основн.дисциплины / поиск и разв.мест.п.и-Высоцкий / Курс лекций

первичных ореолов рассеяния. Фазовое состояние элементов вторичных ореолов рассеяния определяется состоянием вещества и особенностями физико-химических условий разрушения месторождений и их первичных ореолов рассеяния.

В зависимости от характера процесса разрушения и фазового состояния продуктов разрушения вторичные ореолы и потоки рассеяния разделяются на: 1) механические; 2) солевые; 3) водные (или гидрогеохимические) ; 4) газовые (или атмогеохимические); 5) биогеохимические.

1. Механические ореолы и потоки рассеяния образуются при процессах физического разрушения химически устойчивых полезных ископаемых в приповерхностных частях залежей. По крупности и агрегатному состоянию продуктов разрушения рудных тел механические ореолы и потоки разделяются на крупнообломочные («рудные развалы»), представленные рудными обломками, валунами и галькой размером от нескольких до десятков сантиметров в диаметре; шлиховые (песчано-гравийные), состоящие из частиц от долей миллиметра до нескольких миллиметров в поперечнике (при определенных условиях в них скапливаются тяжелые минералы); тонкодиспергированные геохимические (глинистые), в которых рудное вещество присутствует в виде мельчайших зерен размером в сотые и тысячные доли миллиметров.

Все вышеперечисленные разновидности механических ореолов рассения могут находиться в элювиальных, делювиальных, пролювиаль-ных, аллювиальных, ледниковых и других рыхлых отложениях.

Элювиальные механические преимущественно ореолы рассеяния обычно характеризуются преобладанием крупнообломочного материала, особенно если образуются за счет крепких, устойчивых против химического выветривания руд, залегающих в менее крепких вмещающих породах.

Делювиальные механические ореолы и потоки рассеяния образуются за счет физического выветривания рудных тел и перемещения продуктов разрушения по склону. При этом рудные обломки перемешиваются с безрудными и в той или иной степени измельчаются. В зависимости от крепости руд, а также от крутизны склона соотношение размеров рудных обломков может быть различным. При выветривании крепких руд и перемещении рудных обломков по крутым склонам образуются крупнообломочные ореолы и потоки рассеяния, протягивающиеся по склону иногда на многие сотни метров.

Аллювиальные механические преимущественно потоки рассеяния образуются за счет элювиальных и делювиальных отложений в результате переноса, переработки и сортировки их водными потоками. Дальность переноса, степень переработки и сортировки материала зависит от скорости течения и мощности водного потока, а также от крепости руд, плотности минералов и их химической устойчивости.

Шлиховые потоки и россыпи образуются за счет химически устойчивых и обладающих сравнительно большой плотностью минералов,

121

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

выносимых из коренного месторождения. К ним относятся золото, платина, магнетит, гематит, ильменит, рутил, хромит, касситерит, вольфрамит, шеелит, киноварь, циркон, монацит, пиролюзит, барит, корунд, кианит, топаз, алмаз, апатит, флюорит, гранаты и др. Отделение шлиховых минералов от жильных начинается еще в элювии, продол жается в делювии и заканчивается в аллювии. Здесь при перемеще нии водными потоками минералы измельчаются, окатываются и copl тируются. При этом твердые, но хрупкие минералы сравнительна быстро измельчаются менее хрупкие окатываются и постепенно из-| мельчаются, менее прочные минералы сравнительно быстро измельчаются, распыляются и составляют тонкодиспергированные потоки и ореолы рассеяния.

Аллювиальные тонкодиспергированные потоки рассеяния имеют очень небольшое поисковое значение, так как тонкоизмельченные рудные обломки независимо от их плотности очень легко переносятся на дальние расстояния от источника образования. Пролювиальные и ко-лювиальные потоки и ореолы механического рассеяния по значению, которое они имеют при поисках, занимают промежуточное положение между делювиальными и аллювиальными. Они характеризуются меньшим площадным распространением и имеют значение лишь при проведении детальных поисков.

Валунно-ледниковые ореолы рассеяния образуются за счет механического разрушения месторождений и переноса рудных обломков на то или иное расстояние движущимся ледником. При этом продукты разрушения, перемещающиеся по дну ледника, педвергаются сильному истиранию, а обломки, находящиеся в леднике, не испытывают существенной механической обработки. Обломочный материал, как правило, не сортируется по размерам частиц: наряду с крупными глыбами, достигающими нередко десятков кубических метров, присутствуют шлиховые и даже тонкодиспергированные фракции. В этом случае степень окатанности рудных обломков не указывает на дальность их переноса. Форма таких ореолов рассеяния обычно близка в плане к треугольнику, в остром углу которого расположено коренное месторождение, подвергнутое разрушению. Направление сноса материала определяется по ледниковым шрамам на «бараньих лбах» и по ледниковым формам рельефа. Ледник может переносить рудные обломки на многие десятки километров.

2. Солевые ореолы и потоки рассеяния образуются в результате сложных химических процессов разложения, растворения, переноса и игреотложения рудного вещества в окружающих породах в виде элементов и солей. Вследствие довольно длительного формирования соленых ореолов в них содержатся не только легко растворимые, но и сравнительно химически устойчивые минералы. При этом соли, растворенные и метеорных, частично в грунтовых и капиллярных водах, могут переноситься на значительное расстояние от коренного рудного тела или и глагаться в непосредственной близости от него. Выпадение солей из растворов может вызываться многими

122

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

причинами, главными из них ниляются: а) изменение рН и Eh растворов; б) пересыщение растворов щ-ледствие испарения; в) обменные химические реакции с окружающей гридой; г) сорбция элементов рассеяния сорбентами.

Чисто солевые ореолы рассеяния, так же как и механические ореолы рассеяния, встречаются весьма редко. Чаще образуются смешанные (солевые

имеханические) ореолы и потоки рассеяния, называемые литогеохимическими. В их формировании помимо механической и химической дезинтеграции и рассеяния рудного вещества принимает участие биогенная аккумуляция элементов, происходящая в верхнем гуминовом слое рыхлых отложений. Наибольшие содержания металлов в литохи-мических ореолах рассеяния чаще связаны с мелкими фракциями рыхлых отложений (менее 1 мм). Это объясняется тем, что обогащение мелкой фракции происходит не только при механическом рассеянии, но и в результате сорбции, коагуляции

идругих процессов, связанных с возникновением ореолов. Кроме того, вторичные минералы выделяются обычно в тонкодиспергированном виде или вследствие своей неустойчивости быстро измельчаются и также переходят в тонкие фракции. Повышенное содержание металлов в более крупных фракциях, т. е. обратная картина, наблюдается лишь тогда, когда ореолы рассеяния представлены устойчивыми минералами, особенно вблизи рудных выходов, где минералы еще не измельчены. Морфология и строение (структура) литохимических ореолов и потоков рассеяния определяются в основном типом ореола, особенностями строения рыхлых отложений, пространственным положением и размерами рудных выходов и рельефом местности (рис. 5). В равнинных условиях размеры и контуры литогеохимических ореолов рассеяния целиком обусловлены положением и размерами рудных выходов. В горных условиях контуры их осложняются рельефом местности. Здесь они вытянуты в направлении сноса рыхлого материала нередко на многие сотни метров от рудного выхода. Очертания солевых ореолов и потоков рассеяния обычно более сложные по сравнению с механическими; они определяются комплексом геологических, гидрогеологических и климатических условий. Солевые ореолы рассеяния могут возникать не только непосредственно вблизи рудного выхода, но и на некотором удалении от него. Пространственное положение и очертания смешанных ореолов рассеяния обусловлены факторами, присущими механическим и солевым ореолам. В зависимости от преобладания тех или иных процессов ореолы стоят ближе к механическим или солевым.

3.Водные (гидрогеохимические) ореолы и потоки рассеяния представляют собой области распространения подземных и поверхностных вод с повышенным по сравнению с фоновым содержанием рудо-образующих элементов: К, Na, Mg, Си, Zn, Ph, Fe, Mo, U и др., а также сульфат-иона, хлор-иона и т. п. Они образуются за счет растворения и выноса химических элементов и соединений из рудных тел, а также из первичных и вторичных ореолов рассеяния.

123

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

По данным Н. И. Софронова, количество растворенных твердых веществ в природной воде может колебаться по весу от n·10 6 % до 40%, что составляет отношение концентрации до n·108 раз

Из рассмотрения данных табл. 2 видно, что тяжелые элементы присутствуют в водах в исчезающе малых количествах; лишь хлор сера и некоторые другие содержатся в гидросфере в больших количествах чем в литосфере. В речных водах главными минерализаторами являются хлор, натрий, сера, кальций и кремний. Минерализованные подземные воды по количеству растворенных в них элементов резко отличаются от морских и речных вод высокой концентрацией. Растворенные в подземных водах элементы разделяются на четыре группы.

1.Главные, составляющие основную массу растворимых в воде элементов: Na, К, Са, Mg, Cl, S, N, О, Н, С, Al, Si.

2.Элементы, встречающиеся в малых количествах: Li, Rb, Sr, Ba, Pb, Zn, Cu, Ni, Mn, Br, I, F, B, P, As.

3.Элементы, редко встречающиеся и в очень малых количествах: Сг,

Со, Ti, In, Ga, Ge, Cl, Zr, Ti, V, Hg, Bi, Cd, W, Se, Те, Mo, Ag, Au, Be, Sn, Sb.

4.Радиоактивные элементы: U, Ra, Th, Rn и др.

Для накопления рудообразующих элементов в водах важное значение имеют следующие условия:

1)наличие растворенных первичных или вторичных минералов, слагающих рудные тела или их ореолы рассеяния;

2)интенсивность водной миграции элементов;

3)благоприятная геолого-структурная обстановка, обеспечивающая доступ подземных вод к рудным телам и сопровождающим их ореолам рассеяния;

4)благоприятные палеогеографические и палеогидрогеологические

5) инертность вмещающих пород, препятствующая осаждению из растворов элементов и, следовательно, способствующая развитию водных ореолов рассеяния.

Представление о содержании металлов в поверхностных и грунтовых водах безрудных районов и в водах, омывающих месторождения, дают данные табл. 2.

Как видно из табл. 2, содержание металлов в водных ореолах рассеяния рудных месторождений повышается на 1—2 порядка.

Чем большей растворимостью в воде характеризуются минералы, слагающие рудные тела и их ореолы рассеяния, тем отчетливее выражены водные ореолы рассеяния. Галоидные соли калия, натрия, магния и др., как известно, очень легко переходят в раствор. Повышенное содержание их в подземных водах указывает на наличие залежей соли или рассолов этих солей в недрах. По таким поисковым признакам были открыты крупнейшие Верхнекамские месторождения калийных, магниевых и натровых солей.

124

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Высокое содержание калия в районе Индерского озера указывало на наличие залежей калийных солей на глубине, что было подтверждено буровыми скважинами. Повышенное содержание калия в соляных источниках Восточного Прикарпатья послужило основанием для поисков и открытия там калийных солей. Отчетливо выраженные водные ореолы проявляются в связи с сульфидными месторождениями цветных металлов, а также в связи с месторождениями молибдена, бора (осадочного), урана, редких щелочных металлов и др.

В СНГ и Канаде получены очень интересные сведения по опробованию снега и льда в районах сульфидных месторождений. В почвенном льду и снегу, перекрывающих минерализованные площади, установлено наличие Hg, Си, Zn, Cd, Mn, Ni, Pb. Ореолы рассеяния характеризуются значительной шириной. Выяснено, что скорость аккумуляции элементов довольно быстрая

исоставляет 2—3 мес. Сущность рассеяния и накопления ионов металлов и связанных с ними анионов заключается в ионной миграции через капилляры льда и пленочную воду, обволакивающую снежные кристаллы и заполняющую микропустоты и трещины в снежных слоях.

Участки зоны гипергенеза, на которых происходит резкое изменение миграционной способности элементов, называются геохимическими барьерами. При резком изменении физико-химических и других условий среды существенно изменяются коэффициенты миграции элементов, они выпадают из растворов на небольших площадях и могут образовывать месторождение. Наоборот, плавное, постепенное изменение условий не дает резкого барьера; выпадение элементов происходит на значительных площадях и они дольше остаются в растворе, образуя более широкие солевые

игидрохимические ореолы рассеяния.

Выделяются два класса геохимических барьеров: 1) термодинамический, обусловленный изменением давления и температуры; 2) физикохимический, зависящий от степени кислотности растворов, величины испарения и подобных им факторов. Например, восстановительный сероводородный барьер создается в водоносных горизонтах при встрече вод в окислительных условиях с сероводородом. При этом растворенные в воде металлы (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Ag, Cd, Hg, Pb, U, V) образуют нерастворимые сульфиды и водный ореол рассеяния исчезает.

Итак, коэффициенты водной миграции элементов, их контрастность, геохимические барьеры позволяют понять образование и поведение как солевых, так и водных ореолов рассеяния месторождений полезных ископаемых и поэтому имеют большое поисковое значение.

4. Газовые, или атмогеохимические, ореолы представляют собой ло-

кальное обогащение почвенного воздуха и приповерхностного слоя атмосферы паро- и газообразными соединениями, связанными с полезными ископаемыми. Такие ореолы рассеяния образуются в результате химических преобразований руд сульфидных месторождений, месторождений ртути; к этой же группе относятся излучения радиоактивных руд; газовые ореолы

125

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

рассеяния возникают над месторождениями угля, нефти, а также над собственно газовыми скоплениями (горючие газы, гелий, углекислый газ и т.

п.).

По степени радиоактивности породы, руды и минералы разделяются на пять групп.

1.Породы практически нерадиоактивные — активность эквивалентна содержанию U<n·10-5%.

2.Породы с повышенной радиоактивностью — активность эквивалентна содержанию U n·10-4 — n·10-5%.

3.Породы радиоактивные и убогие радиоактивные руды — активность эквивалентна содержанию U n·10-3%.

4.Высокорадиоактивные руды и бедные руды — активность эквивалентна содержанию U n·10-2%.

5.Богатые и рядовые руды U и Th — активность эквивалентна содержанию U n·10-1% и более.

Из изверженных пород наибольшей радиоактивностью характеризуются кислые и средние мелкозернистые разности гранитов, слагающие апикальные части интрузивов; ультраосновные и основные породы отличаются наименьшей радиоактивностью.

Существенно отличаются по степени радиоактивности и осадочные породы: наиболее радиоактивными являются торф, углистые сланцы, характеризующиеся повышенной сорбционной способностью; наименьшей радиоактивностью характеризуются галоидные, сульфатные и карбонатные отложения (каменная соль, ангидрит, гипс, известняки, доломиты) . Степень радиоактивности этих отложений иногда может повышаться в связи с увеличением в их составе органического и глинисто-илистого вещества.

Над ртутными месторождениями установлено повышенное содержание ртути в почвенном воздухе.

Над месторождениями ископаемых углей, нефти и газов в почвенном воздухе отмечается повышенное содержание углеводородов различного

состава за счет поступления этих газов из пластов угля или коллекторов нефти сквозь толщу перекрывающих горных пород.

Большое количество газов, эманирующих на поверхность земли, связано с разогревом планеты. Химический состав этих газов в местах выхода на поверхность земли весьма неоднороден и зависит от температуры, общего давления, парциального давления, химического состава участвующих в процессе веществ, от количества углерода, Н2О и др. В зависимости от соотношения этих параметров в недрах земли образуются те или иные газы и их группы: СО2, СО, СН4, Н2, Н2О, H2S, SO2 и др. По подсчетам ученых, количество газов, выделяемых ежегодно Землей, составляет около 10,2 • 107 т. Выходы перечисленных газов на поверхность земли носят локальный характер — они приурочены к глубинным зонам разломов, зонам дробления и другим ослабленным участкам. Большой интерес представляет распределение гелия на Земле. Выполненная на бывших площадях гелиевая

126

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

съемка показывает, что максимальная гелиеносность характерна для рифтовых зон и для разломов на участках длительного поднятия (плато и щиты). Подобные и меньшие по масштабу геологические структуры, подтвержденные сейсмическими и гравитационными исследованиями, выявлены в большом количестве в различных районах мира.

Таким образом, газовые эманации, особенно связанные с глубинными очагами, представляют собой очень важный поисковый признак, так как служат основанием для проведения атмохимической съемки. В результате проведения этой съемки выявляются не только рудоносные структуры, но и месторождения полезных ископаемых (нефти, газа, ископаемого угля и др.).

5. Биогеохимические ореолы рассеяния представляют собой области распространения живых организмов (растений) с повышенным содержанием химических элементов, входящих в состав месторождений, и их первичных и вторичных ореолов рассеяния.

В работах А. П. Виноградова, Д. П. Малюги, С. М. Ткалича, В. В. Поликарпочкина и других отечественных, а также зарубежных исследователей приводятся следующие основные виды концентрации элементов в растениях: во-первых, над месторождениями или их ореолами рассеяния все растения характеризуются повышенным содержанием некоторых элементов; во-вторых, повышенная концентрация элементов может происходить селективно, растениями только определенного вида. Например, известны виды цинковой, литиевой, алюминиевой и другой флоры. Содержание элементов в растениях и их контрастность в ореолах рассеяния зависят от многих факторов. Главными из них являются величина содержаний элементов в самом месторождении и его ореолах рассеяния, степень распространенности элементов в земной коре и другие их геохимические особенности.

Максимальные концентрации элементов в растениях на месторождениях могут превышать фоновые на два и даже три порядка. Морфология и размеры биохимических ореолов рассеяния обычно совпадают с формой и размерами вторичных литохимических ореолов рассеяния, хотя в отдельных случаях наблюдаются ореолы рассеяния в растениях в некотором удалении от месторождения, и тогда их положение обусловлено наличием в почве элементов, принесенных водными потоками. Так как в растениях могут присутствовать фактически все химические элементы, то можно считать, что все элементы минерального питания могут быть использованы в качестве элементов-индикаторов. Однако их эффективность разная.

В. В. Поликарпочкин и Р. Т. Поликарпочкина разделяют элементы минерального питания по их индикаторной эффективности на четыре группы. К первой группе относятся элементы, широко распространенные в земной коре и характеризующиеся высокими кларками — Si, AI, Na, Fe и т. п. Содержание этих элементов весьма высокое как ij в месторождениях, так и за их пределами, поэтому индикаторное значение их невелико. Вторая группа представлена жизненно важными для растений элементами,

127

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

накапливающимися в них в большом количестве — К, P. Ca, Mg, N. Их индикаторная эффективность также невелика, так как они составляют довольно высокий фон и сравнительно небольшое превышение концентрации над фоном.

В третью группу входят макроэлементы — Zn, Сu, Cd, В, Мп, I, Вг и др. Содержания этих элементов в золе растений выше по сравнению с содержаниями их в литосфере. Эти элементы, как известно, характеризуются сравнительно высокой подвижностью в условиях приповерхностной зоны земли. Они, так же как и элементы второй группы, образуют довольно высокие фоновые содержания вследствие концентрации элементов в растениях на безрудных участках и характеризуются низкой контрастностью аномалий. Это объясняется наличием предела концентрации элементов в растениях и высоким их фоновым содержанием. Однако

Поэтому проведение биогеохимических поисков по этим элементам дает положительные результаты.

К четвертой группе относятся многие микрокомпоненты, характеризующиеся сравнительно малой подвижностью в приповерхностной зоне земли — Rb, W, Аи, Та, Nb и др. Эти элементы являются наилучшими биогеохимическими индикаторами. Повышенные их содержания в растениях по сравнению с кларковыми определенно указывают на концентрацию этих элементов в горных породах. Контрастность биогеохимических ореолов рассеяния этих элементов весьма высокая.

Химические элементы неравномерно распределяются по органам растений. Наибольшее количество золы содержится в их листьях, наименьшее — в древесине.

Содержание элементов в растениях может также изменяться в зависимости от возраста растений и времени года. В табл. 25 приведены данные Б. Ф. Мицкевича о характере изменения содержания металлов в условиях Полесья.

Представление о содержании некоторых элементов в золе обычных растений и растений, произрастающих над месторождениями, дает табл. 26. Она показывает, что в золе растений, произрастающих над некоторыми рудными месторождениями, содержание соответствующих металлов увеличивается в 10—100 раз и даже в 1000 раз по сравнению с содержанием этих элементов в золе обычных растений, и такая разница может быть определена существующими методами анализов.

Наибольшее значение для поисков имеют растения, обладающие развитой корневой системой.

Следы старых горных работ или переработки полезного ископаемого и исторические данные о горном промысле. Важным указанием на наличие полезных ископаемых могут явиться прежде всего различные фондовые, архивные и другие литературные источники: отчеты о путешествиях, геологи-

128

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ческих исследованиях, геологических съемках, поисках, разведке, разработке

ипереработке полезных ископаемых. Кроме того, следует использовать заявки о наличии полезных ископаемых, отчеты о результатах их проверки, а также отчеты ревизионных партий и т. п.

Прямым указанием на наличие полезных ископаемых служат также следы прежней разработки и переработки руд в давно прошедшее время. Это старые, обычно в значительной степени засыпанные рыхлыми отложениями

ипокрытые растительным покровом горные выработки: штольни, уклоны, шурфы, шахты, карьеры, щелеобразные выработки и т. п.

Вблизи них всегда расположены отвалы, также покрытые растительностью и нередко обнаруживаемые по положительным формам микрорельефа. Сами горные выработки, как правило, бывают засыпанными и при поисковых работах недоступны для наблюдения. Отвалы этих выработок почти всегда содержат жильные, а нередко и рудные минералы или продукты их окисления.

Облизости месторождений полезных ископаемых также можно судить по наличию следов переработки руд. Таковы, например, развалины древних печей, отвалы шлака и т. п. Так как предприятия, перерабатывающие руду, обычно были расположены по берегам рек, то шлаки нередко можно обнаружить в речных отложениях на большом протяжении. По наличию рудных включений в шлаках и по их химическому составу можно судить о характере руд.

Древние горные выработки, связанные с разработкой полезных ископаемых, известны в различных районах нашей страны: на Урале, Алтае, в Казахстане, Средней Азии, Сибири, Карелии и др. Древние выработки встречаются на месторождениях полезных ископаемых, давно используемых человечеством. Это железо, свинец, медь, олово, золото, серебро, ртуть, слюда, драгоценные и поделочные камни, строительные материалы и т. п. Наоборот, на месторождениях полезных ископаемых, ранее не использовавшихся человечеством (марганец, хром, никель, вольфрам, молибден и др.), они почти отсутствуют.

129

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Схема строения ореола рассеяния вокруг одиночного рудного тела

Рис. 2. Схема строения первичного ореола рассеяния вокруг сближенных рудных тел.

1 — массивные плотные известняки; 2 — слоистые трещиноватые известняки; 3 — глинистые сланцы; 4

— рудные тела; 5 — первичный ореол рассеяния; 6 — рудные прожилки

130

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»