J4号角砾岩体横剖面构造应力场有限元数值模拟

2025-02-11 09:39:43

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回答1：

同样，为查明角砾岩体内部矿体与剪应力大小的关系，对J4 号角砾岩体也进行了剖面上的构造应力场数值模拟，由于J4 号角砾岩体内部矿体走向为NE向，在进行流体包裹体及元素地球化学测量时均沿NW方向（勘探线）取样，为了便于对比研究，在进行剖面构造应力场数值模拟时也选择了NW向的剖面。

图4-5 公峪矿区F120纵剖面成矿期构造应力场主应力数学模拟

1.模型的建立

对祁雨沟金矿区J4呈角砾岩体沿NW340°方向进行了横剖面的数值模拟，模拟范围为宽280 m、高500 m（标高从30～630 m）。在划分三角形单元时所采用方法与前述两个模型相同，最后，共划分出525个三角形单元、294个结点。单元划分按从上到下、从左上至右下的顺序逐行编排。

模拟区有三种岩性，即太华群片麻岩、角砾岩、矿体，这些材料的岩石力学参数见表4-3，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）。同样，在进行剖面模拟时，也考虑了岩石的体重，据河南有色地质勘查局第二队（1993）的有关资料，太华群片麻岩以及角砾岩体的密度取值2.6g/cm³，矿体的密度取值2.7g/cm³。

图4-6 公峪矿区F120纵剖面成矿期构造应力场剪应力等值线

2.外力施加方法

在设计的力学模型边部节点上，共设59个外力作用点，在数学模型上选取上边左右两端点作为约束点，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20～40 MPa之间。施加外力的其他原则与对矿区的平面模拟相同。值得说明的是，由于所模拟的剖面方向为NW方向，与同期的构造主压应力方向垂直，即模拟的剖面为中间主压应力σ₂与最小压应力σ₃共存的剖面，所以施力的方向以同期σ₂方向为依据（近直立），在此剖面上剪应力值按实测差应力值的四分之一计算。

3.计算结果及分析

模拟的结果显示，在剖面上最大主压应力值最大为60 MPa，最小为10 MPa，一般在25～50 MPa之间变化，中间主压应力的倾角一般为70°～50°，倾向NW（图4-7），与实测值（表4-2）相近。从所模拟的J4号角砾岩体横剖面成矿期剪应力等值线图（图4-8）上可以看出，模型中各单元剪应力值最大为25 MPa，最小为5 MPa，除个别点外，剪切应力主要集中于10～21 MPa之间。与实测数据相比，有三个测点模拟值与实测值之差小于1 MPa，另外有两个点差值为2～3 MPa，总体而言，模拟结果可信。

图4-7 J4号角砾岩体横剖面成矿期构造应力场主应力数学模拟

图4-8 J4号角砾岩体横剖面成矿期构造应力场剪应力等值线

从角砾岩体内剪应力等值线（图4-8）的分布来看，除岩筒边部外，岩筒内剪应力值变化不大，为14～18 MPa，另外，岩筒中部差应力值略高，上下两端差应力值略低。并且，已有矿体如位于标高550～580 m的脉状矿体、位于370～430 m标高附近的胶结物矿化型（网脉状）矿体均产于剪应力值为16～17 MPa之间的部位，显示该剪应力区间对角砾岩体中矿体的形成较为有利。标高在460～520 m之间为剪应力降低区间，在此区间实测剪应力值突然从17 MPa降为12～12.7 MPa。由于各方面条件的约束，在模拟过程中难以模拟出这种较大的变化，但在该部位剪应力降低的趋势是明显的，反映该部位对成矿不利。另外，在岩筒中部剪应力等值线走向及排列有明显的方向性，反映了缓倾角裂隙的存在，这与流体包裹体所反映的现象极为一致。从剪应力等值线的变化趋势看，出露于370 m标高处的矿体向深部可延伸至300 m附近。而在300 m标高以下剪应力值降低，不利于矿体的形成。

以上三个模拟实验表明：①无论在平面上还是在剖面上，矿体产出部位一般在剪应力大小适中的区段，剪应力过大或过小对成矿均不利，而且在角砾岩体内部与石英脉中有利于矿化的剪应力值的变化区间不同。②在矿区，除祁雨沟—大公峪一带为成矿有利地段外，孟沟一带也具有较好的成矿前景；J4号角砾岩体300 m标高以下成矿的可能性较小；F120在200～300 m标高出现矿体的可能性大。

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