,該課程學時往往較少,如我校采礦工程專業總學時壓縮至48學時,其中40學時為課堂講授,8學時為實驗課;安全工程專業總學時壓縮至40學時,其中32學時為課堂講授,8學時為實驗課。考慮到教學內容多、學科特點及學時限制,教學內容一般側重于地層、礦物巖石、地質構造及煤礦開采及安全地質條件、礦井水文地質與水害防治等解決礦井各種地質問題的應用地質工程技術部分,重點培養學生在實際工作中運用理論知識解決各種地質現象與問題的能力。
(二)綜合性、特色性、實用性強
“煤礦地質學”課程涉及礦物學、巖石學、古生物與地層學、構造地質學、煤地質學等較多地質學科,因此,綜合性較強。在課程講授過程中,要求教師要有寬廣及雄厚的專業知識背景,且要對講授內容靈活把握,堅持有所為有所不為的原則。該門課程與煤炭生產緊密相關,具有極強的煤礦特色。學習本門課程的最終目的是為煤礦安全、高效、潔凈生產培養專業高級人才,課程強調礦井地質知識與煤炭生產之間的緊密聯系,地質問題圍繞礦井地質災害防治、煤炭及其伴生礦床開發利用等方面。在知識傳授過程中,不僅要傳授學生礦物巖石、古生物地層、構造等地質基本理論,還要教會學生運用所學知識解決實踐地質問題和實際工作的能力,如對井下斷層的認識與識別、巖石產狀觀察、地質圖件讀取與制作等,因此具有較強的實用性。
二、“煤礦地質學”課程教學存在的主要問題
(一)教學內容涉及面廣,總學時數偏少
煤礦地質學課程涉及地質學科的主要學科,內容較廣。但各專業對總學時的要求不一致,總體表現為總學時數偏少,老師對教學內容把握難度大。如我校采礦工程專業開設課時為48學時,安全工程專業開設課時為40學時。而對于教學要求,各專業又都希望盡可能地覆蓋普通地質學、礦物巖石學、構造地質學、古生物地層學及相關應用地質工程技術部分。同時,采礦工程專業煤礦地質學課程開設于大學二年級第一學期,安全工程該課程開設于大學三年級第一學期,在開設該課程之前,并沒有地質類、采礦類基礎課程學習基礎,進一步加深了學生對該類課程學習的難度。由于各專業人才培養計劃中課程設置基本都是全盤考慮學院、專業而自行決定的,學院與學院之間、專業與專業之間、教師之間對課程開設缺乏有效的溝通,進而導致教學內容的大致相同而課時不同、課時量大幅度壓縮的現象。顯然,較少的理論課教學課時與實驗課時,使得任課教師很難制訂統一、全面的“煤礦地質學”課程教學大綱和教學內容,增加了教師把握教學內容的難度。由于沒有統一制訂的教學任務與學時安排,導致了不同任課教師可以根據自己的教學經驗安排課程內容的傳授,不同任課教師的教學內容與教學重點不一致,使不同年級、不同學科的學生的學習內容產生不連貫。
(二)實驗與野外實踐教學課時壓縮
按照教學大綱的要求,必須安排一定的課時開展驗證性實驗課(三大類巖石的鑒定、煤的觀測等)對所學地質理論進行驗證;開設三天的野外地質認知實習課,提高學生對地質現象的綜合分析能力和實踐能力。但我校實驗課學時僅為8學時,野外地質認知實驗課也被砍掉。從課程內容看,與煤礦生產建設相關的野外地質基本工作方法與技能、采掘地質圖件編制、井下地質編錄等內容的掌握均得不到有力保證。而這些內容僅僅依靠課堂講授比較抽象,理解相當困難,難以實現學生實際應用能力的培養;同時,課時量的限制也無法保證充裕的講授時間,制約了學生動手能力、理論聯系實際能力的培養與提高。
三、相關對策探討
(一)改革教學與實踐教學課時分配,強化實踐環節
為了解決上述教學過程中存在的問題,建議增加課程學時數為64學時,其中46學時為課堂講授,8學時為實驗課,10學時為課程設計課,同時仍然恢復原大綱要求的3天外地質認知實習。同時,建議在開設“煤礦地質學”課程開設之前,應首先或同時開設“采煤概論”等基本課程,并將開設時間統一調整至大學三年級下半學期。通過教學課時調整,能夠將煤礦生產運用到的基本地質知識通過實驗驗證進行強化;通過課程設計獲得煤礦采掘地質圖件的編制方法等。在課堂講授過程中,要著重關注課程內容體系的合理安排,對于地球基本知識應少講或不講,而著重講授礦物巖石、地質構造、地層等方面的內容;對于應用地質工程技術部分的地質勘探、煤礦環境地質等方面課時也應壓縮,主講影響煤礦生產的主要地質因素、礦井水防治、地質圖件、地質編錄、儲量管理等內容。通過8學時的實驗課,可讓同學們掌握三大類巖石的鑒定特征,達到認知、熟悉的目的。通過10個學時的課程設計課,可以讓同學們自己動手制作煤礦采掘工程圖件,達到掌握各種常用采掘地質圖件的編制方法與提高識圖讀圖的能力,進一步鞏固課堂上基礎理論知識和提高學生的實際工作能力。
(二)靈活采用教學方法,提升課堂教學水平
“煤礦地質學”課程具有基本概念多、跨學科知識多等特點,為避免學生產生枯燥感,降低教學效果,針對授課對象為非地質專業學生的特點,教師不僅要注重書本內容的傳授,還要靈活采用教學方法,提升課堂教學水平。近年來許多高校提出了許多創新性的教學方法,在教學中取得了良好的效果。如在講解煤層厚度變化及其影響因素時,可采用“討論式”教學方法,調動學生的想象力和注意力,激發學習興趣;在講解地質構造對煤礦生產的影響時,教師可以將自身參與的科研內容融于其中,以科研過程中存在的典型地質構造問題進行詳細講解,抓住學生的注意力,增強教學內容的實效性和教學效果。在講解礦井水文地質及防治水這一部分內容時,可以我國近年煤礦發生的透水事故為實例,以設疑式教學法引導學生對透水事故發生的來源、通道條件、透水預兆與防治方法等進行深入思考。總之,教師只有綜合與靈活運用多種教學方法,并以多媒體教學為手段,多從案例入手,才能增加學生學習興趣,調動學生聽課與學習的積極性,提升課堂教學效果與教學質量。同時,在授課中要做到語言深入淺出,多與學生互動,針對課程重點內容和難點內容多作講解。
(三)突出應用地質工程技術部分知識實用性教學
“煤礦地質學”是一門與煤炭生產實踐和礦井地質研究緊密相結合的實用課程,應注重培養學生在實際工作中運用理論知識解決現場問題的能力。[3]為使煤礦主體專業學生在這方面得到必要的知識和訓練,必須突出應用地質工程技術部分知識的教學。針對課程基礎理論部分的教學,要做到有所側重,如地球概況及其性質、古生物等章節的內容可以點到為止。而對于應用地質工程技術部分內容的教學,如煤礦安全生產地質因素、礦井儲量管理、地質編錄等則是重點內容。總之,只有通過將各種專業知識結合,并協調運用多種教學手段,并以課程實驗和課程設計為輔助,才能更深層次地加強“煤礦地質學”地質工程技術部分知識學習的效果,培養與鍛煉學生的現場工作能力,為學生畢業后到煤礦生產單位工作打下基礎。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 楊孟達,劉新華,王瑛.煤礦地質學[M].北京:煤炭工業出版社,2000.
英文名稱:地質學報(英文版)
主管單位:中國科學技術協會
主辦單位:中國地質學會
出版周期:雙月刊
出版地址:北京市
語
種:英語
開
本:16開
國際刊號:1000-9515
國內刊號:11-2001/P
郵發代號:
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1922
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
SCI 科學引文索引(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
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期刊榮譽:
中科雙百期刊
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