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

Рис. 3. Гнезда руды в минерализованной породе (разрез)

Рис. 4. Строение пласта полезного ископаемого (в разрезе)

1 — пачки и слои полезного ископаемого; 2 — прослои породы

Рис. 5 Жилы

а — простая; б — сложная. Точками покрыта площадь измененных околожильных вмещающих пород.

41

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

Рис. 6. Пластовая сводовая залежь нефти и газа. По И. Броду

1 — пески; 2 — глины; 3 — нефтеносные пески

Рис. 8. Линзовидные залежи нефти или газа в пластах выклинивающихся песков среди сланцев. По И. Броду.

42

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

ЛЕКЦИЯ № 5

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Месторождения полезных ископаемых формируются в процессе дифференциации минеральных масс при их круговороте в осадочном, магматическом и метаморфическом циклах образования горных пород и геологических структур. В соответствии с этим все месторождения полезных ископаемых разделяются на три крупные серии: седиментогенную, магматогенную и метаморфогенную.

СЕРИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Седиментогенные, или поверхностные, гипергенные, или экзогенные, месторождения полезных ископаемых по условиям своего образования связаны с геохимическими процессами, протекавшими в прошлом и развивающимися в настоящее время на поверхности и в приповерхностной зоне Земли. Местом накопления минерального вещества служат: 1) поверхность планеты; 2) ее тонкая приповерхностная пленка, распространяющаяся до уровня грунтовых вод; 3) дно болот, рек, озер, морей и океанов. Седиментогенные месторождения формируются вследствие химической, биохимической ив меньшей степени механической дифференциации минеральных веществ, обусловленной в конечном счете внешней энергией Земли, основным источником которой является Солнце. Они образуются в результате изменения сформированных на глубине и выведенных к поверхности Земли массивов горных пород и залежей полезных ископаемых, а также вследствие концентрации новых масс минерального сырья при осадкообразовании. Дополнительным источником вещества может служить подводный и прибрежный вулканизм.

Изменение ранее создавшихся комплексов горных пород и глубинных месторождений происходит в зоне окисления, обусловлено химическим выветриванием и связано с образованием коры выветривания. В коре выветривания могут формироваться два типа месторождений: остаточные и инфильтрационные. Остаточные месторождения возникают в обстановке водяно-воздушного окисления приповерхностной части земли вследствие выноса растворимых минеральных соединений и накопления труднорастворимого остатка, представляющего промышленную ценность. Инфильтрационные месторождения формируются при вторичном осаждении ценных растворенных веществ в нижней части зоны окисления и непосредственно ниже нее.

При физическом выветривании и связанном с ним механическом разрушении тел некоторых полезных ископаемых, в состав которых входят прочные и химически устойчивые минералы, образуются различные россыпные месторождения, или россыпи.

43

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

При химической, биохимической, механической и вулканогенной дифференциации минерального вещества в процессе накопления толщ осадочных пород возникают осадочные месторождения различных полезных ископаемых.

Таким образом, экзогенную серию составляют три группы месторождений: коры выветривания, россыпи и осадочные.

Магматогенные, или глубинные, гипогенные, или эндогенные, месторождения полезных ископаемых по условиям своего образования связаны с геохимическими процессами глубинных частей земной коры и более глубоких сфер. Местом их локализации служат глубинные геологические структуры, определяющие условия накопления минерального вещества, морфологию и строение тел полезных ископаемых. Эти месторождения создаются под воздействием внутренней энергии Земли в связи с магматическими процессами коры и более глубоких частей планеты.

Среди них выделяются магматические залежи полезных ископаемых, образовавшиеся при застывании тех фракций магматических расплавов, в которых сконцентрировались ценные минеральные соединения. Обособляются также своеобразные пегматитовые месторождения, представляющие собой застывшие на месте или выжатые в породы кровли остаточные магматические расплавы, подвергшиеся метасоматическому воздействию горячих минерализованных газо-жидких растворов магматогенного происхождения. В последнее время намечена группа карбонатиговых месторождений, связанных исключительно с ультраосновными щелочными интрузиями центрального типа. Выделены также контактово-метасоматические, или скарновые, месторождения, возникшие вследствие метасоматоза в области разогретых контактов остывающих массивов силикатных магматических пород и примыкающих к ним карбонатсодержащих осадочных или эффузивно-осадочных толщ. Представляется целесообразным наметить специфические альбититовые и связанные с ними грейзеновые месторождения, возникшие в апикальных частях массивов кислых и щелочных пород.

К магматогенным принадлежат гидротермальные месторождения, созданные в глубинах земной коры при отложении минерального вещества горячими газоводными растворами. Наконец, в настоящее время имеются основания выделить колчеданные месторождения, формировавшиеся в связи с вулканическими процессами ранней стадии геосинклинального режима.

Таким образом, эндогенную серию составляют семь групп месторождений: магматические, пегматитовые, карбонатитовые, скарновые, альбитито-грейзеновые, гидротермальные и колчеданные.

Метаморфогенные месторождения полезных ископаемых формировались при интенсивном преобразовании горных пород на значительной глубине от поверхности Земли. В этих условиях могли возникать новые метаморфические месторождения и глубоко изменяться старые с образованием метаморфизованных месторождений. Таким образом,

44

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

метаморфогенную серию составляют две группы месторождений: метаморфические и метаморфизованные.

Сводная генетическая классификация месторождений полезных ископаемых, принятая в данном курсе, приведена в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что все полезные ископаемые разделяются на серии, серии — на группы, группы — на классы, иногда подклассы. Классы и подклассы в свою очередь могут подразделяться по минеральному составу на формации, представляющие собой наиболее дробную единицу классификации месторождений полезных ископаемых.

Большинство месторождении формировалось длительное время, иногда со сменой характера преобразования и накопления минерального вещества, в связи с чем местами приходится выделять сложные по генезису залежи полезных ископаемых, созданные в результате последовательно менявшихся процессов минералонакопления.

В природе не всегда существуют резкие границы между разными процессами образования месторождений полезных ископаемых. Поэтому, кроме вышеперечисленных основных генетических групп полезных ископаемых, выделяются переходные типы месторождений, занимающие промежуточное положение между основными.

Залежи полезных ископаемых всех трех серий — осадочной, магматогенной и метаморфогенной — могли быть сформированы синхронно с вмещающими их породами и тогда они называются сингенетичными. Если они образованы вследствие тех или иных геологических процессов в пределах ранее созданных горных пород, они называются эпигенетичными.

Определенным формациям горных пород свойственны соответствующие группы месторождений полезных ископаемых.

Формацией называется комплекс парагенетически связанных горных пород магматического, осадочного или метаморфического происхождения и ассоциированных с ним месторождений полезных ископаемых, обусловленных единством происхождения в определенных струк-турно- фациальных геологических условиях. Нижеприведенная краткая характеристика формаций магматических пород приведена с учетом работ Ю. Билибина, Ю. Кузнецова и других; перечень формаций осадочных пород соответствует данным В. Белоусова, Н. Щатского и Л. Рухина.

Металлогенией, или минерагенией, называется направление геологических исследований, изучающее закономерности пространственного формирования и размещения полезных ископаемых в земной коре в связи с историей ее геологического развития.

Условия образования месторождений полезных ископаемых, их минерагения различны для геосинклиналей и платформ.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГЕОСИНКЛИНАЛЕЙ

На всем протяжении развития мобильных геосинклиналей и при их постепенном превращении в относительно стабильные складчатые

45

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

Провинции формируются эндогенные и экзогенные месторождения полезных ископаемых. Однако условия образования различных групп месторождений существенно отличаются на разных стадиях превращения геосинклиналей в складчатые области. В истории формирования складчатых областей на месте геосинклиналей Ф. Штилле, А. Архангельской и другие выделяют три главные стадии: раннюю, среднюю и позднюю.

Эволюцию магматизма и металлогении этих стадии наиболее глубоко исследовал Ю. Билибин.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПЛАТФОРМ

На Земле известно восемь древних, допалеозойских платформ: Европейская, Сибирская, Северо-Американская, Бразильская (Южно-Амери- канская), Африканская, Индийская, Китайская и Австралийская. В их строении различают три комплекса пород с соответствующими им группами месторождений полезных ископаемых: 1) основание, или нижний метаморфический ярус; 2) изверженные породы платформенного этапа; 3) чехол, или верхний ярус платформенных осадочных пород.

Нижний метаморфический ярус особенно отчетливо проявлен в щитах, представляющих собой крупные антеклизы, в пределах которых породы платформенного основания выдвинуты к поверхности земли. Метаморфические комплексы пород нижнего яруса и связанные с ними месторождения полезных ископаемых принадлежат архейской, протерозойской и рифейской эрам, охватывающим грандиозный интервал формирования земной коры — от 3500 до 650 млн. лет до н. э., что составляет три четверти времени, ушедшего на образование каменного панциря планеты. В архейскую эру преобладали палингенные магматические процессы, неблагоприятные для образования как магматогенных, так и осадочных полезных ископаемых. Поэтому для нее известны довольно редкие, преимущественно метаморфогенные месторождения железных и марганцовых руд, силлиманитовых, гранатовых и им подобных сланцев. Для протерозойской и особенно для рифейской эры ход формирования складчатых провинций на месте древнейших допалеозойских геосинклиналей близок к вышеописанным стадиям превращения пострифейских геосинклиналей в складчатые области палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Сформированные в это время месторождения полезных ископаемых имеют ту же природу, однако выявляемую с большим трудом из-за обычно высокой степени метаморфизма. Некоторая специфика этих древнейших образований будет рассмотрена в главе семнадцатой при характеристике металлогении.

Изверженные породы платформенного этапа развития образовали достаточно своеобразные группы месторождений полезных ископаемых. На площадях некоторых платформ в послепротерозойское или даже в послерифейское время имели место значительные тектонические деформации, магматические процессы и обусловленное ими оруденение. По степени такой пострифейской тектонической, магматической и металлогени-ческой активизации древние платформы могут быть разделены на четыре группы: 1)

46

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

интенсивно активизированные, 2) активизированные, 3) слабо активизированные, 4) неактивизированные.

Интенсивно активизированные платформы довольно редки. К ним относится восточная часть Китайской платформы, сильно деформированная и проплавленная гранитными интрузиями вследствие энергичных иеншанских тектонических движений в конце юры и в начале нижнего мела. С этими платформенными иеншанскими гранитами связаны гидротермальные месторождения руд олова, вольфрама, свинца и цинка.

Активизированные платформы встречаются чаще. К ним принадлежат Балтийский щит Европейской платформы, Сибирская и Африканская платформы. Эти платформы в послерифейское время раскалывались глубокими разломами, по которым внедрялись магмы разного состава и формировались ассоциированные с ними эндогенные месторождения платформенного периода. Магматизм и рудообразование таких активизированных платформ различны для областей их поднятий и прогибов. В областях прогибов с платформенным основанием, перекрытым слоистыми толщами синеклиз или грабенов, происходили внедрения по преимуществу габброидных пород. С наиболее дифференцированными массивами этих пород связаны магматические сульфидные медно-никелевые месторождения, скарновые и гидротермальные месторождения железной руды. В областях воздыманий активизированных платформенных оснований преобладали кислые интрузии иногда с повышенной основностью и щелочностью. Этим интрузиям свойственны магматические месторождения фосфора, танталониобиевых и редкоземельных руд, а также в меньшей степени гидротермальные месторождения золота, иногда свинц;] и цинка. Вдоль стыка областей платформенного прогибания и воздымания. а также по окраинам платформ, обычно по крупным разломам, внедрялись производные перидотитовой магмы, представленные алмазоносными кимберлитами и ультраосновными щелочными интрузивными комплексам» центрального типа с карбонатитами.

Слабоактивизированные платформы представлены южной частью Северо-Американской платформы. Здесь нет извер женных пород, но о металлогенической активизации основания этой платформы свидетельствуют распространенные в палеозойских порода л осадочного чехла известные свинцово-цинковые месторождения долины рек Миссисипи и Миссури, которые многими геологами рассматриваются как телемагматические образования.

Неактивизированные платформы представлены центральной и южной частями Европейской платформы, а также значительной площадью Бразильской и Австралийской платформ (с кайнозойскими базальтами Австралии не связано никакое оруденение). В их пределах не обнаружено эндогенных месторождений платформенного периода.

Верхний ярус платформенных чехлов, сложенных сравнительно маломощными и слабодислоцированными осадочными, реже эффузивно-

47

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

осадочными породами, характеризуется серией континентальных формаций

исвойственных им месторождений полезных ископаемых. Среди таких формаций выделяются: песчано-глинистая, битуминозная, кварц-песчаная, карбонатная.

Песчано-глинистая формация широко распространена на платформах; с ней связаны месторождения углей, огнеупорных глин, бокситов, железных и марганцовых руд.

Битуминозная формация сложена в основном углеводородсодержащими черными сланцами, переходящими местами в горючие сланцы

инефтематеринские породы.

Кварц-песчаная формация сложена толщами кварцевых песков однообразного состава; местами она переходит в кварц-глауконит- фосфоритовую субформацию; с ней связаны месторождения кварцевых песков, глауконита и желваковых фосфоритов.

Карбонатная формация сложена преимущественно чистыми или доломитизированными известняками, переходящими местами в гипсдоломитовую субформацию; с ней связаны месторождения известняков, доломитов, мергелей и гипсов.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ОКЕАНОВ

В настоящее время со дна морей и океанов добывается значительное количество нефти, природного газа, алмазов и других драгоценных камней, золота, платины, меди, кобальта, никеля, редких металлов, марганца, железа и др., а также строительных материалов. Однако освоение подводных богатств еще только начинается. Интенсивно изучаются геология, закономерности пространственного распределения, поисковые признаки месторождений полезных ископаемых, а также разрабатываются методы и технические средства поисков, разведки и промышленного освоения месторождений. Эти месторождения с некоторой условностью целесообразно разделить на следующие группы:

—прибрежно-морские;

—месторождения, расположенные в недрах земли, на территории, занятой морями и океанами;

—глубоководные месторождения морского дна.

Прибрежно-морские месторождения представлены россыпями химически устойчивых тяжелых минералов: рутила, циркона, ильменита, монацита, платиноидов, золота, касситерита, алмаза и др.

Выделяются три группы минералов, отличающихся по условиям переноса, отложения и особенностям пространственного размещения.

К первой группе относятся тяжелые минералы, характеризующиеся низкой миграционной способностью. Это золото, платиноиды, касситерит и др., имеющие плотность выше 7 г/см3 и сравнительно небольшую механическую устойчивость. Россыпи этих минералов расположены не далее 20—30 км от коренного источника.

48

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

Вторую группу составляют механически устойчивые минералы с плотностью 4—7 г/см3: магнетит, хромит, монацит, циркон, ильменит, рутил; они могут располагаться в десятках и даже сотнях километров от коренного источника.

К третьей группе относятся особенно механически устойчивые минералы с плотностью ниже 4 г/см3: алмаз, сапфир, рубин, шпинель и т. п. Скопления таких минералов могут находиться на расстоянии многих сотен километров от коренного источника.

Пространственное положение прибрежно-морских россыпей определяется также геологическими, геоморфологическими и гидродинамическими факторами.

При изучении геологической обстановки важно установить источники сноса полезных минералов, степень их перспективности, особенности неотектонических движений, климатические условия и т. п.

Геоморфологические условия во многом определяют морфологию россыпей и их строение. Поэтому необходимо выяснять геоморфологические особенности прилегающей к акватории суши и прибрежной зоны, а также характер подводных форм рельефа.

Большое значение в формировании, размещении и динамике приб- режно-морских россыпей имеют гидродинамические условия, в частности, особенности и режим морских течений, характер и степень волнений и т. п.

Поиски таких месторождений начинаются с геологического и геоморфологического изучения прилегающей к акватории суши. Эти исследования выполняются обычными наземными способами; выявляются и используются изложенные выше поисковые предпосылки и признаки. Важное значение при этом имеет аэрофотосъемка, с помощью которой могут быть изучены не только формы рельефа суши, но и поверхность мелководной прибрежной части (при благоприятных условиях до глубины 20 м).

Ведущим методом поисков является шлиховая съемка. Прежде всего опробуются места скопления шлиховых минералов в прибрежной части суши: русла, долины, террасы рек, ручьев, а также морские террасы, пляжи и др. Эти исследования наряду с геологическими, геоморфологическими и гидродинамическими материалами дают возможность составить обоснованный прогноз о возможном наличии и даже о масштабе прибрежных и подводных россыпных месторождений.

Шлиховое опробование подводных прибрежных отложений вначале осуществляется с помощью легких технических средств: дночерпателей, всасывающих и комбинированных пробоотборников и др. При благоприятных условиях проходка скважин с целью поисков может выполняться со льда станками ударного или вращательного бурения. В случае положительных результатов опробования одновременно со сгущением сети скважин должны изучаться следующие важные вопросы: рельеф морского дна, состав, строение и мощность рыхлых отложений различного гранулометрического и минерального состава, характер рельефа коренных

49

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

пород и др. Эти задачи могут быть выполнены рациональным комплексом геофизических методов в сочетании с бурением скважин.

Врезультате выполнения перечисленных исследований дается перспективная оценка выявленных россыпных месторождений или рудопроявлений.

Месторождения, находящиеся в недрах под дном морей и океанов, могут быть представлены каустобиолитами (нефтью, газом, ископаемым углем), а также рудными и нерудными ископаемыми. Поиски таких месторождений значительно осложняются по сравнению с сухопутными поисками. Наличие водного покрова и недоступность непосредственного изучения земной поверхности во многом осложняют применение технических средств и выдвигают новые методические задачи.

Наряду с бурением скважин особенно большая роль в этих условиях принадлежит геофизическим методам: сейсмометрии, магнитометрии, гравиметрии, радиометрии и электрометрии. Однако одним из ведущих следует считать метод звуковой геолокации. Наиболее широко метод звуковой геолокации применяется на акваториях для непрерывного изучения разреза донных отложений и подстилающих коренных пород. С помощью геолокацнонной аппаратуры закартированы многие подводные нефтегазоносные, солянокуиольные структуры Северного и Каспийского морей и шельфа японских островов. Имеется опыт поисков методом геолокации подводных залежей каменного угля, железных руд, и касситеритовых россыпей, а также песчано-гравийных залежей. При этом объем поискового бурения сокращается в несколько раз.

Изучение и освоение глубоководных месторождений, представленных железистыми, марганцевыми конкрециями^ отложениями желтых, красных, синих глин, содержащими сульфиды меди, цинка, а также золото и серебро (Красное море, Атлантический океан и др.). только еще начинается.

Внастоящее время осуществляются мелкомасштабные исследования геологического строения дна океанов с помощью таких кораблей, как «Витязь», «Дмитрий Менделеев», «Гломар Челленджер» и др., создаются подводные станции типа «Черномор» и др. Эти исследования проводятся с помощью геофизических и геохимических методов, эхолотов, подводного фотографирования и т.д.

50

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