Геология и разведка месторождений полезных ископаемых

Белорусский национальный технический университет

Факультет горного дела и инженерной экологии Кафедра «Горные работы»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

«ГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ»

для студентов специальности 1-51 02 01 «Разработка месторождений полезных ископаемых» В двух частях

Составитель: Поликарпова Н.Н.

Рассмотрено и утверждено на заседании совета факультета горного дела и инженерной экологии «25»марта 2013 г., протокол №_____

1

Перечень материалов: Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с типовой учебной программой для высших учебных заведений по специальности:1-51 02 01 «Разработка месторождений полезных ископаемых» (по направлениям), утвержденной Министерством образования Республики Беларусь, Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области горнодобывающей промышленности в 2008г. В соответствии с нейкомплекс состоит из двух частей. В первой представлены информационные и методические источники о строении Земли и земной коры, кристаллографии, минералогии, петрографии, общей геологии, которые необходимы для формирования базовых знаний при подготовке горных инженеров. Во второй части приводятся общие сведения о месторождениях полезных ископаемых, система геологического изучения недр, современная классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Изложены принципы и системы разведки месторождений, виды опробования, способы подсчета запасов минерального сырья. Для закрепления теоретической подготовки приобретения практических навыков предусматривается проведение летней учебной практики, программа и содержание которой приводятся в учебнометодическом комплексе. Учебно-методический комплекс предназначен для студентов, аспирантов, педагогов.

Пояснительная записка

Цели УМК (ЭУМК)

Особенности структурирования и подачи учебного материала

Рекомендации по организации работы с УМК (ЭУМК)

Рецензенты: Кафедра «Экологический менеджмент» Государственного предприятия образования «Институт непрерывного образования» Белорусского государственного университета и В.И. Глуховский, кандидат технических наук, заведующий научно-исследовательской лаборатории «Экопром».

© Поликарпова Н.Н.

2

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

3

Оглавление

Список используемых сокращений……………………………………………………………………….......... 3 Введение………………………………………………………………………………………………………….. 7 Часть 1.Основы геологии…………………………………………………………………………………...........10

1.1. Объекты изучения и науки геологического цикла……………………………………………………..10 1.2. Общие сведения о Земле…………………………………………………………………………………14

1.2.1. Строение Земли…………………………………………………………………………………..15 1.2.2. Внутренние геосферы……………………………………………………………………………16

1.2.2.1.Методы изучения внутреннего строения и состава Земли……………………………..16 1.2.2.2. Сейсмическая модель Земли……………………………………………………………...17

1.2.2.3.Вещественный состав мантии и ядра Земли…………………………………………….20 1.3. Физические поля и геофизическая характеристика Земли…………………………………………21 1.3.1.Распределение массы между внутренними геосферами………………………………………21 1.3.2.Тепловое поле Земли. Источники тепловой энергии……………………………………………22

1.3.3.Магнетизм Земли………………………………………………………………………………….24 1.3.4.Гравитационное поле Земли……………………………………………………………………..24 1.4. Земная кора………………………………………………………………………………………………25 1.4.1.Строение земной коры……………………………………………………………………………25 1.4.2. Химический состав земной коры………………………………………………………………26

1.5.Минералы…………………………………………………………………………………………………28

1.5.1.Общая характеристика минералов……………………………………………………………….28

1.5.2. Кристаллографические свойства минералов…………………………………………………..29 1.5.2.1.Факторы определяющие, строение кристаллических структур…………………………...43 1.5.3.Изучение форм природных выделений минералов…………………………………………….46 1.5.4.Физические и химические свойства минералов……………………………………….............53

1.5.5. Классификации минералов………………………………………………………………………..56

1.5.5.1.Характеристика минералов по классам……………………………………………………57 1.5.5.2.Методика определения главных породообразующих и рудных минералов…………...70

1.6.Горные породы………………………………………………………………………………………….73 1.6.1.Основные понятия и определения……………………………………………………………....73 1.6.2.Возраст горных пород…………………………………………………………….………………76 1.6.2.1.Относительная геохронология……………………………………………………………..76 1.6.2.2.Абсолютная геохронология………………………………………………………………..79 1.6.2.3.Периодизация геологической истории……………………………………………………81

1.6.3.Формы залегания горных пород…………………………………………………………………..85 1.6.3.1.Слой и слоистость……………………………………………………………………………85

1.6.3.2.Первичное и нарушенное залегание слоёв…………………….…………………………87 1.6.3.3.Тектоносфера и тектонические дислокации………………………………………………..87 1.6.3.4.Пликативные дислокации горных пород…………………………………………………88

1.6.3.5.Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислокации)………………………………….93 1.6.3.6.Причины выхода на поверхность коренных пород………………………………….….96 1.6.3.7.Элементы залегания горных пород и их измерение……………………………………..96 1.6.3.8.Графическое моделирование участков земной коры…………………………………….98 1.7.Магматизм и магматические горные породы…………………………………………………………103 1.7.1.Общее представление об эффузивном и интрузивном магматизме…………………………104 1.7.2. Магматические горные породы…………………………………………………………………104 1.7.2.1.Лабораторная работа «Изучение и описание отличительных признаков интрузивных пород»……………………………………………………………………………………………………...107 1.7.2.2.Лабораторная работа «Изучение и описание отличительных признаков эффузивных по-

род»…………………………………………………………………………………..……………………..109

1.7.2.3.Лабораторная работа «Разделение магматических горных пород на группы по содержанию оксида кремния»………………………………………………………………………………….…...110 1.7.2.4.Лабораторная работа «Макроскопическое определение главнейших магматических по-

род»………………………………………………………………………………………………………….112

1.8. Метаморфизм. Метаморфические горные породы………………………………………………….131

5

1.8.1. Факторы метаморфизма………………………………………………………………………….131 1.8.2.Метаморфические реакции...……………………………………………………………………..131 1.8.3.Классы метаморфизма……………………………………………………………………………133

1.8.4.Фации метаморфизма и формы залегания……………………………………………………...134 1.8.5.Метасоматоз. Метасоматические горные породы…………………………………………….135 1.8.5.1.Систематика метасоматических горных пород…………………………………………136 1.8.6.Мигматиты и мигматитообразование…………………………………………………………..136 1.8.7.1.Лабораторная работа «Изучение состава и структурно –текстурных особенностей метамор-

фических пород»……………………………………………………………………………….……137

1.8.7.2.Лабораторная работа «Изучение метаморфических горных пород в зависимости от условия их происхождения»……………………………………………………………………………...………139

1.8.7.3.Лабораторная работа «Описание и определение метаморфических горных пород»…...143 1.9.Экзогенные геологические процессы…………………………………………………………………144

1.9.1.Гипергенез………………………………………………………………………………………...145 1.9.1.1.Процессы выветривания……………………………………………………………………145 1.9.1.2. Коры выветривания…………………………………………………….…………………147

1.9.2. Процессы денудации и денудационные агенты…………….………………………………..150 1.9.3. Аккумулятивные процессы……………………………………………………………………...153 1.9.4. Процессы диагенеза……………………………………………………………………………..155 1.9.5.Осадочные горные породы……………………………………………………………..……….155 1.9.5.1.Диагностические признаки осадочных горных пород………………………………….156 1.9.5.2.Лабораторная работа «Изучение обломочных горных пород и их классификация»...157 1.9.5.3.Лабораторная работа «Описание и определение органогенных, хемогенных горных по-

род»…………………………………………………………………………………………………….161

Часть 2. Месторождения полезных ископаемых и их разведка……………………………………………164 2.1. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых………………………………………..164

2.1.1.Основные понятия и определения………………………………………………………………..164

2.1.2.Морфология и условия залегания тел полезных ископаемых…………………………..…….166 2.1.3.Вещественный состав полезных ископаемых……….…………………………………………170 2.1.4. Геологические условия образования месторождений полезных ископаемых………………176 2.1.4.1.Генетическая классификация месторождений………………………………………….176 2.1.4.2.Связь месторожденийс основными структурными элементами земной коры………..177 2.1.4.3.Геологические и физико-химические факторы, определяющие условия образования и размеще-

ния месторождений….........…………………………………………………………………………179 2.2.Система геологического изучения недр……………………………………………………………..182 2.3.Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископае-

мых…………………………………………………………………………………………………………. 183 2.4.Геологичееская съемка и поиски…………………………………………………………………….185

2.5. Методология разведки месторождений полезных ископаемых……………………………………186

2.5.1.Задачи разведки……………………………………………………………………………………186 2.5.2. Принципы разведки………………………………………………………………………………187 2.5.3.Основные задачи стадий разведки……………………………………………………………….190

2.5.4.Методы разведки…………………………………………………………………………………201 2.5.5.Технические средства разведки…………………………………………………………………..202 2.5.6.Системы разведки…………………………………………………………………..…………….205

2.5.7.Расположение разведочных выработок………………………………………………………….207 2.6.Геолого-промышленная оценка месторождений…………………………………………………….212 2.6.1. Задачи оценки…………………………………………………………………..…………………212 2.6.2.Понятие о кондициях……………………………………………………………………………..213

2.6.3.Подготовленность месторождений для промышленного освоения……………………………216

2.6.4. Опробывание……………………………………………………………………………………..217

2.6.5. Оконтуривание тел полезных ископаемых……………………………………………………...221

2.6.6. Подсчет запасов………………………………………………………………………………….224 2.7.Геологическая документация………………………………………………………………………….231 2.8.Учебная практика……………………………………………………………………………………….236

2.8.1. Разведка (учебная) торфяного месторождения…………………………………………………..237

5

6

2.8.1.1.Методика проведения полевых работ……………………………………………………..237

2.8.1.2.Камеральные работы………………………………………………………………………239

2.8.1.3. Построение плана торфяного месторождения……………………………………………239 2.8.2. Изучение месторождения песка………………………………………………………………..241 2.8.2.1.Полевые работы……………………………………………………………….…………..241 2.8.2.2. Примеры описания обнажений…………………………………………………………….242

2.8.2.3. Определение образцов и графические работы………………………………………….244

Использованная литература………………………………………………….……………………………….246 Список используемой литературы……………………………………………………………………………247

6

7

УДК 553(076.5)(075.8)

ББК 26.3я7

П50

ВВЕДЕНИЕ

На оглавление

Современный период требует укрепления и расширения минерально-сырьевой базы страны для решения задач Национальной стратегии устойчивого социально-экономического развития Республики Беларусь (НСУР–2020) и соответственно повышения эффективности и качества подготовки специалистов, способных к освоению разведанных запасов полезных ископаемых. С этой целью и создается учебно-методический комплекс по дисциплине «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых». Такой комплекс является одним из вариантов нового поколения учебной литературы, объединяющем в себе информацию из различных источников, в том числе таких мобильных как интернет. В представленном учебно-методическом комплексе широко использован иллюстративный материал по минералогии, петрографии, геологическим процессам, и др., который был бы менее информативным на бумажном носителе.

Учебно-методический комплекс предназначен для более эффективного изучения предмета. Комплекс является одним из элементов организации образовательной деятельности по очной, заочной и очно-заочной формам обучения. Использование комплекса повышает качества усвоения учебного материала и совершенствует знания специалистов. В комплексе объединен теоретический материал с лабораторными занятиями и работами, выполняемыми в процессе учебной практики. Основной целью предлагаемого учебно-методического комплекса является выработка у студентов знаний и практических навыков, необходимых горному инженеру и мотивации к самостоятельной работе.

«Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» является базовым в подготовке специалистов по горному делу. Знание вопросов, изучаемых в курсе, необходимо для освоения дисциплин прикладного характера, таких как "Обогащение и переработка полезных ископаемых", "Процессы горного производства", "Физика горных пород и процессов" и других.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Геология и разведка полезных ископаемых» включает в себя две части. Первая – по основам геологии, направлена на изучение объектов, явлений и процессов, которыми занимается геология. Основной ее целью является формирование базовых знаний, овладение терминологией и методологией геологических дисциплин.

Целью второй части является изучение различных видов полезных ископаемых и закономерностей их распределения в земной коре, освоение основных сведений о методах разведки, подсчета запасов полезных ископаемых и оценки месторождений полезных ископаемых

В результате освоения курса «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» студент должен:

знать:

-строение, химический, минералогический и петрографический состав земной коры и ее разных порядков структурных элементов;

-основные виды породообразующих и рудообразующих минералов (их свойства, процессы образования, направления использования);

-геофизические поля и их роль в изучении строения земной коры и месторождений полезных ископаемых;

-типы и виды горных пород, породообразующие процессы;

-основные геологические процессы эндогенного и экзогенного подразделения, их роль в эволюции земной коры;

7

8

-элементы залегания горных пород, геологические карты;

-понятие полезных ископаемых и их видов, классификацию и распространение;

-морфологию и условия залегания тел полезных ископаемых;

-вещественный состав, структурно-текстурные особенности полезных ископаемых;

-генетические типы месторождений;

-основных представителей и распространенность металлических, неметаллических, горючих полезных ископаемых;

-цели и задачи разведки полезных ископаемых;

-классификацию разведанных и прогнозируемых ресурсов;

-основные принципы, системы, технические средства разведки;

-геологическую документацию и методы оценки месторождений;

уметь характеризовать:

-виды полезных ископаемых, их свойства и направления использования;

-морфологические типы тел полезных ископаемых;

-генетические типы месторождений полезных ископаемых;

-основные задачи разведки и ее стадии;

-методы разведки;

-системы разведки;

-технические средства разведки;

-разведочные выработки и их расположение; методы опробования;

уметь анализировать:

-минералогический и химический состав полезных ископаемых;

-геологическую документацию (карты, планы, профили, стратиграфические колонки);

приобрести навыки:

-определения главных породообразующих и рудных минералов;

-определения основных видов магматических, осадочных и метаморфических пород;

-чтения геологических и геолого-технологических карт;

-процесса бурения с помощью бура ТБГ-1;

-отбора проб полезных ископаемых;

-оконтуривания тел полезных ископаемых;

-составления стратиграфического профиля.

Характеристики рекомендуемых методов и технологий обучения

С целью активизации познавательной деятельности студентов в процессе чтения курса планируется использование мультимедийной техники, позволяющей в виде презентаций представлять материалы по различным разделам геологии и разведки месторождений полезных ископаемых. При проведении занятий по темам, связанным с минералогией и петрографией изучаются образцы минералов и горных пород из коллекции, имеющейся на кафедре «Горные работы». Студенты обучаются геологической терминологии и методологии проведения геологоразведочных работ, знание которых закрепляются посредством проведения летней полевой практики. Практические приемы разведки отрабатываются на месторождении торфа, при этом каждый студент выполняет индивидуальное задание.

Организация самостоятельной работы студентов

При изучении дисциплины используются следующие формы самостоятельной работы:

8

9

-выполнение студентами индивидуального задания по составлению стратиграфического профиля месторождения торфа;

-подготовка научных рефератов по индивидуальным темам для участия в студенческой научной конференции.

Диагностика компетенции студента

Для оценки достижений студента используются следующий диагностический инструмента-

рий:

-защита выполненных на лабораторных работах заданий;

-проведение текущих контрольных опросов по изучаемым темам;

-выступление на научных студенческих конференциях;

-текущая аттестация по успеваемости (аттестационный лист);

-сдача экзамена по десятибалльной шкале.

Учебная программа дисциплины рассчитана на 252 часа, в том числе — 102 часа аудиторных занятий.

Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий: лекции — 68 часов; лабораторные работы — 34 часов.

Примерный тематический план курса

10

УДК 553(076.5)(075.8) ББК 26.3я7

П50

Часть 1. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ

1.1 Объекты изучения, методы и науки геологического цикла

На оглавление

Геология (греч, "гео" - Земля, "логос" - учение) изучает строение, состав, происхождение и развитие Земли. Основной задачей является изучение наружной каменной оболочки планеты - земной коры и взаимодействующих с ней внешних и внутренних оболочек Земли. Объектами изучения геологии являются минералы, горные породы, ископаемые органические остатки и геологические процессы. Минералами называют природные химические соединения, однородные по составу и строение, образовавшиеся в результате естественных физико-химических процессов. Горные породы - это природные устойчивые ассоциация минералов, сформировавшиеся в результате определенных геологических процессов и образующие в земной коре самостоятельные геологические тела. По происхождению выделяют три типа горных пород: магматические, или изверженные, возникшие при осты-

10