9.2 Гідрогеохімічний метод пошуків

Сутністю гідрогеохімічного методу пошуків корисних копалин є вивчення розподілу хімічних елементів у підземних і поверхневих водах шляхом їх систематичного опробування і на цій основі встановлення водних ореолів і потоків розсіювання цих родовищ. Утворюються ці ореоли і потоки розсіювання внаслідок різних процесів, які залежать від зовнішніх і внутрішніх факторів міграції цих елементів. Основними джерелами хімічних елементів у водах є гірські породи, які при розчиненні. вилуговуванні, механічних зрушеннях мігрують у водах і можуть накопичуватися. Важливу роль у цьому відіграють киснево-лужні параметри середовища – концентрація водневих іонів (рН) і фактор Еh, який характеризує здатність з’єднань до окислення і відновлення. За величиною рН підземні води поділяються на сильнокислі у яких рН<3; кислі з рН - 3 – 5, слабокислі – 5 – 6,5; нейтральні – 6,5 – 7,5; слаболужні – 7,5 – 9; лужні >9. Цей параметр значною мірою визначає розчинність з’єднань. Більшість з них розчинні в кислих середовищах і менше – в нейтральних. Добре розчинні в слабокислих водах мідь, цинк, кадмій, нікель, кобальт, свинець. В той же час вольфрам, молібден, ванадій, миш’як, ніобій, хром - рухливі і накопичуються в лужних водах, а літій, рубідій, цезій, срібло, барій, стронцій, йод, бром – інтенсивно мігрують як в кислих, так і лужних водах. Провідним окислювачем є вільний кисень, до окислювачів також відносять і ніші елементи здатні приймати електрони – Fe³⁺, Mn⁴⁺, S⁶⁺, Cr⁶⁺, а до відновлювачів – елементи здатні віддавати електрони – Fe²⁺, Mn²⁺ і ін.

Пошуки родовищ корисних копалин за допомогою гідрогеохімічного методу заснований на виявленні аномалій у розподілі хімічних елементів в природних водах по відношенню до фону. За фон приймається середня концентрація елементів в природних водах даної структурно-металогенічної зони або провінції. Цей показник називається регіональний кларк гідросфери (РКГ).

Серед фонових вод відрізняють:

• природні води, які отримали хімічні елементи за рахунок порід з кларковим вмістом цих елементів. Ці води називаються водами регіонального геохімічного фону;

• природні води, які отримали хімічні елементи за рахунок порід, в межах яких розміщуються первинні або вторинні ореоли розсіювання. Вони називаються геохімічними аномаліями рудних родовищ.

Певною мірою міграційна здатність елементів у водах може бути охарактеризована коефіцієнтом водної міграції

,

де n - концентрація елементів в мінеральному залишку води, %;

N – середній вміст елементу у породі, %;

V=кJ – швидкість фільтрації вод (к – коефіцієнт фільтрації, J – нахил дзеркала підземних вод ).

Виділяють групу прямих і групу побічних пошукових ознак рудних родовищ. До прямих відносять аномальні вмісти у водах рудоутворюючих елементів, до побічних – елементи сольового складу вод і вміщуючих порід, вміст сульфат-іону, величину рН, мінералізація вод.

Перевагою гідрогеохімічного методу є його відносно велика глибинність. Особливо він ефективний у гірських районах при наявності глибоких врізів ущелин, де на денну поверхню виходять глибинні підземні води. Важливим є також велика протяжність водних ореолів і потоків розсіювання, яка може досягати декількох кілометрів. Це дозволяє знаходити водні ореоли відносно невеликою кількістю проб.

Пошукові гідрогеохімічні роботи у залежності від масштабу і цілей можуть бути рекогносційними, пошуковими і детальними.

Рекогносційні роботи проводять в районах, геологічна вивченість яких відповідає масштабу 1: 1000 0001: 200 000. Їх задача – загальна оцінка перспективності району і виявлення перспективних площ. Дослідження виконують шляхом вибіркового опробування існуючих водопроявів, які характеризують найбільш важливі комплекси і структури регіону. Роботи проводять за профілями з напрямком, який перетинає ці структури. Точки відбору проб розміщують близько до гирла водотоків другого порядку, або джерел приблизно через 500 м. Крім того, опробують джерела і криниці по бортам водотоку першого порядку. Необхідно, щоб були охарактеризовані не менш ніж двома пунктами, всі основні відміни порід, які розташовані у напрямку стоку вод до долини основної річки даного басейну.

Пошукові роботи у масштабі 1: 50 000 проводять у межах рудних районів чи на площах, де була попередньо встановлена підвищена перспективність. Задачею цих робіт є встановлення ореолів чи потоків розсіювання рудопроявів, локальних ділянок для постановки детальних робіт. Необхідна кількість пунктів опробування на 1 км² при простій геологічні будові – 0,7, при середній складності – 1,0, при складній – 1,5. У сітку опробування включають водопункти (криниці, джерела) приурочені до понижень рельєфу, які дренують досить значні площі з таким розрахунком, щоб всі підземні потоки живлення даної місцевості були опробовуванні в 23 точках по простяганню водоносних порід і в 34 точках по напрямку стоку підземних вод до регіонального базису ерозії.

Детальні роботи проводять в масштабі 1:10 000 і більш крупному на ділянках, які мають рудопрояви. В задачу робіт входить оконтурення рудних полів. окремих рудних тіл. Опробування виконується по всім водотокам, криницям, свердловинам розташованим більш-менш рівномірно по площі.

На всіх водопунктах проводять певний комплекс спостережень (геологічних, гідрогеологічних, геоморфологічних тощо). Крім проб води, відбирають проби донних відкладів. Відбір проб води здійснюється у скляну або пластикову тару об’ємом 0,51 л. Для спектрального аналізу (13,5 л) проби підкисляються 1:1 HCl.

Польова обробка даних включає аналіз гідрогеологічних, геоморфологічних, геохімічних та інших матеріалів. Заповнюються картки водопунктів. Будується карта фактичного матеріалу, на якій відмічається ступінь мінералізації вод, переважні аніони і катіони, величину рН, літологію водовміщуючих порід. Зліва і справа від знаку водопункту виносяться вміст (в мг/л) у воді і концентрацію (в %) в породах провідних гідрогеохімічних показників: для поліметалічної групи родовищ – сума вмістів хімічних елементів (мідь, свинець, цинк), а для рідкіснометалевих – молібдену, для мідних - міді і ін.

Задачею інтерпретації даних гідрогеохімічних досліджень є з’ясування загальних металогенічних особливостей району, оцінка його перспективності, виділення перспективних ділянок. Для цього складаються карти загального хімічного складу вод, а також гідрогеохімічну карту мікроелементного складу і виділяють гідрогеохімічні аномалії. На основі вивчення їх хімічного складу, умов живлення і циркуляції, а також розподілу елементів рудної мінералізації складають прогнозну гідрогеохімічну карту. В основу її створення покладений принцип співставлення вмісту хімічних елементів в природних водах з їх фоновим вмістом у водах і середнім вмістом в породах.

Для цього розраховують середню концентрацію кожного елементу в природних водах кожного геолого-структурного регіону або зони і регіональний середній вміст для певної мінералізації вод (РКГ).

Співставлення РКГ кожного елементу з кларком земної кори дозволяє виділити елементи надлишкові або недостатні у водах даного регіону. При цьому треба мати на увазі наступне:

- природні води, збагачені хімічними елементами за рахунок порід, які вміщують рудну мінералізацію виділяються як дійсні гідрогеохімічні аномалії рудних родовищ. Вміст елементів в таких водах вище місцевого фону при даному сольовому складу і рН, а концентрація завжди вище РГК;

- якщо вміст елементів у водах вище місцевого фону (для даної мінералізації вод і нижче РКГ), то це несправжня гідрогеохімічна аномалія;

- у тому випадку, коли у водах мають місце побічні ознаки аномалії (рН, SО₄ тощо), але вміст рудних елементів незначний - це пригнічена аномалія;

- якщо побічні ознаки аномалії відсутні, а вміст елементів рівний або нижче РКГ - то ми маємо справу із водами гідрогеохімічного фону.

Водні ореоли, які мають дуже витягнуту форму у напрямку стоку і протяжність, що у декілька разів перевищує ширину, утворюють потік розсіювання.

Гідрогеохімічні аномалії можуть бути простими, якщо рудні елементи розподілені рівномірно і складними, якщо ореоли і аномалії чергуються з фоновими значеннями.

Прогнозні карти будують на літофаціальній основі. На таку карту штрихом наносять дані про загальний хімічний склад вод різних водоносних горизонтів. Виділяють зону прісних вод з мінералізацією до 1 г/л, зону солоних вод з мінералізацією 35 г/л і зону розсолів із мінералізацією більше 35 г/л.

Крім того, відрізняють води за характером мінералізації: гідрокарбонатні, сульфатні, хлоридні, кальцієві, магнієві – якщо один із наведених аніонів або катіонів складає більше 50 % суми аніонів і катіонів.

На карті виділяються або вказуються області живлення підземних вод, площі розповсюдження фонових вод, водних ореолів і гідрогеохімічних аномалій. Стрілками вказують напрямки руху підземних і поверхневих вод. Якщо на певній площі за напрямком стоку відмічається послідовна зміна фонових вод, ореолу розсіювання рудного родовища, то слід очікувати наявність родовища вверх по схилу.