N雲礦機

A. 成礦應力場控礦機制

成礦構造應力場的控礦機製作用是一種很有理論價值和實用價值的研究課題。

成礦構造應力場的概念揭露了構造控製成礦作用的本質，它不僅概括了地質學家使用的成礦前、成礦期和成礦後構造的時間關系，更重要的是指明了成礦作用在什麼樣應力場作用下發生以及成礦期外力作用的方式和方向，進而指明了地殼運動的方式和方向。因此，成礦構造應力場的確定是研究構造控岩控礦作用的基本前提，在這樣的前提下才導致控礦構造應力場特徵的研究。

在成礦構造應力場作用下引起的構造活動與成礦作用密切相關，這種構造活動控制著礦體的形成和分布，它們可以是新生的構造，也可以是在成礦應力場作用下引起先存構造的再次活動。然而，在成礦構造應力場作用下並非捲入成礦應力場作用的所有構造處處都成礦，只是在一些局部的有利構造部位成礦，這些構造部位就是成礦構造應力場作用強烈的部位，也就是容易引起能量積累和釋放的部位。

構造應力場的演化而導致構造形變，特別是斷裂構造的多次活動和力學性質的演化。每當一場新的構造運動發生，不僅產生一系列新的構造形跡，而且還對先存構造產生強烈的改造作用。因此，構造應力的發展演化過程是一個復雜的問題，它不僅涉及時間演化問題，還涉及各種構造的空間關系。

成礦應力場是指成礦期的應力場。成礦構造應力場控制著成礦期的構造活動。與成礦構造應力場對應的構造體系稱為成礦構造體系。例如，在南北向擠壓作用下形成東西向構造，並伴之成礦，則把南北向擠壓構造應力場稱成礦構造應力場，而把東西向構造體系稱為成礦構造體系。

在成礦構造應力場的作用下，引起成礦物質的形成、遷移和聚集。

如何確定成礦構造應力場及成礦構造體系，應首先建立區域構造格架，鑒定出礦區內各種構造成分力學性質、序次。對於多期活動的形跡，鑒定出演化歷史；再根據力學性質進行組合，從而得出區內構造體系的演化歷史。由此反演出區內構造應力場演化的歷史，最終確定出成礦作用與哪一期構造體系活動密切相關。

地殼中的成礦元素的活化、遷移和聚集，與成礦構造應力場的能量息息相關。成礦構造應力場的能量U的高值區，有利於成礦元素的活化；成礦期的構造運動，使構造應力場能量發生變化，促進成礦元素的遷移；能量降ΔU大的部位，由於放出的能量大，岩石破碎強烈，有利於活化的成礦元素的聚集。因此，能量降ΔU的高值區，是成礦的有利部位。

成礦因素非常復雜，一般認為，構造是成礦的重要因素。可是，地殼上的許多構造並不是一定都與成礦作用有必然的聯系，礦床的形成，僅與特定階段的構造和構造的特殊部位有關。

地殼在壓力(包括各種外力、內力)的作用下，產生構造應力場。設其主應力為σ₁、σ₂、σ₃；同時也產生相應的應變場，設其主應變為ε₁、ε₂、ε₃。地殼由於變形，各點產生位移、力的作用點也產生相應的位移，則作用力做功為

構造應力場控岩控礦

式中：P_i為作用在i點的力；δ_i為i點產生的位移。

假設地殼中沒有發生能量交換，則功W 以勢能的形式儲存在地殼中，稱為應變能，設單位體積中的應變能為M，則

構造應力場控岩控礦

考慮到虎克定律：

構造應力場控岩控礦

所以，

構造應力場控岩控礦

由於單位體積應變能M由兩部分組成，一部分為單位體形狀改變儲存的勢能U，另一部分為單位體體積改變儲存的勢能V，據彈性力學知識則有

M=U+V

構造應力場控岩控礦

式中：E為岩石彈性模量；μ為泊松比。

設單位體體積應變為Q，據彈性力學知識則有

構造應力場控岩控礦

當Q＞0時，為地殼變形過程中，單位體體積膨大，地殼介質變得疏鬆；當Q＜0時，為地殼變形過程中，單位體體積變得密實。

若地殼處於平面應力狀態，σ₃=0，則得

構造應力場控岩控礦

成礦元素的活化、遷移和聚集均由地殼內儲存的能量及構造空間所決定。在成礦構造應力作用下，成礦前的斷裂構造發生活動。活動的結果是使儲存在斷裂中的應變能釋放出一部分，使整個成礦構造應力值發生變化，引起整個成礦構造應力場應變能下降，這個降值稱為能量降。形狀改變(變形)勢能U下降值ΔU最大的地方，礦液失去的能量最多，處於相對穩定狀態，易於沉澱。另一方面，在地殼變形中，體積應變Q＞0的地方，地殼介質變得疏鬆，構造空間開闊，也易於礦液沉澱。若ΔU值最大，同時Q＞0，這樣的部位是成礦的最有利部位。

在構造動力作用下，岩石發生流動，並伴生物理和化學變化，即形變與相變，這是元素活化遷移、聚散和成岩成礦過程。

劉迅等(1998)研究璜山金礦認為其成岩成礦經歷三個階段。

第一階段：在北西—南東向壓應力作用下，差應力為80～150MPa，應變速率為10^—11～10^—12s^—1，溫度為400～500℃，地殼10～15km深處高壓條件下，岩石呈塑性流動狀態並發生塑性變形，形成北東向紹興—江山擠壓型韌性剪切帶，向中心帶應變數加大。可溶性SiO₂、K⁺損耗，隨流體向高應變區遷移，形成千糜岩和石英質糜棱岩(動力分異型石英脈)，殘留相黃鐵礦等載金礦物細粒集合體在高應變區聚集、構成浸染狀、條紋狀、條帶狀礦石。

第二階段：在南北向壓應力作用下，差應力為150～160MPa，應變速率為10^—10～10^—11s^—1，溫度為300～380℃，地殼10～15km深處，由高壓向中壓轉變條件下，岩石仍處於塑性流動狀態，北東向紹興—江山構造帶轉變為平移型剪切性質(左行)。金元素以顯微金、中細粒金礦物賦存於黃鐵礦等硫化物和石英脈中。

第三階段：在南北向壓應力作用下，差應力水平降低至30～60MPa，應變速率升高，大於10^—10s^—1，溫度下降至200℃左右，處於地殼5～10km深度，由高壓轉變為中低壓環境。岩石由塑性變形向脆性變形轉化，北東向紹興—江山構造帶由平移型韌性剪切左行向平移型脆性剪切(左)轉化。SiO₂在剪切帶中相對擴容部位，岩石力學性質相對偏張，碎裂變質相對強烈，導致岩石滲透率相對升高，金元素再次遷移聚集成富礦。

701礦成礦母岩為燕山晚期黑雲母花崗岩，產於區域東西向構造帶與北北東向構造帶復合部位。在構造動力作用下，該含礦岩體由侵位→定位→風化過程，也是岩體從塑性流動向碎裂流動過程。稀土元素發生活化遷移聚集以至成礦。劉迅(1998)研究認為，在南北向擠壓和南北向反扭構造應力場的長期交替活動，由於應力較低(差應力值為40～70MPa)、應變速率和冷卻率偏低，結果活動時溫度低，使岩體遭受早期塑性變形和後期脆性變形，導致稀土元素從岩體內充分分離，並逐漸向高應力區遷移聚集(圖5.2，圖5.3)。第一階段在南北向擠壓為主的構造應力作用下，富含富釔稀土的花崗岩漿從深部向淺部侵位，在溫度高於400℃和中偏高壓環境中，稀土元素伴隨岩漿晚期及期後殘余熱液、揮發分趨向聚集，在高應變區相對富集。第二階段，在南北向反扭應力與南北向擠壓應力交替作用下，溫度低於400℃和中低壓環境中，花崗岩以脆性變形為主。在高應變區，花崗岩發生鈉長石化、白雲母化、碳酸鹽化，造成稀土元素進一步高度富集。第三階段，發生次生水化作用，稀土元素呈離子狀態進入高嶺石等黏土礦物，造成次生富集。

圖5.2 701礦區稀土元素富集特徵圖

(據劉迅等，1998)

1—下白堊統紅層(未分)；2—下侏羅統(余田群)中基性、中酸性、酸性火山岩；3—下三疊統大冶組鈣質頁岩、粉砂岩夾泥質灰岩；4—上二疊統龍潭組頁岩、粉砂岩、長石石英砂岩、炭質頁岩夾煤層；5—震旦—寒武系混合岩(未分)；6—燕山中期鹼性長石花斑岩；7—燕山中期晚階段細粒黑雲母花崗岩；8—燕山中期黑雲母鉀長花崗岩；9—燕山中期白雲母鉀長石鹼性長石花崗岩；10—燕山早期黑雲母鹼性長石花崗岩；11—花崗偉晶岩；12—偉晶岩脈；13—接觸角岩化蝕變帶；14—南北向構造帶(壓性斷層)；15—新華夏系(壓扭性斷層)；16—新華夏系(北北西向壓扭—張扭性斷層)；17—東西構造帶(壓性斷層)；18—北東向硅化破碎帶；19—漸變地質界線；20—不整合接觸；21—富礦產區；22—次富礦產區；23—實測構造剖面

王成金(1986)用激光全息法模擬了西准噶爾金礦成礦帶成礦期構造應力場特徵(圖5.4～圖5.6)，所選靶區大致沿東西向和北東向成礦帶分布，即別魯嘎希—大棍東西向異常帶、鉻門溝—紅山頭東西帶、齊I寶貝東西帶、安齊北東向異常帶、紅旗北東向帶、本哈塔依—其克提北東東向異常帶。這些成礦帶是成礦期構造應力場作用下應變能積累和釋放的集中地帶。

常文志在研究別魯阿克西金礦時，用有限單元法探討了礦區成礦構造應力場的能量和體積應變，揭示了成礦構造應力場的能量和體積應變在成礦中的作用和意義。

圖5.3 G₁實測構造平面圖和某些元素含量及差應力值的變化曲線

(據劉迅等，1998)

1—白雲母花崗岩；2—糜棱岩；3—碎斑岩；4—碎裂岩；5—螢石化；6—方解石化；7—劈理化；8—透鏡化；9—節理；10—樣品位置

圖5.4 薩爾托海成礦構造應力場的模型

(據王成金)

1—載荷；2—固定邊界；3—成礦前斷裂；4—金礦點

常文志採用如圖5.7所示模式，對別魯阿克西金礦成礦構造應力場進行有限單元法計算，結果如圖5.8和圖5.9所示。

圖5.5 成礦構造應力場變形勢能圖

(單位：erg/cm³)

(據王成金)

4×10⁴＞A＞3×10⁴；3×10⁴＞B＞2×10⁴；2×10⁴＞C＞1×10⁴；1×10⁴＞D＞10

圖5.6 成礦構造應力場能量降圖

(單位：erg/cm³)

(據王成金)

4×10³＞A＞1.5×10³；1.5×10³＞B＞3×10²；3×10²＞C＞1.5×10²；1.5×10²＞D＞5×10¹

圖5.7 別魯阿克西礦區研究模型圖

(據常文志)

1—固定邊界；2—簡支邊界；3—載入荷；4—斷裂

圖5.8 能量降ΔU分級圖（單位：erg/cm³）

(據常文志)

4.1×10³＞A＞10³；10³＞B＞8×10²；8×10²＞C＞6×10²

圖5.7顯示成礦前斷裂都將發生活動，使儲存在斷裂中的應變能M釋放出一部分，造成整個成礦構造應力的應變能M、單位體體積改變能U下降。斷層活動造成應變能改變。圖5.8為ΔU分級圖，由圖可見，A級為中心，斷裂活動引起的U降低值高，使礦液處於相對穩定狀態，易於沉澱和成礦。表明能量降低ΔU是成礦的一個重要條件。

圖5.9為在成礦構造應力場作用下的體積應變Q分布，由圖5.9可見，除少數礦點位於Q＜0區外，全區50多個礦點中的40多個點均位於體積應變Q＞0的區域，所以體積應變Q＞0是成礦控礦的另一個重要條件。

圖5.9 體積變化分布圖

1—體積膨大區；2—體積縮小區；3—金礦點

王成金(1986)用明膠網格法研究了豫南商城—羅山地區成礦期應力場與礦化關系。研究區圍岩彈性模量為0.34×10⁵Pa，泊松比為0.3；岩體彈性模量為0.24×10⁵Pa，泊松比為0.36；經研究得最大剪應變、最大剪應力和剪切應變能的分布狀態如圖5.10～圖5.12所示。應變高值區和能量高值區為礦化良好區。

圖5.10 大別山北麓應變γ_max等值線圖

(據劉迅等，1998)

1—＞0.35；2—＞0.3；3—＞0.2；4—＞0.1；5—＜0.1；6—斑岩銅鉬礦床；7—銅礦點；8—鉛鋅礦點；9—鎢礦點；10—雲母礦點；11—螢石礦點；12—磁異常區

圖5.11 大別山北麓剪應力等值線圖（單位：100Pa）

(據劉迅等，1998)

1—τ_max＞5；2—τ_max＞4；3—τ_max＞3；4—τ_max＞2；5—τ_max＞1；6—τ_max＞0.8

圖5.12 大別山北麓應變能U等值線圖（單位：J）

(據劉迅等，1998)

1—＞7×10^—4；2—＞1×10^—3；3—＜7×10^—4

西秦嶺金礦成礦構造應力場：西秦嶺碳硅泥岩型金礦床處於秦嶺東西構造帶、川滇南北向構造帶及北北東向構造帶、北東向構造帶交切復合部位。成礦構造應力場為南北向擠壓(σ₁)、東西向拉伸(σ₃)(劉迅，1998)。礦體絕大多數呈東西向展布。礦體和礦脈均產於斷裂帶之中，嚴格受斷裂控制。礦液的運移和富集與應力作用密切相關。因此，主成礦作用是在成礦構造應力作用下引起的能量積累和釋放過程中進行的。

劉迅(1998)按南北向擠壓的東西向構造成礦應力場加力方式，採用全息光彈實驗萃取等差線和等和線，取f_p=7.28×10³N/m、f_c=1.2×10⁴N/m、f_d=0.5cm、f_c=0.9cm、E=3.36×10⁹Pa、μ=0.45。利用式

構造應力場控岩控礦

求出區內各點的應變能，並繪出應變能等值線圖(圖5.13)。利用式(5.19)求出區內各點的礦液運移式並繪出礦液運移勢等值線圖 圖5.14)。

圖5.13 俄都礦段全息光彈試驗能量分布圖（單位：10²J/m³）

(據劉迅等，1998)

1—υ＜1；2—υ=1～5；3—υ=5～10；4—υ=10～15；5—υ＞15

圖5.14 俄都礦段全息光彈試驗礦液運移勢圖（單位：m/s）

(據劉迅等，1998)

1—υ_i＜1×10⁵；2—υ_i=1×10⁵～1×10¹⁰；3—υ_i=1×10¹⁰～1×10¹⁵；4—υ_i＞1×10¹⁵

構造應力場控岩控礦

式中：f_p、f_c及d_p、d_c分別為條紋值和模型厚度，是由實驗測定的常數；μ和E為泊松比和彈性模量；a為介質的壓縮系數；η為礦液黏度；k₀為介質流通系數，由岩石樣品實驗測定；n_c為模型中各點的等差條紋級數；n_p為等和條紋級數；n_c和n_p對各不同點來說是變數。

對比金土壤地球化學異常圖(圖5.15)、礦體分布圖(圖5.16)和能量分布圖(圖5.13)、礦液運移勢圖(圖5.14)，顯示高能量異常區、礦液高運移勢區與金土壤地球化學高異常區和礦體分布區十分吻合。

圖5.15 俄都礦段金元素土壤地球化學異常圖

(據劉迅等，1998)

圖5.16 俄都礦段礦體分布圖

(據劉迅等，1998)

1—斷層；2—金礦體；3—實測礦體分布區；4—推測礦體分布區；5—礦段號

新疆喀拉通克銅鎳硫化物礦區Ⅰ號礦床位於額爾齊斯大斷裂及其分支構造傑爾台斷裂南側。是一大型鎳礦、中型銅礦並具有多種稀有和貴金屬大型礦床。其品位之高、礦體之大國內外少見。

礦區出露地層以下石炭統為主，為—套海相濁積含炭質沉凝灰岩和泥板岩。礦區位於北西向、北北西向、東西向構造交會部位。由斷層和褶皺組成擠壓破碎帶。礦區內基性岩體分南北兩帶，沿北西向展布。Ⅰ號岩體位於南帶，Ⅰ號岩體含礦性極高，基本上是全岩礦化，所謂Ⅰ號礦床，基本上即Ⅰ號岩體。平面上呈透鏡狀，向下逐步轉變為S形或蛇曲形(圖5.17，圖5.18，圖3.24，圖3.25)；剖面上呈上大下小的「壓扁喇叭」狀，向北東斜歪(圖5.19)。

圖5.17 喀拉通克銅鎳硫化物礦區1號礦床地質圖

1—下石炭系南明水組上段上層；2—下石炭統南明水組上段下層；3—黑雲閃長岩(岩體界線據新疆地礦局四大隊資料)；4—黑雲角閃蘇長岩；5—混染輝長岩；6—輝綠玢岩；7—閃長斜煌岩；8—石英斑岩；9—氧化礦體；10—岩相界線；11—北北西背斜軸；12—北北西向斜軸；13—北西向背斜軸；14—北西向向斜軸；15—北北西向壓扭性斷層；16—北西向壓扭性斷層；17—近東西向壓扭性斷層；18—勘測線位置及編號

礦區褶皺、斷層及節理赤平投影分析及數理計算均顯示依次經歷海西早期→海西中晚期→印支燕山期→喜馬拉雅期四次構造運動(圖5.20)，基性岩體於海西中晚期侵入，其應力分別為海西早期σ₁=30°、海西中晚期σ₁=50°、印支—燕山期σ₁=70°、喜馬拉雅期σ₁=10°。

圖5.18 710m中段地質圖

1—下石炭統南明水組上段下層；2—岩體界線；3—石英斑岩；4—緻密塊狀礦石礦體；5—稠密浸染狀礦石礦體；6—稀疏浸染狀礦石礦體；7—斷層；8—勘探線及編號；9—礦體編號

由礦床地質特徵及其與構造的關系和同位素研究表明，喀拉通克銅鎳硫化物Ⅰ號礦床為岩漿深淵熔離—貫入成因，其形成嚴格受北西向構造帶及其配套的北北西向斷裂控制，系以海西中晚期南北向順扭為主，伴隨東西向微弱擠壓外力條件下的產物。

為了解控岩控礦構造應力場特徵，我們對Ⅰ號岩體710m中段(圖5.18)和28號勘探線剖面(圖5.19)成礦期應力場進行了有限單元法計算和趨勢分析。

岩塊或地塊在外力作用下，其內部最大主應力、最小主應力、最大剪應力的大小和方向及應變能等符合下列關系式：

構造應力場控岩控礦

式中：σ_x、σ_y分別為x、y方向的直應力；τ_xy為剪應力；α為σ₁與x軸的夾角；φ為τ_max與x軸的夾角；E為岩石彈性模量；v為岩石泊松比。

圖5.19 28號勘探線Ⅰ號岩體剖面

1—緻密塊狀礦石礦體；2—稠密浸染狀礦石礦體；3—稀疏浸染狀礦石礦體；4—石英斑岩；5—基性岩體界線；6—岩性界線；7—炭質沉凝灰岩；8—斷層；9—地質界線；10—鑽孔；C₁n—下石炭統南明水組；C₁n^3—1—下石炭統南明水組上段下層；C₁n²—下石炭統南明水組中段；C₁n¹—下石炭統南明水組下段；δ—黑雲母角閃岩；ω—黑雲母閃蘇長岩；ωλ—黑雲母橄欖蘇長岩；λ—輝長輝綠岩

根據前述成礦期外力條件，設σ_x=35×10⁵Pa，σ_y=0，τ_xy=100×10⁵Pa採用非線性有限單元法，用電子計算機對成礦期應力場進行計算，結果表明在平面上岩體中部，即走向由北西轉為北北西，F₁₉與F₇等斷層交匯處為低圍壓區，應變能和最大剪應力處於中偏高狀態(圖5.21)，有利於礦漿貫入成礦。剖面上岩體中部650～750m標高處斷裂破碎帶中下部為高圍壓區，而最大剪應力和應變能偏高(圖5.22)，與實際地質構造變形基本吻合。710m中段和28線剖面成礦期圍壓、最大剪應力和應變能趨勢分析得出相同結論(圖5.23，圖5.24)。

綜上所述，成礦期低圍壓區為構造減壓區域，有利於礦漿貫入停滯、冷卻凝固形成緻密塊狀礦石礦體，這已為該礦床礦體空間分布規律所證明。

圖5.20 喀拉通克銅鎳硫化物礦區構造運動程式圖

1—北西向背斜軸；2—北西向向斜軸；3—北北西向背斜軸；4—北北西向向斜軸；5—壓性斷層；6—扭性斷層；7—張性斷層；8—南北向擠壓；9—東西向擠壓；10—南北向順時針扭動；11—基性岩體；12—隱伏基性岩體

由計算表明，Ⅰ號岩體周圍特別是西南部也出現低壓區，礦漿有可能向圍岩中有利成礦部位貫入成礦，應引起重視。

B. 什麼是挖礦

挖礦就是記賬的過程，礦工是記賬員，區塊鏈就是賬本。怎樣激勵礦工來挖礦呢？比特幣系統的記賬權力是去中心化的，即每個礦工都有記賬的權利。 成功搶到記賬權的礦工，會獲得系統新生的比特幣獎勵。因此，挖礦就是生產比特幣的過程。中本聰最初設計比特幣時規定每產生