Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Факультет - заочно-дистанционной формы обучения

Кафедра - геофизики и геологии

Конспек лекций

по дисциплине Геохимия

Понятие и принципы геохимических поисков

Т.В. Кряжева

2010

Т.В. Кряжева, И.А. Марченко Конспект лекций по дисциплине "Геохимия" для студентов специальности 5В070600 "Геология и разведка месторождений полезных ископаемых". Караганда: КарГТУ 2010.21 с.

Конспект лекций составлен в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины "Геохимия" и включает в себя все необходимые сведения по выполнению тем практических работ.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В070600 "Геология и разведка месторождений полезных ископаемых" всех форм высшего образования

Рецензент - член Редакционно-издательского совета КарГТУ Низаметдинов Ф.К., проф., д. т. н.

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

© Карагандинский государственный технический университет, 2010

Тема 1. Общие понятия и принципы геохимических поисков. Геохимическое поле и его параметры. Локальные аномалии. Геохимические съемки и объекты поисков. Геохимические ландшафты. Геохимические поиски и оценка их эффективности (2 часа)

План лекции

1. Предмет исследований при геохимических поисках

2. Геохимическое поле и его локальные аномалии

3. Геохимические съемки и объекты поисков

Предмет исследований при геохимических поисках является геохимическое поле и его локальные аномалии, в частном случае - МПИ

Основные положения геохимии - (прямой метод выявления концентраций - геохимические поиски): повсеместное распространение химических элементов во всех геосферах; непрерывная миграция (перемещение) элементов во времени и пространстве; преобладание рассеянного состояния элементов над концентрированным, особенно для рудообразующих элементов; многообразие видов и форм существования элементов в природе

Основной химический состав геосфер

Геосферы	Главнейшие элементы	Число хим. элементов	Сумма кларков, %
Литосфера	O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti	9	99.48
Гидросфера	O, H, Cl, Na, Mg	5	99.58
Атмосфера	N, O, Ar	3	99.94
Биосфера	O, C, H, Ca, K, N, Si, Mg, P, S	10	99.96

геохимический поиск рассеяние месторождение

Соотношение между рассеянным и концентрированным состоянием элементов

Хим. элемент	Рассеянное состояние	Концентрированное состояние	Кларк концентрации Кк=Ср/Ск
	Геосфера	Ск, %	Объект	Ср, %
Fe	литосфера	4,65	Рудное тело	45,0	10
Cu	Литосфера	4,7*10-3	Рудное тело	1,0	200
Pb	Литосфера	1,6*10-3	Рудное тело	1,5	1000
Hg	Литосфера	8,3*10-6	Рудное тело	0,2	24000
Br	Гидросфера	6,5*10-3	Мин воды	0,4	60
He	Атмосфера	5,2*10-4	Газов залежь	1,0	2000
H	литосфера	0,1	Нефт залежь	12,0	120

Геохимическим поле - геологическое пространство, охарактеризованное цифрами содержаний химического элемента. Для изучения геохимического поля производятся измерения содержаний химических элементов путем геохимического опробования.

По результатам измерений геохимического поля составляются карты и разрезы в изоконцентрациях или строятся графики по линиям опробования.

Рассеянное состояние элементов - это их естественное, нормальное состояние близкое к кларкам, концентрированное состояние - отклонение от нормы или аномальное состояние. Залежи полезных ископаемых являются частными случаями природных геохимических аномалий, общее число которых существенно превышает число промышленных месторождений.

Задача поисков рудных месторождений геохимическими методами решается поиском геохимических аномалий.

Результаты геохимического опробования горных пород позволяют определить фоновые значения элемента или его геохимические аномалии.

Среди отклонений от общего уровня содержаний химического элемента по профилю опробования следует различать: явные аномалии - примерами такого рода содержания меди 0,3 %, свинца 0,1 или 0,5 %, серебра 200 г/т и т. п; слабые геохимические аномалии - отклонения от фона, если они превышают амплитуду собственных колебаний местного фона.

Зона повышенных содержаний рудных или сопутствующих элементов в околорудных (коренных) породах, образованная одновременно с рудным телом в результате процессов эндогенного, экзогенного (первично-осадочного) или метаморфогенного рудообразования называется первичным ореолом.

Верхние горизонты современной суши, в которых протекают процессы выветривания и денудации, ведущие к разрушению и ликвидации ранее образовавшихся местных концентраций химических элементов, именуются полем рассеяния месторождений полезных ископаемых. Процессы, протекающие в поле рассеяния, могут сопровождаться образованием местных вторичных концентраций химических элементов.

Зоны повышенных (аномальных) содержаний ценных или сопутствующих элементов в окружающих природных образованиях, прилегающие к коренным залежам и обязанные своим происхождением гипергенной миграции химических элементов полезного ископаемого, называется вторичными ореолами рассеяния месторождений. Содержания химических элементов во вторичных ореолах рассеяния месторождений обычно характеризуются промежуточными значениями между высокими содержаниями в полезном ископаемом и низкими содержаниями, отвечающими местному геохимическому фону. Вторичный ореол рассеяния, повторяет форму выхода залежи и ее первичного ореола и часто превышая их по площади.

Области повышенных содержаний ценных или сопутствующих им элементов на путях твердого, растворимого (водного) или газообразного, поверхностного или подземного стока с суши, развивающиеся за счет вторичных ореолов рассеяния месторождений, называют потоками рассеяния.

Различают литохимические, гидрохимические, газовые и биогеохимические вторичные (гипергенные) ореолы и потоки рассеяния.

Обнаружение месторождений возможно путем геохимических поисков их первичных ореолов, вторичных ореолов и потоков рассеяния, поскольку первичные литохимические ореолы месторождений, их вторичные геохимические ореолы и потоки рассеяния более доступны для обнаружения, нежели залегающие на глубине залежи полезных ископаемых.

Геохимические съемки и объекты поисков

Исследования геохимического поля с целью поисков месторождений полезных ископаемых ведутся методами геохимических съемок. В основе их лежит систематическое измерение содержании химических элементов вдоль заранее выбранных направлений-профилей или маршрутов, которые образуют участок поисковой геохимической съемки, а выявленные при этом геохимические аномалии рассматриваются в качестве объектов, подлежащих оценке. В зависимости от опробуемого вещества, по наименованию исследуемых геосфер различают литохимические, гидрохимические, атмохимические (газовые) и биогеохимические методы поисков и одноименные им виды геохимических съемок.

При литохимических съемках опробуются горные породы на дневной поверхности, по горным выработкам или по скважинам, продукты современного или древнего выветривания горных пород и почвы.

При гидрохимических съемках в поисковых целях опробуются природные поверхностные и подземные воды.

Атмохимические съемки выполняются путем опробования подземной атмосферы (почвенного воздуха), реже исследуется состав приземной атмосферы.

Поисковые биогеохимические съемки обычно ведутся путем исследования химического состава растительности.

По условиям производства различают наземные (пешеходные и автомобильные), воздушные (самолетные и вертолетные) и подземные геохимические съемки. В составе подземных съемок следует различать погоризонтные литохимические съемки в рудниках, скважинные литохимические исследования по керну, геохимический каротаж по стенкам скважин и глубинные геохимические съемки, выполняемые в пределах заданной площади на постоянной глубине от поверхности (более 3 м) или на уровне постоянного геологического горизонта, с пробоотбором или путем погружения специальных датчиков.

По целевому назначению геохимические съемки делятся на рекогносцировочные; собственно поисковые; детальные (поисково-оценочные); разведочные (1: 1000 и крупнее) в пределах рудных полей разведываемых и эксплуатируемых промышленных месторождений. Производство геохимических съемок от мелкомасштабных к наиболее, детальным увязывается со стадиями единого геологоразведочного процесса.

Геохимические ландшафты: геохимические поиски месторождений ведутся на земной поверхности, в области сочленения литосферы с атмосферой и гидросферой, реже на значительной глубине от дневной поверхности. Методика геохимических поисков и оценка выявленных лито-, гидро-, атмо-, и биогеохимических аномалий определяются закономерностями гипергенной миграции элементов. Анализу этих процессов посвящено созданное Б.Б. Полыновым учение о геохимических ландшафтах.

Элементарные ландшафты - участки земной поверхности, характеризуемые единообразием условий гипергенной миграции химических элементов с однородными климатическими и геологическими условиями, с определенным типом рельефа, растительности и почвы.

Выделяются автономные (элювиальные) ланшафты плоских водоразделов с глубоким залеганием водоносного горизонта, трансэлювиальные (элювио-делювиальные) ландшафты горных склонов и супераквальные (надводные) элементарные ландшафты, характеризуемые близким к поверхности залеганием грунтовых вод. Парагенетическая ассоциация элементарных ландшафтов, образует местный геохимический ландшафт.

Классификация геохимических ландшафтов построена на биоклиматической основе. Выделяется 4 группы геохимических ландшафтов, в соответствии с особенностями биологического круговорота воздушных мигрантов (С, О, Н, N):

1) лесные;

2) луговые и степные: 3) тундровые;

4) примитивно-пустынные. В каждой из этих групп выделяются различные типы геохимических ландшафтов, определяемые составом типоморфных элементов и ионов водной миграции (Са, Мg, Nа, С1, S, НСОз и т.д.).

При классификации ландшафтов по составу макрокомпонентов минерализации природных вод выделяются 4 класса:

1) сильнокислые с рН<3;

2) кислые и слабокислые с рН от 3,5 до 6,5;

3) нейтральные и слабощелочные с рН от 6,5 до 8,5;

4) сильнощелочные с рН>8,5.

Участки, где происходит резкое уменьшение интенсивности миграции элементов, сопровождаемое их концентрированием, именуются геохимическими барьерами, на которых осаждаются элементы с контрастной миграционной способностью. Соответственно этому различают следующие главнейшие типы гипергенных геохимических барьеров:

1) испарительный (В, Sr, Р, иногда Мо);

2) гравитационный (Аu, Рt, Sn, W, Nb, Та, Тi и др.);

3) восстановительный (Мо, U, Se);

4) кислородный (Fе, Мn);

5) щелочной (Сu);

6) адсорбционный (Сu, Zn, РЬ, U, Мо и др.).

Анализ ландшафтных условий приобретает первостепенное значение при наземных литохимических съемках в закрытых рудных районах.

Ландшафтно-геохимическое районирование территорий проводится в разном масштабе в зависимости от решаемых задач и весьма важно для обоснования методики геохимических поисков рудных месторождений. Вторичные литохимические ореолы и потоки рассеяния рудных месторождений отчетливо проявлены на современной дневной поверхности. Количественным выражением суммы ландшафтно-геохимических условий, характеризующим поведение того или иного рудного элемента, являются местные величины коэффициента продуктивности. Местные значения этих коэффициентов дополняют описания ландшафтов.

Тема 2 Литохимические потоки рассеяния. Твердый и растворимый сток с суши. Уравнения идеального потока рассеяния. Формирование реальных потоков рассеяния (4 часа)

План лекции

1. Литохимические потоки рассеяния.

2. Твердый и растворимый сток с суши.

3. Уравнения идеального потока рассеяния. Формирование реальных потоков рассеяния

Литохимические потоки рассеяния. Часть земной коры, образующая сушу, во все периоды геологической истории Земли являлась ареной развития взаимосвязанных процессов выветривания, денудации и сноса терригенного материал, формируя гипергенное поле рассеяния полезных ископаемых. Эти процессы определяют развитие важнейших для практики поисков вторичных литохимических ореолов и потоков рассеяния месторождений.

Факторы, влияющие на формирование гипергенного поля: внутренние силы - тектонические движения и внешние силы - определяющие расчленение и разрушение возвышенных участков земной поверхности, перенос разрушенного вещества и отложение его во впадинах. Ведущая роль в переносе вещества принадлежит рекам, меньше - ветру и подчиненное значение имеет деятельность современных ледников, осыпи, камнепады и каменные потоки, в приполярных районах специфическое значение приобретает солифлюкция.

Образование литохимических потоков рассеяния месторождений полезных ископаемых протекает на поверхности суши за - счет живой силы и - растворяющей способности воды в результате закономерного перемещения продуктов выветривания силами гравитации в сторону понижения рельефа и в зону осадконакопления - растворимый сток.

Преобладание литохимических форм рассеяния рудных элементов и подчиненная роль гидрохимических процессов особенно отчетливо проявляются при формировании потоков рассеяния большинства рудных месторождений и в большинстве районов.

Распределение химических элементов между растворимой и твердой фазой стока характеризуют их коэффициенты водной миграции и талассофильности. Кроме кислорода и водорода кларки океанической воды превышают кларки литосферы только по трем элементам - С1, S и Вr. Все остальные элементы не проявляют способности к накоплению в гидросфере и основные их количества сосредоточены в продуктах твердого стока.

В аллювиальном потоке рассеяния, так же как по периферии элювио-делювиального ореола рудного месторождения, преобладание литохимических форм рассеяния определяется следующими факторами:

1) направленностью обменных химических реакций в водной среде в сторону образования наиболее труднорастворимых и слабодиссоцинрующих соединений;

2) выпадением из раствора гидроксидов большинства тяжелых металлов уже при значениях рН<5,5, в то время как воды ручьев и рек горных районов имеют обычные значения рН >7;

3) сорбцией катионов металлов минеральными и органическими коллоидами тонкодисперсных илисто-глинистых фракций аллювия.

Старейшим методом исследования механических потоков рассеяния в поисковых целях является шлиховая съемка. Однако применимость ее ограничена поисками месторождений, минералы которых по своей высокой плотности (>4 г/см³), а также химической и механической устойчивости способны к концентрации в шлихах. Это заставило, вслед за созданием методов литохимических поисков ореолов рассеяния рудных месторождений, обратиться к разработке методики поисков потоков рассеяния тех месторождений цветных и редких металлов, минералы которых не принадлежат к типично шлиховым (Сu, Ni, Со, Аu, Рb, Аs, Zn, Мо, и и др.). Общее соотношение между суммой влекомых и взвешенных наносов рек и стокам растворенных веществ для горных стран оценивается им цифрами 7,66: 1,0. Преобладает растворимый сток только в равнинных реках (Нева, Волга, нижнее течение Лены и др.), в районах которых поиски рудных месторождений по их потокам рассеяния не проводятся. В целом механическая и химическая денудация максимальны в районах гумидного климата со средней годовой температурой выше +10°С и прямым образом зависит от степени расчлененности рельефа и тектонической активности района. При этом у горных рек в ряде случаев механический транспорт рек, Мn, Р и малых элементов (V, Сr, Ni, Со, Сu и др.) вообще становится единственно значимой формой переноса.

Уравнение идеального потока рассеяния. Характеристики идеального потока рассеяния

Интервал значение х	Содержание металла в потоке рассеяния C ??x	Продуктивность потока рассеяния P ??x = Sx (C ??x = C ??ц)
I 0<x?R0	C ??x = C ??ц фоновое	P ??x = 0
II R0?x?R		P ??x - возрастает
III x ? R	C ??x = P / Sx + C ??ц (аномальное - убывает, асимптотически приближаясь к фону)	P ??x k P =const

В русле ручья различаются три интервала:

первый, расположенный выше точки Rо, в которой рудный материал из ореола рассеяния не поступает,

второй, между точками Rо и R, на протяжении которого сносимый в русло с левого склона "ореольный" элювио-делювий определяет появление аномальных содержаний металла в аллювии и

третий, ниже точки R, на котором этот аллювий пополняется только материалом, сносимым с обоих безрудных склонов, в результате чего аномальные содержания металла постепенно падают.

Если относительная величина общего стока элементов породообразующих минералов превышает относительный сток рудного элемента по сравнению с их соотношениями в элювио-делювии, аллювий обогащается рудным элементом и объем его стока пропорционально возрастает. Уровень содержаний металла в аллювии С_x¹, на котором достигается динамическое равновесие между его приходом и расходом, определяет величину k¹>1,0. Если вследствие малой плотности, способности к переизмельчению или высокой растворимости рудных минералов, общий сток рудного элемента опережает сток петрогенных элементов, местный коэффициент пропорциональности приобретает значение k'<1,0.

Продуктивность потока рассеяния в III интервале русла теоретически остается постоянной с общей тенденцией к убыванию в реальных потоках рассеяния.

Потоки рассеяния, связанные с обширным по площади рудным участком, могут развиваться в нескольких смежных руслах. Общую продуктивность такой группы потоков рассеяния определит сумма продуктивностей независимых потоков с учетом последовательного слияния русел со значениями Р_x¹=соns. Показатель

характеризует уже не отдельное русло, а конкретный геологический объект - рудное месторождение, образовавшее потоки рассеяния в т смежных руслах.

Оценкой нового объекта при поисковых работах служат цифры прогнозных ресурсов металла Q'н, подсчитанные на целесообразную глубину. Такие подсчеты допустимы только после геологического осмотра участка на местности, в результате которого устанавливаются генетический тип и условия залегания выявленного оруденения. В основу оценки прогнозных ресурсов металла по геохимическим данным положена пропорциональная зависимость между продуктивностью коренного оруденения Р_р и продуктивностью литохимических ореолов и потоков рассеяния (Р; ?Р_i,' м²⁰%). Для относительно крутопадающих (не горизонтальных) рудных залежей это позволяет оценку Рр распространить до обоснованно выбранной глубины Н согласно зависимости

(3)

где k¹ и k <>1,0-местные коэффициенты пропорциональности, определяемые из опыта работ. Деление на 40 отвечает переходу от квадратных метропроцентов к тоннам металла.

При формировании литохимических потоков рассеяния русло реки является не только областью перемешивания и транспорта рыхлого материала, но и временным базисом денудации, т.е. областью его отложения. При этом в местном аллювии преувеличенную роль играет материал ближайших склонов.

Степень отличия опробуемых отложений от состава природной средней пробы всего бассейна денудации зависит от множества причин. Степень влияния которых на формирование потока рассеяния, можно оценить при помощи коэффициента, отражающего всю сумму действующих факторов. В данном случае это безразмерный коэффициент б = 1,0, характеризующий кратность участия в аллювии материала ближайших склонов по сравнению с его ожидаемой долей в составе природной пробы. В дальнейшем будем именовать б' "склоновым коэффициентом аллювия".

⁽⁴⁾

(5)

Зависимости (4) и (5) являются уравнениями реального литохимического потока рассеяния, соответственно для его II и III интервалов. На рис.2.2 изображены графики содержаний рудного элемента С_x' = f (S_x) и продуктивностей Р_х'=f (S_x,) потоков рассеяния для различных значений б'?1,0 при S_R0/S_R = 0.5 вычисленные по этим формулам. В данном случае максимальные значения кажущейся продуктивности в два раза превышают ее истинное значение. Истинную величину продуктивности литохимического потока рассеяния, не подчиняющегося условию Р_x'=соns, можно найти по максимальной величине кажущейся продуктивности Р'_max с помощью поправочного множителя л' зависящего от местного значения а' и соотношения между размерами площадей водосборов в точках начала S_R0 и конца S_R поступления металла со склона в русло.

Рис. 2.1 Графики истинной и кажущейся продуктивности потоков рассеяния. Стрелками показано направление стока

Для определения величины этого поправочного множителя л'<1,0 по найденному значению а' и конкретному соотношению между S_R0 и S_R составлена номограмма. Рассмотрение этой номограммы (рис.2.3) показывает, что при S_R0 =0 или а'=1 имеем л'=1,0 и соблюдается условие Рх=соns.

Рис. 2.2 Номограмма для оценки л' по значениям а' и S_R0/S_R

Рис.2.3 Расчетные графики кажущейся продуктивности потоков рассеяния при различных расстояниях между рудными объектами I и II при а'=1,0; 3,0 и 10. Стрелками показано направление стока

Тема 3. Вторичные литохимические ореолы рассеяния рудных месторождений, их классификация. Механический и солевой ореолы рассеяния. Уравнение остаточного рассеяния (4 часа)

План лекции

1. Вторичные литохимические ореолы рассеяния рудных месторождений, их классификация.

2. Механический и солевой ореолы рассеяния.

3. Уравнение остаточного рассеяния

Вторичные литохимические ореолы рассеяния рудных месторождений образуются в результате выветривания и денудации горных пород и руд.

1. Общая схема выветривания породообразующих минералов (алюмо - и ферросиликатов).

2. Выделяется четыре стадии выветривания:

Первая стадия характеризуется преобладающей ролью физических факторов, образуются крупные и мелкозернистые продукты механического распада массивных пород.

Вторая стадия - характеризуется щелочной реакцией среды за счет извлечения в раствор оснований при гидролизе минералов в результате окисления, гидратации, гидролиза и карбонатизации первичных минералов.

Третья стадия дальнейший вынос из КВ продуктов выветривания шелочных и щелочноземельных элементов, в условиях кислой среды.

Четвертая стадия - образование остаточной аллитовой КВ с накоплением окислов кремния, железа, алюминия.

Результат выветривания - образование в зоне гипергенеза коллоиднодисперсных образований

Коллоидно-дисперсные образования - образования с новыми свойствами (электрический заряд частиц, действие поверхностных свойств).

Наличие заряда позволяет сорбировать частицы с противоположным зарядом из окружающих растворов (глинистые и органические коллоиды, а также коллоиды кремнезема и оксида марганца сорбируют катионы металлов, а гидрооксиды железа и алюминия - положительно заряжены).

Выветривание и денудация взаимосвязаны между собой. Удаление продуктов денудации облегчает доступ к коренным породам. Продукты выветривания не удаленные с места разрушения затрудняют процессы выветривания. Время продолжительности выветривания элементарного слоя рыхлых образований рассчитывается по формуле:

Т= (h - z) / ?h

где: h - мощность продуктов выветривания

z - верхний горизонт рыхлой толщи

T - время, характеризующее продолжительность пребывания в зоне выветривания элементарного слоя рыхлых образований.

Верхний горизонт рыхлой толщи (z = 0), ранее других вступивший в зону выветривания, будет характеризоваться наибольшей продолжительностью времени участия в процессе

Т₀ = Т_max = h / ?h

Нижнему горизонту на глубине h (границе неизмененных пород) будет соответствовать Т_h = 0. При установившемся процессе наблюдаемая картина от времени не зависит и Т_z является параметром, характеризующим местные условия.

Можно приближенно оценить порядок времени Т₀ от начала выветривания произвольного слоя коренных пород до момента удаления его продуктов выветривания силами денудации. Исходя из средней мощности слоя денудации горного склона ?h = 0,25 мм в год и обычной для этих условий мощности глинистых образований h = 1,5 м, имеем

Т₀ = Т_max = h / ?h = 6000 лет.

Наличие на горных склонах фрагментарных и грубоскелетных почв указывает на высокую скорость денудации.

В результате выветривания и денудации образуется элювий (Э) (КВ), по вертикали постепенно переходит в коренную плотную породу.

Он отражает состав и характер первичных пород с теми изменениями, которые вносит химическое выветривание.

Перемещенные рыхлые продукты выветривания, перекрывающие коренные породы в пониженных участках - делювий (Д) (склоновые отложения).

Элювиально-делювиальные образования (Э-Д) - сочленеие элювия и делювия.

Э-Д - еще сохраняет связь с материнскими породами, тоесть отражает их состав выше по склону, и отражает скорость денудации (прямая зависимость). В разрезе Э-Д сменяется элювием, а затем переходит в плотную коренную породу.

Солифлюкция - образования в условиях вечной мерзлоты.

1. Классификация вторичных ореолов рассеяния.

Выветривание - создает, а денудация обновляет литохимические ореолы рассеяния.

Классификация по фазовому состоянию: механические, солевые, газовые.

Характеристика ореолов	Механические ореолы	Солевые ореолы	Газовые ореолы.
Форма минеральных компонентов	Твердые вещества	Растворенные или сложно связанные с породами воднорастворимые соединения	Газы, газообразные эманации, пары Pb, Zn, Sn и др. элементов в виде атомарного газа, в форме легких галоидных соед.
Факторы	Выветривание механич., денудация	Диффузия, капиллярный подъем, испарение мин. вод	Диффузия и эффузия газовых компонентов МПИ через толщу горных пород к дневной поверхности, радиоактивн распад
Горизонты развития	Э-Д, древние остаточные КВ	Э-Д, слепые рудные тела, первичные ореолы, биогеохим. ореолы	Э-Д, слепые рудные тела, первичные ореолы
Примеры местрождений	Россыпи Au, Pt, SnO2, Cr2O3	Медноколчеданные руды, плавиковый шпат	Радиоактивные руды, ртутные МПИ

2. Классификация по степени проявления.

Остаточные - вторичные ореолы, образованные в современном Э-Д или древней КВ за счет интервалов рудного тела или его первичного ореола, существующих в профиле коренных пород до выветривания.

Наложенные ореолы - в их контурах до развития вторичных процессов рассеяния первичная рудная минерализация отсутствовала. Их главная особенность - это пропорциональность их линейной (М) и площадной (Р) продуктивности тем же параметрам исходного коренного оруденения.

3. Классификация по признаку доступности для обнаружения:

открытые, выходящие на современную поверхность;

закрытые ореолы (может иметь временный характер, т.е. невозможность распознать его имеющимися средствами).

4. В Инструкции по геохимическим поискам рудных месторождений в качестве наиболее важных обсуждаются 13 типов вторичных ореолов рассеяния.

Тема 4. Параметры вторичного ореола рассеяния. Смещения и деформации ореолов. Наложенные ореолы. Взаимоотношение ореолов и потоков рассеяния. Решение прямых и обратных задач (4 часа)

План лекции

1. Смещения и деформации ореолов. Наложенные ореолы.

2. Взаимоотношение ореолов и потоков рассеяния.

3. Решение прямых и обратных задач

Смещение и деформация ореолов

Положение центральной точки вторичного литохимического ореола рассеяния С_мах совпадает с эпицентром выхода оруденения на поверхность коренных пород при вертикальном его падении и горизонтальной дневной поверхности (см. рисунки 4.1 - 4.3). В остальных случаях центральная точка ореола смещается относительно эпицентра оруденения на расстояние, зависящее от элементов его залегания, рельефа местности, мощности рыхлых образований, глубины опробования и ряда других причин. В простейшем случае, когда выветривание протекает без изменения объема исходной горной породы, рассеяние от эпицентра рудного тела до точки С_мах на поверхности определится из простой зависимости

S_в = h ctg в (4)

где в <90° - угол падения рудного тела.

При опробовании на некоторой глубине z ? h от дневной поверхности и выветривании с изменением объема выражение (4) приобретает вид

S_в = B (h - z) ctg в (5)

где В - коэффициент пропорциональности.

Если выветривание происходило с увеличением объема, ранее занимавшегося коренной горной породой, то B?1.0 при выветривании с уменьшением объема В>1,0; значение В=1,0 отвечает выветриванию при постоянном объеме.

При углах падения рудных тел в >45° и выветривании с увеличением объема (В<1), смещение центральных точек ореола по восстанию от проекции коренного выхода рудного тела S_в всегда будет < h и на практике им часто можно пренебрегать. При углах в<45° и выветривании с уменьшением объема смещение ореола по восстанию может достигать существенной величины S_в >>h.

Наибольшее уменьшение объема при выветривании свойственно карбонатным породам и изверженным породам основного состава. В обычных условиях умеренного климата выветривание гранитов протекает без изменения объема.

Рассчитанный согласно этому с учетом зависимости литохимический ореол рассеяния пологопадающего рудного тела показан на рис.4.1

Рис. 4.1 Вертикальный разрез и график остаточного ореола рассеяния при пологом падении рудного тела (выветривание без изменения объема, В=1). I - элювий; 2 - рудовмещающие породы; 3 - рудное тело; 4 - изоконцентраты элемента в условных единицах

Cмещение ореола в поверхностном слое элювио-делювия относительно проекции коренного выхода рудного тела на плоскость склона:

S_Ь0 = Ah² sin Ь (6)

где А - параметр, зависящий от местных условий;

На рис.4.2 показаны в изоконцентрациях металла вертикальные разрезы трех ореолов, рассчитанные для плоского склона, где хорошо видна постепенная деформация ореола по мере увеличения амплитуды смещения S_Ь0

Рыхлые элювио-делювиальные образования на горном склоне даже при самом незначительном уклоне местности находятся в состоянии медленного непрерывного движения к подножию склона, увлекают за собой развитые в них ореолы рассеяния, и положение центральных точек ореола оказывается смещенным к подножию склона от эпицентров рудных тел.

Рис.4.3 Разрезы остаточных ореолов-рассеяния (а. б и в) на склоне, соответственно, при различных смещениях: SЬ₀ = 0, SЬ₀ = 4/3h, SЬ₀ = 8/3h.

1 - элювио-делювий; 2 - рудовмещающие породы; З - рудное тело; 4 - изоконцентраты элемента в условных единицах

Зависимость (6) характеризует смещения остаточных ореолов рассеяния на склонах в пределах углов естественного откоса. Оно нарушается в условиях скального рельефа высокогорных районов, при наличии обвально-осыпных явлении, солифлюкционных террас и в районах, где наряду с плоскостной денудацией преобладает линейный снос, ведущий к образованию на склонах так называемых "деллей", или безрусловых ложбин стока. Так, например, при угле наклона местности Ь=12°, h=7,0 и Дh =0,2 мм/год, величина h^3/Дh - будет почти в 7000 раз больше того же показателя для крутого склона с углом Ь=37°, при h=0,5 м и Дh = 0,5 мм/год, в то время как sin Ь в этом интервале углов возрастает только в три раза. Это хорошо объясняет "парадокс крутых склонов" - отсутствие заметных смещений вторичных ореолов рассеяния на очень крутых, активно денудируемых горных склонах.

Малые величины А и h, даже при больших углах Ь, приводят в этих условиях только к ничтожным смещениям.

Вязко-пластическое перемещение ("дефлюкция") рыхлых образований приводит в нижней части склона к переходу остаточных ореолов рассеяния в погребенное состояние. В итоге помимо площади, занятой аллювиально-пролювиальными отложениями долин вдоль подножий склонов в полосе шириной SЬ₀, вторичные ореолы рассеяния даже в горных районах могут развиваться по типу закрытых (рис.4.4). Однако горным районам свойственно частое чередование интервалов открытых склонов с интервалами закрытых долин и подножий.

Рис.4.4 Вторичные остаточные ореолы рассеяния на горном склоне.

1 - алювий-делювий; 2-алювий; 3 - рудовмещающие породы; 4 - рудное тело; 5 - вторичный ореол рассеяния, пунктиром показана ось ореола. Интервалы склона: 1 - ореолы открытого типа; 2 - ореол закрытого типа.

Тема 5. Первичные ореолы рудных месторождений. Рудное тело и его первичный ореол. Параметры первичного ореола. Исследование зональности месторождения. Решение поисково-оценочных задач (4 часа)

План лекции

1. Первичные ореолы рудных месторождений.

2. Рудное тело и его первичный ореол.

3. Параметры первичного ореола.

4. Исследование зональности месторождения. Решение поисково-оценочных задач

Оценка первичных ореолов и прогноз скрытого оруденения.

Литохимические поиски по первичным ореолам ведутся на стадии детальных или разведочных работ, что определяет построение геохимических карт и разрезов в масштабах 1: 5000, 1: 2000,1: 1000, иногда крупнее. Объектами опробования являются горные выработки, буровые скважины, коренные породы в обнажениях. Шаг отбора во вмещающих породах обычно составляет 5-10 м со сгущением в рудной зоне до 1-2 м. Задача выявления слепых рудных тел при этом носит скорее прогнозно-оценочный, нежели поисковый, характер, позволяя в итоге сделать вывод о целесообразности дальнейшей разведки обнаруженных зон рудной минерализации или их отбраковки.

Наиболее простым и общепринятым изображением результатов анализа литохимических проб является построение графиков содержаний основных рудных элементов. В пределах нижнеаномальных значений определяются эффективные размеры первичного ореола. В случае площадного опробования распределение химических элементов целесообразно изображать в виде изолиний на планах или разрезах. Модуль при проведении изолиний следует брать постоянным - 1, 3, 10, 30, 100, 300, … или 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, … При очень контрастных геохимических аномалиях с интервалами богатых руд значения изолиний могут изменяться на порядок - 1, 10, 100, 1000 и т.д.

Важным параметром оруденения (литохимический аномалии) являются ее линейная продуктивность, т.е. количество металла (х. э.) М_{р. т} в метропроцентах.

Рудные геохимические аномалии и зоны непромышленной минерализации, соответствующие коренному оруденению различных генетических типов, достаточно сходны по набору химических элементов типоморфного комплекса. Их принадлежность к месторождению конкретного металла (золоторудные, оловорудные, медные, полиметаллические, ртутные и т.д.) устанавливаются, как правило, по резкому преобладанию содержаний основного рудного элемента в типоморфном комплексе. Для отнесения оруденения к какому-либо типу или подтипу месторождений данного металла необходимо рассматривать соотношения между содержаниями всех рудных элементов типоморфного комплекса.

При анализе закономерностей образования рудных месторождений, прогнозе оруденения на глубину и оценке геохимических аномалий важное место занимает изучение зональности распределения химических элементов, под которой понимается закономерное изменение в пространстве соотношений между элементами типоморфного комплекса данного месторождения.

Простейший способ обнаружения зональности оруденения - анализ изменения численных величин парных отношений между средними содержаниями (продуктивностями) элементов типоморфного комплекса на всем интервале "надрудный ореол - руда - подрудный ореол".

Значительная часть, а в некоторых случаях и все парные отношения между содержаниями (продуктивностями) элементов типоморфного комплекса изменяются в пределах рудной зоны не монотонно.

Это вызывает необходимость рассмотрения величин отношений между произведениями средних содержаний (продуктивностей) двух, трех или большого числа химических элементов. В зависимости от числа элементов, образующих числитель (или знаменатель) безразмерного показателя зональности н, их принято обозначать символами (), (), () и т.д. Геохимические показатели н, характеризующие отношения между содержаниями (продуктивностями) двух химических элементов, именуются показателями І порядка (например, , , и др.); четырех химических элементов - показателями ІІ порядка (, , и др.); шести - показателями ІІІ порядка (, , и др.) и т.д. с формальной стороны показатели старших порядков можно рассматривать как произведение соответствующего числа геохимических показателей І порядка. С геохимической точки зрения эти показатели имеют смысл величин групп элементов, образующих числитель и знаменатель, что следует из термодинамических зависимостей, установленных Н.И. Сафроновым. [5].

Возможное число отношений І, ІІ и ІІІ порядков прогрессивно растет с увеличением числа химических элементов, привлекаемых для исследования зональности. Огромное число геохимических показателей, подлежащих рассмотрению на трех - пяти и большом числе уровней месторождения или нескольких однотипных месторождений, показывает невозможность исследования без применения ЭВМ.

Геохимическая зональность рудных месторождений обусловлена различиями в миграционной способности (подвижности) химических элементов в процессах экзогенного и эндогенного рудообразования. Примерами зональности экзогенного рудообразования являются известные триады Страхова, характеризующие условия гумидного (Al-Fe-Mn) и аридного (Cu-Pb-Zn) литогенеза, а также последовательная смена селеновой минерализации урановой в месторождениях зоны пластового окисления; ряд зональности В. Эммонса для гидротермальных месторождений (снизу вверх) Sn-W-As-Bi-Au₁-Cu-Zn-Pb-Ag-Au₂-Sb-Hg.

Л.Н. Овчинников и С.В. Григорян [1] предложили обобщенный ряд вертикальной зональности отложения элементов: W-Be-As₁-Sn₁-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu-Au-Sn₂-Zn-Pb-Ag-Cd-Cu₂- (Hg,As_2,Sb) - Ba. Индексы 1 и 2 при символах химических элементов означают, что в зональном ряду эти элементы могут занимать различное положение в зависимости от минеральных форм. В частности As₁ отвечает нахождению мышьяка в форме арсенопирита, а As₂ - в виде более низкотемпературных аурипигмента или блеклых руд, в которых содержание мышьяка может достигать 20,8 %. Положение Sn₁ определяется отложением олова в форме касситерита, а Sn₂ - более низкотемпературного станина и т.д.

Вертикальная зональность гидротермальных месторождений осложняется склонением залежей, многостадийным характером рудоотложения, последующим преобразованием руд и вмещающих пород процессами метаморфизма и другими причинами. Последовательная смена минеральных ассоциаций связана прежде с падением температуры и давления гидротермальных растворов, что привело к созданию устойчивых геологических представлений о высокотемпературных, труднолетучих элементах (W, Be, Mo, Sn, Co и др.), о среднетемпературных (Cu, Zn, Pb и др.) и о низкотемпературных, легколетучих элементах (Ag, Sb, Hg и др.).

Выявление рядов зональности отложений элементов и отыскание отношений между их содержаниями, монотонно изменяющихся вдоль рудной зоны, составляет основные задачи исследования геохимической зональности рудных месторождений. Эти две задачи решаются современными компьюьерными программами при обработке данных систематического геохимического опробования исследуемых месторождений. Исследование зональности оруденения ведется не только по одному геологическому разрезу, а, как правило, оп нескольким разрезам (разведочным профилям) или генетически однотипным месторождениям, позволяя выявлять общие для них геохимические закономерности.

Согласно современным требованиям к методике геохимических поисков на различных стадиях работ обязательна оценка объекта в цифрах прогнозных ресурсов металла Q_Н. Широкие возможности для такой оценки обеспечивает анализ зависимостей, определяемых важнейшим принципом методики геохимических поисков: "Генетически однотипные месторождения различной крупности являются геометрическими и геохимическими фигурами подобия" [7].

Н.И. Сафронов [8] предложил метод расчета энергии рудообразования в зависимости от содержаний химических элементов в рудах. Расчет ведется по единообразной для всех элементов формуле применительно к термодинамике идеальных газовых смесей и растворов, для изометрического процесса при заданных начальных (для материнской породы) и конечных (для руды) геохимических параметрах.

Тема 6. Гидрохимический и атмохимический методы поисков (4 часа)

План лекции

1. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

1.1 Условия применения

1.2 Изображение результатов анализа и оценка аномалий

2. АТМОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

2.1 Условия применения

2.2 Проведение опытных работ

2.3 Изображение результатов анализа и оценка аномалий

1. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

Гидрохимические методы поисков месторождений основаны на исследовании химического состава природных поверхностных и подземных вод. Принципиальную основу этого метода составляют способность воды к растворению пород, ее участие в химических превращениях минералов и свойства воды как подвижной среды.

1.1 Условия применения

Наиболее эффективен гидрогеохимический метод для поисков месторождений полезных ископаемых в следующих условиях:

1) на участках, перекрытых мощным чехлом приносных отложений, когда неэффективен даже биогеохимический метод поисков;

2) в резкорасчлененных высокогорных районах, где из-за специфических условий дренажа подземных вод метод становится более глубинным, и возможна более точная интерпретация гидрогеохимических аномалий;

3) в платформенных условиях при вероятном залегании тел полезных ископаемых ниже местных базисов эрозии.

В зависимости от поставленной задачи гидрохимические и следования можно разделить на:

1) - региональные (1: 200000 - 1: 100000);

2) - собственно поисковые (1: 50000 - 1: 25000) 3) - детальные (I: 10000 и крупнее).

Региональные исследования обычно способствуют выяснению общей геохимической и гидрогеохимической характеристики региона и выделению наиболее перспективных территорий. В пробах, отобранных на этом этапе, должно определяться содержание максимального числа индикаторов полезных ископаемых, вероятных для изучаемого региона.

Собственно поисковые исследования проводятся: на перспективных площадях для выявления гидрогеохимических ореолов и выделения участков для постановки детальных работ.

Детальные исследования ведутся для оконтуривания месторождений или отдельных тел полезных ископаемых, на перспективных участках, выявленных предыдущими исследованиями.

Наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются месторождения минеральных солей - различных природных хлоридов и сульфатов.

Из рудных месторождений наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются сульфидные, главным образом колчеданно-полиметаллические, и, особенно, богатые дисульфидами медноколчеданные месторождения. Природные воды обогащаются рудными элементами в основном при гипергенном окислении сульфидных руд, в ходе которого труднорастворимые, но неустойчивые сульфиды до превращения в устойчивые и труднорастворимые вторичные минералы проходят стадию легкорастворимых сульфатов.

Аномальные концентрации сохраняются в речных и подземных водах на расстояниях до 500 - 1000 м, иногда до нескольких километров от месторождений. Миграция рудных элементов в водах протекает в виде простых ионов, комплексных неорганических соединений с различными лигандами, в частности в анионной форме, а также в виде различных металлоорганических соединений повышенной растворимости.

Результаты гидрохимического метода зависят от сезонных колебаний уровня грунтовых вод, выпадения атмосферных осадков и режима гидростока рек, за короткий отрезок времени изменяющегося в сотни раз. Очень эффективная область применения гидрохимического метода - поиски месторождений зон пластового окисления. Рудные тела этих месторождений, получившие название "роллов”.

1.2 Изображение результатов анализа и оценка аномалий

По материалам региональных гидрохимических исследований составляются карты общего химического и микрокомпонентного состава вод. На карте общего химического состава выделяются генетические типы вод и приводится их химический состав. Эта карта составляется на гидрогеологической основе с учетом ландшафтно-геохимических условий.

Данные, полученные при средне - и крупномасштабных гидрохимических исследованиях, служат основой для выделения гидрохимических аномалий и установления их пространственной связи с местоположением рудных тел выделение участков, перспективных для поисков различных полезных ископаемых, при большом числе которых необходимо выделять первоочередные участки.

2. АТМОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

Атмохимические (газовые) поиски месторождений полезных ископаемых основаны на исследовании состава атмосферы - химического состава газов, насыщающих горные породы вблизи дневной поверхности. Аэрозольные съёмки правильнее относить к числу литохимических методов поисков.

Атмосферу в основном слагают три газа - азот (около 78%), кислород (около 21%) и аргон (около 1%), в сумме составляющие 99,94 % ее массы. В переменных количествах в атмосфере присутствуют пары воды; содержание CO₂ - около 0,03%, содержание остальных газов 10^-4 - 10^-6 % и менее. Низкий геохимический фон и высокая подвижность химических элементов в газовой фазе создают благоприятные условия для формирования атмохимических ореолов рассеяния любых месторождений полезных ископаемых.

Газовую съемку используют для поисков погребенных месторождений по ореолам двуокиси серы, сероводорода, ртути, йода, радона и других газов или летучих элементов и соединений, часто удаленных на значительные расстояния от источника минерализации.

К категории газовой съемки относятся: воздушная (атмогеохимическая) и почвенная газовая съемка.

Некоторые газы и пары (например: Не, Rn, Нg) можно обнаружить в подземных водах.

Летучие элементы поступают в атмосферу (или почву) из трех главных-источников:

1) в результате окисления рудных месторождений,

2) за счет радиоактивного распада (Не и Rn из урана) и 3) в результате вулканической деятельности (Н и Не).

Ртуть используют при проведении различного рода поисков, как рекогносцировочных, так и детальных. При проведении газовой съемки по парам ртути и других элементов и соединений используют инструментальные методы, такие, как корреляционная спектроскопия. Аэросъемка в большинстве случаев проводится с самолета, летящего на высоте 60 - 120 м над землей.

...