Министерство образования и науки РФ
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
А.А. БУТЕНКОВ
ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Учебное пособие
Новочеркасск 2004
УДК 553.3
Рецензенты: канд. геол.-минер. наук В.С. Исаев
канд. геол.-минер. наук А.Г. Химченко
Бутенков А.А.
Основы учения о полезных ископаемых. Учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. 79 с.
Пособие содержит общие представления о месторождениях полезных ископаемых, об их геологическом строении, вещественном составе, условиях образования. Для лучшего усвоения материала все разделы пособия сопровождаются вопросами для самоконтроля.
Предназначено для студентов специальностей 0801 «Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых» и 0802 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» заочной формы обучения.
Южно-Российский государственный технический университет, 2004
Бутенков А.А., 2004
Введение
Данное учебное пособие предназначено для студентов-геологов заочной формы обучения. В нем рассмотрены общие сведения из области учения о геологии полезных ископаемых, а также природные условия формирования магматической, пегматитовой, скарновой, карбонатитовой, гидротермальной, выветривания, россыпной, осадочной и метаморфогенной групп месторождений. Описаны структурные условия и региональные закономерности их размещения. Основная цель работы – показать геологическую обстановку возникновения и развития месторождений полезных ископаемых разных генетических классов и отчасти – физико-химические условия их образования. Каждый раздел учебного пособия содержит указания, на какие именно аспекты и детали должен обратить внимание студент, что он должен знать в первую очередь. Кроме того, приводятся перечни вопросов для самоконтроля, позволяющие более основательно усваивать материал.
1. Общие понятия о полезных ископаемых
Месторождением полезного ископаемого называется участок земной коры, в котором в результате тех или иных геологических процессов произошло накопление минерального вещества, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования.
Полезные ископаемые бывают газообразные, жидкие и твердые. К газообразным относятся скопления в недрах Земли горючих газов углеводородного состава и негорючих, инертных газов, таких, как гелий, неон, аргон, криптон и др. К жидким принадлежат месторождения нефти и подземных вод. К твердым относится большинство полезных ископаемых, которые используются как месторождения элементов или их соединений (железа, золота, вольфрама и др.), кристаллов (горный хрусталь, алмаз и др.), минералов (ископаемые соли, графит, тальк и др.) и горных пород (гранит, мрамор, глина и др.).
По промышленному использованию месторождения полезных ископаемых разделяются на рудные (металлические), нерудные (неметаллические), месторождения горючих ископаемых (каустобиолиты) и гидроминеральные. Рудные месторождения, в свою очередь, подразделяются на месторождения черных, легких, цветных, редких, радиоактивных и благородных металлов, а также рассеянных и редкоземельных элементов. Нерудные месторождения распадаются на месторождения химического, агрономического, металлургического, технического и строительного минерального сырья. Месторождения горючих полезных ископаемых принято разделять на месторождения нефти, горючих газов, углей, горючих сланцев и торфа. Гидроминеральные месторождения разделяют на подземные воды питьевые, технические, бальнеологические (минеральные), нефтяные.
Минеральное сырье используется для нужд промышленности как непосредственно, без предварительной переработки, так и для извлечения из него ценных элементов или их соединений. В последнем случае оно называется рудой. Руда представляет собой минеральный агрегат, в котором содержание ценного компонента (или компонентов) достаточно для их промышленного извлечения. Не всякое природное скопление минерального сырья является месторождением полезного ископаемого. К ним относятся только такие, которые обладают минимальным количеством этого сырья в недрах и соответствующим качеством руды. Количество минерального сырья в недрах называется его запасами. Качество минерального сырья, идущего на переработку, определяется содержанием в нем ценных компонентов. Для промышленной оценки некоторых видов полезных ископаемых имеет значение также наличие в них вредных компонентов, затрудняющих переработку и использование руд. Чем выше содержание ценных и чем ниже концентрация вредных компонентов, тем больше ценность руды.
Минимальные запасы и содержание ценных компонентов, а также допустимое максимальное содержание вредных примесей в минеральном сырье, при которых возможна эксплуатация месторождений полезных ископаемых, называются промышленными кондициями. Они не являются строго определенными и раз навсегда заданными, что связано с разными причинами (рост потребности в полезных ископаемых, совершенствование техники добычи и извлечения полезного компонента, экономические расчеты и др.).
Среди площадей распространения полезных ископаемых выделяются: 1) провинции; 2) области; 3) районы; 4) поля; 5) месторождения; 6) тела.
Провинция полезных ископаемых представляет собой крупный участок земной коры, относящийся к платформе, складчатому геосинклинальному поясу или дну океана, с размещенными в его пределах и свойственными ему месторождениями. Например, выделяют провинции – Уральскую, Кавказскую, Русской и Сибирской платформ, дна Тихого океана и др. Область полезных ископаемых занимает часть провинции и характеризуется набором определенных по составу и происхождению месторождений полезных ископаемых, приуроченных к одному или группе тектонических элементов первого порядка, определяющих геологическое строение территории провинции (антиклинории и синклинории, внутренние и периферические зоны геосинклиналей, срединные массивы, краевые прогибы, щиты, синеклизы и др.). В складчатых сооружениях, вследствие их линейной вытянутости, области называются поясами полезных ископаемых (Монголо-Охотский, Тихоокеанский, Рудного Алтая и др.). Внутри платформ области, обычно имеющие более изометричные ограничения в плане, носят характер бассейнов полезных ископаемых. Сюда относятся месторождения нефти (Волго-Уральский, Западно-Сибирский и др. бассейны), угля (Донецкий, Кузнецкий, Подмосковный и др.), нерудных полезных ископаемых (соляные бассейны Артемовско-Славянский, Соликамский, Иркутский и др.), рудные месторождения (Криворожский бассейн). Район полезных ископаемых составляет часть области и обычно характеризуется местным сосредоточением месторождений, в связи с чем он нередко называется узлом полезных ископаемых. Рудное поле представляет собой группу месторождений, объединяемых общностью происхождения и единством геологической структуры. Поля полезных ископаемых состоят из месторождений, а последние – из тел полезных ископаемых. Телом, или залежью, полезного ископаемого называется локальное скопление природного минерального сырья, приуроченное к определенному структурно-геологическому элементу или комбинации таких элементов.
Для месторождений твердых полезных ископаемых могут быть выделены три морфологических типа залежей: изометричные, плоские и вытянутые по одному направлению.
Изометричные тела полезных ископаемых представляют собой скопления минерального вещества, примерно равновеликие во всех измерениях. К ним принадлежат штоки, штокверки и гнезда. Штоком называется крупная более или менее изометричная залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья. Штокверк представляет собой более или менее изометричный объем горной породы, пронизанный мелкими жилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества; такая горная порода с прожилками и вкрапленностью ценных минералов добывается целиком как полезное ископаемое. Гнездом называется относительно некрупное локальное скопление полезного ископаемого. Основным элементом, определяющим размеры и форму изометричных тел, является их поперечное сечение.
Плоские тела полезных ископаемых характеризуются двумя протяженными и одним коротким размерами. Их представителями являются пласты и жилы. Пласты наиболее типичны для осадочных месторождений руды, угля и нерудных полезных ископаемых. Они залегают согласно вмещающим породам. Жилы – это трещины горных пород, выполненные минеральным веществом полезного ископаемого. Залегание, как правило, носит секущий характер по отношению к вмещающим породам.
Вытянутые по одной оси тела полезных ископаемых называются трубами, трубками или трубообразными залежами. Морфология и условия их залегания определяются углом погружения, длиной по направлению погружения и поперечным сечением.
Помимо вышеперечисленных простых тел твердых полезных ископаемых, в природе встречаются сложные залежи, представляющие собой их комбинацию.
Среди месторождений жидких и газообразных полезных ископаемых по морфологическим признакам выделяются залежи пластовые, массивные и линзовидные. Пластовые залежи жидких и газообразных полезных ископаемых приурочены к пласту-коллектору проницаемых пород, заключенному среди непроницаемых или слабопроницаемых пластов, в той или иной степени тектонически дислоцированных. Массивные залежи представляют собой скопления жидкости или газа в выступах проницаемых пород (структурных, эрозионных, рифовых), перекрытых плохо проницаемыми осадками. Линзовидные залежи связаны с локальными зонами пористых и трещиноватых пород, ограниченных со всех сторон непроницаемыми породами.
Тела полезных ископаемых сложены минеральными агрегатами. В рудных и некоторой части нерудных месторождений выделяются минералы – носители ценных элементов, которые называются рудными (или ценными). Сопутствующие им минералы называются жильными. Для полезных ископаемых, которые используются целиком (например, блоки гранита в качестве строительного камня), разделение минералов на рудные и жильные, естественно, не производится.
По составу преобладающей части рудных минералов выделяются следующие главнейшие типы руд:
- окисные – в форме окислов и гидроокислов, характерные для многих месторождений железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;
- силикатные – наиболее типичные для неметаллических полезных ископаемых (слюда, асбест, тальк и др.);
- сернистые – в виде сульфидов, арсенидов, антимонидов, реже в форме соединений висмута, теллура и селена, к которым принадлежит большинство руд цветных металлов;
- карбонатные – свойственные некоторым месторождениям железа, марганца, магния, свинца, цинка и меди;
- сульфатные, к которым относятся месторождения бария, стронция, гипса и др.;
- фосфатные – образующие месторождения фосфора и связанных с ним соединений;
- галоидные – типичные для месторождений солей и флюорита;
- самородные – сложенные самородными металлами и сплавами, известные для золота, платины, меди.
По составу всей массы руды, включающей как рудные, так и нерудные минералы, различаются руды: кремнистые, силикатные, карбонатные, сульфатные, сульфидные, окисные, фосфатные, галоидные и органогенные (битумные).
Минеральный состав углей определяется соотношением фюзена, дюрена, кларена и витрена. Фюзен относится к матовым ингредиентам угля и обладает волокнистым строением. Дюрен принадлежит к тем же составляющим угля, но имеет плотное строение. Кларен представляет собой блестящий или полуматовый ингредиент угля массивного или слоистого сложения. Витрен также относится к отчетливо блестящей составляющей угля, обладающей поперечной трещиноватостью и раковистым изломом.
В состав нефтей входят углеводороды, составляющие их основную массу, а ткже кислородные, сернистые и азотистые органические соединения.
Изучив эту главу, студент-заочник в обязательном порядке должен знать:
- главные особенности, которые позволяют отличить месторождение полезного ископаемого от непромышленного скопления рудного вещества;
- различие между месторождениями рудными, нерудными, горючих полезных ископаемых и гидроминеральными;
- какие параметры относятся к промышленным кондициям месторождений полезных ископаемых;
- что представляет собой руда;
- какова иерархия площадей распространения полезных ископаемых;
- формы тел полезных ископаемых;
- типизацию руд по составу преобладающей части рудных минералов.