35. Геохимические методы поисков (биогеохимический и геоботанический методы). Области применения методов.

Биогеохимический метод поисков основан на выявлении вторичных ореолов рассеяния в растениях. Основным достоинством биогеохимического метода является его глубинность, т.е. возможность обнаружения рудных тел, перекрытых наносами мощностью до 30 м. Метод может применяться при поисках полезных ископаемых в пустынных, лесистых, заболоченных районах, в областях недавнего оледенения.

При постановке производственных биогеохимических исследований особое значение имеет выбор растений для опробования. Для новых районов комплекс растений устанавливается опытными методическими работами; для районов известных — по аналогии с ранее проведенными исследованиями. При этом должно быть выяснено, какие части растений — корни, ветви, листья — являются концентраторами элементов-индикаторов.

С целью получения наиболее надежных результатов на каждом пункте опробования отбираются пробы растений двух-трех видов. Масса пробы определяется в зависимости от применяемых аналитических методов.

Подготовка биогеохимических проб к анализу заключается в сжигании растений в герметических печах при минимальной температуре во избежание потерь легколетучих элементов. Анализ золы растений производится спектральными или химическими методами. В случае если исследования проводились по отдельным разобщенным профилям, результаты анализов пред­ставляются в виде графиков (рис. 20). Поисковое значение имеет не только абсолютная величина содержаний тех или иных элементов, но и величина их отношений. Например, на одном из месторождений редкометальных пегматитов соотношение бериллия к литию в золе изменялось по мере приближения к рудному телу от 1:12 до 1:50. При площадных исследованиях данные анализов выносятся на геологическую карту, на которой выделяются биогеохимические аномалии. В отдельных случаях для поисков нефти используется присутствие в ней бактерий, окисляющих углеводороды. Этот пока еще мало распространенный метод называется бактериальным.

Рис. 20. Биогеохимический профиль через полиметаллическое месторождение (по Л.И. Грабовской).

1 - пункты опробования березы; 2 - содержание свинца в листьях; 3 - содержание свинца в ветвях; 4 - аллювий; 5 - песчано-глинистые сланцы и роговики; 6 - осветленные песчано-глинистые сланцы; 7 - оруденелая тектоническая зона; 8 - гранит-порфиры; 9 - лампрофиры; 10 - песчаники и конгломераты

Геоботанический метод поисков основан на использовании растений-индикаторов, произрастающих на почвах, обогащенных соответствующими химическими элементами. Так, галмейная фиалка и галмейная ярутка растут на почвах с повышенным содержанием цинка, что может указывать на наличие в непосредственной близости повышенных концентраций цинка и, следовательно, на возможность обнаружения цинковых рудопроявлений в минеральных формах. Среди растений-индикаторов известны представители «медной» флоры — качим, «никелевой» — грудница татарская, грудница мохнатая, анемон. Кроме того, некоторые элементы (уран, молибден, бор) вызы­вают характерные заболевания и морфологические изменения растений, что может служить дополнительным признаком при геоботанических поисках.

36. Геофизические методы поисков (магнитометрический метод). Геофизические методы поисков основаны на изучении физических свойств горных пород и полезных ископаемых.

Эти методы имеют большое значение для поисков месторождений, перекрытых мощными рыхлыми отложениями и залегающих на больших глубинах. Наибольшей эффективности геофизические методы достигли при поисках месторождений нефти и газа, радиоактивных и железных руд, угля, колчеданных руд и подземных вод.

Магнитометрический метод заключается в определении магнитного поля на поисковом участке. По способности к намагничиванию —магнитной восприимчивости и — все вещества делятся на диамагнитные (χ<0) и парамагнитные (χ>0). Вещества с высокой магнитной восприимчивостью называются ферромагнитными. Диамагнитными свойствами обладают кварц, кальцит, барит, флюорит, соль, гипс, ангидрит, мрамор. К парамагнитным относятся породы, содержащие в своем составе магнетит, титаномагнетит, гематит, пирротин.

При поисках месторождений магнитных железных руд, цветных и редких металлов, приуроченных к зонам разломов и контактам интрузивных пород, и для выявления складчатых структур, перспективных для поисков месторождений нефти и газа, применяется аэромагнитная съемка.

При производстве магнитной съемки с самолета обязательно предусматривается некоторый объем наземных детализационных работ. В задачу последних при поисках рудных месторождений входят изучение структурной обстановки, прослеживание отдельных массивов, даек, жил, разрывных нарушений и других структурных элементов, контролирующих оруденение. Особую помощь детальные магнитометрические работы могут оказать при поисках россыпных месторождений рутила, циркона, монацита, золота, платины, если в них имеются ферромагнитные минералы. Наиболее благоприятными являются россыпи, залегающие на плотике, представленном немагнитными породами.

На рис. 21 приведен график, показывающий характер изменения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля ΔΖ над сульфидными медно-никелевыми рудами. Повышенная магнитность рудного тела объясняется наличием в руде пирротина, обладающего ферромагнитными свойствами.

Рис. 21. График изменения ΔΖ при поисках медно-никелевого рудного тела магнитным методом в Сёдбери (по Гельбрайту).

1 - ледниковые моренные отложения; 2 - нориты; 3 - рудное тело; 4 - подстилающие метаморфические породы

37. Геофизические методы поисков (радиометрический метод). Радиометрический метод является ведущим для поисков радиоактивных руд и оказывает существенную помощь в решении общих вопросов геологического строения и поисков месторождений других полезных ископаемых. Метод основан на определении радиоактивности природных образований. Под радиоактивностью понимается свойство ядер атомов приходить в относительно устойчивое энергетическое состояние с выделением элементарных частиц. Такой процесс, происходящий в элементах самопроизвольно, вызывает естественную радиоактивность, а под воздействием внешних возбудителей, например нейтронов,— искусственную, или наведенную, радиоактивность. В геологической практике широко применяются методы измерения естественной и искусственной радиоактивности.

Известно более 230 радиоактивных изотопов элементов. К ним относятся изотопы таких тяжелых элементов, как уран, радий, торий, актиний, и ряда легких элементов — калия, рубидия, рения, индия, олова, теллура. Радиоактивность пород выражается в альфа-, бета- и гамма-излучении.

Наиболее широкое распространение получили методы поисков, основанные на измерении гамма- и бета-излучения. Существуют следующие модификации этого метода: аэрогамма-съемка (измерения ведутся станцией АСГ-48), автогамма-съемка и пешеходные гамма- и гамма-бета-съемки (измерения ведутся полевыми радиометрами РА-69 и СРП-2 «Кристалл»). Широко распространен эманационный метод поисков радиоактивных руд.

Аэрогамма-съемка применяется для непосредственных поисков месторождений радиоактивных элементов и оценки радиоактивности пород на значительных площадях. Основное преимущество этого способа заключается в его высокой производительности, экономичности и эффективности в обнаружении крупных месторождений. Возможность выявления аномалий определяется высотой полета, расстоянием между маршрутами и чувствительностью гамма-радиометра. Детальные поиски на участках аномалий аэрогамма-съемки осуществляются наземными методами.

Автогамма-съемка успешно применяется в степных, лесостепных, полупустынных и предгорных районах при мощности рыхлых отложений до 3-5 м. Пешеходная гамма-съемка может производиться с любой необходимой степенью детальности. Как гамма-метод, так и эманационный метод позволяют определить урановую или ториевую природу радиоактивной аномалии.

38. Геофизические методы поисков (гравиметрический метод). Гравиметрический метод основан на изучении поля тяготения на поверхности земли, аномалии которого обусловлены различной плотностью горных пород, зависящий от их минерального состава и пористости. Плотность измеряется в граммах на кубический сантиметр и колеблется в значительных пределах. Наименьшую плотность (менее 2 г/см³) имеют песок, почвы, каменные угли. Большинство жильных минералов, слюда, бокситы имеют плотность от 2,5 до 3 г/см³; карбонаты железа и марганца, флюорит, лимонит имеют плотность от 3 до 4 г/см³; богатые железные, пирротиновые, медноколчеданные и некоторые другие руды — выше 4 г/см³. Метаморфические средние и кислые изверженные породы обладают плотностью от 2,5 до 3 г/см³; основные и ультраосновные породы, железистые кварциты относятся к породам повышенной плотности — от 3 до 4 г/см³.

Поисковое значение гравиметрических работ заключается в выявлении крупных структур, благоприятных для локализации залежей нефти и газа. При крупномасштабных гравиметрических исследованиях успешно решается вопрос поисков месторождений железных, хромитовых, медно-никелевых руд и некоторых других. Из неметаллических полезных ископаемых гравиметрия помогает искать уголь и соли. С помощью гравиметрии в Прикаспийской впадине были обнаружены сотни соляных куполов, что ускорило и удешевило поиски солей.

39. Геофизические методы поисков (сейсмометрический метод). Сейсмометрический метод основан на изучении скорости распространения и времени пробега в земной коре продольных упругих волн, вызываемых взрывами в скважинах. Скорость распространения волн в горных породах зависит от физических свойств этих пород и глубины их залегания. Наибольшая скорость распространения сейсмических волн характерна для изверженных пород, несколько меньшая — для карбонатных и песчано-глинистых и самая низкая — для рыхлых отложений. Регистрация сейсмических колебаний производится сейсмическими станциями 1-24-КМПВ-ОВ, 1-72-МОВ-ОВ, 1-24-РНП, СЭФ-24 и др.

Наибольшее значение сейсмический метод имеет для поисков нефтяных и газовых месторождений, позволяя обнаруживать нефтегазоносные структуры на большой глубине. Детальные исследования дают возможность определить размеры этих структур и помогают ориентировать расположение глубоких скважин.

Широкое применение сейсмометрического исследования находят при изучении глубинного строения районов поисков, в которых отмечаются резко отличные по упругим свойствам горные породы и полезные ископаемые. Это прежде всего относится к угольным и соляным месторождениям. В Донбассе с помощью геофизических методов — сейсмометрии, гравиметрии и вертикального электрозондирования (ВЭЗ) — успешно определяется глубина залегания каменноугольных отложений. При изучении солянокупольных структур Эмбенского района сейсмометрические методы позволили определить незначительные поднятия, которые были пропущены при производстве гравиметрических работ.