F石英脉构造应力场有限元数值模拟

如题所述

F120为公峪矿区规模最大的含金石英脉,现已开采了四个中段,从已有的情况看,脉体中的矿体并不连续,在有些部位脉体膨大构成厚大矿体,而在另一些部位脉体变窄矿体趋于尖灭,为确定石英脉中矿体与差应力大小的关系,本次沿石英脉的走向进行了数值模拟,以查明有利的成矿部位。

1.模型的建立

对F120沿NE60°方向进行了纵剖面的数值模拟,实际模拟范围,长830 m、高680 m(标高从0~680 m)。同样,每个单元尽可能划分成等边三角形,不采用内角过大(大于120°)的钝角三角形。据此,共划分出530个三角形单元、297个结点。单元划分按从上到下、从右至左的顺序逐行编排。

模拟区有两种岩性,即石英脉与矿体两部分,矿体的力学参数见表4-3,而石英脉的弹性模量比矿体部位有所增大,初值设为50000 MPa,其泊松比则有所降低,初值设为0.23。在进行增量计算时,按比例适当地降低了岩石的弹性模量,同时适当地增大了岩石的泊松比(表4-3)。由于是进行剖面模拟,岩石的体重须予以考虑,据河南金源黄金矿业有限责任公司(1997)的有关资料,石英脉的密度取值2.6g/cm3,矿体的密度取值2.7g/cm3

2.外力施加方法

在设计的力学模型边部节点上,共设60个外力作用点,在数学模型上选取左边上下两端点作为约束点,不施加外力。同样,在施加外力时以野外实测主应力方向为依据,施加外力的大小经反复计算,以逼近模拟区的实测差应力值,最后确定在32~75 MPa之间。施加外力的其他原则与对矿区的平面模拟相同。

3.计算结果及分析

模拟结果显示,剖面上最大主压应力值最大为580 MPa,最小为4 MPa,一般在100~250 MPa,最大主压应力的倾角一般为30°,倾向SW(图4-5),与实测值(表4-2)接近。

从所模拟的F120成矿期剪应力等值线(图4-6)看,模型中各单元剪应力值最大为155 MPa,最小为37 MPa,除个别点外,剪切应力主要集中于40~80 MPa之间。与实测数据相比,模拟值与实测值之差均小于2.0 MPa,显示模拟结果可信。

对比已发现的矿体与弱矿化的石英脉之间剪应力值可以发现,在已有的矿体部位剪应力值一般为45~55 MPa,而在剪应力值过大或过小对成矿均不利。根据模拟的结果,在已采矿体下部SW方向340~200 m中段,以及250~150 m中段都存在剪应力值为45~55 MPa的区域,这些区域应成为矿化最有利的部位。已采矿体与预测的有利成矿部位向SW侧列,该特点与胶东地区北截金矿相似(万天丰,1995),即矿体的排列方向与σ1倾伏方向近于一致。

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