основн.дисциплины / поиск и разв.мест.п.и-Высоцкий / Курс лекций
.pdfВажным отличием безрудных зон, указывающим на наличие оруденения на глубине, от аналогичных зон, не связанных с оруденением, является присутствие в их составе примесей рудных минералов, а в нерудных минералах—рудных элементов.
Различие физических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород
Различные физические свойства горных пород и руд являются основой геофизических методов поисков. Под геофизическими аномалиями понимаются значительные отклонения от нормального значения физических полей. Наличие тех или иных геофизических аномалий указывает на неоднородность физических полей, а следовательно, и на возможность обнаружения месторождений, или позволяет судить об особенностях геологического строения исследуемой территории. Поэтому геофизические аномалии являются поисковыми признаками месторождений полезных ископаемых. При этом одни из них, например магнитные и радиоактивные аномалии, могут непосредственно указывать на наличие месторождения и по своему значению должны рассматриваться как прямые поисковые признаки, другие — электрические, гравитационные, сейсмические — имеют значение косвенных поисковых признаков. Ниже приводится краткая характеристика наиболее типичных геофизических аномалий.
Магнитными аномалиями называются отклонения магнитной восприимчивости в точке измерений от нормального магнитного поля. Интенсивность магнитного поля измеряется в гаммах. По величине интенсивности выделяют слабые аномалии, отличающиеся от нормального поля на десятки и сотни гамм, средние — на тысячи гамм и сильные — на десятки тысяч гамм.
Слабые магнитные аномалии вызываются различными горными породами, содержащими железистые минералы, а также рассеянную вкрапленность магнитных минералов. Аномалии средней интенсивности обусловлены наличием залежей гематитовых руд, медно-никелевых руд, содержащих пирротин, бокситов, скарнов, кимбелитовых трубок, а также присутствием на изучаемых площадях пород с повышенной магнитной восприимчивостью. Сильные магнитные аномалии обусловлены большими скоплениями магнитных руд: магнетитовых железистых кварцитов, магнетитовых скарнов, титаномагнетитовых руд и т. п.
Радиоактивные аномалии вызываются присутствием повышенного количества радиоактивных элементов в тех или иных горных породах и рудах, слагающих отдельные участки земной коры, или наличием в почвенном воздухе газообразных продуктов радиоактивного распада радона и торона, в связи с чем различают гамма-аномалии и эманационные аномалии. Первые из них представляют собой участки, отличающиеся повышенной интенсивностью гамма-излучения по сравнению с нормальным фоном. Последний, состоит из космического излучения, собственного фона прибора и излучения менее радиоактивных пород, слагающих изучаемую
141
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
территорию. Гамма-излучения измеряются в микрорентгенах в единицу времени. Величина гамма-аномалий может колебаться от нескольких микрорентген в час до десятков и тысяч микрорентген в час.
Эманационные аномалии представляют собой участки, характеризующиеся повышенным содержанием радиоактивных эманации в почвенном воздухе по сравнению с нормальным эманационным полем, близким к кларковому. Эманационными аномалиями считаются такие участки, где повышенная радиоактивность выражается в десятках, сотнях и даже в тысячах эман. При этом выделяют радоновые, тороновые и смешанные аномалии. Эманационные аномалии свидетельствуют о наличии скоплений урана и других элементов, генетически связанных с ураном. Кроме того, эманационные аномалии могут указывать на наличие рудоконтролирующих структур.
Электрические аномалии. Сущность электрических аномалий заключается в том, что разные горные породы и залежи полезных ископаемых характеризуются различными электрическими свойствами: удельным электрическим сопротивлением, диэлектрической проницаемостью и электрохимическими особенностями.
Различия в указанных электрических свойствах горных пород и руд обусловлены их составом, структурой, текстурой и условиями залегания. Следовательно, участки земной коры, отличающиеся электрическими свойствами от пород окружающих территорий, могут быть обнаружены путем измерения этих свойств. Это является основой методов электрометрии, при помощи которых в настоящее время удается решать весьма разнообразные геологопоисковые задачи. Изучение изменения электрических свойств горных пород в горизонтальном и вертикальном направлении позволяет установить контакты между изверженными и осадочными породами, границы между различными осадочными породами, тектонические зоны разломов, выявить местоположение малых интрузий, рудных тел, угольных пластов, водоносных горизонтов, зоны развития карста и т. п.
Сейсмоэлектрические аномалии. Как известно, пьезоэлектричество возникает в некоторых анизотропных кристаллах под воздействием механического напряжения. Повышенными пьезоэлектрическими свойствами обладают кварц, турмалин, нефелин, цинковая обманка, а также сегнетовая соль и др. К настоящему времени установлено, что при распространении упругой волны через породы, содержащие минералы — пьезоэлектрики, возбуждается электромагнитное поле, величина которого достаточна для его регистрации (50 мкВ и более). Наибольшая величина пьезоэффекта по сравнению с вмещающими породами (гранитами, сланцами и др.) установлена над кварцевыми, кварцево-рудными и пегматитовыми телами.
За последнее время установлено, что сейсмоэлектрические аномалии могут быть связаны не только с кварцевыми или с другими минералами, обладающими пьезоэлектрическими свойствами, но и с локальными зонами
142
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
трещиноватых и обводненных пород, зонами тектонических нарушений, а также с повышенными значениями естественного электрического поля Земли. Поэтому сейчас такие аномалии называют сейсмоэлектрическими, а не пьезоэлектрическими.
Аномалии вызванной поляризации. Вызванная поляризация обусловлена прохождением электрического тока через породу, содержащую электронопроводящие минералы, а также через раствор, находящийся в порах породы. Вызванная поляризация возникает в неоднородной среде, состоящей из твердого вещества и жидкости — электролита, и связана с физико-химическими процессами, происходящими в пограничном слое между твердым и жидким веществом. Следовательно, вызванная поляризация представляет собой физико-химическое явление, происходящее в породах под действием электрического тока и сопровождающееся возникновением вторичных электродвижущих сил, существующих некоторое время после включения тока. Сопутствующее этому явлению вторичное электрическое поле называют вызванной поляризацией.
Составные части породы по величине и характеру электропроводности могут состоять из изоляторов, электронных и ионных проводников. К изоляторам относится большая часть породообразующих минералов, характеризующихся удельным электрическим сопротивлением более 108 Ом- м, а также газ, находящийся в порах породы, сопротивление которого еще выше. К электронным проводникам относятся большее число сульфидов, магнетит, пиролюзит, графит, а также антрацит и шунгит. Они характеризуются низким удельным электрическим сопротивлением — от 10-5 до 10-2 Ом·м. Ионными проводниками являются водные растворы — электролиты, находящиеся в порах породы. Их удельное сопротивление зависит от концентрации раствора и изменяется от 0,1 до 400 Ом·м.
Таким образом, аномалии вызванной поляризации обусловлены электронопроводящими минералами, представленными главным образом сульфидными рудами, особенно вкрапленными, обнаружение которых другими геофизическими методами неэффективно. К настоящему времени этим методом открыты медноколчеданные, полиметаллические, редкометальные и другие промышленные месторождения и рудопрояв-ления. При этом используются как наземные, так и скважинные варианты метода вызванной поляризации.
Гравитационные аномалии. Под гравитационными аномалиями понимается повышенное значение ускорения силы тяжести или вторых производных потенциала силы тяжести на отдельных участках земной поверхности по сравнению с нормальным значением этих величин для окружающей территории. Гравитационные аномалии обусловлены различиями в плотности пород и руд и измеряются в миллига-лах. Они вызываются наличием в земной коре железных руд (месторождения КМА, Кривой Рог, Кустанай), значительными скоплениями сульфидных руд,
143
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
хромитов и некоторых других руд, характеризующихся повышенной плотностью.
Сейсмические аномалии вызываются неодинаковыми упругими свойствами пород и выражаются в различной скорости распространения упругих волн от места возбуждения до пункта приема. Изучение сейсмических свойств особенно эффективно позволяет выявлять структуру пород и связанные с ней залежи полезных ископаемых (месторождения нефти, газа и др.).
Аномалии звуковой геолокации. Звуковая гсолока-ция применяется для изучения пород, залегающих под дном акваторий. Сущность метода состоит в том, что в воде возбуждается импульс упругих колебаний звукового диапазона частот, который достигает дна и отражается от него. Этот отраженный уровень определяет рельеф поверхности дна; при этом одна часть энергии проникает в первый слой грунта и отражается от раздела со следующим слоем, а другая — проникает в следующий слой и отражается от поверхности раздела со следующим слоем и т. д.
Отраженные от поверхности дна и раздела разнородных слоев импульсы регистрируются в порядке их поступления на эхограмме методом яркости модуляции. Таким образом составляется акустико-геологический разрез. Работы осуществляются с движущегося судна, что позволяет составлять непрерывный разрез. При этом удается установить оси и контуры структур, выходы и направления падения пластов, структур, линии тектонических нарушений, проследить рудные тела под водой и т. п.
Возможности отдельных геофизических методов при изучении геологического строения района и поисков месторождений полезных ископаемых определяются главным образом дифференциацией физических свойств пород и полезных ископаемых. Наличие полных сведений о физических свойствах пород и руд наряду со знанием особенностей геологического строения района позволяет обоснованно оценивать общие условия применимости отдельных геофизических методов и выбирать их рациональный комплекс. Применение комплекса геофизических методов позволяет уменьшить, а иногда и целиком исключить неоднозначность геологического истолкования результатов, полученных при использовании отдельных геофизических методов.
Характерные особенности рельефа
Различия физических и химических свойств горных пород и полезных ископаемых наряду с геотектоническими условиями играют важную роль при формировании макро- и микрорельефа. Известно, что при прочих равных условиях положительные формы рельефа создаются ненарушенными, более устойчивыми против выветривания породами, гогда как отрицательные обусловлены менее устойчивыми в поверх-постных условиях породами. Отрицательными формами рельефа характеризуются зоны разрывных тектонических нарушений.
144
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
На изучении особенностей рельефа основана аэрофотосъемка, съемка с космических аппаратов и другие дистанционные методы исследования поверхности залежи. Изучение формы микрорельефа может пить использовано при поисках месторождений полезных ископаемых. Например, мощные пегматитовые и кварцевые жилы, залегающие и сланцах или других менее устойчивых горных породах, выделяются в рельефе в виде выступов высотою до нескольких метров. На пыхрдах сравнительно легко растворимых полезных ископаемых (изве-гтняки, гипс и др.) наблюдается характерный карстовый рельеф (карстовые воронки). Над залежами сульфидных руд, легко окисляющимися в поверхностных условиях, образуются своеобразные углубления, очертания которых нередко соответствуют границам рудных тел. Выходам угленосной толщи часто отвечают пониженные заболоченные участки района.
Гидрогеологические поисковые признаки
Наиболее эффективно гидрогеологические наблюдения могут быть использованы при поисках месторождений углей и других полезных ископаемых, являющихся водоносными горизонтами. Воды, сопровождающие нефтяные и газовые месторождения, обычно содержат значительное количество иода и брома, а наличие водоносных горизонтов свидетельствует о присутствии в разрезе пористых и водоупорных пород; первые из них могут служить коллекторами нефти или газа, а вторые— экраном. Угольные пласты часто являются водоносными, поэтому наличие водоносных горизонтов в толще угленосных пород косвенно может указывать на присутствие пластов угля. Наличие водоносных горизонтов может помочь обнаружению пластов песков и т. п.
Изучение гидрогеологии района иногда помогает выявить важные геологические закономерности, контролирующие пространственное размещение месторождений. Так, линейное расположение водных источников может указывать на наличие разломов, зон дробления и т. п. Это позволяет выявить структурные поисковые предпосылки, с которыми связаны определенные полезные ископаемые.
Ботанические поисковые признаки
Ботанические поисковые признаки выражаются в том, что над минеральными скоплениями или над их ореолами рассеяния (механическим солевым, гидрохимическим) произрастают определенные виды растений. Как известно, для питания растений кроме основных элементов— углерода, водорода, кислорода, калия, натрия, магния, кальция фосфора, серы — необходимы микроэлементы. Одни из них стимулируют рост растений, другие оказываются вредными и угнетают их. Избыток некоторых элементов в почвах обычно вызывает заметные изменения во внешнем облике растений, ведет к их заболеванию. При этом изменяется окраска листьев, цветов, уменьшаются их общие размеры.
145
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
Среди растений выделяют универсальные, локальные и тератологические индикаторы. Универсальные индикаторы представляют собой растения, всегда и везде указывающие на наличие определенных элементов в почвах. Таких индикаторов выявлено пока еще очень немного. К числу их относятся галмейная фиалка (Viola calaminaria) и галмейная ярутка (Thlaspi calaminariutn), произрастающие над цинковыми рудами. Растения, являющиеся локальными индикаторами, более многочисленны. Они представляют собой обычные широко распространенные растения, которые при определенных условиях могут указывать на особенности пород и почв. Обобщенные сведения по этому вопросу приводят В. В. Поликарпочкин и Р. Т. Поликарпочкина. В чешских Рудных горах седмичник (Trientalis europeal) произрастает только на участках, характеризующихся повышенными концентрациями олова. В СНГ это растение широко распространено в лесных районах независимо от концентрации олова. Для Рудного Алтая индикатором меди является кочим (Gypsophita Patrinii). Это же растение является индикатором медных и медно-никелевых месторождений Тувы. Для тех же медно-никелевых месторождений является индикатором бурачек двусемянный (Alyssum biovulatum).
Тератологические (симптоматические) индикаторы характеризуются следующими признаками.
1.Изменением внешнего вида растений: необычно пышное развитие растений, уродливость, необычная окраска, несвойственная растению форма цветов, листьев и т. п. Так, на полиметаллическом месторождении Аткыз (Армения) наблюдается изменение формы цветка мака крупнокоробчатого (Papaver mactostomum). Вместо четырех лепестков появляется пять — семь, цветы приобретают «махровый» вид. На месторождениях никеля бурачек двусемянный отличается значительно большими размерами —до 60 см в диаметре, тогда как на безрудных площадях диаметр его составляет 5—8 см. Он характеризуется также измененной формой листьев, более крупными плодами. На почвах, богатых битумом, наблюдаются являения гигантизма и уродливости растений. Глубокие изменения вызывает наличие в почвах урана и тория, при этом образуется ряд патологических форм растений — карликовые или гигантские.
2.Отклонениями в режиме развития растений: раннее или позднее цветение, опадание листьев и т. п. Отмечена способность растений, произрастающих на битумсодержащих почвах, к вторичному цветению.
3.Признаками угнетения растений или отсутствием растительности. Над месторождениями бора наряду с патологическими формами наблюдается отсутствие растительности. Растительность отсутствует также над участками, где близко к поверхности расположены богатые сульфидные руды.
На отдельных участках редкометального и полиметаллического оруденения установлены определенные особенности в растительном покрове. Так, на участках вольфрамового, молибденового и полиметаллического оруденения растительный покров значительно разрежен (растениями занято
146
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
Б—15% площади); растения низкорослые (5—10 см), генеративные побеги почти отсутствуют. На безрудных участках растительность более обильная (растениями занято 40—60% площади), высота растений 15—20 см, генеративные побеги многочисленны.
Над вольфрамовыми месторождениями произрастают разреженные типчаковые или типчаково-серополынные ассоциации без астрагала.
Над полиметаллическими месторождениями растут разреженные по- лынно-прутяковые ассоциации; при повышении свинца в почве растительность сильно разрежается и при содержании его в наносах около 1 % полностью исчезает; при высоком (до 1 %) содержании в почве меди характер растительности резко изменяется — в этих условиях пышно развивается качим Патрэиа.
Ботанические поисковые признаки все еще мало изучены. Дальнейшие исследования в этом направлении в сочетании с фотометрическими и дистанционными (самолетными, космическими) съемками весьма перспективны.
Сведения о возможном наличии полезных ископаемых или о прямых поисковых признаках могут быть получены из опроса местных жителей. Кроме того, необходимо обращать внимание на географические названия гор, рек, населенных пунктов и др., в той или иной степени указывающих на возможность наличия полезных ископаемых например, р. Слюдянка, гора Магнитная, ключ Серебряный, Алтын-Топкан (Золотая гора), Кургос-Кон (свинцовое месторождение), Кан-Сай (рудный овраг), Алун (небесный камень) и др.
147
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
ЛЕКЦИЯ 12-13
МЕТОДЫ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ: ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ, ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ И
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ
Важнейшие методы поисков различаются техническими приемами выявления поисковых признаков и в зависимости от этого разделяются на три группы: геолого-минералогические, геофизические и геохимические.
На ранних стадиях изучения недр многие из этих методов в совокупности с методами геологического картирования используются для целей прогнозирования перспектив рудоносности более обширных территорий и выделения потенциальных бассейнов полезных ископаемых рудных районов или узлов.
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ
Все геолого-минералогические методы поисков являются по своей природе визуальными, поскольку они основаны на выявлении и прослеживании признаков полезных ископаемых невооруженным глазом. Известные с глубокой древности визуальные геолого-минералогические методы поисков не теряют своего значения и в наше время, являясь неотъемлемой частью любого вида геологоразведочных работ.
Эффективность применения визуальных геолого-минералогических методов поисков зависит от наблюдательности, эрудиции и добросовестности геолога. При прочих равных условиях она выше в районах с хорошей обнаженностью пород, достаточно глубоким эрозионным срезом и отчетливыми хорошо фиксируемыми проявлениями признаков полезных ископаемых в коренном залегании и в обломках горных пород.
В число наиболее распространенных визуальных геолого-мине- ралогических поисковых методов входят: наземные и аэровизуальные методы непосредственного обнаружения рудных выходов, валуннообломочные методы и шлиховые методы. За исключением шлихового метода, все они не имеют самостоятельного поискового значения и используются лишь в комплексе с проведением специализированного геологического картирования или других видов геологоразведочных работ.
1. Наземные визуальные
При проведении геологических маршрутов в условиях хорошей обнаженности пород геологи могут визуально обнаруживать и оконтуривать выходы многих полезных ископаемых по вкрапленности полезных или жильных минералов, характерным околорудным изменениям вмещающих пород, их эпигенетическим изменениям или другим характерным признакам. При некоторых навыках по минеральному составу образований и их текстурно-структурным особенностям можно прогнозировать вероятный состав неизмененных руд и предполагаемые концентрации в них полезных компонентов. В первую очередь это относится к выходам руд устойчивых в
148
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
зоне гипергенеза, а также к выходам сульфидных руд. Эффективности наземных визуальных методов поисков способствует устойчивость выходов и их тесная связь с положительными формами рельефа (например, медномолибденовые месторождения Казахстана, связанные с выходами вторичных кварцитов).
2. Аэровизуальные
Использование аэрофотоснимков помогает в ряде случаев не только расшифровать геологическую структуру, но и выявить признаки рудоносности изучаемой территории. Выявлению поисковых признаков способствуют также прямые аэровизуальные наблюдения или применение цветных, спектро- и многозональных снимков.
К числу легковыявляемых цветовых признаков полезных ископаемых относятся черноокрашенные выходы угольных пластов и окисных руд марганца, красновато-бурые выходы железных руд и ржаво-бурые выходы зон окисления сульфидных месторождений, светлоокрашенные выходы квасцов, алунитов, пегматитовых и кварцевых жил. По характерному лучевому рисунку обнаруживают выходы кимберлитовых трубок. Известны случаи выявления выходов медных и урановых руд по аэровизуальным наблюдениям и цветовым спектрозональным снимкам аридных зон.
На аэрофотоснимках хорошо заметны следы древних разработок, которые могут рассматриваться как весьма важные прямые поисковые признаки месторождений. С применением спектро и многозональных снимков удается выделять аномальные по цвету массивы и зоны растительности, в которых иногда отражается влияние повышенных концентраций некоторых элементов.
Возможности использования аэровизуальных методов для выявления поисковых признаков рудных полей и месторождений еще далеко не исчерпаны. С развитием техники аэро- и космических дистанционных методов их перспективы будут расширяться.
3. Валунно-обломочные
В практике поисковых работ наиболее широко используются три разновидности валунно-обломочных методов: обломочно-реч-ной, валунноледниковый и обломочно-делювиальный.
Обломочно-речной метод состоит в обнаружении и прослеживании рудоносных обломков, галек или валунов, образующих прерывистые потоки в русловых отложениях рек, и в прослеживании их в направлении сноса рудного материала. По мере продвижения вверх по течению реки степень окатанности обломков постепенно уменьшается, а рано или поздно обломки исчезают в аллювиальных отложениях, но обнаруживаются на береговых склонах. Дальнейшие поиски рудных выходов продолжаются уже на склонах долин с учетом форм обломочных делювиальных вееров — с начала визуально, а затем с помощью канав и шурфов. В благоприятных природных условиях этот метод эффективен для поисков самых различных полезных ископаемых, устойчивых против выветривания.
149
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»
Валунно-ледниковый метод заключается в поисках рудных (рудоносных) валунов на площадях развития моренных ледниковых отложений. Места обнаружения рудных валунов наносятся на карту четвертичных отложений для выяснения контуров ореолов их рассечения вокруг коренных рудных выходов.
Особое внимание при поисках рудных валунов уделяется нижним горизонтам донных морен, материал которых наиболее близко отражает состав подстилающих пород. Как правило, ореолы рудных валунов имеют веерообразные очертания, расширяющиеся в сторону движения ледника. При достаточно большом числе находок по точкам обнаружения рудных валунов удается наметить примерные контуры валунного веера, в вершине которого наиболее вероятно расположение коренных рудных выходов (рис. 1).
Валунно-ледниковый метод успешно используется геологами Канады, скандинавских стран и СНГ для поисков месторождений, скрытых под чехлами ледниковых отложений в районах, подвергшихся материковому оледенению. С помощью валунно-ледникового метода обнаружены многие промышленно ценные месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых.
Обломочно-делювиальный метод заключается в поисках рудных свалов, в нижних частях мощных каменных россыпей (курумов), покрывающих склоны возвышенностей в районах развития многолетней мерзлоты. Потоки глыб и щебня, медленно сползающие по склонам гор под влиянием морозного сдвига, солифлюкции и силы тяжести, как правило, лишены растительного покрова и доступны визуальному наблюдению. При обнаружении рудных глыб или щебня поиски направляют вверх по движению каменного потока до выхода в гольцовую часть возвышенности, где вероятнее всего обнаружение коренных выходов. Иногда коренные выходы обнаруживаются с помощью поверхностных горных выработок (расчисток, канав) в верхних частях каменных россыпей.
Обломочно-делювиальный метод успешно применяется в горнотаежных районах в комплексе со специализированными геологическими съемками. С его помощью обнаруживаются коренные выходы многих рудных и нерудных полезных ископаемых, устойчивых в зоне гипергенеза, зоны окварцованных и метасоматически измененных пород.
4. Шлиховые
Сущность методов заключается в систематическом шлиховом опробовании рыхлых отложений для выявления и оконтуривания в них механических ореолов и потоков рассеяния полезных минералов.
Шлихами называются концентраты, представляющие мелкую фракцию тяжелых минералов, которые остаются после промывки отбираемых проб. Шлихи могут быть получены и в результате промывки искусственно измельченных горных пород и минеральных образований.
Шлиховой метод издавна применяется для поисков определенной группы полезных минералов, обладающих большой плотностью,
150
Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»