Геохимическое поле и его локальные аномалии

Л. 1.

ВВЕДЕНИЕ

Основной и часто единственной целью всех геологических работ является обеспечение промышленности запасами мин. сырья. Решается эта задача сочетанием геологических, геофизических и геохимических исследований с горными работами и бурением. На всех стадиях геологоразведочного процесса важная роль принадлежит геохимическим методам поисков и разведки ПИ.

Появление современных геохим. методов поисков было подсказано требованиями экономики и подготовлено трудами классиков геохимии, в первую очередь В.И. Вернадским (1863-1945 г.г.), развитием учения о МПИ и прогрессом в области аналитической техники.

Непосредственное создание геохим. методов поисков рудных месторождений связано с именем Николая Ильича Сафронова (1904-1982) и относится к 1931-1932 г.г. Одновременно, В.А Соколовым (1900-1971) в Москве разрабатывались геохимические методы поисков месторождений нефти и газа.

Высокая эффективность геохимических методов привела к их широкому применению как в нашей стране, так и за рубежом. Советскому Союзу принадлежит первое место по объему применения и уровню развития теоретических основ этих методов. С помощью геохимических методов в СССР было открыто много (более 100) промышленных месторождений Sn, Cu, Pb и др.

Современное учение о геохимических поисках МПИ представляет собой систему знаний, отвечающую всем признакам самостоятельного раздела геологических наук, таким как: наличие собственного предмета исследований, методики исследований и специальной терминологии.

Предметом исследований при геохимических поисках является геохимическое поле и его локальные аномалии, в частном случае приобретающие смысл промышленных месторождений. Методом исследований являются геохимические съемки с последующей геологической, геохимической, физико-математической интерпретацией полученных данных.

Основные положения геохимии

Современная горная промышленность извлекает разнообразные химические элементы из их природных скоплений, предъявляя к соответствующим месторождениям полезных ископаемых определенные требования в части содержаний ценных компонентов, масштаба запасов и геолого-экономических условий их залегания. Это определяет общую направленность геолого-съёмочных, поисковых и разведочных работ к обнаружению локальных концентраций химических элементов с целью выбора объектов для промышленной разработки. Прямой метод выявления таких концентраций – геохимические поиски.

В основе геохимических поисков месторождений полезных ископаемых лежат четыре важнейших положения геохимии, имеющие первостепенное прикладное значение и подтвержденные опытными данными:

1. Повсеместное распространение химических элементов во всех геосферах;

2. Непрерывная миграция (перемещение) элементов во времени и в пространстве;

3. Многообразие видов и форм существования элементов в природе;

4. Преобладание рассеянного состояния элементов над концентрированным, особенно для рудообразующих элементов.

Повсеместную распространенность химических элементов подтверждают результаты анализа химического состава любых горных пород, минералов, природных вод, органических образований или искусственных материалов, устанавливающие наличие в них определимых содержаний самых различных элементов, чуждых их основному составу. К примеру, даже в оптически прозрачном монокристалле кварца соответствующие методы анализа обнаруживают содержания Fe, S, Pb, Cu, As, Au, Ag, Na, K, Mg и многих других элементов, не предусмотренных канонической формулой минерала – SiO₂, присутствие которых не может быть объяснено с позиций изовалентного или гетеровалентного изоморфизма элементов.

Отражением всеобщей распространенности элементов служат цифры их кларков – средние содержания химических элементов в доступных для исследования геосферах. Участие отдельных элементов в составе этих геосфер различно (табл. 1). Кларки большинства химических элементов, в частности важных для промышленности цветных и редких металлов, оцениваются только тысячными или миллионными долями процента.

Таблица 1. Основной химический состав геосфер

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

Формулировка закона о всеобщем распространении химических элементов принадлежит В.И.Вернадскому. Он указывал, что даже при ничтожных содержаниях элементов, находящихся в состоянии рассеяния, число их атомов уже в небольшом объеме вещества достигает огромных цифр. Так, например, в 1 см³ морской воды находится n*10⁷ атомов радия, при его содержании в n*10^-13 %. Как следствие этого, современная геохимия отрицает результаты химического анализа, характеризующие отсутствие какого-либо элемента в пробах, заменяя понятие «нет» понятием «не обнаружено». Одновременно, это подчеркивает известные трудности получения «сверхчистых» веществ и практическую невозможность достижения их «абсолютной» чистоты. По предложению Н.И.Сафронова этот основной закон геохимии – о всеобщем рассеянии химических элементов – называют «законом Вернадского».

Миграция химических элементов определяется многочисленными внешними факторами, в частности, энергией солнечного излучения, внутренней энергией Земли, действием силы тяжести и внутренними факторами, зависящими от свойств самих элементов. Различия в миграционной способности (подвижности) химических элементов приводят к их дифференциации и к возникновению природных образований с различными количественными соотношениями между элементами. Результатом этого являются, при качественном единообразии, различия и непостоянство содержаний химических элементов в любых точках земного пространства. Процессы концентрации и рассеяния химических элементов характеризуют две взаимосвязанные и взаимопротивоположные стороны единого процесса миграции элементов.

Разнообразие видов и форм существования химических элементов находит отражение в множестве тех природных химических соединений, механических смесей и растворов, которые они образуют в различных агрегатных состояниях, и многообразии физико-химических связей между элементами. Наряду с минеральной формой существования элементов, насчитывающей около 3 тысяч видов, широко проявлены безминеральные формы, которые для гидросферы, биосферы и атмосферы служат основной формой существования большинства химических элементов.

Однако, в процессе миграции химических элементов, с учетом многообразия видов и форм их существования, возможно возникновение природных образований с практически любым, т. е. очень низким или очень высоким содержанием конкретного элемента. Содержания элемента равные 0% или 100% противоречат закону Вернадского и, следовательно, не могут существовать. При этом любая граница между концентрированным и рассеянным состоянием элемента будет являться произвольной. Чтобы избежать такого, уместно ограничиться определением двух крайних состояний, понимая под рассеянным состоянием элемента содержания, близкие к его кларку, а под концентрированным – близкие к его содержаниям в полезных ископаемых, из которых этот элемент извлекается в промышленных целях. Отношение между содержанием элемента в полезном ископаемом (Ср), из которого он извлекается и его кларком (Ск) для соответствующей геосферы принято называть «кларком концентрации», обозначая его – Кк:

Кк = Ср/Ск

По независимым подсчетам Мак-Келвея, доля запасов ценных металлов, сосредоточенная в месторождениях США, составляет от n (10^-4 – 10^-3)% до 0.04% (максимум) от их общих «кларковых запасов» в литосфере для той же территории до глубины 1 км.

Обобщая изложенное, можно сделать вывод, что содержания любых химических элементов в доступных для изучения геосферах в среднем характеризуются цифрами соответствующих кларков, они всегда больше нуля, зависят от координат и непостоянны во времени. Образование локальных концентраций химических элементов требует затраты внешней энергии и наличия совокупности благоприятных условий.

Геохимическое поле и его локальные аномалии

Геохимическим полем называется геологическое пространство, охарактеризованное цифрами содержаний химического элемента C_x как функциями координат и времени:

C_x = f (x, y, z, T) >0 (1)

Для изучения геохимического поля производятся измерения содержаний химических элементов путем геохимического опробования в отдельных точках наблюдений или непрерывно. Термину «опробование» придается широкий смысл – оно выполняется с отбором проб с последующим их анализом или без пробоотбора, путем контактных или дистанционных определений химического состава природных образований. Измерения содержаний химических элементов без пробоотбора с применением специальной аппаратуры часто называют «геофизическим опробованием», что не меняет его смысла как средства исследования именно геохимического поля.

По результатам измерений геохимического поля составляются карты и разрезы в изоконцентрациях или строятся графики по линиям опробования. По уровню содержаний химических элементов геохимические поля могут быть сравнительно однородны, могут изменяться плавно или осложняться локальными аномалиями. Путем анализа структуры геохимического поля и его количественной интерпретации, с учетом геологических и геофизических данных, делаются поисковые и разведочные выводы.

В абсолютном большинстве точек геохимического поля значения C_x близки к цифрам соответствующих кларков и только в редких случаях достигают значений, существенно отличающихся от этого уровня. Рассеянное состояние элементов – это их естественное, нормальное состояние, а концентрированное состояние – отклонение от нормы или аномальное состояние. Залежи полезных ископаемых являются частным случаями природных геохимических аномалий, общее число которых существенно превышает число промышленных месторождений. Задача поисков рудных месторождений геохимическими методами решается поиском геохимических аномалий.

С учетом кратковременности наших наблюдений по сравнению с длительностью геологического времени результаты геохимического опробования можно считать независимыми от времени. Соответственно, выражение (1) приобретает характер одномерной зависимости:

C_x = f (x)

и отвечает графику содержаний данного химического элемента по профилю опробования. При геохимических исследованиях часто среди многих сотен, а иногда и тысяч проб с фоновыми содержаниями рудных элементов обнаруживаются только единичные пробы с аномальными содержаниями, что лишний раз подтверждает преобладание рассеянного состояния этих элементов над концентрированным.

Среди отклонений от общего уровня содержаний химического элемента по профилю опробования следует различать явные аномалии, единственным критерием для выделения которых служит коллективный геологический опыт. Например, при опробовании горных пород или продуктов их выветривания, аномальными будут содержания Pb или Zn в 0.1 % и более, поскольку, многолетний опыт геологических работ говорит о том, что подобные содержания металлов не свойственны таким образованиям.

Априорные представления о явных геохимических аномалиях позволяют уточнить понятие о местном фоне, за величину которого принимается среднее содержание химического элемента в пределах однородного участка, в удалении от явных аномалий.

Другую группу содержаний элементов-индикаторов оруденения, отклоняющихся от среднего уровня, образуют слабые геохимические аномалии,для выделения которых привлекаются вероятностно-статистические критерии. Отклонения от фона, не принадлежащие к разряду явных аномалий, только в том случае могут признаваться геохимическими аномалиями, если они с заданной вероятностью превышают амплитуду собственных колебаний местного геохимического фона. Для обоснованного выделения слабых аномалий графическая оценка среднего уровня содержаний элемента С_ф недостаточна, необходим одновременный учет меры колебаний местного геохимического фона. Оценку этого важного показателя обеспечивает статистическая обработка геохимических данных.

Аномалии, которые связаны с рудой и могут быть использованы в качестве поисковых признаков, называются перспективными аномалиями. Аномалии внешне сходные с ними, но не связанные с рудными телами, получили название неперспективных. Разделение выявленных при геохимических поисках аномалий на перспективные и неперспективные является одним из основных этапов поисковых работ. Основные причины возникновения неперспективных аномалий:

1. Образование аномалий связано с повышенным, но непромышленным содержанием металлов в породах. Такие аномалии отбраковываются при проведении горных и буровых работ.

2. Образование аномалий связано с формированием ореола в нижней части рудного тела. Отличить такие аномалии иногда возможно при детальном минералого-петрографическом изучении вмещающих пород, кроме того, известно, что в надрудных и подрудных ореолах различны корреляционные связи между элементами.

3. Образование аномалий не связано с повышенным содержанием элементов в коренных породах. Такие аномалии часто называют ложными. Появление таких ложных аномалий может быть вызвано неправильным ландшафтно-геохимическим районированием.

По особенностям распределения содержаний элементов аномалии могут быть «положительными» или «отрицательными». Первые характеризуются повышенными концентрациями элементов-индикаторов, тогда как вторые – пониженными.

В современных условиях добыча полезных ископаемых ведется в основном из месторождений, залегающих в литосфере и относимых к разряду литохимических аномалий. В пределах такой литохимической аномалии выделяются контур промышленных руд и окружающая его зона горных пород с более низкими содержаниями полезных компонентов, недостаточными для их рентабельного извлечения. Зона повышенных содержаний рудных или сопутствующих элементов в околорудных (коренных) породах, образованная одновременно с рудным телом в результате тех же процессов эндогенного, экзогенного (первично-осадочного) или метаморфогенного рудообразования называется первичным ореолом. Граница между рудным телом и его первичным ореолом часто имеет не геологический, а только временный, экономический смысл, отделяя промышленные руды от забалансовых. Однако понятие о первичном геохимическом ореоле месторождения или рудного тела значительно шире понятия о «забалансовых рудах». Первичный ореол включает также зону рудовмещающих пород с содержаниями полезных компонентов, незначительно превышающими фоновые, а также зоны аномальных содержаний элементов-спутников, не являющихся ценными компонентами залежи.

Выветривание и денудация ведут к постепенному уничтожению ранее образованных месторождений полезных ископаемых. Химические элементы, находившиеся в рудном теле, при этом рассеиваются в общей массе рыхлых новообразований и природных водах зоны гипергенеза, принимают участие в формировании твердого и гидрохимического стока с суши, поступающего в область осадконакопления. Присутствующие в месторождении или образованные при выветривании газообразные продукты рассеиваются в атмосфере. Соответственно, верхние горизонты современной суши, в которых протекают процессы выветривания и денудации, ведущие к разрушению и ликвидации ранее образовавшихся концентраций химических элементов, называются полем рассеяния месторождений полезных ископаемых. Процессы, протекающие в поле рассеяния, могут сопровождаться образованием местных вторичных концентраций химических элементов. Возникающие при этом 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, называются 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.

Области повышенных содержаний ценных или сопутствующих компонентов на путях твердого, растворимого (водного) или газообразного, поверхностного или подземного стока с суши, развивающиеся за счет вторичных ореолов рассеяния месторождений, принято называть потоками рассеяния. Содержания химических элементов в потоках рассеяния месторождений характеризуются промежуточными значениями между высокими содержаниями во вторичных ореолах рассеяния и местным геохимическим фоном.

Геохимические съемки

Исследования геохимического поля с целью поисков месторождений полезных ископаемых ведутся методами геохимических съемок. Геохимическая съемка – это систематическое измерение содержаний химических элементов вдоль заранее выбранных направлений – профилей или маршрутов. Система таких профилей геохимического опробования, распределенных по площади (или на глубину) образует участок поисковой геохимической съемки. В зависимости от опробуемого вещества, по наименованию исследуемых геосфер различают литохимические, гидрохимические, атмохимические (газовые) и биогеохимические методы поисков и одноименные им виды геохимических съемок.

По целевому назначению геохимические съемки делятся на: рекогносцировочные, при необходимости, выполняемые в масштабах 1:1 000 000 и мельче; собственно поисковые, последовательно выполняемые на всей территории горнорудных районов в масштабе 1:200 000, а затем в масштабе 1:50 000; детальные (поисково-оценочные) в масштабе 1:10 000 на выборочных участках; разведочные – в масштабах 1:1 000 и крупнее в пределах рудных полей разведуемых и эксплуатируемых промышленных месторождений. Производство геохимических съемок от мелкомасштабных к наиболее детальным увязывается со стадиями единого геологоразведочного процесса, принятыми в нашей стране. Для отнесения геохимических съемок к определенному масштабу плотность наблюдений должна составлять не менее 1 точки на 1 см² отчетной карты. Поскольку чаще всего шаг опробования по профилю всегда меньше расстояния между профилями, то масштаб съемок определяется расстоянием между профилями (маршрутами), которое, независимо от шага опробования по профилю, должно составлять 1 см в масштабе отчетной карты. Итогом поисковых геохимических съемок во всех случаях должно быть выявление участков реальной (а не потенциальной) рудоносности, с оценкой (в цифрах) прогнозных ресурсов металла.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1281; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!