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第五章矿产资源开发与地质环境矿产资源及其特性矿产资源开发对地质环境的影响矿山地质环境治理一、矿山资源的概念及其特征（一）矿产资源的概念根据资源的再生性：可更新资源和不可更新资源两大类。可更新资源是指通过比较迅速的自然循环作用或人为作用能为人类反复利用的各种自然资源，包括空气、淡水、生物产物（食物、木材）等。不可再生资源是指在人类开发利用后，在现阶段不可能再生的自然资源，如煤炭、石油等矿产资源。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性一、矿山资源的概念及其特征矿产资源：指所有埋藏于地壳中或出露于地表，可被人们开采利用的矿物质聚集体。广义的矿产资源指在内外力地质作用下，元素、化合物、矿物和岩石相对富集，人类开采后能得到有用商品的物质形态和数量。狭义的矿产资源是指自然界产出的物质在地壳中富集成具有开采价值或潜在经济价值的形态和数量。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性（一）矿产资源的基本概念矿产资源一般包括能源资源和原料资源两类。能源资源即矿物燃料和核燃料；原料资源：金属原料（金属矿产）和非金属原料（非金属矿产）。在目前世界矿业生产总值中，燃料产值占70%，非金属原料约占17%，金属原料约占13%。人类对矿产资源的需求量约占自然资源需求量的70%。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性1.不均匀性（地区分布）2.有限性（不可再生性。数量有限，宝贵性）3.相对性（开采技术，矿产埋深）品位：矿石中所含有用成分（元素或化合物）的百分含量4.生态性（地质生态环境）世界七大煤田之一的神府——东胜矿区，位于水土流失最严重的黄河中游地区的晋陕蒙接壤区，毛乌素沙漠与黄土高原沟壑区的过渡地带，风沙面积大，水土流失严重，水资源十分短缺。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境（二）矿产资源的特性5.1矿产资源及其特性风沙是神东矿区最大的灾害因素，神东公司在分析矿区沙地的有关条件后，确定了植物措施为主，机械措施为辅，多种手段一起上，快速、大面积地治理流沙的技术路线。神东矿区共治理流动沙地92．36平方公里，配合实施封育管护，沙区植被覆盖度由开发初期的3％～15％提高到目前的40％～50％，矿区受风沙危害的问题得到明显遏制。据中科院兰州沙漠所测定，流沙固定后，每年风力搬运移动和进入河沟的泥沙总计减少565．47万吨。治理后的考考赖水源水中含沙量由每吨6．4公斤下降到0．2公斤，哈拉沟和石圪台沟水源水中含沙量由每吨14．7公斤下降到0．15公斤，每年可节约水厂排沙费166万元，2年多时间即可收回治理投资。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境二、矿山资源的供给与需求（一）矿产的种类与成因1.矿产的种类按用途分为三大类：金属矿产、非金属矿产和能源矿产。金属矿产指能够作为工业上提取金属原料的有用矿物资料。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性金属矿产按工业用途及金属本身性质进一步划分为：黑色金属矿产：铁、锰、铬及其合金有色金属矿产：铜、铅、锌、铝、镁、镍、钴、钨、锡、钼、铋、锑、汞等。贵金属矿产（金、银、铂、锇、铱）放射性金属矿产：铀、钍、镭等稀有、稀土和分散金属矿产：铌、钽、锂、铍、镓等。金属矿产《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境非金属矿产非金属矿产是指除能源矿产、金属矿产外，能够提取有用非金属元素、化合物或能直接利用的岩石和矿物集合体。冶金辅助原料：如萤石、菱镁矿、耐火粘土、白云岩和石灰岩等化工及化肥工业原料：磷灰石、磷块岩、黄铁矿、钾盐、岩盐、明矾石、石灰岩等工业制造业：石墨、金刚石、云母、石棉、重晶石、刚玉等陶瓷及玻璃原料：长石、石英砂、高岭土和粘土等建筑材料：沙石、浮石、石灰岩、大理岩、石膏、花岗岩、珍珠岩等宝石及工艺美术材料：《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性能源矿产能源矿产：又称矿物燃料，是人类获取能量的重要物质资源，是工农业发展的动力和现代生活的必需品。主要包括包括煤、泥炭、石油、天然气、铀矿等《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性（一）矿产的种类及成因2.矿产的成因矿产的成因与地质循环密切相关，并受构造作用、地球化学循环以及水循环等作用的影响。矿产的形成作用一般包括：岩浆作用、变质作用、沉积作用、生物作用和风化作用等。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性岩浆作用：指岩浆的形成、演化直至冷凝成岩石的全部地质过程。分为侵入作用和喷出作用。岩浆岩占地壳总体积的95%，说明岩浆作用是地壳中规模巨大的的一种地质过程。元素发生大幅度迁移，重新分配，并且有些元素在岩浆结晶过程中富集成矿。它形成的矿床是元素富集（汽化分异、重力分异和结晶分异）过程的结果。它可以形成具有经济价值的多种金属矿产。如早期分离形成镍、钴、铜矿（硫化物矿）。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性岩浆作用变质作用是指已经存在的岩石处在地下的地质环境中，在固态下改变其结构、构造或化学成分，从而形成新岩石的一种作用过程。实质是在岩石基本保持固态状态下元素重新结合、再分配和迁移的过程。如可在石灰岩、白云岩同岩浆岩的接触带发生，形成钙、镁矽卡岩及其有关矿床。可以形成白钨矿（CaWO4)→黄铜矿、黄铁矿、毒砂→石英和方解石脉等（作用强度的增大）5.1矿产资源及其特性变质作用沉积作用：沉积作用以风化作用为开端（风化产物是沉积作用的最重要的物质来源），然后包括搬运、沉积或聚积以及沉积后的变化过程-主要为成岩过程。通过沉积作用，可以形成许多有价值的可开采的矿床，其中最重要的有石油、煤、铁、锰、铝、磷、金、金刚石等。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性沉积作用生物作用：许多矿床是在被生物强烈改造的生物圈环境中形成。有机物如贝壳和骨骼可形成含钙矿物。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性风化作用：发生在表生带。实质是岩石圈深部形成的岩石和矿物进入表生带后，由于物理化学条件发生巨变，失去原有平衡，通过深刻改造建立新的平衡的过程。风化作用可导致某些元素在风化壳集中，形成风化成因的矿床。如可形成Fe、Al、Mn、Ni、Co、Au、Pt、Sn、TR、Nb、Ta、U等金属矿床，金刚石、刚玉、蓝晶石、重晶石、水晶、高岭石、粘土等非金属矿产。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性风化作用二、矿山资源的供给与需求（二）矿产资源的供应情况1.世界矿产的储量与生产状况矿产分布极不均匀。截至1997年，全球已经探明的主要金属和非金属矿产储量为1450×108t，其中美国、加拿大、澳大利亚、南非主要矿产储量占世界80％以上。1961～1980年间，铁矿石的开采量占20世纪以来80年中总产量的近55%,钾盐占67%，粘土矿占近80%。《环境地质学》中国地质大学《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性（二）矿产资源的供应情况2.中国矿产的储量情况中国是矿产资源比较丰富，矿种比较配套齐全的少数几个国家之一。截至2000年底，中国发现171中（200种），探明有一定数量的矿产153种，其中能源矿产8种，金属矿产54种，非金属矿产88种，水气矿产3种。人均拥有矿产资源量只相当于世界人均拥有资源量的27％，相当于美国人均的1/10、前苏联人均的1/7。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性二、矿山资源的供给与需求（三）矿产资源的需求美国仅占世界人口的5%，每年却消耗掉全世界一年所消耗的资源的30%左右；世界20％的人口享受着整个世界收入的80％。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性第五章矿产资源开发与地质环境矿产资源及其特性矿产资源开发对地质环境的影响矿山地质环境治理一、概述二、露天开采对地质环境的影响三、地下采矿对地质环境的影响四、工矿废物对地质环境的污染五、矿产资源开发影响地质环境的主要因素5.2矿产资源开发对地质环境的影响《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境一、概述采矿过程形成的能量和交换物质转移是影响矿山地质环境的主要因素。影响的方式：影响方面：空气、土壤和水体污染，引起土地退化、沙质荒漠化和水环境变化；社会经济的。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境二、露天开采对地质环境的影响土地资源的占用和破坏露天矿边坡失稳破坏水土流失《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境二、露天开采对地质环境的影响特点：矿山资源开发总量中50～60%的煤、85~90%的金属矿藏、50%的化学矿山原料、100%非金属和建筑材料都是露天开采。对环境的影响：泉水枯竭、河水改道、边坡失稳发生崩塌、滑坡；矿山剥离堆土及矿渣堆积占用土地；淤塞河道、导致水患和矿山泥石流；矿山三废造成的土壤、水体及大气污染；破坏地貌景观，形成矿山荒漠化，加速水土流失等。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境二、露天开采对地质环境的影响（一）土地资源的占用和破坏1.露天采矿破坏土地目前，世界上年产15×104t以上矿石的矿山大约有一半是露天开采，矿石产量的75%左右来自露天开采。如美国明尼苏达州希宾铁矿、新墨西哥州圣利塔铜矿、中国山西的平朔煤矿等。中国重点金属矿山，约有90%为露天开采，每年剥离岩土约为(2.2~2.6)×108t，露天矿坑及堆土场侵占大量农田。到1995年，全国1173家国有大中型矿山企业中，占用土地面积729971.6hm2，其中露天开采矿场、排土场、尾矿场和塌陷区占地212817.4hm2，占29.15％，其他为工业用地、行政生活用地等，占70.85.％。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境世界上首个被开采的露天斑岩铜矿，美国犹他州Bingham矿山，这就是典型的露天斑岩铜矿，位于美国犹他州盐湖城西南方20km处。二长斑岩侵入到Pensylvanian组中。石灰岩和斑岩中的铜、铅、锌和银发生接触交代。矿石呈带状分布，从侵入的斑岩中向外延伸。这个矿山因首次开采斑岩铜矿而闻名。图片的左下角是一个废物处理池。这个矿山以先驱MormonBingham兄弟的名字命名。山西朔州平朔安太堡露天煤矿矿坑《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境伊敏煤电露天开采现场《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境（一）土地资源的占用和破坏2.废石堆、尾矿堆放占用土地废石，即在开采矿石过程中剥离出的岩土物料，堆放废地称之为排土场。尾矿，即在选矿加工过程中排放的固体废物（有用目标组分含量最低的部分），其储存场地称之为尾矿库。据有关资料，露采每采1t矿石通常要剥离5～10t覆盖岩土，生产1t铜约形成400t废石和尾矿。在美国的矿山土地破坏面积中，露天采空区占59%，露天排土场、废石堆占38%，剩下的3%具有地面下沉和他显得危险。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境山西焦煤西山煤电集团公司东曲矿矸石山生态园《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境松江流域板石沟铁矿露天开采现场水土流失二、露天开采对地质环境的影响（二）露天矿边坡失稳破坏露天矿边坡稳定性问题是露天开采的主要环境地质问题之一。合理的边坡角《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境开采时，需要把被开采的矿石划分成一定厚度的水平分层，由上向下逐层开采，并形成阶梯状，这些阶梯的工作面叫做台阶。上部平台1——台阶的上部水平面；下部平台2——台阶的下部水平面；台阶坡面3——朝向采空区的台阶斜面；台阶坡面角（α）——台阶坡面与下部平盘水平面的夹角；坡顶线4——台阶坡面与上部平盘的交线；坡底线5——台阶坡面与下部平盘的交线；台阶高度（h）——上部平盘与下部平盘的垂直距离。边坡的稳定性：边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下、整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土(