баться в пределах 1-10%. Нетрудно видеть, что в этом случае понятие “не-

исчерпаемый ресурс” теряет всякий смысл.

В качестве примера можно привести тот факт, что проявление парнико­ вого эффекта в виде глобального потепления планеты с непредсказуемыми изменениями в ходе природных процессов полностью изменило количест­ венную оценку ресурса энергоносителей.

2.3.3.МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

2.3.3.1.КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Минеральными ресурсами называют природные полезные ископаемые (минеральные вещества), сформировавшиеся в земной коре в результате ее естественной эволюции к настоящему моменту времени.

Составляющими минеральных ресурсов являются отдельные месторож­ дения полезных ископаемых, представляющие собой их природные скопле­ ния, которые в качественном и количественном отношении могут быть предметом промышленной разработки на данном уровне развития техники в конкретных экономических условиях.

Современное хозяйство использует около 200 видов минеральных ре­ сурсов. Единой, общепринятой системы их классификации нет. В зависимо­ сти от физических или химических свойств добываемого сырья, от отрасли экономики, где оно находит применение, от особенностей возникновения в земной коре известные полезные ископаемые разделяют на несколько групп.

Широко используется классификация полезных ископаемых на основе технологии их использования:

-топливно-энергетическое сырье (нефть, уголь, газ, уран и т.д.);

-руды черных металлов (железа, марганца, хрома, ванадия);

-руды цветных металлов (алюминия, меди, никеля, кобальта, свинца, ртути, цинка и др.);

-руды тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена и др.);

-руды благородных металлов (золота, серебра, платины и др.);

-химическое и агрономическое сырье (калийные соли, фосфориты, апатиты и др.);

-техническое сырье (алмазы, асбест, графит и др.);

-флюсы;

-огнеупоры;

-цементное сырье и др.

Генетическая классификация типов месторождений основана на разли­ чиях их возраста и особенностях происхождения. Образование минерально­ го сырья в земной коре - естественно-исторический процесс, протекающий непрерывно и определяемый такими факторами, как тип тектонической структуры, особенности проявления магматизма, денудации* и осадконакопления. Наиболее интенсивные процессы рудообразования (под этим тер-

*Денудация - совокупность процессов разрушения и переноса продуктов разрушения горных пород в пониженные участки.

текущей (как правило, годовой) добычи. Понятно, что кратность запасов увеличивает обнаружение новых месторождений и перевод уже известных месторождений из категории потенциальных в категорию извлекаемых. Снижает кратность запасов рост уровня добычи полезных ископаемых. Для современного этапа развития мирового хозяйства в целом характерно увеличение кратности запасов топливно-энергетического сырья и уменьшение кратности запасов руд цветных металлов (за исключением алюминия) и не­ которых видов технического сырья.

2.3.3.2. РЕСУРСЫ МЕТАЛЛОВ

Месторождения минералов, содержащих металлы, называются рудны­ ми месторождениями (хотя иногда термин “руда” применяется и к ряду не­ металлических полезных ископаемых). В случаях, когда образующие место­ рождение минералы содержат несколько металлов, которые возможно из­ влечь при существующем техническом уровне, оно классифицируется как месторождение полиметаллических руд. Подавляющее большинство из­ вестных разведанных месторождений являются именно полиметаллически­ ми. Однако основу современного промышленного производства составляют богатые месторождения минералов одного-двух металлов: железные, мар­ ганцевые, хромовые, алюминиевые, медные, медно-никелевые, свинцово­ цинковые, оловянные, вольфрамовые и т.д.

Как известно, среднее кларковое содержание подавляющего большин­ ства элементов-металлов в земной коре очень невелико (табл. 2.38). В руд­ ных месторождениях оно, как правило, возрастает на два-четыре порядка (исключение составляют железо, содержание которого во многих разраба­ тываемых рудах превышает кларковое менее чем в 1 0 раз, и алюминий, до­ бываемый из нефелиновых селенитов, где его содержание в среднем не больше кларкового).

Специфика рудных месторождений определяется характерными особен­ ностями рудных минералов. Большую часть породообразующих минералов составляют силикаты, в то время как подавляющее большинство рудных минералов входит в состав таких природных соединений, как сульфиды, сульфаты, оксиды и т.д. (табл. 2.39). По физическим свойствам и химиче­ ским особенностям рудные минералы резко отличаются от породообразую­ щих силикатов, что предопределяет особые черты их поведения при магма­ тических и осадочных рудообразовательных процессах. Эти свойства обу­ словливают, прежде всего, способность сегрегации рудных минералов от ос­ тальной массы. Так, благодаря своей относительно высокой плотности сульфиды и оксиды металлов, а также самородные элементы, обособляют­

ся в процессе осадочной дифференциации, образуя тяжелую минеральную фракцию.

В большинстве месторождений главные рудные минералы встреча­ ются совместно с кварцем, кальцитом и другими минералами, не имею­ щими, как правило, практической ценности. Эти “ненужные” минералы могут быть жильными или занимать большое пространство, образуя вме­ щающую или пустую породу. Относительное содержание рудных и жильных минералов в руде, а также степень трудности отделения их друг от друга влияют на рентабельность разработки того или иного месторо-

Кларки элементов в земной коре

ждения. Например, сульфидные руды представляют собой вмещающую породу, в которой рассеяны (вкраплены) рудные минералы в виде от­ дельных мелких зерен и минеральных агрегатов. Массивные же сульфид­ ные руды состоят практически целиком из рудных минералов и содержат очень мало пустой породы: они формируют богатые рудные тела в виде линз, штоков, карманов и др.

Однако в любом случае при разработке месторождения в значительной степени нарушается “сплошность” природной среды как из-за техногенного воздействия на горные породы, так и из-за отчуждения территорий для ор­ ганизации инфраструктуры, обеспечивающей функционирование горных разработок.

Как правило, рудные месторождения классифицируют по условиям их образования и типу полезного ископаемого. Классификация, приведенная в табл. 2.40, построена на геологической основе (т.е. по условиям образова­ ния).

Необходимо отметить, что существует принципиальное различие ме­ жду рудами сингенетичными, возникшими одновременно с вмещающими породами (в результате одного и того же геологического процесса), и ру­ дами эпигенетичными, образовавшимися после формирования пород, в которых они заключены. В целом руды, происхождение которых связа­ но с магматическими и осадочными процессами, как правило, сингенетичные*; руды пневматолитового и гидротермального генезиса являются эпигенетичными.

Отнесение месторождений к тому или иному типу - сингенетичному или эпигенетичному - достаточно условно. На заключительной стадии рудообразования часто происходит внедрение горячих химически актив­ ных флюидов, при этом растворимость и устойчивость многих рудных минералов изменяются в соответствии с изменением окислительно-вос-

*Речь идет о так называемых собственно магматических месторождениях (сегрегационных, ликвационных и др.); примерами сингенетичных осадочных месторождений могут служить некоторые месторождения железа и марганца.

ких температурах в процессе взаимодействия рудных эманаций с вмещаю-

тттими породами.

Оруднение и его тип, присущие той или инои магматической провинции, определяются составом материанской магмы и дифференциацией магмати­ ческого расплава в процессе застывания. Поскольку эти особенности зави­ сят от тектонической обстановки, магматические провинции могут быть

подразделены на следующие пять типов.

1. Активные (разрастающиеся) окраины литосферных плит (срединно­ океанические хребты) —ассоциации главным образом основных и ультраос-

новных изверженных пород.

2. Деструктивные окраины литосферных плит (орогенические пояса, вулканические островные дуги) —ассоциации основных и известково-ще­

лочных пород, включая гранитоиды.

3. Континентальные рифтовые зоны —ассоциации основных и ультраос-

новных пород.

4. Континентальные кратоны (устойчивые внутренние участки лито­ сферных плит) —ассоциации основных, щелочных, реже кислых пород; ким­

берлиты.

5. Раннедокембрийские зеленокаменные пояса, не имеющие аналогов в более молодых образованиях, - ассоциации основных пород, сопровождаю­ щиеся породами как ультраосновного, так и кислого состава.

Наиболее характерные примеры упомянутых месторождений приведе­ ны в табл. 2.41.

2 3 3 2 2 . Седиментационные рудные месторождения

Основные характерные осадочные рудные месторождения мира приве­ дены в табл. 2.42. Большинство рудных тел этих месторождений имеют пла­ стообразную форму большой мощности. Распределение осадочных руд вну­ три толщи осадочных пород зависит от условий осадконакопления, которое, в свою очередь, определяется палеографическими и фациальными факто­ рами. Именно из месторождений осадочного генезиса в настоящее время до­ бывается свыше 90% от общего количества ежегодно перерабатываемых железных руд - источника основного конструкционного материала нашей эпохи. Остановимся на характеристике осадочных железорудных месторо­ ждений более подробно.

Формирование этих месторождений и довольно сходных с ними мар­ ганцевых залежей обусловлено главным образом тем, что двух- и трехва­ лентное железо в аэробных условиях ведет себя по-разному. Соединения трехвалентного железа почти нерастворимы в поверхностных водах и ус­ тойчивы в присутствии кислорода воздуха. Поэтому железо, образующе­ еся^при процессах выветривания, накапливается в виде оксидных соедине­ ний в рыхлых остаточных отложениях либо в поровых пространствах ал­ лювия. Ярко-красные, коричневые или желтые цвета оксида железа —ге- матита, и гидроксида железа —лимонита, —являются причиной характер­ ной железистой окраски латеритов, железных шляп и красноцветных отложений континентальных фаций. Железо в растворах переносится главным образом в двухвалентной форме; металл легко выпадает в оса-

Канаде (п-ов Лабрадор), на Украине (Криворожский бассейн), в Западной

Австралии (хр. Хамерслей). В этих регионах железорудные формации об­ разуют стратиформные залежи мощностью до нескольких сотен метров. Они имеют значительное площадное распространение и простираются на 150 км и более.

Породы подобных железорудных формаций имеют тонкополосчатую текстуру, обусловленную чередованием светло- и темноокрашенных про­ слоев, сложенных соответственно кремнистыми сланцами и железорудны­ ми минералами; ширина полос составляет обычно несколько сантиметров. Основными компонентами пород являются кремнезем и оксиды железа: магнетит, мартит и гематит, сопровождающиеся хлоритами, серицитом и биотитом. Отложение железистых толщ проходило, по-видимому, в мелко­ водных, тектонически стабильных бассейнах, куда не поступал (или почти не поступал) обломочный материал. По мнению некоторых исследователей, окисление железа на месте его отложения обусловлено в основном бактери­ альной деятельностью. Оксиды железа составляют 40-60% большинства полосчатых железных руд; они разрабатываются, как правило, открытым способом, в огромных карьерах.

По сравнению с полосчатыми кварцитами, фанерозойские железняки распространены менее широко, но в свое время они сыграли немаловаж­ ную роль в истории человечества, так как именно эти руды были основ­ ным источником железа и разрабатывались в Европе и Северной Амери­ ке в период промышленной революции. Рассматриваемая группа включа­ ет минеттовые руды (оолитовые лимониты) из юрских отложений Эльза­ са и Лотарингии в Восточной Франции, юрские железняки Нортхэмптоншира и других месторождений Великобритании, силурийские железные руды Клинтона в США.

Отдельные железорудные толщи этой группы редко прослеживаются более чем на 20 км, а по мощности обычно не превышают 15 м. Как прави­ ло, слагающие их породы имеют оолитовое строение. На большинстве мес­ торождений в качестве главного минерала присутствует силикат железа — шамозит; встречаются гематит, сидерит и другие минералы.

Важнейшую роль в формировании рудных месторождений играют горя­ чие водные растворы. Гидротермальные флюиды могут выносить целый ряд металлов из магматических очагов, осадочных бассейнов или из ранее минерализованных толщ. Это, как правило, соленые растворы, температу­ ра которых колеблется в диапазоне 150—160 °С. Жильные геотермальные месторождения являются важными источниками золота, свинца, цинка,

вольфрама и висмута.

Отложение минералов из гидротермальных растворов обычно происхо­ дит вследствие изменения температуры, давления, значений pH или Eh. При гидротермальном рудообразовании во всех случаях наблюдаются явления замещения боковых вмещающих пород. Очевидно, что жильные месторож­ дения наиболее часто образуются в верхних горизонтах земной коры, где имеются открытые трещины; рудные жилы бывают приурочены также к зонам глубоких тектонических нарушений.

23.32.4. Месторождения на океаническом дне

На глубоководном океаническом дне, куда не поступает приносимый с суши обломочный материал, накапливаются илы - пелагические осадки, со­ стоящие из глинистых материалов и остатков скелетов морских организмов. На некоторых участках океанического дна при медленном осадконакоплении создаются условия для обменных реакций, в результате которых обра­ зуются рыхлые железо-марганцевые образования, получившие название конкреций.

Железо-марганцевые конкреции (ЖМК) представляют собой пористые образования, большей частью сфероидальной или дискообразной формы размером от долей миллиметра до десятков сантиметров. Наиболее часто встречаются ЖМК размером от 2 до 6 см. Конкреции залегают на поверх­ ности илистых осадков на глубинах 4000-6000 м, образуя иногда сплошной покров плотностью до 40 кг/м2.

В ЖМК выделяют силикатное или органическое ядро и многослойную рудную оболочку. Ядра состоят из вулканических пород и продуктов их вы­ ветривания, остатков фауны, разрушенных более старых конкреций. Кон­ креции могут быть также многоядерными (с разнотипными ядрами), иногда ядро отсутствует. Рудная оболочка имеет концентрически слоистое строе­ ние, толщина слоев неоднородна и составляет 0,25-0,1 мм. Слои, состоящие

из оксидов марганца и железа, перемежаются слоями глины толщиной ме­ нее 0,1 мм.

Рудное вещество конкреций представляет собой смесь тонкодисперс­ ных гидроксидов марганца и железа. Установлены две основные фазы: марганцевая (72% Мп02 и до 7% Fe20 3) и существенно железистая (до 50% Fe20 3 и до 30% Мп02). Считается, что никель, кобальт и медь, при­ сутствующие в ЖМК, самостоятельных минералов не образуют, а вхо­ дят в состав марганцевых и железистых соединений. Содержание основ­ ных компонентов в ЖМК колеблется в широком диапазоне не только по

акватории Мирового океана, но и в пределах одной зоны залегания (табл. 2.43).

Таблица 2.45

Добыча и потребление некоторых редких металлов

газ. В тех районах, где атмосфера загрязнена промышленными отходами, кислая дождевая вода разрушает в первую очередь карбонаты.

Агрегат. Агрегатом может служить любой твердый стройматериал, ис­ пользуемый при смешивании с цементом и асфальтом, а также в качестве балласта для дорог, плотин и портовых сооружений. Он может быть изгото­ влен из различных как природных, так и искусственных материалов. Основ­ ные компоненты агрегата - песок и гравий - добывают преимущественно из рыхлых ледниковых, речных или морских отложений при помощи механи­ ческих черпаков и драг. Хотя песок и гравий являются широко распростра­ ненными стройматериалами, многие их залежи либо слишком малы по раз­ мерам, либо настолько неоднородны по составу, что разработка оказывает­ ся слишком дорогостоящей. Для оценки ресурсов этих материалов необхо­ димо проводить детальное геологическое картирование ледниковых, аллю­ виальных и береговых (пляжевых) отложений, часто объединяемых под на­ званием “наносы”.

Агрегат, полученный из магматических, метаморфических и плотных осадочных пород, обычно подвергается дроблению и сортировке на месте их разработки. В тропических областях основным источником приготовле­ ния агрегата служат латериты. Кроме того, для получения этого строймате­ риала используются отвалы пустых пород, шлаки плавильных печей и це­ лый ряд других промышленных отходов (при условии их относительной хи­ мической инертности).

Битум и асфальт. Ряд разновидностей темных вязких, содержащих уг­ леводороды природных продуктов, встречается в виде жил, бесформенных скоплений (часто заполняющих различные впадины) и даже битумных “озер”. Они образуются из нефтей, потерявших в поверхностных условиях вследствие испарения свои наиболее легкие фракции. Асфальт такого про­ исхождения используется в качестве водонепроницаемого материала, а так­ же для скрепления щебня при асфальтировании или гудронировании дорож­ ных покрытий.

2.3.3.3.2. Огнеупорные материалы

Минеральные вещества, форма и химические свойства которых сущест­ венно не изменяются при высокотемпературной обработке, служат огне­ упорными материалами для футеровки нагревательных печей. Эти матери­ алы находят также различное применение в электронной и химической про­ мышленности (табл. 2.46).

2.3.3.3.3. Эвапориты

Эвапориты —хемогенные осадки аридных зон —являются исходными ве­ ществами для получения целого ряда химикалий и удобрений, применяются они и во многих других производствах (табл. 2.47).

Морские эвапориты, выпадающие в осадок из вод с высокой концентра­ цией солей, аккумулируются на дне заливов и лагун, частично отделенных от открытого моря, а также в окаймляющих морские бассейны зонах, где рыхлые донные осадки, пропитанные рассолами, все больше обогащаются солями по мере испарения воды. Донные осадки состоят преимущественно