Введение

Геохимические методы – один из наиболее широко используемых способов поисков полезных ископаемых во всем мире. Это объясняется как их высокой результативностью, так и универсальностью в отноше-нии самых различных геологических обстановок. Практически любое полезное ископаемое сопровождается ореолами основного элемента и элементов-спутников в различных природных средах (геосферах) и мо-жет быть обнаружено геохимическими методами поисков (ГМП).

В основе геохимических методов поисков полезных ископаемых лежат фундаментальные законы геохимии, теоретическому исследова-нию которых посвящены труды Ф. Кларка, В. Гольдшмидта, В.В. Вер-надского, А.Е. Ферсмана и их последователей.

Основоположником прикладной геохимии является Н.И. Сафронов, который в 1931-32 г.г. впервые в мире начал проводить поиски рудных месторождений по их вторичным ореолам рассеяния. Одновременно и независимо В.А. Соколовым был предложен метод газовой съемки для поисков месторождений нефти и газа. С 1938 года курс ГМП начал чи-таться вначале в Ленинградском горном институте, а затем и в других геологических вузах страны. За рубежом геохимические методы поис-ков начали применяться только в 40-50 годы 20-го века.

Применительно к поискам нефти и газа ГМП так и не стали основ-ным методом, уступив первенство геофизике. Что касается рудных ме-сторождений, то здесь эффективность ГМП с самого начала была очень высокой, несмотря на низкую чувствительность применявшихся мето-дов анализа проб. Это объясняется тем, что в первый период открыва-лись месторождения, непосредственно выходящие на поверхность в ви-де их первичных или вторичных ореолов. К настоящему времени прак-тически все такие месторождения выявлены и главной задачей ГМП сейчас является обнаружение скрытого на глубине («слепого») оруде-нения. На решение этой задачи были направлены интенсивные научные исследования, проводившиеся в нашей стране в 70-80-е годы 20 века. Достигнутые результаты, которые теперь используются во всем мире, связаны с именами А.П. Соловова, Л.Н. Овчинникова, А.А. Беуса, С.В. Григоряна, А.И. Перельмана, Е.М. Квятковского, Э.Н. Баранова, В.В. Поликарпочкина, В.И. Морозова, Л.В. Таусона, В.М. Питулько, П.А. Удодова и др. Из зарубежных исследователей значительный вклад в со-вершенствование геохимических методов поисков полезных ископае-мых внесли N.L. Barnes, F.M. Cameron, R.W. Boyle, J.S. Webb, P.P. Bruks и др. 4

1. Геохимическое поле и его параметры

Геохимическое поле – это область пространства, охарактеризо-ванное содержаниями элементов (), как функцией координат про-странства и времени:

Согласно закону В.И. Вернадского, в любой точке пространства (речь идет о макромире) в том или ином количестве содержатся все хи-мические элементы, поэтому для любого элемента в этой точке спра-ведливо выражение:

В соответствии с законами термодинамики, любой элемент стре-мится к состоянию равновесия, поэтому в большей своей части геохи-мическое поле характеризуется содержаниями элементов, близкими к усредненному значению, которое носит название кларка (для Земли в целом, или отдельных геосфер), или фона (для различных геологиче-ских структур). Процессы перераспределения и концентрирования эле-ментов, в том числе и рудообразование, приводят к локальным отклоне-ниям концентраций элементов от фона, называемым аномалиями.

Если значимость этих отклонений очевидна, аномалии называются явными. Единственным критерием для выделения явных аномалий яв-ляется коллективный геологический опыт. Если аномалию нельзя при-знать явной, формальная граница между фоновыми и аномальными зна-чениями определяется обычно по правилу «трех сигм» - аномальными считаются значения, которые отличаются от среднефоновых более чем на три стандартных отклонения.

Для нормального закона распределения:

,

где Xаном. – минимально аномальное значение,

– среднее арифметическое значение фона,

S – стандартное отклонение фона

Для логнормального закона распределения:

Где – среднее геометрическое значение фона,

– стандартный множитель;

Правая часть неравенств определяет уровень положительных ано-малий, левая – отрицательных (зоны выноса).

Для слабых аномалий, которые не превышают уровня «трех сигм», но могут иметь важное поисковое значение, применяют различные ме-тоды их усиления, которые будут рассмотрены ниже.

1.1. Параметры аномального геохимического поля

Аномалии характеризуются эффективной шириной, контрастно-стью и продуктивностью:

Эффективная ширина аномалии (2а) – это длина отрезка профиля опробования, в пределах которого

Контрастность аномалии .

Линейная продуктивность:

Площадная продуктивность:

где - шаг пробоотбора по профилю, 2L – расстояние между профилями, n и N – число аномальных точек на профиле и в пределах всей аномалии.

1.2. Взаимосвязь геохимических аномалий в различных геосферах

В процессе разрушения месторождений и их первичных ореолов происходит перемещение (миграция) химических элементов и возника-ют вторичные аккумуляции, которые называют ореолами рассеяния. В зависимости от характера процесса (механическое разрушение, раство-рение, дегазация) и среды формирования, ореолы делятся на литохими-ческие, гидрохимические и атмохимические (рис. 1). Растворенные и га-зовые компоненты, кроме того, усваиваются организмами и растениями и формируют биогеохимические ореолы.

Между всеми типами вторичных ореолов происходит интенсивный обмен химическими компонентами, поэтому аномальные содержания каких либо элементов в рудах и их первичных ореолах находят адекват-ное отражение во всех типах ореолов. На этом основано применение различных модификаций геохимических методов поисков, различаю-щихся характером опробуемых сред. При этом надо иметь в виду, что поисковая достоверность информации, получаемой различными мето-дами, неравноценна. Наиболее объективная информация о первичном оруденении содержится во вторичных литохимических ореолах (1-я степень приближения) и потоках (2-я степень приближения) рассеяния. Более опосредована связь с рудами гидрохимических и атмохимических ореолов (2-я степень приближения) и потоков (3-я степень приближе-ния) рассеяния. Еще менее определенно соотношение с оруденениемБиохимических ореолов в растениях (4-я степень приближения) и орга-низмах (5-я степень приближения).

Рис. 1. Взаимосвязь геохимических ореолов в различных средах.

Пространственная совмещенность и взаимосвязь различных типов ореолов могут существенно усложнять количественные соотношения между первичными рудами и вторичными аккумуляциями. Поэтому проведению масштабных геохимических поисков по вторичным орео-лам рассеяния на какой-либо площади должно предшествовать выпол-нение опытно-методических работ по выбору представительного гори-зонта опробования, веса пробы, методики обработки проб, оценки ре-сурсов полезного ископаемого и т.д.