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砂金矿床形成规律探讨 杨尔煦 冶金工业部地质局 河流巾金粒约与大于其粒径倍的砾石运动规律相仿 。 河流对 金 粒有富集 、 分选和贫化作用 。 矿源层剥蚀时 , 若河流富集作用大于贫 化则可形成矿床 。 用参数计算可求出砂金品位或剖面金显的 两 种 曲线 。 关锐词砂金矿床形成规律定最分析 多年来 , 尤其是近年来 , 我国勘探 了大量砂金矿床 。 许多地质学家从不 同角度 论述了砂金矿床 的成矿规律 , 但多属定性研 究 。 由于砂金矿床成矿的复杂性 , 给定量研 究带来了困难 。 本 文试图通过砂金矿床成矿 的若 一 「参数 , 即从定量 的角度 , 来探讨砂金 矿 床 的特征 , 借以寻找一种新 的研究方法 。 砂金矿床形成的机制 砂金矿床的类型很多 , 诸如残坡积型 、 细拜型 、 河谷 型 、 河漫滩型等等 。 而分布最 ’‘、 储墩最多而 又最典型者是三 、 四级河流 ‘, 的河芥型砂金矿床 。 如 所 周知 , 这种河谷 型 砂金矿床的典型 刘面是最下部为基岩 , 七七有一层 厚薄不一 的碎石层 , 通常含金 再’是砾石 层 , 是 主要的含金层然后是粗 中粒砂 、 细 砂 。 再面盖了一层 砂质粘上 。 这样的层次通 常是一层 , 有时可反复出现砾 石 、 粗中细粒 砂和粘土层 。 现代河流往往在 这 些河 芥沉 积 的 一 侧或表面 。 河流不破坏沉 积 相序时 , 砂金矿就保存 下来 。 现在从河 流水动 力学 的角度来讨论一卜 砂 金颗粒在水中的运动情况 。 砂金的 比重很 大一 , 要起动 一颗砂 金 需要 多 大 的流速 、 尚无现成公式 。 一卞文 借用起动一 颗砂砾石的流速公式 式 中 。 一起动流速 冲 一综合系数 。 一为 左 一 一河流深度 一砾石直径 。 一砾石比重 一水 的比重为 。 代入系数后 一 。 丫 一 ,八, 若是一颗砂金 , 则公式为 。一 了 。 一 久么 ’ 、 式相等时 , 即相 同水 速 条件 下 , 则有 一 ,。 二 一 , , 为简化起见 , 砂金比重取 , 砾石比 屯取 。 则 工二一 , 。。 一般砂金颗粒的直径为 , , 根据式 , 相 当于砾石直 径为一 。 按照我 国的砂金矿地质勘探规 范 , 这个砾径范 围相 当于细到粗砾 。 也就是说 , 砂金颗粒在河流中运动和保存的力学特征 , 和细到粗砾石是一样的 。 这一认识 , 与实际 。 。 一。 了 二井 。 。 会川 武汉水利电力学院 河流泥沙工程学 , 。年 。 中砾石层是 主要含金层的结论一致 。 由于砂金颗粒小而比重大 , 其受力面积 相对要小 。 因此 , 采用砂砾石的起动 流速公 式 , 估计还会偏 小 。 粗砾石的运动速度实测资料不 多 。 根据长江水 利办公室对川江砾石 的研究 表明 , 砾石愈扁平 , 综合 系数 刀愈大 , 愈 难起动 。 当流速超过起动 速 度后 , 砾石开始 以滚动 、 滑动或跳跃方式前进 。 砾石的起动 方式具有一定的概率特性 , 即在某一瞬 间 , 一部分砾石起动 , 而另一部分砾石 静止在 另一瞬 间 , 又有一部分砾石起动 。 因此 , 全 部砾石的平均运动速 度很慢 。 据川江观测结 果 , 丰水期一般平均运动速度 为 天在枯水期则 很少运动 。 根据砾石运动和 静止的规律 , 可以推测 砂金颗粒运动 和保存 的规律 。 大 多数砂金只能在丰水 期呈推移式 包括 滚动 、 滑动 、跳跃 运动 , 速度很慢 。 在枯水期 , 当水流只能推动 粗一细 砂时 , 水流可 以推动的金粒直径 , 对砂金矿床的形成作用 不大 。 砂金部有细砂 、 特别是有砂质粘 土层覆盖时 , 砂金可保存很好 。 这是由于粘 性细粒泥砂很难起动 , 形成了一个保护层 。 机经过时间以后 , 小条 内的金浪应 减少研 , 这时的金量应为 研 。 根据金从不灭的原理 , 可得 ‘’卜 列 微分方程 附 研 一 班 , 化简得 一 。 故 一 上”厂一一 二 曰 下游 。口 图 , 小条砂金的运动 设丰水期前砂金 品 位 为 。, 丰水期后 砂金 品位为 , 丰水期时间为 , 则 式两边积分可得 ‘ 一 ‘ “ , ‘ 一 。一 一 “ 〕 砂 金矿体长度和品位 变化 富集作用有物理富集和 化学富集 两种 。 化学富集作用对砂金成矿的影响现在 还 不清楚 , 只能在 公式前边加一个化学富集 系数来表示 。 这里只计算物理富集作用 。 下面讨论 高 度为 , 长度为 , 河宽 为才的 一 条砂金 。 当河流速度大于起动速度时 , 设河流中金粒移动速 度为犷 。 若上 下游速度 不一致 , 则有的差别 。 一般河 流上 游陡 、 下游缓 , 相 应 的金粒运动速 度上游快 、 下游 慢 。 所 以砂金运动速度的变 化是负值 。 作用时间 才以后 , 小 条砂金品位从变到 十 图 。 以前 , 小 条 内 的 金量为 研 为简化起见 , 如果只和位 置有关 , 和时 ‘ 间 公无关 , 可写成心 。 当然 , 实际情况 要复杂得多 。 式积分后为 一 一心 由于河流中一般刃是负值 , 即 一 游 流速变缓 , 砂金颗粒运动速度也变小 。 在 这样 的条件 下 , 式指数部分是一个正 值 。 这就说 明在丰水期水流 向下逐渐变缓的 条件下 , 砂金 品位逐渐变富 。 如果原来的砂金长 度为 。, 一次丰水 期以后砂金的长度为 , 则 乙 。。 将式代入式得 。 ” 这说 明 , 砂金经过河水 的作用 , 长度逐 渐缩短 , 品位逐 渐提高 。 特别是河流 由窄变 宽 、 由直变 曲时 , 流速会发生很大变化 , 砂 金运动速度变化一叮也增大 。 在这种部位 , 将有利 于形成砂金矿床 。 按照河流 侧 向沉积的理论 , 一次丰水 期的时 间只能影 响砂金矿床宽 度中很小的 一部分 , 因此 , 影响整个砂金品位 的将是整 个河床沉积时期丰水 期的平均时 间了 。 当河 床继续向下切 割时 , 砂金将在 另一个地 点沉 积下来 , 再次富集 。 多次的富集作用 , 将形 成目前的砂金矿床 。 式的指数部分将 沪‘”, ”一’ 。 垃口 也可近似地写为 , 一 。 如果最大颗粒为 。, 则砂金头部起始 点的止动 流速翎为 、一 。 。, 一 。。 ‘ 尽三玩 二、人 。 一 某种粒级的止动流速要 比翎小 , 可以写为 一 翎一 一。 侧 丛开 二。 。 ‘邝 上式止动流速的差值就决定了某一粒级 离开砂金矿头部起始点的距离 。 设则 、产 户 ,上 了、 一一 ﹃子 变为 艺 一“ ,。 颗粒的分选作用砂金矿床的长度 也会伸长 , 这是 由于金粒大 小不 同 , 大粒移 动慢 、 小粒移动快引起的 。 可以设想 , 在 砂金 矿 ‘ 床 的头部 , 大粒 砂金最先止动 , 然后是 中 粒最后是细粒 。 这样就形成 了一个金 品位 逐渐降低的头部 。 同理 , 在 砂金矿床的尾 部 。 金 品位会逐渐升高 。 图是长养黄金研究所为陕西 月河砂金 矿样 品所 做 的粒度分布曲线 。 现将颗 粒按对数坐标绘 图 , 显示出颗粒大致服从对 数 正 态分布 。 所困难的是该分析 结果 。 的只笼统地划为一组 , 没有给出上限 。 这样曲线就不太 完整 。 式可以写为 翎一 。 。 了 平 。 “ 从式可以看出 , 颗粒越 细 , 即越 小 , 离开砂金矿头部起始点的距离越大 。 砂金矿头部曲线可以写为 一 石 “ ‘ 二 石 “ 打 ” “分比‘ 浮 二 甲 从瓜变化到 砂金尾部曲线是 一 万 “‘ 〔一 。〕 气 ,公 一 一一 一 ‘ , 沪 从变化到 别宽 毫米 这两条曲线类似 , 但尾部曲线要用起动 图陕西月河砂金矿的粒度分布曲线 设砂金颗粒粒度分布密度函数是甲 , 即按重量百分比的颗粒分布曲线 , 因此 , 许靖华 沉积学讲座 , 。年 。 张德常陕西月河砂金矿控矿条件及富集规律研 究 , 年 。 流速 。, 而头部曲线 则 用止动流速 ‘ 。。 这样尾部金品位上升要比头部下 降得 快 。 由于头尾部的 出现 , 砂金长度从加长 为 十与, 。 这里是指砂金矿床头部的最大 位移 。 由于分选作用 的加入 , 砂金品位变化大 体可分为两种情况图 。 第 一 种情况是 , 砂金品位变化如图 , 中间有一段 平坦 的区域 。 第二种情况是 。 五 , 砂金品 位变化 由三段 曲线组成图 。 砂金 尾部上游曲线是 刀 一 、 ‘ , 。 。 从变化到 砂金中部的 曲线 是 柑 一 一 二 , 。 从变化到 一 刀 砂金头部的 曲线是 一 一“‘ 。 材一厅 从变化到 , 一 力 卜卜 一 一 ‘ 尾部 斗 中部 一磊 芍 ’“ ‘‘ 、、 、、‘一一 于 。 根据这样的分析 , 可 以按颗 粒分布曲 线以一式积分求得品位变化 。 图 是 一个 不对称的 曲线 , 上升较快 , 下降较 慢 , 而全部曲线都不会达到 。 这就说 明了由于颗粒分选作用使得砂金体加长和 品 位 一卜 降 的原 因。 贫化作用当无金矿化河流汇集 时 , 砂金品位下降 。 贫化程度取 决于金矿化 区汇水面积 。 和无金矿化区汇水面积 。, 贫化后的品位为 。〔 。。。 〕 由此可见 砂金 同时受富集作用 、 颗粒分选 作用和贫化作用之影响 。 砂金 在 河 流作用 下 , 既有富集 , 又可贫化 。 要形成矿床必须 富集大 于贫化 。 因此 , 以使有 了矿质来源 , 仍需有利的河流条件 , 才能成矿 。 在一个矿体 中各个部位所取砂金 粒度分布数据不会一致 。 只 有 、 的矿 体 , 在其中部取样才能获得完整的分布而 当 ,了 时 , 在任何部位都不能取得完整的 分布 。 因此 , 必须采用多个部位组合样来研 究砂金颗粒度的分布 。 上述计算中忽略了河流侧向侵蚀 的作用 。 河流中的砂金 不 仅 从上游移到下 游 , 当然这是主要的运移 , 而且还存在河流 剖面方 向上的横向和垂向位移 。 为了消除这 种 横向和垂向位移的影响 , 上述计算的金品 位都可以用横剖面上单 位长度的 金址来代 替 , 即每米河流 中的金 量 , 单位 是 。 这里定义为剖面金量 , 用尸来表示 。 以上介 绍 的就是 砂金矿床形成规律的线性理论 。 图砂金理想剖面金且变化曲线示意图 上式中有一个参数需要说明 。 是 某一定值 的颗粒 , 这种颗粒的砂金 正好位移 了距离 , 而以下颗粒砂金的位 移都大 砂金矿床的变化特点 为了表示一个砂金矿床的变化特 点 , 除 了 已论述过的个参数 , 即母体品位儿何 平均值蜜 、 母体品位的对数方差和偏 杨尔煦黄金矿床的参数 , 年 。 斜校正以外 , 通过上述的讨论又增加 了剖 面金量最大的极值尸 、 砂金原始长度乙和砂 金延长长度 、等参数 。 取 自黑龙江省内楼勒根河两 条支流中的 实测剖面金量 曲线见 图 。 这两 条支流都 很 直 , 属于四级水 系 。 由于不易准确求得常偏小 。 所以 用 尸 , , 求 出的砂金母体储员也偏小但在数最级 匕是相仿的 , 这也间接证实了上述理论分析 是正确的 。 砂金矿床刘面金量的最大极 值尸 , ,, 实 际上就是砂金矿体理论 曲线 ,扣的第一项 一一 本 一 劣 月 一一 , , 、 号 矿体体 厂厂 ’ 八八 一 加 丫 卜卜 ’一 。的米 米 。 下 、 “一 。“ ”一 于二“‘ 这个数字代表 了砂金矿体的富集程度 , 是砂 金矿床的重要参数 。 田剖面金的实测曲线 这 两条曲线都存在着 一个最大 的极值和 若干个较小的极值 , 其形态与理论曲线相差 较大 。 详细研究还可看出其他特征 。 号矿 体曲线匕升缓慢 , 并有两个点形成 一 个平缓 的最大极值区 , 类似于的理论曲线 。 号矿体 曲线上升很快 , 卜 降则较 缓慢 , 类 似于的理论 曲线 。 至于几 个较小极值 的出现 , 都是 由于两侧支沟补给引起的 , 是 叠加的异常 。 这里 的例子专 门选择了笔直的河流 , 实 际上许多河流是弯曲的 。 由于弯曲会改变流 速 , 形 成更多的较小的极值 , 从而使砂金矿 吝组 面金 量 曲线更复杂 。 从上述理论分析 , 可推论砂金矿床 的母 体储猛金量 。, 并由下式求 出 尸 。尸 ,, 现在仍用这两个矿床 作 一 下计算表 。 按式 求 出的砂金矿床母体储坡 尸 , 与实际勘探求出的母体储量相仿 。 砂金矿源区的矿化强度 砂金矿床的来源已有很 多学者研究过 , 认为多数来自金矿化地层 。 很多大的砂金矿 区并没有找到原生金矿 。 这个结论并不 否认 有少数 砂金矿床直接来源于 原生金矿 。 如 黑龙江团结沟斑岩金矿床下游 就有砂金矿 床 。 因此 , 需要有一种 方法来求出矿源区 的矿 ‘ 化强度 。 砂金矿区所求的矿 石量犷 ‘, 都是在给 定边界品位 、的 情况下求 出的 。 为 了求出 母体矿石量厂 , 可以用下列公式 , 八 , , 厂一厂 ‘ 犷歹夕 ”戈一百川 一 。沙 然后 求出母体金 属量 , 一。 。 冬 。 省 卜 。 气 、‘夕 设砂金矿区上部的汇水面积为 , 则该面积 内的矿化强度为 。 当然 , 这个数字 比实际 的矿 一 化强度要小 , 因为有部分砂金冲 到 「游去了 。 下 面讨论四川涪江从上游到下游的个 砂金矿 ‘ 床 。 计算的涪江流域 矿化 强度见表 。 每个计算 点均值该点以上所有母体金最 吕英杰黑龙江省流水成因砂金矿的成矿机理 , 年 月 。 表 竺洲 毛 丫几 号矿体 号矿体 。 。 。 。 。 。 。 。 。 表表 河流矿 区 】 ,, , 河流名称 ,” 上游 水晶 古城 响岩 彰明 。 。 。 。 下游 四川涪江 黑龙江内委勒根河 江西昌江支流 。 。 表 矿体 ,,, 瓜 ‘号 。 严 、 严 性 ’ “ ’ 入 、 圣 ’亏 “ ’“ ” 合计 。 。 , 。 的总 和 。 由表可见 , 的 个数据都很小 , 说明这里矿化强度变化不大 , 可以推论金矿 主要来源 于含矿地层 。 另一个例 子是黑龙江省内楼勒根河 , 其 上游有条支流 。 每条支流都有金矿 , 矿源 区实际上是联成一片的 。 分别求 出条支流 的矿化强度表 , 大多是 , 说 明矿化很均匀 。 对比这两个区矿化强 度相差 达倍之多 。 如果砂金矿床的参数没有求 出 , 以上的 计算可以改用砂金矿床的勘 探 储量 ‘, 所 求得的将是视矿化强度 ‘‘ 。 它 比 值要小一点 。 表是几条河流计算的和 ‘ 值 。 江西 昌江支流的 ‘ 值 最大 , 其上游已 发现原生金矿体 。 这里提出的矿源区矿化强度或 ‘, 这两个参数是值得重视的 。 目的在于通过砂 金矿的大量勘探资料 , 借以探讨原生金矿存 在 的可能性 。 这个课题 , 对正在大量寻找黄 金矿床的我国是有现实意义的 。 , , 还 , 以 , , 企