空想城城主
一、内容概述
与伟晶岩有关的稀有金属矿产有锂、铌、钽、铍、铯、锡、钨、钇、钍、铀、锆等。伟晶岩是稀有金属之家、宝石之库，长久以来成为矿床学、地球化学学家的研究对象，亦是探索新成矿理论的重要窗口。伟晶岩矿床作为一种独立的矿床类型，不但在矿床学上占有不可忽视的地位，而且在示踪大地构造演化的过程中同样具有重要意义。国外对于伟晶岩矿床的研究也经历了类似的从个案研究到区域性研究的过程，即以往多集中在伟晶岩矿物学、结构分带、元素地球化学、同位素、熔体-流体包裹体、成岩成矿实验等方面（Jollif，1986；Burnham，1986；Erci，1992；Hanson，1992；Lentz，1992；London，1988；Thomas，1988），并建立了许多找矿标志（London，1986），近年来扩展到成矿机理、成矿模式、成岩过程（包括年代学）及构造环境等成矿规律方面的研究（London，1985；Cerny，1991；Swamson，1992；Suwimonprecha，1995；Miller，1996；Linnen，1998；Essaid，2000）。
Cěrny（1985）把伟晶岩分为造山伟晶岩和非造山伟晶岩。Cěrny（1991a）把含稀有金属伟晶岩归为三种类型：LCT型、NY型LCT与NYF合型。LCT型伟晶岩的主要元素为Li、Rb、Cs、Be、Ga、Sn、Nb＜Ta、B、P、F；NYE型伟晶岩的主要元素为Nb＞Ta、Y、REE、Sc、Ti、Zr、Be、Th、U、F。由于云母是稀有元素的主要载体，邹天人等（1975）把伟晶岩分为黑云母伟晶岩（矿产为 REE-Nb-U-Th-Zr）、二云母伟晶岩（矿产为Be）、白云母伟晶岩（矿产为Be-Nb-Ta-Hf及Li-Rb-Cs-Be-Nb-Ta-Hf）和锂云母伟晶岩（矿产为Li-Rb-Cs-Ta-Hf）。不同类型的伟晶岩可能具有相同的成因机理，而相同类型的伟晶岩则可能属于不同的成因。
同位素地球化学资料证明许多伟晶岩脉与围岩间的同位素处于不平衡的状态，由伟晶岩可以追溯到岩浆源，即使高度分异的伟晶岩脉也不例外。如O’ Connor et al.（1991）在研究爱尔兰东南部Leinster Granite周边的富锂伟晶岩脉时，根据伟晶岩脉和花岗岩体的Rb-Sr 同位素年龄、87-Sr/ 86 Sr 初始值，及微量元素组成间的关联，排除伟晶岩为富锂沉积岩熔融产物的可能，属于岩浆成因，认为岩体中后期白云母是在消耗掉黑云母后生长的，该过程会提高残余熔体的Li的含量，并降低其黏度；Brookins（1986），Talor and Friedrichsen（1983）用 Sr同位素组成排除了美国和瑞典北部的伟晶岩物质来源于围岩的可能；Tomascak et al.（1998）根据Sm-Nd同位素体系分析美国缅因州Standpipe Hill伟晶岩与邻近的黑云母花岗岩有成因联系。岩浆成因的伟晶岩脉一般有三种产出形态（Cěrny，1991b）。当渗滤作用、流体迁移和重力对流扩散作用是产生残余岩浆的主要动力时，伟晶岩脉将主要分布在花岗岩体的上部；由岩体冷却诱发的裂隙是岩浆分离的主导因素时，伟晶岩脉将自接触带向内分布；另外一种是伟晶岩熔体在浮力作用下上升，从尚未完全冷却的母岩浆分离，并在岩体内部成脉，这种现象不常见。
概括起来，岩浆成因的伟晶岩型矿床的成因模式的主要有三种：脉动模式、岩浆分异模式和液态分离模式。
1.脉动模式
根据伟晶岩脉的区域分带性，Солодов（1959，1962）认为不同时期从岩浆源析出不同的伟晶岩熔体，首先析出的富钾伟晶岩熔体，随后析出富含Ta、Cs、Rb及部分Be的钾-钠伟晶岩熔体，紧接着析出富含Ta、Nb的特殊熔体-溶液，最后形成相对富含钾并含Sn的钠-锂脉动熔体。但大量的野外证据表明多数伟晶岩脉是经一次脉动性侵位的，然后在结晶作用开始前收缩成径状以增大规模，因而这种成因模式逐渐被抛弃。
2.岩浆分异模式
按照结晶分异的观点，由于挥发性组分和稀有金属的不相容性，随着早期晶体的析出，逐渐在残余熔体中富集，直至最后结晶成脉。如，Evensen and London（2002），London and Evensen（2003）通过Be的熔体/矿物分配系数，表明在地壳重熔形成花岗岩时，堇青石等难熔矿物将阻止Be进入熔体，随后在熔体演化过程中，由于Be与各矿物间的低熔体/矿物分配系数，早期的熔体中的轻微富集，而当80%的熔体结晶后，岩体顶部的Be溶度达到（15～20）×10-6，由此分异出伟晶岩的Be溶度则＞70×10-6（图1）。Sheaer（1992）提出了一种理想化的母岩浆连续结晶形成伟晶岩田的模型（图2），认为岩石圈经部分熔融后形成均一的岩浆或者不均一岩浆在岩浆房达到均一化，此后母岩浆的连续结晶作用形成较宽的花岗岩分带现象，低程度的结晶分异作用形成黑云母花岗岩，而高程度的结晶分异作用则形成富稀有金属的岩浆，该模型与许多岩浆分异成因伟晶岩脉的分带模式相近。
图1 地壳熔体演化中Be的富集过程示意图
（据Evensen and London，2002）
岩浆结晶分异成因的含稀有金属伟晶岩可被分为LCT型和NYF型（Cěrny，1991a），LCT 型伟晶岩的成分表现为过铝，母岩为S型和I型花岗岩体，伟晶岩来源于岩体的上部，是中上部地壳岩石首次部分熔融产生（Cěrny，1991c）；NYF型伟晶岩的母岩为A型花岗岩或成分类似的岩体，下地壳原岩在短时间内二次熔融产生的岩浆和流体参与了较多的NYF族伟晶岩的形成（Cěrny，1991b）。这两种伟晶岩也反映了母岩浆结晶过程的不同，对于 LCT 型，岩浆自下往上结晶；对于 NYF 型，岩浆则从外往里结晶（London，2005）。Bea et al.（1994）研究了西班牙 Pedrobernardo带状岩席往上发展的结晶分异现象，提出了对流和重力分异模型（图3）。该模型认为在岩浆侵位的初期由于高温、低黏度和高瑞利系数，发生较为强烈的对流；随后，伴随温度降低，黏度增高，当残余熔体比例达到临界分数（30%～40%）时，熔体的流变学性质发生改变，使各高密度晶体间的较高密度熔体变为不稳定，在重力作用下沉到下层，同时残留的低密度熔体被挤压到上部，从而造成了岩体的分带性。该过程涉及了对流过程中的结晶作用、静止熔体中的结晶作用、晶体沉降作用和积压排出残余熔体上升的作用。
图2 岩浆的连续分异形成伟晶岩田模型
（据Sheaer，1992）
图3 对流作用及随后的重力作用导致的结晶垂直分带现象
（据Bea et al.，1994）
3.液态分离模式
岩浆的液态分离模式可以在富 Li-F 花岗岩中得到大量的论证。Mapaky（1984）描述亚美利亚的酸性火山岩中的球粒时，发现球体玻璃富 Na、Fe，而基性富 K、Mg、H2O等，另外在超酸性富F流纹岩中具同心环带和条带构造，这些结构、构造和成分特点均被认为是岩浆液态分离的结果。在国内，王联魁等（2000）等也根据岩体不同部位结构、构造、成分的突变性，把我国南岭地区的大吉山、宜春和尖峰岭等花岗岩归为液态分离成因。液态分离的另一种形式是岩浆的气液分馏，Tycoн（1977）提出了稀有金属矿化花岗岩上部由气液分离形成，所以岩体上部为富挥发分岩浆房，因而岩体上部相对富集F、Li和亲石的稀有金属元素（Nb、Ta、W、Sn 等），而下部相对贫这些元素，构成双岩浆房分异模式。近年来，陈毓川、栾世伟等（2003）用液态分离模式较好地解释了阿尔泰伟晶岩型矿床的成因，提出了原始伟晶岩浆的两种来源。
除了岩浆分异成因的伟晶岩，Ramberg（1952，1956）、Сокодов（1959，1970）、维利科斯拉文斯基、B.格列博维茨基、K.克拉茨、M.马努依洛娃、M.萨利耶、索科洛夫等发现古老结晶地层中的许多伟晶岩形成于退变质阶段，受变质相的温度和压力制约。变质成因的伟晶岩可分为变质深熔成因和变质分异成因两类。
二、应用范围及应用实例
格林布希斯锂、铌、钽、锡多金金属矿床（图4）位于澳大利亚Parth以南250km处。从20世纪初，该矿区就成为西澳生产锡砂的中心，60年以后，风化伟晶岩成为主要矿石，目前已经转入新鲜坚硬的伟晶岩作为Sn、Ta、Li矿石进行开采。目前矿山保有锂矿石710万t（含），钽矿石470万t（含Ta ），铌矿石1080万t（含Nb ）、锡矿石470万t（含Sn ）、高岭土含量230万t（含量30%）。
图4 澳大利亚格林布希斯伟晶岩地质图（A）及伟晶岩分布剖面图（B）
（据Fan P F，2000）
矿区伟晶岩群由一系列长2～3km，宽10～300m的岩脉和少数直径数米的雁行状透镜体组成，它们从侵入中心向外呈放射状分布，伟晶岩的岩浆结构、构造不同程度地被晚期变形和变质作用所改造。伟晶岩具有分带性，由内向外可分为Li带、K带、Na带和边缘带。主要矿石矿物为锂辉矿、锡石、钽铁矿、细晶石和晶质铀矿。锡-钽富矿体赋存于钠长石带。研究表明，伟晶岩具有三次成矿事件，第一次与伟晶岩原始结晶作用和围岩交代作用有关（成矿时间2527Ma），第二次成矿与伟晶岩内部同构造、同编制的热液蚀变有关（2430Ma），最后一次成矿事件出现在后变形和变质阶段与成矿元素活化转移有关（1100Ma）。格林布希斯伟晶岩的形成深度超过11km，其侵入和结晶作用处于中-高温、中压变质环境下。根据组构分析、同位素资料以及侵入时间，伟晶岩区可辨别出M1、M2、M3三种变质作用，其中伟晶岩侵入体主要受M2变质变形作用控制。
该矿床主要特点为：①矿床位于澳大利亚太古宙克拉通边缘优地槽带；②矿床形成于中-高温、中压的变质地区，而且不需要明显的花岗岩类母岩；③伟晶岩具有分带性，由内向外可分为Li带、K带、Na带和边缘带，锡-钽富矿体赋存于钠长石带；④主要矿石矿物为锂辉矿、锡石、钽铁矿、细晶石和晶质铀矿。
三、资料来源
陈毓川，叶庆同，王京彬等.2003.中国新疆阿尔泰成矿带矿床地质、成矿规律与技术经济评价.北京：地质出版社，1～453
李建康.2006.川西典型伟晶岩型矿床的形成机理及其大陆动力学背景.北京：中国地质大学（北京）博士学位论文
王登红，邹天人，徐志刚等.2004.伟晶岩矿床示踪造山过程的研究进展.地球科学进展，19（4）：614～610
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金属矿地下连续开采技术研究摘 要：改革以来我国的金属矿开采技术得到了很大的发展，尤其在金属矿地下开采方面生产工艺已经接近世界先进水平。本文系统介绍了金属矿地下连续开采的基本知识及开采工艺。并且例举了新疆金属矿地下连续开采的工程实例，对地下金属矿连续开采的目前状况进行了分析，以供广大矿业工作人员参考。 关键词：地下金属矿；连续开采；技术 一、金属矿地下连续开采的基本情况 采矿是通过矿堆的采准、切割和回采三个工艺流程将矿石从地下矿床开采出的过程。采矿方式分地上开采和地下开采两种。近年来，我国地下开采的金属矿山逐渐增多，地下开采的各个工序基本实现了由机械化操作取代手工作业，开采自动化程度明显提高。地下连续开采技术是我国目前地下采矿的先进技术。地下连续开采有两种主要方式，一是当矿体硬度较小时，开采时各个工序连续平行进行施工。二是当矿体硬度大时，开采时分成若干个施工段，不同施工段的各个工序连续平行进行施工，这需要在开采时做好各个工序间的协调工作。 国外地下采矿装备系列齐全，配套完整，机械化程度也高，从凿岩、装药到转运，全部实现了机械化配套作业，各道工序无需手工体力操作，无繁重体力劳动，装备无轨化、液压化、自动化程度较高。地下无轨采矿工艺是目前国际先进采矿工艺技术的标志。国外目前先进的采矿装备已完全实现了无轨化、液压化。在自动化方面，已成功地应用了无人驾驶、机器人作业等新技术。 二、金属矿地下连续开采工艺 1.在对大块矿岩开采时，为提高开采的效率，连续进行落矿、出矿、运输等工艺的回采施工。回采时采用前进式推进顺序，施工过程中不留矿柱。采用这种连续开采的工艺可提高开采效率，经济适用，方便矿块的控制管理和采矿设备调配，将来发展潜力很大。 2.在对地下矿石进行后处理时，采用专门的运输机连续进行矿石的出矿、转运、提升等工艺的施工。使地下矿石开采、运送达到一体化。采用这种工艺可以加快开采速度，近几年来，该工艺应用较广。 3.如果开采的矿岩硬度较大，开采具有一定的难度，可采用连续采矿机实现掘进、挖掘、落矿、出矿、转运等工艺过程的连续化施工。目前，有关专家对这种采矿工艺的研究取得了很大的进展，使其应用前景更加广阔。 三、金属矿山地下连续开采的问题及处理措施 我国自90年代以后，随着科学技术的不断发展，在地下连续开采技术研究方面取得了重大的突破，多项地下连续开采技术已经应用在矿山中。同世界先进国家相比，仍有一定的差距。目前矿山开采中还存在某些问题急需解决。有的矿山在采矿时，将采矿分为矿石和矿柱两个步骤，将收矿柱放在开采矿石后面。这种采矿方法存在如下不足之处：矿柱质量难以保证，所留矿柱截面形态各异，抗压强度低，易产生破坏。矿柱回收结果不理想，能正常回收的矿柱较少，不但浪费了资源，而且降低了采矿效率，延长了采矿作业时间，对地下采矿的经济效益产生很大影响。并且由于采矿步骤多，在管理上也产生许多困难。为了解决上述问题，有关专家不懈的努力，研究出地下连续开采无矿柱法。这种地下连续采矿施工方法如下：将步骤划分成矿段，不留矿柱，回采单元用矿段表示，采用将切割槽割在矿段中部，并把振动机布置在结构底部出矿的方法。矿石由振动车搬运，连续进行出矿、运矿的作业。崩矿过程中及时进行回填，平行进行采切、回采、充填的作业，使采矿工作连续不间断的施工。地下连续无矿柱采矿的实施，表明我国地下金属矿开采技术进入一个新的层次。使矿柱回收困难的问题得到很好的解决，加快了采矿的时间，避免了国家资源的浪费，提高了地下采矿的经济效益。由于减少了采矿步骤且使采矿各工序衔接紧密，连续不间断的开采，为采矿集中管理带来便利，使劳动效率大幅增长。回采时工序安排合理，连续开采，还解决了深部矿体开采时因为地压较大引起的围岩失稳问题。极大的促进了我国矿山开采的现代化进程。另外，地下连续开采的规范还不够完善，各地区对采矿的标准和要求还不统一，虽然重视开采新技术的研究，但对设备的配套及工艺的优化重视程度还不够，对新型设备的推广还不够完善。必须在有关部门的领导下，完善采矿规范标准，加强连续工艺的优化与设备的合理配套。建立与连续开采相适应的理论体系。在不断开发研制新型设备的同时，注重对新型设备的推广应用。使我国的金属矿地下连续开采进一步向现代化迈进。 四、地下连续采矿技术的应用 新疆某铁矿年产矿石能力20万吨。矿区属丘陵地带，气候干燥，夏季雨水较多，年平均降雨量毫米，冬季气温较低区域内未有大的河流，矿区地震烈度为6度。经勘察矿区深层土质为岩石，浅层为砂砾层。矿床为缓倾斜矿床，矿体为脉状矿体。地下开采的日产量为3000吨。采用地下连续开采方案，用胶带运输机连续运输，地下开采按由上往下的顺序开采。 将整个矿块划分为一个回采单元，矿块厚度即采场宽，相互采场之间不留矿柱，依次连续的进行采切、回采、充填三大工序，回采不允许在同一分层上进行，要分层进行，不同时进行相邻采场的采切。为避免开采时破坏四周土的应力，出现应力集中现象，影响围岩稳定，产生地面塌陷，设计对采空区采用非胶结充填方式处理，可以消除塌陷的危险。这种充填方式工程量较大，生产效率低，回采操作不便。后经专家研究决定，采用连续帷幕随时充填技术。该充填工艺施工时不留矿柱，开采各工序连接紧密，连续性好，而且作为支护的可压缩金属支座支护能力好。确保了采矿的安全，为出矿、转运和充填提供了方便。能对采空区进行及时迅速的回填。此采矿技术开采时采用将整体矿脉一体推进方式。主要的采切工程有：底盘转运巷道、切割巷、出矿漏斗及切割天井。地下连续采矿技术将回填空区用矿岩分离出的废石回填，采用了先进的矿浆输送方式。将深孔连续采矿技术、矿岩分离技术、矿浆输送技术等工艺与技术综合起来应用，实现了回采的高效率，经验证经济效益和社会效益良好。 五、金属矿地下连续开采未来的发展 我国的金属矿地下开采技术和过去相比虽然有了很大的进步，但要赶上并超过世界先进水平尚需不断发展，地下金属矿开采的大型化、数字化、连续化将是未来发展的主要方向。在采矿技术发展的同时需考虑社会效益和经济效益，研制并应用适合地下金属矿连续开采的技术，使矿山的开采与四周生态环境相谐调。有关部门还需组织专家加大对矿岩应力的研究，增加围岩的稳定性，以提高地下开采的安全性。还要加大对充填采矿法的推广力度，并且坚持朝快速化、环保化的方向发展。 六、结语 随着社会的发展，我国的采矿技术也不断进步。其中金属矿地下连续开采的技术已经接近世界先进水平，基本实现了金属矿地下连续开采的连续化和机械化。如何使我国的金属矿地下连续开采技术取得更大的进步，研究出更先进的金属矿地下连续开采技术，仍是广大矿业技术人员今后的努力目标。
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