Геология месторождений полезных ископаемых (семестровый курс лекций)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

"Южный федеральный университет"

Геология месторождений полезных ископаемых (семестровый курс лекций)

Т.В. Шарова

Ростов-на-Дону 2010

Аннотация

"Геология полезных ископаемых" относится к базовой дисциплине при подготовке бакалавров по направлению "Геология" и изучается на 4 курсе в 7 семестре. Геологии месторождений полезных ископаемых является важнейшим разделом геологии, изучающим закономерности образования и распространения в земной коре минеральных скоплений, применяемых в промышленности. Её значение в образовательном процессе определяется необходимостью подготовки высококвалифицированных кадров для геологической отрасли, способных использовать данные о генезисе полезных ископаемых для прогнозирования месторождений.

Цель преподавания дисциплины - приобретение студентами знаний о закономерностях формирования месторождений полезных ископаемых различных генетических типов. геология минеральный образовательный

Задачи изучения дисциплины:

-изучить условия образования и размещения месторождений полезных ископаемых;

- изучить основные генетические подразделения полезных ископаемых

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины: "Структурная геология", "Геотектоника", "Геохимия", "Петрография", "Литология", "Историческая геология", "Минералогия".

В результате изучения дисциплины "Геология месторождений полезных ископаемых" студенты должны овладеть следующими профессиональными компетенциями:

-знать морфологию рудных тел, минеральный и химический состав тел полезных ископаемых, текстуры и структуры минерального вещества, этапы и стадии минералонакопления.

-знать геодинамические обстановки образования, длительность и уровни формирования месторождений, источники вещества и способы его отложения.

-знать эндогенные месторождения полезных ископаемых: магматического, пегматитового, контактово-метасоматического и гидротермального генезиса.

-знать экзогенные месторождения полезных ископаемых: обломочного, химического и биохимического осадочного происхождения.

-знать метаморфогенные месторождения полезных ископаемых.

Объем дисциплины и виды учебной работы показаны в таблице 1.

Таблица 1. Виды учебной работы по дисциплине "Геология месторождений полезных ископаемых"

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр
Общая трудоемкость дисциплины	70	7
Аудиторные занятия	42
Лекции	28
Практические занятия	-
Лабораторные занятия (ЛЗ)	14
Практика	-
Самостоятельная работа	28
Вид итогового контроля	Экзамен

Лекции по дисциплине "Геология твердых полезных ископаемых" подразделяются на 3 модуля (раздела), которые показаны в таблице 1.

Таблица 1 Модули дисциплины

Наименование модуля	Лекции, часы
1. Вводный раздел	2
2. Общие сведения о месторождения полезных ископаемых	4
3. Генетические типы месторождений полезных ископаемых	22

В предисловии к каждой лекции, помимо её названия и трудозатрат студента в часах, приводится перечень главных вопросов, на основании которых выделяются темы дисциплины, затем кратко рассматриваются эти вопросы. В конце лекции приводятся проектные задания студентам по самостоятельной работе и вопросы для самоконтроля знаний по каждой теме.

Содержание

Модуль 1. Вводный раздел

Тема 1. (2 часа) Основные термины и понятия

Модуль 2. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых

Тема 2. (2 часа) Площади распространения, форма, состав и строение месторождений полезных ископаемых

Тема 3. (2 часа) Геологические условия образования месторождений полезных ископаемых

Модуль 3. Генетические типы месторождений полезных ископаемых. Эндогенная серия

Тема 4. (2 часа) Магматические месторождения

Тема 5. Пегматитовые месторождения

Тема 6. (2 часа) Карбонатитовые месторождения

Тема 7. Альбитит-грейзеновые месторождения

Тема 8. (2 часа) Скарновые месторождения

Тема 9. (2 часа) Гидротермальные месторождения

Тема 10. (2 часа) Колчеданные месторождения

Тема 11. (2 часа). Месторождения выветривания

Тема 12. (2 часа) Россыпные месторождения

Тема 13. (2 часа) Осадочные месторождения

Тема 14. (2 часа) Метаморфизованные и метаморфические месторождения

Рекомендуемая литература

Модуль 1. Вводный раздел

Тема 1. (2 часа) Основные термины и понятия

Основные термины и понятия (полезное ископаемое, месторождение полезного ископаемого, промышленное разделение месторождений полезных ископаемых, геологическое тело, рудопроявление, руда, кондиции, полезный компонент, запасы месторождений). История горнорудного производства.

Геология месторождений полезных ископаемых является важнейшим разделом геологии, изучающим закономерности образования и распространения в земной коре минеральных скоплений, применяемых в промышленности.

Объектом нашего изучения является месторождение полезного ископаемого.

Полезное ископаемое - природное минеральное вещество, которое в качественном и количественном отношениях пригодно для использования в народном хозяйстве.

Месторождения - это отдельные участки земной коры, где в результате тех или иных геологических процессов накопилось минеральное вещество, которое по качеству, количеству, условиям залегания экономически выгодно добывать и использовать.

Геологическое тело - это различные по форме, размерам и условиям залегания образования земной коры (пласты, жилы, линзы, штоки и т. д.), сложенные полезным минеральным веществом или содержащие его в рассеянном виде. В ряде месторождений наблюдается несколько геологических тел.

Рудопроявление - природное скопление в горных породах полезных минералов небольших и невыясненных размеров. Иногда в результате разведки и изучения рудопроявление может быть переведено в месторождение.

Полезные ископаемые могут использоваться либо в естественном состоянии (высококачественный уголь, кварцевый песок), либо после предварительной обработки путем сортировки, дробления, обогащения (большинство руд).

Полезные ископаемые находят самое разнообразное применение в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время почти любая горная порода определенного качества и в определенных экономических условиях может быть использована для тех или иных целей, а поэтому "бесполезных ископаемых" почти не существует.

Полезные ископаемые бывают твердыми, жидкими, газообразными. Среди твердых полезных ископаемых по характеру использования различают три рода полезных ископаемых: рудные, неметаллические и горючие.

металлические (рудные) - это полезные минеральные массы, из которых извлекаются металлы (из бурых железняков извлекается Fe из бокситов -Al, галенит-сфалеритовых руд - Pb, Zn),

2)неметаллические (нерудные) - это минералы, горные породы, которые используются целиком (соли, графит, слюда, барит, алмазы, гранит, мрамор, глина, песок и т.п.)

3) горючие - используются для получения энергии (угли, горючие сланцы, торф)

Руда - это агрегат минералов, из которого валовым способом технологически возможно и экономически целесообразно извлекать металл или металлическое соединение.

Историко-геологически термины "руда" и "неруда" приобретают новые толкования. То, что было "нерудой" 40 лет назад - сейчас "руда". В СССР "бажениты" Западной Сибири рассматривались как "руда" - коллектор нефти, сейчас, в современной России - это также возможная руда на уран, и в будущем - это одна из энергетических составляющих урановой промышленности Западной Сибири и России XXI и последующих веков.

В зависимости от соотношения рудных и нерудных минералов выделяются:

1. массивные (сплошные), содержащие более 80 % рудных минералов.;

2.вкрапленные руды. Среди вкрапленных руд по процентному содержанию рудных минералов различают:

а) густовкрапленные (50 - 80 %);

б) средневкрапленные (30 - 50 %);

в) бедные вкрапленные (менее 30 %).

Различают простые и сложные (комплексные) по составу руды. Кроме главных компонентов в рудах могут присутствовать в небольшом количестве элементы-примеси, извлекаемые попутно с основными компонентами.

При определении руды говорят об экономической целесообразности извлечения из нее металла; при определении неметаллического полезного ископаемого, так же как и горючего ископаемого, отмечается его пригодность для народного хозяйства при условии определенной качественной и количественной оценки.

Среднее содержание в земной коре цветных и редких металлов входящих в состав рудных месторождений, составляет сотые, тысячные и даже миллионные доли процента:

Медь 0,01 Свинец 0,0016

Цинк 0,02 Олово 0.00008

Кобальт 0,004 Золото 0,0000001

Промышленные кондиции - требования, которым должно удовлетворять минеральное сырье, прежде чем его скопления будут названы месторождением. К промышленным кондициям относят кондиционные запасы, кондиционные содержания полезных и вредных компонентов, кондиционную мощность и др.

Запасы - количество минерального сырья в недрах.

Кондиционные запасы минерального сырья - его количество, достаточное для рентабельного производства. Для рудных полезных ископаемых запасы исчисляются в весовых категориях (тоннах, килограммах.), а для неметаллических - обычно в объемных единицах (например, м ³).

Кондиционное содержание полезных компонентов - это их минимальное содержание, при котором возможна эксплуатация месторождения. Существуют кондиции на вредные примеси в рудах (например, допустимое максимальное содержание серы в железных рудах), мощность пластов (например, минимальная мощность угольных пластов) и другие. В зависимости от ценности сырья кондиционные требования со стороны промышленности изменяются в широких пределах: от десятков процентов (Fe, Mn, Cr) до сотых процента (U, Th). Промышленные кондиции с течением времени меняются, в основном понижаются по мере совершенствования технологий добычи и переработки. Так, например, содержание меди в медной руде в начале XIX века было 10 %, в начале XX - 33,8 %, в настоящее время - около 1 %.Они различны для разных полезных ископаемых.

История горнорудного производства.

В истории горнорудного производства, как и в истории цивилизации, можно условно выделить четыре основных периода: древнейший (до X в.до н.э.), древний (до I в.н.э.); средневековый (до XVIII в.), новый в котором мы и сейчас живем.

Древнейший период.

В каменный век использовался кремень, кварцит, обсидиан для ножей и скребков, оружия. Жилища строят из камня и дерева. Используют минеральные пигменты для наскальной живописи, золотые самородки из россыпей для украшений.

Бронзовый век - начался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. Медь легко ковалась и из нее изготовлялись - чаши, украшения и ритуальные изделия. Новым этапом в эволюции общества явилось открытия сплавов меди с оловом, свинцом, сурьмой и серебром, которые в отличие от чистой меди были прочными с сохранением ковкости. Использовались драгоценные цветные камни (изумруды, горный хрусталь и др.), которые находили в песках и галечниках. В качестве топлива уже применялась нефть.

Древний период.

Началась эпоха, когда царским металлом стало железо. Целые народы специализировались на горнорудном ремесле. Кельты добывали оксидные руды, главным образом гематит и лимонит. Создаются мощные центры мировой цивилизации. Развивается античная культура. Яркие краски на фресках античного возраста, имели минеральную основу. Наиболее занимательная бала пурпурная краска, главный компонент которой - сульфид ртути.

Средневековый период.

В раннем средневековье крупным шагом материального производства стало получение литейного чугуна, литейной бронзы, а при переплавлении чугуна в присутствии воздуха стали производить сталь.

В эпоху Возрождения создаются города, возникают известные архитектурные стили - ренессанс и борокко. Развивается кузница Европы в Рудных горах (Саксонских Альпах), снабжавшая серебром, оловом, железом, медью, красками все страны этого региона. Крупнейший геолого-ученый этой эпохи - Агрикола (Георгий Бауэра). Его работа "О горном деле и металлургии" в 12 книгах служила в течение нескольких столетий после его смерти основным энциклопедическим справочником по горному делу. В богатой Российской империи добывались строительные материалы (главным образом известняки Подмосковья), соли Урала и бассейна Камы, сера (низовья Волги), разрабатывались болотные железные руды. В России, начиная с Ивана Грозного, развивается система контролируемого государством горнорудного производства. Зарождение современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых в России связаны с активной деятельностью Петра Первого и Михаила Ломоносова.

В позднем средневековье появляются ранние теоретические концепции о происхождении месторождений полезных ископаемых и созданием горнорудной промышленности.

Новый период.

Характеризуется созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела. Усовершенствованы технологии отливки чугуна и стали, получены новые сплавы металлов. Создаются новые отрасли - электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Получают новые строительные материалы, разрабатывают новые химические, индустриальные и строительные типы нерудного сырья (удобрения, формовочные пески и глины, цементное сырье и др.). Активно разрабатываются угольные, нефтяные и газовые месторождения

Проектное задание: Выучить основные определения, понятия и термины.

Вопросы для самоконтроля знаний

1. Что такое полезное ископаемое и месторождение полезных ископаемых, геологическое тело?

2. Что такое рудные, нерудные и горючие полезные ископаемые, чем они отличаются?

3. Для чего служат кондиции полезных ископаемых?

4. Развитие геологии в каменном и бронзовом веке.

Литература [1, с.5-16], [2, с. 6-11] [3, с. 7-29]

Модуль 2. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых

Тема 2. (2 часа) Площади распространения, форма, состав и строение месторождений полезных ископаемых

Площади распространения полезных ископаемых (провинция, область, пояс, бассейн полезных ископаемых, рудный район, рудное поле, тело полезного ископаемого). Морфология тел полезных ископаемых. Минеральный и химический состав тел полезных ископаемых. Текстуры и структуры минерального вещества. Этапы и стадии минералонакопления, закономерные минеральные ассоциации (парагенезисы)

Площади распространения полезных ископаемых. В зависимости от масштабов проявления выделяют провинции полезных ископаемых, области (пояса, бассейны), районы (узлы), рудные поля, месторождения, рудные тела.

К провинциям относятся крупные структурные элементы земной коры (синеклизы, антиклизы, пассивные и активные окраины континентов, рифтовые системы, складчатые пояса, дно океана и т.п.)

Область полезных ископаемых - составной элемент провинции, имеет изометрические очертания, характеризуется набором определенных по происхождению и составу месторождений.

Рудные пояса - вытянутые линейные области, приуроченные к прогибам, глубинным разломам, зонам субдукции, рифтовым системам. Их размер - от сотен до тысяч км.

Бассейны - площади непрерывного распространения пластовой минерализации. Их площади - сотни квадратных километров.

Рудный район - местное скопление месторождений в пределах провинций, областей, поясов, бассейнов.

Рудное поле - небольшой участок земной коры (единицы, десятки квадратных километров), в пределах которого располагаются сближенные, одновременно образующиеся и генетически родственные месторождения. Рудное поле может состоять и из одного крупного месторождения с серией разобщенных залежей.

Месторождение - одно или несколько тел полезных ископаемых, объединенных общностью происхождения и приуроченных к локальной геологической структуре. Его размеры варьируют от единицы до десятки квадратных километров.

Рудное тело - скопление в недрах или на поверхности минерального сырья, которое ограничено контуром экономически целесообразной выемки.

Морфология тел полезных ископаемых

Для месторождений полезных ископаемых характерны три морфологических типа залежей: изометрические, плоские и вытянутые по одному направлению.

Изометрические тела полезных ископаемых - скопления минерального вещества примерно равновеликие во всех направлениях.

Шток - крупная более или менее изометричная залежь почти сплошного полезного ископаемого (рис. 1). Пример - штоки каменной соли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Шток

Штокверк - некоторый объем горных пород, с рудной минерализацией в виде вкрапленности, многочисленными мелкими разноориентированными прожилками (рис. 2). Их форма может быть изометричная, трубообразная, повторяющая кровлю интрузии, или представляющая собой линейные жилообразные системы.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Штокверк

Гнезда - небольшие изометричные скопления рудного вещества (рис. 3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Гнезда руды

Плоские тела полезных ископаемых - характеризуются двумя протяженными и одним коротким направлением.

Пласты - плоские, пластинообразные тела полезных ископаемых, образующиеся в водных бассейнах синхронно с вмещающими осадочными породами (рис.4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Строение пласта полезного ископаемого

1-пачки и слои полезного ископаемого; 2-прослои попрод.

Жилы - трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом. Жилы бывают простыми (единичные минерализованные трещины) и сложные (минерализованные пучки переплетающихся трещин) (рис 5), четковидными, камерными, седловидными, оперяющими, лестничными.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Сложная жила

Интенсивно обогащенные участки называют рудными столбами. Рудные столбы обычно имеют неправильную форму, вытянуты в одном направлении, имеют крутое падение, залегают среди обедненных рудными компонентами пород.

Для жил характерны следующие элементы (рис.6): зальбанды - контакты жилы с вмещающими породами со стороны висячего и лежачего боков, апофизы - ответвления, ореолы измененных околожильных пород.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6 Простая жила.

Линзы - плоские тела дискообразной или лентообразной формы (рис. 7). Типичны для вулканогенно-осадочных месторождений, формирующихся в субмаринных условиях, а также могут быть образованы метасоматическим или магматическим способом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7 Линзовидная залежь плавикового шпата в известняках

Вытянутые по одной оси тела полезных ископаемых.

Трубы, трубки, трубообразные и столбообразные залежи - рудные тела, удлиненные по одной оси. Они типичны для алмазоносных тел, а также руд золота, серебра в вулканических жерлах

Под вещественным составом минерального сырья принято понимать минеральный и химический состав руд. Изучение вещественного состава имеет большое научное и практическое значение. Точные данные по составу руд и особенно парагенезису минералов способствуют выяснению условий формирования месторождения.

По химическому составу ценные минералы представлены:

оксидами железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;

силикатами (слюды, асбест и др.);

сернистыми соединениями: сульфидами, арсенидами, железа, меди, цинка, свинца, никеля, серебра;

карбонатами железа, марганца, магния, свинца, цирка, меди;

сульфатами бария и стронция;

фосфатами - апатит;

галоидами (соли, флюорит);

самородными элементами (золото, платина, медь).

нитраты - селитры (чилийская и шведская)

вольфрамиты - шеелит

бораты - людвигит, ашарит

Текстуры и структуры.

Минеральное вещество, составляющее полезное ископаемое, обладает соответствующей структурой и текстурой - т.е. рисунком, строением.

Изучение строения руд имеет большое научное и прикладное значение. Так, выясняя возрастные соотношения минеральных агрегатов или минеральных зерен, можно получить ценные данные для определения условий образования руд и, следовательно, генезиса месторождения. Изучение формы рудных зерен, их размеров и строения, а также расположения минеральных агрегатов позволяет выбрать наиболее рациональный метод механического обогащения руды.

Текстура руды определяется формой, размерами и расположением агрегатов минералов. Морфологической единицей текстурного рисунка является агрегат минералов (рис. 8).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Некоторые типы текстур руд

а) пятнистая; б) полосчатая в) крустификационная; г) прожилковая; д) кокардовая; е) оолитовая; ж) почковидная; з) брекчиевая; и) брекчиевидная; к) коркасно-ящичная

Структура руды определяется формой, размерами и расположением зерен минералов, точнее, кристаллических индивидов. Морфологической единицей структурного рисунка является кристаллическое зерно (рис. 9).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Некоторые типы структур руд

а) равномернозернистая; б) неравномернозернистая; в) пластинчатая; г) волокнистая; д) зональная; е) кристаллографически-ориентированная; ж) тесного срастания; з) замещения; и) дробления; к) колломорфная

Различают мега-, макро-, микро- текстуры.

Этапы и стадии формирования руд. Процессы минералонакопления при формировании месторождений протекают в течение длительного времени. Они разделяются на этапы и стадии.

Этап - длительный временной интервал, когда происходит накопление руд одного генезиса, например, магматический этап, пегматитовый, гидротермальный. Обычно месторождения полезных ископаемых формируются в один этап, реже в два и более.

Стадии - части этапов, в рамках которых происходило накопление минералов определенного состава. По количеству стадий рудообразования выделяются месторождения простые - одностадийные и сложные - многостадийные. Критериями для выделения стадий рудообразования служат:

пересечение ранних минеральных отложений жилками и прожилками минерального вещества последующих стадий;

брекчирование минеральных агрегатов ранней стадии с цементацией их обломков минеральной массой новой стадии.

Парагенетическими минеральными ассоциациями называют совместное нахождение минералов, обусловленное общностью происхождения и выраженное определенным порядком накопления.

Генерации минералов - это неоднократные выделения одного и того же минерала, разделенные перерывами.

Проектное задание: Изучить минералого-геохимические и текстурно-структурные характеристики руд.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Дайте определение провинции, области и поясу полезных ископаемых

2. Что такое "слепое" месторождение полезных ископаемых?

3. Какие формы тел полезных ископаемых относятся к изометрическим?

4. Какие формы тел полезных ископаемых относятся к плоским?

5. Что такое комбинированные залежи?

6. Минеральные типы руд.

7. Что такое текстура минерального вещества? Примеры.

8. Что такое структура минерального вещества? Примеры.

9. Чем отличаются этап и стадия минералонакопления?

10. Что такое парагенетическая минеральная ассоциация?

Литература [1, с. 16-30], [2, с.31-51] [3, с.30-58]

Тема 3. (2 часа) Геологические условия образования месторождений полезных ископаемых

Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых. Характеристика геологических условий образования полезных ископаемых с позиции как геосинклинальной (фиксисткой), так и плитной (мобилистской) концепций. Периодичность, длительность и глубинные уровни образования месторождений. Источники рудного вещества и способы его отложения.

Генетическая классификация МПИ. Выделяются серии: эндогенная, экзогенная метаморфогенная. В сериях выделяются группы, в группах - классы, каждому классу соответствует определенный тип месторождений (таблица 3).

Таблица 3 Сводная генетическая классификация месторождений полезных ископаемых

Серия	Группа	Класс	Подкласс
Магматогенная (эндогенная)	Магматическая	Ликвационный Раннемагматический Позднемагматический	-
	Карбонатитовая	Магматический Метасоматический Комбинированный	-
	Пегматитовая	Простые пегматиты Перекристаллизованные пегматиты Метасоматически замещенные пегматиты	-
	Альбитит-грейзеновая	Альбититовый Грейзеновый	-
	Скарновая	Известковых скарнов Магнезиальных скарнов Силикатных скарнов	-
	Гидротермальная	Плутоногенный Вулканогенный Амагматогенный (телетермальный, стратиформный)	-
	Колчеданная	Гидротермально-метасоматический Гидротермально-осадочный Комбинированный	-
Седиментогенная (экзогенная)	Выветривания	Остаточный Инфильтрационный	-
	Россыпная	Элювиальный Делювиальный Пролювиальный Аллювиальный	- Косовый Русловый Долинный Дельтовый Террасовый
		Литоральный	Озерный Морской Океанический
		Гляциальный	Моренный Флювиогляциальный
	Осадочная	Механический Химический Биохимический Вулканогенный	-
Метаморфогенная	Метаморфизованная	Регионально-метаморфизованный Контактово-метаморфизованный	-
	Метаморфическая	-	-

Геодинамические обстановки формирования месторождений с позиций тектоники литосферных плит. Полезные ископаемые являются составной частью структурно-вещественных комплексов (СВК). СВК - это комплекс пород и полезных ископаемых с характерными геологическими структурами, который формируется в определенной геодинамической обстановке. Различные тектонические движения и геологические процессы обусловлены развитием Земли. Это понимали ученые очень давно. Поэтому еще с 17-го века возникли многочисленные геотектонические концепции развития земного шара. Так, в 1829 г. француз Эли де Бомон создал гипотезу контракции - сжатия земного шара в результате охлаждения первично расплавленной Земли. С поверхности сжатие приводит к короблению и возникновению горных складок и морских прогибов при вертикальных движениях вещества.

Гипотезу контракции в дальнейшем развивала гипотеза геосинклиналей (фиксистская концепция), высказанная в США в 1859 г. Дж. Холлом и в 1873 г. Д.Дэна. Почти одновременно с научным направлением фиксизма возникло научное течение мобилизма о горизонтальных движениях материков. В 1877 г. российский учитель Е.В. Быханов высказал эту мысль. И в 1962 г. американские ученые Г.Хесс и Р.Дитц на основе океанографических исследований океанов разработали гипотезу спрединга океанического дна и движения литосферных плит, показав причины горизонтального перемещения материков.

Геосинклинальная гипотеза.

Гипотеза возникла в США, когда Дж. Холл (1859) и Д.Дэна (1873) разработали механизм преобразования океанической коры в континентальную на основе вертикальных движений вещества. Они считали, что охлаждение и сжатие земной коры (контракция земного шара) приводят к проседанию земной коры (опусканию земной поверхности). В результате возникают глубокие прогибы, названные геосинклиналями, в которых накапливаются мощные толщи осадков (до 20 км).

Экспериментальным основанием для разработки гипотезы послужили находки остатков морских животных в осадочных породах суши, слагающих горы. Геосинклинали - крупные протяженные области земной коры.

Геосинклинальный этап развития земной коры включает четыре стадии.

Первая стадия - геосинклинальная. В настоящее время ученые считают, что этой стадии предшествует рифтовая стадия, представляющая собой активную тектоническую стадию образования серии опущенных блоков земной коры (развития рифта) при разрывных движениях.

Разрывная тектоника сопровождается магматизмом с внедрением ультраосновной и основной магмы по разломам и подводными вулканическими излияниями (гипербазитовая магматическая формация). Образуются месторождений руд черных металлов (железа, титана, хрома), некоторых руд цветных металлов (меди, никеля, кобальта) и драгоценных металлов (платины и платиноидов).

Собственно геосинклинальная стадия характеризуется спокойным тектоническим режимом, происходят только колебательные движения с преобладанием глубокого опускания и мощного осадконакопления.

В этих условиях образуется глубоководная аспидно-граувакковая осадочная формация, которая состоит из прослоев аспидных (черных) глинистых сланцев и темной осадочной породы - граувакки, представляющей собою темные конгломераты, песчаники и гравелит. Кроме того, образуется кремнисто-вулканогенная осадочная формация, с которой связано формирование осадочных железных руд (джеспилитов), в дальнейшем превращенных под влиянием метаморфизма в железистые кварциты.

Вторая стадия - островная геосинклинальная характеризуется увеличением частоты и размаха колебательных движений (рис. 10).

Рис. 10 Островная геосинклинальная стадия

Характерна частая смена поднятий и опусканий при преобладающем режиме опускания. Поэтому происходит циклическое осадконакопление с образованием флишевой осадочной формации.

Флиш - толща осадков, состоящая из ритмически повторяющихся пород. В каждом ритме глинистые и известковые тонкозернистые отложения глубоководных зон постепенно сменяются песчаными и грубообломочными осадками мелководной и прибрежной зон.

Характерно начало складчатых движений, приводящих к образованию складчатых структур (геоантиклинали и прогибы между ними), магматизм среднего состава в виде вулканических излияний (порфиритовая формация). С магмой среднего состава связано образование полиметаллических руд (руды меди, свинца, цинка, золота и серебра).

Третья стадия называется раннеорогенной (раннего горообразования). Среди колебательных движений начинает преобладать поднятие, активизируются складчатые движения и магматизм. Возникает центральное геоантиклинальное поднятие (рис. 11), на периферии - краевые прогибы, в которых происходит накопление нижней молассовой формации, состоящей из розовато-зеленоватых тонкослоистых алевролитов и мергелей.

Рис.11. Раннеорогенная стадия.

Большая часть территории становится сушей, сохраняются краевые моря и лагуны. Активизируются процессы контактового и динамического метаморфизма, постмагматические процессы, с которыми связано формирование месторождений руд цветных и редких металлов (молибден, вольфрам, олово, медь, свинец, цинк, золото, серебро).

Четвертая стадия - позднеорогенная (горно-складчатой области) (рис. 12).

Рис. 12 Позднеорогенная стадия. 1 - фундамент, 2 - конгломераты, 3 - песчаники, 4 - глины, 5 - известняки, 6 - флиш, 7 - разрывы, 8 - пластовые интрузии основных пород, 9 - граниты, 10 - порфириты.

Усиливаются активные тектонические процессы и поднятие, вся территория становится гористой складчатой сушей. Происходят интенсивные складчатые движения с образованием складчатых структур. Мощный региональный метаморфизм приводят к явлению гранитизации - расплавлению осадочных пород и кристаллизации обширных масс гранитов с наращиванием гранитного слоя.

Щелочно-гранитная магматическая формация способствует образованию месторождений руд редких, редкоземельных и радиоактивных металлов.

Российские ученые А.П. Карпинский и А.Д. Архангельский в первой половине 20-го века дополнили теорию геосинклинали учением об образовании устойчивых участков земной коры - платформах, развивающихся на месте горно-складчатой области.

Тектоника литосферных плит.

Тектоника движения литосферных плит утверждает, что материки движутся горизонтально в составе литосферных плит - крупных блоков литосферы в диаметре по поверхности Земли несколько тысяч километров. Их горизонтальные движения обусловлены скольжением литосферы по астеносферному слою мантии, в котором вещество частично расплавлено и значительно размягчено.

Движение литосферных плит вызвано тепловыми потоками, возникающими в мантии вследствие физического явления конвекции, вероятно, на границе с ядром Земли

Основу концепции составляет орогенический цикл Уилсона, который обычно охватывает промежуток времени 200-250 млн. лет. Цикл разделяется на 5 стадий: внутриконтинентального рифтообразования, расширения океанического дна, поглощения океанической коры, столкновения литосферных плит и заключительная стадия (стабилизационная).

Стадия внутриконтинентального рифтообразования или магматизм и металлогения горячих точек. В ослабленных участках литосферных плит мантийные или магматические струи нагревают литосферу, образуют купольные поднятия, в ядрах которых генерируются магмы (кислые, реже основные, щелочные). В результате этих процессов в однородных континентальных блоках возникают системы радиальных разломов, а внутри орогенных поясов образуются линейные рифты.

С возникшими в эту стадию геологическими структурами ассоциируют следующие полезные ископаемые:

в межматериковых рифтах - рассолы и металлоносные осадки с медью, цинком, серебром и др. элементами (впадины Красного моря);

в рифтовых зонах континентов - базито-ультрабазитовые расслоенные интрузии с медно-никелевыми, платиноидными, хромитовыми и титаномагнетитовыми месторождениями (Бушвельдское, Великая Дайка, Норильское, Печенга);

в зонах тектономагматической активизации предрифтовой стадии: а) алмазоносные кимберлитовые и лампроитовые трубки (Ю.Африка, Якутия, Австралия); б) ультрабазито-щелочные интрузии с карбонатитами, к которым приурочены апатит-магнетитовые месторождения с флогопитом, вермикулитом, флюоритом (Ковдорское); интрузии нефелиновых сиенитов с апатит-нефелиновой и редкоземельной минерализацией (Хибинское); интрузии щелочных гранитов с олово-вольфрамовыми грейзенами и тантало-ниобиевыми жильными месторождениями (Джос, Нигерия; Рондония, Бразилия);

во внутриконтинентальных рифтах формируются в терригенных толщах стратиформные полиметаллические руды (Саливан, Канада; Маунт-Айза, Австралия; Гамсберг, ЮАР), урановые месторождения роллового типа (Канада); в эвапоритовых комплексах залежи натриевых и калиевых солей, магнезиты, фосфориты.

Расширение (спрединг) океанического дна. В процессе прогрева в зонах мантийных струй единый континент раскалывается на несколько частей.

В эту стадию возникают срединно-океанические хребты - глубинные расколы литосферы, по которым в придонные области поступает мантийный магматический материал, который формирует океаническую кору (в основном базальтовые магмы). По мере удаления в обе стороны от оси хребта отмечается удревнение возраста коры. В начальную подстадию спрединговой стадии фиксируются самые ранние моменты зарождения океагна после раскола единой континентальной плиты (Красноморский тип). Зрелая (Атлантический тип) подстадия характеризуется вполне развившимся океаническим бассейном с четко обособившимся центральным поднятием (срединно-океаническим хребтом). С одной стороны от поднятия развиваются процессы активной окраины расколовшегося континента, а с другой - пассивной окраины. Месторождения формируются в следующих геологических ситуациях:

на склонах срединно-океанические хребтов и в осевых рифтах образуются вулканогенно-осадочные колчеданно-полиметаллические и оксидные железомарганцевые месторождения;

в глубинных зонах океанических хребтов вблизи или ниже границы Мохоровичича формируются в дунитовых комплексах хромиты (кайнозойские месторождения Кубы); в массивах перидотитов никелевые, титаномагнетитовые, золоторудные и платиноидные руды;

в зонах трансформных разломов - стратиформные баритовые и вулканогенно-осадочные колчеданно-полиметаллические месторождения (Прииртышский рудный район, Казахстан).

на пассивных континентальных окраинах - осадочная серия (медистые песчаники, эвапориты, фосфориты, стратиформные свинцово-цинковые, барит-флюоритовые месторождения в карбонатных отложениях).

Поглощение (субдукция) океанической плиты.

Внешние дуги и глубоководные желоба. Здесь выводятся на поверхность возникшие ранее месторождения офиолитовой ассоциации (колчеданные кипрского типа в эффузивах основного состава, хромитовые, тальковые, асбестовые и магнезитовые в ультрабазитах). В троге внешней дуги - россыпи золота.

Вулканоплутоническая (магматическая) дуга. Развиты известково-щелочные лавы среднего и кислого состава, а в ядерной части дугового хребта - гранодиоритовые и гранитные плутоны. С ними ассоциируют; медно-молибденовые, олово-вольфрамовые месторождения.

Тыловодужный магматический пояс. Мощное давление континентальной плиты создает в тыловой части зоны субдукции систему чешуйчатых надвигов, падающих на восток и утолщающих земную кору. Формируются интрузии анатектических гранитов с оловорудными месторождениями.

Краевой бассейн сжатия. Выполнен терригенными осадками, содержит инфильтрационное урановое оруденение в песчаниках, соли в эвапоритах, угольные пласты.

Коллизия. Столкновение континентов приводит к закрытию океана, исчезновению бассейна между ними, возникновению надвигового пояса и нового бассейна. Место сочленения маркируется сутурной зоной. В надвиговом поясе - анатектические граниты с олово-вольфрамовыми месторождениями. В бассейнах - медные и урановые инфильтрационные месторождения в терригенных толщах. В глубинных частях сутурных зон - жадеит, нефрит, ювелирные корунды.

Заключительная стадия. Возращение континента в его первоначальное состояние, затухание тектонических магматических процессов, формирование систем амагматогенных рифтов, выполненных мелководными терригенно-карбонатными осадками с седиментогенными и эпитермальными полиметаллическими, урановыми) месторождениями. В эту стадию появляются поздние континентальные вулканические пояса с золото-серебряными и полиметаллическими месторождениями.

Периодичность, длительность и глубинные уровни образования месторождений.

Периодичность формирования месторождений хорошо разработана геосинклинальной концепцией. Выделяется гренвильский, байкальский, каледонский, герцинский, киммерийский, альпийский этапы. Каждый этап характеризуется типоморфным набором полезных ископаемых.

По мобилистским теориям в истории нашей планеты выделяют пять основных металлогенических периодов:

тонких литосферных плит(3,8-3 млрд. лет);

высокой тектонической активности, появление мощной континентальной коры и ядра земли (3 -2,7 млрд. лет);

возникновения первых суперконтинентов (2,7 - 1,8 млрд. лет);

слабой тектономагматической и металлогенической активности (1,8 - 0,6 млрд. лет);

цикличного функционирования механизма тектоники литосферных плит (0,6 -0 млрд. лет).

Длительность формирования месторождений часто сопоставима с продолжительностью геологических процессов. В зависимости от генетической природы образование полезного ископаемого может происходить от тысяч до десятков миллионов лет. Например, для формирования осадочных железорудных пластов необходимо 5-10 млн. лет. Жильные месторождения могут формироваться за отрезки времени до десятков тысяч лет. Образование 30 угольных пластов в Донбассе происходило в течение 60 млн. лет. Магматические комплексы месторождения Ковдор создавались 300 млн. лет.

По уровням глубинности месторождения разделяются на приповерхностные, гипабиссальные, абиссальные, ультраабиссальные.

Приповерхностные (0-1,5 км) - экзогенные, вулканогенно-осадочные руды.

Гипабиссальный уровень (1,5-3,5 км) - наиболее богат. Здесь могут формироваться почти все промышленно-генетические типы эндогенных месторождений.

Абиссальный уровень (3,5-10 км) - беднее, чем два предыдущих. Здесь образуются альбитит-грейзеновые, карбонатитовые, пегматитовые и часть магматических (хромитовых, титаномагнетитовых) месторождений, а также месторождения, ассоциирующие с крупными гранитоидными, основными и ультраосновными плутонами.

Ультраабиссальный уровень (более 10 км) - небольшая группа месторождений (дистеновые, силлиманитовые, андалузитовые сланцы, рутил, корунд и др.). Здесь также идут преобразования ранее сформированных месторождений - т. е. образуются метаморфизованные месторождения (железа, марганца, свинца и цинка).

Источники рудного вещества. Среди источников вещества различных генетических типов месторождений выделяют:

· ювенильный - магматический, связанный с разнообразными магмами;

· ассимиляционный, возникший при захвате расплавами ранее образовавшихся минеральных масс;

· выщелоченный водными растворами из вмещающих пород;

· экзогенный, образовавшийся в результате выветривания континентальных пород и перевода части соединений либо в истинные растворы, либо во взвеси или механические обломки и сноса их в водные бассейны.

Проектное задание: Изучить геологические условия образования месторождений полезных ископаемых.

Вопросы для самоконтроля знаний

1. Месторождения, каких генетических типов характеры для гипабиссального уровня глубины формирования полезных ископаемых?

2. Назовите источники вещества для формирования месторождений полезных ископаемых.

3. Сколько необходимо времени для формирования месторождений полезных ископаемых?

4. Назовите отличия мобилисткой и фиксистской концепции развития Земли.

5. Назовите стадии цикла Уилсона.

6. Какие геологические структуры возникают в стадию внутриконтинентального рифтообразовния?

7. Что такое СВК?

8. Что такое эндогенные месторождения?

9. Что такое экзогенные месторождения?

10. Что является источником металлов метаморфогенных месторождений?

11. Назовите авторов геосинклинальной концепции и тектоники движения литосферных плит.

12. Какие стадии включает геосинклинальный этап развития земной коры?

13. Типы движения литосферных плит.

14. Периодичность формирования месторождений.

Модуль 3. Генетические типы месторождений полезных ископаемых. Эндогенная серия

Тема 4 (2 часа) Магматические месторождения

Общая характеристика магматических месторождений. Ликвация, кристаллизационная дифференциация. Модель образования ликвационных месторождений (медно-никелевые сульфидные месторождения и хромитовые, титаномагнетитовые и платиноидные месторождения). Раннемагматические месторождения. Особенности образования месторождений алмазов в кимберлитовых трубках взрыва и лампроитах. Модель образования позднемагматических месторождений. В качестве примеров рассмотреть месторождения хромитов, платиноидов, титано-магнетитов, апатитов.

К магматическим месторождениям относятся месторождения, полезные ископаемые которых образуются из магмы Магматические месторождения образуются в процессе дифференциации и кристаллизации магмы при высокой температуре (1500--800°С), высоком давлении (сотни килограмм силы на квадратный сантиметр) и на значительных глубинах (3--5 км и более). Первоисточником вещества магматических месторождений является, вероятно, верхняя мантия Земли, о чем свидетельствуют приуроченность ряда месторождений и вмещающих их базальтоидных пород к глубинным разломам и близость отношений изотопов серы сульфидов к метеоритному стандарту.

Для магматических месторождений характерна тесная связь их с изверженными горными породами, с которыми они образуются в результате общих процессов. В магматических месторождениях и вмещающих их изверженных породах встречаются сходные рудные и нерудные минералы, но количественно рудные минералы преобладают в месторождениях по сравнению с вмещающими породами.

Магматические месторождения представляют собой промышленные объекты как рудные (платина, хромит, железные, титановые и медно-никелевые руды и др.), так и нерудные (алмаз, графит, апатит и др.).

В ходе становления интрузивных массивов происходила дифференциация вещества двух типов: ликвационная и кристаллизационная.

Дифференциация за счет ликвации магмы. Рудносиликатная магма при охлаждении разделяется на две несмешивающиеся жидкости - силикатную и рудную, кристаллизация которых происходит раздельно и приводит к образованию ликвационных месторождений.

Кристаллизационная дифференциация. В первичной магме не происходит ликвации. Магма остывает, и из неё последовательно кристаллизуются минералы: сначала наиболее высокотемпературные, а затем имеющие более низкие температуры кристаллизации.

Раннемагматические месторождения возникли в результате ранней (опережающей) кристаллизации рудных минералов по отношению к нерудным. Примером их могут служить месторождения алмазов в кимберлитах и лампроитах, а также некоторые месторождения хромитов и платины.

Если минералы, содержащие полезные элементы, кристаллизуются после затвердевания породообразующих силикатов, образуются позднемагматические месторождения.

Ликвационные месторождения.

Наиболее характерными ликвационными магматическими образованиями являются сульфидные медно-никелевые месторождения в ультраосновных и основных породах. К ним относятся: Норильское, Монча-Тундра и Печенга на Кольском полуострове, крупное месторождение Садбери в Канаде, медно-никелево-платиновые месторождения (риф Меренского) Бушвельдского комплекса.

В развитии таких комплексов намечаются три главные стадии: 1 - излияния лав и образование толщ вулканогенных платформенных пород; 2 - внедрение пластовых и в меньшей степени секущих рудоносных интрузий; 3 - внедрение даек преимущественно основного состава.

Среди рудных тел различают следующие разновидности (рис.13):

пластовые "висячие" залежи вкрапленных руд;

пластовые и линзообразные залежи данных массивных "шлировых" и прожилково-вкрапленных руд;

линзы и неправильные тела приконтактовых брекчиевых руд;

жилы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13 Схема размещения рудных тел сульфидных медно-никелевых месторождений:

а- висячие вкрапленные руды; б-донные залежи; в- приконтактовые брекчиевые руды; г-жилы; Породы 1- подстилающие; 2-перекрывающие; 3- вмещающие

На ранней стадии магматического этапа происходит ликвация - отделение сульфидной жидкости, которая принимает форму мелких капель, рассеянных в силикатном расплаве. Капли сливаются в полосы, гнезда, часть которых за счет высокой плотности под действием гравитации погружается в придонные части магматической камеры. Так возникают висячие, донные и пластообразные залежи. На средней стадии при температурах 1100-1200С (и более) кристаллизуются породообразующие силикаты, а сульфиды остаются жидкими. Основная часть сульфидного расплава кристаллизуется позже силикатного (на поздней стадии магматического этапа) при температурах 600-800С. Ликвационные месторождения редки.

Минеральный состав руд магматических сульфидных медно-никелевых месторождений очень прост и выдержан для всего мира. Главные рудные минералы: пирротин (Fe_1-xS); пентландит ((Fe,Ni)₉S₈); халькопирит (CuFeS₂), часто магнетит (Fe Fe₂O₄). Среди нерудных преобладают: оливин, ромбические пироксены, могут присутствовать гранаты, клинопироксены и продукты их изменения, эпидот, серпентин, актинолит, хлорит и карбонаты.

Характерные текстуры руд - массивная, полосчатая, брекчиевая, прожилково-вкрапленная и вкрапленная. Типичные структуры - зернистая и порфировая.

Раннемагматические месторождения.

Раннемагматические месторождения встречаются значительно чаще ликвационных. Среди них известны зоны вкрапленников и шлирообразные скопления хромитов, содержащих платину и алмазы в перидотитах. К ним также принадлежит титаномагнетитовое оруденение в геосинклинальных габброидах и месторождения графита в щелочных породах (Ботогол в Вост. Саяне).

Выкристаллизовавшиеся рудные минералы благодаря высокой плотности опускаются в жидком силикатном расплаве на дно магматической камеры. Здесь они перемещаются под действием гравитации и конвекционных токов, образуя обогащенные участки (кумуляты). Эти участки по составу близки к вмещающей породе, отличаются только повышенным содержанием рудных компонентов. Для раннемагматических месторождений, образующихся в ранний период кристаллизации магмы, характерны следующие особенности:

1) постепенные контакты между рудой и вмещающими породами (поэтому их оконтуривание проводится по данным опробования);

2) преимущественно неправильная форма рудных тел - гнезда, линзы, сложные плитообразные залежи, трубообразные тела;

3) преимущественно вкрапленные текстуры и кристаллически зернистые структуры руд.

Единственным представителем крупных объектов среди раннемагматических месторождений, имеющих большое практическое значение, являются коренные месторождения алмазов.

Месторождения алмазов.

Месторождения алмазов генетически связаны с формацией кимберлитов, проявляющейся на участках древних платформ, тектонически активизированных в последующее время. К ним принадлежат месторождения алмазов Якутии (Сибирская платформа), ЮАР (Африканская платформа), Нового Южного Уэльса (Австралийская платформа). В целом для земного шара эпоха формирования алмазоносных кимберлитов связана с верхнепалеозойской или раннемезозойской (триасовой) магматической активизацией.

Внешне кимберлит очень невзрачн и напоминает бетон, в котором сцементированы обломки разнообразных пород. Названы они по названию города Кимберли на юге Африки.

Алмазоносные кимберлиты выполняют крутопадающие трубообразные тела (рис.2), прослеживающиеся на глубину более 1 км. При этом их поперечные сечения резко сокращаются. Например, трубка Мира в Якутии на глубине 600 м уменьшается в 5 раз. С глубиной эти тела переходят в плитообразные дайки. Диаметр трубок колеблется от нескольких метров до первых сотен метров.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13 Модель кимберлитовой трубки По Д. Доусону

1-отложения туфового кольца 2-крупно-мелкозернистые осадки 3-ксенолиты 4-массивная брекчия 5.дайка

В минеральном составе кимберлитов выделяются минералы самих кимберлитов: оливин, энстатит, диопсид, хромдиопсид, флогопит - главные; ильменит, пироп, хромит, шпинель, графит, алмаз - акцессорные.

При поверхностном разрушении алмазоносных кимберлитовых трубок в элювиальных и аллювиальных отложениях наблюдается очень характерная ассоциация шлиховых минералов: оливин, пироп, пикроильменит, хромдиопсид, являющаяся отчетливым поисковым признаком алмазных месторождений.

Относительно генезиса алмазов в кимберлитах существует три главные точки зрения:

алмазы образовались в результате ассимиляции кимберлитовой магмой углистых пород;

алмазы захвачены кимберлитами вместе с эклогитами из глубинных частей земной коры;

алмазы кристаллизовались в самой кимберлитовой магме как ее естественные породообразующие минералы.

Схема генезиса следующая: кимберлитовая ультраосновная магма зарождалась в обстановке очень высокого давления на значительной глубине, свыше 100 км, в ней выделялись на ранней стадии такие парагенетические минералы как алмаз, пикроильменит, хромдиопсид. Затем такая магма с выделившимися в ней кристаллами поднималась вдоль глубинных разломов, образовавшихся в период тектоно-магматической активизации. При этом могли образовываться кимберлитовые дайки. По достижении некоторого уровня, когда давление газовой составляющей кимберлитовой магмы превосходило внешнее давление, происходил газовый прорыв осадочных пород платформы с заполнением трубообразных полостей обломками вмещающих, прорываемых пород и кимберлитовой магмой.

Среднее содержание алмазов в кимберлитах не превышает 0,5 карата на 1 м ³ породы (карат равен 0,2 г).

Новый, неизвестный до этого тип алмазов был назван лампроитовым типом. Лампроит - это богатая магнием основная или ультраосновная лампрофировая порода, но в отличие от кимберлита обогащенная также калием. Лампроиты относят к особой группе меланократовых пород - лампрофирам (гипабиссальным интрузивным или субвулканическим породы, которые никогда не образуют обособленных крупных масс - это малые интрузии, некки, трубки взрыва - пространственно всегда связаны с трещинной тектоникой).

...