Text
                    А.Г. Милютин
ЕОЛОГИЯ
Издание второе, дополненное
Допущено
Министерством образования и науки
Российской Федерации
в качестве учебника для студентов вузов
по направлениям
«Технология геологической разведки»
и «Горное дело»
Москва «Высшая школа» 2008

УДК 553 ББК 26.3 М60 Рецензенты: кафедра «Геология полезных ископаемых» Московского государственного геологоразве- дочного университета (зав. кафедрой, д-р геолого-минералогических наук, проф. В.Е. БойцовУ д-р геолого-минералогических наук, проф., главный специалист ВИМСа Министерства природных ресурсов А.А. Фролов Милютин А.Г. М60 Геология: Учебник/А.Г. Милютин. — 2-е изд., доп. — М.: Высш, шк., 2008. — 448 с.: ил. ISBN 978-5-06-004531-4 В учебнике кратко освещены вопросы происхождения и развития Земли, строение земной коры, ее химический, минеральный и петрогра- фический состав. Даны ключевые понятия о полезных ископаемых; изло- жены их систематика, формы и вещественный состав тел, современная ге- нетическая классификация месторождений в связи с рудообразующими процессами, приведены геодинамические реювенационные, структур- но-формационные и другие факторы условий формирования и размеще- ния месторождений различных генетических и промышленных типов. Рассмотрены принципы, стадии, методы и системы разведки, формы и обоснования плотности сети, опробование, подсчет запасов, кондиции и геолого-экономическая оценка месторождений. Приведена краткая характеристика промышленных типов месторож- дений металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых. Второе издание (1-е — 2004) дополнено основами инженерной геоло- гии и гидрогеологии. Для студентов горных специальностей вузов. Книга может быть исполь- зована студентами, обучающимися по направлению «Прикладная геология». УДК 553 ББК 26.3 Учебное издание Милютин Анатолий Григорьевич ГЕОЛОГИЯ Редактор JI.A. Савина. Внешнее оформление Е.В. Гордеева. Технический редактор Л.А. Маркова. Корректоры ЕН. Петрова, О.Н. Шебашова Компьютерная верстка Е.М. Есакова Изд. № РЕНТ-2. Подп. в печать 26.11.07. Формат 60 х 88'/16. Бум. офсетная. Гарнитура «Ньютон». Печать офсетн. Объем 27,44 усл. печ. л., 28,91 усл. кр.-отт. Тираж 2000 экз. Заказ № 19053 (кР<чт). ОАО «Издательство «Высшая школа», 127994, Москва, Неглинная ул., 29/14, стр. 1. Тел.: (495) 694-04-56. http://www.vshkola.ru. E-mail: info_vshkola@mail.ru Отдел реализации: (495) 694-07-69, 694-31-47, факс: (495) 694-34-86. E-mail: sales_vshkola@mail.ru Отпечатано в ОАО «Смоленский полиграфический комбинат». 214020, г. Смоленск, ул. Смольянинова, 1. ISBN 978-5-06-004531-4 © ОАО «Издательство «Высшая школа», 2008 Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.
ПРЕДИСЛОВИЕ С момента выхода в свет первого издания учебника (2004) произошло изменение конъюнктуры минерального сырья. По- высились цены на нефть и газ, уран, золото, платину и ряд дру- гих полезных ископаемых; в России более чем в 1,5 раза увели- чились ассигнования из федерального бюджета на геологоразве- дочные работы, в особенности на золото и алмазы; интенсифи- цировалось освоение месторождений углеводородов в северных районах Европейской части РФ, Сибири, на шельфах Балтий- ского, Баренцева, Карского, Каспийского и дальневосточных морей. В связи с этим продолжает возрастать роль геологиче- ских знаний в сфере недропользования. Геология — комплексная интеграционная дисциплина цикла геологических наук в системе высшего профессионального об- разования по направлениям «Технология геологической развед- ки» и «Горное дело». Учебник построен по модульному принципу (табл. 0.1). Каж- дый модуль содержит учебно-информационную часть, кон- трольные вопросы и тесты для самопроверки. Кроме того, по отдельным модулям даны задачи и приводится их решение. В данном издании учебника значительно сокращен вводный модуль, что позволило дополнить общегеологический модуль разделом «Общие вопросы кристаллографии и минералогии» (под ред. И.А. Транквиллицкой) и иллюстрациями моделей строения Земли на плюм- и плейт-тектонической основе. Мо- дуль 6 пополнен тестами для самопроверки. В дополнительной части 5 кратко освещены основы инженерной геологии и гидро- геологии. Пользуясь авторским правом, выражаю глубокую призна- тельность рецензентам и редакторам, а также коллегам по рабо- те на кафедре «Охрана недр и рационального природопользова- ния» Московского государственного открытого университета за критические замечания и консультации. Активное участие в подготовке к изданию учебника принимала К.А. Мирная, за что автор искренне ее благодарит.
Таблица 0.1 Структура учебника Части I. Общая II. Геология полезных ископаемых III. Разведка и геолого- экономиче- ская оценка месторожде- ний полезных ископаемых (МПИ) IV. Промыш- ленные типы МПИ V. Основы инженерной геологии и гидрогеоло- гии Модули Вводный М.1. Обще- геол оги че- ский М.2. Базовый М.4. Техно- логический М.6. Геолого- промыш- ленный М.7. Инже- нерно-гео- логический М.З. Гене- тический М.5. Эконо- мический М.8 Гидро- геологи- ческий
Часть I ОБЩАЯ ВВОДНЫЙ МОДУЛЬ ЦЕЛЕВАЯ ФУНКЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ Данная дисциплина предусматривает: • развитие мировоззрения на происхождение и глобальную эволюцию Земли; • рассмотрение общих вопросов кристаллографии, минера- логии и петрографии; • освоение студентом учения о полезных ископаемых и гео- логических закономерностей их размещения и условий локали- зации; • изучение методики поисков, разведки и геолого-экономи- ческой оценки месторождений полезных ископаемых; • получение информации о требованиях промышленности к качеству минерального сырья различных видов полезных иско- паемых и геолого-промышленных типах их месторождений; • ознакомление с основами инженерной геологии и гидро- геологии. Перечисленные вопросы раскрывают многофункциональ- ность дисциплины в отношении целей, объектов и методов ее изучения. Основным методом изучения объектов служит графическое моделирование. Оно сопровождается промышленной типизаци- ей месторождений, качественными и количественными оценка- ми запасов и прогнозных ресурсов полезных ископаемых. Необ- ходимую для этого информацию получают в результате геолого- разведочных работ. Они включают геологические, геофизиче- ские, геохимические, инженерно-геологические, гидрогеологи- ческие и другие виды картирования в различных масштабах, проведение геолого-минералогических исследований, систем буровых скважин и горных выработок. Возрастает роль геоло-
го-съемочных и поисковых исследований в зоне берегового шельфа, из околоземного космического и воздушного простран- ства (дистанционные методы). МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Геология как многофункциональная наука основана на зна- ниях математических, экономических и естественно-научных курсов и взаимосвязана с общепрофессиональными и специаль- ными дисциплинами горно-технологического цикла. Однако сложность ее изучения даже не столько в этом, сколько в оби- лии специальной научной терминологии и названий месторож- дений, тем более что насыщенность ими текста, в особенности первой и второй частей учебника, идет с нарастанием. Поэтому, не поняв их роли и значения в контексте учебника, не следует переключаться на следующие разделы. В конце учебника приводятся указатели — предметный и месторождений, которые облегчат поиски информации, необхо- димой как при повторении отдельных разделов учебника, так и при ответах на вопросы и тесты контрольных блоков. РОЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ В ТЕХНОЛОГИИ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ Знания, полученные при изучении данной дисциплины, не- обходимы студенту для дисциплин горно-технологического цик- ла, прохождения преддипломной практики, сборе материалов и дипломном проектировании. Горный инженер технологического профиля, владеющий знаниями по геологии, разведке и геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых, основами инженерной геологии и гидрогеологии сможет более эффективно осуществ- лять деловые функции на различных уровнях руководства ресур- содобывающим производством. Такие знания в сочетании со зна- ниями по дисциплинам горно-технологического профиля и прак- тическим опытом помогут горному инженеру прежде всего в вы- боре объекта недропользования в целом определить последова- тельность эксплуатации его отдельных частей и принять участие в их проектировании и строительстве. Ему принадлежит приори- тетное профессиональное право на выбор способов отработки и вскрытия месторождения, а также систем разработки его запасов.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ НАУКИ История изучения геологии и полезных ископаемых уходит в глубь веков и синхронно связана с основными этапами развития материальной культуры и производительных сил человеческого общества (табл. 0.2) Исторически значимые научные исследования по геологии и природе полезных ископаемых относятся к железном веку, в ко- тором можно выделить три этапа. На I этапе, в древние века, начали формироваться философ- ские взгляды на так называемую «природу вещей», определив- шие в дальнейшем два главенствующих альтернативных направ- ления в науках о Земле — нептунистов и плутонистов — предте- ча современных направлений в геологии соответственно: моби- лизма и фиксизма. II этап совпадает со средневековым периодом материального производства, в котором стала возрастать роль минерального сырья. Он характеризуется сменой философских рассуждений эмпирическими наблюдениями за работой горных промыслов; начальным развитием научных представлений о рудообразова- нии в трудах Агриколы (в первой половине XVI в.) и Р. Декарта (первая половина XVII в.). На III этапе (вторая половина XVII и первая — XIX в.) в За- падной Европе на основе противоборствующих идей Агриколы и Декарта окончательно сформировались и длительно соперни- чали две школы: нептунистов и плутонистов. Основатель школы нептунистов А. Вернер объяснял происхождение руд выщелачи- вающим действием просачивающихся вод Мирового океана. Ли- дер школы плутонистов Д. Хэттон, отрицая взгляды нептуни- стов, выдвинул гипотезу образования месторождений исключи- тельно магматическим путем. Важным вкладом в науку о геологии и полезных ископаемых явились труды М.В. Ломоносова (1711 — 1765) «О слоях земных», «Слово о рождении металлов от трясения Земли» и «Первые ос- нования металлургии или рудных дел», в которых геологические процессы рудообразования представлены в сложном многообра- зии. Им определена ведущая роль в образовании рудных жил: тектоники, глубинных горячих водных растворов, серы и моби- лизации металлов из вмещающих пород. 7
Таблица 0.2 Хронологическая последовательность освоения полезных ископаемых, связанная с эволюцией производительных сил в истории человечества Век Продолжительность, тыс. лет Полезные ископаемые Каменный 2500-3 Кремень, роговик, кварц, кварцит, глина, известняк, соль и другие виды неметаллического сырья Бронзовый 3-1 Медь, олово, золото, ртуть, драго- ценные камни Железный С 1-го тысячелетия до н. э. Железо, марганец, хром, свинец, цинк, серебро, сурьма, каменный уголь, слюды XX-XXI >0,1 Вольфрам, молибден, титан, вана- дий, никель, кобальт, платина, алю- миний, редкие и радиоактивные металлы, пьезооптическое сырье, бор, флюорит, нефть, газ, твердые би- тумы Следующий этап — переходный от железного века, охватываю- щий конец XIX и начало XX века, характеризуется развитием конвергентных по отношению монистических идей нептунистов и плутонистов генетических концепций. Особое место в истории, на последующем ее современном этапе, занимают прогнозы и открытия: уникальных нефтегазо- носных бассейнов — Западно-Сибирского, Волго-Уральского, Тимано-Печорского, Баренцевского, Прикаспийского и других, а также медно-кобальтово-никелевых с платиной месторожде- ний норильской группы, алмазоносных кимберлитов в Саха Якутии и Архангельской области, крупных месторождений золо- та, серебра, урана, олова, свинца, цинка и редких металлов в Сибири и на Дальнем Востоке. Интенсивному комплексному изучению и освоению подверглись железорудные и угольные бассейны России. Другой особенностью заключительного современного этапа стало противоборство взглядов сторонников геосинклинальной концепции, так называемых фиксистов, и приверженцев тектони- ки плит — мобилистов на геологию и геодинамику процессов об- разования полезных ископаемых. Теория тектоники литосферных плит при структурно-формационных и металлогенических иссле- дованиях вначале нашла отражение в академических публикациях, затем охватила сферы деятельности отраслевых геологических ор- ганизаций и, наконец, вошла в учебные программы вузов. 8
КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Рассматриваемые далее ключевые понятия имеют приклад- ную направленность и в совокупности составляют предмет изу- чения данной дисциплины. Их определения авторски индивиду- альны, со временем могут претерпеть изменения, и поэтому имеют рекомендательный характер. Геология, в широком понимании, объединяет науки о Земле. Один из основных познавательных методов этих наук явля- ется сравнительно-исторический метод, основанный на прин- ципе актуализма, согласно которому изучаемые геологические процессы могут служить аналогами таких процессов прошлых геологических эпох. Геологические процессы представляют собой события (явле- ния), протекающие внутри Земли и в ее внешних оболочках и преобразующие состав, строение и физическое состояние их субстратов. В зависимости от доминирующих источников энер- гии, вызывающих такие преобразования и другие изменения, например локальные концентрации полезных компонентов с образованием их месторождений, они подразделяются на эндо- генные, экзогенные и эндогенно-экзогенные. Глобальными и общи- ми по отношению к ним являются геодинамические и внутри- плитные геотектоничесие процессы, определяющие направлен- ность и историю эволюции Земли и положенные в основу тео- рии тектоники литосферных плит. Другими универсальными понятиями являются такие, как полезное ископаемое, минеральные ресурсы, месторождение. Полезное ископаемое — это естественное скопление в недрах или на поверхности континентов, дне морей и океанов природ- ного минерального образования в твердом, жидком или газооб- разном состоянии. В процессе геологоразведочных и научно-ис- следовательских работ выявляют их пространственное положе- ние, формы и размеры, количественные, качественные и другие технологические характеристики. При определенной экономи- ческой значимости они становятся минеральными ресурсами, часть из которых в результате разведочных работ трансформиру- ется в запасы. Размещение минеральных ресурсов контролируется локаль- ными и региональными структурами. Минеральные ресурсы, приуроченные к локальным структурам, концентрируются в ме- сторождения, т. е. месторождение представляет собой скопление полезного ископаемого, занимающего определенное простран- 9
ственное положение в локальной геологической структуре и ха- рактеризующееся практически значимыми качественными и ко- личественными показателями. Месторождение может быть про- мышленным, если оно имеет балансовые запасы, и непромыш- ленным, если использование его запасов в настоящее время экономически нецелесообразно или технически и технологиче- ски невозможно. Месторождения, не имеющие разведанных запасов, оценива- ются по перспективным и прогнозным ресурсам. Разведанные за- пасы в процессе их разработки становятся минеральным сырьем. Когда речь идет об использовании минеральных ресурсов в качестве сырья для промышленности, тогда возникает произ- водное понятие минерально-сырьевые ресурсы. Другие ключевые понятия дифференцированы по природ- но-технологическим группам полезных ископаемых. По техно- логическим особенностям, обусловливающим области их ис- пользования, полезные ископаемые и их месторождения разде- ляют на металлические, неметаллические, горючие (каустобиоли- ты) и гидроминеральные. Горючие и гидроминеральные полезные ископаемые могут быть в твердой, жидкой или газообразной фазах. Твердое мине- ральное сырье, предназначенное для технологической перера- ботки, является товарной рудой. Часть неметаллического мине- рального сырья и твердых каустобиолитов, подобно жидкому и газообразному сырью, используется без предварительной пере- работки. Продуктивные части месторождений, имеющие природные геолого-структурные границы или условные контуры, устанав- ливаемые по результатам опробования, образуют тела или зале- жи. Их внутреннее строение характеризуется неоднородностью слагающих элементов: встречаются участки повышенных кон- центраций полезных компонентов и участки, практически ли- шенные их. При достаточно высокой плотности участков повы- шенных концентраций тело становится рудным телом. Близким по значению является понятие рудная залежь. Рудное тело ха- рактеризуется рудонасыщенностью или рудоносностью, рудная залежь — продуктивностью. Если понятие «рудное тело» может рассматриваться вне его формы и условий залегания, то понятие «рудная залежь» указывает на значительную изменчивость ее мощности и согласное залегание. На месторождении может быть одно, два, чаще несколько рудных тел или залежей. ю
Небольшие скопления полезных ископаемых в локальных геологических структурах называют проявлениями, а если такие скопления представлены рудными образованиями, то— рудо- проявлениями. Незначительные по размерам проявления или ру- допроявления определяются соответственно понятиями минера- лизованной и рудной точками. Площадь распространения сближенных в общей локальной геологической структуре генетически связанных месторождений или рудопроявлений представляет собой рудное поле. Рудные поля и месторождения полезных ископаемых могут формиро- вать более значительные по площади распространения районы или узлы, которые, в свою очередь, объединяются в металлоге- нические зоны и пояса, а также области и провинции или бассейны различной минерально-сырьевой специализации. Размещение рудных полей и указанных территорий более высоких природ- ных уровней контролируется региональными структурами в со- вокупности с другими геологическими факторами. Изучением этих вопросов занимается специальная наука — металлогения, или минерагения. Для познания геологических условий образования и законо- мерностей размещения месторождений полезных ископаемых важными являются понятия о фациях, геологических формациях и комплексах, рудных формациях и комплексах. Эти понятия мо- гут иметь различные объяснения (толкования или определения), функционально связанные с особенностями изучаемых объектов и методов их исследования. Применительно к данной дисципли- не понятие фации указывает на общность геологических, физи- ко-химических, ландшафтных или других обстановок (условий), в которых формируются геологические формации и комплексы и связанные с ними соответственно рудные формации и рудные комплексы. Основным критерием выделения геологических фор- маций является стратификация слагающих их толщ. Геологические формации объединяют близкие по составу и происхождению сообщества стратифицированных горных пород (осадочных, вулканогенных, вулканогенно-осадочных, метамор- фических и кор выветривания), формирующих геологические тела в определенных структурных элементах земной коры. Пара- генетические ассоциации интрузивных и нестратифицирован- ных субвулканических пород образуют геологические комплексы. Рудная формация объединяет близкие по происхождению и минеральному составу экономически значимые образования в рудовмещающих или рудоносных геологических формациях. 11
Металлические полезные ископаемые (выделенные значками) Периоды и группы I II III IV 1 (Н) 2 Li литий 3 0 Вс бериллий 4 0 в бор 5 с углерод 6 3 Na натрий 11 Mg магний 12 AI алюминий 13 Si кремний 14 Ка калий 19 Са кальций 20 Sc скандий 21 Ti титан 22 4 Си медь 29 Zn цинк 30 Ga галлий 31 $ Ge германий 32 $ Rb рубидий 37 0 Sr стронций 38 0 Y* иттрий 39 Zr цирконий 40 0 5 Ag серебро 47 О Cd кадмий 48 $ In индий 49 $ Sn олово 50 Cs цезий 55 0 Ва барий 56 La* лантан 57 Hf гафний 72 0 6 Au золото 79 Hg ртуть 80 Т1 таллий 81 $ РЬ свинец 82 7 Fr франций 87 0 Ra радий 88 0 Ас актиний 89 0 Th торий 90 Условные обозначения Металлы: 7V - черные Ф - легирующие тугоплавкие *v* - цветные О - драгоценные (благородные) Металлы радиоэлектроники и ядерно-космической техники: п - редкие литофильные - редкоземельные - халькофильные - сидерофильные - радиоактивные
Таблица 0.3 в Периодической системе Д.И. Менделеева V VI VII VIII Н водород 1 Нс гелий 2 N азот 7 О кислород 8 F фтор 9 No неон 10 Р фосфор 15 S сера 16 С1 хлор 17 Аг аргон 18 V ванадий 23 Сг хром 24 Мп марганец 25 26 Fc а железо Тч 27 С° Ж- кобальт 28 N’ & никель Ф As мышьяк 33 Sc сслсн 34 $ Вг бром 35 Кг криптон 36 Nb ниобий 41 0 Мо молибден 42 Тс технеций 43 44 Ku О рутений 45 Rd О родий 46 pd О палладий Sb сурьма 51 Те теллур 52 $ I йод 53 Хе ксенон 54 Та тантал 73 0 W вольфрам 74 Re рений 75 $ 76 Os .О осмии 77 1г О иридий 78 Pt О платина Bi висмут 83 Ро полоний 84 At астат 85 Rn радон 86 91 Ра (g) протактиний и уран 92 93-118 * Редкоземельные Се церий 58 Рг празеодим 59 Nd неодим 60 Pm прометий 61 Sm самарий 62 Ей европий 63 Gd гадолиний 64 ТЬ тербий 65 Dy диспрозий 66 Но гольмий 67 Ег эрбий 68 Тт тулий 69 Yb иттербий 70 Lu лютеций 71
Рудные комплексы включают парагенетические ассоциации ос- новных и сопутствующих полезных компонентов (в минераль- ной или элементной форме) при соотношении их промышлен- ной ценности от паритета до минимума, обеспечивающего тех- ническую возможность и экономическую целесообразность их извлечения. Из этого вытекает принципиально важное опреде- ление: рудой называется горная минеральная масса, содержащая один ценный компонент или более в количестве, обеспечиваю- щем возмещение затрат на их извлечение. Геологические формации и нестратифицированные ассоциа- ции горных пород с вмещающими их структурами образуют структурно-формационные комплексы. При наличии связанных с ними месторождений полезных ископаемых они определяются как «продуктивные» или «рудопродуктивные» и служат основой выделения промышленных типов месторождений, общие моде- ли которых носят описательный характер. Промышленные типы объединяют родственные по генезису, т.е. происхождению и структурно-формационной принадлежно- сти, аналогичные по видам полезных ископаемых месторожде- ния, характеризующиеся относительно значимой между собой степенью полезности. Их разделение на группы по видам полез- ных ископаемых осуществлено на основе минералого-геохими- ческих и технологических характеристик и с учетом сферы практического использования. Предметом изучения являются группы месторождений металлических, неметаллических и го- рючих полезных ископаемых. Металлические полезные ископаемые подразделены на черные (Fe, Мп, Сг), легирующие тугоплавкие (Ti, V, W, Mo, Ni, Со), цветные (Al, Си, Pb, Zn, Mg, Sn, Bi, Sb, Hg), драгоценные (Au, Ag, Pt и платиноиды — Ru, Rh, Pd, Os, Ir) и металлы радиоэлек- троники и ядерно-космической техники, включающие редкие литофильные (Be, Zr, Li, Nb, Ta, Cs, Rb, Hf и Sr), в том числе и редкоземельные — TR (Y, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tu, Yb, Lu), халькофильные (Cd, Ga, Ge, In, Re, Tl, Те, Se), сидерофильные Sc, а также радиоактивные (U, Th). Их место в Периодической системе элементов Д.И. Менде- леева приведено в табл. 0.3. Неметаллические полезные ископаемые объединяют индустри- альное, горно-химическое, агрономическое и строительное ми- неральное сырье; каустобиолиты — сапропель, торф, ископае- мые угли, горючие сланцы, нефть, природные горючие газы и твердые битумы. 14
МОДУЛЬ 1. ОБЩЕГЕОЛОГИЧЕСКИЙ 1.1. ГИПОТЕТИЧЕСКИ-ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК МИРОПОНИМАНИЕ И ГЛОБАЛЬНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ Из широко известных взглядов на происхождение Земли ближе всего современным научным фактам отвечает теория О.Ю. Шмидта (1948), согласно которой Земля и другие сател- литные объекты Солнца являются производными космического газо-пылевидного облака. В процессе неравномерных вихревых движений в различных его частях произошло обособление сгуст- ков, послуживших субстратом протопланетарных и других тел Солнечной системы. По мере удаления от Солнца планет, вращающихся вокруг него по эллиптическим орбитам, выделяются внутренние плане- ты и отделенные от них поясом астероидов внешние. К первым из них относятся: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Ко вто- рым — Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Внутренние планеты относительно внешних характеризуют- ся меньшими размерами, высокой плотностью, незначительной по массе атмосферой и небольшой скоростью осевого вращения. Глобальную эволюцию Земли, образованной из космически холодного газо-пылевидного облака, на рубеже XX—XXI вв. стали моделировать во взаимосвязи с теорией тектоники плит (О.Г. и Н.О. Сорохтины, А.А Маракушев, С.А. Ушаков, В.И. Ста- ростин и др.). В целом эволюция Земли имеет направленный и необратимый характер от холодной и практически изотропной по составу и строению безжизненной планеты в катархее (от 4,6 до 4 млрд лет назад) до ее современного состояния. В катархее разогрев Земли осуществлялся за счет радиоген- ной и приливной энергии. Последняя проявлялась наиболее ак- тивно в экваториальном поясе, согласно плоскости орбиты вра- щения Луны, и обусловила возникновение химико-плотностной дифференциации первичного расплавленного субстрата и зарож- дение ядра и мантии. Энергия гравитационной дифференциации привела ю даль- нейшему разогреву Земли, проявлению зонной плавки, выра- зившейся в сепарации никеля и оксидов железа от силикатных, менее плотных соединений. В процессе такой сепарации завер- 15
шилось формирование ядра Земли: внешнего, состоящего из расплава железа, и внутреннего — железоникелевого сплава. Следует заметить, что ядро Земли вращается с большей скоро- стью, чем остальная планета. С образованием ядра и мантии связаны периодическое упру- гое сжатие Земли и возникновение восходящих и нисходящих конвективных потоков мантийного вещества и энергии, так на- зываемых плюмов. По результатам сейсмического просвечива- ния Земли — компьютерной сейсмотомографии, эти процессы зарождаются в нижней мантии, на ее границе с ядром (рис. 1.1). Мантийная конвекция, проявившаяся на протяжении всей дальнейшей истории Земли, генерировала глобальные геологи- ческие процессы. В архее над восходящими конвективными потоками возни- кали маломощные базальтоидные пластины океанической коры. Над нисходящими потоками происходило торошение и скучива- ние этих пластин с частичным их переплавлением. Такие про- цессы, названные обдукцией, обусловили формирование конти- нентальных литосферных плит. С ними также связано возраста- ние плотности мантийных пород под океанической корой и по- следующее, начиная с протерозоя, возникновение зон поддвига плит, или субдукции. Субдукция — это поддвиг одной литосфер- ной плиты под окраину другой плиты на глубину 660 км и бо- 1 (1 Г Л'.КИ плюма Л iv -.кфс! |: фНМН ( рСМЧИООШПЛ <1П хребет - - Оммм КИЙ острог lanHMUT В‘‘рМШ1б70 км малгия j I к нм. . . . 29(М1 км 0 км ' Нижняя ммш 670 ядро Ниуфе <н"? Мф» ш SIS 1 l-oHHi.-l ( th'pv'l '!1 И ®ла:,и" ни.ИЧГИ М t -нм 1 ',;ч°)Н4'! ** * М '’я" Рис. 1.1. Схема геодинамических процессов По В.Е. Хайн, Arndt N. (2000), Kellog L.H. 16
лее, вплоть до границы мантии с ядром. Субдуцируемая лито- сфера в виде так называемых слэбов (пластин или плит) фикси- руется по данным проекций гипоцентров землетрясений и ком- пьютерной сейсмотомографии. Дальнейшее геологическое раз- витие Земли увязывается с основными теоретическими положе- ниями тектоники литосферных плит. В последующие архейскую (от 4,0—3,8 до 2,6 млрд лет на- зад) и фанерозойскую (от 0,57 до 0,0) эпохи энергия гравитаци- онной дифференциации привела к дальнейшему разогреву Зем- ли и ее периодическому упругому сжатию, возникновению кон- вективных потоков вещества мантии, генерировавших глобаль- ные геодинамические и тектонические процессы. В результате таких процессов формировались ее суперконтиненты и проис- ходил их распад на отдельные континентальные плиты. Рас- смотрение этих вопросов приводится в блоке 2.3. СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ Земная кора является верхней твердой оболочкой Земли. Ее развитие протекает во взаимодействии с подстилающей мантий- ной оболочкой, гидросферой, атмосферой и биосферой. Ман- тийная оболочка включает верхнюю, среднюю и нижнюю ман- тию. Земная кора и верхняя мантия образуют литосферу, ниж- ней границей которой является кровля астеносферного слоя. В целом литосфера состоит из 20 перемещающихся по асте- носферному слою жестких плит мощностью от 50—60 до 200—300 км, семь из которых относятся к мегаплитам. Это Ев- роазиатская, Северо- и Южно-Американская, Африканская, Ти- хоокеанская, Индо-Австралийская и Антарктическая. Границы плит фиксируются сейсмофокальными зонами по гипоцентрам землетрясений. Земная кора характеризуется неоднородным строением по латерали и на глубину. По латерали выделяется три типа коры: континентальный, океанический и переходный между ними. Континентальная кора имеет мощность от 20 до 70—80 км и со- стоит из трех слоев: осадочного, гранитно-метаморфического и «базальтового». Границы между внутренними сферическими поверхностями фиксируются по изменению скорости распространения про- дольных сейсмических волн (V/;). Так, нижняя граница земной коры определяется поверхностью Мохо, где происходят повы- 2 Ми ПО1ИН 17
о о С5
Рис. 1.2. Схема тектоники Индо-Атлантического сегмента и переходные облас- ти его взаимодействия с Тихоокеанским сегментом. По Ю.М. Пущаровскому, 2001 г. 7 — границы сегмента; 2— континенты северного ряда; 3— континенты южного ряда и их фрагменты в Евразийском и Аппалачском складчатых поясах; 4 — складчатые пояса; 5 — срединно-океанические хребты и трансформные разломы; 6 — демаркационные разломные зоны; 7—фрагменты континентов; 8 — океанические поднятия; 9 — глубоководные жело- ба; 10— современные океаны (Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый); 77 — переходные области взаимодействия Тихоокеанского сегмента с Индо-Атлантическим. Главнейшие тектонические секторы в Атлантическом океане (римские цифры в кружках): I — Северный. II — Центральный, III — Южный; то же в Индийском (арабские цифры в кружках): 1 — Западный, 2 — Центральный, 3 — Восточный, 4 — Южный шение Np от 6,8 км/с в «базальтовом слое» до 8,2 км/с в верхней мантии. Океаническая кора представлена «базальтовым» слоем мощ- ностью от 5—15 км и осадочным мощностью около 1 км. Переходный тип земной коры характеризуется промежуточ- ным строением, когда перемежаются блоки с субконтиненталь- ной и субокеанической корой. В глобальной структуре Земли выделяют два унаследован- ных сегмента: Тихоокеанский и Индо-Атлантический, свиде- тельствующие об асимметрии в ее глубинном строении. В Тихо- океанском сегменте продолжается процесс саморазвития пер- вичной океанической коры, а в Индо-Атлантическом — дрейф континентов, наращивание их сиалической массы и формирова- ние вторичных океанов (см. рис. 1.2). ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ Общий химический состав Земли отражается Периодической системой элементов Д.И. Менделеева. В их размещении отмеча- ется избирательность и неравномерность. Предположительно ядро Земли состоит в основном из железа и никеля в соотноше- нии 10:1, что соответствует составу железистых метеоритов. Хи- мический состав мантии идентифицируется с составом камен- ных метеоритов и мафит-ультрамафитовых пород. Земная кора характеризуется присутствием полного перечня химических элементов и высокой дискретностью протекающих в ней геологических процессов. Основными составляющими элементами земной коры являют- ся (по массе в вес. %): кислород 47; кремний 29,5; алюминий 8,05; железо 4,65; кальций 2,96; натрий 2,5; калий 2,5; магний 1,87. 2- 19
Большинство из них занимают места в начале периодической таб- лицы. Суммарная доля остальных элементов составляет 0,7 %. Гидросфера включает воды (млн м?): океанические и морские (1370), коровые (110), озер, рек и болот (2), а также ледники (21). Земная атмосфера состоит из азота (75,5 %), кислорода (23 %), СО2 (около 0,05 %), аргона (1,28 %) и других инертных газов. Кроме того, в атмосфере неравномерно распространены пары воды, различные газы, пыль и аэрозоли. Из большого разнообразия химических элементов биосферы, входящих в состав органических веществ, приоритетными явля- ются О, Н, С, N, Са, Na, К, Mg, Fe, Cl. Большая часть химических элементов в земной коре нахо- дится в рассеянном состоянии. Учтенные запасы, т. е. промыш- ленные концентрации важнейших металлов в месторождениях, составляют незначительную долю от их общей величины в рас- сеянном состоянии. Между средними весовыми содержаниями элементов (клар- ками) земной коры и геологическими запасами этих элементов существует прямая корреляционная зависимость. 1.2. ИНФОРМАЦИОННО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ И МИНЕРАЛОГИИ Минералом называется устойчивая атомно-молекулярная ас- социация, образующая природное вещество с определенными физико-химическими свойствами. Химический состав минерала выражается формулой, в которой также может быть отражена его структура на атомно-молекулярном уровне, например в формуле топаза Al2[SiO4](F ОН)2 выделены квадратными скобка- ми комплексный анион, круглыми — анион F’, который может замещаться гидроксидом (ОН)’. Вода в минералах может при- сутствовать в связанном кристаллическом виде (например, в би- шофите — MgCl2 • 6Н2О) или свободном (опал — SiO2 • п Н2О). ЭЛЕМЕНТЫ СИММЕТРИИ КРИСТАЛЛОВ Минералы чаще всего находятся в кристаллической форме, реже аморфном состоянии. Кристаллические минералы отличаются от аморфных зако- номерным расположением слагающих их элементарных частиц 20
(атомов, молекул, ионов), обусловливающем геометрически правильные многогранные формы кристаллов. На основе закона постоянства гранных углов во всех кристаллах определенного минерала (при одинаковых температуре и давлении), а также по сочетаниям типоморфных элементов симметрии выделяются семь главнейших сингоний. Каждая сингония объединяет группу видов симметрий, кото- рые при равном числе единичных направлений обладают сход- ными элементами симметрии. В их качестве рассматриваются: плоскость симметрии (Р), центр симметрии (С), ось симметрии (L) и инверсионная ось (Ц). Плоскость симметрии условно делит симметричную фигуру на две равные части, являющиеся зеркальным подобием. При наличии плоскостей симметрии в кристаллах их число может быть от одной до девяти, кроме восьми (Р, 2 Р, 3 Р, 4 Р, 5 Р, 6 Р, 7 Р, 9 Р). Девять плоскостей симметрии имеет куб (три главных и шесть диагональных) (рис. 1.3, а). Центр симметрии, или центр инверсии, определяется услов- ной внутренней точкой, от которой в любых противоположных направлениях на равном расстоянии находятся одинаковые углы фигуры. Рис. 1.3. Элементы симметрии куба: а— девять плоскостей симметрии-- 9Р; оси симметрии: £ —четвертого порядка — ЗЬ4; в — третьего порядка — 4Ьз; г — второго порядка — 6L2; С — центр симметрии 21
Ось симметрии и ее порядок выражаются числом возможных совмещений граней кристалла при его повороте вокруг оси сим- метрии на 360°. Углам поворота 180, 120, 90 и 60° соответствуют оси симметрии L2, L3, L4 и Ц порядков (см. рис. 1.3, б, в, г). Инверсионные оси симметрии являются отражением взаимно- сти осей и центра симметрии; такие оси обозначаются как Lu, L2 Lj3, Lj4 Lj6- Указанные выше элементы симметрии, проявляясь отдельно или в совокупных сочетаниях, формируют 32 вида симметрии, каждый из которых обозначается соответствующей формулой симметрии. Например, формула симметрии кристалла кальцита тригональной сингонии ЬзЗ L 2 ЗРС означает, что он имеет одну ось симметрии третьего порядка, три оси второго порядка, три плоскости симметрии и центр симметрии. В зависимости от порядка осей симметрии выделяют три ка- тегории сингоний. Сингонии, не имеющие осей симметрии выше L2, называются низшими. К этой категории относятся триклинная и ромбическая сингонии, а также моноклинная, ко- торая из элементов симметрии имеет только центр инверсии. К средней категории относятся сингонии тригональная, тет- рагональная и гексагональная, имеющие по одной оси соответ- ственно L3, L4 и Ьб порядков. Сингония высшей категории — ку- бическая, имеет оси симметрии 4L3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ Физические свойства минералов являются высоко информа- тивными диагностическими признаками. Они зависят от хими- ческого состава минералов и их внутренней структуры. Основными физическими свойствами минералов служат; плотность, твердость, спайность, цвет и цвет черты, блеск, а также оптические, магнитные, радиоактивные, электрические, люминесцентные, термические и другие свойства. Кроме того, различают внешний облик, форму и размеры отдельных минера- лов и их агрегатов. Плотность минералов определяется как отношение массы к занимаемому объему. Она численно эквивалентна удельному весу, изменяется в пределах 0,9—23 г/см3. Минералы с плотностью ме- нее 3 принято называть легкими, свыше 3,5—4,0 — тяжелыми. Твердость минералов характеризуется мерой сопротивлению к механическому воздействию (проникновению) другого более 22
твердого вещества. Такое воздействие определяется методами царапанья, вдавливания и шлифования. Для минералов с анизо- тропией физических свойств числовое значение твердости гра- ней по различным направлениям неодинаково. Метод царапанья, применяемый при макроскопическом изу- чении минералов, основан на эталонной шкале твердости Мо- оса. Более точный микроскопический метод вдавливания преду- сматривает использование приборов — склерометров и микро- твердометров (табл. 1.1). Таблица 1.1 Химический состав, сингонии и главнейшие физические свойства минералов эталонной шкалы твердости Мооса Минералы, в порядке возраста- ния их твердости Формулы Твердость Плот- ность, г/см3 Спай- ность Химическая Характерных элементов симметрии — сингония По шкале Мооса На микро- твердо- метре, кг/мм2 Тальк Mg3[Si4O10](OH)2 I^PC моноклинная 1 2,4 2,8 в.с. Гипс Ca[SO4] 2Н2О —»— 2 55 2,3 в.с. Кальцит Са[СО3] L33L23PC тригональная 3 125 2,7 с. Флюорит CaF2 3L44L36L29PC кубическая 4 184 3,18 с. Апатит Ca5[PO4]3(F, Cl) L6PC гексагональная 5 540 3,2 н.с. Ортоклаз К[А1 Si3O8] I^PC моноклинная 6 794 2,5-2,6 в.с. Кварц SiO2 3L3; 3L2 тригональная 7 ИЗО 2,67 в.н. (час- тично) Топаз Al2[SiO4](F, OH)2 31^; 3L3; PC ромбическая 8 1442 3,5 с. Корунд A12O3 ц тригональная 9 2060 4,0 — Алмаз C 3L44L36L29PC кубическая 10 10060 3,5 ср. Буквенные значения видов спайности: в.с. — весьма совершенная; с. — совершенная; ср. — средняя; н.с. — несовершенная; в.н. — весьма несовершенная; — отсутст- вие спайности. Спайность и излом. Спайность отражает способность кри- сталлов раскалываться или расщепляться по направлениям, па- раллельным их кристаллическим плоскостям. Виды спайности приводятся в табл. 1.1. 23
При отсутствии спайности важной характеристикой поверх- ности раскола служит излом. Он может быть раковистым, зер- нистым, волокнистым, ступенчатым. Цвет минерала и цвет черты. Цвет минерала зависит как от его химического состава и внутренней структуры, так и от при- сутствия в виде примесей элементов — хромофоров. Один и тот же минерал может обладать различной окраской, что затрудняет использование этого диагностического свойства. Цвет черты, оставляемый минералом на пластине неглазуро- ванного фарфора, более надежно отражает его цвет. Побежалость проявляется приповерхностной радужной или пестрой окраской минерала, отражающей образование пленки его оксидов. Прозрачность выражает способность минерального вещества пропускать свет. По этому свойству минералы подразделяются на прозрачные, полупрозрачные (просвечивающие), непросве- чивающие и непрозрачные. Оптические свойства минералов изучают с помощью поляризованного микроскопа: прозрач- ных — в проходящем свете, непрозрачных — в отраженном. Блеск минерала, вызванный отражением от его поверхности световых лучей, может быть: металлическим (ярким или потуск- невшим), жирным, шелковистым, перламутровым, стеклянным, алмазным, смолистым. Морфология минералов и их агрегатов. Минералы в природ- ных условиях находятся в форме одиночных ограненных кри- сталлов, их сростков, фантомов (кристалл в кристалле), друз, а также в виде различных скоплений, образующих минеральные агрегаты. Среди последних различают секреции (миндалины, жеоды) и конкреции, оолиты, пизолиты, сталактиты и сталагми- ты, дендриты и др. Полиморфизм характеризует способность одинаковых по хи- мическому составу веществ образовывать в различных термоди- намических условиях адекватные им структурные модификации того же состава, но с другими физическими свойствами. Клас- сический пример — алмаз и графит, представляющий собой уг- лерод: первый кубической сингонии, второй — гексагональной. Анизотропность и изотропность минералов. Эти свойства обу- словлены их внутренним строением. Понятие «анизотропность» определяет различные значения физических свойств по парал- лельным и непараллельным направлениям. Анизотропность присуща кристаллическим минеральным веществам. Изотроп- 24
ное строение характеризуется тождественностью физических свойств в любых направлениях. Изотропность свойственна аморф- ным минеральным образованиям, а также большинству минера- лов кубической сингонии. Химический состав минералов и их примесей устанавливают различными видами: химическим (как наиболее точным), спек- тральным и атомно-абсорбционным (наиболее чувствительны- ми), ренгеноспектральным, люминесцентным, радиоактивным и другими методами. ПОНЯТИЕ О ПАРАГЕНЕЗИСЕ И ТИПОМОРФНОСТИ МИНЕРАЛОВ Парагенезис обозначает совместное нахождение в природе минералов или химических элементов. Такие сообщества назы- ваются парагенетическими минеральными ассоциациями или пара- генетическими ассоциациями химических элементов. Типоморфность, или типоморфизм, минералов характеризует- ся особенностями их химического состава, формы, физических свойств, внутренней структуры, в совокупности указывающих на природу (генезис) минеральных образований. Типоморфные минералы образуют минеральные ассоциации определенного ге- незиса. Таким образом, парагенетические и типоморфные ассоциа- ции минералов в месторождении полезных ископаемых являют- ся ведущими генетическими признаками. Состав парагенетиче- ских ассоциаций химических элементов обусловлен составом адекватной ассоциации примесей. Изоморфизм выражает способность атомов (ионов) опреде- ленных химических элементов в минеральных образованиях к взаимным замещениям. Основными его видами являются изова- лентный и гетеровалентный изоморфизм. При первом взаимоза- мещаются атомы с одинаковой валентностью, при втором изо- морфные замещения происходят между атомами смежной ва- лентности с разницей ионных радиусов от 15 до 25 %. Как будет отмечено в следующих разделах учебника, изуче- ние химических и минеральных парагенезисов, а также изомор- физма имеет важное значение в решении проблем генезиса ме- сторождений и комплексного извлечения содержащихся в них полезных компонентов. 25
КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ Классификация минералов начинается с группы самородных минералов (S8, Au, Pt). Далее по химическому составу выделяют основные минеральные группы (сульфиды, силикаты, галогени- ды и оксиды). Сульфиды: халькозин — Cu2S, ковеллин — CuS, халькопи- рит — CuFeS2, борнит — Cu5FeS4, станнин — Cu2FeSnS4, гале- нит — PbS, сфалерит — ZnS, антимонит — Sb2S3, киноварь — HgS, пентландит — (Ni, Fe)9S8, висмутин — Bi2S3, реальгар — AsS, аурипигмент — As2S3, молибденит — MoS2, пирротин — Fei.x S, пирит — FeS2 (сингония кубическая), марказит — FeS2 (сингония ромбическая), кобальтин — CoAsS, арсенопирит — FeAsS, блеклые руды — Cu3(Sb, As)S3, буланжерит — PbsSb4Sn. Галогениды: флюорит — CaF2, галит — NaCl, сильвин — КС1, карналлит — MgCl2 • КО • 6Н2О, бишофит — MgCl2 • 6Н2О. Оксиды: корунд — А12О3, гематит — F2O3, магнетит — Fe2O3 • FeO, ильменит — FeTiO3, рутил — TiO2, касситерит — SnO2, пиролюзит — МпО2, уранинит — UO2, кварц — SiO2, куприт — Си2О, хромит — FeCr2O4. Гидроксиды: гиббсит, диаспор и бемит, образующие боксит, лимонит, манганит, псиломелан, опал. Силикаты: оливин — (Mg, Fe)2[SiO4], гранаты, цирконий — Zr[SiO4], сфен — CaTiSiOs, топаз, дистен, андалузит, везувиан, эпидот, берилл, турмалин, пироксены (ромбические и моно- клинные), роговая обманка, чароит, тальк, серпентин, хризо- тил-асбест, слюды (мусковит, флогопит, биотит); хлориты, пла- гиоклазы, ортоклаз — K[AlSi3O8] и микроклин, фельдшпатоиды, скаполиты. Кроме вышеперечисленных, выделяются относительно не- большие по числу минералов группы (карбонатов, боратов, фос- фатов, сульфатов) и другие соединения. 1.3. ИНФОРМАЦИОННО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ БЛОК ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ Земная кора сложена различными горными породами: на глубоких горизонтах — в основном эндогенного происхождения, в приповерхностной зоне — экзогенной природы образования. Горные породы — это природные ассоциации минеральных обра- 26
зований определенного состава и строения, слагающие твердую основу оболочек Земли. Они подразделяются на три основные генетические группы: магматическую, осадочную и метаморфи- ческую. Магматические породы кристаллизируются из одноименных с ними расплавов, различных по составу и условиям залегания. По содержанию SiOz (вес. %) они подразделяются на подгруп- пы: ультраосновные (< 44), основные (44—53), средние (53—64) и кислые (64—75). Их синонимы соответственно: ультрамафито- вые, мафитовые, мафитосалитовые и салитовые. По относительному содержанию щелочей, выраженных от- ношением (Na2O+K2O)/SiC>2, выделяют три петрохимических ряда: нормальной щелочности (щелочно-земельный), повышен- ной щелочности (субщелочной) и щелочной. Каждый ряд представлен интрузивными (глубинными) поро- дами и сходными по химическому составу, но различными по степени раскристаллизации, эффузивными и субвулканически- ми (жильными) породами, так называемыми комагматами. Кристаллизация интрузивных пород протекает в абиссаль- ной зоне на глубинах от 10—15 до 3—5 км от поверхности Зем- ли. Поэтому они характеризуются полнокристаллической зерни- стой структурой. Эффузивные породы затвердевают в припо- верхностных условиях в интервале глубины от 0 до 1 — 1,5 км, имеют мелкозернистую, иногда стекловатую или порфировую структуру. Переходные между ними разновидности — субвулка- нические породы образуются в гипабиссальной зоне на глубине от 3—5 до 1 — 1,5 км от поверхности Земли. Они наделены зер- нистой структурой с порфировыми выделениями. Наиболее распространены магматиты нормальной щелочности, представленные в каждой подгруппе {полужирный курсив) главней- шими интрузивными породами {прямой полужирный шрифт) и их эффузивными и субвулканическими комагматами {курсив). Ультраосновные: дунит, перидотит, пироксенит — пикрит — порфирит-пикритовый. Основные: габбро — базальт — порфирит. Средние: диорит — андезитобазальт — андезит. Кислые: гранит — липарит (риолит) — гранит-порфир. Среди пород субщелочного и щелочного рядов, нередко слагающих рудопродуктивные дифференцированные массивы, соответственно выделяются: сиенит и нефелиновый сиенит и их эффузивные комагматы — трахит и фонолит. 27
Основой магматических пород являются породообразующие минералы, составляющие в среднем 99 % от их общей массы. Они подразделяются по генезису — на собственно магматические (пер- вичные) и вторичные — продукты постмагматических и метамор- фических процессов; по количественному отношению среди пер- вичных выделяют главные (типоморфные) и второстепенные (со- держание не более 5 %), а также в ничтожных количествах акцес- сорные (циркон, ортит, магнетит и др.). Кроме того, среди поро- дообразующих минералов различают бесцветные (полевые шпаты, минералы кремнезема, мусковит, нефелин и др.) и темноцветные (биотит, амфиболы, пироксены, оливины, гранаты. Осадочные породы являются продуктами экзогенеза, прояв- ленным физико-химическим выветриванием ранее образован- ных пород, последующим переносом и отложением их разру- шенного субстрата. Они слагают верхний слой земной коры на континентах и в океанах; подразделяются на терригенные, или обломочные (галечники, гравий, дресва, пески, песчаники, алев- ролиты, аргиллиты, глины и др.), гидрогенные (минеральные соли, известняки, доломиты, яшмы и др.), биогенные (каустобио- литы, мел, фосфориты, органогенные кремни и др.). Метаморфические породы формируются под воздействием высокого геостатического давления в ультраабиссальной зоне, тектонических и термических процессов и газово-жидких рас- творов. Они имеют наибольшее распространение во внутрикон- тинентальных плитах, формируя стабильные геоструктуры, на активных окраинах континентов в связи с коллизионными про- цессами в зонах субдукции и обдукции. Более подробные сведения о химическом, минеральном и петрографическом составе геологических формаций и комплек- сов, слагающих земную кору, и избирательной связи с ними по- лезных ископаемых приводятся в блоке 2.3 и модулях 3 и 6. ВОЗРАСТ ГОРНЫХ ПОРОД Геологический возраст горных пород определяется в абсо- лютном и относительном летосчислении. Абсолютный возраст устанавливается радиогеохронологиче- скими методами, основанными на изучении периода полураспа- да радиоактивных изотопов углерода, калия, урана, тория и дру- гих химических элементов, входящих в состав минералов и гор- ных пород. Такой возраст вычисляют исходя из соотношения массы конечных продуктов распада к массе исходного материн- 28
ского изотопа с эталонным периодом полураспада. Радиогеохро- нологическими методами определяют возраст магматических и осадочных горных пород, или время их метаморфизма, с опре- деленной погрешностью. Относительный возраст осадочных и вулканогенных пород, слагающих слоистые толщи, датируется стратиграфически. Возраст осадочных пород устанавливается палеонтологическим методом по находкам типоморфных (руко- водящих) для определенного геологического времени ископае- мых окаменелостей флоры и фауны. Возраст магматических пород определяется палеомагнитным методом и по положению в геологическом разрезе относительно датированных осадочных слоев. Стратиграфическое подразделение распространяется на фау- нистически охарактеризованные толщи от современного (чет- вертичного) времени до 570 ± 20 млн лет назад. В этом интервале, названном фанерозоем, выделяются по времени три геохронологические эры и соответствующие им стратиграфические группы (эротемы) геологических образова- ний: кайнозойская (KZ), мезозойская (MZ), палеозойская (PZ). Затем они подразделяются по времени на периоды, а по накоп- лению субстрата на одноименные с ними системы. В кайнозое выделяются четвертичный (Q), неогеновый (N) и палеогеновый (Р) периоды и аналогичные им по названию сис- темы, время которых соответственно (в числителе воз- раст — млн лет назад/в знаменателе продолжительность — млн лет): 1,5/1,5; 25/24; 67/42. Мезозой подразделяется на периоды: меловой (К) — 137/70, юрский (J) — 195/58, триасовый (Т) — 230/35. Палеозой объединяет периоды: пермский (Р) — 285/55; ка- менноугольный (С) — 350/65; девонский (Д) — 405/45; силурий- ский (S) — 440/35; ордовикский (О) — 500/60; кембрийский (€) — 570/70 млн лет назад/млн лет. Далее периоды подразделяются на эпохи, системы — на от- делы, а те, в свою очередь, на века и ярусы. Возраст более древних (докембрийских) образований исчис- ляется с меньшей точностью в основном радиогеохронологиче- ским методом. Докембрий охватывает наиболее длительные гео- хроны: верхний и средний протерозой (венд V — 660 ± 20/90 и рифей Rf— 1625 ± 50/965); ранний протерозой (PRj — 2600 ± ± 100/975); поздний и ранний архей (AR2 — 3000 ± 100/400 и AR] — >3800/>800) и катархей (4—4,5 млрд лет назад/продолжи- тельностью >0,5 млрд лет). 29
1.4. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Связь полезных ископаемых с локальными структурами ПОНЯТИЕ О ЛОКАЛЬНЫХ ПРОДУКТИВНЫХ СТРУКТУРАХ Рудоносные структуры формируются в земной коре в самых различных геологических условиях при определенном геостати- ческом давлении и действии тектонических сил, вызывающих деформацию горных пород. Деформации могут быть упругими (эластичными) и остаточными. Если внутреннее сопротивление не компенсирует внешние силы, то возникает остаточная деформация, изменяющая форму тела. Остаточная деформация, проявленная без нарушения сплошности тела, называется пластической, а с нарушением — разрывной. Скорость протекания пластической деформации за- висит от вязкости (внутреннего трения) горных пород. Среди горных пород наибольшей вязкостью обладает влажная глина. Сильную пластическую деформацию претерпевают горные по- роды, залегающие на больших глубинах и испытывающие высо- кое геостатическое давление. Разрывные деформации (разломы, зоны дробления и трещи- новатости, кливаж) вызываются тектоническими напряжениями. При мгновенной деформации, например вулканическом взрыве (эксплозии), даже пластичные тела деформируются, как хрупкие. Рудные тела или залежи полезных ископаемых могут находить- ся в породах с ненарушенными первичными формой и условиями залегания или в породах, подвергшихся складкообразованию. На- пример, к антиклинальным складкам тяготеют залежи нефти и газа (рис. 1.4), в синклинальных складках (мульдах) могут формировать- ся пласты оолитовых железных руд. В рудопродуктивных складча- тых структурах нередко проявлены тектонические разрывные нару- шения типа надвигов (рис. 1.5), сбросов, сдвигов. Таким образом, по характеру тектонических дислокаций локальные рудоносные структуры подразделяются на складчатые и разрывные. Складчатые структуры по механизму образования складок и ха- рактеру остаточной деформации подразделяются на четыре группы: 1) продольного изгиба со скольжением; 2) поперечного изги- ба; 3) блокированные и 4) диапировые. зо
Рис. 1.4. Примеры локальных антиклинальных (сводовых) структур (вертикальный разрез), вмещающих нефтегазоносные залежи уникальных месторож- дений: а — Самотлорское; б — Уренгой- ское. По В.И. Шпильману, Н.Ф. Бер- сеневу, Ф.З. Хафизову и др.: 1 — песчаные и песчано-алеврито- вые породы; 2 — глины; 3 — песча- но-глинистые отложения; 4 — нефть; 5 — газ; 6 — газоконденсат 5 6 Деформации пластов в складках могут привести к возникнове- нию кливажа, тектонических трещин, отслоений и брекчий, влияю- щих на процессы рудообразования. Особенно благоприятными для локализации оруденения служат складки изгиба со скольжением. С дислоцированными в эти складки неоднородными по со- ставу и физико-механическим свойствам слоистыми толщами пород Г.Ф. Яковлев связывает различные типы рудовмещающих Рис. 1.5. Складчато-надвиговая структура урано-угольного месторождения (раз- рез). По В. Данчеву и Н. Стрелянову: 1 — делювий; 2 — конгломераты кайнозоя; 3—5 — юрские отложения: 3 — песчаники, 4— алевролиты, 5 — угли; 6 — красноцветы палеозоя; 7 — гранитоиды протерозоя; 8 — надвиги 31
Рис. 1.6. Схема геологического строения сурьмяного месторождения Кадамжай. По В.И. Федорчуку, НА. Никифорову и др.: а — план; б — разрез; в — структурная модель сурьмяного месторождения согласного джас- пероидно-антимонитового типа; 1 — известняки массивные; 2 — известняки и доломиты тонкослоистые; 3 — сланцы, песчаники, кварциты; 4 — аллохтонные песчаники и сланцы; 5— брекчия; 6 — залежи рудоносных джаспероидов с высоким (а) и рядовым (б) содержа- нием сурьмы; 7 — разломы; 8 — надвиги структур. Среди них известны рудные тела: в полостях отслаива- ния шарниров складок, в складках волочения, межформацион- ных срывах, зонах трещиноватости и дробления на крыльях 32
складок, вдоль зон чешуйчатых внутриформационных надвигов (рис. 1.6). Важную роль в локализации оруденения, в особенно- сти вулканогенного гидротермального и вулканогенно-осадоч- ного, имеют складки поперечного изгиба (рис. 1.7). Блокированные складки формируются в условиях ограни- ченного скольжения пластов относительно друг друга. Роль упо- ров могут играть разломы, дайки или жесткие породы. Орудене- ние концентрируется в расслоенных частях складки. Примером служат сурьмяное месторождение Кадамжай (см. рис. 1.6) и ртутное — Хайдаркан в Киргизии. Диапировые складки могут развиваться в платформенных ус- ловиях, где они представлены солянокупольными образования- ми, и в складчатых областях с развитием рудных диапир, напри- мер флюоритовое месторождение Аурахмат в Средней Азии. Максимальные мощности рудных тел и концентрации по- лезных компонентов отмечаются чаще в шарнирах антиклиналь- ных складок и в куполах брахиантиклиналей, а в крыльях скла- док и шарнирах синклиналей — небольшие, что объясняется различием условий миграции рудообразующих растворов. Разрывные нарушения, не выходящие за пределы рудных полей и месторождений, называют локальными. Они имеют различное про- 2 з ЩЦ4 5 ЕЕЕЗ 6 7 Рис. 1.7. Плистообразные свинцово-цинковые залежи в складках поперечного изгиба. Рудный Алтай. По Н.Е. Гилдину\ 1 — рыхлые отложения; 2 — известково-хлоритовые сланцы; 3 — серицит-кварцевые сланцы; 4 - порфириты; 5 — углистые сланцы; 6 — кремнистые сланцы; 7 — рудные залежи 3 Мино, ин 33
нахождение: магматогенное, тектоническое и экзогенное. Рудокон- тролирующими служат магматогенные и тектонические разрывы. Условно они могут выполнять роль рудоподводящих, рудо- распределяющих, рудовмещающих, экранирующих и поструд- ных (смещающих) структур (рис. 1.8). Разрывы в горных породах без значительного перемещения частей тела называются трещинами. Они бывают тектонического или другого происхождения, например контракционные трещи- ны, образующиеся в процессе сокращения объема горных пород. По направлению тектонических напряжений и характеру де- формаций выделяют трещины отрыва и скола. Трещины отрыва возникают в результате растягивающих напряжений, а трещины скола — сжимающих или сдвиговых напряжений. Рис. 1.8. Соотношение рудоконтролирующих разломов на Кафанском жильном месторождении меди в Армении. По В. Котляру, Ю.А. Лейе\ 1 — разломы (рудоподводящие и рудораспределяющие); 2 — экранирующий разлом; 3 — пострудные мелкие сдвиги; 4 — рудные жилы; 5 — зона прожилкового оруденения; 6 — дай- ки диабазов; 7 — дайки альбитофиров 34
На рис. 1.9 приводится положение трещин скола и отрыва относительно осей эллипсоида деформации в одной плоскости. Эллипсоид деформации — трехосный эллипсоид напряжения. Он представляет собой эллипсоид, описанный вокруг трех глав- ных взаимно перпендикулярных неравных осей напряжения, от- ражающих относительные значения деформации горных тел по каждой оси и ориентировку этих осей в пространстве. Трещины отрыва — это небольшие разрывы, быстро выклини- вающиеся по простиранию и падению, сложной конфигурации, зависящей от состава и строения горных пород. Растягивающие усилия вызывают приоткрывание трещин и поэтому по ним не происходит значительных подвижек. По трещинам отрыва часто развиваются дайки и минерализованные тела и среди них рудные. Трещины скола представляют собой протяженные по прости- ранию и глубине прямолинейные разрывы, по которым проис- ходит перемещение деформированных пород с образованием Внешние нагрузки Трещины отрыва ПРИ +%ах скалывания при ттах Ориентировка осей деформации Положение трещин Растяже- ние Сжатие Сдвиг Ы0 Рис. 1.9. Схемы расположения трещин отрыва и скалывания при различных видах внешней нагрузки в случае плоской деформации (в плоскости чертежа). По Ф.И. Вольфсону, П.Д. Яковлеву. + ^тах — максимальные нормальные напряжения; тгпах — максимальные касательные на- пряжения. Главные оси деформации: А — максимального растяжения (удлинения); В — промежуточная (в случае плоской деформации остается неизменной); С — максимального сжатия (сокращения); 7, 2 — направления максимальных касательных напряжений. Систе- мы тектонических трещин: I—II — скалывания, III — отрыва 3* 35
брекчий и глинки трения. На плоскостях пород в тоне контакта сколовых трещин развиваются зеркала скольжения со штрихами и бороздами. Они сопровождаются оперяющими трещинами. Трещины скола значительной протяженности называют разло- мами, которые иногда представлены зонами рассланцевания бластомилонитов и бластокатаклазитов, где в процессе тектони- ческой активизации могут возникать более поздние системы трещин и связанное с ними брекчирование и оруденение. Трещины отрыва и скола могут иметь в плане форму кольца или дуги, образуя цилиндрические, конические структуры, ха- рактерные для вулкано-плутонических сооружений. Цилиндри- ческие разрывы обычно вертикального или близкого к нему па- дения. Конические разрывы, падающие к центру, называются центриклинальными, а от центра — периклинальными. В пределах этих сооружений помимо кольцевых структур и их фрагментов развиваются радиальные трещины, нередко несу- щие различное эндогенное оруденение. Рис. 1.10. Геологический разрез Агинского золоторудного месторождения. Центральная Камчатка. По Б. В. Гузману. 1 — андезито-базальты; 2 — туфы и туфобрекчии; 3 — андезито-базальты и их туфы; 4 — дайки; 5 — сбросо-сдвиги; 6 — рудоносные (а — жилы; б — прожилковые тела) 36
Оперяющие трещины являются высокопродуктивными в от- ношении оруденения. Интенсивность оруденения повышается по мере приближения к участку сопряжения оперяющей тре- щины с основным разрывом. Здесь часто образуются рудные столбы. На рис. 1.10 приведен фрагмент неоген-четвертичной струк- туры, в которой золотое оруденение приурочено к системе мало- амплитудных сбросо-сдвигов (сколовых нарушений) и оперяю- щих их трещин отрыва. Трещиноватость в складках создает благоприятные условия для рудообразования. При этом различают разрывы, секущие складки и уходящие за их пределы трещины, сформировавшие- ся в пластах в момент их изгиба. Первым из них отводится роль рудораспределяющих, вторым — рудовмещающих. В результате продольного изгиба пластов со скольжением в растягивающей части складки возникают трещины отрыва, а в сжимающей — трещины скола. Кроме того, возникают системы мелких трещин скола и отрыва по всей складке и различные виды кливажа (рис. 1.11). Рис. 1.11. Различные виды кливажа. По В.И. Смирнову: а — главный, параллельный осевой поверхности складки; б — обратный веерообразный; в — послойный; г — разлома; д — волочения 37
Рис. 1.12. Структурные модели промышленных типов ртутных месторождений (внемасштабные разрезы). По В.П. Федорчуку. 1 — кварцево-джаспероидный (антиклинали и осложненные разломами штокверковые и жильные зоны); 2 — джаспероидный (сочетание складчатых и разрывных структур); 3 — карбонатный (секущий); 4 — лиственитовый (контактовый); 5 — поднадвиговый; 6 — вул- каногенный; 7 — травертиновый; линиями обозначены рудоконтролирующие разрывы и контуры: рудовмещающих пород; черные утолщения — рудные тела и вмещающие их мета- соматиты Важную роль в рудообразован и и играют структуры отслое- ния и продольные разломы типа надвигов, а также постсклад- чатые диагональные и поперечные разломы особенно при их сочетании, что можно наблюдать на структурных моделях (рис. 1.12). Морфология тел полезных ископаемых Месторождения по величине запасов минеральных ресурсов подразделяются на уникальные, крупные, средние и мелкие. Они могут быть компактными или занимать значительные пло- щади, иногда многие десятки квадратных километров. Это зави- сит от морфологии слагающих месторождения тел, их числа, ус- ловий залегания и других факторов, влияющих на выбор разве- дочных систем, формы и плотности сети горных выработок и скважин, способа вскрытия и системы разработки. 38
Морфология тел полезных ископаемых определяется их очертаниями в различных плоскостях. Приняв за основу очер- тания тел или их отдельных частей в трех системах плоскостей (разрезов), взаимопересекающихся под прямыми углами, можно получить приближенные модели их конфигурации в пространстве. Чем меньше расстояния между разрезами в ка- ждой системе, тем точнее объемная модель отражает форму тел. Форма тел полезных ископаемых тесно связана с условиями их образования и во многом определяется структурными факто- рами. По времени образования относительно вмещающих пород Рис. 1.13. Секущие рудные тела. По А.В. Королеву, П.А. Шехтману. а — жила; б — рудный диск; в — рудный столб; г — трубчатая жила; д — шток; е — сложная жила, близкая по форме к линзующейся; ж — лестничные жилы; з — трубчатая жила кольцевая 39
тела полезных ископаемых разделяются на сингенетические, об- разовавшиеся с ними одновременно, и эпигенетические, воз- никшие позднее. Таблица 1.2 Формы тел полезных ископаемых ОБЪЕМНЫЕ (изометрические) ПЛОСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ Штоки и штоко- образные тела, гнез- да, шлиры, камеры, карманы ЖИЛЫ ЗАЛЕЖИ Цилиндрические: трубчатые (кольце- вые, сплошные, ответвленные) и трубообразные, рудные столбы и столбчатые (круто- падающие, наклон- ные и горизонталь- ные), антиклиналь- ные (седловидные), синклинальные (желобовые) Простые: пластовые и плито- образные Простые: пластовые и линзо- видные Сложные: ветвящиеся, лин- зующиеся, рубцо- вые, четковидные, седловидные, чече- вицеобразные, ле- стничные, камер- ные, фестончатые, дуговые, прожилки и просечки Сложные: пластообразные, контактовые, купо- ловидные, типа ман- то, типа роллов, флексурные Жилы По взаимному рас- положению под- разделяются на: основные и апо- физные (апофизы), параллельные, ку- лисообразные, ра- диальные и другие, а также прожилко- вые зоны Призматические: с треугольными или многоугольными по- перечными сече- ниями, ленточные (полосовые), струйчатые Форма тел полезных ископаемых может быть самой разно- образной. Однако, учитывая специфику их отработки и при- меняемые при этом технические средства, отмечают общую тенденцию к упрощению форм при оконтуривании. Обычно они приводятся к объемам, ограниченным плоскими поверх- ностями. Залегание тел полезных ископаемых по отношению к вме- щающим слоистым породам может быть секущим (рис. 1.13) или согласным (рис. 1.14), а по отношению к интрудирующим магматическим породам выделяют контактовые рудные тела (рис. 1.15). 40
Рис. 1.14. Согласные рудные тела. По А.В. Королеву, П.А. Шехтману: а — рудный пласт; б — рудная залежь; в — рудная лента; г — бруковидное тело; д — руд- ное гнездо; е — куполовидная залежь; ж — седловидная залежь; з — желобовая залежь; и — флексурная линза По соотношению площадей рудных контуров в трех систе- мах разрезов выделяются объемные, плоские и линейные тела (табл. 1.2). ОБЪЕМНЫЕ ТЕЛА Объемные тела имеют приблизительно равновеликие про- дуктивные контуры в трех системах плоскостей. К ним относят- ся штоки, гнезда, шлиры, камеры и карманы. Шток как петрографическое понятие представляет собой не- большое интрузивное тело, близкое к цилиндрической форме (см. рис. 1.13, д). В данном курсе рассматриваются рудные и со- ляные штоки, а также штокообразные рудные тела, штокверки. Рудный шток характеризуется значительными размерами, изометричными в двух измерениях и несколько меньшими в третьем измерении, относительно высоким содержанием и рав- 41
Рис. 1.15. Контактовые рудные тела. По А. Королеву, П. Шехтману: а — пластообразная рудная залежь; б — линзовидная рудная залежь; в — лента; г — куполо- видная залежь; д — рудный столб; е — дугообразная жила; ж — желобовая залежь; з — лай- ковый рудный столб номерным распределением полезных компонентов. Рудные штоки могли сформироваться в результате постмагматических процессов метасоматоза и гидротермального заполнения пересе- кающихся систем трещин и зон повышенной пористости. При- мером служат штоки редкометалльных и апатито-магнетитовых и флогопитовых карбонатитов, колчеданно-полиметаллических регенерированных руд. Известны штоки полигенных метаморфизованных залежей титано-магнетитов, железистых кварцитов (рис. 1.16), золота, урана и других полезных ископаемых докембрия. Соляной шток — это ядро диапирового соляного купола, имеющего цилиндрическую форму с округлым или овальным горизонтальным сечением от 0,1 до 10 км2 и высотой значитель- но большей его поперечника (рис. 1.17). Штокообразные рудные тела небольших размеров слагаются сложными по форме жилами, зонами прожилкования и бречки- рования. Такие тела крупных размеров называются штокверками. 42
б Рис. 1.16. Штоки рудные. По Гейшойгу, П.М. Татаринову: а - шюк (план); б -- штоки Кривого Рога (объем) Рис. 1.17. Типы соляных форм. По В.С. Журавлеву
Понятие штокверк характеризует прежде всего внутреннее строение рудного тела или залежи большеобъемного изометри- ческого тела сложной формы, насыщенного сближенными жи- лами, прожилками и участками вкрапленной рудной минерали- зации (рис. 1.18). Штокверки по характеру распределения полезных компо- нентов могут быть изотропными, если величина изменчивости по всем трем системам разрезов одинаковая, или анизотропны- ми — при различной степени изменчивости. Анизотропное строение чаще всего обусловлено развитием разноориентиро- ванных систем, трещин с рудной минерализацией. Месторождения штокверкового типа уникальны по запасам вольфрама, молибдена, олова, меди, золота и редких металлов. Являясь в основном производными процессов рудного метасо- матоза, штокверковые месторождения преобладают среди кар- бонатитовых, альбититовых, грейзеновых и пневматолито-гид- ротермальных образований. Гнезда, в отличие от штоков, имеют незначительные размеры, слабоволнистые контуры и высокие концентрации полезных компонентов. Эти параметры обычно определяются лишь после отработки гнезд, что затрудняет подсчет запасов по результатам разведки. Локализация гнезд контролируется структурно-литоло- гическими факторами и, прежде всего, комбинационными соче- таниями вариантов взаимодействия различных типов складчатых и разрывных структур и контрастных по физико-механическим характеристикам и составу вмещающих пород (см. рис. 1.14, д). Гнездовое оруденение характерно для скарново-шеелитовых залежей, гидротермальных и стратиформных эпигенетических руд вольфрама, золота, ртути, сурьмы и полиметаллов. Шлиры — это небольших размеров полосчатые обособления (внутри интрузивов) повышенных концентраций комагматиче- ских рудных минералов с границами постепенного перехода во вмещающие их изверженные породы. Примером служат шлиры хромитов и платиноидов в дунитовых массивах. Камеры являются естественным вместилищем пегматитовых и контактово-метасоматических минеральных образований. По размерам они сопоставимы с камерами очистной добычи и при- урочены к локальным тектоническим осложнениям. Карманы — это мелкие углубления в подстилающих породах, выполненные минеральными образованиями с высокой концен- трацией полезных компонентов. Такие тела обычно не имеют самостоятельного значения, а являются морфологическими до- полнениями пластовых и штокообразных тел, возникающих в 44
a ]' [ST Рис. 1.18. Шеелитоносный штокверк месторождения Богуты. По Г. Щербе, Б. Салину иду и др.: а — системы кварцевых жил и прожилков (зарисовка стенки горной выработки); б — блок диаграммы; I — песчаники; 2 — сланцы; 3 — граниты; 4, 5 — вольфрамовые руды: 4 — рядо- вые, 5 — богатые; 6 — дайки; 7 — тектонические нарушения; 8 — горизонты штолен; 9 — скважины; VIII— XXXVI — разведочные профили
процессе карманообразного выветривания и осложняющих их форму. Карманы образуются в элювии редкомегалльных и реже ртутных, шеелитовых, вольфрамитовых и касситеритовых место- рождений, а также наблюдаются в кобальто-никелевых и бокси- товых залежах коры выветривания. ПЛОСКИЕ ТЕЛА Плоские тела также моделируют в трех взаимно ортогональ- ных системах разрезов в соответствии с направлениями анизо- тропии. Направление максимальной изменчивости совпадает с мощностью, а минимальное и промежуточное — соответственно с простиранием и падением (шириной) тела. Последние два, наиболее протяженные, направления находятся в продольной плоскости. Поперечным плоскостям соответствуют одно корот- кое измерение (мощность) и другое — либо измерение по про- стиранию, либо по падению (см. табл. 1.2). Их проецируют при пологом залегании на горизонтальную, а при крутом падении на вертикальную плоскости. Эти проекции, удобные в практиче- ском отношении модели, используются при проектировании разведочных и эксплуатационных горных выработок и скважин, подсчете запасов. Поперечные к простиранию — разрезы и по- горизонтальные планы являются наиболее информативными моделями глубинной структуры месторождения, морфологии и внутреннего строения рудных тел и вмещающих пород. Жилы Среди простых жил выделяются пластовые и плитообразные. Первые из них залегают согласно в стратифицированных породах и поэтому их называют также межпластовыми или внутриформа- ционными жилами. Вторые, близкие к форме даек, выдержанные по простиранию и падению, могут локализоваться в породных комплексах любого состава (см. рис. 1.13, а). Они реже, чем меж- пластовые жилы, бывают насыщены рудной минерализацией. Морфология сложных жил более разнообразная (см. табл. 1.2). Их общей особенностью является секущее положение по отношению вмещающих пород. Ветвящаяся жила может состоять из ряда сложно соединяю- щихся между собой изгибающихся жильных образований либо иметь плитообразную форму с ответвлениями во вмещающие боковые породы (рис. 1.19). Такие ответвления, называемые апофизами, могут наблюдаться как по простиранию, так и на 46
глубину и достигать размеров, достаточных для их автономной разработки (см. рис. 1.10). Близкими по морфологии являются линзующиеся, чечевицеоб- разные, фестончатые, рубцовые и четковидные жилы, каждые из которых имеют повторяющиеся линзовидные раздувы. Линзую- щиеся жилы имеет плавные раздувы и сопоставимые с ними по длине пережимы (см. рис. 1.13, е). Чечевицеобразная жила разви- вается в виде мелких линз по напластованию пород. Фестончатая отличается от линзующейся резкими раздувами и изгибами. В рубцовых и четковидных жилах раздувы равномерно сближены. Рубцовые жилы развиваются по трещинам выщелачивания в кар- бонатных породах и реже по тектоническим трещинам; имеют слабоконтрастные раздувы и пережимы, а также незначительную протяженность по простиранию и на глубину. Четковидные жилы отличаются от рубцовых одинаковыми по форме раздувами и резкими безрудными пережимами вдоль трещин отрыва. Камерная жила представляет собой ряд штокообразных раз- дувов, соединенных между собой тонкой жилой или так назы- ваемым жильным швом. Тонкие жилы мощностью от нескольких сантиметров до 3 мм называются прожилками, менее — просечками. Сближенные ме- жду собой прожилки, развитые по одной или более ориентиро- ванным системам трещин, могут сформировать прожилковую зо- ну или, как уже отмечалось, рудный штокверк. Система поперечных прожилков, пронизывающих дайку или пласт хрупких пород, образует лестничную жилу (см. рис 1.13, ж). Понятия «седловидная жила» и «дуговая жила» не соответст- вуют параметрам плоских тел. Поэтому в эту группу включены Рис. 1.19. Ветвящаяся жила и апофизы (план). По А.С. Великому, а — ветвящаяся жила с апофизами; другие апофизы; б — оперения рудных трещин; в — на пересечении основной жильной породы, благоприятной для замещения 47
лишь те морфологические формы, которые имеют значительный радиус кривизны и значительную протяженность по простира- нию в горизонтальном сечении. Тела жильной формы распространены почти во всех типах эндогенных месторождений, особенно в гидротермальных. Залежи Залежи в общем виде отличаются от жил согласным залеганием, более плавными округлыми контурами и значительно меньшими превышениями над мощностью двух других длинных измерений. Пластовые залежи характеризуются примерно равными раз- мерами по длине (простиранию) и ширине (падению) и выдер- жанностью по мощности (см. рис. 1.14, а). Линзовидные залежи — это небольшие несколько вытянутые рудные тела, с максимальной мощностью в центре и выклини- вающиеся по периферии (см. рис. 1.14, б\ 1.15 6), или тела в форме диска (см. рис. 1.13, б). Пластообразные залежи отличаются от пластовых неодинако- выми размерами в продольном сечении и большей изменчиво- стью мощности. Помимо приуроченности к литологическим го- ризонтам, они могут залегать по поверхности, согласно интрузи- ву, образуя контактовые залежи (см. рис. 1.15, а). Куполовидные залежи образуют свод купольной структуры в контрастных по прочности свойствах породах (рис. 1.14, е; 1.15, г). Манто — это плитообразные залежи с овальным попереч- ным сечением, пологим залеганием и вытянутостью, согласно стратификации пород (см. рис. 1.15, в). Роллы являются сложными внутрипластовыми образования- ми, по форме которых выделяют седловидные, линзовидные, складчатые и другие роллы (рис. 1.20). Флексурная залежь располагается в пластах с аналогичной формой изгиба (см. рис. 1.14, и). Пластовые и линзовидные залежи характерны для экзоген- ных, некоторых магматических позднекристаллизационных и гидротермальных вулканогенных месторождений. Пластовые тела большей частью сингенетичны с осадочными и вулканоген- но-осадочными формациями и иногда занимают большие терри- тории. Сложные по форме пластообразные, контактовые и лин- зообразные залежи преобладают в ликвационно-магматических, скарновых, альбитит-грейзеновых и метаморфогенных месторож- дениях. Флексурные залежи встречаются в стратиформных место- 48
Г' Два рудных ролла, отделенные друг от друга тонким прослоем аргиллита Зеркальное отображение С-образных роллов, выпуклая петля по фронтальной поверхности ролла Е Зеркальное отображение С-образных роллов, вогнутая петля по фронтальной поверхности ролла 5 0 5 Футы I—ж—... , । Приблизительный масштаб Рис. 1.20. Поперечные сечения ураванских рудных роллов (США, штат Колорадо). По Д.Р. Шейву. 1 — урано-ванадиевая руда; 2 — аргиллиты; 3 — песчаники 1 М и по гиь
рождениях, а роллы — типичные инфильтрационные образова- ния. Купола, являясь структурными ловушками, могут вмещать залежи нефти и газа, каменной соли и сурьмяно-ртутных руд. ЛИНЕЙНЫЕ ТЕЛА Тела, линейно-вытянутые по одной оси, имеют цилиндриче- скую или удлиненную призматическую форму. Кроме того, про- дольные фрагменты цилиндрических тел рассматриваются как седловидные и желобовые тела. Цилиндрические тела Трубчатые тела имеют круглые или овальные контуры попе- речного сечения и крутое склонение на глубину по длинной оси. Если сплошное трубчатое тело (см. рис. 1.13, г) ограничено только внешним контуром, то в кольцевых телах рудные образо- вания заключены между внешним и внутренним контурами, а ядерная часть сложена вмещающими породами (см. рис. 1.13, з). От трубчатых тел часто наблюдаются ответвления с изометрич- ным поперечным сечением, называемые рудными рукавами. Трубчатые тела характерны для алмазоносных кимберлитов и лампроитов, редкометалльных и апатитомагнетитовых карбо- натитов, вулканогенно-гидротермальных магномагнетитовых месторождений. Трубообразные тела отличаются от трубчатых более сложной формой, нередко обусловленной проявлением рудного метасо- матоза, например на полиметаллических месторождениях в кар- бонатных формациях на участках взаимного пересечения текто- нических трещин. Рудные столбы и столбчатые тела. Первые представляют со- бой крутосклоняющиеся обогащенные участки в жилах или ру- доносных зонах по их падению (рис. 1.21); а вторые — самостоя- тельные морфологические образования с различными углами падения (см. рис. 1.13, в\ 1.15 Э, з). Образование тех и других связано в основном со структурно-литологическими факторами. Антиклинальные, или седловидные, тела, согласно А. Короле- ву и П. Шехтману, возникают вокруг штока, повторяя его фор- му (см. рис. 1.15, е), или занимают осевую сводовую часть скла- док на контакте пород с различной компетентностью. Синклинальные, или желобовые, тела, имея очевидное сход- ство с седловидными формами, отличаются своей вогнутостью в подстилающие породы (см. рис. 1.14, з; 1.15, ж). 50
a Б a^-i' a3~i Рис. 1.21. Элементы залегания жильной зоны и ее рудных столбов: а — план; б — продольный разрез, или проекция на вертикальную плоскость; в — поперечный разрез; 7 — гранодиорит-порфиры; 2 — участки «пережимов» и выклинивания на флангах жильной зоны; 3 — участки «раздувов» (на проекции — рудные столбы) жильной зоны; 4 — ось рудного столба; 5 — направление азимута падения и угол падения; 6 — горизонтальная линия; eq, ot2, «з — углы склонения рудных столбов; р — угол падения жильной зоны 4*
Призматические тела Контурами призматических тел с треугольным или много- угольным поперечными сечениями служат сопряженные между собой тектонические трещины различных направлений, обычно развитые в вулканотектонических структурах. Такие тела типич- ны для карбонатитовых месторождений. Ленточные тела имеют прямоугольное или овальное (см. рис. 1.14, в) поперечное сечение и протяженность согласно на- пластованию. При секущем положении такие формы тел назы- вают брусковидными (см. рис. 1.14, г). Струйчатые тела — это прослеживающиеся по простиранию обогащенные полосы, характерные для россыпей золота, касси- терита и редких металлов. Для перечисленных линейных тел наиболее информативной является система разрезов (сечений) ортогональных к удлинен- ной оси тела, совпадающей с единственным направлением ани- зотропии, поскольку в плоскости кругового сечения тело прак- тически изотропно. Тела крайне изменчивой конфигурации при оконтуривании обычно приводят к формам, рациональным для их отработки. Залежи нефти и газа подразделяют на пластовые (сводовые и экранированные) и массивные. Выделяют также линзы и зоны с повышенной пористостью иногда трещиноватостью. Элементы залегания тел полезных ископаемых Элементы залегания тел полезных ископаемых определяются в градусах относительно географических координат (это азиму- ты простирания и падения от 0 до 360°) и горизонта (угол паде- ния от 0 до 90°) (см. рис. 1.21, а, в). Азимут простирания — это угол, образованный между лини- ей пересечения тела с горизонтальной плоскостью и географи- ческим меридианом. Азимут падения указывает направление па- дения относительно стран света (СВ, ЮВ, ЮЗ, ЮВ ), отличаясь от азимута простирания на 90°. По величине угла падения рудных тел различают залегание: субгоризонтальное (до 5°), пологое (5—25°), наклонное (25—45°), крутое (45—85°) и субвертикальное (85°). Кроме того, к элементам залегания относятся углы склоне- ния и ныряния, характерные соответственно для жилообразных и трубчатых тел. 52
Угол склонения образуется между направлением: наиболь- шей вытянутости тела в плоскости падения и линией простира- ния (см. рис. 1.21, б). Угол ныряния, или скатывания трубчатых тел, измеряется между осью тела и ее горизонтальной проекцией (рис. 1.22). ГЕНЕТИЧЕСКИ-ТИПОМОРФНЫЕ ТЕКСТУРЫ РУД Изначальной формой вещественных образований, слагаю- щих рудное тело, являются цельные или обломочные мине- ральные зерна, кристаллы или однородные аморфные выделе- ния. Форма, размеры и характер срастания этих индивидов в минеральные агрегаты характеризуют структуру руды. Кон- фигурация, общая ориентировка и взаимное пространствен- Рис. 1.22. Элементы залегания трубчатого тела (стрелками указаны углы падения, склонения и ныряния) 53
ное расположение минеральных агрегатов формируют тек- стуру руды. Структуры руд в основном изучают под микроскопом, а тек- стуры руд — макроскопически в очистных и проходческих: забо- ях, обнажениях, кернах, штуфах и крупных пришлифовках. Из многообразия структур и текстур выделяют характерные для каждого генетического класса месторождений (табл. 1.3). Таблица 1.3 Генетически-типоморфные текстуры и структуры руд Генетические типы Текстура Структура Магматические: ликвационные Сфероидал ьно-вкрап - ленная Порфировая Ран не кристаллизационные Нодулярная Идиоморфно-зернистая Позднекристаллизацион- ные Шлировая Сидеронитовая Карбонатитовые Полосчато-узловатовая Неравномерно-зер- нистая Пегматитовые Блоковая, друзовая Срастания, зональная Скарновые Полосчато-унаследо- ванная Замещения Альбитит-грейзеновые Прожилково-вкрап- ленная Равнозернистая, зо- нальная, замещения Г идротермальные Крустификационная, прожилковая, вкраплен- ная Зональная, офитовид- ная, порфировидная, окаймления Выветривания Каркасная, почковид- ная, пористая, ячеистая Дендритовая Осадочные Оолитовая, слоистая рыхлая Обломочная Метаморфические Сланцеватая, гнейсо- видная, плойчатая, дроб- ления Кристаллобластовая, лепидобластовая, катак- ластическая, порфироб- ластовая, роговиковая ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Вещественный состав тел полезных ископаемых отличается от состава вмещающих пород повышенным содержанием опре- деленных химических элементов и минеральных комплексов. Концентрации элементов во вмещающих породах по мере уда- ления от продуктивных тел снижаются, стремясь к величине 54
кларкового содержания. Кларк — это средневесовое содержа- ние элемента, вычисленное по большому числу проб, отобран- ных на различных участках земной коры. Значения кларков определены для основных разновидностей магматических и осадочных пород. Для магматических формаций отмечается прямая зависимость их потенциальной рудоносности от вели- чины кларков. Содержание отдельных элементов в рудных телах в десятки, иногда сотни и даже тысячи раз превышает их кларки. Число, показывающее, во сколько раз содержание полезного компо- нента в руде выше его кларка в земной коре, называется коэф- фициентом минимальной промышленной концентрации. 1.5. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ ГРУППИРОВКИ, ИЗОМОРФИЗМ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ По геохимическим данным, 76,5% всей массы земной коры со- ставляет кислород и кремний; 13,03% приходится на алюминий, железо, кальций, калий, натрий, магний, титан и марганец; 1% — на водород. Доля остальных элементов — менее 0,5%. Кларки эле- ментов убывают по мере увеличения массовых чисел ядра атома. Высокой химической активностью из широко распространен- ных элементов обладают кислород и сера. Для большей части эле- ментов характерны оксидные (кислородные) соединения. Такие соединения называют литофильными. Элементы с выраженным сродством с серой составляют группу халькофильных, а связанные с железом образуют небольшую группу сидерофильных элементов. Минеральный состав тел полезных ископаемых обусловлен условиями их образования. Магматогенные группы рудных фор- маций и комплексов представлены гипогенными минералами, часть из которых, устойчивых к окислительным процессам, пе- реходит в экзогенные формации, представленные, кроме того, вновь образованными так называемыми гипергенными минерала- ми. В осадочных формациях их называют также аутигенными. Минералы, входящие в состав рудных тел, подразделяют на рудные, содержащие полезные компоненты, и жильные, кото- рые также могут представлять ценность как попутное сырье. По составу полезных компонентов выделяют монометалль- ные (простые) и полиметалльные, или комплексные руды. В по- 55
следних обычно содержатся ценные, а иногда вредные примеси. Ценные примеси являются сопутствующими полезными компо- нентами. Они характерны для магматогенных рудных формаций и комплексов. Группы полезных компонентов, приуроченные к определен- ным структурно-формационным комплексам, образуют в них химические и минеральные ассоциации, что обусловлено физи- ко-химическими свойствами элементов. Согласно М.П. Исаенко, в состав минеральных ассоциаций, длительно накапливавшихся, входят парагенетические ассоциа- ции минералов (парагенезисы), сформировавшихся совместно и одновременно в определенных равновесных физико-химических условиях отложения. Процесс рудообразования подразделяют на этапы и стадии. Этап охватывает период минералообразования в условиях опре- деленного генетического процесса. При формировании полез- ной рудной минерализации в два или более этапов оруденение называют полигенным. Стадии отражают прерывистость рудообразования наличием минеральных генераций, фиксирующих разновозрастные выде- ления минерала. Важную роль играет изоморфизм, выражающий способность химических элементов замещать друг друга в кристаллах и ми- нералах. На рис. 1.23 приведены горизонтальные и вертикаль- ные ряды изоморфизма металлов в порядке их массовых чисел. Наибольшим числом изоморфических связей характеризуются железо, медь, цинк, алюминий, титан, олово, цирконий. Неко- торые металлические элементы встречаются только в виде изо- морфных примесей, они не образуют собственных минералов. Такие металлы называют рассеянными. Фазовый (рациональный) состав выражает количественное со- отношение в природных типах и промышленных сортах руд од- ного и того же полезного компонента, содержащегося в различ- ных минералах и их группах. Например, фазовый состав медной руды характеризуется соотношением в ней долей сульфидной (первичной и вторичной), карбонатной, оксидной, сульфатной и силикатной меди в соответствующих минеральных группах. ПРИМЕРЫ ТИПОМОРФНЫХ ТЕКСТУР РУД Для ликвационно-магматических руд типоморфной является сфероидально-вкрапленная сульфидная минерализация. Свиде- тельством ранней кристаллизации хромитов служит нодулярная 56
Рис. 1.23. Геохимические группировки и изоморфизм металлических элемен- тов. Геохимические группировки металлов: 1 — литофильные; 2 — халькофильные; 3 — сидерофильные; 4 — наличие изоморфизма текстура (рис. 1.24), а с поздней кристаллизацией хромитов свя- зывают такситовую, или шлировую, текстуру. Керамические пег- матиты характеризуются письменной, или текстурой прорастания (рис. 1.25), редкометалльные мусковитовые пегматиты — мине- 57
рально-блоковой текстурой. В постмагматических месторождени- ях типоморфными текстурами являются: полосчато-унаследован- ная (рис. 1.26), прожилково-вкрапленная, крустификационная (рис. 1.27), прожил ково-брекчиевая (рис. 1.28). В текстурах руд экзогенных месторождений отчетливо про- явлены процессы выветривания и седиментогенеза. Типоморф- ными для месторождений выветривания служат каркасная, поч- ковидная, ячеистая, пористая (рис. 1.29), землистая и другие текстуры, а для осадочных месторождений — слоистая (рис. 1.30) и оолитовая (рис. 1.31). Рис. 1.24. Нодулярная текстура хромитовой руды ранней кристаллизации (Фото Тейлора)'. темное — хромит; светлое — перидотит 3/4 натуральной ве- личины Рис. 1.25. Письменная текстура пегматита: белое — микроклин; темное — кварц 1/4 натуральной величины 58
Рис. 1.26. Полосчато-унаследованная текстура: белое — кальцит; темное — клейофан (ZnS) 1/4 натуральной величины Рис. 1.27. Крустификационная текстура кварца и аметиста (Франция). По Ф.Н. Шахову: 4/5 натуральной величины
Рис. 1.28. Прожил ково-брекчиевая текстура: цементация пентландитом (белое) обломков кварца. Полированный шлиф Рис. 1.29. Пористо-ячеи- стая текстура бурожелезня- ковой (лимонитовой руды) 1/4 натуральной величины Рис. 1.30. Слоистая текстура сильвин-галитого осадка: белое — галит; темное — сильвин 1/4 натуральной величины
Рис. 1.31. Оолитовая тек- стура боксита хсмогенного происхождения Плойчатая и сланцевая текстуры (рис. 1.32) указывают на процессы катаклаза, характерные для регионально-метаморфо- генных месторождений. Изучением вещественного состава и текстурно-структурных особенностей руд под микроскопом в отраженном свете занима- ется наука минераграфия. Рис. 1.32. Плойчато-сланцевая текстура желези- стого кварцита. По МЛ. Исаенко\ белое — магнетит; черное — кварц. Погромецкое месторожде- ние, КМА. Полированный штуф 4/5 натуральной величины 61
1.6. РЕЗЮМЕ ПО МОДУЛЮ Влияние морфологии, условий залегания и вещественного состава на технологию разработки и переработки полезных ископаемых Морфология, условия залегания и особенности веществен- ного состава тел полезных ископаемых являются основными природными факторами, определяющими выбор систем развед- ки, формы и плотности разведочной сети, наиболее рациональ- ных способов вскрытия и разработки месторождения (участка) и оптимальной технологии добычи. С учетом природных и техно- логических факторов обосновывают глубину разработки место- рождений и углы наклона бортов карьера, минимально возмож- ные размеры потерь и разубоживания. Эти факторы влияют так- же на выбор системы разработки, размеры эксплуатационных блоков, высоту уступов карьера. Морфология тел связана с изменчивостью вещественного состава руд. Тела простой формы с упорядоченным равномер- ным распределением рудной минерализации более благоприят- ны для отработки, чем сложные по форме тела с неравномер- ным (дискретным) оруденением. Наиболее простые по форме — изометричные тела. Среди плоских морфологических разностей встречаются как простые по форме тела, так и сложные. Более сложную форму имеют трубообразные и столбчатые тела. Для большинства эндоген- ных месторождений с глубиной отмечается усложнение фор- мы тел. Изометричные большеобъемные тела штокверкового типа независимо от сложности их внутреннего строения отрабатыва- ют открытым способом. При выборе способа отработки тела в форме штока определяющим фактором является соотношение его размера с глубиной залегания, что выражается в величине коэффициента вскрыши, а также учитывается вид полезного ископаемого и взаимодействие с окружающей средой. Так, на- пример, шток каменной соли, залегающий близко от дневной поверхности, приходится, однако, отрабатывать подземным способом. На выбор способа отработки плоских по форме тел с субго- ризонтальным или пологим залеганием в основном влияет их глубина залегания от дневной поверхности. Наклонные тела от- 62
рабатывают с поверхности карьером, а на глубоких горизонтах, так же как крутопадающие тела, — подземными системами. Кимберлитовые алмазоносные трубки разрабатывают глубокими карьерами, а трубчатые тела метасоматических, например, свин- цово-цинковых руд — подземным способом. При проходке под- готовительных и нарезных горных выработок следует учитывать склонение крутопадающих жил, а для трубообразных тел — ве- личину угла ныряния. Принятая система подземной разработки должна обеспе- чить, с одной стороны, возможность использования высокопро- изводительных технических средств, а с другой — минимальные размеры потерь и разубоживания. При высоком качестве руд применяют закладочные системы с полной их выемкой. Тела с низким качеством и неравномерным распределением полезных компонентов разрабатываются системами с оставлением некото- рой части руд в целиках. Вещественный состав руд в естественном залегании и посту- пающих в переработку существенно отличается по соотноше- нию рудных и жильных минералов, качественной характеристи- ке. Содержание полезных компонентов в товарной руде за счет разубоживания обычно ниже, чем в разрабатываемых запасах. Технические параметры (влажность, кусковатость и др.) перера- батываемой руды косвенно зависят от морфологии и условий за- легания тела, системы и технологии разработки. Простые по составу руды обычно перерабатывают с более высокими технологическими показателями, чем сложные руды. При переработке комплексных руд необходимо добиваться мак- симального извлечения основных и сопутствующих компонен- тов. Последние могут извлекаться вместе с основными, либо пе- реходить в промпродукты обогащения, либо входить в состав конечной продукции, улучшая ее качество. Например, из желез- ных руд, содержащих титан, ванадий и марганец, выплавляют специальные марки чугуна и стали. Такие руды называют при- родно-легированными. При рациональном варианте обогащения комплексных руд получают селективные концентраты. Например, раздельное из- влечение флотацией шеелита, молибденита, сульфидной, карбо- натной и оксидной меди из руд некоторых скарновых месторож- дений. При металлургическом переделе молибденовых концен- тратов извлекают рений, медных — золото и т.д. Технологические показатели переработки руд зависят также от их фазового состава. Часть минералов, в состав которых вхо- 63
дят полезные компоненты, извлекать технологически невозмож- но или экономически нецелесообразно. Так, при производстве медных концентратов практически не извлекаются силикатные и фосфатные минералы меди. Также обычными методами обо- гащения не извлекаются станнин из оловянных руд, тунгстит из вольфрамовых руд, молибдит из первичных молибденовых руд. При доменной плавке уходит в шлак силикатное железо. 1.7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ I. Какая модель (гипотеза) образования и развития Земли ближе всего отвечает теории тектоники плит? 2. Какие оболочки Земли граничат с земной корой? 3. В чем различие в строении земной коры на континентах, в океа- нах и переходных зонах? 4. Главнейшие химические элементы земной коры. 5. Какое определение можно дать понятию минерал? 6. Укажите элементы симметрии кристаллов и обозначающие их символы. 7. Какие выделяются сингонии кристаллических минералов? 8. Приведите форму симметрии кристалла минерала любой синго- нии, средней категории и прочитайте ее. 9. Какие физические свойства минералов являются их диагностиче- скими признаками? 10. Перечислите минералы эталонной шкалы Мооса в последова- тельности возрастания их твердости. 11. Приведите примеры форм одиночных кристаллов и минераль- ных агрегатов. 12. Для каких минеральных веществ характерна анизотропность? Чем она обусловлена? 13. Что обозначает парагенезис минералов? 14. Какими особенностями характеризуется типоморфизм минера- лов? 15. Что выражает изоморфизм в минеральных образованиях? 16. Какие выделяются классификационные группы минералов? 17. Что представляет собой горная порода? 18. Как подразделяются магматические породы по содержанию ще- лочей (Na2O + К2О)? 19. Как подразделяется щелочно-земельный ряд пород по содержа- нию SiO2? 20. Перечислите разновидности осадочных пород. 21. Приведите пример метаморфической породы. 64
22. Как определяется абсолютный (радиогеохронологический) воз- раст горных пород? 23. Какова суть палеонтологического метода определения возраста осадочных пород? 24. Какие выделяются эры и периоды? Как они соотносятся со стратиграфическими подразделениями — группами и системами? 25. Какие геохроны выделяют в докембрии? 26. Какова роль складчатых и разрывных структур в рудообразова- нии? 27. Охарактеризуйте трещины отрыва и скола. 28. В чем различие понятий «шток» и «штокверк»? 29. Перечислите разновидности сложных жил, залежей, цилиндри- ческих и призматических тел. 30. Что называется коэффициентом минимальной промышленной концентрации? 31. Что выражает фазовый состав руд? 32. Приведите примеры генетически-типоморфных структур и тек- стур руд. 1.8. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какая оболочка Земли состоит из осадочного, гранитно-метаморфи- ческого и базальтового слоев? • Мантия. • Внешнее ядро. • Внутреннее ядро. • Земная кора. 2. Где наибольшая мощность земной коры? • В океанах; на континентах; в зонах перехода. 3. Каким символом обозначается ось симметрии кристалла? • С; - L; - Р. 4. Какая фигура имеет девять плоскостей симметрии? • Призма; пирамида; куб; дипирамида. 5. Какая сингония относится к высшей категории? © Ромбическая; кубическая; гексагональная. 6. Какой ряд минералов соответствует началу эталонной шкалы твер- дости Мооса, какой — середине, какой — ее концу? • Флюорит — апатит — ортоклаз. « Кварц — топаз — корунд — алмаз. • Тальк — гипс — кальцит. 7. Какими свойствами являются плотность, твердость, спайность, из- лом, блеск минералов? • Химическими; техническими; физическими. 5 м; и.'-.;11 65
8. В качестве каких признаков используют парагенетические и типо- морфные ассоциации минералов? • Качественных. • Генетических. • Технологических. 9. Для каких минералов характерна анизотропия? • Кристаллических; аморфных; изотропных. 10. Какие основные виды изоморфизма? • Химический, физический. • Изовалентный, гетеровалентный. • Минеральный, полиформный. 11. Какие геохроны относятся к палеозою? • Неоген, палеоген, мел, юра, триас. • Пермь, карбон, девон, силур, ордовик, кембрий. • Венд, рифей, протерозой, архей, катархей. 12. Укажите щелочно-земельный ряд магматических интрузивных пород: • Нефелин, лейцит. • Липарит, андезит, базальт, пикрит. • Гранит, диорит, габбро, перидотит, пироксенит. 13. Что развивается по трещинам скола? • Рудные тела. • Тектонические нарушения. • Дайки. 14. В результате какой деформации возникают различные виды кли- важа? • При эксплозиях. • При разрывных деформациях. • При формировании складок. 15. В каких условиях формируются блокированные складки? • В зонах трещиноватости и брекчирования. • При свободном скольжении пластов относительно друг друга. • При ограниченном скольжении пластов относительно друг друга. 16. Какие структурные факторы наиболее благоприятны для локализа- ции полезных ископаемых? • Складчатые структуры. • Разрывные структуры. • Совокупность складчатых и разрывных структур. 17. Какие формы тел полезных ископаемых считаются линейными? • Плитообразные. 66
• Куполовидные. • Трубообразные. • Штокообразные. • Линзообразные. 18. Для каких тел характерен угол ныряния? • Плоских; объемных; линейных. 19. В чем отличие рудного штокверка от рудного штока? • Форма и рельеф. • Внутреннее строение. • Условия залегания. 20. Какую геохимическую группу составляют элементы, характерные для оксидных (кислородных) соединений? • Халькофильную; сидерофильную; литофильную.
Часть II ГЕОЛОГИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ МОДУЛЬ 2. БАЗОВЫЙ Материал этого модуля, являясь ядром второй и четвертой геологических частей учебника, синтезирован на основе струк- турно-формационного анализа, геодинамики и минераге- нии — дисциплин, изучаемых студентами геологических специ- альностей. Основную информацию модуля несут таблицы; к ним необ- ходимо возвращаться при изучении материала 3 и 6 модулей в соответствии со ссылками, что позволит лучше усвоить содер- жание указанных модулей в целом. 2.1. ОСНОВНОЙ КЛАССИФИКАЦИОННЫЙ БЛОК Геологические процессы Последующее рассмотрение в этой работе геологических процессов связано с вопросами образования и размещения ме- сторождений полезных ископаемых. Эндогенные процессы происходят под действием внутренней энергии Земли, выделяющейся главным образом при хими- ко-плотностной дифференциации вещества внутри планеты, в особенности на ее ранних этапах развития, частично от радио- активного распада нестабильных элементов, лунных приливных движений. Эти процессы проявляются в основном во внутрен- них оболочках Земли, а также в земной коре — «базальтовом» и гранитно-метаморфическом слоях и частично в осадочном слое во взаимодействии с ее субстратом. Среди эндогенных процессов, связанных с рудообразовани- ем, выделяются три группы: магматическая, постмагматическая 68
и метаморфическая. Первая из них является отражением про- цессов магматизма, вторая — метасоматических и гидротермаль- ных процессов, а третья — процессов метаморфизма. Экзогенные процессы протекают в основном под действием солнечной энергии во внешних оболочках Земли. Они подразде- ляются на три подгруппы: выветривания, седиментационную и биогенную. Роль этих процессов двоякая — разрушительная и созидательная. Разрушительные процессы, наряду с таковыми эндогенными процессами, рассматриваются в экологической геологии. Созидательные экзогенные процессы приводят к об- разованию месторождений полезных ископаемых. Среди экзогенных процессов особое положение занимают биогенные процессы, обусловливающие эволюцию и экологию растительного и животного мира, преобразования органической массы и формирование месторождений каустобиолитов. Эндогенно-экзогенные процессы взаимообусловлены совокуп- ными источниками энергии (эндогенными и экзогенными), од- новременным или последовательным проявлением этих процес- сов в приповерхностной зоне Земли, а также на дне морей и океанов. Современная сводная генетическая классификация Генетическая классификация, приведенная в данной работе (табл. 2.1), впервые была опубликована автором в его учебнике «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» (1989). Выделенные в ней генетические типы и их группировка тесно увязаны с рудообразующими процессами. Геологические рудообразующие процессы подразделяются на 4 группы: магматические, постмагматические, эндогенно-эк- зогенные, экзогенные (выветривания и седиментации) и мета- морфогенные. В результате магматических и постмагматических процессов формируется группа магматогенно-метасоматических месторождений. Совместное проявление эндогенных и экзоген- ных процессов одновременно или в определенной взаимосвязи обусловливают возникновение эндогенно-экзогенной группы месторождений. Процессы выветривания и седиментации при- водят к образованию экзогенных месторождений, а с метамор- физмом — связана группа метаморфогенных месторождений. 69
Магматические, постмагматические и метаморфические про- цессы, связанные с проявлением внутренней энергии Земли, на- зываются, как и производные от них месторождения, эндогенными. Т а б л и ц а 2.1 Генетическая классификация рудообразующих процессов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых Группа, подгруппа процессов Рудообразующие процессы Генетическая группа Генетический тип месторождений класс подкласс Магмати- ческая Интрузивный маг- матизм: ликвацион- ная дифференциация; эксплозии кимберли- товой и лампроито- вой магм; кристалли- зационная дифферен- циация; последова- тельное формирование ультраосновных, ще- лочных пород и кар- бонатитов Магма- тогенно- метасома- тическая Магматиче- ский Ликвационный Эксплозивный Кристаллизаци- онный Карбонати- товый Кристаллизация остаточного магма- тического расплава. Перекристаллиза- ция простых пегма- титов. Метасоматоз перекристаллизо- ванных пегматитов Пегматито- вый Простых пегмати- тов Перекристалли- зационных пегмати- тов Метасоматически замещенных пегма- титов Постмаг- матическая Контактовый ме- тасоматоз Скарновый Карбонатных скарнов Автометасоматоз Силикатных скарнов Натриевый мета- соматоз Альбитит- грейзеновый Альбититовый Калиевый метасо- матоз Грейзеновый Насыщение и раз- грузка гидротермаль- ных минерализован- ных растворов Поствулканические эманации, эксгаляции и гидротермы Гидротер- мальный Плутоногенный Субвулканиче- ский (порфировый) Вулканогенный (эксгаляционный) 70
Продолжение табл. 2.1 Группа, подгруппа процессов Рудообразующие процессы Генетическая группа Генетический тип месторождений класс подкласс Эндоген- но-экзо- генная Осаждение рудных компонентов из гид- ротермальных и кол- лоидных растворов Эндо- генно-эк- зогенная Вулкано- генно-осадоч- ный Подразделение по рудным формациям (табл. 2.5) Г идротермальные процессы при ката- генном преобразова- нии осадочных форма- ций Гидротер- мально-оса- дочный (стратиформ- ный) Катагенно-гидро- термальный Разгрузка рецик- линговых, коровых, инфильтрационных гидротерм и после- дующие рудогенные преобразования Эксгаляцион- но-осадочный (скарноидный) Эк- 30- ген- ная Вы- вет- рива- НИЯ Химическое и фи- зическое выветрива- ние Экзоген- ная Выветрива- ния Остаточный Выщелачивание и переотложение грунто- выми водами рудообра- зующих компонентов Инфильтрацион- ный Се- ди- мен- та- ци- он- ная Физическое вы- ветривание Осадочный Обломочный (ме- ханических осад- ков) и россыпей: Приповерхностное разрушение продук- тивных тел, гравита- ционное смещение материала эл юв и ал ьно - дел ю- виальный Речная эрозия, пе- ренос и накопление твердого стока аллювиальный Механическая дифференциация обломочного мате- риала в прибреж- но-морской полосе литоральный Перенос и отложе- ние морен ледниковый Перемещение пес- ков ветром эоловый 71
Окончание табл. 2.1 Группа, подгруппа процессов Рудообразующие процессы Генетическая группа Генетический тип месторождений класс подкласс Эк- 30- ген- ная Се- ди- мен- та- ци- он- ная Кристаллизация солей из растворов морской воды, раз- витие соляной текто- ники Экзогенная Осадочный Гидрогенный (хе- могенный) Осадонакоплениеи преобразование орга- нической массы Биогенный Метамор- фическая Синхронный мета- морфизм руд и вме- щающих пород Метамор- фогенная Метаморфи- зованный Подразделение по фациям метамор- физма (табл. 2.8) Метаморфизм с пер- вичным рудообразо- ванием Метаморфи- ческий Месторождения магматического класса подразделены на ли- квационный, эксплозивный и кристаллизационный подклассы, отражающие их связь соответственно с процессами ликвации мафит-ультрамафитовой магмы, эксплозий кимберлитовой и лампроитовой магм и кристаллизационной дифференциации ультрамофитовых, мафитовых и щелочных магм. Карбонатитовые месторождения могли сформироваться в результате последовательного внедрения и кристаллизации ульт- рамафитовых щелочных магм в структурах центрального типа, а также в связи с магматогенно-метасоматическими процессами. Пегматитовые месторождения подразделяются на три под- класса: 1) простых пегматитов, сформировавшихся при кристал- лизации остаточного магматического расплава; 2) перекристал- лизованных (при перекристаллизации простых пегматитов); 3) метасоматически замещенных пегматитов, образованных в процессе метасоматоза перекристаллизованных пегматитов. С процессами магматогенного метасоматоза связаны скарно- вые и альбитит-грейзеновые месторождения. Те и другие являются постмагматическими образованиями. Скарновые подразделены на месторождения карбонатных и си- ликатных скарнов. Первые характеризуются проявлением кон- тактового кальциево-магниевого и алюмосиликатного метасома- тоза, вторые — калыщево-силикатного. Альбитит-грейзеновые месторождения подразделены на альбититовый и грейзеновый подклассы. В альбититовых месторождениях интенсивно выра- 72
жены процессы натрового метасоматоза, а в грейзеновых — ка- лиевого метасоматоза. Магматогенно-метасоматическую группу завершают гидро- термальные и эксгаляционные месторождения: плутоногенные, субвулканические, или порфировые, и вулканогенные, или экс- галяционно-вулканогенные, связанные также с постмагматиче- скими процессами (см. табл. 2.1). В переходной эндогенно-экзогенной группе месторождений выделяются вулканогенно-осадочный и гидротермально-осадоч- ный (стратиформный) классы, связанные с процессами синге- нетичного и эпигенетичного рудообразования в осадочных и вулканогенно-осадочных формациях. В экзогенной группе выделяют два класса месторождений: выветривания и осадочный. Месторождения выветривания под- разделяют на два подкласса: остаточный и инфильтрационный. Остаточные месторождения являются продуктами химического выветривания, а инфильтрационные месторождения сформиро- вались при выщелачивании и переотложении грунтовыми вода- ми рудообразующих компонентов на геохимических барьерах. Осадочные месторождения подразделены на подклассы: 1) обломочный и россыпей; 2) гидрогенный (хемогенный); 3) био- генный. Подкласс обломочных и россыпных месторождений, произ- водных физического выветривания, в зависимости от механизма и места его проявления, в свою очередь, делится на элювиаль- но-делювиальные, аллювиальные, литоральные, ледниковые и эоловые месторождения. Элювиально-делювиальные образова- ния формируются в процессе приповерхностного разрушения продуктивных тел и гравитационного смещения материала по склону. Аллювиальные россыпи связаны с речной эрозией, пе- реносом и накоплением твердого стока. Механическая диффе- ренциация обломочного материала в прибрежноморской полосе приливов и отливов или зоны прибоя может привести к образо- ванию литоральных месторождений. С переносом и отложением морен связаны ледниковые образования, с перемещением пес- ков ветром — эоловые. Формирование гидрогенных месторождений обусловлено процессами кристаллизации солей из растворов морской воды и последующим проявлением соляной тектоники. Образование биогенных месторождений связано с осадкона- коплением и преобразованием органической массы. 73
Метаморфогенная группа включает метаморфизованный и метаморфический классы месторождений. Кроме того, различа- ют месторождения в различных фациях метаморфизма. Месторождения, образовавшиеся в результате последова- тельного проявления различных по генезису рудообразующих процессов, называются полигенными. При полигенном орудене- нии создается комбинированная генетическая модель месторо- ждения. В этом случае могут возникнуть затруднения в отно- шении его генетической принадлежности, определяемой по до- минирующему рудообразующему процессу. Длительность и прерывистость во времени таких или однотипных по генезису процессов приводит к образованию полихронных месторожде- ний. Разновидностью полигенных и полихронных рудообразо- ваний могут служить регенерированные месторождения, которые сформировались в результате вовлечения в процессе их станов- ления отличных по генезису более древних минеральных скоп- лений. 2.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК Хронология развития генетических классификаций Выявление избирательной связи продуктивных структурно формационных комплексов с определенными геодинамически- ми обстановками и рудообразующими физико-химическими процессами, реконструкция природы энергетических и вещест- венных источников и первичных морфологий тел и условий их залегания позволяют составить генетические модели месторож- дений, т.е. установить генезис. На основе многочисленных гене- тических моделей, реконструирующих общие условия и процес- сы образования месторождений полезных ископаемых, осущест- вляется их генетическая классификация. Составляющие ее типы месторождений называются генетическими. Одной из ранних является классификация В. Линдгрена (1913) с дополнениями Л. Грейтона и А. Баддингтона, в которой выделены две группы месторождений, образованных механиче- скими или химическими процессами. Основными критериями группировки месторождений, связанных с магматогенными факторами, служили температура и глубина (давление) их обра- 74
зования. Позднее В.А. Обручев (1929) выделил три группы ме- сторождений: глубинные (эндогенные), поверхностные (экзо- генные) и измененные метаморфогенные, подразделив их на ка- тегории, затем на классы и типы. Его классификация впервые отразила связь горных пород и полезных ископаемых с общими для них геологическими процессами. В классификации П. Ниггли (1941) учитывались состав и стадийность рудопродуцирующих магматических источников и удаленность от них, глубина и температура образования. С.С. Смирнов (1947), критически развивая эту классификацию, заменил пневматолитовые и гидротермальные месторождения постмагматическими (глубинными и поверхностными) и пред- ложил проводить классификацию с учетом выделяемых рудных формаций. В других классификациях предлагалось также учитывать ге- нетическую типизацию формаций (Е.Е. Захаров, 1953) или, на- пример, минеральный парагенезис руд (Г. Шнейдерхен, 1955). Последний развивал идею регенерации месторождений в про- цессе их эволюции. Кроме указанных классификаций осуществлена типизация различными авторами отдельных генетических групп и клас- сов. Так, магматические месторождения подразделены А.Н. За- варицким, карбонатитовые — А.А. Фроловым, пегматитовые — А.Е. Ферсманом, скарновые — Д.С. Коржинским, гидротер- мальные — Ф.И. Вольфсоном, россыпные — Ю.А. Билибиным, Н.А. Шило, метаморфогенные — Я.Н. Белевцевым и т.д. На ос- нове этих частных были составлены сводные классификации С.А. Вахромеевым, В.И. Смирновым и др. 2.3. БЛОК ДЛЯ УГЛУБЛЕННОГО ИЗУЧЕНИЯ. ГЕОДИНАМИКА И МИНЕРАГЕНИЯ Геологические факторы размещения месторождений полезных ископаемых Главнейшими геологическими факторами, определяющими размещение месторождений и условия залегания полезных ис- копаемых, являются геодинамические и структурно-формаци- онные. Первые характеризуют изначальные и последующие эво- 75
люционные во времени и пространстве геодинамические обста- новки формирования вторых, т. е. структурно-вещественных комплексов и ассоциирующих с ними концентраций полезных компонентов. В свою очередь, структурно-формационные фак- торы сами являются индикаторами определенных геодинамиче- ских обстановок. Геодинамические факторы и обстановки. Реювенация континентальных плит Вопросы геодинамики применительно к минерагеническому анализу наиболее обоснованы плейт-тектоническими моделями А. Митчелла, М.С. Гарсона, А.А. Ковалева, О.Г. Сорохтина, С.А. Ушакова и других исследователей, согласно которым усло- вия образования полезных ископаемых и закономерности их размещения тесно связаны с эволюцией литосферных плит. Геодинамические факторы определяются процессами фор- мирования внутренних геосфер, в особенности континенталь- ной коры, и дрейфом литосферных плит в геологической исто- рии Земли. Образование полезных ископаемых происходило синхронно с необратимой эволюцией литосферы. В начальную стадию в раннем архее (3,8—2,6 млрд лет назад) возникли обособленные континентальные плиты. С момента формирования плотного земного ядра (2,8—2,6 млрд лет) эволюция континентальной коры протекала циклично в процессе разогрева или охлаждения мантии и периодического изменения скорости и направления конвективного массообме- на. Согласно О. Г. Сорохтину и С.А. Ушакову, в процессе хими- ко-плотностной конвекции в мантии последовательно и попере- менно возникали одноячеистые (четные) и сменявшие их двухъ- ячеистые (нечетные) конвективные структуры (рис. 2.1). Син- хронно с одноячеистыми структурами происходило столкнове- ние континентальных плит с образованиями суперконтинентов и коллизионных складчатых поясов. С двухъячеистыми структу- рами связаны деструктивные эпохи (2,3, 1,5 и 0,7 млрд лет), со- провождавшиеся расколами континентов и активными проявле- ниями базальтоидного магматизма в рифтовых зонах. На рубеже архея и протерозоя (2,6—2,5 млрд лет ) из обособ- ленных континентальных щитов сформировался первый супер- континент Моногея. Спустя 200 млн лет произошло его дробле- ние, в результате которого многие щиты, спаявшиеся в кеноран- скую эпоху глобальной орогении, вновь обособились. В следую- 76
ВРЕМЯ, 10 лет Рис. 2.1. Зависимость nc(t) в геологической истории Земли с прогнозами на будущее (по О.Г. Сорохтину, С.А. Ушакову): пс (2, 4, 6, 8) — четные — одноячеистые структуры; пс (1, 3, 5, 7) — нечетные - двухъячси- С1ые структуры; t — время млрд лет: минус — назад; 1,2 — вперед щие четные после архея конвективные циклы (пс — 2, 4 и 6) и совпадающие с ними по времени глобальные орогении (свеко- фенская 1,9—1,8; гренвильская 1,1 —1,0; герцинская 0,3—0,2 млрд лет) произошло образование единых суперконтинентов (соответственно Мегагеи (рис. 2.2), Мезогеи и Пангеи) с гло- бальными складчатыми поясами. Периоды стабилизации этих суперконтинентов (100—150 млн лет) сменялись более продол- жительными периодами их раскола. Эпоха распада Мегагеи (рис. 2.3) характеризуется возникно- вением в раннем рифее внутриплатформенных рифтов и авлако- 77
Рис. 2.2. Реконструкция Мегагеи 1,8 млрд лет назад. По О.Г. Сорохтину, С.А. Ушакову: 1 — красноцветы; 2 — консолидированная континентальная кора; 3 — складчатые пояса; Ав — Австралия; САм, ЮАм — Северная и Южная Америка; Ан — Антарктида; ЗАф, ЦАф, ЮАф — Западная, Центральная, Южная Африка; Ев — Европа; Ин — Индия; Кз — Казахстан; Скт, Юкт — Северный, Южный Китай; Сб — Сибирь генов и глобальных анорогенных вулкано-плутонических поясов по окраинным рифтогенным структурам (например, Севе- ро-Американской платформы или западной окраины Восточ- но-Европейской платформы). Сформировавшаяся в среднем рифее на одноячеистой кон- вективной структуре Мезогея в позднем рифее и венде распа- лась с возникновением двухъячеистой конвективной структуры на два приполярных суперконтинента: северный — Лавразию и южный — Гондвану, разделенных широким кольцевым океани- 78
Рис. 2.3. Распад Мегагеи около 1,4 млрд лет назад (по О.Г. Сорохтину, С.А. Ушакову) ческим бассейном Прототетис. Лавразия развивалась на восхо- дящем конвективном потоке в мантии с образованием в венде рифтов и сопряженных с ними пассивных континентальных ок- раин. Напротив, в это время Гондвана под воздействием нисхо- дящего конвективного потока испытывала напряжение сжатия, что привело к возникновению орогенов на месте океанических трогов и бассейнов. Деструктивные процессы пятого конвективного цикла дос- тигли апогея около 0,7 млрд лет назад, после чего центробеж- ный дрейф континентов изменил направление к их консолида- ции в суперконтинент — Пангею (рис. 2.4). Конфигурация Пангеи по длине была ориентирована вдоль оси вращения Земли. Распад Пангеи в мезозое и кайнозое в результате последующего центробежного дрейфа континентов, 79
Рис. 2.4. Пангея А. Вегенера (Smith, Brieden, 1972) около 200 млн лет назад соответствующего седьмому конвективному циклу, привел к со- временному их расположению. Возникновение следующего су- перконтинента, названного Гипергеей, возможно произойдет через 1,6 млрд лет (см. рис. 2.1). Ге о динамические обстановки, реконструи- руемые по геологическим и рудным формациям и комплексам, палеомагнитным и геоморфологическим данным, возникали в различные геологические эпохи (циклы) в результате взаимо- действия литосферных плит между собой и внугриплитных тек- тонических процессов. Такие обстановки выделяют по типам земной коры и подвижности. Как известно, по составу и строению различают континен- тальный и океанический типы земной коры, слагающие соот- ветственно континенты и подстилающую акваторию (ложе) океанов, и переходный между ними субконтинентальный и суб- океанический типы. 80
Ядрами континентов являются платформы и щиты, океа- нов — абиссальные впадины. Эти геоструктуры характеризуются относительно стабильными геодинамическими обстановками, нарушаемыми внутриплитной тектоно-магматической активиза- цией, над ареалами конвективных потоков, так называемых го- рячих точек, или горячих пятен. Мобильные геодинамические обстановки возникали на гра- ницах и в краевых частях континентальных и океанических плит. При столкновении плит формировались конвергентные деструктивные их границы. С раздвижением плит связаны ди- вергентные аккреционные границы. Основными геодинамическими обстановками, возникаю- щими на конвергентных границах плит, являются субдукцион- ные и коллизионные. На дивергентных границах плит конти- нентов и зон перехода проявлены обстановки их пассивных ок- раин, формирования рифтов, авлакогенов и ложа спрединго- вых окраинных морей; в океанах — срединно-океанических хребтов различных скоростей спрединга. В период консолида- ции суперконтинентов преобладали субдукционные и коллизи- онные обстановки. С процессами субдукций связано формирование на конти- нентах и в зонах перехода окраинно-континентальных вулкани- ческих поясов, островных дуг типа микроконтинентов, а в океа- нах — энсиматических островных дуг с корой океанического или субокеанического типа. Коллизионные обстановки на континентах и в переходных к океану зонах детерминированы процессами столкновения кон- тинентов либо между собой, либо с островными дугами. Они проявлены орогенами гималайского и кавказского типов и об- дукционными офиолитовыми поясами. Кроме того, коллизион- ные обстановки фиксируются в океанических и окраинных мор- ских бассейнах образованием покровно-чешуйчатых надвиговых пластин в результате обдукции при скучивании офиолитов и пе- рекрывающих их осадков. Поперечное положение по отношению к указанным мо- бильным геоструктурам занимают зоны скольжения плит вдоль трансформных (сдвиговых) разломов. При этом могли созда- ваться обстановки формирования рифтов и зон субдукций, а также относительно коротких зон спрединга типа пул-апарт. Реювенация континентальных плит. Фор- мирование первичной континентальной коры, начавшееся в катархее, продолжалось в последующие геологические эпохи.
Рис. 2.5. Глобальные эпохи реювенации докембрийской коры Восточно-Евро- пейской и Сибирской платформ и Памира. По Д.В. Рундквисту (1993): 1 — время формирования первичной коры; 2 — время проявления эпох реювенации в струк- турах: 1—3 — Алданского щита, 4 — Северо-Прибайкальской зоны; 5 — Таймырской зоны; 6 — Анабарского щита; 7—9— Балтийского щита; 10—11 — Украинского щита, 12 — Пами- ра (архейский блок). Эпохи реювенации (в скобках — суперконтиненты): I — кеноранская (Моногея); II — свекофенская (Мегагея); III — гренвильская (Мезогея); IV— байкальская (Лавразия и Гондвана); V — каледонско-герцинская (Лавразия); VI — альпийско-киммерий- ская (Пангея)
Однако более 80 % существующей континентальной коры было сформировано в течение раннего докембрия (до 1,65 млрд лет). Начиная с момента образования Моногеи происходила неод- нократная реювенация первичной коры. Согласно Д.В. Рундк- висту и М.В. Минцу (1995), реювенация в геодинамической эво- люции — это совокупность региональных процессов омоложе- ния ранее сформированной континентальной коры с новыми проявлениями магматизма, метаморфизма и рудообразования. В процессе реювенации может происходить как регенерация ранее возникших месторождений, так и образование но- вых — других генотипов. Главные эпохи реювенации в разновозрастных структурах земной коры синхронны с образованием: в кеноранскую эпоху на суперконтиненте Моногее — гранулито-зеленокаменных зон и гранит-зеленокаменных областей, а в последующие эпо- хи — коллизионных складчатых поясов, которые формирова- лись в Мегагее, Мезогее, Гондване — Лавразии и Пангее соот- ветственно в гренвильской, байкальской, каледоно-герцинской и киммерийско-альпийской эпохах реювенации (рис. 2.5). Геодинамические обстановки формирования рудоносных интрузивных комплексов Интрузивные комплексы и генетически связанные с ними рудные образования проявлены во всех эпохах реювенации кон- тинентальных платформ (табл. 2.2). Рудообразование в боль- шинстве интрузивов изначально протекало в абиссальной (глу- бина от 3—5 до 10—12 км) и гипабиссальной (от 1—1,5 до 3,5 км) зонах. В приповерхностной зоне (глубина менее 1 км) могли формироваться алмазоносные кимберлиты и лампроиты, рудные карбонатиты, залежи ликвационных медно-никелевых руд. На протоплатформах в кеноранских и свекофенских грану- лито-гнейсовых поясах в ассоциации с габброидными комплек- сами сформировались магматические месторождения тита- но-магнетитов с ванадием, хромитовые, платиновые и др. В зе- ленокаменных поясах архея с перидотит-пироксенит-коматии- товым комплексом связаны медно-никелевые с платиной место- рождения типа садбери. В рифтах свекофенской внутри плитной активизации в рас- слоенных мафит-ультрамафитах сформировались уникальные многопластовые залежи хромитов, никеля, платины бушвельд- 6* 83
ского типа. В последующие эпохи реювенации в рифтах и трап- повых провинциях платформ образовались алмазоносные ким- берлиты и лампроиты. После длительного перерыва в кимме- рийское время возникли ликвационные медно-никелевые с пла- тиной и кобальтом залежи руд норильского типа. Таблица 2.2 Геодинамические обстановки и рудоносность интрузивных комплексов Генетический класс Геодинамические обстановки Интрузивные комплексы Эпохи рею- венации Рудные комплексы Магматиче- ский Платформы Габбро-анорто- зит-пироксенито- вый 7,2 Fe-Tic V Сг, Pt Гранулито- гнейсовые пояса Зеленокамен- ные пояса Перидотит-пи- роксен ит-кома- тиитовый 1 Cu-Ni с Pt Внутриплит- ная активизация: рифты и траппо- вые провинции Пояса интру- зий Мафит-ультра- мафитовый (рас- слоенный) Кимберлито- вый и лампроито- вый Габбро-нори- товый 2 3, 5, 6, 6 Pt, Сг-Ni Алмазы Cu-Ni-Pt-Co Нефелин-сие- нитовый 5 Р-Al Средин- но-океанические хребты Дунит-перидо- титовый 5, 6 Сг-Pt, асбест, тальк Карбонати- товый Континен- тальные рифты Щелочно-габб- роидный 2,5 Fe-P; флогопит; Ta-Nb-TR, Cu-P, и Пегматито- вый Внутриплит- ные пояса интру- зий Аплит-пегма- титовый Щелочно-пег- матитовый 2,5 3, 4, 5 Li-Rb-Cs, муско- вит; W-Sn-Be Примечание. Эпохи реювенации: 1 — кеноранская; 2 — свекофенская; 3 — грен- вильская; 4 — байкальская; 5 — каледоно-герцинская; 6 — альпийско-киммерийская. В каледоно-герцинскую эпоху реювенации в дифференциро- ванных щелочных интрузивах формировались месторождения апатитов Кольского типа. В свекофенскую и каледоно-герцин- скую эпохи реювенации с континентальным рифтогенезом связа- ны карбонатитовые щелочно-габброидные комплексы, форми- 84
рующие структуры центрального типа с метасоматическими зале- жами апатито-магнетитовых руд, флогопита редких литофильных и других металлов. Во внутриплитных поясах гранитных щелоч- ных интрузий этих эпох реювенации формировались пегматито- вые поля с легкими редкими металлами литофильной группы, металлами сиалического профиля, пьезокварцем, мусковитом. В срединно-океанических хребтах, начиная с распада Мезо- геи и в последующие эпохи расколов суперконтинентов, ду- нит-перидотитовые комплексы продуцировали магматические руды хромитов, платины, метасоматические залежи асбеста и талька. Рудоносные метасоматические комплексы и геодинамические обстановки постмагматических месторождений Постмагматические месторождения в значительной степени яв- ляются продуктами рудного метасоматоза, проявившегося по пара- генетически связанными с ними салитовыми и щелочно-салитовы- ми интрузивными и субвулканическими комплексами и их эффу- зивными комагматами (табл. 2.3). Самые ранние из них скарновые и альбититовые месторождения формировались во всех эпохах рею- венации континентальных плит. Пик образования грейзеновых и гидротермальных плутоногенных месторождений приходится на ка- ледоно-герцинскую эпоху реювенации, а вулканогенных — на ким- мерийский и альпийский тектоно-магматические этапы. Скарновые месторождения размещены на активных окраи- нах континентов и в межконтинентальных коллизионных зонах. Различные по составу рудные залежи (см. табл. 2.3) приурочены к зонам известково-алюмосиликатных или щелочно-магнези- альных метасоматитов. Альбитит-грейзеновые и сопряженные с ними плутоноген- ные гидротермальные месторождения могут развиваться в кол- лизионных зонах и поясах внутриплитной активизации нечет- ных эпох реювенации 1,3,5 (см. табл. 2.2). Они приурочены к апикальным, иногда надапикальным зонам повышенной трещи- новатости салитовых щелочных интрузивов, в которых развива- ется калинатровый метасоматоз. Зонам натрового метасоматоза (альбитизации) отвечают полевошпат-редкометалльные ком- плексы. С калиевым метасоматозом связаны стабильные по со- ставу рудные парагены (см. табл. 2.3). 85
Таблица 2.3 Рудоносные метасоматические комплексы и геодинамические обстановки постмагматических месторождений Генетический класс Геодинамические обстановки Магматические комплексы и формации пород Тип мета- соматоза Рудные комплексы и формации Скарновый Активные окраи- ны континентов КОМПЛЕКСЫ: Диорит-грано- диоритовый 1 Pb-Zn W, Mo-W, Fe-Co; Cu-Fe Кварц-монцони- товый 2 W-Mo-Cu Межконтинен- тальные коллизи- онные зоны Плагиогра- нит-сиенитовый 3 Fe c Co, Ag; Cu; Fe-Co; Fe,B Альбитит- грейзено- вый Внутриплитная активизация Альбитит-нефе- лин-сиенитовый 4 Nb-Zr,U Nb-Ta-TR Гранит-лейкогра- нитовый 4 Nb-TR; Sn Гранит-щелочно- гранитовый 5 Sn-Mo-W-Be- Bi; Nb-Ta-TR Гранит-грано- диоритовый 6 Sn,Mo,W,Cu, Pb-Zn, Co-Ni-Bi-Ag-U Гидротер- мальный Вулканические пояса энсиматиче- ские Г и пербазитовый 7 Sb-Hg, W-Hg, Au Активные окраи- ны континентов: - андийского типа - кордильерского Гран ито идный порфировый 6, 8 Cu- Pb-Zn, Cu-Mo, Au-Ag, Hg, W-Sb Гранит-лампро- фировый 6, 9 Mo-Cu, W- Sn, Cu-Bi; Zn-Cu- Sn, Au, Ag Энсиматический островодужный Липаритовый 6, 10 Pb, Cu, Zn-Cu Au, Ag ФОРМАЦИИ: 6, 10, 11 Cu, Au-Ag, Cu-Mo, Cu-Sn - пропилитовая - вторично-квар- цитовая - аргиллизитовая 6, 77, 72 Al,Hg 6, 72 Hg, Sb-Hg, Au-Ag Примечание. Ведущие типы метасоматоза: 1 — известково-алюмосиликатный; 2 — альбитит-скаполитовый; 3 — щелочно-магнезиальный; 4 — натриевый; 5 — ка- лиевый; 6 — окварцевание; 7—лиственитовый; 8— калишпатизация; 9 — березити- зация; 10— пропилитовый; 77 — серицитовый; 72 — диккитизация Вулканогенные гидротермальные месторождения широко распространены в энсиматических островодужных структурах. Они дифференцируются по субвулканическим комплексам и 86
вулканогенным формациям. Общим для них является низкотем- пературный калиевый метасоматоз, проявленный в различных минеральных типах (см. табл. 2.3), типы метасоматоза 8—11. С ним ассоциируют рудные комплексы и формации сиальфемиче- ского профиля. Структурно-морфологические типы магматогенных месторождений Структурный контроль оруденения является динамичным по ха- рактеру и типам тектонических дислокаций. Только с возникнове- нием благоприятных для локализации оруденения структур могла быть реализована потенциальная рудоносность геологических ком- плексов пород и формаций. Как уже отмечалось, по характеру тек- тонических дислокаций рудопродуктивньгх породных комплексов выделяются пластовые, складчатые, разрывные и трещинные струк- туры. Проявляясь в этих комплексах в отдельности или совокупно- сти, длительно или прерывисто, они приводят к образованию раз- нообразных структурно-морфологических типов месторождений. Для магматогенных месторождений определяющим фактором в рудообразовании является состав и внутреннее строение интру- зивов и пространственное положение исходных комплексов по- род относительно их. Магматические месторождения сформиро- вались в процессе дифференциации глубинных расплавов. В слу- чае их ликвации формировались залежи сульфидных медно-ни- келевых руд. Эти сингентичные залежи имеют пластообразную и линзообразную формы; реже встречаются эпигенетические жило- образные тела (табл. 2.4). К эксплозивным (раннекристаллизаци- онным) относятся трубчатые тела, дайки и штоки. Кристаллиза- ционные и карбонатитовые руды находятся внутри интрузивов. В неполнодифференцированных интрузивах габбро-анортозит-пи- роксенитового состава образовались месторождения с дискрет- ным оруденением, формирующим зоны вкрапленности, шлиры, линзы. С расслоенными мафит-ультрамафитовыми интрузивами связаны полосовые многослойные залежи, линзы, жилы и трубы хромитов, шлиры платиноидов. В многофазных дифференцированных интрузивах централь- ного типа полуконцентрического строения залегают дугообраз- ные пластовые залежи апатитов в нефелиновых сиенитах и ред- ких металлов, концентрирующихся в их агпаитовых разностях. 87
Таблица 2.4 Структурно-морфологические типы магматогенных месторождений Генетические типы месторождений Типы структур месторождений Морфология рудных залежей Магматические: ликвационные раннекристаллизаци- онные позднекристаллиза- ционные Природные залежи в расслоенных интрузивах Пласто-, линзо- и жи- лообразные Кимберлитовые трубки взрывов Трубчатые Внутриинтрузивные: 1. Неполнодифференци- рованные 2. Расслоенные интрузивы Дискретные зоны вкра- пленности, жилы, линзы Карбонатитовые 3. Многофазные диффе- ренцированные интрузивы центрального типа: полуконцентрические зонально-концентриче- ские и радиальные Дугообразные пласто- вые залежи Согласные цилиндри- ческие, конические, труб- чатые тела, радиальные жилы и линзы Пегматитовые Внутри- и околоинтру- зивные зоны тектониче- ских дислокаций Жилы: сетчатые, со- гласные седловидные, продольно- и поперечно- секущие, камерные; лин- зы, межбудинные тела Скарновые Эндо- и экзоконтакто- вые зоны скарновых мета- соматитов в связи с гран и- тоидными массивами Пластообразные и тру- бообразные залежи, жиль- ные зоны, линзы Альбитит- грейзеновые Апикально-перифериче- ские зоны трещиноватости кислых и щелочных гипа- биссальных интрузивов Пластообразные зале- жи, сложные жилы, зоны прожилкования, шток- верки Плутоногенные и суб- вулканические гидротер- мальные Системы трещин и скла- док в связи с гранитоидны- ми комплексами, особенно с малыми интрузиями и дайками Секущие и согласные жилы, зоны прожилкова- ния и брекчирования, штокверки Вулканогенные гидро- термальные 1. Лавовые покровы миндалекаменных базаль- тов в надвиговых зонах Согласные пластовые за- лежи, реже секущие зоны 2. Вулканические соору- жения: вулканокупольные; вулканодепрессионные; зоны дробления и трещи- новатости в субвулканиче- ских телах Согласные пластовые залежи, линзы, штоки, жилы, штокверковые зоны, рудные столбы В ультрамафитовых щелочных карбонатитовых интрузивах та- кого типа с полным зонально-концентрическим строением лока- лизованы апатит-магнетитовые с флогопитом, апатит-полиметал- 88
лические и ниобиево-редкоземельные согласные цилиндриче- ские, конические и трубчатые тела, радиальные жилы и линзы. Пегматиты могут быть остаточными образованиями интрузий любого состава. Однако практическое значение имеют лишь пег- матиты салитово-щелочных комплексов. В условиях малых и сред- них глубин формируются хрусталеносные и олово-редкометалль- ные пегматитовые поля, расположенные внутри интрузивов. На больших глубинах образовались слюдоносные пегматиты. Они мо- гут находиться за пределами материнской интрузии, но обязатель- но в зонах тектонических дислокаций, образуя различные по фор- ме жилы и межбудинные тела (см. табл. 2.4). Внутри интрузива пегматитовые тела могут выполнять контракционные трещины. Рудные скарны развиты обычно на контакте карбонатных пород с гранитоидными интрузивами, иногда могут формиро- ваться в зонах экзоноконтакта, еще реже — внутри интрузива (эндоскарны), образуя сложные по форме метасоматические за- лежи, линзы и жильные зоны. Альбитит-грейзеновые месторождения представлены слож- ными по форме метасоматическими редкометалльными залежа- ми, а также штоками и зонами прожилково-вкрапленных руд штокверкового типа. Плутоногенные гидротермальные месторождения приуроче- ны к системам трещин и складок; представлены секущими и согласными жилами, зонами прожилкования и брекчирования. Гидротермальные субвулканические и катагенные месторо- ждения приурочены к вулканотектоническим структурам, в ко- торых могут размещаться контрастные по размерам, форме и за- леганию рудообразования (см. табл. 2.3 и 2.4). Геодинамические и структурно-формационные факторы размещения вулканогенно-осадочных и стратиформных месторождений Вулканогенно-осадочные и гидротермально-осадочные (стра- тиформные) месторождения, формирующие эксгаляционную осадочную группу, по ряду признаков являются генетически близкими образованиями. Как те, так и другие сложены страти- фицированными толщами пород, в которых залегают согласные с ними конседиментационные рудные залежи. Их образование связано с экзогенными и эндогенными источниками энергии и 89
процессами, обусловившими соответственно проявление синге- нетичного и эпигенетичного оруденения. Отличительные признаки этих месторождений выражены не так четко, как общие, объединяющие их. В вулканогенно-оса- дочных месторождениях в составе рудоносных формаций наряду с осадочной составляющей присутствует вулканогенная (табл. 2.5), что определяет большую их генетическую близость к ката- генным гидротермальным месторождениям, чем гидротермаль- но-осадочных. Например, образование колчеданных рудных комплексов, ассоциирующих с вулканогенно-кремнистыми фор- мациями, связано с вулканическими поясами или морскими де- прессиями вблизи их, в обстановках субдукционных зон, риф- тов, окраинных морей или энсимагических островных дуг. Для стратиформных месторождений характерны полигонные источники гидротерм, формирующие эпигенетическое орудене- ние. Важную роль играют внемагматические-коровые и ин- фильтрационные растворы, в особенности морские воды, транс- формирующиеся в процессе рециклинга в рудные гидротермы типа «черных курильщиков». Таблица 2.5 Рудопродуктивные вулканогенно-осадочные структурно-формационные комплексы Геодинамические обстановки Геологические формации Структурные позиции Рудные формации Субдукционные: желобово-турбидит- ная островодужная Флишоид- но-вулканоген ная Морские прогибы Fe- оолитовая Сланцево-кера- тофир-спилитовая Вулканические пояса Си-, Cu-Pb-Zn-S-, Cu-Zn-колчедан- ные Вулканоген- но-молассовая Вулканогенные троги Hg-Cu-цеолито- вые, алунитовая Рифтогенная Вулканоген - но-кремнисто-кар- бонатные Морские депрес- сии вблизи вулка- нических дуг Р, Fe, Cu-Pb-Zn- колчеданная, Мп Островодужные энсиматические Вулканогенно- кремнистые Вулканические пояса Sb-Hg-опал итовая Вулканогенные депрессии Cu-Zn-колчедан- ная Зоны столкнове- ния континентов (кавказский тип) Вулканоген но- терригенно-карбо- натная Поглощаемая плита с океаниче- ской корой Мп-чиатурская 90
Начало появления некоторых типов месторождений этого класса приходится на свекофенское время. Так, на шельфе и склонах пассивных окраин континентов сформировались пласто- вые залежи свинцово-цинковых руд (табл. 2.6). В гренвильскую и последующие эпохи в осадочных бассейнах активных континен- тальных окраин в вулканогенно-кремнисто-карбонатных толщах возникли эксгаляционные железо-марганцевые месторождения, а в терригенном флише медистые песчаники и сланцы. Таблица 2.6 Рудопродуктивные стратиформные структурно-формационные комплексы (по А.А. Ковалеву, Е.И. Леоненко (1995)) Геодинамические обстановки Геологические формации Структурные позиции Рудные формации Континенталь- ные окраины: — пассивные — активные Карбонатные Шельф и конти- нентальный склон Pb-Zn, барит, флюорит Вулканоген - но-кремнисто-кар- бонатные Терригенно-фли- шевые Осадочные бас- сейны на аккреци- онной призме Fe —Мп -эксгаля- ционная Zn, Pb-Ba Fe -магнетитовая скарноидная Си — песчаники, сланцы Терри ген но-кар- бонатная Тыльный надви- говый пояс Au — скарноидная Спрединг в зонах трансформных раз- ломов (пул-апарт- бассейны) Сланцево-ба- зальтовая Толщи на океа- нической коре СКАРНОИДНЫЕ: Мо — шеелитовая Карбонатно-тер- ригенная и кварци- то-черносланцевая Mo, Sn, Sb-Hg; Age Sn, Pb-Sb Доломитовая Nb-TR Межматерико- вые рифты Желези- сто-кремни- сто-карбонатные Впадины в осе- вой зоне грабена Cu -Zn-Ag Кроме того, в этот класс включены эксгаляционно-осадочные месторождения скарноидного типа. По данным А.А. Ковалева, Е.И. Леоненко (1995), такие месторождения в основном сформи- ровались в коротких системах спрединга в связи с трансформны- ми разломами или в так называемых пул-апарт-бассейнах. Они могут быть сложены ороговикованными карбонатно-терригенны- 91
ми и черносланцевыми толщами, сформировавшимися на океа- нической коре и несущими промышленные концентрации раз- личных металлов (см. табл. 2.6). В качестве доказательств авторы приводят анализ геодина- мических обстановок и структурно-формационных особенно- стей ряда месторождений, ранее считавшихся скарновыми. Сре- ди них месторождения Mo-W-Тырныауз (Кавказ); W с Au — Восток-2, Скрытое (Приморье); шеелитовые — Фельбер- таль (Австрия), Кинг-Айленд (Австралия), Сан-Донг (Южная Корея) и др. К стратиформным образованиям относят также металлонос- ные осадки срединной рифтовой долины Красного моря. В бор- тах рифта известны стратиформные месторождения марганца, свинца и цинка (Д. В. Рундквист и др., 1995). Формационно-геодинамические и структурно- геоморфологические факторы размещения экзогенных месторождений Экзогенные месторождения приурочены к толщам осадоч- ных формаций, сформировавшихся в различных геодинамиче- ских обстановках и занимающих определенные геоморфологи- ческие и структурные позиции (табл. 2.7). Наиболее ранний рудопродуктивный экзогенез проявился в свекофенское и гренвильское время образованием внутриплит- ных первично-осадочных месторождений, подвергшихся в по- следующие эпохи реювенации многоактным процессам мета- морфизма и гидротермального метасоматоза. Одни из них, све- кофенские месторождения золотоносных и ураноносных конг- ломератов, железистых кварцитов рассматриваются как поли- генные метаморфогенные образования, другие, более поздние месторождения медистых песчаников с кобальтом, урана, свин- ца и цинка — как стратиформные. В последующей эволюции продуктивного экзогенеза Б.М. Ми- хайлов и др. (1984) выделяют четыре его эпохи: позднепротерозой- скую, среднепалеозойскую, позднемезозойскую и позднекайнозой- скую, отчетливо обозначившихся на территории стран СНГ. В позднепротерозойскую эпоху на ранней трансгрессивной стадии преобладали процессы механической дифференциации вещества над химическим выветриванием. Они широко прояви- лись в прибрежно-шельфовых зонах пассивных окраин конти- 92
нентов и окраинных морей конвергентных субдукционных об- становок россыпями алмазов, золота, циркона, бадделеита, мо- нацита, рутила, ильменита. На регрессивной стадии в условиях аридного климата в лагунах этих окраин, авлакогенах и предгор- ных впадинах накапливались эвапоритовые осадки. Т а б л и ц а 2.7 Геодинамические, формационные и структурно-геоморфологические факторы размещения экзогенных месторождений Генетические типы Геоди- намиче- ские обста- новки Геологические формации Г еоморфологические и структурные типы Формации полезных ископаемых Остаточ- ный 1 Кора вы- ветривания латеритная Денудационные: площадные, линейные, карстовые Бокситовая Кобальто-никеле- вая Каолиновая Инфильт- рационный U,V, Fe, Мп Россыпи 2,3 Терри- генные Эрозионные: косовые, русловые, долинные, террасовые, дельтовые, литоральные Золотоносная Касситеритовая Ильменитовая Редкометалльная Алмазоносная Гидро- генный /, 2,4 Эвапори- товые Лагунные KCl,NaCl, сульфаты и карбо- наты солей Na, К, Mg и Са 5 Терриген- но-кремни- сто- карбона- тные Приразломные де- прессии, холмы, скло- ны подводных гор Fe -Мп конкреции с Ni, Си, Со 1 Морские бассейны Конседиментацион- ные брахискладки, по- верхности несогласия Железорудная Марганцевая Бокситовая Биоген- ный 1,2 Песчано- глинистые и карбонат- ные Прибрежно-мор- ские Фосфоритоносная 1, 2, 3, 4 Краевые прогибы, авлакогены Угленосная Своды, валы, купола, брахискладки, синкли- нали, моноклинали Нефтеносная Газоносная Примечание. Геодинамические обстановки: 1 — внутриконтинентальные (авлакоге- ны, синеклизы, чехлы платформ); 2—пассивные окраины континентов (подножия их склонов, шельфы); 3 — субдукционные островодужные (шельф, окраинные моря); 4 — коллизионные (межгорные и предгорные впадины); 5—океаны (абиссальные впадины). 93
В среднепалеозойскую эпоху в условиях гумидного климата во внутриплитных денудационных обстановках началось форми- рование кор выветривания и связанных с ними месторождений латеритных бокситов, каолинов, россыпей ильменита и рутила. В эту и последующие эпохи экзогенеза в различных геодинами- ческих обстановках (см. табл. 2.7) формировались месторожде- ния каустобиолитов. В позднемезозойскую эпоху, кроме того, возникли остаточные месторождения никеля и кобальта. Во внутриконтинентальных морских бассейнах образовались место- рождения фосфоритов егорьевского типа, оолитовых железных руд, горючих сланцев (рис. 2.6). Рис. 2.6. Минерагенический разрез отложений позднемезозойской эпохи экзогенного рудообразования. По Б.М. Михайлову и др.: 1—4 — отложения: 1 — песчаные; 2 — глинистые; 3 — карбонатные; 4 — кремнистые; 5— 20 — рудные формации: 5—9 — осадочные (5 — латеритные — железоносные, бокситоносные, ни- келеносные, фосфороносные; 6 — каолиноносные; 7 — бентонитоносные; 8 — рудных шляп; 9 — элювиальных россыпей); 10—13 — осадочные (10 — железоносные оолитовых руд; 11 — бокситоносные; 12 — каолиноносные; 13 — фосфороносные); 14 — угленосные; 75 — горю- чих сланцев; 16 — пролювиальных россыпей; 17 — карстовых россыпей, 18 — прибреж- но-морских россыпей; 19 — вулканогенно-осадочные бентонитоносные; 20 — гидротермаль- но-осадочные (Мп, Cu, Pb, Zn); 21 — ультраосновные породы; 22 — основные породы; 23 — кислые породы; 24 — метаморфические породы; 25 — сульфидные руды 94
В позднекайнозойской эпохе во внутриконтинентальных впадинах чехла платформ сформировались олигоценовые место- рождения марганца южно-украинского типа, а также морские месторождения железа бакчарского типа (Западная Сибирь) с прогнозными ресурсами в сотни миллиардов тонн. На границе палеогена и неогена в Мировом океане в резуль- тате образования пролива Дрейка и массированного вторжения Антарктических вод в расположенные к северу бассейны в абис- сальных впадинах началось образование железо-марганцевых конкреций, корок, содержащих практически значимые концен- трации никеля, кобальта, меди и др. Минерагения плиоцен-четвертичного времени контролиру- ется особенностями палеогеографии регионов. Например, в пус- тынных районах Средней Азии и Казахстана отмечены промыш- ленные скопления эвапоритов, барита, целестина. Залежи оса- дочных бентонитов сформировались в семиаридном климате Поволжья, а месторождения оолитовых руд железа — во влаж- ном климате Причерноморья. В горных районах с обломочными формациями связаны россыпи легирующих и редких металлов. Фациально-геодинамические и структурно- формационные системы метаморфогенных месторождений В метаморфогенной группе широко представлены региональ- но-метаморфизованные месторождения. Они сформировались в результате синхронной метаморфической перекристаллизации исходных пород, обогащенных рассеянными рудными компо- нентами, и более ранних рудообразований в этих породах. Пер- вичное накопление рудных компонентов связано с формирова- нием осадочных и вулканогенно-осадочных формаций в эпи- континентальных прогибах. В последовавшие затем эпохи рею- венации докембрийской коры происходила их трансформация в метаморфизованные руды. Примером может служить группа урановых месторождений Аллигейтор-Риверс в Северной Австралии. Согласно Н.П. Лаве- рову (1979), первичное накопление урана началось в терриген- но-карбонатных толщах (около 2 млрд лет). В Мегагее в кено- ранскую эпоху реювенации произошли метаморфические преоб- разования с деформаций исходного субстрата, приведшие к уве- личению концентраций урана и формированию рудных тел. В последующие эпохи реювенации (свекофенскую, гренвильскую 95
и байкальскую) продолжалась регенерация руд с нарастанием концентраций урана. Таким образом, метаморфизованные ме- сторождения фактически являются полигенными и полихрон- ными, зачастую регенерированными образованиями. Метаморфизованные месторождения в первую очередь диф- ференцируются по фациям регионального метаморфизма (табл. 2.8). Им соответствуют определенные геологические формации, которые служат в свою очередь индикаторами общих для них коллизионных геодинамических обстановок. Структурные типы, являясь производными от вариаций этих обстановок, представ- лены сложнодислоцированными складчатыми, разрывными и будинированными формами. С основными рудопродуктивными фациями метаморфизма (зеленосланцевой, амфиболитовой и гранулитовой) ассоциируют уникальные месторождения железа, золота, урана, свинца и цинка. Таблица 2.8 Фациально-геодинамические и структурно-формационные системы метаморфогенных месторождений Фации метаморфизма Геодина- мические обста- новки Геологические формации Структурные типы Рудные формации Зелено- сланцевая 2 Зелснока- менные-кома- тиитовые Синклинальные складки течения Fe — кремнистая Au — кварцевая 6 Кварцит- кон гломерато- вая Моноклинальные зоны рассланцевания, структуры будинаж Au- и U-носные конгломераты Амфибо- литовая 4 Чернослан- цевая Сложнодислоциро- ванные зоны Au с W, V, Мо — сланцевая 5 Гранито- гнейсовая Купола, выступы фун- дамента (изоклиналь- ные складки, будинаж) Fc-кварцитовая; Cu-Ni-Cr-Pt Гранули- товая 7, 6 Гнейсо-ам- фиболитовая Зоны смятия (склад- ки волочения, структу- ры будинаж) Стратиформные: Pb-Zn, Au- рудная От зеле- носланцевой до гранули- товой 3 Метаморфи- ческие и ульт- раметаморфи- ческие Зоны складчатости и разрывных дислока- ций, структуры буди- наж Асбестовая Кианит- силлиманитовая Контакто- во-метамор- фические Экзоконтактовые (окол ои нтрузи вн ые) Графитовая Абразивная Примечание. Геодинамические обстановки. 1- 5 — коллизионные: / —гранул иго-гней- совые пояса; 2 — гранит-зеленокаменные области; 3 — поднадвиговые (параавтохтон- ные) зоны; 4— зоны скучивания океанической коры при закрытии океана; 5—аккре- ционные пояса и шовные зоны; 6— внугри- и окраинно континентальные бассейны. 96
Регионально-метаморфические месторождения формирова- лись в поднадвиговых зонах в различных фациях метаморфизма (от зеленосланцевой до эклогитовой включительно) в результате перегруппировки и новообразований минеральных веществ в породах метаморфической и ультраметаморфической формаций. В этой группе известны месторождения амфибол-асбеста, алю- миния, апатита и титаномагнетита. Кроме того, выделяются контактово-метаморфические ме- сторождения. Они представлены околоинтрузивными пластооб- разными и штокообразными залежами графитовой и абразивной формаций. Контактовому метаморфизму в той или иной степе- ни подвержено большинство магматогенных месторождений. 2.4. РЕЗЮМЕ ПО МОДУЛЮ Формирование месторождений полезных ископаемых проис- ходи! в определенных геодинамических обстановках в резуль- тате взаимодействия различных геологических процессов. Доми- нирующие из них рудообразующие процессы определяют гене- тический тип месторождения (см. табл. 2.1). Образование полезных ископаемых в отличие от породного субстрата обусловлено более сложным сочетанием геологиче- ских процессов, а также дополнительными структурно-форма- ционными факторами. Магматические и метасоматические карбонатитовые месторо- ждения, а также часть пегматитовых генетически связаны с ин- трузивными комплексами. Постмагматические месторождения (мстасоматичсски замещенные пегматиты, скарновые, альби- тит-грейзеновые и гидротермальные) парагенетически ассоции- руют с интрузивными и субвулканическими комплексами пород. Для вулканогенно-осадочных месторождений характерны пространственная связь оруденения с одноименной группой геологических формаций и наличие парагенетических вулкани- ческих формаций. Напротив, стратиформные месторождения обычно формируются в структурах напластования вне связи с магматическими породами. Появление в них гидротермального метасоматоза может быть обусловлено мощными тепловыми по- токами в соответствующих геодинамических обстановках. Экзогенные месторождения избирательно ассоциируют в ос- новном с осадочными формациями в определенных ландшафтах и климатических зонах. Мч I ou'.i 97
Образование и размещение метаморфогенных месторожде- ний, являющихся производными различных фаций региональ- ного метаморфизма, тесно связано с процессами реювенации континентальных плит в докембрии. В такой генетической последовательности рассматриваются рудопродуктивные структурно-вещественные комплексы в их связи со структурно-геодинамическими обстановками. 2.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какие факторы положены в основу генетической классификации? 2. Перечислите генетические классы месторождений. 3. Какие месторождения называются полигенными, полихронными, регенерированными? 4. Перечислите суперконтиненты и назовите альтернативные геоди- намические обстановки. Что такое реювенация? 5. В чем отличие генетической связи от парагенетической? 6. Укажите геодинамические обстановки и эпохи реювенации рудо- носных интрузивных комплексов. 7. Перечислите геодинамические обстановки и основные типы ме- тасоматоза постмагматических месторождений. 8. Какая зависимость морфологии тел полезных ископаемых от структурных типов месторождений? 9. Чем отличаются вулканогенно-осадочные месторождения от стратиформных? 10. Назовите геодинамические и структурно-морфологические фак- торы размещения экзогенных месторождений. 11. Роль реювенации в формировании метаморфогенных месторож- дений. 2.6. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какие факторы являются основой генетической классификации ме- сторождений полезных ископаемых? • Структурно-формационные. • Геодинамические. • Рудообразующие процессы. • Вещественные. • Стратиграфические. 2. В результате распада какого суперконтинента сформировались Лав- разия и Гондвана? • Моногея. 98
• Мегагея. • Мезогея. • Пангея. 3. Какая эпоха реювенации континентальных плит из нижеперечислен- ных самая короткая во времени? • Кеноранская. • Свекофенская. • Гренвильская. • Байкальская. • Каледоно-герцинская. 4. С какими движениями связано образование конвергентных деструк- ционных границ континентальных плит? • Схождение плит. • Расхождение плит. • Скольжение плит по трансформным разломам. 5. Где проявляются гидротермы типа «черных курильщиков»? • Вулканические складчатые пояса. • Дно внутриконтинентальных водоемов. • Дно океанов. • Платформы, щиты.
МОДУЛЬ 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ Генетические модели месторождений полезных испопаемых СТРУКТУРА МОДУЛЯ
Изучение данного модуля необходимо для формирования в системе геологических знаний студента описательных и графи- ческих моделей месторождений полезных ископаемых различ- ных генетических группировок. На таких моделях отражаются современные научные пред- ставления об условиях образования и геологическом положении месторождений основных генетических типов, приводятся ре- зультаты практических наблюдений за морфологией и вещест- венным составом тел полезных ископаемых на эксплуатируемых или разведанных месторождениях. 3.1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК. МАГМАТОГЕННО-МЕТАСОМАТИЧЕСКАЯ ГРУППА МЕСТОРОЖДЕНИЙ Магматические месторождения ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Магматические месторождения являются производными магмы и формируются в процессе внедрения и затвердевания ее расплавов. Магмообразующие очаги могут быть мантийного (на глубине порядка 100—130 км) или корового (на глубине около 20 км) происхождения. Мантийные расплавы содержат повы- шенные концентрации сидерофильных и халькофильных эле- ментов, а коровые обогащены литофильными элементами. Дифференциация (разделение) компонентов в магматиче- ском расплаве осуществляется под действием силы тяжести, или гравитации. При подъеме и внедрении магматического расплава проис- ходит его смешение с переплавленными вмещающими порода- ми или легколетучими компонентами. Такое изменение состава магмы называется контаминацией. Процесс усвоения магмой постороннего вещества с полным его переплавлением называет- ся ассимиляцией. Таким образом, часть рудных компонентов могла быть захва- чена расплавом из магматического очага, а другая часть мобили- зована из вмещающих пород в процессе ассимиляции. Контами- нация расплава существенно влияет на ход кристаллизационной дифференциации. 101
Кристаллизация металлоносного расплава может начаться в магматическом очаге и продолжаться как на пути подъема рас- плава, так и на месте становления интрузива. При постепенном подъеме глубинного расплава по магмати- ческой колонне и относительно спокойном внедрении кристал- лизация происходит синхронно с дифференциацией и приводит к образованию расслоенных интрузий. Дифференциации основ- ных-ультраосновных расплавов при благоприятных петрохими- ческих и термодинамических факторах может предшествовать ликвация. Она происходит при 1500—1200 °C и заключается в разделении сульфидно-силикатной магмы на два несмешиваю- щихся расплава: силикатный и сульфидный. Кристаллизация сульфидного расплава в определенных тектонических условиях может завершиться образованием медно-никелевых руд. При быстром подъеме мантийного ультраосновного-щелоч- ного расплава и эксплозивном внедрении его в гипабиссальной зоне образуются эруптивные брекчии, состоящие из раскристал- лизованных протомагматических пород порфировой структуры и захваченных обломков вмещающих пород. Такие неоднород- ные по составу породы называются кимберлитами. В них могут находиться алмазы в промышленных концентрациях. Их рас- кристаллизация происходила раньше всех других минералов. Поэтому месторождения алмазоносных кимберлитов относят к раннекристаллизационным образованиям. Содержания рудных компонентов ранней кристаллизации редко достигают промышленных значений. Большая часть рудных минералов затвердевает в позднюю стадию, после раскристаллизации основной массы силикатных и алюмосиликатных минералов. Однако обособление рудных компонентов начинается уже в жидкой и газообразной фазах в результате процессов конвекционного теплового движения ве- щества магмы и обусловленной ими диффузии металлических соединений. Диффузия — это перемещение химических компонентов в направлении убывания их концентрации. С поздней стадией кристаллизации металлических соедине- ний связано образование сидеронитовой структуры руд, отра- жающей последовательную раскристаллизацию вначале породо- образующих силикатных и алюмосиликатных минералов, а за- тем рудных, играющих роль цементирующего вещества. Иногда 102
образуются массивные сплошные руды, состоящие целиком из рудных минералов. Среди позднемагматических образований встречаются промышленные скопления хромитов, платины, ти- таномагнетитов, литофильных редких и редкоземельных метал- лов, апатитов. Геологическое положение магматических месторождений определяется их приуроченностью к определенным интрузивным комплексам, сформировавшимся в различных геодинамических обстановках и эпохах реювенации (см. табл. 2.2). Морфология рудных тел магматических месторождений обу- словлена процессами ликвационной и кристаллизационной дифференциации расплавов, динамикой, механизмом и после- довательностью их внедрения и тектоническими факторами, оп- ределяющими формирование различных типов структур место- рождений (см. табл. 2.4). Вещественный состав руд кристаллизационных титаномагне- титовых месторождений характеризуется низким содержанием железа, повышенными, иногда промышленными, концентра- циями титана и сопутствующей полезной примесью ванадия. Иногда отмечается рассеянная платина. Хромитовая руда пред- ставлена хромшпинелидами, среди которых выделяют магнохро- мит, алюмохромит и другие минеральные виды. В нефелин-сиенитовых полифазных дифференцированных интрузивах локализованы пластовые залежи, секущие жилы и линзы апатитовых и редкометалльно-редкоземельных месторож- дений. Особенность месторождений поздней кристаллиза- ции — их большие размеры. С эксплозивным внедрением ультраосновных щелочных магм связывают алмазоносные диатремы. Высокие температура и давление образования кристаллов алмазов, их идиоморфный облик свидетельствуют о ранней стадии кристаллизации, а брек- чиевые текстуры кимберлитов и трубчатые формы тел указыва- ют на взрывную динамику внедрения пикритовых расплавов. Диатремы в плане могут иметь округлую сложную конфигура- цию. Известны трубчатые тела площадью от п • 10 м2до 1625 м2. С глубиной сечение трубок значительно сокращается и они принимают форму даек. Спутником алмазов в кимберлитовых трубках является пироп. Месторождения алмазов, связанные с лампроитовой формацией, имеют жильную форму, а спутником алмазов служит минерал из группы хромшпинелидов. 103
ЛИКВАЦИОННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ Технологическую ликвацию можно наблюдать при пироме- таллургии медно-никелевых руд в процессе плавки рудной ших- ты, затем штейна и файнштейна. Ликвация основной — ультраосновной магмы на силикатный и рудный расплавы — явление в природе исключительно редкое. Из многих тысяч известных основных — ультраосновных интру- зивов процесс ликвации в период их становления на доступных для отработки глубинах произошел лишь в некоторых. Для этого требовалась совокупность благоприятных факторов. Сульфидное медно-никелевое оруденение связано с мантий- ным источником, что обусловило высокие содержания в нике- леносных мафит — ультрамафитовых интрузивных комплексах магния и железа. Содержания магния в них выше, чем в титано- носных интрузивах, но меньше, чем в хромитоносных. Уникальные и крупные сульфидные, медно-никелевые ме- сторождения приурочены к зеленокаменным поясам, сформиро- вавшимся в кеноранскую эпоху реювенации. Они ассоциируют с перидотит-пироксенит-коматиитовым комплексом. В альпий- ско-киммерийскую эпоху реювенации произошло перемещение рудообразования в верхний структурный этаж платформ. Нике- левое оруденение, обогащенное медью и платиноидами, связано с габбро-норитовым комплексом, развитым в трапповых про- винциях (см. табл. 2.2). Районы развития крупных медно-никелевых месторождений характеризуются согласным воздыманием поверхностей Мохоро- вичича и Конрада (район Садбери в Канаде, Туруханско-Нориль- ская гряда), гетерогенным глыбовым строением фундамента с четко выраженным вертикальным перемещением блоков по дли- тельно существующим сквозькоровым разломам, наличием вало- образных структур, систем наложенных мульд и грабенов и моло- дых разломов, не согласных со структурным планом фундамента. Геофизическими исследованиями установлено, что участки щитов с медно-никелевыми месторождениями имеют понижен- ную мощность гранитного и увеличенную базальтового слоя. Размещение норильских рудных узлов контролируют вулка- нотектонические структуры, приуроченные к участкам пересе- чения глубинных разломов и антиклиналей, поперечных к про- стиранию мульд. С этими структурами связаны трапповый маг- матизм и никеленосные интрузивы. Кроме того, в образовании никелевого оруденения принимает участие эксплозивный маг- матизм. Рудолокализующими являются крупные субгоризон- 104
тальные межформационные зоны разрывных нарушений, опе- ряющих региональные разломы. Так, например, норильский и талнахский рудоносные интрузивы залегают между палеозой- скими осадочными формациями и верхнепалеозойско-нижнеме- зозойскими вулканогенными образованиями. Норильский нике- леносный расслоенный интрузив вытянут в северо-восточном направлении на 12 км, при средней мощности 130 м. В вертикальном разрезе (рис. 3.1) вкрапленная, гнездовая и жильная пирротин-пентландит-халькопиритовая минерализация ассоциирует с пикритовыми, такситовыми и контактовыми до- леритами. Наибольшая мощность рудных тел и сплошные суль- фидные жилы приурочены к трещинам отрыва, выступам и про- гибам подошвы массивов. Они образовались за счет инъекции сульфидов из материнского интрузива. Минеральный состав рудных тел для большинства сульфид- ных медно-никелевых месторождений одинаков. По главным минералам руды этих месторождений называют пирротин-пент- ландит-халькопиритовыми. Породообразующими служат в ос- новном магнезиально-железистые силикаты: оливин, пироксен, роговая обманка и др. Среди второстепенных рудных минералов выделяются группы платины и платиноидов (палладий и спер- рилит), меди (валлериит, борнит, кубанит и др.), никеля (нике- лин и др.). Кобальт в основном находится в качестве изоморф- ной примеси в пентландите и пирротине. Кроме того, в рудах содержится золото, серебро и селен. Рис. 3.1. Геологический разрез ликвационно-магматического медно-никелево- го месторождения Норильск-1. По А.В. Тарасову. 1 — эффузивные породы, 2 — лабрадоровые базальты; 3 — титан-авгитовые базальты; 4 — силлы долеритов; 5 — габбродолериты; 6 — осадочные породы тунгусской серии; 7—9 — руды: 7 — вкрапленные в интрузии, 8 — вкрапленные в породах экзоконтакта, 9 — жиль- ные; 10 — разрывные нарушения 105
ЭКСПЛОЗИВНЫЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ К этой группе относятся месторождения эксплозивные и кристаллизационные. Последние подразделяются на месторож- дения ранней и поздней кристаллизации. Их также называют раннемагматическими и позднемагматическими. В отличие от ликвационных кристаллизационные месторожде- ния характеризуются разнообразием рудопродуктивных комплек- сов, таких, как алмазоносный, хромитовый, титаномагнетитовый, ванадиево-железо-медный, апатитовый и редкометалльный. Алмазоносный комплекс представлен диатремами ким- берлитов и лайковыми телами лампроитов, в пространственной связи с зонами глубинных разломов. Месторождения алмазов в кимберлитовых трубках широко развиты на Восточно-Европей- ской, Сибирской, Африканской, Индийской и Австралийской платформах. Алмазоносная лампроитовая формация известна в Западной Австралии, где открыта одна из богатейших в мире трубка «Аргайл» с содержанием алмазов 7 карат (рис. 3.2). Она Рис. 3.2. Геологический разрез трубки «Аргайл». По Ж. Боксеру. 1 — «песчаные» туфы, политеистические лампроитовыс лапиллиево-пепловые и грубые пеп- ловые туфы; 2—5 — средний протерозой, формация Лиссаделл (2 — кварцевые песчаники, тонкослоистые песчаники, алевролиты и сланцы; 3 — кварцевые песчаники; 4 — тонкос- лоистые песчаники, алевролиты и сланцы; 5 — алевролиты Голден-Гейтгематитовые песча- ники, железистые и глинистые сланцы); 6 — песчаники Хенсмен (массивные кварцевые песчаники); 7 — нижний протерозой, формация Ре вол вер-Крик, песчаники, алевролиты и сланцы; 8 — геологические границы; 9 — разломы 106
залегает в поясе докембрийских метаморфических пород, пере- крытых платформенным чехлом палеозойских вулканогенно-оса- дочных пород в пространственной связи с глубинными разлома- ми. Размеры трубки в горизонтальном сечении 2 • 0,15—0,5 км. Минеральный состав кимберлитов очень сложный: выделя- ются минералы собственно кимберлитов (алмаз, оливин, пироп, ильменит, хромшпинелиды, флогопит, графит, магнетит, авгит и апатит), а также минералы ксенолитов (граниты, пироксены, полевые шпаты, амфиболы, биотит и др.). Кроме того, присут- ствуют гидротермально-метасоматические и гипергенные мине- ральные новообразования. Хромитовый комплекс на протоплатформах сформиро- вался в полнодифференцированных базальтоидных интрузивах мощностью более 3—4 тыс. м. Большинство исследователей счи- тает, что он является продуктом камерной кристаллизации ба- зальтоидной магмы в условиях платформенного режима. Кри- сталлизационная дифференциация протекала в спокойных тек- тонических условиях путем магматической седиментации, при участии конвекционных течений и турбулентных потоков, обу- словивших в целом стратификацию и ритмичную слоистость ру- допродуктивных комплексов. Месторождения хромитов протоплатформенных областей ха- рактеризуются высокой общей железистостью и низким отно- шением Cr2O3/FeO. Месторождения этой формации содержат три четверти разведанных мировых запасов хромитовых руд. В складчатых областях месторождения хромитов связаны с ду- нит-гарцбургитовыми комплексами в офиолитовых поясах. Известны две гипотезы их происхождения: 1) при кристал- лизации ультраосновного расплава в земной коре с обособлени- ем хромшпинелидов на позднемагматическом этапе; 2) образо- вание в мантии стратиформных основных-ультраосновных ком- плексов с сингенетическими пластами хромитов и последующее внедрение их в земную кору. Для хромитовых месторождений, связанных с Уральским офиолитовым поясом, характерны линзообразные залежи и жилы с групповым расположением в виде линейных, кулисооб- разных или поясовых зон. Протяженность и ширина рудных тел превышает 1000 м, а мощность достигает 230 м. Контакты руд- ных тел четкие. Руды сложены в основном хромшпинелидами и оливином. Высокохромистые руды (Сг2О3 > 50 %) приурочены к более низким стратиграфическим горизонтам, а высокоглинозе- 107
мистые (AI2O3 — 15 %) — к высоким. В рудах содержатся плати- ноиды от сотых долей до первых граммов на тонну. Титаномагнетитовый комплекс включает собственно титаномагнетитовые и титаномагнетит-ильменитовые с ванади- ем месторождения, локализованные в габбро-анортозит-пирок- сенитовых комплексах. Они сформировались в процессе внут- ри камерной дифференциации основной магмы в гранули- то-гнейсовых поясах. Крупные титаномагнетитовые месторождения известны лишь на территории России (Качканарское и Гусевогорское на Урале). Титаномагнетит-ильменитовые месторождения приуро- чены к анортозитовым массивам, достигающим по площади не- скольких сотен и даже тысяч квадратных километров (Адирон- дакские горы в США с месторождениями Санфорд-Хилл, Ор-Маунтин и др.; Джугджуро-Становой анортозитовый пояс в Сибири). Руды этих месторождений метаморфизованы, характе- ризуются высоким качеством и легкообогатимы. Рудные тела представлены зонами, пластами, линзами и жи- лами с различной насыщенностью вкрапленной минерализации титаномагнетитом, магнетитом, ильменитом и постепенным пе- реходом к сплошным рудам. Основными силикатными минерала- ми титаномагнетитовых руд являются оливин, пироксен, плаги- оклаз. В метаморфизованных титаномагнетит-ильменитовых ру- дах они преобразовались в амфибол, эпидот, актинолит, хлорит. Ванадиево-железо-медный комплекс может рас- сматриваться в парагенезисе с титаномагнетитовым. Они име- ют сходные геологическое положение, морфологию тел и пет- рохимический состав. Однако отличаются минеральным соста- вом руд. Апатитовый комплекс приурочен к дифференцирован- ным поясовым массивам нефелиновых сиенитов. Площадь мас- сивов достигает п • 104 км2. Пологие линзовидно-полосчатые апатитовые залежи имеют протяженность десятки километров, при мощности в первые сотни метров. Содержание апатита из- меняется от 15 до 75 %. Такие массивы известны на Кольском полуострове (Хибины), в Канаде (Сент-Илер), Бразилии (По- сус-де-Калдас). В месторождениях Хибинского массива среднее содержание Р2О5 - 14-18 %. Сам массив представляет собой позднедевонскую многофаз- ную зонально-концентрическую интрузию центрального типа (рис. 3.3). 108
св Рис. 3.3. Схематический геологический разрез месторождения апатитов Кукисвумчор. По Г.М. Вировлянскому. 1 — рыхлые отложения; 2—5 — руды (2 — пятнистые; 3 — апатитовая брекчия; 4 — крупно- блочные; 5 — линзовидно-полосчатые); 6 — рисчоррит; 7 — полевошпатовый ийолит; 8 — ийолит со сфеном; 9— ийолит-уртит; 10 — конические разломы и тектонические контакты; 11 — полосчатость в рудах; 12 — магматические контакты Редкометалльный комплекс, связанный со стратифи- цированными массивами агпаитовых нефелиновых сиенитов, отличается от апатитовой геохимической специализацией, обу- словившей возникновение лопаритовых титанредкоземель- но-ниобиево-танталовых руд (месторождение Ловозеро). Основ- ным рудным минералом является лопарит в ассоциации с апа- титом, нефелином, эгирином, эвдиалитом и сфеном." Карбонатитовые месторождения УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ Карбонатитовые месторождения являются производными подкоровой магмы сложного состава, при кристаллизации кото- рой в структурах центрального типа формировались массивы, сложенные ультраосновными — щелочными породами и карбо- натитами. На земном шаре известно более 250 карбонатитовых массивов, объединенных в провинции. В России исследованы Карел ьско-Кольская, Восточно-Саянская, Алданская, Сихо- тэ-Алиньская и другие провинции. 109
Карбонатиты — это последовательно сформировавшиеся в ультраосновных или щелочных ультраосновных породах эндо- генные образования кальцита, доломита, реже анкерита и сиде- рита в ассоциации с магнетитом, апатитом, флогопитом, иногда сульфидами меди, цинка и свинца. Акцессорными минералами являются: бадделеит — ZrO2; пирохлор — (Na, Са, Се)2 (Nb, Ti, Та)2 ОДО, ОН, F); гатчеттолит (урансодержащий пирохлор); карбонаты редких земель (бастнезит, паризит, синхизит) и фос- фаты (монацит и др.). Поэтому карбонатитовые месторождения характеризуются комплексным составом руд и служат источни- ком добычи магнетитовых, апатитовых и медных концентратов, флогопита, реже флюорита и карбонатного сырья, а также нио- бия и редкоземельных металлов цериевой подгруппы. Кроме того, из руд некоторых месторождений попутно могут извле- каться тантал, цирконий, титан, уран, молибден, цинк и свинец. Рудоносные карбонатиты находятся как на периферии плат- форм, так и в центральных частях на границе приподнятых и опущенных блоков, но обязательно в пространственной связи с глубинными разломами. Они также могут быть приурочены к зонам сочленения платформ и складчатых областей. Формирование ультраосновных — щелочных с карбонатита- ми массивов (назовем их карбонатитовыми) протекало длитель- ное время (от 10—50 до 200—250 млн лет) в несколько этапов: на раннем этапе происходило внедрение ультраосновных пород, на позднем — щелочных и на заключительном этапе образова- лись карбонатиты. Длительность и многоэтапность становления этих массивов и предшествующая дифференциация мантийной магмы обусло- вили разнообразие их петрографического состава и в то же вре- мя единство ультраосновных и щелочных пород. Массивы сло- жены пироксенитами, перидотитами и оливинитами, ийолитами и уртитами, нефелиновыми и щелочными сиенитами и карбона- титами. Такие массивы называются многофазными. Для них ха- рактерна многостадийная минерализация. Эти массивы в диа- метре до 8 км и более проявляются в верхней части как вулка- нические сооружения, далее на глубину — как субвулканические фации, переходящие затем в гипабиссальные интрузивы. Следо- вательно, необходимо учитывать возможную эволюцию генезиса карбонатитов. Глубинные их части могли сформироваться по аналогии с магматическими месторождениями, а приповерхно- стные — развиваться по схеме постмагматических образований. по
Согласно А.А. Фролову, большинство карбонатитовых масси- вов имеют штокообразную форму и зонально-кольцевое строение (рис. 3.4). Внутри карбонатитовых массивов находятся централь- ные штоки карбонатитов, приуроченные к цилиндрическим труб- кам взрыва. Размеры штоков в поперечнике изменяются от сотен метров до нескольких километров. От них отходят радиальные, кольцевые и конические трещинные структуры, представляющие собой дайко- и рудообразующие тела протяженностью в несколь- ко сотен метров, мощностью в первые метры. Они, по-видимому, возникли при изменении давления в глу- бинном магматическом очаге. Слагающие массивы ультраосновные — щелочные комплек- сы пород и карбонатиты контролируются системами вертикаль- но ориентированных кольцевых цилиндрических и центрикли- °о°| / (^^1 2 М з |х х| 4 5 6 7 8 I <7 | 9 -"'I10 I W | // Рис. 3.4. Схема геологического строения рудоносных массивов ультраоснов- ных — щелочных пород и карбонатитов. По А.А. Фролову. Массивы с апатит-магнетитовыми месторождениями (в плане): а — Ковдорский; б — Альнё, в — Палабор; массивы с редкометалльными и поликомпонентными месторождениями: г — Нижнесаянский, д — Гоудини, е — Ока (разрез); I — эффузивно-экструзивные образо- вания; 2 — карбонатиты: а — штокообразные тела, б — жилообразные тела; 3 — апатит-маг- нетитовые руды; 4— сиениты щелочные и нефелиновые; 5 —турьяиты; 6— ийолиты; 7— пироксениты; оливиниты; 8— фениты; 9— плосчатость в карбонатитах; 10 — разрыв- ные нарушения; 11 — медные (борнит-халькопиритовые) руды 111
нальных конических разломов и радиальных трещин. Это обу- словило разнообразие форм как самих массивов, так и слагаю- щих их геологических тел (см. рис. 3.4). Наряду с магматическими телами (цилиндрическими, кони- ческими и линейными дайками, жилами и линзами) в карбона- титовых массивах залегают постмагматические штокверковые образования и метасоматические тела сложной формы. Такие структуры характерны для вулканических сооружений. С глубиной вулканические аппараты постепенно переходят в штокообразные, а затем и трещинные тела в интервале глубины 7—10 км. До этого интервала может распространяться орудене- ние карбонатитового комплекса. Продолжение магматической колонны, уходящей в мантию, можно представить в форме дай- кообразного тела. Оруденение карбонатитового комплекса подразделяется на три рудные комплекса: 1) флогопит-апатит-магнетитовый; 2) тан- талониобиевый и 3) флюорит-полиметалльный. В последовательности кристаллизации карбонатных минера- лов выделяют три основные стадии карбонатитового процесса: 1) кальцитовая (650—390 °C); 2) капыщт-доломитовая (420—300 °C); 3) анкерит-сидеритовая (320—200 °C). В такой же последова- тельности происходило усложнение минерального состава кар- бонатитовых образований и изменялось их положение от пери- ферии к центру массива. Это, по мнению А.А. Фролова, обусло- вило формирование большинства карбонатитовых рудных полей и месторождений с центростремительной схемой горизонталь- ной зональности оруденения. Центростремительной называют зональность в случае лока- лизации более раннего оруденения на периферии. Более отчетливо проявлена прямая вертикальная зональ- ность оруденения — результат последовательного смещения вверх по разрезу магматических и постмагматических процессов. Как видно на рис. 3.5, в основании разреза в ультраосновных породах залегают магматические титаномагнетитовые месторож- дения, сменяющиеся выше, в связи с ультраосновными — ще- лочными комплексами, карбонатитовыми образованиями апа- тит-магнетит-флогопитовой формации, отвечающей ранней кальцитовой стадии процесса. На средних горизонтах в карбона- титах возникает танталониобиевый комплекс, соответствующий поздней капьцитовой и кальцит-доломитовой стадиям. 112
Далее по разрезу состав карбонатитов усложняется и закан- чивается разрез анкерит-сидеритовыми карбонатитами с ком- плексными рудами флюорит-полиметалльной формации с то- риево-редкоземельным и другим оруденением. Рис. 3.5. Схема вертикальной зональности состава, строения и распределения оруденения в массивах ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов. По А.А. Фролову. 1 — карбонатиты; 2 — ультраосновные-щелочные породы; 3 — ультраосновные породы
Основными текстурами карбонатитовых руд являются: мас- сивная, полосчатая, пятнистая и гнездово-вкрапленная; структу- ра руд — крупнозернистая. Во вмещающих карбонатитовые массивы породах кислого состава происходил процесс фенитизации, проявленный в ближ- ней зоне экзоконтакта привносом калия и натрия и выносом кремнезема. На месторождении Альнё (Швеция) этот процесс привел к образованию фенитов на большей части массива (см. рис. 3.4, б) В зоне эндоконтакта развивалась флогопитизация. Сами карбонатиты могут быть подвержены магматической кар- бонатизации с проявлением магнезиального и железистого мета- соматоза. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ФЛОГОПИТОВЫХ, АПАТИТ-МАГНЕТИТОВЫХ И РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ КАРБОНАТИТОВ Флогопит-апатит-магнетитовый комплекс объеди- няет флогопитовый, апатит-магнетитовый и одноименный с комплексом минеральные типы руд. Они могут быть представ- лены в любых сочетаниях в пределах одного карбонатитового массива, рудного поля или месторождения, образуя цилиндри- ческие, конические и дуговые жилы, штокообразные тела. Структура руд крупнозернистая, текстура — массивная, реже по- лосчатая. Средние содержания железа около 30 %, пятиоксида фосфора — 10 %. Содержание кондиционного флогопита изме- няется от десятков и сотен килограммов на кубометр до сплош- ных слюдяных масс. Обычно качество слюды невысокое, запасы большие. К этому комплексу относятся месторождения Ковдор- ское (Россия), Альнё (Швеция), Букусу (Уганда). Ковдорское месторождение является единственным в РФ эксплуатируемым месторождением этого комплекса. Оно нахо- дится на Балтийском щите и приурочено к Ковдорскому много- фазному массиву центрального типа, сложенному оливинитами, пироксенитами, перидотитами, разностями нефелиновых сие- нитов и карбонатитами (рис. 3.6). Редкометалльные карбонатиты подразделены на два ком- плекса: тантало-ниобиевый и флюорит-полиметалльный. Танталониобиевый комплекс представлен пирохлоро- вым и пирохлор-гатчетголитовым минеральными типами место- рождений, содержащими основную долю ниобиевых руд. Самыми крупными пирохлоровыми карбонатитовыми месторо- ждениями мира являются: Тапира (Бразилия), Ока (Канада) и др. 114
Рис. 3.6. Схема геологического строения Ковдорского массива. По В. Афанасьеву и др.: 7 — карбонатиты; 2 — флогопит-апатит-форстеритовые породы; 3 — магнетитовые руды; 4 — оливин-флогопит-диопсидовые породы; 5 — монтичеллитовые породы; 6— мелилити- ты и турьяиты; 7—пироксениты, щелочные пироксениты; 8— ийолиты, ийолит-уртиты, ийолит-мельтейгиты; 9— оливиниты, 10— фениты, 77 —гнейсы Пирохлор-гатчеттолитовая минерализация в ряде массивов связана с апатит-магнетитовым оруденением, альбититами, апа- тит-кальцитовыми и апатит-кальцит-доломитовыми карбонати- тами. Содержание в комплексных рудах фосфора составляет 3—5 %. Геологическое строение таких массивов и морфология рудных тел приведены на рис. 3.7. Флюорит-полиметалльный комплекс характеризует- ся разнообразием минеральных типов месторождений. Среди них выделяются группа редкоземельных типов (паризит-бастне- зитовый, монацитовый и колумбит-бастнезитовый, месторожде- ния Маунтин-Пасс, США и др.), а также борнит-халькопирито- вый, галенит-сфалеритовый и флюоритовые типы. Борнит-халькопиритовая и другая медная минерализация достигает промышленных концентраций лишь на одном карбо- натитовом месторождении комплексных руд Палабор (ЮАР). Оно представлено карбонатитовым штоком сечением 0,5 • 0,7 км в ультраосновных породах (см. рис. 3.4, в), прорывающих архей- ские граниты. По периферии штока развиты магнетит-апатито- вые руды. В центральной его части, в карбонатитах, на глубину «... Н5
200 fe- о >,-2. 200 -Л •' Разрез по линии А - Б |Ч-£.| / I Р>г I 2 I R I з I А А | 4 | К, ка | 5 | — -»-| 6 [5,; С|| 7 | к к | 8 Ф Ф | 9 1 и и | // | Y Y |121 + + 113 \У/У\ !4 \У/У\ 15 \У//Х >6 а б а б а б Рис. 3.7. Геологическое строение массива Томтор (без чехла мезокайнозойских отложений). По А.В. Лапину и А.В. Толстову. 1—3 (/ — кайнозойская и мезозойская группы; 2 — пермская система; 3 — рифей). Интру- зивный и метасоматический комплексы: 4—10 — карбонатитовая серия (4—7— поздняя: 4 — эксплозивные карбонатитовые брекчии; 5— поликарбонатные карбонатиты (доло- мит-анкеритовые, доломит-сидеритовые, кальцит-анкеритовые и др.); 6 — калишпат-апа- тит-слюдистые породы; 7 — слюдисто-карбонатные (шамозит-анкеритовые и шамо- зит-кальцитовые породы); 8—10 — ранняя: 8— доломит-кальцитовые и кальцитовые кар- бонатиты; 9— калишпат-амфибол-карбонатные (с доломитом, кальцитом и анкеритом) по- роды; 10 — кальцит-флогопит-магнетитовые породы); 11 — альнеит-тингуаитовая серия (пикриты, альнеиты, пикритовые порфириты, лампрофиры); 72—щелочные и нефелино- вые сиениты; 13— пироксениты, якупирангиты, мельтейгиты, ийолиты, уртиты. Гиперген- ный комплекс: 14 — каолинит-гид рос люд истые коры выветривания; 75 — лимонитовые; 16 — лимонит-франколитовые; 17— сидеритизация пород коры выветривания; 18— пло- щадь развития кор выветривания (а — остаточных (железисто-фосфатных); б— осветлен- ных (пирохлор-алюмофосфатных)); 19— зоны скарнирования и мраморизации; 20— геоло- гические границы (установленные (а), предполагаемые (6)); 27 — разрывные нарушения (достоверные (а), предполагаемые (5)); 22 — границы массива по данным магниторазведки; 23 — границы массива (перекрытие осадочным чехлом (а), по данным гравиразведки (б))
до 900 м прослежены зоны прожилково-вкрапленных руд с со- держанием меди 0,3—0,6 %. Во многих карбонатитовых массивах отмечаются невысокие концентрации постмагматической сульфидной минерализации свинца, цинка, молибдена, а также флюорита, барита, целестина и торийсодержащего пирохлора. Пегматитовые месторождения УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Пегматиты представляют собой обособленные в форме шли- ров, жил, линз и межбудинных тел минеральные образования, близкие по составу к исходным, магматическим или метамор- фическим породам. От вмещающих пород они отличаются раз- нозернистой, преимущественно крупнозернистой зональной структурой, наличием графических прорастаний кварца и мик- роклина, повышенным содержанием щелочей, легкоплавких со- лей и легколетучих компонентов. Пегматиты кристаллизовались при температуре 374—650 °C и давлении 100—800 МПа. Эти образования (тела) в отличие от других генетических классов имеют широкое площадное рас- пространение, формируя обширные пегматитовые поля, количе- ство которых достигает п • 104. Для пегматитов магматических комплексов материнскими могут быть породы как щелочно-зе- мельного (нормального) ряда, так и щелочного. Из пегматитов, ассоциирующих с породами нормального ряда, наиболее значи- мыми являются гранитные пегматиты. Они служат источником добычи пьезооптического, керамического и камнесамоцветного сырья, мусковита, кварца, топаза, многих литофильных редких и редкоземельных металлов. Месторождения урана и тория, олова, вольфрама и молибдена имеют подчиненное значение. Пегматиты, производные основных и ультраосновных магм, характеризуются слабой рудопродуктивностью. Практическое значение щелочных пегматитов также невелико. С ними связаны небольшие месторождения ниобия и редких земель. Пегматитовые поля встречаются на платформах, щитах, в срединных массивах и складчатых областях. Они приурочены к внутренним или околоинтрузивным зонам тектонических дис- локаций. Благоприятными для пегматитообразования являются 117
апикальные выступы гранитных интрузивов с пологой или вол- нистой кровлей в абиссальной зоне. Эти интрузивы с пегмати- товыми полями пространственно тяготеют к внутренним осе- вым частям геоантиклинальных поднятий, формируя протя- женные, от сотен до нескольких тысяч километров, пегматито- вые пояса, например Кольско-Карельский, Забайкальский, Мамский. Образование пегматитов происходило на всех тектономагма- тических этапах, совпадая с периодами сжатия земной коры, проявления гранитоидного магматизма и регионального мета- морфизма. Максимум пегматитообразования приходится на до- кембрийские эпохи реювенации. Существует много гипотез, объясняющих источник пегматитообразующих минеральных ве- ществ и содержащихся в них полезных компонентов, механизм их миграции и кристаллизации. Обоснованными являются представления И. Фогта, П. Ниггли, А.Е. Ферсмана о кристаллизации пегматитов из остаточных маг- матических расплавов алюмосиликатного состава, обогащенных летучими веществами, в условиях закрытой системы, и взгляды А.Н. Заварицкого, В.Д. Никитина и других исследователей о пе- рекристаллизации и метасоматическом замещении пород под действием газово-гидротермальных растворов в условиях откры- той системы и нарастания интенсивности проявления тектони- ческих дислокаций. Согласно работам В.А. Николаева, В.С. Соболева, К.К. Лан- деса, пегматиты формировались в два этапа. На первом этапе из остаточных расплавов в условиях относительно закрытой систе- мы кристаллизовались простые пегматиты. На втором этапе в результате поступления новых порций растворов происходили процессы метасоматического замещения одних минералов дру- гими с образованием рудопродуктивных дифференцированных пегматитов. А.Е. Ферсман подразделил гранитные пегматиты на пегмати- ты чистой линии, залегающие в материнских породах гранитно- го комплекса, и пегматиты линии скрещения, локализующиеся в породах иного состава. Пегматиты чистой линии имеют состав, тождественный с гранитами, и служат источником добычи полезных ископаемых, указанных для гранитных пегматитов. Среди пегматитов линии скрещения выделяются десилициро- ванные пегматиты. Они образуются в процессе кристаллизации кислого остаточного расплава в ультраосновных или карбонат- 118
ных породах, когда происходит привнос в эти породы калия и кремнезема. При этом могут возникнуть тела корундовых плаги- оклазитов со слюдяной оторочкой, в которой встречаются бе- рилл, турмалин, флюорит. В современном генетическом подразделении гранитных пег- матитов на четыре группы: 1) простые; 2) перекристаллизован- ные; 3) метасоматически замещенные и 4) десилицированные пегматиты — отражены основные процессы их формирования. Простые пегматиты, сходные по химическому и минераль- ному составу с гранитами, со свойственной для них письменной (графической) структурой и азональным строением, действи- тельно могли кристаллизоваться из остаточных магматических расплавов. В перекристаллизационных пегматитах в основном наблюда- ются зональные крупнозернистые минеральные новообразова- ния мусковита, кварца и полевого шпата, свидетельствующие о перекристаллизации первичных минералов в процессе поступле- ния газово-гидротермальных растворов. Метасоматически замещенные пегматиты характеризуются отчетливым зональным строением, отражающим смену во вре- мени процессов калиевого метасоматоза, вызвавшим грейзени- зацию и серицитизацию, натровым метасоматозом с образова- нием зон альбитизации. Десилицированные пегматиты, судя по составу, раскристал- лизовались из контаминированного остаточного расплава, не только ассимилировавшего богатые кальцием боковые породы ультраосновного состава, но и частично отдавшего в них легко- подвижные компоненты. Состав и внутреннее строение пегматитов зависят также от глубины их формирования. Основная масса пегматитов образу- ется в трех глубинных зонах: малых (до 3,5 км), средних (до 7 км) и больших (> 7 км). Пегматиты малых глубин являются хрустале- носными, средних — редкометалльными и олово-редкоме- талльными, больших глубин (7—11 км) — слюдоносными. Глубже идут безрудные пегматиты. Современное положение пегматитов относительно поверхности земли обусловлено по- струдными тектоническими дислокациями и величиной эрози- онного среза. Пегматиты малых глубин сформировались непосредственно в материнских гранитных формациях в относительно спокойной тектонической обстановке. Они приурочены либо к мелким 119
штокам и куполам, либо межформационным интрузивам, с пло- щадью выходов более 200 км . Пегматиты средних и больших глубин залегают в приконтак- товых зонах преимущественно крупных гранитных массивов, где развиты вмещающие породы зеленосланцевой, амфиболитовой и реже гранулитовой фаций метаморфизма. Их образование свя- зано с гранитными интрузиями, контролируемыми глубинными разломами, и протекало в сложных тектонических условиях. Пегматиты по условиям залегания относительно вмещающих пород могут быть сингенетическими и эпигенетическими. Пег- матиты сингенетические, их также называют камерными, явля- ются автохтонными (неперемещенными) образованиями в мате- ринских породах, сформировавшимися в интервале первона- чальных глубин от 1,5 до 10 км и более. Эпигенетические пегма- титы залегают часто вне материнских пород, образуя жилы, свя- занные с тектоническими нарушениями. МОРФОЛОГИЯ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПЕГМАТИТОВЫХ ТЕЛ Пегматитовые тела могут иметь как простую, так и сложную формы и самые различные размеры, от первых метров до пер- вых километров. Это зависит в основном от глубины образова- ния и тектонических условий. В области малых глубин пегматитовые тела в большинстве являются сингенетическими по отношению к материнским гра- нитам. Для этих пегматитов характерны постепенные переходы в граниты, камерные жилы, шлировая и трубчатая формы и не- большие (до 25 м в поперечнике) размеры тел с овальными очертаниями, наличие миароловых пустот, занорышей с кварце- выми ядрами, зияющих трещин, часть из которых заполнена гидротермальными жилами. Миароловые пустоты занимают пространство между кристал- лами. Занорышами называют полости, приуроченные к цен- тральной части пегматитового тела. Объем занорышей достигает сотен кубометров. В них могут вырастать гигантские кристаллы кварца, амазонита и других минералов весом в десятки тонн. Пегматитовые тела средних и больших глубин, являясь в ос- новном эпигенетическими образованиями, отличаются от пег- матитов малых глубин четкими контактами, наличием в заль- бандах оторочек, крупными размерами (часто 103—105 м3, иногда 106 м3 и более), плитообразной и штоковой формами. 120
Зальбанды — это боковые части жил, контактирующие с вме- щающими породами. Оторочки чаще всего бывают слюдяными. Размещение таких пегматитовых тел и условия локализации контролируются формой кровли интрузива, складчатыми и раз- рывными нарушениями. Занорыши встречаются редко, и они мелкие. Во всех глубинных зонах встречаются жильные, линзовид- ные и округлые формы тел пегматитов, а в метаморфических формациях, кроме того, широко развиты межбудинные тела (рис. 3.8). Эпигенетические пегматитовые тела, наложенные на более древние складчатые структуры, занимают обычно секущее поло- жение, выполняя трещины в складках и зонах рассланцевания. Они также могут залегать в контракционных трещинах и текто- нических разрывах, внутри и в приконтактовых зонах гранитных интрузивов. В пегматитовых телах сложной формы отмечается наличие раздувов (резкое увеличение мощности на отдельных участках), пережимов и апофиз, расщепление на флангах при вклинивании. По минеральному составу пегматиты могут быть простыми или сложными. Это зависит от состава исходных остаточных магматических расплавов, глубины затвердевания и последую- щих процессов перекристаллизации и метасоматоза. Простые пегматиты, с графической структурой, сформировавшиеся в ус- ловиях малых глубин, состоят из полевого шпата (74 %) и квар- ца (26 %). Согласно А.И. Гинзбургу, вокруг миароловых пустот а б ^]/1771* Рис. 3.8. Блок-диаграммы пегматитовых полей. По Р.Г Родионову. а — согласных и секущих пегматитовых жил; б — межбудинных тел; в — пегматитоносных массивов; 7 — пегматитовые тела; 2 — плагиограниты; 3 — гнейсы (а), кристаллические сланцы (б); 4 — сланцы; 5 — амфиболиты; 6 — рассланцованные зоны 121
и в них самих развита альбитизация пород, сопровождающаяся выщелачиванием кварца и замещением калиевого полевого шпата альбитом. Б.А. Колбин указывает также на околожильную серицитизацию вмещающих пород. По А.Н. Лукашеву, пегматиты малых глубин и грейзеновые тела часто пространственно совмещены, имея сходный мине- ральный состав. В одном из пегматитовых полей Казахстана к повсеместно или часто встречающимся минералам относятся: в гранитах, пегматитах и грейзенах — флюорит, гидроксиды желе- за, ильменит, магнетит, жильбертит; в пегматитах и грейзе- нах — галенит, гематит, колумбит, гидрослюда, каолинит; в пег- матитах и гранитах — альбит, рибекит, монацит; только в пегма- титах — рутил и фенакит. В пегматитах средних глубин основными минералами явля- ются микроклин, кварц, альбит и мусковит. Кроме того, в про- мышленных концентрациях встречаются минералы редких и редкоземельных элементов: сподумен, лепидолит, берилл, пиро- хлор, колумбит, танталит, ортит, ксенотим, монацит, поллуцит. Широко известны также олово-редкометалльные пегматиты с касситеритом. Например, месторождение Маноно-Китотоло (Заир), в пегматитовых телах которого развиты касситерит, ко- лумбит, танталит, сподумен. Основными породообразующими минералами пегматитов больших глубин служат олигоклаз, микроклин и кварц. В пегма- титовых телах интенсивно проявлено кварц-мусковитовое заме- щение; рудные образования не встречаются. КЕРАМИЧЕСКИЕ, ХРУСТАЛЕНОСНЫЕ, РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫЕ И СЛЮДОНОСНЫЕ ПЕГМАТИТЫ Керамические (или простые) пегматиты, являющиеся иногда хрусталеносными, обнажаются на дневной поверхности при глубине эрозивного среза более 2 км. Они состоят в основном из калиевых полевых шпатов (мик- роклина), альбита и кварца. Микроклин и альбит образуют микроклин-пертитовые сростки кристаллов со структурой рас- пада твердых растворов. В калиевые полевые шпаты изоморф- но входят рубидий, цезий, барий, трехвалентное железо и др. Производными керамических пегматитов служат остаточные расплавы гранитной магмы, кристаллизующиеся в условиях малых глубин. 122
Промышленное значение имеют крупно- и гигантокристал- лические пегматиты, особенно сближенные жилы дифференци- рованных зональных пегматитов, например Чупинская группа месторождений в Карелии. Хрусталеносные пегматиты залегают в форме неболь- ших (до десятков метров в поперечнике) изометричных, трубо- образных и линзовидных тел, имеющих зональное строение. Они относятся к типу камерных пегматитов с ядром, представ- ленным гигантокристаллическим блоковым серым кварцем, крупными кристаллами горного хрусталя, мориона и кристалла- ми топаза, флюорита и другими сопутствующими минералами в полостях, заполненных слюдисто-глинистыми образованиями. Камерные пегматиты имеют зональное строение: кварцевое ядро окружают зоны микроклина и полевошпат-кварцевая, пе- реходящие в зону графического пегматита, которая, в свою оче- редь, может сменяться аплитовой оторочкой либо постепенно переходить в граниты (рис. 3.9). Такие пегматиты известны в Украине и Казахстане. Рис. 3.9. Морионосное пегматитовое тело в разрезе. По Е.Я. Киевленко\ 7 — гранит; 2—аплитовая оторочка; 3 — графический пегматит; 4 — пегматоидная зона; 5 — микроклин; 6— кварцевое ядро; 7— полость с кристаллами мориона 123
Редкометалльные пегматиты сформировались в про- цессе перекристаллизации и метасоматического замещения ис- ходных минеральных образований в условиях средних глубин. Они имеют внутреннее зональное строение (рис. 3.10). Пегмати- товые тела в горизонтальном сечении характеризуются концен- трически-зональным строением: внутри блоки кварца и микро- клина, затем зоны альбита, сподумена и мусковита с кварцем, сменяющиеся зоной графического кварц-микроклина. По пери- ферии внутренних блоков могут дискретно находиться минера- лы редких и радиоактивных металлов, а также касситерит и вольфрамит. Их скопления иногда достигают промышленных значений. Чаще такие пегматитовые образования играют роль россыпеобразующих комплексов этих металлов. Слюдоносные гранитные пегматиты также образова- лись в эндогенном режиме в результате длительной перекри- сталлизации и метасоматических замещений в исходных пегма- тоидных телах под влиянием газово-гидротермальных раство- ров, поступавших из глубинных разломов. Эти пегматиты слу- жат основным источником добычи мусковита. Самые значи- тельные месторождения мусковита находятся на платформах и щитах, залегая в гранитно-метаморфических формациях пород Favl ГгггП * и+"16 [v+J 7 Гу7] «EZEWffii9 Рис. 3.10. Геологические планы (а—г) и разрезы (д, е) крутопадающих тел мик- роклиновых пегматитов. По НА. Солодову. 7 — зона блокового кварца; 2—блоковая кварц-микроклиновая зона; 3— зона блокового микроклина /; 4 — пегматоидная кварц-макроклиновая; 5 — графическая кварц-микрокли- новая; 6— неравнозернистая кварц-альбит-микроклиновая; 7— гранит; 8 — габбро; 9— ме- таморфические сланцы 124
амфиболитовой фации метаморфизма. Уникальные слюдонос- ные гранитные пегматиты известны в Мамско-Чуйской провин- ции (Забайкалье). Постмагматические месторождения В результате постмагматических процессов образуются скар- новые, альбитит-грейзеновые и гидротермальные месторожде- ния. Они, как и магматические, пегматитовые и карбонатитовые месторождения, являются магматогенными образованиями, но в отличие от них связаны с магматическими комплексами пород не генетически, а парагенетически. Скарновые месторождения УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Скарновые месторождения характеризуются широким разви- тием контактового метасоматоза, в результате которого образу- ются типичные для них минеральные ассоциации кальциевого, железо-магниевого и алюмосиликатного состава, отвечающего понятию скарн. Поэтому такие месторождения также называют контактово-метасоматическими. Сами по себе скарны редко бы- вают рудопродуктивными. Образование скарновых минералов протекает при температу- ре от 800 до 300 °C в условиях гипабиссальной зоны на глубине 1—5 км. При температурах выше 500 °C могли возникнуть скар- нообразующие минералы и руды железа и частично вольфрама. Постмагматическое оруденение, связанное с горячими газо- во-водными растворами, развивалось несколько позднее по скарнам, либо полностью вписываясь в их контур, либо выходя за его пределы. Существуют две основные гипотезы образования скарновых месторождений: более ранняя П.П. Пилипенко и наиболее по- пулярная и обоснованная Д.С. Коржинского. Согласно первой гипотезе, главная масса минеральных ве- ществ привносилась скарнообразующими растворами, состав которых постепенно менялся, что обусловило зональность и ми- неральное разнообразие скарнов. Им выделено шесть фаз мета- соматоза. Первые четыре фазы связаны с привносом кремния, алюминия, хлора и железа и образованием так называемых су- 125
хих скарнов, состоящих соответственно привнесенным компо- нентам из диопсидовой породы, гранатов, скаполита и магнети- та, а также железистых алюмосиликатов. В пятую и шестую ру- допродуктивные фазы происходил привнос воды, углекислоты, хлора, серы и металлов. В основу современных представлений о происхождении скарновых месторождений положена гипотеза Д.С. Коржинско- го об инфильтрационно-диффузионном метасоматозе. Согласно его гипотезе, скарны возникают при биметасоматических и кон- тактово-инфильтрационных процессах (рис. 3.11). Эти процессы протекают чаще всего в приконтактовой области гранитоидных интрузивов повышенной основности или щелочности с карбо- натными породами. Биметасоматоз — это диффузионное взаимодействие контакти- рующих пород. Оно направлено ортогонально к плоскости контак- та. При этом происходит обмен малоподвижными компонентами: с одной стороны поступает СаО, а с другой — SiO2 и А12О3. В резуль- тате такого обмена образуются реакционно-скарновые зоны, со- стоящие из известково-силикатных минералов. Другие более под- вижные компоненты образуют ряд убывающей подвижно- сти — Н2О, СО2, К2О, Na2O, MgO, О2 и Fe. Чем ниже подвижность компонента, тем выше его концентрация в замещаемой породе. Преобладающая масса скарнов развивалась биметасоматиче- ски. Однако для рудообразования более благоприятны контак- тово-инфильтрационные скарны, связанные с интенсивным Рис. 3.11. Модель образования рудоносных скарнов (разрез). По Ф.И. Вольфсону, Е.М. Некрасову. 1 — граниты; 2 — известняки; 3— глинистые сланцы; 4— скарны; 5— направление движе- ния малоподвижных компонентов, 6— каналы проникновения рудоносных флюидов и рас- творов 126
воздействием постмагматических растворов в зонах повышен- ной трещиноватости. Образование скарнов может происходить непосредственно в периферической части интрузива или в карбонатных породах. В первом случае соответствующие им месторождения называются эндоскарновыми, во втором — экзоскарновыми. Иногда ассоциа- ции скарновых минералов образуют внутри интрузива автоскар- ны, не связанные с карбонатными породами. По составу замещенных пород скарны подразделяют на маг- незиальные, известковые и силикатные. Магнезиальные скарны возникают на глубинах 3—5 км при внедрении гранитоидов повышенной щелочности и связаны с замещением доломитов или доломитизированных известня- ков, а также образуются за счет основных магматических пород, богатых магнием. Они развиваются вдоль трещин и сложены минералами магнезиально-железистых алюмосиликатов и сили- катов. С этими скарнами ассоциируют месторождения магнети- тов, бора (людвигитовые), хризотил-асбеста, флогопита и ком- плексные золото-висмуто-медные руды. Известковые скарны имеют широкое распространение и высокую рудопродуктивность. Они образовались в результате замещения известняков на глубинах, не превышающих 3—3,5 км, что объясняется диссоциацией СаСОз в растворах при невысо- ких температуре и давлении. По этим скарнам последовательно развиваются магнетитовые, молибденовые, вольфрамовые, бо- роносные (датолитовые), сульфидные, медные и свинцово-цин- ковые руды, имеющие промышленное значение. Второстепен- ную роль играют месторождения золота, олова, кобальта, берил- лия, ниобия, редких земель и урана. Силикатные скарны — это автометасоматические обра- зования в изверженных породах, с характерной ассоциацией скарновых минералов. В их образовании большую роль сыграли процессы альбитизации и скаполитизации. Типичным приме- ром служат шеелитовые с халькопиритом и молибденитом руды отработанного месторождения Чорух-Дайрон в Таджикистане. МОРФОЛОГИЯ, ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ РУДНЫХ ТЕЛ Морфология скарновых образований характеризуется ис- ключительной сложностью. Прежде всего это относится к са- мим скарнам. 127
Магнезиальные скарны, развиваясь согласно системам тре- щин, получили полосчатое строение. В них сформировались ру- допродуктивные жильные тела с извилистыми очертаниями и широко развитыми апофизами. Типоморфными минералами этих скарнов являются диопсид, форстерит, шпинель, флогопит, серпентин и хризотил-асбест, людвигит, магнетит и доломит. Известковые скарны и связанные с ними оруденения име- ют более сложную морфологию тел и разнообразный мине- ральный состав. Чаще встречаются линзы, ветвящиеся жиль- ные тела, приуроченные к зонам повышенной трещиноватости. На пересечении и в местах сопряжения крутопадающих тре- щин образовались штокообразные и трубообразные залежи и даже иногда штокверки. По положению относительно интрузи- ва известковые скарны могут залегать в экзоконтактовой текто- нически напряженной надынтрузивной зоне или в зоне эндо- контакта интрузива, перекрывающего карбонатные породы. Наиболее благоприятными для локализации скарнового оруде- нения являются экзоконтактовые зоны пологих интрузивов, где могли сформироваться так называемые фронтальные зале- жи инфильтрационных скарнов с пластообразной, штокообраз- ной и линзообразной формой. Рудные тела и залежи характеризуются зональным строением. Изучая Турьинские медные месторождения на Урале, Д.С. Кор- жинский выделил внешнюю зону околоскарновых гранитоидов, затем эндоскарновую зону пироксена и граната, сменяющуюся гранатовым экзоскарном и далее переходящую в салитовый скарн и мраморизованный известняк. Такая зональность в об- щем виде или фрагментарно может быть на других рудных ме- сторождениях. Например, подмечено, что шеелитовое орудене- ние чаще всего бывает приурочено к гранат-пироксеновым скарнам, молибденовая минерализация тяготеет к зоне эндо- скарнов. Распределение полезных компонентов в рудных залежах не- равномерное, гнездовое, контакты нечеткие, контуры рудных тел устанавливаются по данным опробования. Среди главных скарнообразующих минералов выделяются группы пироксенов, гранатов и амфиболов, а также волластонит — CaSiO3, везувиан, эпидот и др. Из рудных — шеелит — CaWO4, магнетит и сульфи- ды цветных металлов. Морфология силикатных скарнов определяется планом раз- вития в пределах рудного поля и месторождения трещинной тектоники. На месторождении Чорух-Дайрон крупные разломы 128
в пермском гранодиоритовом интрузиве сформировали блоко- вую структуру и сыграли роль рудоподводящих каналов. Внут- ри блоков с этими разломами сопряжены довольно протяжен- ные рудораспределяющие разрывные нарушения типа зон дробления с трещинами оперения. Вдоль внутриблоковых раз- рывов сформировались зоны альбитизированных и скаполити- зированных пород. В эти зоны вписываются рудные тела, имеющие форму сложных жил, линз. Обогащенные участки приурочены к сопряжению трещин основного направления с оперяющими трещинами скола и отрыва. Иногда оруденение в форме апофиз продолжается вдоль оперяющих трещин. На ме- сторождении проявлена симметричная по отношению зон дробления горизонтальная метасоматическая зональность и вертикальная рудная зональность. По минеральному составу силикатные скарны сопоставимы с известковыми, отличаясь от них еще большим разнообразием силикатных минералов и широким развитием скаполита. Для всех типов руд скарновых месторождений характерными являются структуры замещения с реликтами первичной слабо измененной породы; из текстур преобладают массивная, пятни- стая и вкрапленная. Также встречаются текстуры, типичные для руд гидротермального процесса, за исключением крустификаци- онной. В скарнах известны промышленные концентрации почти всех металлов, кроме хрома. СКАРНОВО-МАГНЕТИТОВЫЕ, МЕДНЫЕ, ШЕЕЛИТ- МОЛИБДЕНИТОВЫЕ И СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ Главнейшими скарновыми рудопродуктивными комплекса- ми являются медно-магнетитовый, шеелит-молибденитовый и свинцово-цинковый. Магнетитовый комплекс представлен тремя главными типами месторождений: 1) уникальными по размерам скапо- лит-альбитовыми (Качарское, Соколовское и Сарбайское в Тур- гайском прогибе); 2) крупными известково-скарновыми (Маг- нитогорское, Высокогорское, Гороблагодатское на Урале); 3) крупными и средними магнезиально-известково-скарновыми месторождениями Алтае-Саянской области (Шерегешевское, Тейское) и Южной Якутии (Таежное, Пионерское). 9 м 129
Тургайские и алтае-саянские месторождения приурочены к сочленению герцинид с каледонидами; уральские — стыку за- падной и восточной палеозойских областей, южно-якутские до- кембрийские — южному обрамлению Центрально-Алданского антиклинория. Медный комплекс представлен средними и мелкими ме- сторождениями Урала (Турьинская группа) и Казахстана (Саяк- ская группа), Клифтон (США), Долорес (Мексика), в значи- тельной степени отработанными. Эти месторождения локализо- ваны в экзоконтактах гранитоидных интрузивов. Сульфидное медное оруденение развито по известковым гранат-пироксено- вым скарнам на небольшом удалении от интрузивов. Рудные тела имеют сложную форму. Например, на месторождении Са- як-1 выделяют линзовидные залежи мощностью около 10 м, за- легающие согласно в скарнированных известняках, и крутопа- дающие зоны прожилково-вкрапленных руд в гранитоидах (рис. 3.12). Состав руд комплексный. Руды в основном халькопи- з в S36 EZk EEk ЕЗ9 Рис. 3.12 Схематический разрез Саяк-I месторождения. По Г Бурдукову и Ю. Тарновскому. /—известняки, мраморы; 2—песчаники; 3 — туфы; 4 — диориты; 5 — гранодиориты и кварцевые диориты; 6 — дайки диоритовых порфиритов; 7—скарны; 8— J0— руды (8 — сплошные собственно медные и медные магнетитсодержащие, 9—сплошные мед- но-магнетитовые; 10 — прожилково-вкрапленные) 130
рит-магнетитовые или борнит-магнетитовые. Сопутствующими компонентами служат Со, Mo, Au, В, Se, Те. Шеелит-молибденитовый комплекс встречается в полном виде довольно редко, его отдельные месторождения яв- ляются уникальными по размерам (Тырныауз на Северном Кав- казе). Наиболее распространены молибденовые (Каратас-I, Юж- но-Янгиканское) и шеелитовые месторождения (Восток-П в Приморье, Чорух-Дайрон в Таджикистане, Санг-Донг в Южной Корее, Кинг-Айленд в Австралии). Месторождения этого комплекса ассоциируют с гранитами, плагиогранитами и кварцевыми диоритами, интрудирующими породы карбонатного состава, залегающие внутри антиклиналь- ных поднятий. Крупные трубообразные и другие сложные по форме рудные тела развиты в приконтактовых зонах известко- вых скарнов и роговиков. Свинцово-цинковый комплекс также имеет важное промышленное значение. По геолого-структурным условиям формирования месторождений он имеет большое сходство с Рис. 3.13. Схематический разрез Николаевского месторождения. По А. Седых и А. Натарову: 1 — туфы и туфобрекчии липаритов; 2 — известняки; 3 — полимиктовые брекчии; ^/—кремнистые и кремнисто-глинистые сланцы; 5—брекчии, прослои алевролитов; 6—диориты, габбро-диориты; 7—дайки диабазовых порфиритов; <У—скарново-полиме- таллические рудные тела; 9 — кварц-сульфидные жильные тела в эффузивах; 10 — тектони- ческие нарушения 131
предыдущим комплексом, существенно отличаясь более интен- сивным проявлением метасоматоза по карбонатным породам и сложными морфологией и минеральным составом руд. К числу скарновых месторождений сфалерит-галенитовых руд относятся Николаевское (Приморье), Алтын-Топкан, Кансай (Средняя Азия), Лоуренс (США). Руды таких месторождений комплекс- ные. Помимо свинца и цинка содержат сопутствующие компо- ненты — медь, серебро, индий, галлий и кадмий в количестве, достаточном для их извлечения. Николаевское месторождение находится в одной из вулка- но-тектонических депрессий Дальнегорского рудного района. Пологие пластообразные залежи свинцово-цинковых с серебром руд приурочены к контакту известняков с позднемеловыми вул- канитами (рис. 3.13). Содержание в руде свинца и цинка 1,5—10 % каждого, серебра — 60 г/т. Альбитит-грейзеновые месторождения УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Альбититовые и грейзеновые месторождения формировались последовательно в сходных геолого-структурных условиях, про- странственно и возможно генетически связаны с общими для них интрузивами нормальных или щелочных гранитов, реже не- фелиновых сиенитов. В первых из них преобладают альбититы и альбитизированные изверженные породы, во вторых — грейзе- ны и грейзенизированные породы различного состава. Альбититы — это мелкозернистые породы существенно аль- битового состава с порфировыми выделениями кварца, микро- клина и пластинками слюды, образованные в процессе постмаг- матического натрового метасоматоза (альбитизации) извержен- ных пород. В них отмечается повышенное содержание ниобия, тантала, циркония, гафния, лития, рубидия, бериллия, редких земель, урана и тория. С увеличением степени альбитизации концентрации их возрастают и в альбититах на отдельных участ- ках, связанных с зонами повышенной трещиноватости, могут достичь промышленных значений и образовать рудные тела с редкометалльной и редкоземельной минерализацией. Грейзены — это рудопродуктивные на олово, вольфрам, мо- либден, висмут, бериллий и литий калиево-метасоматические 132
образования, характеризующиеся преобладанием в своем соста- ве кварца и мусковита. Они сформировались при взаимодействии пневматолито-гид- ротермальных растворов с вмещающими породами. Грейзены, пространственно сопряженные с альбититами, образующимися раньше — при температуре 550—400 °C, располагаются над ними. По Г. Щербе, температурные интервалы грейзенизации составля- ют для силикатных пород 450—300 °C, а карбонатных по- род — 400—250 °C. Глубина образования грейзенов от 5 до 1 км. По данным А.А. Беуса и В.И. Смирнова, выступы извержен- ных пород, подвергшиеся процессам щелочного метасоматоза, характеризуются зональностью его проявления (рис. 3.14). В ядерных частях выступов гранитов интенсивно проявлена мик- роклинизация, свидетельствующая о изначальное™ калиевого Относительное изменение концентрации Рис. 3.14. Зональные проявления щелочного метасоматоза при возникновении альбититов и грейзенов по гранитам. По А.А. Беусу и В.И. Смирнову. / — альбититы; 2— микроклинизированный гранит; 3— породы кровли; 4— грейзены 133
метасоматоза. В периферических зонах выступов возникли аль- бититы, продукты натрового метасоматоза, сменяющиеся в апи- кальной при контактовой части выступа и в зоне экзоконтакта грейзенами, снова образованиями калиевого метасоматоза. Это связано с возрастанием кислотности растворов при переходе их из надкритического состояния в гидротермальное в связи с па- дением температуры. Альбититовые и грейзеновые месторождения, встречаясь раздельно и вместе, соответственно связаны либо с различными комплексами изверженных пород, либо с общими для них ин- трузивами. Автономные альбититовые месторождения тяготеют к альбитит-нефелин-сиенитовому комплексу, а грейзеновые — к щелочно-земельным гранитам. При совместном нахождении они приурочены в большинстве случаев к субщелочным и ще- лочным гранитам, связанным с нормальными гранитами пере- ходными разностями. Это дает основание выделить два ком- плекса изверженных пород, продуктивных на альбитит-грейзе- новое оруденение: альбитит-нефелин-сиенитовый и гранит-ще- л оч но-гран итовы й. Альбитит-нефелин-сиенитовый комплекс объеди- няет многофазные интрузивы центрального типа щелочных и нефелиновых сиенитов, граносиенитов и кварцевых сиенитов, подвергшихся высокотемпературному щелочному метасоматозу, выразившемуся в интенсивном проявлении альбитизации этих комплексов. Во вмещающих интрузивы породах кислого состава в резуль- тате выноса кремнеза и привноса калия и натрия в приконтакто- вой части могли образоваться ореолы фенитизации. С этими ин- трузивными комплексами ассоциируют месторождения редкоме- талльных полевошпатовых метасоматитов, ниобий-циркониевых и урановых альбититов, рассматриваемых в качестве полевош- пат-редкометалльно-метасоматитового рудного комплекса. Редкометалльное оруденение обычно связано с поздними интрузивными фазами таких комплексов. Интрузивные массивы характеризуются небольшими размерами, не превышающими первые десятки квадратных километров. Они известны в Вос- точной Сибири, Казахстане, на Урале, а также в Нигерии. Гранит-щелочно-гранитовый комплекс слагает выступы батолитоподобных гранитных интрузивов либо фор- мирует малые интрузивы и жильные фации периода текто- но-магматической активизации платформ и областей завер- шенной складчатости. Он представлен гипабиссальными ще- 134
лочно-земельными биотитовыми и двуслюдяными гранитами и щелочными гранитами аляскитового типа, реже основными разностями гранитоидов — гранодиоритами, адамеллитами, кварцевыми диоритами. С этими комплексами пород ассоции- руют грейзеновый комплекс оловянных, вольфрамовых, мо- либденовых, висмутовых и редкоземельных руд и альбититовое редкометалльное оруденение. Альбитит-грейзеновые месторождения, связанные как с тем, так и другим магматическими комплексами, приурочены к сис- темам трещин, развитым в апикально-периферических зонах интрузивов. Поэтому для месторождений этих классов характер- но штокверковое оруденение. Рудные тела имеют пластообразную и сложную жильную формы. Для руд типичны текстуры метакристаллического, на- правленного и унаследованного замещения: вкрапленная, пят- нистая, реликтовая, каемочная, решетчатая и др. Гидротермальные месторождения ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ХАРАКТЕРУ МАГМАТИЗМА, ГЛУБИНЕ И ТЕМПЕРАТУРЕ ОБРАЗОВАНИЯ Среди эндогенных рудопродуктивных образований гидротер- мальные месторождения характеризуются большим разнообра- зием видов полезных ископаемых, частой встречаемостью и со- вокупной промышленной значимостью. Эти месторождения яв- ляются источником добычи подавляющего большинства метал- лических полезных ископаемых, в особенности легирующих, цветных, благородных и халькофильных редких металлов, а так- же многих видов неметаллического сырья: флюорита, магнезита, барита, асбеста, пьезокварца, исландского шпата и др. Гидротермальные месторождения образовались при цирку- ляции горячих минерализованных растворов в широком темпе- ратурном интервале (от 500 до 50 °C) и значительном вертикаль- ном диапазоне, начиная с глубины свыше 5 км и кончая припо- верхностными условиями. Это обусловило их сопряженность, с одной стороны, с глубинными пневматолитическими процесса- ми и производными от них грейзеновыми месторождениями, а с другой — с близповерхностными эндо- и экзогенными процес- сами и связанными с ними вулканогенно-осадочными страти- формными месторождениями. 135
Гидротермальные месторождения, сопряженные с грейзена- ми, формировались в интервале глубин 2—5 км при температуре 300—500 °C в связи с абиссальными гранитными интрузивами. Такие месторождения относятся к плутоногенному гидротер- мальному подклассу. Гидротермальные месторождения, образовавшиеся в гипа- биссальной и приповерхностной зонах в широком диапазоне температур (350—50 °C) и связанные с вулканизмом, принадле- жат к субвулканическим (порфировым) или вулканогенным гид- ротермальным образованиям. Принадлежность к определенному подклассу определяется главным образом по фациям магматиз- ма. Переходными между плутоногенными и вулканогенными гидротермальными месторождениями являются субвулканиче- ские месторождения, приуроченные к гипабиссальным извер- женным порфировым породам. Гидротермальные месторождения подразделяются: 1) по температуре отложения руд из гидротермальных раство- ров — на высокотемпературные (500—300 °C), среднетемпера- турные (300—200 °C) и низкотемпературные (200—50 °C); 2) по глубине формирования — глубинные (более 1 км) и малых глу- бин (менее 1 км); 3) по совокупности этих факторов — гипо- термальные (больших глубин и высокой температуры), мезо- термальные ("средних глубин и температуры), эпитермальные (малых глубин и низкой температуры) и телетермальные (без видимой связи с магматизмом). Кроме того, выделяют группу месторождений ксенотермальных, с одновозрастными ассоциа- циями высоко- и низкотемпературных минералов, и телеско- пированных — с наложенной рудной минерализацией другой температуры образования. Определение температуры отложения минералов произво- дится косвенными методами путем наблюдения за целым рядом геологических признаков: присутствие в руде самородных ме- таллов, температура плавления которых фиксирует верхний пре- дел температуры их образования; изменение минеральных форм кристаллов, происходящее при определенных температурах; рас- пад твердых растворов; перекристаллизация минералов; темпе- ратура эвтектики и т. д. В последние десятилетия проводятся лабораторные опреде- ления температуры гидротермального минералообразования по газово-жидким включениям, которые имеются практически в каждом кристалле как природном, так и искусственном. Эти включения представляют собой по форме вакуоли, заполненные 136
жидкостью и газом — продуктами исходных растворов. Если кристалл, содержащий газово-жидкие включения, подвергнуть постепенному нагреванию, то при определенной температуре произойдет их кажущееся исчезновение. Это связано с процес- сом перехода гетерогенной системы (жидкость + газ) в гомоген- ную фазу. Момент перехода фиксируется как температура обра- зования данного кристалла с внесением поправок на предпола- гаемое давление в природных условиях. Так определяют темпе- ратуру образования минералов методом гомогенизации. Если продолжить нагревание кристалла, в котором уже со- вершился переход двухфазового включения в гомогенную фазу, то произойдет разрушение стенок пузырьковых камер из-за воз- росшего в них давления. Здесь можно фиксировать звуковой эффект (метод декрепитации) или изменение давления, связан- ное с раскрытием вакуолей (термобарография). ПРОЦЕССЫ МЕТАСОМАТОЗА Гидротермальные растворы, взаимодействуя с вмещающими околорудными породами, вызывают в них изменения, связан- ные с метасоматическими замещениями, протекающими с привносом и выносом минеральных веществ. Иногда влияние растворов ограничивается выщелачиванием, т. е. только выно- сом, или приводит к перекристаллизации боковых пород. Метасоматическое воздействие надкритических газово-жид- ких растворов на горные породы вызывает скарнообразование, альбитизацию и грейзенизацию в масштабе рудных полей и ме- сторождений. Локально эти процессы могут быть проявлены в окружающих породах плутоногенных месторождений, образова- ние которых связано с высокотемпературными растворами. При средних температурах растворы щелочные и их воздействие на различные по составу вмещающие породы приводят к серици- тизации и березитизации. Серицитизация — образование тонкочешуйчатой светлой слюды — серицита за счет разложения полевых шпатов в поро- дах кислого и среднего состава. Она может проявляться также в регионально-метаморфизованных породах. Гидротермальная се- рицитизация сопровождается окварцеванием и пиритизацией. В ассоциации с нею известны оловорудные, вольфрамо-молибде- новые, золото-серебряные, медно-колчеданные и свинцо- во-цинковые месторождения. 137
Березитизация, являясь сходным по химизму с серицити- зацией процессом, приводит к преобразованию алюмосиликат- ных изверженных пород типа гранит-порфиров в березиты, со- стоящих из кварца, серицита и пирита. Новообразования кварца и крупнокристаллического серицита, близкого к мускови- ту, — результат разложения полевых шпатов под действием гид- ротермальных растворов. Развитие пиритизации связано с прив- носом серы и заимствованием железа из биотита и других желе- зистых силикатов. С березитами ассоциируют золоторудные ме- сторождения (Березовское, Урал), а также некоторые месторож- дения вольфрама, меди, свинца и цинка. В приповерхностной зоне земной коры гидротермальные рас- творы вновь становятся кислыми и вызывают хлоритизацию, ок- варцевание, пропилитизацию, серпентинизацию, лиственитиза- цию, доломитизацию, аргиллизацию и другие средне-, низкотем- пературные изменения окружающих пород. Они имеют локальный характер и отличаются от аналогичных изменений при региональ- ном метаморфизме приуроченностью к тектоническим трещинам и при контактовым рудным зонам, избирательностью пород по со- ставу и наличием гидротермальных минеральных ассоциаций. Хлоритизация — образование минералов группы хлорита путем замещения амфиболов, пироксенов, биотита в породах различного состава. Она проявляется обычно совместно с сери- цитизацией, окварцеванием и пропилитизацией во вмещающих породах золоторудных, сульфидно-касситеритовых и медно-по- лиметаллических месторождений. О кварце ван и е — процесс преобразования различных по составу пород в существенно кварцитовые. Он может протекать как в эндогенных, так и экзогенных условиях метасоматически или путем выполнения трещин и пустот кварцем. Эндогенное окварцевание происходит в породах, вмещающих скарновое, грейзеновое и гидротермальное оруденение. В результате гидро- термального окварцевания магматических пород кислого и сред- него состава образуются вторичные кварциты, состоящие в ос- новном из кварца, а также серицита, андалузита, диаспора, алу- нита, каолинита и пирита. В ассоциации со вторичными квар- цитами известны месторождения медно-молибден-порфировых руд, серы, алунита, андалузита и корунда. Пропилитизация может быть гидротермальной и связан- ной с процессами зеленокаменного регионального метаморфиз- ма. Гидротермальная пропилитизация происходит при взаимо- действии растворов, обогащенных серой и углекислотой, с вул- 138
каногенными породами среднего и основного составов и харак- теризуется наличием адуляра и пирита. Она развивается в вулка- нических поясах вдоль разломов. С нею связано оруденение так называемого пропилитового профиля: Си, Pb, Au, Ag, Hg, и As. Серпентинизация развивается по магнезиально-желези- стым силикатным минералам в ультраосновных породах, обра- зуя серпентиниты (змеевики). С ними связаны месторождения хризотил-асбеста. Лиственитизация характерна для серпентинитов и других основных и ультраосновных пород, подверженных воз- действию углекислых сероводородных растворов, в результате чего образуются листвениты. Они состоят из магнезиально-же- лезистых карбонатов, талька, кварца, серицита, фуксита (хромо- вая слюдка), хлоритов и пирита. Листвениты формируют зоны, вытянутые вдоль глубинных разломов. К этим зонам простран- ственно приурочены золоторудные, ртутные и вольфрамо- во-мышьяково-ртутные месторождения. Доломитизация как гидротермально-метасоматический про- цесс развивается обычно по известнякам, вмещающим месторожде- ния свинцово-цинковых, сидеритовых, ртутных и магнезитовых руд. Аргиллизация связана с воздействием низкотемператур- ных гидротермальных слабокислых растворов на алюмосиликат- ные породы и выражается их осветлением, вызванным возник- новением каолинита и ему подобных минералов. Она сопровож- дает образование медно-порфировых, свинцово-цинковых и сурьмяно-ртутных месторождений. ЗОНАЛЬНОСТЬ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ОРУДЕНЕНИЯ Зональность гидротермальных месторождений рассмотрена в работах Ф.И. Вольфсона, А.В. Королева, В.И. Смирнова и др. В.И. Смирнов выделяет различные природные уровни зо- нальности (рудных поясов, узлов и т. п.), структуру, направле- ние и контрастность зональности, генетические типы зонально- сти рудных тел (стадийная, фациальная, зональность повторных тектонических разрывов, тектонического раскрывания, внутри- рудного метасоматоза, фильтрационную и отложения), а также рассматривает зональность гидротермально измененных пород и вертикальный градиент зональности, имеющий важное практи- ческое значение при прогнозировании оруденения на глубину. Наглядная модель зональности различных типов полиме- талльных руд плутогенных, субвулканических (порфировых) и 139
вулканогенных месторождений и связи их с интрузивными и экструзивными комплексами и вулканогенными формациями пород приведена на рис. 3.15. Здесь отчетливо выражены магма- тическая, метасоматическая и рудная зональности. / I Г г Г I I VvV I 5 I оо%| 4 |+ +| 5 [VTI 6 |Ж| Рис. 3.15. Модель зональности полиметалльно-порфировой рудно-магматиче- ской системы. По ИГ. Павловой’. 1 — липариты; 2 — базальты; 3 — андезиты; 4 — брекчии; 5 — гранодиорит-порфириты; 6— гранодиориты, 7— кристаллические сланцы; 8— гнейсы {а), диабазы (б); 9— внешние границы метасоматических зон (а — кварц-серицитовой, б — калишпатовой, в — пропили- товой); 10— дайки 140
При внедрении массивов магматических пород в близпо- верхностную зону высокотемпературные растворы попадают в условия низкого давления, что приводит к быстрому их охлаж- дению и одновременному отложению как высокотемпературных минералов, так и низкотемпературных, с образованием ксено- термального или телескопированного оруденения. На поверхности Земли образуются эксгаляционные месторо- ждения, связанные с выходом в атмосферу гидротермальных растворов и вулканических газов. Промышленное значение этих месторождений невелико. В вулканических областях известны небольшие эксгаляцион- ные месторождения серы, бора и некоторых других полезных ископаемых. МОРФОЛОГИЯ РУДНЫХ ТЕЛ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУД Особенностью рудных тел гидротермальных месторождений является их жильная в различных вариациях форма и производ- ная от нее штокверковая. В общем виде типы структур и морфология рудных залежей гидротермальных месторождений приведены в табл. 2.4. Плуто- ногенным и субвулканическим месторождениям, связанным с гранитоидными и гранитоидно-порфировыми комплексами, свойственны секущие и согласные жилы, зоны прожилкования и бречкирования, а также штокверки. Эти тела развивались по системам трещин и складок в парагенетической связи с абис- сальными и гипабиссальными интрузивами и дайками. Жиль- ные тела характеризуются разнообразием форм, размеров, про- странственного расположения, типов выклинивания и контак- тов с вмещающими породами и видов их гидротермальных из- менений. Это обусловлено особенностями проявления до руд- ной и внутрирудной трещинной тектоники и составом вмещаю- щих пород. Кроме того, важное влияние на морфологию тел оказывают пострудные тектонические дислокации. В вулканогенных гидротермальных месторождениях, залегаю- щих в толщах пород спилит-кератофировой формации, преобла- дают согласные пластовые залежи, реже секущие зоны. В вулка- нических сооружениях , сложенных породами андезит-дацит-ли- паритовой формации, кроме того, развиты рудные линзы, штоки, жилы, штокверковые зоны и рудные столбы. Рудные жилы могут быть самой различной протяженности, от первых метров до 2 км, 141
и мощностью от десятых долей метра до первых десятков метров. Процесс наращивания жил по всем трем направлениям происхо- дил длительно и прерывисто в результате периодических приот- крываний трещин и поступлений с гидротермальными раствора- ми других по составу минеральных веществ. Этим обусловлено возникновение минеральной зональности жил. Рудные жилы могли развиваться по одной или более систе- мам трещин. При этом одна система рудоносных трещин явля- ется основной, а другие системы могут формировать оперяющие трещины. В местах их сопряжения или пересечения нередко об- разуются обогащенные участки — рудные столбы. Жильные тела, в особенности рудные столбы, часто имеют склонение, ко- торое отчетливо отражают проекции рудных жил на вертикаль- ную плоскость (рис. 3.16). Системы маломощных жил и прожилков, сближенных между собой, формируют штокверковое оруденение, характерное для месторождений меди (Кальмакыр в Узбекистане), молибдена (Клаймакс в США, Каджаран в Армении), вольфрама, олова, золота и урана (Мерисвейл в США). Вещественный состав гидротермальных месторождений раз- нообразен. В них можно практически встретить почти все гипо- Рис. 3.16. Рудные столбы в жильной зоне Чемпуринского ртутного месторожде- ния (Центральная Камчатка). Слева — объемная диаграмма; справа — проекция рудного тела на вертикальную плоскость: 1 — пропилитизированные андезиты; 2 — серицитизированные кварцевые диоритовые пор- фириты; 3 — пропилитизированные кварцевые диоритовые порфириты; 4—6 — руды (4 — богатые, 5 — средние, 6 — бедные) 142
генные минералы, а также изоморфно входящие в них рассеян- ные (халькофильные) элементы, не образующие собственных минералов. Для плутоногенных гидротермальных месторождений типич- ными являются высоко- и среднетемпературные минеральные ассоциации. В кварцево-полиметалльный рудный комплекс объ- единены минеральные типы, в которых основным жильным ми- нералом является кварц, а рудными могут быть молибденит, вольфрамит или шеелит, касситерит, золото, висмут, халькопи- рит, энаргит, уранинит, гематит. Сульфидный рудный комплекс включает галенит-сфалеритовую, касситерит-галенит-сфалери- товую золото-антимонитовую, сульфидно-настурановую, арсе- ниды кобальта и никеля и другие ассоциации. Сквозной мине- рал в этих ассоциациях — халькопирит. В субвулканических месторождениях выделяют антимо- нит-киноварный минеральный тип, золото-серебряный, касси- терит-силикатно-сульфидный, медно-порфировый и другие руд- ные комплексы. Для них характерны минералы неметалличе- ских полезных ископаемых — реальгар, аурипигмент, флюорит, алунит, сера, исландский шпат. Разнообразны по вещественному составу руды вулканоген- ных гидротермальных месторождений с типичной средне- и низкотемпературной ассоциацией минералов. С иеолит-ртут- но-медной формацией связаны месторождения самородной меди, ртути и цеолитов. 3.2. БЛОК ДЛЯ УГЛУБЛЕННОГО ИЗУЧЕНИЯ Постмагматические рудообразующие процессы ПРИРОДА РАСТВОРОВ Главное в познании природы газово-гидротермальных рас- творов — это проблема их источников, и прежде всего источни- ков воды как растворителя. Высокая подвижность и зачастую полихронность формирова- ния таких растворов обусловливает их гетерогенную природу. Многие исследователи считают, что изначальным источником воды гидротермальных систем является магма, в основном коро- вого и частично мантийного происхождения. Подкорковые воды, поступающие в виде потоков глубинных флюидов из мантии при 143
первичной ее дегазации, называют ювенильными. В отличие от ко- ровых магматических вод, очевидно, они не вовлекались в круго- ворот вещества, протекавшего в верхних оболочках Земли на протяжении ее геологической эволюции. Ювенильные воды и ле- тучие компоненты, прошедшие через коровый магматический процесс, называются возрожденными (К.А. Скрипко и др.). В современных спрединговых (рифтовых) зонах морей и океанов в рециклинговый гидротермальный процесс могут во- влекаться огромные массы морской воды. Этот процесс наибо- лее активно проявляется в осевой части срединно-океанических хребтов, зонах перехода континентальных структур к океаниче- ским, где широко развит островодужный магматизм, а также в задуговых и междуговых бассейнах. В результате излияния ре- циклинговых вод и осаждения из них минеральных веществ об- разуются сооружения в форме: холмов, колонн, труб высотой 10—50 м, диаметром от п • 10 см до п • 10 м и даже сотен метров. Изливающиеся из них растворы черного цвета с жерловой тем- пературой 250—380 °C получили название черных курильщиков. С изометричными сооружениями связаны белые курильщики с температурой в устье 10—300 °C. Другим важным источником воды служат горные породы, подвергшиеся прогрессивному метаморфизму. Под действием внутреннего тепла Земли происходит их дегидратация, что озна- чает обезвоживание минералов в результате утраты ими молекул гидроксильных групп (ОН) и кристаллизационной воды. Высо- кое давление способствует отжатию свободной воды. Такие воды называются метаморфическими. В близповерхностных частях земной коры происходит пита- ние гидротермальных растворов атмосферными (метеорными) водами. Эти воды в условиях глубокой подземной циркуляции называют вадозными. Их нагрев может осуществляться как за счет геотермического тепла, так и за счет магматической энер- гии. Широкое распространение они имеют в районах проявле- ния вулканизма. Источники минеральных веществ гидротермальных раство- ров могут быть магматического и не магматического происхож- дения. Первые из них подразделяются на мантийные (ювениль- ные) и коровые (ассимиляционные). С мантийными источника- ми связано поступление в растворы главным образом сидеро- фильных и халькофильных металлов фемического и сиальфеми- ческого профиля, а с коровыми — литофильных редких, редко- земельных и некоторых других элементов. 144
За пределами магматических камер в процессе циркуляции растворов происходит выщелачивание из окружающих пород рудообразующих компонентов в основном с литофильными свойствами. Такие внемагматические источники называют фильтрационными. Иногда роль фильтрационных источников в образовании постмагматических месторождений становится оп- ределяющей. СОСТАВ РАСТВОРОВ, ПРИЧИНЫ И ПУТИ ИХ ДВИЖЕНИЯ, ФОРМЫ ПЕРЕНОСА И МЕХАНИЗМ ОСАЖДЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ Состав гидротермальных растворов прежде всего зависит от их природы, а в каждом конкретном случае определяется также совокупностью физико-химических и геолого-структурных ус- ловий их формирования. Универсальными по рудонасыщенности являются ювениль- ные растворы, возникающие из флюидов мантийного происхо- ждения. Флюид представляет собой газово-водный металлонос- ный раствор в надкритическом состоянии. В составе ювенильных растворов преобладают хлориды, кремнезем, фтористые соединения, силикаты щелочных и ще- лочно-земельных металлов. В растворенном состоянии присутст- вуют газы СО2, H2S, Cl2, F2, анионы хлора, фтора, S0’24, СО’2з, НСО", катионы Na+, К+, Са+2, Мо+2’, а также в незначительных количествах другие металлы. В концентрированных ювенильных рассолах могут быть очень высокие содержания различных ме- таллов. В рециклинговых водах отмечается повышенное относитель- но глубоководных морских вод содержание Fe, Мп, Zn, Си, А1, Ag, Pb, Со, As, Se, обогащение H2S, СН4, Н2, СО2 и обеднение О2, SO4, Mg, NO3, Cl (А.П. Лисицын, 1993). Метаморфические воды выщелачивают рудообразующие ве- щества из боковых пород, в особенности петрогенные элемен- ты, входящие в состав жильных минералов. Иногда развиваются процессы гидротермального метасоматоза. При этом растворы могут обогащаться некоторыми металлами в форме комплекс- ных соединений. Метеорные воды содержат иногда повышенные концентра- ции железа, меди, свинца, цинка и ряд других компонентов. В обогащенные этими компонентами метеорные воды в вулкани- ческих областях отмечается поступление глубинного пара и пре- вращение их в гидротермальные системы. 10 ми.iio 1 ин 145
Причины движения растворов могут быть различными. Для ювенильных восходящих растворов — это давление газов. Юве- нильные и метаморфические растворы поднимаются также за счет давления, создаваемого вышележащими породами. Метеор- ные воды возвращаются вверх в результате гидростатического напора вод артезианского типа. Не исключается всасывающее действие открывающихся на глубине трещин. Циркуляция гидротермальных растворов происходит по тре- щинам горных пород. Важное значение при этом имеют крупные разломы. Они могут выполнять роль каналов, проводящих рудные растворы, и непосредственно вмещать рудную минерализацию. Движение гидротермальных растворов может также происходить через поры пород, вызывая явление диффузионного метасоматоза. Перенос минеральных веществ происходит главным образом в легкорастворимых соединениях комплексных ионно-молеку- лярных растворов, поскольку растворимость комплексных со- единений металлов на несколько порядков выше, чем раствори- мость их в простой ионной форме. Важное значение в рудообразовании имеют сульфидные, сили- катные, карбонатные, хлоридные и фтористые комплексы, особен- но когда они находятся в концентрированных растворах. Другие возможные формы переноса (газовый, в коллоидных растворах) менее эффективны. Первый из них мог происходить в виде газов хлоридов металлов или чистых металлов в летучем состоянии. В коллоидных растворах возможен перенос минеральных веществ при низких температурах. В истинных растворах в значительных количествах могут переноситься лишь сурьма, ртуть и мышьяк. При циркуляции гидротерм происходит реакция обмена ме- жду растворителем и растворенными веществами, с одной сто- роны, и встречными растворами и вмещающими породами — с другой. Изменения температуры и давления, скорости движе- ния, концентрации и других характеристик могут вызвать осаж- дение вещества из раствора. На изменение физико-химических условий чутко реагируют легкорастворимые комплексные соединения, сразу выпадающие в труднорастворимый осадок, выполняющий открытые трещины и полости. Этот процесс происходит пульсационно путем отло- жения по стенкам минеральных ассоциаций, о чем свидетельст- вуют широко развитые в рудах зонально-симметричные крусти- фикационные и другие полосчатые текстуры. При этом проис- ходит метасоматоз вмещающих боковых пород и ранее осажден- ных минеральных веществ. 146
РОЛЬ ПНЕВМАТОЛИТОВЫХ И МЕТАСОМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РУДООБРАЗОВАНИИ Пневматолитические процессы связывают с отложением ми- нерального вещества из газовых надкритических ювенильных кислотных растворов и воздействием на горные породы летучих компонентов. Эти растворы характеризуются сложным соста- вом. Кроме воды в надкритическом состоянии в них предпола- гают наличие газовых включений СО2, О2, HN3, Н3ВО3 и F2, а также газовых кислотных растворов НС1, HF, НВ. В этих рас- творах могли сформироваться легкорастворимые комплексные галоидные соединения редких металлов, олова, вольфрама и других, обладающих высокой летучестью. Газово-водные растворы воздействуют на боковые горные породы и вызывают в них химические реакции обмена и заме- щения одних компонентов другими, т. е. происходит явление метасоматоза. Эти растворы могут оказывать метасоматическое воздействие только при определенных концентрациях в них ве- ществ. В других случаях происходит простое выщелачивание. Метасоматические процессы оказывают большое влияние на постмагматическое рудообразование. Определяющими фактора- ми метасоматоза служат состав и физико-механические свойства вмещающих пород, природа и состав воздействующих на них га- зово-водных растворов, а также температура и давление. Различают два типа метасоматоза: инфильтрационный, когда постмагматические растворы, поднимаясь по системе трещин и пород, доставляют замещающие компоненты; диффузионный, при котором перенос минеральных веществ осуществляется пу- тем диффузии компонентов в поровом растворе. В случае проявления кальциево-магниевого и взаимосвязан- ного алюмосиликатного метасоматоза формируются скарновые месторождения; натровый метасоматоз может привести к обра- зованию альбититовых месторождений, а калиевый метасома- тоз — к возникновению грейзеновых месторождений. Метасома- тические процессы широко проявлены также при образовании гидротермальных месторождений. Альбититовые месторождения В классе альбититовых месторождений рассматриваются ме- сторождения собственно альбититовых и полевошпатовых мета- соматитов, образующих вместе полевошпат-редкометалльно-ме- тасоматический рудный комплекс. 10* 147
Собственно альбититовые месторождения связаны с интру- зивами нефелиновых или щелочных сиенитов и щелочных гра- нитов, расположенных на активизированных щитах и в складча- тых областях. Они представлены цирконий-ниобиевыми, нио- бий-редкоземельными или ураноносными рудами. Месторожде- ния залегают в структурах центрального типа, линейных зонах разлома, межформационных и межпластовых зонах нарушений. Форма рудных тел пласто-, линзо- и гнездообразная; текстура руд вкрапленная и прожилково-вкрапленная. Большой интерес представляет цирконий-ниобиевое оруде- нение, локализующееся в массивах альбитизированных нефели- новых сиенитов миаскитового ряда. Примером может служить Вишневогорское месторождение (Южный Урал), расположен- ное в северной части одноименного массива миаскитов. Нио- биевое оруденение в виде рассеянной вкрапленности пирохлора заключено в альбититовых и кальцит-альбитовых зонах, а также в фенитизированных гранитах, пегматитах. Известно месторождение бериллиеносных фенитов Сил-Лейк в Канаде, приуроченное к пластовым телам щелочных сиенитов. Оруденение локализовано в фенитизированных породах экзо- контакта. Поэтому месторождение относят к полевошпатовым метасоматитам. Наиболее распространены месторождения редкометалльных полевошпатовых метасоматитов, залегающие в зонах региональ- ных разломов, которые связаны с протерозойской или герцин- ской активизацией фундамента платформ и областей завершен- ной складчатости (Восточная Сибирь, Плато Джос в Нигерии). Реже такие месторождения встречаются в мезозойских складча- тых структурах (Забайкалье, Северная Африка). Они представле- ны танталоносными (с оловом и вольфрамом), литиево-слюди- стыми и ниобий-танталоносными (с редкими землями) кварц- микроклин-альбитовыми метасоматитами. Благоприятными для оруденения являются пологие эндоконтактовые части альбити- зированных гранитных массивов, а также апикальные участки повышенной трещиноватости, подвергшиеся альбитизации и калишпатизации. Рудные тела имеют штокообразную и пластообразную фор- му, тонковкрапленную минерализацию колумбита, TR-Ta, пи- рохлора (микролита); промышленных концентраций также дос- тигают касситерит, вольфрамит, торит, циркон (малакон), мона- цит, ксенотим —YPO4, фенакит — Ве2 SiO4 и др. 148
Грейзеновые месторождения Грейзены — преимущественно эндоконтактовые образования, сформировавшиеся в апикальных выступах гипабиссальных ин- трузивов гранитов с повышенным содержанием калия. Экзокон- тактовые грейзены образовались в алюмосиликатных и реже ос- новных и карбонатных породах их кровли. Рудопродуктивные грейзены избирательно связаны с периферическими частями интрузивов с плоской и пологой кровлей (рис. 3.17). Вертикаль- ный размах оруденения составляет для эндогрейзенов от 0,5 до 2 км, иногда достигая глубины пегматитообразования, и экзог- рейзенов до 1,5 км. Структуры эндогрейзеновых месторождений обусловлены трещинами оседания в гранитных массивах. Рудные тела имеют форму метасоматических штоков. Широко развиты рудоносные кварцевые жилы по продольным системам сближенных парал- лельных контракционных трещин, поперечных к простиранию а б в I ЕЗ2 ЕЖ)3 ИЗ5 ЕЕЬ Рис. 3.17. Геологический разрез грейзеновых месторождений, приуроченных к выступам метасоматически преобразованных гранитов. По Д.В. Рундквисту, В. К. Денисенко, И. Г. Павловой'. а — Циновец; Альтенберг; в — Югодзыр; г — Джидинское рудное поле; д— Кара-Оба; е — Панаскейра; 1 — породы кровли; 2 — гранит; 3 — грейзенизированный гранит; 4 — ру- доносный грейзен; 5 — кварцевая зона; 6 — рудные жилы 149
складчатых структур и вытянутости массива, образующие в со- вокупности крупные месторождения олова и вольфрама. С системами пересекающихся трещин связано штокверковое оруденение, характерное для экзогрейзенов. Жильные тела в эк- зогрейзенах формируются по трещинам отрыва и скола. Жилы обычно средних размеров, сложной формы, с раздувами и пере- жимами. Реже образуются и столбообразные тела на пересече- нии сколовых трещин. Рудные жилы имеют симметричное зо- нальное строение. Во внутренней части жил преобладают вкрап- ленные и пятнистые текстуры руд, в зальбандах отмечаются слюдяные оторочки, в состав которых могут входить касситерит, вольфрамит, молибденит и берилл. Процесс грейзенизации в алюмосиликатных породах, соглас- но Г. Щербе, начинался с грейзенизации гранитов, затем после- довательно формировались мусковит-кварцевый, кварцевый, то- паз-кварцевый, топазовый, мусковитовый и турмалин-кварце- вый грейзены. Грейзеновые месторождения часто сложены сопряженными между собой штокверковыми и жильными телами. Ближе к по- верхности в экзоконтактовых породах массива штокверковое оруденение может смениться жильным существенно гидротер- мальным или, наоборот, с глубиной, в самом интрузиве, перехо- дить в жилы метасоматического замещения. По составу основных рудных компонентов выделяют олово- носные, вольфрамовые, молибденовые и вольфрам-молибден-оло- во-бериллиевые месторождения. Штокверковые месторождения имеют комплексный состав и важное практическое значение. Среди них А.А. Фролов выделяет плащеобразные и коротко- столбчатые штокверки. Первые из них представляют залежи жильно-прожилково-вкрапленных руд в грейзенах, залегающих согласно кровле гранитного купола (Югодзырь в МНР). Соот- ношение жильного и штокверкового оруденений видно на рис. 3.17. Короткостолбчатые штокверки формируются в штоках грейзенизированных гранитов над куполами гранитов другой фазы. Оруденение сосредоточено главным образом в штоквер- ковой сети прожилков (Альтенберг в Германии и др.). Оловоносные грейзены связаны с выступами крупных гра- нитных интрузивов, контролируемых зонами разломов. Они об- разуют касситерит-кварцевые месторождения штокверкового типа Рудных гор (Шнэда и Циновец в Чехии, Альтенберг и Са- дисдорф в Германии). Часто грейзены приурочены к апикаль- ным частям гранитных куполов или дайкообразными апофизам (Кестер в Якутии). 150
Вольфрам-молибденовые грейзены развивались в период тектоно-магматической активизации в пространственной связи с гранитными массивами со сложным внутренним строением, имеющим в плане овальную удлиненную форму и различные размеры, от самых малых до сотен квадратных километров. Грейзеновые месторождения могут быть существенно вольф- рамовыми или собственно молибденовыми. Как те, так и другие наиболее распространены в Казахстане и Забайкалье. Известны такие месторождения в МНР, Португалии. Практически на всех месторождениях в надынтрузивной зоне развиты жильные тела, сменяющиеся на глубину штокверком (см. рис. 3.17). Большая часть жил отработана подземным способом. Штокверки рента- бельно эксплуатировать карьерами большой производственной мощности. Глубина этих карьеров достигает 300—500 м и более. Руды этих месторождений комплексные. Помимо вольфрама и молибдена в значительных концентрациях присутствуют неко- торые халькофильные редкие металлы. С оловоносными и вольфрам-молибденовыми грейзеновыми оруденениями ассоциирует висмутовая и бериллиевая минера- лизация в промышленных концентрациях. В пространственной связи с докембрийскими аляскитовыми гранитами известны не- большие месторождения редких земель. Плутоногенные и субвулканические гидротермальные месторождения Плутоногенные гидротермальные месторождения размещаются в областях внутриплитной активизации. Они приурочены к по- логим склонам и осложняющим их куполам в апикальных вы- ступах гранит-гранодиоритовых массивов, залегая непосредст- венно в тектонически ослабленных зонах как в породах экзо- контакта, так и внутри этих массивов. Плутоногенные гидротер- мальные месторождения могут находиться в пространственной близости с грейзеновыми месторождениями, образуя общие с ними рудные поля, отличаясь при этом от грейзеново-штоквер- кового оруденения жильной формой тел и интенсивным оквар- цеванием (см. табл. 2.2). Субвулканические (порфировые) гидротермальные месторожде- ния сформировались на активных окраинах континентов андий- ского и кордильерского типов в парагенетической связи с гипа- биссальными гранитоидными порфировыми и гранит-лампро- фировыми комплексами, а также на энсиматических островных 151
дугах в ассоциации с дайками липаритов и порфировых магма- титов (см. табл. 2.2). Особенностью субвулканических месторождений являются прожилково-вкрапленные текстуры руд и порфировые структу- ры вмещающих их пород. Это отчетливо проявлено на штоквер- ковых месторождениях медно-порфировых и медно-молиб- ден-порфировых руд. Близкие по генезису гидротермальные плутоногенные и суб- вулканические месторождения представлены двумя главнейшими рудными комплексами: кварцево-полиметалльным и сульфидным. Кварцево-полиметалльный рудный комплекс объ- единяет многочисленные жильные и штокверковые месторожде- ния — вольфрама, олова, молибдена, меди, золота, висмута и урана. Наиболее распространены из них вольфрамовые месторо- ждения с вольфрамитовыми и шеелитовыми рудами. Такие кварц-шеелитовые штокверковые месторождения известны в КНР (Яогансянь в провинции Хунань), Казахстане (Верхнее Кайракты, Богуты), на Северном Кавказе (Ктитеберда). Они ха- рактеризуются невысоким содержанием вольфрама. Размещение рудной минерализации контролируется системами сопряженных крутопадающих тектонических разрывов типа сколовых трещин. С глубиной штокверки переходят в прожилково-жильные зоны. Месторождение Яогансянь, согласно обзору А.А. Ковалева (1999), представлено жильно-штокверковым оруденением раз- личных постмагматических типов — W, W-Mo, Pb-Zn, Sb-Hg (рис. 3.18). Важнейшими из них являются кварцево-жильные и скарноидные руды. Оловянные месторождения представлены штокверко- во-жильными касситерит-кварцевыми месторождениями Уч- кошхон (Киргизия), Ононским (Забайкалье), Пыркакайским рудным узлом (Чукотка). На всех уровнях, начиная от отдель- ных штокверков в пределах рудных полей и узлов и кончая сис- темами прожилков и изолированными рудными жилами, отме- чается рудный контроль крутопадающими разрывными наруше- ниями различных порядков. Суммарная мощность прожилков составляет в среднем 4—5 см на 1 м. Площадь штокверков в плане от 50 х 200 до 900 х 400 м2. Жилы достигают в длину 350 м, при мощности до 1,5 м. Молибденовые, медные и медно-молибденовые месторожде- ния имеют важное практическое значение. Это в основном што- кверковые месторождения: медно-порфировые — Эль-Тениенте (Чили), Бингем, Моренси (США), Мак-Лиз-Лейк, Вэлли-Коп- пер (Канада); Коунрад, Бощекуль (Казахстан); молибден-мед- 152
SJ' Sk H& Г^1« Sk Рис. 3.18. Металлогеническая модель вольфрамового месторождения Яоган- сянь. По Гу Цзяйюню\ / — вольфрамитовое месторождение кварцево-жильного типа; 2 — шеелитовое месторож- дение скарноидного типа; 3 — шеелитовая залежь в песчаниках типа тонкого штокверка; 4 — вольфрамито-молибденитовые залежи гранитного типа; 5—6 — вольфрамитовые зале- жи (5 — в гранитных пегматитах; 6 — грейзенового типа); 7— свинцово-цинковая минерализация но-порфировые — Чукикамата (Чили). Штокверковые молибде- новые месторождения прожилково-вкрапленных руд находятся в Закавказье (Каджаран), Забайкалье (Жирекенское и Бугдаин- ское), Кузнецком Алатау (Сорское), США (Клаймакс и Гендер- сон). Известны также жильные месторождения меди и среди них уникальное Бьютт (США), молибдена (Шахтаминское в За- байкалье). Примером золото-кварцевых образований служат Мурунтауский штокверк, расположенный в палеозойской складчатой зоне Тянь-Шаня, седловидные жилы месторождений Бендиго в Австралии. Кварц-висмутовые месторождения находятся в Средней Азии (Устарасай), Чехословакии (Яхимов), США (Монте-Кри- сто). Рудные тела представлены небольшими жилами и линзами. Сульфидный комплекс представлен плутоногенными гидротермальными месторождениями свинца и цинка, олова, вольфрама, золота, урана, кобальта и др. Месторождения свинца и цинка известны на Кавказе (Са- лон, Згид), в Забайкалье (Екатерино-Благодатское), Германии (Фрайберг). Рудные тела могут иметь пластовую, штоко-, жило-, трубо- и линзообразную формы. 153
К месторождениям олова сульфидного комплекса относятся Депутатское и Эге-Хая (Якутия), Маунт-Плезант (Канада). Руд- ные тела в форме жил и жильных зон имеют крутое падение, значительные размеры по всем трем измерениям. Месторождения золото-сульфидного типа могут быть золо- то-мышьяковыми (Кочкарское, Урал), золото-полиметалличе- скими (Березовское, Средний Урал; Колар, Индия), золото-ан- тимонитовыми (Якутия). На Кочкарском месторождении много- численные жилы развиваются по дорудным дайкам, на Березов- ском месторождении формируют лестничные жилы, секущие дайки; на месторождении Колар кулисообразно расположенные линзы, жилы и прожилки образуют протяженные (до 8 км) руд- ные залежи при средней их мощности 1,5 м. Глубина отработки этого месторождения свыше 3,5 км. Плутоногенные гидротермальные месторождения урана пред- ставлены двумя типами: уранинит-сульфидным (Мэрисвейл, США; Лимузен, Франция) и уранинит-арсенидным (Порт-Радий, Канада). Рудные тела имеют форму линз, жил, иногда столбов. К сульфидному комплексу относятся месторождения так на- зываемого пятиэлементного рудного комплекса — полного (Со, Ni, Bi, Ag, U) или неполного. Это месторождения: Рудные горы (Чехословакия), Кобальт (Канада), Буазер (Марокко). По геологическому положению близки к вулканогенным гид- ротермальным образованиям магномагнетитовые месторождения, связанные с трапповой формацией Сибирской платформы. Гидротермальные вулканогенные месторождения С вулканогенными структурно-формационными комплекса- ми связаны рудные формации: цеолит-ртутно-медная и колче- данная, ртутная, халькопирит-висмутовая, касситерит-силикат- но-сульфидная, золотокварцевая и золотосеребряная. Цеолит-ртутно-медная формация объединяет место- рождения самородной меди (Озеро Верхнее, США), ртути (Яёлваям, Корякское нагорье), цеолитов (Закарпатье, Камчатка) в связи с пластовыми миндалекаменными базальтоидами. Колчеданная формация представлена месторождения- ми меди (Гайское, Урал; Рио-Тинто, Испания), свинца и цинка (Озерное, Тыва; Шаканаи, Япония). В рудах в различных коли- чествах, иногда достигающих самостоятельного промышленного значения, присутствуют золото и серебро. 154
Ртутный комплекс охватывает субвулканические место- рождения ртути опалитового типа (Чемпуринское, Камчатка, и Монте-Амиата, Италия) и вольфрамово-ртутные лиственитового типа (Тамватнейское, Корякское нагорье). Халькопирит-висмутовый комплекс имеет ограни- ченное распространение. Значительные месторождения Адрас- ман (Средняя Азия) и Таена (Боливия) приурочены к жерловым фациям и дайкам. Жилы, линзы и трубообразные тела помимо висмутина и халькопирита содержат также сфалерит и галенит. Касситерит-силикатно-сульфидная формация широко проявлена в субвулканических, жерловых и экструзив- ных фациях кислых магматитов месторождениями альпийской эпохи. Среди них уникальные — Льяльягуа, Потоси (Боливия). Золотокварцевый и золотосеребряный комплексы распространены в древних офиолитовых и мезокайнозойских вул- канических поясах в пространственной связи с поперечными раз- ломами. Примерами золотокварцевого комплекса служат месторо- ждения Многовершинное в Приморском вулканическом поясе и Крипл-Крик (США). Золотосеребряный комплекс представлен ме- сторождениями Охотско-Чукотского вулканогенного пояса (Ха- канджинское, Карамкен). В архейском офиолитовом поясе на юге Канады находится месторождение Поркьюпайн. Кроме перечисленных известны также рудные формации ме- сторождений флюорита с бериллием (Томас, США) или молиб- деном и ураном, алунита (Заглик, Армения), исландского шпата (Нижнетунгусское), серы (Курильские о-ва и Камчатка). 3.3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Что такое ликвация и кристаллизационная дифференциация маг- матического расплава? 2. Каковы особенности условий залегания, морфологии и вещест- венного состава рудных тел ликвационных и кристаллизационных ме- сторождений? 3. Чем отличаются пегматиты от вмещающих их материнских пород? 4. Как изменяется с глубиной форма и состав пегматитовых тел? 5. Какие по минеральному составу пегматиты являются производ- ными остаточных расплавов гранитной магмы? 6. Какова роль процессов перекристаллизации и метасоматического замещения при формировании слюдяных пегматитов? 7. С какими интрузивными массивами связаны карбонатиты? 8. Как проявлена зональность оруденения в карбонатитах? 9. Объясните понятие «скарн». Чем отличаются известковые скар- ны от магнезиальных? Что такое автоскарны? 155
10. Что такое альбититы и грейзены? 11. Чем отличаются альбититовые месторождения от грейзеновых? 12. Охарактеризуйте штокверковые грейзеновые месторождения. 13. По каким факторам подразделяют гидротермальные месторож- дения? 14. Какими методами определяют температуру минералообразования? 15. Какие возможны процессы гидротермального метасоматоза? 16. В чем отличие плутоногенных, субвулканических и вулканоген- ных гидротермальных месторождений? 3.4. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ БЛОК. ЭНДОГЕННО-ЭКЗОГЕННАЯ ГРУППА МЕСТОРОЖДЕНИЙ Материал данного блока затрагивает дискуссионные вопросы относительно выделения эндогенно-экзогенной генетической груп- пы месторождений и подразделения ее на вулканогенно-осадочный и гидротермально-осадочный (стратиформный) классы (см. табл. 2.4). Также пока не получила всеобщего признания концепция А.А. Ковалева об эксгаляционно-осадочном происхождении ряда месторождений скарноидного типа олова, вольфрама и молибдена, а также полиметаллов, золота, серебра, сурьмы и ртути. Геодинамические и структурно-формационные факторы раз- мещения вулканогенно-осадочных и стратиформных месторож- дений в современном их понимании были рассмотрены в пре- дыдущем модуле (см. 2.3, табл. 2.5 и 2.6). Ниже приводится их генетическая характеристика в редакции учебника автора [11]. Вулканогенно-осадочные месторождения Вулканогенно-осадочные месторождения ассоциируют с од- ноименными геологическими формациями пород. Для них ха- рактерны залегание в стратифицированных толщах пород мор- Рис. 3.19. Геологический план и разрезы Таштагольского месторождения. По материалам Таштагольской ГРП: 1—5— надрудная подсвита (андезито-базальтовые и трахитовые порфириты, их туфы и туф- фиты, мергелистые известняки); 6—12 — рудо вмещающая подсвита (туфы, туффиты, туфо- песчаники, маргели, известняки (6—9), рудные тела (10), скарны и метасоматиты (11, 12)); 13—14 — подрудная подсвита (лавобрекчии, туфы андезитовых и андезитобазальтовых пор- фиритов, магнетитовые песчаники); /5—сиенит-порфириты; 16 — габбро-порфириты; 17— дизъюнктивное нарушение; 18— проекция рудных тел на поверхность; 19— графики Za (тыс. гамм) на разрезах; 20— участки (/— Северо-Западный, 2— Восточный) 156
с э P |L -> b ФФР lL Ф РФ Ьт Ф |17 рфф ФН 9 ГГТ1/0 |°о°|/7 |» »р2 Ф -|73 \<^\14 |.YY.p5 |г • г рб --'1/7 |^>>|/g |Е2^.р9 | @|20
ских глубоководных фаций, вулканический и экзогенный источ- ники рудных веществ. В группу вулканогенно-осадочных обра- зований включают месторождения железа, марганца, свинца и цинка. Они формируются преимущественно в морских прогибах и на платформах на большом удалении от берега. Вулканогенно-осадочные железные руды известны в России (Таштагольское месторождение), Рейнских горах и Гарце (ФРГ). Это месторождения Ланн-Диль и Зауэрленд. Месторождение Ланн-Диль образовано двумя мульдами, в которых пласты гема- титовых руд мощностью до 4 м залегают в сланцах на толще ке- ратофир-диабазовых пород, служивших источником железа. Таштагольское месторождение находится в Кемеровской об- ласти. Согласно В.М. Григорьеву [9], оно приурочено к складча- той, метаморфизованной эффузивно-осадочной толще среднего кембрия на контакте с интрузией сиенитов (рис. 3.19). Рудная зона разведана по простиранию на 7,5 км и глубину 1,7 км при 7 Рис. 3.20. Геологический разрез Холоднинского свинцово-цинкового месторо- ждения. По Г. Ручкину, В. Бушуеву и др.: 1—5 — осадочно-метаморфические породы перевальской свиты: 7—кварциты, 2—пере- слаивание графитсодержащих кварц-слюдисто-гранатовых сланцев и кварцитов, 3 — кварц-слюдисто-гранатовыс сланцы, 4 — кварц-слюдистые и слюдистые сланцы, 5 — графитсодсржащие слюд исто-карбонатные и кварц-карбонатные сланцы, графитсодер- жащие кварциты; 6, 7 — породы авкитской свиты: 6 — осадочно-метаморфические, 7— тела амфиболитов; 8— зоны высокотемпературных метасоматитов; 9—прожилково-вкраплен- ные руды; 10 — пластовые колчеданные свинцово-цинковые руды: массивные (а), полосча- тые (6); 77 — разрывные нарушения 158
средней мощности 40—140 м. Содержание железа в руде около 45 %, серы — 0,11 %, фосфора — 0,1 %. Разведанные запасы руд 440 млн т. Вулканогенно-осадочные марганцевые месторождения свя- заны с вулканогенно-кремнистыми, карбонатными и желези- стыми породами. Они формировались в процессе подводных из- лияний гидротерм и представляют собой пластообразные залежи браунит-гаусманитовых руд (месторождение Западный Каражал в Казахстане). Холоднинское колчеданно-полиметаллическое месторожде- ние расположено в Северном Прибайкалье. Оно приурочено к приразломной палеодепрессии (рис. 3.20). Мощность терриген- но-кремнисто-карбонатной формации составляет около 1 км. Многоярусные пластовые залежи имеют протяженность более 5 км и мощность 10 м. Рудными минералами являются сфалерит, га- ленит, пирит и халькопирит. Содержание цинка от 3,5 до 6,5 %, а свинца от 0,4 до 1,2 % [9]. Гидротермально-осадочные (стратиформные) месторождения Стратиформные месторождения образуются в осадочных и вулканогенно-осадочных формациях, формирующих структуры напластования, обычно в отсутствие рудоносных магматических формаций пород. Такие месторождения, с одной стороны, наде- лены признаками, характерными для первично осадочных син- генетических месторождений, а с другой — известны факты, свидетельствующие об эпигенетическом гидротермальном обра- зовании руд этих месторождений. Вопрос о природе гидротер- мальных растворов рассматривается также различно. Ф.И. Вольф- сон и его сторонники полагают, что они связаны с интрузивны- ми образованиями, не вскрытыми эрозией. Производные от та- ких растворов месторождения длительное время называли теле- термальными, позднее их стали рассматривать как низкотемпе- ратурные гидротермальные. Другие исследователи считают, что это минерализованные метеорные воды глубокой циркуляции. В этом случае месторождения по условиям образования были бы близки к инфильтрационным. В.И. Смирнов, учитывая эти факты, развивал представления о полигенном и полихронном происхождении стратиформных месторождений. Он называл эти месторождения амагматоген- 159
ними, подчеркивая тем самым отсутствие связи оруденения с магматизмом. Стратиформные месторождения заключают в себе значи- тельную долю мировых запасов меди, свинца, цинка, сурьмы и ртути. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Образование стратиформного разнотипного оруденения из- начально было связано с осадконакоплением в прибрежно-мор- ских, лагунных и дельтовых фациях и последующими процесса- ми диагенеза, катагенеза и низкотемпературного метасоматоза. Процессы стратиформного рудного седиментогенеза наиболее активно проявились в зонах засушливого (аридного) климата, обусловившего осолонение литоральных осадков. Под диагенезом понимается превращение осадка в осадочную породу. Дальнейшее уплотнение, частичное преобразование глинистого вещества и появление структур растворения обло- мочных зерен под давлением наступает при катагенезе. Метасо- матические замещения в основном сульфидами металлов карбо- натных и других образований протекали при температуре 200-50 °C. Источниками рудных компонентов, входящих в состав про- дуктивных залежей сингенетических с вмещающими осадочны- ми толщами, могли служить участки размыва материнских по- род с эндогенными проявлениями этих компонентов. Медь, цинк и свинец переносились в виде сульфатов и других соеди- нений в растворах в морской бассейн, где происходило их осаж- дение. Эти и другие металлы также могли поступать в бассейн при подводных излияниях высокоминерализованных термаль- ных вод. При этом в толщах ритмично переслаивающихся по- род, в определенных стратиграфических и литологических гори- зонтах, формировались согласные, преимущественно пластовой формы рудные залежи. Сингенетичные руды характеризуются простым минераль- ным составом, развитием глобулярных структур и слоистых тек- стур; согласные пластовые тела иногда переходят по простира- нию в зоны рудных конкреций. Эпигенетическое рудообразование, следовавшее после дли- тельного развития сингенетических руд, явилось производным циркуляции подземных горячих минерализованных растворов и выразилось в возникновении секущих тел, иногда с полистадий- 160
ной рудной минерализацией, развитием низкотемпературного гидротермального метасоматоза и околорудными изменениями пород: окварцеванием, серицитизацией, доломитизацией и као- линизацией. Для эпигенетических руд типичны колломорфные, реже прожилково-вкрапленные текстуры руд. Для многих стратиформных месторождений, особенно мед- ных, характерна многоярусность строения, обусловленная рит- мичностью вмещающих толщ и рудной избирательностью пород определенного состава. Стратиформные месторождения меди находятся в краевых прогибах, развитых в пределах платформ: докембрийских — Удо- канское в Забайкалье, Нчанга и другие в Медном поясе Замбии и Заира, палеозойских — Джезказганское в Казахстане, Манс- фельд в Германии. Стратиформные свинцово-цинковые месторождения, в ос- новном палеозойского возраста, расположены в складчатых об- ластях (Миргалимсайское и Ачисай, Восточный Казахстан; Сар- дана, Южная Якутия) и на активизированных платформах (до- лина р. Миссисипи, США). Месторождение Миргалимсайское приурочено к верхнеде- вонским и нижнекаменноугольным карбонатным формациям (рис. 3.21). Рудные тела мощностью от первых метров до 25 м и более содержат свинца от 1,2 до 3 % и более. Рудные тела по простиранию достигают 2 км, по падению — 1 км. Стратиформные месторождения сурьмы (Кадамжай, Киргиз- стан) и ртути (Хайдаркан, Киргизстан), залегающие в дислоци- Рис. 3.21. Схематический разрез Миргалимсайского месторождения. По материалам Миргалимсайской ГРП. 1 — известняки; 2 —доломиты; 5 — брекчированные известняки; 4— рудные тела; 5—тек- тонические нарушения 11 Ми НОГИН 161
рованных карбонатных толщах пород палеозоя, сформировались в складчатых зонах Северного Тянь-Шаня. Для этих месторож- дений характерно развитие пологоскладчатых структур, брахи- антиклинальных сундучных и блокированных складок, ослож- ненных надвигами и крутопадающими разломами. Рудные тела в форме согласных залежей, иногда секущих жил локализованы в шарнирных участках складок, пересекающихся рудоподводя- щими разломами. Они пространственно связаны с брекчирован- ными окварцованными известняками, называемыми джасперои- дами (см. рис. 1.6, 1.12). Стратиформные месторождения ртути, локализованные в терригенных отложениях, размещены на активизированных уча- стках платформ. Примером служит месторождение Никитовское в Донбассе, сложенное песчаниками и сланцами каменноуголь- ного возраста. Киноварная минерализация приурочена к гори- зонтам песчаников в купольных структурах. ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ ТЕЛ, УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ И ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕДНЫХ И СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ РУД Наиболее отчетливо признаки стратиформного оруденения проявлены в месторождениях медной и свинцово-цинковой рудных формаций. Медная формация представлена месторождениями меди- стых песчаников и медистых сланцев. Для них характерна про- стая пластовая форма рудных тел, большая протяженность, не- глубокое и пологое залегание, позволяющее вести отработку от- крытым способом, высокое содержание меди и равномерное ее распределение. Общей особенностью месторождений медистых песчаников и сланцев является постепенный переход промышленных руд во вмещающие слабоминерализованные породы и почти одинако- вый состав руд. Главные минералы меди — халькозин, борнит и халькопи- рит; подчиненное значение имеют ковеллин, самородная медь и блеклые руды; попутные полезные компоненты представлены свинцом в галените и цинком в сфалерите; серебро и халько- фильные редкие металлы находятся в виде изоморфных приме- сей в сульфидных минералах. В рудах месторождений Медного пояса Замбии и Заира в промышленных концентрациях содер- 162
жатся кобальт и уран. Из жильных минералов преобладают кварц, кальцит и барит. Свинцово-цинковая рудная формация представлена месторождениями, залегающими в складчатых и платформен- ных карбонатных и терригенно-карбонатных толщах пород. Рудные тела образуют согласные пластовые и лентовидные зале- жи многоярусного строения, реже жило- и трубообразные тела. Главные минералы: рудные — сфалерит, галенит; жиль- ные — кальцит, доломит, реже барит; второстепенные — халько- пирит, борнит, жильные — кварц и флюорит. 3.5. ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК. ЭКЗОГЕННАЯ ГРУППА МЕСТОРОЖДЕНИЙ Месторождения выветривания Группа месторождений выветривания, включающая остаточ- ные и инфильтрационные рудообразования, сформировалась в результате экзогенных процессов. В отличие от стратиформных месторождений, являющихся производными как экзогенных, так и эндогенных процессов, эта группа генетически и обычно пространственно связана с корой выветривания. Последняя представляет собой комплекс преобразованных в континенталь- ных условиях магматических, метаморфических и осадочных пород под влиянием различных факторов выветривания. Выветривание горных пород и руд сопровождается выносом продуктов физического разрушения в виде обломков и взвесей, а продуктов химического разложения в форме растворенных соеди- нений. В процессе переноса этих образований происходит их ме- ханическая и химическая дифференциация и формирование ме- сторождений механических осадков, в том числе россыпных, и месторождений химических осадков. В продуктах выветривания, оставшихся на месте, в результате выноса части породообразую- щих минеральных веществ может произойти значительное увели- чение концентраций никеля, кобальта, алюминия, железа вплоть до возникновения остаточных месторождений этих металлов. При выщелачивании приповерхностными водами некоторых металлических соединений, последующем их переносе и отложе- 11 163
нии на геохимических барьерах происходит образование инфильт- рационных месторождений железа, марганца, урана и ванадия. На формирование экзогенных месторождений большое влияние оказывают климатические факторы, по совокупности которых выделяют три основные зоны: гумидного (жаркого влажного), аридного (засушливого) и ледового климата. Зона гу- мидного климата, где наиболее активно протекают процессы хи- мического и биохимического выветривания, благоприятна для формирования месторождений коры выветривания — никеля, кобальта, бокситов и каолина. ПРОФИЛЬ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ Профиль, или разрез, коры выветривания характеризуется последовательной сменой по вертикали зон разложения пород различных по минеральному и химическому составу. В верхних зонах происходит интенсивное окисление, выщелачивание и гидролиз минеральных компонентов, а в нижних зонах — гидра- тация силикатов и начальное выщелачивание пород физическо- го выветривания. В зависимости от состава исходных пород, а также неотекто- ники, климатических и ландшафтных условий этим зонам соот- ветствуют три основных профиля коры выветривания: 1) гидро- слюдистый; 2) глинистый; 3) латеритный. Гидрослюд истый профиль мог сформироваться при гидроли- зе силикатных минералов, протекавшем без выноса кремнезема. Поэтому его называют также насыщенным силикатным профи- лем. При этом происходило образование гидрослюд, монтмо- риллонита, гидрохлоритов. Такой профиль коры мало рудопро- дуктивен. Глинистый, или ненасыщенный силикатный, про- филь характеризуется развитием каолинита, галлуазита и нон- тронита. Их образование происходило путем разложения алю- мосиликатов с частичным выщелачиванием кремнезема и солей металлов. С этим профилем коры связаны месторождения као- линов и глин. Латеритный профиль, завершающий этап развития коры вы- ветривания, самый рудопродуктивный. С ним ассоциируют уни - кальные площадные залежи бокситов, месторождения никеля, железа и др. Основные морфологические типы коры выветрива- ния: площадной, линейный и контактово-карстовый. Коры вы- ветривания площадного типа развиваются на равнинных ланд- 164
шафтах. Они подразделяются на открытые, выходящие на по- верхность, и закрытые, залегающие под покровом более устой- чивых к процессам выветривания пород. Коры линейного типа приурочены к разломам и зонам повышенной трещиноватости в породах, подвергшихся выветриванию. Контактово-карстовый тип имеет ограниченное распространение и образуется на кон- такте карбонатных и изверженных пород. Остаточные месторождения УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ, ФОРМЫ ЗАЛЕЖЕЙ, МИНЕРАЛЬНЫЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОСТАТОЧНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Остаточные месторождения формируются в условиях гумид- ного климата и нерасчлененного рельефа, когда в результате ин- тенсивного химического выветривания активно выносились лег- корастворимые породообразующие компоненты, а слабые эро- зионные процессы способствовали накоплению остаточных продуктов выветривания. При этом остаточная концентрация рудных компонентов по сравнению с фоновой может увеличить- ся в несколько раз за счет обогащения, связанного с выносом части минеральной массы, а также за счет обогащения продук- тами рудной инфильтрации. Формирование коры выветривания в тропических зонах про- текает в десятки раз быстрее, чем в зонах с умеренно влажным климатом. И все-таки процесс этот длительный, иногда охваты- вал целые геологические эпохи. Остаточная концентрация рудных компонентов связана с со- ставом исходных пород. Накопление латеральных залежей бок- ситов в коре выветривания происходило на щелочных и нефе- линовых сиенитах (месторождение Арканзас в США); андезито- вых порфиритах и туфах (Тургайский прогиб, Казахстан); сили- катно-никелевые руды сформировались в коре выветривания перидотитов, дунитов и серпентинитов (Уфалейское, Южный Урал; о. Куба); там же известны месторождения легированных бурых железняков; каолины и глины возникли на гранитах, пег- матитах и метаморфических породах (Глуховецкое, Украина). В коре выветривания железистых кварцитов образовались богатые мартитовые руды (КМА). Благоприятным для формирования таких месторождений яв- лялся так называемый столовый рельеф, слегка возвышенный 165
со слабым наклоном. Процессу выветривания способствует так- же разнородный состав выветриваемых пород, в особенности присутствие карстовых известняков, наличие разрывных нару- шений и зон повышенной трещиноватости. Древняя кора выветривания сохранилась там, где она пере- крыта более поздними отложениями. Современная кора, как и древняя, развивается в условиях пенепленизации поверхности, когда выветривание протекает интенсивнее, чем процессы сноса материала разрушенных пород. Основные рудные формации остаточных месторожде- ний — бокситовая, силикатно-никелевая и каолиновая. Бокситовая формация сформировалась в результате вы- ветривания интрузивных пород кислого, основного и щелочного составов, а также кристаллических сланцев, гнейсов, при актив- ном выносе кремнезема и щелочей и накоплении свободных ок- сидов алюминия, железа и титана. Этот процесс происходил в условиях столового рельефа и в тропических зонах с муссонным климатом. Месторождения этой формации подразделяются на остаточные латеритные и остаточные переотложенные. К первым из них относятся по- гребенные месторождения бокситов в древних корах выветри- вания (Висловское в районе К МА) и кайнозойские (Боке в Гвинее). На месторождении Боке (рис. 3.22) более 100 бокситовых за- лежей мощностью 10—15 м расположены на площади свыше 3500 км2, IIIIIIIIIIIII Рис. 3.22. Разрез бокситорудных залежей месторождения Боке (Гвинея). По Я. Дубровской и Б. Одокию: 7 —бокситы структурные; 2—бокситы обломочные; 3— аллиты, каолиновые глины; 4 — терригенные породы 166
представляющей собой слабо расчлененную пенепленизирован- ную равнину. Латеритная кора развивалась на силурийских слан- цах. Основными минералами залежей являются гиббсит, диас- порт, бёмит, каолинит, ильменит, рутил. Содержание глинозема высокое — от 50 до 62 %. Текстуры бокситов — брекчиевая, конг- ломератовая и пористая. Запасы бокситов, доступные для откры- той добычи, составляют около 3 млрд т. Силикатно-никелевая формация сформировалась в коре выветривания ультраосновных пород, главным образом серпентинитов — продуктов их гидротермально-автометасома- тического изменения. Согласно морфогенетической группиров- ке, выделяют три типа месторождений этой формации: площад- ной, линейный и линейно-площадной. Силикатно-никелевые месторождения известны на Урале, в Казахстане, Украине, Новой Каледонии, Австралии, на Кубе. Уральские силикатно-никелевые месторождения залегают в коре выветривания серпентинитов, развитых по герцинским ульт- раосновным интрузивам, контролируемым глубинными разломами общеуральского направления, что определило поясовое размеще- ние этих месторождений. Их образование связано с выщелачива- нием и нонтронизацией серпентинитов в условиях континенталь- ного пенеплена доюрского времени. Последующие процессы эро- зии, вызванные поднятием, привели к полному размыву коры верхних горизонтов. Она хорошо сохранилась в Зауральских де- прессиях, где ее мощность колеблется от 20 до 70 м. Разрез нонтро- нитовой коры выветривания серпентинитов неоднороден. Месторождения коры выветривания площадного типа сфор- мировались на приподнятых плато, преимущественно в зоне аэрации, воды которой обогащены кислородом. В ее профиле выделяются зоны (сверху вниз): железистых охр и кремнистых образований, нонтронитизации, выщелоченных серпентинитов. Форма рудных залежей пластообразная, линзовидная. Зале- жи имеют крупные размеры, мощность рудных тел от 3 до 50 м. Преобладающий технологический сорт руды — железисто-маг- незиальный. Месторождения: Кемпирсайское и Серовское на Урале; на Кубе, Филиппинах, в Австралии. Месторождения линейного типа сформировались в районах с горным рельефом. Зона железистых и кремнистых образований с малоподвижными элементами смещена ниже уровня грунто- вых вод в среднюю часть разреза, а более подвижные элементы накапливались в его краевых частях. Это свидетельствует о на- 167
личии горизонтальной зональности. Среди месторождений это- го типа выделяют линейно-трещинные и контактово-карстовые. Первые из них характеризуются клино- и линзообразной, реже пластообразной формой рудных тел, меньшей мощностью (от 3 до 10 м), вторые отличаются пласто- и гнездообразной формой рудных тел, большими изменениями мощности (от 3 до 30 м) и сложным составом руд железисто-магнезиального и кремнисто-магнезиального технологических сортов. Примерами месторождений служат Уфалейское, Локрида (Греция). Месторождения линейно-площадного типа подразделяются на трещинно-площадные (новокаледонские) и карстово-площад- ные (Ларимна, Греция). Они сформировались в условиях холми- сто-увалистой и низкогорной местности, залегая как в зоне аэрации, так и ниже уровня грунтовых вод. Для них характерно сочетание вертикальной и горизонтальной зональности, линей- ной и площадной коры выветривания с полным или сокращен- ным профилем. По другим параметрам они аналогичны место- рождениям линейного типа. Каолиновая формация образуется в условиях тропиче- ского климата при более расчлененном, в отличие от латерит- ных бокситов, рельефе, когда интенсивно происходят вынос щелочей и железа и одновременное накопление кремнезема и глинозема. К этой формации относятся месторождения каоли- нов и каолиновых глин, возникших при воздействии теплых грунтовых вод, насыщенных углекислотой и органическими ки- слотами, на маложелезистые полевошпатовые породы. Месторо- ждения высококачественных каолинов известны в Украине, на Алтае, в КНР, Чехии, Германии и других странах. Кроме охарактеризованных формаций известны также оста- точные месторождения магнезита, талька, марганца, апатита, барита, золота, свинца, олова, тантала, ниобия и редких земель. Инфильтрационные месторождения Инфильтрационные месторождения образуются в процессе выщелачивания метеорными водами рудных компонентов, по- следующего переноса их за пределы области выщелачивания и отложения на геохимических барьерах. Геохимические барьеры — участки на пути миграции вод с благоприятными для рудоотложения физико-химическими ус- ловиями. 168
На выщелачивание и перевод в раствор рудных компонентов оказывают влияние их форма нахождения в исходных породах, состав, структурные и текстурные особенности, трещиноватость, пористость этих пород, а также степень насыщения атмосфер- ных вод свободным кислородом и солями. При этом важную роль играют окислительно-восстановительные свойства (Eh) и кислотность — щелочность (pH) этих вод. Перенос полезных компонентов осуществляется в виде ком- плексных соединений: карбонатных, сульфатных, металлоорга- нических и др. При определенных значениях Eh и pH, наличии сорбентов, роль которых могут выполнять глинистые и гуминные частицы, происходит распад комплексных соединений и отложение руд- ных компонентов. Инфильтрационные месторождения встречаются довольно часто. В них концентрируются уран, ванадий, медь, железо, марганец, сера. Месторождения, кроме урановых, характеризу- ются незначительными запасами. Поэтому заслуживают рас- смотрения наиболее важные в практическом отношении место- рождения ураноносной формации. Ураноносная рудная формация объединяет многочис- ленные инфильтрационные месторождения урана, сформиро- вавшиеся в результате фильтрации вод аэрации и грунтовых, а также напорных вод артезианских бассейнов в переслаивающих- ся песчано-глинистых толщах пород, в основном мезозоя и кай- нозоя. Месторождения вод аэрации и грунтовых образовались при смене окислительной обстановки на восстановительную, харак- терную для угленосных и битуминозных толщ пород. Месторож- дения урана, связанные с угленосными породами, залегают в де- прессиях. Рудные тела имеют пластовую, часто извилистую фор- му, согласную с рельефом фундамента. Часто они значительных размеров, в продуктах окисления нефти, в асфальтитах, пропи- тывающих толщи терригенных и карбонатных пород, имеют сложную удлиненную форму. Длина тел достигает 1 км при мощности до 30 м (Амброзия-Лейк, США). Месторождения урана сформировались в результате пласто- вой фильтрации напорных вод артезианских бассейнов, вызы- вающих окисление до глубины 600 м. Различные скорости фильтрации пластовых вод обусловили возникновение полосо- вых рудных тел извилистой формы, названных роллами (рис. 169
а б в г l^'li l-~ ~ 1 ЕШ7 iK-ch ЕЕЗ51 С к II11II7 Рис. 3.23. Типичные формы внутрипластовых роллов. По Н.П. Лаверову и др.: « — седловидная, внутри двух сближенных пластов гравелитов; б — сложноседловидная, внутри пласта гравелитов; в — линзовидная, в боковых частях простого пласта песчаников; г — складчатая, внутри сложного неоднородного пласта песчаников: 1 — алевролиты; 2— глины; 3— песчаники; 4— гравелиты; 5— песчаные глины; 6— рудные тела; 7— зоны пластового окисления 3.23). Роллы имеют большую мощность и протяженность на де- сятки километров. Уран переносится в легкорастворимых шестивалентных со- единениях, источником его служат породы фундамента. Уран образует минералы урановой смолки (настуран) и черни, карно- тит, тюямунит, а также уранорганические соединения. Среднее содержание U3O8 обычно составляет и - 10~2 %, реже 0,1—0,2, иногда 0,5 %. Попутными полезными компонентами в рудах мо- гут быть ванадий, молибден, германий и редкие земли. К инфильтрационным относятся также плиоцен-четвертич- ные ураноносные месторождения в калькретах. Калъкреты — это вторичные кавернозные скопления доло- мита и монтмориллонита, возникшие в засушливых районах в результате испарения восходящих грунтовых вод у поверхности земли. В австралийских калькретах известны залежи ванадиево-ура- новых (карнотитовых) руд. Рудоносные калькреты достигают распространения на площади п • 105 км2, при мощности около 10 м и среднем содержании U3O8 0,15 %. ЗОНЫ ОКИСЛЕНИЯ И ВТОРИЧНОГО ОБОГАЩЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Близповерхностные изменения тел полезных ископаемых, вызванные физико-химическими процессами выветривания, имеют вертикальную зональность, обусловленную зональностью приповерхностных вод (рис. 3.24). Область циркуляции этих вод 170
Рис. 3.24. Модель зональности окисления сульфидных рудных тел. По В. И. Смирнову. 1 — подзона оксидных руд; 2 — подзона выщелоченных руд; 3 — подзона богатых оксидных руд; 4 — зона вторичного обогащения; 5 — зона первичных руд подразделяется на три зоны: 1) аэрации, или просачивания; 2) водообмена; 3) застойных вод. В зоне аэрации происходит окисление минеральных ве- ществ, слагающих тела полезных ископаемых. Ей соответствует зона окисления, которая может быть на месторождениях самых различных генетических классов. Степень развития зоны окис- ления зависит от климата, геоморфологии и тектоники, состава руд и вмещающих пород, их текстурно-структурного облика. Наиболее интенсивно она проявлена в сульфидных месторожде- ниях, где под действием свободного кислорода, растворенного в воде, и углекислоты происходит разложение сульфидов и других сернистых соединений с образованием серной кислоты и суль- фатов, с частичным или полным выщелачиванием рудных ком- понентов. Окисление наиболее распространенных сульфидов происхо- дит по схеме: 171
для халькопирита — CuFcS2 + 4О2 = CuSO4 + FeSO4 для галенита — PbS + 2О2 = PbSO4 (англезит) для сфалерита — ZnS + 2О2 = ZnSO4 В условиях карбонатной среды сульфат меди переходит в ма- лахит и азурит 2CuSO4 + 2СаСО3 + 2Н2О CuSO4 • Cu(OH) + + 2CaSO4 + СО2; англезит замещается церусситом PbSO4 + СО2 + + Н2О = РЬСО3 + H2SO4; а сульфат цинка приводит к образова- нию смитсонита ZnSO4 + СО2 + Н2О = ZnCO3 + H2SO4. Различные миграционные свойства рудных компонентов обусловливают неодинаковые изменения их концентрации, при- водящие либо к новообразованиям промышленных руд, либо к их обеднению. В случае возникновения в процессе химического выветривания труднорастворимых комплексов, концентрации рудных компонентов существенно не изменяются, а происходит лишь изменение фазового состава руд, оказывающего сильное влияние на технологию их переработки. В зоне окисления сульфидных месторождений выделяют по- верхностный слой, подзоны оксидных, выщелоченных и бога- тых оксидных руд (см. рис. 3.24), нередко образующих так назы- ваемые железные шляпы. Например, медно-колчеданные место- рождения могут быть покрыты железной шляпой, иногда с про- мышленным содержанием золота и серебра. Общая мощность оксидной зоны изменяется от первых до десятков метров, ино- гда достигая сотни метров. Глубина распространения зоны окисления и зависимость ее от форм рельефа и неотектоники отчетливо выражены, например, в бортах карьера медно-порфи- ровых месторождений Каджаран, Агарак, Коунрад, Алмалык. Зона вторичного обогащения, называемая также зоной цемен- тации, формируется ниже зоны окисления в восстановительных условиях при переотложении выщелоченных из нее металлов. Она соответствует зоне водообмена (истечения). Возникающие при этом путем замещения вторичные сульфиды и другие ново- образования как бы цементируют первичные минералы. Восста- новительные условия определяются дефицитом свободного ки- слорода, наличием гуминовых кислот и других органических со- единений, а также первичных сульфидов. Верхняя граница зоны вторичного обогащения связана с уровнем грунтовых вод. Его временные колебания приводят к перераспределению рудных веществ между зонами окисления и вторичного обогащения, усложняя общую картину зональности 172
в зоне перехода. Еще сложнее нижняя граница зоны вторичного обогащения с зоной первичных руд. В ней за счет халькопирита возникают халькозин и ковеллин: 5CuFeS2 + IICUSO4 + 8Н2О = = 8Cu2S + 5FeSO4 + 8H2SO4; CuFeS2 + CuSO4 = 2CuS + FeSO4. Текстуры оксидных руд могуг быть унаследованы от первич- ных и вновь приобретенными в процессе выветривания и окис- ления этих руд. Нередко они встречаются совместно. К новооб- разованным относятся остаточные текстуры (землистые и брек- чиевые) и переотложенные (корковые, полосчатые, натечные, порошковые). Помимо химических преобразований в приповерхностных частях, у выходов рудных тел, происходит механическое измене- ние тел полезных ископаемых. При этом может произойти из- менение пространственного положения и мощности рудных тел, образование отрицательных или положительных форм рельефа. Зона вторичного обогащения образовалась на некоторых ме- сторождениях меди, урана, золота и серебра и отдельных участ- ках медно-никелевых месторождений. Она наиболее характерна для медных месторождений различных типов. Россыпные месторождения Россыпные месторождения представляют собой практиче- ски значимые скопления ценных минералов в обломочных по- родах, производных механических осадков. Такие месторожде- ния могут быть генетически связаны с геологическими либо рудными формациями и комплексами, служившими источни- ками полезных компонентов. В россыпях в основном накапли- ваются минералы тяжелой фракции, химически устойчивые в оксидных условиях и обладающие достаточной механической прочностью, препятствующей их чрезмерному истиранию или измельчению. Наиболее важное промышленное значение имеют россып- ные месторождения золота, платины, касситерита, колумбита и танталита, циркона и монацита, ильменита и рутила, алмазов и других драгоценных камней. Известны также россыпи кинова- ри, вольфрамита и шеелита, которые из-за хрупкости этих ми- нералов характеризуются небольшими размерами. Они форми- руются непосредственно около россыпеобразующего источника. 173
ТИПЫ И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ РОССЫПЕЙ, РОССЫПЕОБРАЗУЮЩИЕ ФОРМАЦИИ И КОМПЛЕКСЫ В зависимости от форм перемещения обломочного материа- ла, места его отложения и особенностей концентрации в нем тя- желых минералов выделяют следующие основные типы россы- пей: 1) элювиально-делювиальный; 2) аллювиальный; 3) лито- ральный; 4) ледниковый; 5) эоловый. Самые распространенные и значительные по размерам — аллювиальные россыпи подраз- деляют на косовые, русловые, долинные, террасовые и дельто- вые. Россыпи, залегающие под толщей осадков более позднего образования, называются погребенными. Обычно это древние до- четвертичные образования, нередко подвергшиеся процессам диагенеза, катагенеза и даже метаморфизма. Россыпи, связан- ные с эрозией и формами рельефа четвертичного периода, на- зываются современными. Механизм образования россыпей всех типов обусловлен гра- витационной и механической дифференциацией различных по крупности и форме обломков пород, по плотности ценных ми- неральных агрегатов и зерен в процессе их перемещения, вы- званного действием силы тяжести, водных потоков, ледника, гидравлического удара морской волны и ветра. При этом проис- ходит истирание и скатывание обломков и минеральных зерен и упорядоченное распределение их в россыпи по размерам, мор- фологии и плотности. Каждый тип россыпей имеет свои осо- бенности образования. Элювиально-делювиальный тип россыпей форми- руется в условиях расчлененного рельефа и представлен про- странственно сопряженными либо незначительно разобщенными элювиальными и делювиальными образованиями. Первые из них образуются непосредственно на месте разрушения рудоносных пород и могут представлять собой либо рудные развалы, либо обогащенный в процессе выветривания обломочный покров. Сползая по склону, обломочный материал сортируется, об- разуя на понижениях склонов и у подножия делювиальные рос- сыпи. Смежное положение рассмотренных россыпей и общ- ность образующих их рудных или геологических формаций и комплексов позволяют рассматривать эти россыпи как единые элювиально-делювиальные месторождения. Примерами служат россыпи хромитов (Урал, Камчатка, Япония), корунда (Се- миз-Бугу, Казахстан), касситерита (Якутия, Чукотка и Забайка- лье), золота (Восточная Сибирь), колумбита (Нигерия, Плато 174
Джос), монацита (штат Каролина, США), алмазов (Якутия, Южная Африка), вольфрамита (Чулун-Хуриэтэ, МНР). Обычно эти россыпи характеризуются ограниченными размерами, круп- ной фракцией ценных компонентов и высоким их содержанием. Располагаясь на площади рудных месторождений или вблизи, они служат их прямым поисковым признаком. Аллювиальный тип россыпей имеет исключи- тельно важное промышленное значение в связи с широким пло- щадным распространением как современных, так и древних по- гребенных россыпей золота, платины, касситерита, ильменита, рутила, алмазов и других ценных минералов. Этот тип россы- пей, характеризующихся большой протяженностью, иногда на десятки километров, связан с деятельностью рек: размывом (эрозией), переносом и аккумуляцией материала. В результате неоднократного понижения базиса эрозии и врезания рек по- следовательно образуются русловые, долинные, террасовые и дельтовые россыпи. Они формируются при определенном соот- ношении скорости потока и фракционного состава аллювия. При этом происходит его расслоение по размеру, морфологии и плотности обломков. Ценные минералы накапливаются в ниж- них частях аллювия, в особенности на плотике. Плотик — это основание россыпи (рис. 3.25). Его поверх- ность может быть ровной, неблагоприятной для концентрации ценных минералов, или ребристой, способствующей задержива- нию тяжелой минеральной фракции, или закарстованной с гнездовым скоплением полезных минералов. Иногда за плотик ошибочно принимают глинисто-илистые отложения или скоп- ления крупно-обломочного материала. Такой плотик ложный. Залегающие на плотике валунно-галечные отложения с при- месью песчано-глинистого материала и ценных минералов в промышленно-значимых концентрациях называются песками. Мощность песков изменяется от десятых долей метра до не- скольких метров. Пески перекрываются так называемыми тор- фами, представляющими собой обедненные ценными минерала- ми песчано-глинистые осадки. Общая мощность аллювиальных россыпей достигает 20 м и более. Литоральный тип россыпей формируется в прибреж- но-морских условиях между линиями прилива и отлива или в зоне прибоя. Россыпи сложены хорошо отсортированным мате- риалом и могут содержать в промышленных концентрациях рав- номернозернистые окатанные зерна ильменита, магнетита, ру- тила, монацита, циркона и касситерита. Известны также при- 175
Рис. 3.25. Схематический разрез погребенной аллювиальной россыпи золота. По Ю.П. Казакевич. / — галечники; 2 — пески; 3— пески с обильной галькой; 4- морена; 5— илы; 6 — щебе- нистые отложения; 7—золотоносный пласт; 8— коренные породы брежно-морскис россыпи алмазов (Намибия), золота и платины (Аляска). Особенность россыпей этого типа — большая их про- тяженность в виде узких линз вдоль береговой линии, достигаю- щая иногда сотни километров, при мощности продуктивных линз всего лишь около 1 м. Ледниковый тип россыпей связан с переносом и отло- жением обломочного материала двигавшимся льдом и после- дующим перемывом этого материала. Практическое значение гляциальных россыпей невелико. Известны золотоносные, ал- мазоносные морены в США. При перемыве моренных отложе- ний образовались месторождения формовочных песков, золота и платины. Эоловый тип россыпей образуется вдоль морских побе- режий и в пустынях при перевевании песков. Примером явля- ются эоловые россыпи алмазов в Намибии. Россыпеобразующие формации и комплексы могут быть гео- логическими и рудными. В первом случае акцессорные минера- лы горных пород, подвергшихся физическому и химическому выветриванию, образовали концентрации ценных минералов в 176
россыпи. Во втором — выветриванию подверглись рудные (ко- ренные) образования. Связь с определенными рудными форма- циями и комплексами отчетливо проявлена на россыпях элюви- ально-делювиального типа. Аллювиальные россыпи могут формироваться на очень боль- шом удалении от продуцирующих их формаций с полной утра- той связи с ними. Источником ценных минералов литоральных россыпей могут быть аллювиальные образования прибрежных рек, делювий морских берегов и волноприбойный обломочный материал. Россыпеобразующие формации иногда проявлены вы- ходами рудных жил в клиффе. Еще сложнее связь ледниковых и эоловых россыпей с образующими их формациями. Она уста- навливается косвенно: по качественному составу ценных мине- ралов, габитусу их кристаплов, элементам-примесям и ряду дру- гих признаков. РОЛЬ ГЕОМОРФОЛОГИИ, ТЕКТОНИКИ, КЛИМАТА И ГИДРОГРАФИИ В ФОРМИРОВАНИИ РОССЫПЕЙ Помимо геологических и рудных формаций и комплексов, питающих россыпи обломочным материалом и ценными мине- ралами, большое влияние на процессы россыпеобразования оказывают геоморфологические, тектонические, климатические и гидрографические факторы. Благоприятным геоморфологическим условием формирова- ния россыпей в бассейнах рек является средне- и мелкогорный рельеф, когда в результате эрозионной деятельности рек созда- ются оптимальные для россыпеобразования равновесные про- дольные и поперечные профили. Каждому понижению базиса эрозии реки соответствует эрозионный цикл. Вначале интенсив- но углубляется русло реки, практически с полным выносом ма- териала, затем начинает преобладать боковая эрозия, сопровож- даемая сортировкой осадков и образованием россыпей. В даль- нейшем продольный профиль реки выравнивается и эрозионная деятельность затухает. В соответствии с характером эрозионной деятельности выде- ляются три зоны: 1) углубления долин; 2) расширения долин; 3) зрелых долин. В первой их них встречаются лишь террасовые россыпи, во второй — разнотипные аллювиальные образования, в третьей — русловые и долинные россыпи. При последующих эрозионных циклах происходит переотло- жение материала и формирование новых россыпей, дополни- 1 2 М .1 чю । ,'м 1 77
тельно обогащенных ценными минералами от размыва предше- ствующего цикла. Причем зона зрелых долин старого цикла смещается к истокам реки нового цикла (рис. 3.26). Формирова- ние литоральных россыпей протекает интенсивнее в условиях расчлененного прибрежно-морского рельефа с многочисленны- ми каньонообразными долинами рек. Россыпи гляциального типа — образования редкие. Они свя- заны с ледниковыми формами рельефа. Эоловые россыпи мор- ских побережий залегают в различных по форме дюнах. На геоморфологию (рельефообразование) определяющее влияние оказывают тектонические и климатические процессы. Изменение базисов эрозии, повторяемость эрозионных циклов обусловлены тектоническими блоковыми перемещениями, в особенности вертикальными. При интенсивном поднятии бло- ков формировались аллювиальные россыпи, а при постепенном их опускании и трансгрессии моря возникали прибрежно-мор- ские россыпи. С цикличностью эрозионно-аккумулятивных процессов связано омолаживание и обогащение россыпей. Климатические условия определяют интенсивность и соот- ношение физического и химического выветривания. В зонах хо- лодного климата, резких перепадов суточных температур и рас- пространения многолетней мерзлоты преобладает физическое, главным образом морозное, выветривание с образованием гру- бообломочного материала, с последующим его истиранием и грануляцией в процессе переноса речными потоками и обособ- лением ценных минералов в аллювиальных россыпях. Рис. 3.26. Геоморфологическая зональность. По В.И. Смирнову: I — зрелых долин нового цикла; //— расширения долин; Ш — углубления долин; IV— зре- лых долин старого цикла 178
Наиболее благоприятной для их формирования является зона умеренного климата, сочетающая физическое и химическое выветривание. В гумидных зонах с муссонным климатом, где интенсивно происходит химическое выветривание, сначала об- разуются коры выветривания, обогащенные ценными минерала- ми. Затем в случае их размыва и переотложения обломочного материала могут образоваться прибрежно-морские, реже аллю- виальные россыпи. Гидрографические и гидрогеодинамические условия оказы- вают влияние на процессы переноса и отложения обломочного материала. С сезонными колебаниями величины стока рек свя- зывают перемыв обломочного материала и образование аллюви- альных россыпей. Гидрогеодинамический фактор, обусловленный приливами и отливами, морскими течениями, различной плотностью воды, морфологией морского дна, преобладающим направлением вет- ра, влияет на формирование прибрежно-морских россыпей. МОРФОЛОГИЯ, РАЗМЕРЫ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ РОССЫПЕЙ АЛМАЗОВ, ЗОЛОТА, ИЛЬМЕНИТА И РУТИЛА Россыпные месторождения отличаются от коренных припо- верхностным залеганием и относительно простой морфологией продуктивных залежей, позволяющих их разрабатывать драж- ным, экскаваторным, бульдозерным или другими экономически эффективными способами. Не менее важной особенностью россыпей является простой состав ценных минералов, извлечение которых осуществляется в большинстве случаев дешевым и высокопроизводительным гра- витационным способом без предварительного измельчения об- ломочного материала. Наибольшее практическое значение и вы- сокую ценность имеют россыпи алмазов и золота, а также иль- менита и рутила. Россыпи алмазов образовались в результате интенсивно- го физико-химического выветривания алмазоносных кимберли- товых и лампроитовых, трубчатых и жилообразных тел, после- дующих процессов размыва, переноса и отложения продуктов выветривания. Известны элювиальные, делювиальные, аллювиальные и прибрежно-морские россыпи алмазов. Элювиальные россыпи залегают непосредственно на алмазоносных телах. От них в виде шлейфов по склонам водотоков спускаются делювиальные рос- 12' 179
сыпи и далее по речной гидросети развиваются аллювиальные россыпи. При транспортировке материала алмазы, как самые твердые минеральные образования, меньше всего подвергаются разрушению. Их концентрации увеличиваются в нижних частях россыпей и падают по мере удаления от кимберлитовых и лам- проитовых трубок. Известны древние ископаемые россыпи ал- мазов (Витватерсранд, ЮАР), в которых обломочный материал сцементирован и превращен в твердую породу, и современные россыпи, сложенные рыхлыми образованиями. Промышленное содержание алмазов изменяется от 0,05 до 1 кар. в 1 м3 песков. Метрический карат соответствует 200 мг. Спутни- ками алмазов являются пироп, ильменит, рутил, циркон, магне- тит, хромдиопсид, перовскит, шпинель и др. Золотоносные россыпи, как и алмазоносные, также могут быть элювиальными, делювиальными, аллювиальными и литоральными. Самые распространенные и значительные по размерам аллювиальные россыпи. В России имеются россыпи золота всех типов. Они находятся в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Широко известны россыпи бассейна р. Бо- дайбо (Ленский район), представляющего собой глубоко расчле- ненное низкогорье. Падение тальвега р. Бодайбо изменяется от 2 м/км в нижнем течении до 18 м/км в верховье. Россыпи зале- гают на террасах и в глубоких тальвегах (см. рис. 3.25). Длина террасовых россыпей сотни метров. Наибольшую промышленную ценность представляют погре- бенные россыпи. По гранулометрическому составу и окатанно- сти выделяются галечные, валунно-галечные и щебенистые пла- сты (рис. 3.27). В первых двух повышенные концентрации золо- та связаны с глинистым материалом, а в щебенистых пластах они приурочены к их нижней части. Россыпи ильменита и рутила являются основным ис- точником получения титанового сырья. Главное промышлен- ное значение имеют прибрежно-морские ильменит-рутил-цир- коновые россыпи, а также континентальные (аллювиальные и аллювиально-делювиальные) россыпи ильменита. В России преобладают древние погребенные россыпи мезокайнозоя. Со- временные прибрежно-морские россыпи крупных размеров распространены в Австралии, а также на восточном побережье Камчатки, на побережьях Балтийского, Черного и Азовского морей. Эти россыпи пока не находят практического использо- вания. 180
1 ЕЗ2 ЕЯ5 ЕЗ4 ЕЯ5 6 Рис. 3.27. Типы золотоносных пластов. По Е. Синюгиной’. а — галечно-валунный пласт; б — щебенистый пласт; в — концентрация золота в трещинах плотика; г — надплотиковая концентрация; д — многослойные галечно-валунные пласты; /—глины; 2—ил; 3— пески; 4—галька; 5—валуны; 6— гребни; 7—коренные породы; 8 — золото Россыпи формировались на платформах при денудацион- но-аккумулятивных процессах: прибрежно-морские в период трансгрессии моря, а континентальные россыпи в условиях рег- рессирующих морей. Прибрежно-морские россыпи представля- ют собой пластообразные переслаивающиеся залежи песков мощностью в десятки метров, протяженностью многие километ- ры при ширине в сотни метров. По составу они кварцевые. По- лезные минералы — ильменит, рутил, лейкоксен, циркон с раз- мером основной массы зерен 0,05—0,15 мм. Содержание тита- новых минералов изменяется от п • 10 до п - 100 кг/м3. Такие россыпи известны в бассейне р. Самоткань (Украина). Континентальные россыпи ильменита связаны с перемывом коры выветривания, развитой на ультраосновных и основных массивах и содержащей зерна ильменита. Россыпи формируют- ся в долинах рек. Продуктивные тела имеют форму лентовидных извилистых залежей с горизонтальной или косой слоистостью, сложенных кварцем, полевым шпатом и каолинитом. Содержа- 181
ние ильменита до 100—200 кг/м3. Примером служит Иршанская аллювиальная россыпь. Россыпи других ценных минералов: платины, касси- терита, вольфрамита, танталита и колумбита, монацита и пиро- хлора во многих районах земного шара уже отработаны. Россыпи платиновых минералов ассоциируют с дунитами и другими ультраосновными породами, слагающими обширные по площади массивы в гранулито-гнейсовых и зеленокаменных поясах, во внутриплитных рифтах, трапповых провинциях и зо- нах активизации (см. табл. 2.2). Известны элювиальные, делю- виальные и наиболее продуктивные аллювиальные россыпи Среднего Урала. Оловоносные россыпи в ряде стран до сих пор имеют важ- ное промышленное значение. Они образовались за счет вывет- ривания пегматитовых, грейзеновых и гидротермальных место- рождений олова. Известны континентальные и прибреж- но-морские россыпи. Элювиальные и делювиальные россыпи формировались в зонах гумидного климата. Мощность их дос- тигает п • 10 м. Среднее содержание касситерита составляет от 0,5 до 6 кг/м3. Совместно с касситеритом встречаются вольфра- мит, шеелит, киноварь, циркон, золото, магнетит, топаз и тур- малин. Аллювиальные россыпи характеризуются меньшими значениями мощности и содержания касситерита. Современ- ные россыпи этих типов известны на Чукотке (Пыркакайский рудный узел), в Якутии (многоярусная россыпь — Тенкели), в МНР (Модото). Среди прибрежно-морских россыпей, распространенных в Юго-Восточной Азии, все большее значение приобретают рос- сыпи погруженных на морское дно речных долин, вдающихся в море на 5—15 км от береговой линии. Россыпи вольфрамита, гюбнерита, шеелита, танталита и ко- лумбита имеют ограниченные размеры, что объясняется способ- ностью кристаллов этих минералов при переносе к переизмель- чению, т. е. к переходу в неизвлекаемые шламовые формы. Де- лювиально-аллювиальные вольфрамовые россыпи распростра- нены на жильных и штокверковых рудных полях Центрального Казахстана, Забайкалья и в Приморском крае. Россыпи танталита, колумбита и пирохлора аналогичного типа известны в Нигерии, Заире и Бразилии. Прибрежно-мор- ские россыпи монацита, содержащего редкие земли, распро- странены в КНДР, Индонезии, Индии и Бразилии. 182
Осадочные месторождения Класс осадочных месторождений самый многочисленный. Его месторождения ассоциируют с литологическими формация- ми, избирательно приуроченными к определенным фациям, от- ражающими динамику ландшафтных преобразований. Эти пре- образования вместе с энергией Солнца и положением породно- го субстрата в глобальных геоструктурах служат энергетически- ми факторами формирования осадочных месторождений. В глобальных геоструктурах — на континентах, в океанах и переходных между ними зонах выделяются характерные терри- генные формации и фациальные комплексы различных геодина- мических обстановок, и соответствующие им стуктурно-геомор- фологические типы, и связанные с ними формации полезных ископаемых (см. табл. 2.7). По этим признакам рассмотренные стратиформные и россыпные месторождения могли бы отно- ситься также к осадочным образованиям. Однако стратиформное рудообразование обнаруживает связь с эндогенными процессами, а россыпи не утратили полностью связь с россыпеобразующими рудными формациями и комплек- сами. В этом классе рассматриваются месторождения, сформи- ровавшиеся в результате экзогенных процессов седиментогенеза и возможных последующих диагенетических и катагенетических изменений осадков и полезных в них образований, не связан- ных с конкретными их источниками. К таким образованиям от- носятся месторождения механических и гидрогенных осадков, вулканогенно-осадочные и биогидрогенные месторождения. МЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ВЕЩЕСТВА В ПРОЦЕССЕ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ. ДИАГЕНЕЗ И КАТАГЕНЕЗ Седиментогенез — это образование осадка, включающее за- хват и перенос водными потоками продуктов выветривания в виде механических взвесей, катящихся обломков, растворимых веществ с последующим их осадконакоплением на дне водо- емов. Продукты выветривания, переносимые водными потоками механическим путем, т. е. в нерастворенном виде, осаждаются в определенной закономерной последовательности, обуслов- ленной величиной и формой частиц, их плотностью и измене- нием энергии потока. Такая сортировка обломочного материа- ла называется механической дифференциацией. Первыми, по 183
крупности обломков, прекращают перемещение глыбы и валу- ны, затем галька, щебень, гравий и песок, далеко уносятся гли- нистые частицы. При этом происходит также сортировка об- ломков по форме и плотности. При равных размерах крупные окатанные частицы переносятся донными течениями дальше, чем слабоокатанные. Мелкочешуйчатые минералы легче переносятся во взвешен- ном состоянии, чем округлые зерна. Еще более четкое разделе- ние обломков происходит по их плотности. В первую очередь вместе с крупнообломочным материалом выпадают минералы тяжелой фракции. Затем осаждается мелкообломочный матери- ал с невысокой плотностью частиц. Очень мелкие частицы неза- висимо от плотности уносятся водными потоками и ветрами на большие расстояния. Увеличение скорости потока до опреде- ленных значений приводит к возрастанию роли механической дифференциации. Основная масса обломочного материала сносится в море, где происходит его гранулометрическая сортировка: вблизи берего- вой линии откладывается крупнообломочный материал (галеч- ник, гравий и песок), причем от побережья до глубины 20 м на- блюдается постепенное уменьшение размеров частиц, связанное с регулирующим воздействием волновых движений. Далее во внешней части шельфа осаждаются алевритовые частицы, а во внутренней — пелиты (частицы менее 0,01 или 0,001 мм). Механическая дифференциация в действительности протекает сложнее, поскольку зависит также от особенностей рельефа дна бассейна, его размеров, глубины зоны взмучивания и гидроди- намического режима. Реки выносят в бассейны в виде механи- ческих взвесей основную массу глинистого материала, большую часть железа, марганца, фосфора, хрома, никеля, кобальта, меди и ванадия. Меньшая часть этих компонентов поступает в водо- емы в форме коллоидных растворов. Химическая дифференциация вещества осуществляется в зонах гумидного и аридного климата, протекая одновременно с меха- нической дифференциацией. Согласно схеме Л.В. Пустовалова, растворенные вещества химически последовательно осаждаются под влиянием изменения pH и Eh морской среды. Вначале должны выпадать в осадок оксиды, затем фосфаты, силикаты, карбонаты и в конце садки — сернокислые и галоидные соли. Эта схема подверглась критике со стороны Н.М. Страхова и других геологов. С учетом сделанных замечаний можно пола- гать, что такая дифференциация осадочных веществ в полном 184
виде в природе маловероятна, поскольку климатические зоны имеют различную специализацию процессов выветривания. Кроме того, важную роль играет жизнедеятельность морских ор- ганизмов, определяющих накопление органики, осаждение кар- бонатов, кремнезема и фосфатов. В зонах гумидного климата при коагуляции коллоидных рас- творов происходит осаждение бокситов, железа, марганца, а в зоне аридного климата — меди, свинца и цинка, образующих стратиформные месторождения. С осолонением бассейна здесь связана последовательная садка ангидрита, галита и калийных солей. Большую роль в осадочном рудообразовании, по мнению Н.М. Страхова, играют диагенетические процессы. Многие руд- ные образования, входящие в состав осадка, возникают в про- цессе его диагенеза. Диагенез — это образование неустойчивого первичного осад- ка, сильно обводненного и богатого органическим веществом, в осадочную породу. При этом продолжается химическая диффе- ренциация вещества. В верхней оксидной зоне возникают кон- центрации гидроксидов железа и марганца, а в нижней восста- новительной зоне образуются залежи сидерита, силикаты желе- за, карбонаты марганца, желваковые фосфориты, сульфиды же- леза, меди, свинца и цинка. Дальнейшее окаменение осадков, связанное с возрастанием давления и температуры, переходит в стадию катагенеза и сопровождается отложением из осолонен- ных растворов флюорита, целестина, гипса и ангидрита. Твер- дые органические вещества могут трансформироваться в газ и нефть. Месторождения механических осадков К месторождениям механических осадков относят достаточ- но крупные природные скопления гальки, щебня, гравия, пес- ков и глин, находящихся в благоприятных горно-геологических и инженерно-гидрогеологических условиях. Заметим, что рос- сыпные месторождения наделены всеми признаками месторож- дений механических осадков, имея с ними много общих усло- вий образования. Для отличия месторождений механических осадков от россыпей их называют обломочными осадочными. Они образовались в результате гранулометрической сортировки обломков водными потоками, ледником и ветром. 185
В зависимости от форм сортировки и места образования об- ломочные осадочные месторождения могут быть элювиальными, делювиальными, пролювиальными, аллювиальными, озерными, морскими, флювиогляциальными и эоловыми. Они образуются на платформах и в складчатых областях. По времени формирова- ния выделяют дочетвертичные, древнечетвертичные и современ- ные месторождения. Чем древнее обломочный материал, тем он более уплотнен. Однако качественная характеристика его состава со временем могла существенно улучшиться. К элювиальным образованиям относятся месторождения дресвы и песка, представляющие собой продукты физического выветривания различных горных пород. Дресва состоит из не- окатанных обломков размером от 1 до 10 мм, а песок представ- лен крупной разновидностью с диаметром от 0,5 до 1 мм. Делювиальные и пролювиальные отложения представлены всеми видами обломочных пород. С аллювиальными, озерными, морскими и ледниковыми образованиями связаны месторожде- ния гравия, песков и глин. Среди эоловых отложений полезны- ми могут быть пески и лёсс. Обломочные осадочные месторождения служат источником получения сырья для строительных материалов. Месторождения гидрогенных осадков Гидрогенные осадки формируются на дне водоема в резуль- тате химического осаждения минеральных веществ из истинных и коллоидных растворов и могут представлять собой полезные ископаемые. Их месторождения называют также хемогенными или химическими. При образовании таких месторождений часть веществ осаждается из механических взвесей. Осадки из истин- ных растворов слагают месторождения различных минеральных солей, гипса, ангидрита, боратов, барита и целестина. В процес- се коагуляции коллоидных растворов и осаждения тонкодис- персных взвесей возникают месторождения бокситов, железных и марганцевых руд. Месторождения — производные истинных растворов — об- разуются в аридном климате при засолонении лагун и других прибрежных морских бассейнов, когда происходит интенсивное испарение, преобладающее над осаждением. Как известно, мор- ская вода имеет среднюю соленость 3,5 %, что составляет 35 г солей на 1 л, и представляет собой истинный раствор в основ- 186
ном хлоридных, сернокислых и углекислых соединений натрия, калия, магния и кальция, на долю которых приходится 3,05 %. Привносимые с притоком воды из моря через узкие проливы (горловины) и барьерные рифы (рис. 3.28) растворенные мине- ральные вещества при постоянном объеме воды в лагуне увели- чивают концентрацию раствора, доводя ее до перенасыщения. И тогда сезонные колебания температуры приводят к осаждению из него значительной части минеральных веществ, называемых эвапоритами. Такие морские бассейны формируются при мед- ленном тектоническом опускании прибрежных участков. Осаждение минеральных веществ в солеродных бассейнах происходило в последовательности, обратной их растворимости. При достижении солености 15 % осаждаются карбонаты каль- ция и магния с последующим диагенетическим преобразовани- ем их в кальцит и доломит. В интервале солености 15—27 % вы- падал в осадок гипс. При дальнейшем повышении концентра- ции в осадок переходили глауберит, гейлюсит, мирабилит и те- нардит, сода, астраханит и начинали формироваться толщи га- лита (рис. 3.29). В результате полного испарения воды происходила садка сильвина — КС], бишофита — MgCl2 • 6Н20 и других солей ка- лия и магния. Они могли сохраниться, т. е. перейти в ископае- мое состояние в случае перекрытия их слоем водонепроницае- мых пород. Эвапоритовые месторождения могут быть представлены ис- копаемыми залежами минеральных солей или связанными с ними подземными соляными водами и рассолами, природными соляными рассолами и залежами минеральных солей в совре- менных морских или континентальных бассейнах. Рис. 3.28. Условия образования галогенной гипсовой формации. Австралия. По А.Д. Стюарту. 1 — цоколь; 2 — битуминозные доломиты; 3 — гипсы; 4 — рифовая брекчия; 5 — риф (строматолиты); 6 — известковые песчаники 187
1 YZA2 M5 Рис. 3.29. Схема галогенеза в современных озерах засушливой зоны. По Н.М. Страхову. /а — сильно содовые; /б — умеренно содовые; /в — слабо содовые; сульфатные образова- ния: //а — магниево-кальциевые; /// — хлоридные озера. Стадии: 1 — карбонатная; 2 — сульфатная; 3 — хлоридная; 4 — сульфатные образования с большой примесью сульфатов натрия Ископаемые залежи минеральных солей достигают мощно- сти нескольких сот метров. Такие мощные залежи формирова- лись в длительно развивавшихся краевых прогибах и во впади- нах фундамента и чехла платформ. Максимумы солеобразования приходились на позднюю стадию тектонических этапов. Круп- ные месторождения калийных солей сформировались в поздне- девонское время. На территории Республики Беларусь они при- урочены к Припятскому прогибу (рис. 3.30). Это месторождения Старобинское и Петриковское. Самым солепродуктивным явился пермский период, когда на завершающей стадии герцинского этапа сформировались уникальные месторождения калийных солей на западном склоне Урала (Верхнекамское и Соликамское), каменной соли в Дон- бассе (Славяно-Артемовское). 188
M' V//A21?ХР ЖЖ ЕКЗ5 Рис. 3.30. Схематический разрез соленосной формации Припятского прогиба. По И.И. Зеленцову'. 1 — мезокайнозойские отложения; 2—4— верхнедевонские отложения (2— глинисто-мер- гелистый горизонт; 3 — соленосный горизонт; 4 — пласты калийных солей); 5 — индексы пластов Соляные тела имеют пластовую, пласто- и линзообразные формы, чаще горизонтальное или слабонарушенное залегание, реже складчатое. Соленосные залежи распространяются на пло- щадях в десятки и даже сотни квадратных километров, достигая мощности 800—1000 м. Однако мощность продуктивных соле- носных горизонтов составляет первые метры. Во многих облас- тях развита солянокупольная тектоника. Ядра соляных куполов представлены вертикально вытянутыми, иногда на несколько километров, штоками сложной формы. Шток представляет собой соляной массив цилиндрической формы, высота которого значительно больше его диаметра. На поверхности они имеют округлую или овальную форму и разме- ры п • 10 км2. Только в Прикаспийской низменности известно более 300 соляных куполов и штоков пермского возраста. Состав солей на многих месторождениях комплексный: со- вместно залегают пласты каменной, калийной и магниевой хло- ридных солей, иногда на толщах ангидритовых и гипсовых по- род. Месторождения ископаемых солей иногда содержат в зна- чительных количествах бор. В карбонатных толщах образова- лись пластовые залежи барита. 189
Месторождения подземных соляных вод и рассолов извест- ны в районах развития ископаемых солей. В России это в ос- новном источники хлоридных вод, например рассолы, выкачи- ваемые из недр Верхнекамского соляного бассейна. Из рассолов получают поваренную соль. Попутные полезные компонен- ты — хлористый кальций, магний, йод, бром. Современные морские соляные месторождения приурочены к мелководным лагунам, заливам и лиманам, постепенно утра- чивающим связь с морем и находящимся в зоне жаркого и сухо- го климата. Соли находятся в растворах и рассолах, а также об- разуют донные залежи выпавших из них твердых солей. Приме- ром служат лиманы Крыма, Сиваша, залив Кара-Богаз-Гол, обеспечивающий потребности различных отраслей промышлен- ности в тенардите — Na2SO4 и мирабилите — Na2SO4 • ЮН2О. Континентальные соляные месторождения возникают в про- цессе выщелачивания подземными водами ископаемых солей, при последующем выносе и отложении их в бессточных озерах. В странах СНГ пояс соляных (хлоридных, сульфатных и содовых) озер протягивается в широтном направлении от устья р. Дунай до Забайкалья. В соляных водах некоторых озер содержатся йод и бром, а в поверхностной и межзернистой рапе литий. Среднее содержание лития в рапе составляет 0,015 %, доля в мировых запасах 43,4 % и добыче 49 %. В озере Сильвер-Пик (США) содержание лития 0,04 %. Запасы оценивают в 3,5 млн т. Месторождения — производные коллоидных осад- ков — образовались в результате выноса поверхностными и грунтовыми водами с водозаборной площади, находившейся в зоне гумидного климата, рудных компонентов в форме тонких взвесей, коллоидных и истинных растворов и последующего их отложения в водных бассейнах. Таким путем сформировались месторождения бокситовой, железорудной и марганцевой фор- маций. Благоприятными для бокситов исходными рудопродуцирую- щими породами являются кислые и щелочные породы, а для железа и марганца — основные. Алюминий переносится в фор- ме гидроксида в кислых (pH 4) или сильно щелочных (pH 9,5) растворах и выпадает в осадок первым. Вслед за ним осаждают- ся гидроксиды железа и марганца. Для этих руд характерно оолитовое строение. Оолиты — это мелкие (0,1 — 1 мм, иногда до 2—4 см) шаро- видные или эллипсоидальные образования, обладающие кон- центрически-слоистым строением. 190
Далее от береговой линии бассейна в сторону распростране- ния глубоководных осадков при pH 4—6 осаждаются силикаты железа (шамозит и тюрингит) и манганит — МпО2 • Мп(ОН)2, еще далее в условиях нейтральной среды образуются сиде- рит — РеСОз и родохрозит — МпСО3. Разложение органических веществ без доступа кислорода протекает с выделением H2S. В этих условиях образуются сульфиды железа — пирит и марказит. Бокситовая формация. Осадочные месторождения бок- ситов по условиям образования подразделяются на платформен- ные и складчатые, а по минеральному составу — на диаспоро- вые, бемит-диаспоровые и гиббситовые, или гидраргиллитовые. Платформенные месторождения залегают в терригенных толщах и представлены в основном гидраргиллитовыми разностями, а складчатые месторождения приурочены к карбонатным породам и сложены пластообразными бокситами диаспорового и бёмит-диаспорового состава. Бёмит и его кристаллическая фор- ма — диаспор имеют одинаковый состав — А120з • Н2О, гиббсит (гидраргиллит) — А12Оз • ЗН2О. Платформенные месторождения бокситов — это преимуще- ственно озерно-болотные образования, развитые в краевых час- тях синеклиз в эрозионно-тектонических депрессиях, зонах со- членения платформ со складчатыми структурами. Такие место- рождения раннекаменноугольного возраста расположены на се- веро-западной окраине Московской синеклизы (Тихвинские и Северо-Онежские группы месторождений). Месторождения бокситов складчатых областей формирова- лись в мелководных морских фациях в период перерыва осадко- накопления. Пласты бокситов залегают выше поверхности несо- гласия. Вместе с вмещающими толщами карбонатных пород они подверглись тектоническим дислокациям. Такие месторождения известны в Северо-Уральском бокситовом районе — Красная Шапочка, Кальинское, Черемуховское и др. Часто бокситы за- легают в понижениях закарстованной поверхности известняков (о. Ямайка). Железорудная формация. Осадочные месторождения железных руд могут быть аллювиальными, дельтовыми, лиман- ными и прибрежно-морскими. По минеральному составу выде- ляют оксидные, карбонатные и силикатные руды. Эти месторо- ждения имеют большую площадь распространения пластовых руд: десятки километров в длину и несколько километров в ши- рину, при мощности пластов в десятки метров. 191
Осадочные месторождения железных руд формировались в различные геологические эпохи. Месторождения железистых кварцитов (Кривой Рог, КМА, озеро Верхнее в США) образо- вались за счет метаморфизма докембрийских осадочных обра- зований. Несколько эпох образования осадочных месторожде- ний отмечено в фанерозое. Самой продуктивной является оли- гоцен-четвертичная эпоха экзогенного рудообразования. Толь- ко в Западно-Сибирском палеогеновом железорудном бассейне учтено 700 млрд т прогнозных ресурсов с содержанием железа 30—40 %. В неогене образовались платформенные месторожде- ния Керченского, а в позднем мелу Аятского (Тургайский про- гиб) бассейнов. Осадочные континентальные месторождения представлены гидро-гётитовыми, бобово-оолитовыми, озерно-болотными ру- дами различного состава: известны юрские мелкие месторожде- ния в Тульской и Липецкой областях, довольно крупные олиго- ценовые аллювиальные месторождения в Тургайском прогибе в Казахстане (Лисаковское, Октябрьское, Шиелинское). Такие руды продолжаю! формироваться в настоящее время. Марганцевая формация. Осадочные месторождения марганцевых руд по сравнению с оксидными железными рудами смещены в сторону глубоководной зоны. Это объясняется боль- шей подвижностью марганца, по сравнению с железом. Однако площадь распространения марганца меньше. Месторождения марганца связаны с гл ин исто-карбонатными формациями и ха- рактеризуются многослойным строением рудоносных толщ. Марганцевые рудные тела по размерам почти на порядок мень- ше железорудных, они также имеют пластовую, пластообразную и линзовидную формы и различный минеральный состав. Выде- ляют оксидные, гидроксидные, карбонатно-оксидные марганце- вые и оксидные железомарганцевые руды. Наиболее важное практическое значение имеют оксидные и гидроксидные руды, сформировавшиеся в олигоценовое время (месторождения Никопольское и Больше-Токмакское в Украи- не и Чиатурское в Грузии). Отметим, что самые крупные в мире олигоценовые осадочные месторождения с запасами марганца в п млрд т находятся в северном полушарии, протягиваясь в виде субширотной полосы из Болгарии через Украину, Кавказ, За- каспий, Восточную Сибирь вплоть до Камчатки, не подчиняясь ни характеру тектонических структур, ни палеогеографическим особенностям территорий. 192
Глубоководные железомарганцевые конкреции. В последние десятилетия все большее внимание исследователей уделяется изучению глубоководных железомарганцевых образо- ваний, возникающих на дне современных океанов в рифтовых зонах и на склонах поднятий, на глубине от 0,8—4,2 до 6 км. Они представляют собой конкреции и рудные корки. Конкре- ции имеют сферическую, лепешковидную, желваковую, грозде- видную и плитчатую формы размером в поперечнике 1—10 см. Толщина рудных корок на подводных вулканитах 2—3 см. Хотя среднее содержание марганца в конкрециях составляет около 18,6 %, а железа— свыше 12 %, основной практический инте- рес в них представляют другие металлы (%): кобальт 0,27, ни- кель 0,66, медь + никель 1,12. Концентрация таких конкреций на глубине 4270 м достигает 10 кг/м2. Средние содержания марганца, никеля + меди в конкрециях Тихого океана выше соответственно в 1,42 и 2,36 раза, чем в конкрециях Атлантического океана, и в 1,12 и 1,5 раза, чем в конкрециях Индийского океана. В океанических конкрециях обнаружено около 60 химиче- ских элементов. В конкрециях, содержащих 0,5 % кобальта, от- мечаются наиболее высокие содержания Ti, V, Y, Zr, La, Се, Pb, Sr и Р, а в конкрециях с суммой никеля и меди более 1,8 % —высокие концентрации Mo, Sc, Сг и Zn. Прогнозные ресурсы железомарганцевых конкреций составляют триллионы тонн. Формирование железомарганцевых конкреций происходи- ло в течение всего четвертичного периода. Биогенные месторождения Биохемогенные, или биохимические, месторождения сфор- мировались при участии органических соединений, концентри- ровавших различные, в том числе полезные, компоненты. В результате физико-химических преобразований этих соедине- ний в минеральную форму произошло накопление биогенных полезных ископаемых. Среди них ведущее место по распростра- ненности и общей массе занимают органогенные известняки, кремнистые образования, фосфориты и сера. Биогенное проис- хождение имеют также горючие ископаемые (каустобиолиты). Органогенные известняки представлены фанерозойскими уп- лотненными толщами ракушняка, строматолитов и писчего мела (месторождения Крыма, Молдавии, КМА). 13 м 193
Кремнистые образования — диагенетически измененные ско- пления скелетов диатомей и радиолярий (Украина). Фосфориты — аморфные или скрытокристаллические фос- фаты кальция. Широко распространены пластовые и желвако- вые (конкреционные) фосфориты. Первые из них образовались в морских фациях умеренных глубин и представлены сплошны- ми богатыми фосфором пластами, например месторождения Ка- ратауской группы в Казахстане. Желваковые фосфориты пред- ставляют собой конкреции округлой формы размером более 2 мм. Они слагают бедные и маломощные платформенные ме- сторождения егорьевского типа (Московская синеклиза). Сера биохемогенная образовалась в морских бассейнах в результате преобразования сульфатов и возникновения серово- дорода под действием анаэробных бактерий, его миграции в ки- слородную зону, последующего окисления или разложения при участии аэробных бактерий (месторождение Гаурдакское в По- волжье). Каустобиолиты — минеральные образования существенно органического состава. Среди них выделяют каустобиолиты нефтяного (битумного) ряда, обладающие миграционной спо- собностью, и твердые каустобиолиты угольного ряда, сформиро- вавшиеся сингенетично осадконакоплению. Месторождения углеводородов Углеводородная группа включает месторождения нефти, природного газа и производных от них твердых битумов. Пред- ставление о генезисе углеводородов основаны на двух принци- пиально различных подходах — неорганического и органическо- го происхождения. С первым из них связана широко известная карбидная гипотеза Д.И. Менделеева, согласно которой нефть и газ образуются при химическом взаимодействии расплавленных карбидов металлов и воды на больших глубинах. Менее попу- лярны гипотезы образования углеводородов в генетической свя- зи с расплавами магмы или космопланетарными процессами. Заслуживают внимания модель «водородного дыхания мантии» через глубинные разломы и последующего взаимодействия во- дорода с углеродными соединениями земной коры, а также роль генерированного мантией флюидного и теплового потока в пре- образовании погребенного органического вещества в газообраз- ные и жидкие углеводороды. 194
В теории биогенного генезиса наибольшую доказательность имеет модель сапропелевого смешанного растительно-животного происхождение нефти. Изначально при отмирании живых орга- низмов, которые состоят из протеинов, углеводов, липидов и лигнина, в бескислородной водной среде в связи с глинистыми частицами происходит их седиментация с образованием мате- ринских пород и керогена. Кероген — это органические компоненты осадочных толщ, в отличие от битумов нерастворимые в органических и щелочных растворителях. Керогена в 1000 раз больше, чем угля и нефти. Образование углеводородов в осадочных породах связано с процессами диагенеза, категенеза и частично метагенеза под воздействием температуры, давления, растворов и биогеохими- ческих факторов. В ходе этих процессов органические вещества трансформировались на стадии диагенеза — в метан и ранний газ, на стадии категенеза — в нефть, жирный газ и конденсат; при метагенезе продолжалось образование конденсата и метана. Таким образом, образовавшиеся углеводороды находились в материнских породах глинистого состава в диффузионно-рассе- янном состоянии. Затем под действием капиллярных и гравита- ционных сил переместились в породы повышенной пористости и проницаемости, формируя в структурных ловушках промыш- ленно значимые залежи: нефтяные, газовые и нефтегазовые (рис. 3.31).Такие благоприятные для нефтегазонасыщения поро- ды называются коллекторами. Основными типами коллекторов являются: терригенный, карбонатный, смешанный, реже глинистый и вулканогенно-оса- дочный. Коллекторы перекрываются слабо проницаемыми по- родами, служащими покрышками либо экранами, образуя при- родные резервуары. Наглядным примером литолого-структурного контроля нефтеносных резервуаров могут служить месторожде- ния нефти юга Западной Сибири (рис. 3.32). Покрышки и толщи пород, играющие роль экранов, могут быть по литологическому составу — глинистыми, соленосными, карбонатными, кремнистыми и др.; по масштабности — локаль- ными, зональными и региональными. По своей морфологии нефтегазоносные залежи подразделяются на три основных типа: антиклинальные, синклинальные и моноклинальные. В качестве ловушек выделяют сводовые, выклинивающиеся, линзы седиментационные, выветривания и тектонической тре- щиноватости, флексурные изгибы, эрозионные и выклиниваю- щиеся биогенные выступы.
Рис. 3.31. Модель нефтегазовой залежи. По Ф.А. Гришину а~ разре), — план; 7, 2--контуры нефтеносности (7 — внешний, 2 — внучрснний); 3,4- контуры газоносности (3 — внешний, 4 — внутренний); 5, 6 — контуры среза залежи тектоническим нарушением (5—внутренний контур, 6—внешний); 7—10— зоны залежи (7—газовая; газонефтяная; 9— нефтяная; 10— водонефтяная) Экранирование может происходить по тектоническому нару- шению либо поверхности несогласия, либо осуществляться ядром диапира. Среди различных типов резервуаров выделяются пластовые, массивные и литологически ограниченные. Вместилищем резер- вуаров являются осадочные бассейны, число которых в мире достигает 600. Нефтегазоносные осадочные бассейны слагаются наземными и морскими терригенными, карбонатными, эвапоритовыми, уг- леносными, реже флишевыми формациями и размещаются в различных геодинамических обстановках: 196
Рис. 3.32. Геологический разрез нижнеюрских отложений и приконтактной зоны фундамента юга Западной Сибири. По В С. Суркову и др. (1999): 1 — известняки; 2 — терригенные отложения, местами угленосные; 3— глинистые горизон- ты; 4 - песчаные горизонты (а — песчаные пласты; б — глинисто-алевритовые прослои); 5 — кора выветривания; 6 — залежи нефти о на шельфах пассивных окраин континентов и окраинных морей; о во внутриконтинентальных впадинах (авлакогенах, синек- лизах и рифтогенных зонах); ® в межгорных и предгорных впадинах и краевых прогибах, расположенных в коллизионных зонах; • в складчатых покровно-надвиговых поясах. В аналогичных геодинамических обстановках и геологиче- ских формациях могут залегать месторождения угля, горючих сланцев, галита, калийных солей, фосфоритов, а также марган- ца, железа, бокситов, стратиформные залежи свинца, цинка, меди, сурьмы и ртути (см. табл. 2.7). По фазовому составу (жидкие, газовые, твердые) выделяются следующие типы углеводородов: нефтяные, газовые, газонефтя- ные, нефтегазовые, газоконденсатные, нефтегазоконденсатные и твердые битумы. В этой природной цепи углеводородов (наф- тидов) рассмотрим основные свойства главных из них — нефти, газа и твердых битумов, отвечающих общей формуле C„H2„ + 2 (для алканов и парафинов). 197
Нефть (и 5—16) — маслянистая жидкость, состоящая в ос- новном из углеводородов метанового, нафтенового и ароматиче- ского рядов с примесью сернистых, незначительных по массе азотистых и кислородных соединений. Различают легкую и тя- желую нефть. Первая состоит в основном из легких фракций жидких углеводородов и газа, вторая — из тяжелых фракций, в растворе которых содержатся твердые битумы. По плотности (кг/м3) легкие нефти менее 870, тяжелые более 910. Промежуточное положение 870—910 занимают переходные между ними разности — средние нефти. По содержанию серы (%) выделяются нефти: малосернистые (менее 0,5); сернистые (0,5—1,9); высокосернистые (более 1,9). По вязкости (мПа • с) различают нефти: маловязкие (менее 5), средневязкие (5—10), повышенной вязкости (10—30), высо- ковязкие (более 30). Тяжелые нефти характеризуются высокими показателями содержания серы и вязкости. Теплота сгорания нефтей (МДж/кг): легкой (47—44), тяже- лой (43—42). Природные газы (п 1—4) встречаются в осадочных бассейнах в виде обособленных залежей или насыщают залежи нефти, или образуют над ними газовую шапку. Главным компонентом природного газа на большинстве ме- сторождений является метан, содержание которого может дос- тигать почти 100 %. Его гомологами являются этан, пропан, бу- тан при их содержании до 15—20 %. В метановом газе содержит- ся азот (не более 5 %), кислые компоненты HjS и СОг обычно ниже 0,5—1 % объемного состава газа. Кроме чистометановых залежей выделяются углекислые, со- держащие в значительных количествах сероводород и углекис- лый газ. В азотистых залежах сопутствующими полезными ком- понентами являются гелий и аргон, среднее содержание кото- рых на самом крупном в США месторождении Панхендл-Хью- готон составляет соответственно 5,2 %, азота 25 %. Растворен- ный в жидкой фазе газ увеличивает ее объем и учитывается че- рез объемный коэффициент пластовой нефти. Теплота сгорания газа в среднем 38—40 МДж/кг. Она зави- сит от вида углеводородов и состава других составляющих. Твердые битумы (п 17—35) включают гидраты метана или клатраты и семейство битумов (асфальтовые пески и битуминоз- ные сланцы). Согласно А. Перродону [24], при температурах ниже 0 °C и давлении ниже 25 бар гидраты метана выпадают в осадок и кристаллизуются в виде гидрата или клатрата. С повы- 198
шением давления повышается температура кристаллизации. С этими процессами связывают скопление гидратов метана и газа в Арктических осадочных бассейнах. Битумы — это вязкие соединения, состоящие из тяжелых уг- леводородов и небольшого количества сернистых и азотистых соединений, а также смол, асфальтенов и карбенов. В асфальте- нах отмечаются концентрации ванадия и никеля. Вязкость биту- мов превышает 104 с Пз, плотности около 1. Жидкие битумы содержат в основном нефть. Твердые биту- мы представлены воском, асфальтами и асфальтитами. Эти ве- щества входят в состав асфальтовых песков и битуминозных сланцев. Битумы могут быть как природными, так и технологически- ми продуктами, получаемыми при перегонке тяжелых сортов нефти. Нефтегазоносные залежи приурочены преимущественно к антиклинальным и куполовидным структурам. Часть из них ло- кализована в сводовой части таких структур либо с ненарушен- ным строением, либо осложненных разрывными нарушениями, диапиризмом или вулканогенными образованиями. Другие зале- жи являются висячими, тектонически экранированными, блоко- выми или приконтактовыми (рис. 3.33). Те и другие формируют месторождения в чехле платформ и верхнем структурном ярусе складчатых областей. Их запасы обусловлены формой, площа- дью, мощностью, коллекторскими свойствами, нефтегазонасы- щенностью пластов. Извлекаемые запасы нефти и конденсата обычно составляют менее половины запасов в недрах. Рис. 3.33. Структурно-генетические модели нефтегазовых залежей. По Ф.А. Гришину: а — сводовые залежи; б — висячие; в — тектонически экранированные (блоковые); г — при контактовые (с соляными штоками, диапирами или вулканогенными образования- ми); вверху — разрезы; внизу планы структур в изогипсах с проекцией на них нефтегазовых залежей 199
Крупнейшие в мире месторождения нефти Большой Бурган (Кувейт), Гхавар (Саудовская Аравия) имели запасы соответст- венно 15 и 12 млрд т. Нефтенасыщенными горизонтами являют- ся: в первом месторождении — нижнемеловые песчаники, во втором — верхнеюрские доломитизированные известняки. Ха- рактеристика нефтегазоносных осадочных бассейнов России приводится в разд. 6.3.2. Месторождения твердых каустобиолитов ОСНОВНЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ УГЛЕНАКОПЛЕНИЯ На начальном этапе углеобразования, длившемся десятки тысяч лет, в биосфере происходила седиментация комплексных органических и минеральных веществ. Исходными органиче- скими веществами были простейшие планктонные водоросли и наземно-болотная растительность. Накопление органической массы протекало в обводненной среде при ограниченном досту- пе свободного кислорода. При разложении водорослей на дне водоемов и смешении их с глинистыми частицами образуется гнилостный ил в виде студенистой массы, называемой сапропе- лем. С отмиранием наземно-болотной растительности связано образование торфа и накопление гумусовых веществ. Благопри- ятными условиями для торфообразования служат болота со стоячей, практически бескислородной водой. Основными составными компонентами растительной массы являются целлюлоза и лигнин. При торфообразовании происхо- дят их разложение и усвоение микроорганизмами. Этот процесс называется гумификацией. В начальной стадии он протекает в аэрируемой среде, а в дальнейшем, после погружения торфяни- ка ниже уровня грунтовых вод, при участии анаэробных бакте- рий и с образованием из лигнинно-целлюлозных веществ гуми- новых кислот. Таким образом, торф — это гумитовое горючее ископаемое, являющееся, как и сапропель, промежуточным об- разованием на пути к углю. На следующем этапе продолжительностью многие миллионы лет в литосфере в процессе диагенеза под действием физико-хи- мических и геохимических факторов началась углефикация сла- болитифицированных отложений с образованием бурого угля. 200
Рис. 3.34. Фрагмент структуры Кузбасса в разрезе. По В.И. Яворскому. 7 — переслаивание песчаников с аргиллитами и алевролитами (С3); 2— песчаники с про- слоями аргиллитов и алевролитов (Pi); 3 — угольные пласты; 4— разрывные нарушения При этом важную роль играли процессы гелификации, фюзени- зации, битуминизации и элювиации. Гелификация — процесс превращения растительной и торфя- ной массы в коллоидальное вещество гель. Фюзенизация — увеличение количества углерода и почерне- ние остатков лигнинно-целлюлозных тканей растений и продук- тов гелификации в результате их окисления с сохранением фрагментов изначального строения. Битуминизация — это процесс восстановительного преобра- зования на стадии эпигенеза сапропелевого органического ве- щества в углеводороды (битумы), богатые водородом. Элювиация — процессы привноса и выноса, приводящие к накоплению липоидных жироподобных и других компонен- тов. Угленакопления происходили в ритмически сложенных тер- ригенных и карбонатно-терригенных формациях. Соответствен- но выделяются два угленосных ряда — лимнический и паралли- ческий. Лимнический ряд включает внутриконтинентальные месторо- ждения углей озерно-болотных фаций. К ним относятся Под- московный, Канско-Ачинский и другие угленосные бассейны бурых углей. Месторождения параллического ряда формировались преиму- щественно в палеозое в прибрежно-морских фациях. Они харак- теризуются большой мощностью и дислоцированностью (рис. 3.34) и метаморфизмом угленосных отложений с многочислен- ными маломощными пластами угля и значительной протяжен- ностью. Такие месторождения образуют угольные бассей- ны — Донецкий, Печорский, Карагандинский, Кузнецкий. 201
СОСТАВ И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ Качество твердых горючих ископаемых характеризуется хи- мическим и петрографическим составом, их физическими и тех- нологическими свойствами. Химический состав устанавливается техническим и элемент- ным анализами. При техническом анализе определяют содержа- ние влаги (Wt, %), золы (Ad, %), составляющих негорючую (бал- ластную) часть топлива; летучих веществ (Vdaf, %), долю общей серы (5^) и спекаемость, определяемую толщиной пластическо- го слоя (К мм) и характером коксового королька, выход смол (Tks). Влага может быть внешней, улетучивающейся при техноло- гических процессах, и гигроскопической, удаляемой при нагре- вании угля до 150 °C. Зола — остаток минеральных веществ от сгорания топлива, обусловленный составом исходной раститель- ной массы (конституционная зола), песчано-глинистого мате- риала, механически привнесенного на этапе торфообразования (внешняя зола), а также составом прослоев пород в угольных пластах и разубоживающих вмещающих пород. Зольность угля изменяется от первых процентов до 40—50 %. Более высокие ее значения отвечают составу углистых сланцев. Повышение зольности приводит к экономическим потерям. Снижение зольности в добытом угле достигается обогащением. Однако в самой золе иногда содержатся германий, уран и вана- дий в промышленных значениях, а также в повышенных кон- центрациях другие ценные металлы. Летучие вещества — это те, которые выделяются из горючей массы угля в газо- и парообразном состоянии при нагревании его без доступа воздуха до температуры 850 °C. Кусковатый твердый продукт (остаток), получаемый после удаления летучих веществ, называется коксовым корольком. Он характеризует степень спекаемости угля. На средних стадиях уг- лефикации угли спекаются, переходя при нагревании в пласти- ческое состояние с образованием полукокса или кокса. Сера входит в состав органических, сульфидных и сульфат- ных соединений. Содержание серы в малосернистых углях Куз- басса 0,5—1,0 %, высокосернистых кизеловских углях более 4 %. Элементным анализом определяется количество (%) углерода, водорода, кислорода, азота и органической серы. Содержания угле- рода и водорода обусловливают теплотворную способность: удель- ную теплоту сгорания по бомбе в пересчете на сухое беззольное со- 202
стояние (QdaJ) и низшую удельную теплоту сгорания в пересчете на рабочее топливо (Qr,), МДж/кг. Эти величины изменяются в боль- ших пределах: Qdqf — 25—37 МДж/кг, Q]— 8—29 МДж/кг. С повышением степени углефикации нарастает содержание углерода. В бурых углях углерода 60—75 %, каменных — 76—91 %, ан- траците — до 97 % в расчете на органическую массу. Количество водорода и кислорода, напротив, убывает от бурых углей к ан- трацитам. Органическая сера присутствует в углях в ничтожных количествах. Концентрация вредной примеси фосфора в углях различных генетических типов изменяется от 0,01—0,02 % (Дон- басс) до 0,1 % (Кузбасс). Петрографический состав углей неоднороден и изучается мак- роскопически и под микроскопом. По текстурным признакам угли подразделяются на массивные и слоистые. По блеску и структуре слоистых или полосчатых углей в них различают че- тыре составные части (ингредиенты): витрен (блестящий), кла- рен (полублестящий), дюрен (полуматовый) и фюзен (матовый), по преобладанию в строении угольных пластов тех или иных ингредиентов угли получают соответствующие им названия. Микрокомпонентный состав углей, изучаемый в основном под микроскопом, характеризуется содержанием органических мик- рокомпонентов и минеральных включений неорганического происхождения. Органические микрокомпоненты подразделя- ются на гелифицированные, фюзенизированные и липоидные. Физические свойства углей. К ним относятся цвет, блеск, твердость, хрупкость, излом, плотность, пористость, отдельно- сти и кливаж, электропроводность. Цвет углей изменяется от бурого до черного. Блеск может быть смолистый (жирный), шелковистый, стеклянный, матовый. Твердость углей по шкале Мооса от 1 до 4. Самыми хрупкими являются фюзеновые, наиболее стойки- ми — дюреновые угли. Излом у бурых углей землистый, сапро- пелевых — раковистый, каменных и антрацитов — зернистый. Плотность (рыхлость) углей возрастает от фюзеновых разностей к антрациту. Пористость сапропелевых углей изменяется от 13 до 16 %, а гумусовых — от 25 до 48 %. При раскалывании кусочки угля образуют отдельности раз- личной геометрической формы: пластинчатой, кубической, призматической, пирамидальной, конусовидной, шаровой, брекчиевидной. Трещины кливажа угля, возникшие в результате эндогенных и экзогенных тектонических процессов, параллель- 203
ны и не совпадают с первичной слоистостью. Они влияют на технологию разработки. Действительная плотность (dr) зависит от петрографического состава, минеральных примесей, влажности и степени углефи- кации. Она составляет (т/м3): бурые угли от 0,8 до 1,35, камен- ные — 1,30—1,45, антрациты — 1,4—1,9. Технологические свойства углей определяют возможности их обогащения, брикетирования, коксования или полукоксования, получения из них жидкого топлива или их газификации. С этой целью отбирают болыпеобъемные технологические пробы для обработки их на промышленных установках. ИЗМЕНЕНИЯ УГЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ МЕТАМОРФИЗМА И ВЫВЕТРИВАНИЯ Как уже отмечалось, преобразование торфа в бурый уголь происходит в процессе диагенеза. Бурый уголь переходит в ка- менный в результате катагенеза (эпигенеза), когда под действием возрастающих геостатического давления до 80—90 МПа и темпе- ратуры до 90—100 °C происходила литификация угленосных от- ложений и дальнейшая углефикация. Угли становятся черными, блестящими, более плотными. Длительное обогащение углеродом могло привести к возникновению тощих углей и антрацита. Пе- реход в тощие угли происходит при температуре 150—180 °C. Ан- трацитизация совершается в процессе метаморфизма, при боль- ших температуре (около 300 °C) и давлении, чем при катагенезе. В результате метаморфизма происходит уменьшение влаги и ле- тучих, исчезновение свободных гуминовых кислот, изменение элементного состава и свойств углей в сторону антрацитов. В угленосных толщах мог проявиться региональный, контак- товый и дислокационный метаморфизм. Региональному мета- морфизму, связанному с погружением обширных участков разви- тия угольных пластов на значительные глубины в зоны повышен- ных температур, оказались подвержены складчатые образования Донбасса, Кузбасса и других угольных бассейнов. Наиболее мета- морфизованы угли, залегающие в центральных, максимально опущенных частях прогибов, и практически не метаморфизованы по периферии бассейнов. В пределах каждого бассейна с глуби- ной наблюдается обеднение угля летучими веществами и обога- щение углеродом. Так, в Донбассе на каждые 100 м стратиграфи- ческой глубины выход летучих веществ падает от 0,5 до 1,4 %. 204
Контактовый метаморфизм проявился температурным воз- действием на ископаемые угли интрузивов в период их станов- ления. Непосредственно на контакте с изверженными породами уголь преобразуется в графит, далее 10 м от контакта — в антра- цит и тощие угли. Дислокационный метаморфизм углей, развивающийся при тектонических движениях, вызывающих значительное повыше- ние давления и температуры, приводит к уменьшению в них влажности и содержания летучих. Выветривание углей происходит в зоне аэрации до глубины 100 м от дневной поверхности. Далее, на глубине, процессы выветрива- ния затухают и уголь сохраняет постоянный, близкий к исходному состав. Глубина выветривания зависит от положения зеркала грун- товых вод, рельефа, климата, условий залегания и строения уголь- ных пластов. При выветривании изменяется физическое состояние угля, интенсивно протекают окислительные процессы. Уголь в процессе выветривания теряет блеск, прочность и вместе с нею связность и целостность, превращаясь в мелкие куски, рыхло-подобное и даже порошкообразное состояние. При этом происходит резкое снижение мощности пласта, с при- ближением к дневной поверхности. На выходах угольные пласты приобретают различную окра- ску, вызванную минеральными новообразованиями. С образова- нием гидроксидов железа связана буро-железистая окраска, же- лезистые квасцы дают беловатую окраску. В Донбассе, напри- мер, при выветривании уголь покрывается белым нале- том — продуктом разложения известняков кровли. По мере химического выветривания угля увеличиваются ко- личество летучих компонентов, его влажность, зольность и, как следствие последнего, плотность: снижаются выход беззольного кокса, содержание водорода и углерода и, следовательно, тепло- творная способность. В результате выветривания углей, сопровождаемого окисли- тельными процессами, может произойти их самонагрев до кри- тической температуры самовозгорания 85—100 °C. Самовозгора- ние происходит чаще при хранении угля в штабелях. Самона- грев обусловлен физическим состоянием угольной массы и кли- матическим воздействием на нее и происходит, когда тепло не успевает отводиться. При разогревании углей понижается их те- плотворная способность. Пожароопасными считают крутопа- дающие пласты мощностью более 3—5 м. Их самовозгорание может произойти при определенных неблагоприятных горнотех- нических факторах. 205
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ Генетическая классификация углей основана на исходном составе органического вещества, условиях его накопления и процессах превращения в различных фациях. По исходному уг- леобразующему материалу ископаемые угли объединяются в две основные группы: гумулитов и сапропелитов. Исходным мате- риалом гумулитовых (гумусовых) углей послужили высшие рас- тения (древесные и травяные), сапропелевых — низшие расте- ния (водоросли и др.). В гумитовом классе выделяется несколь- ко подклассов по микрокомпонентному и петрографическому составу ископаемых углей. Гумулитовые угли имеют широкое распространение. Их ге- литовые разности известны в разновозрастных угольных бассей- нах стран СНГ: фюзенолитовые — в Кузбассе, Средней Азии (Ангрен, Шураб) и Тунгусском бассейне; липтобиолитовые (ку- тикуловые и споровые) — в Подмосковном, Кизеловском и До- нецком бассейнах. Гумитосапропелитовые угли, содержащие во- дорослевые, гумусовые и липоидные вещества, слагают кеннели Львовско-Волынского, Подмосковного и Кизеловского бассей- нов. Сапропелевые угли — богхеды — встречаются в Иркутском и Подмосковном бассейнах. 3.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какие признаки определяют стратиформность месторождений? 2. Как соотносятся в месторождениях сингенетические и эпигене- тические руды? 3. В каких условиях формируются медистые песчаники и сланцы, стратиформные свинцово-цинковые, ртутные и сурьмяные месторож- дения? 4. Чем отличаются гидрослюд истый, глинистый и латеритный про- фили коры выветривания? 5. Какие выделяют морфологические типы коры выветривания? 6. При каком климате и рельефе формируются остаточные месторо- ждения? 7. Что такое роллы и калькреты? 8. Как образуются зоны окисления и вторичного сульфидного обо- гащения? 9. Какова роль гравитационной и механической дифференциации в образовании россыпей? 10. Что такое торфа, пески и плотик в разрезе аллювиальной россыпи? 11. Какие факторы влияют на образование россыпей? 206
12. Укажите россыпеобразующие формации, тип, размеры и мине- ральный состав россыпей алмазов, золота, ильменита и рутила. 13. Какова роль механической и химической дифференциации ве- щества в процессе осадконакопления? 14. В чем различие месторождений механических осадков и россыпей? 15. В каких условиях формируются месторождения гидрогенных осадков? 16. Какие полезные ископаемые связаны с биохемогенными место- рождениями? 17. Что такое каустобиолиты и как они подразделяются? 18. Что обозначают понятия: сапропель, гумификация, гелифика- ция? 19. Какими показателями характеризуется качество углей? 20. Что происходит в процессе метаморфизма? 21. Как изменяются свойства углей в процессе выветривания? 22. На чем основана генетическая классификация углей? 3.7. ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК. МЕТАМОРФОГЕННАЯ ГРУППА МЕСТОРОЖДЕНИЙ Метаморфогенное рудообразование, начиная со второй по- ловины XX в., вызывает возрастающий интерес как со стороны геологов, так и специалистов по технологии добычи и перера- ботки полезных ископаемых. Это объясняется главным обра- зом уникальностью метаморфогенных месторождений, напри- мер железа, золота и урана, и адекватными гигантскими разме- рами горнодобывающих производств, позволяющими снижать качественные кондиционные параметры и соответственно во- влекать в отработку запасы руд, ранее считавшиеся непромыш- ленными. Метаморфогенные месторождения образовались в эндоген- ном режиме в абиссальной и ультраабиссальной зонах земной коры под действием высоких температуры и давления, а также минерализованных растворов. Согласно Я.Н. Белевцеву, класс метаморфогенных месторождений подразделяется на три под- класса: метаморфизованные, метаморфические и ультрамета- морфические. Метаморфизованные месторождения сформиро- вались в результате метаморфической перекристаллизации ис- ходных пород, обогащенных рудными компонентами, и полез- ных минеральных скоплений. Метаморфические месторождения связаны с перегруппировкой и новообразованиями минералов в 207
горных породах, подвергшихся метаморфизму. К ультрамета- морфическим месторождениям относятся редкометалльные гра- ниты, редкометалльно-редкоземельные, иногда ураноносные альбититы, редкометалльные, мусковитовые, хрусталеносные и керамические пегматиты, месторождения золота, меди и ртути в березитах и лиственитах, рассмотренные нами в соответствую- щих генетических классах. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЗОВАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Метаморфогенные месторождения широко распространены на щитах и кристаллических основаниях древних платформ, сложенных метаморфическими формациями пород. Изначаль- но, до регионально-метаморфических преобразований, эти фор- мации представляли собой вулканогенные, вулканогенно-оса- дочные и осадочные толщи пород. Процессы регионального метаморфизма, протекавшие в до- кембрии в течение более 3 млрд лет, были обусловлены интен- сивными, нс имеющими себе равных в последующие геологиче- ские эпохи, проявлениями тепловых потоков Земли и вулканиз- ма. Образование метаморфогенных месторождений происходило на всех докембрийских континентах при температурах от 100 до 850 °C. По этому фактору метаморфогенные месторождения де- лятся на три группы: фаций низких (от 100 до 450 °C); средних (450—650 °C) и высоких (600—850 °C) температур. Фациям низких температур отвечают дозеленосланцевая и зеленосланцевая фации, средних температур — эпидот-амфибо- литовая подфация и высоких температур — амфиболитовая и гранулитовая фации. Помимо высокой температуры и соответствующего глубине геостатического давления важную метаморфизующую роль игра- ли химически активные растворы и флюиды, состоявшие из воды, углекислоты, сероводорода, галогенов и комплексных ионно-молекулярных соединений. Растворы и флюиды находи- лись в неравновесном с вмещающими породами физико-хими- ческом состоянии, что обусловило их рудную минерализацию. Метаморфизованные месторождения по составу исходных пород и первичных рудных образований объединяются в три группы: осадочные, вулканогенные и магматогенные. Рудные вещества метаморфизованных месторождений пер- воначально длительно накапливались при вулканогенно-седи- 208
ментационных процессах. Последующие растворение и пере- кристаллизация исходных пород привели к метаморфической дифференциации в них рудных минеральных компонентов. Это позволяет считать метаморфизованные месторождения поли- хронными и полигонными образованиями. Рудные тела этих ме- сторождений представляют собой пластовые, иногда страти- формные залежи. Все три группы метаморфизованных месторождений являют- ся производными регионального метаморфизма. В группе оса- дочных метаморфизованных месторождений, кроме того, могут быть выделены месторождения, сформировавшиеся в результате контактового метаморфизма. Наибольшее практическое значе- ние имеют регионально-метаморфизованные месторождения. Они образуются в зеленосланцевой, амфиболитовой и гранули- товой фациях. Месторождения зеленосланцевой фации регионального мета- морфизма связаны с зеленокаменными вулканогенными пояса- ми и кварцит-конгломератовой формацией пород. Первые зале- гают в синклинальных зонах и объединяются в железисто-крем- нистую и золото-кварцевую формации. Оруденение приурочено к складкам течения. Примером месторождений железисто-крем- нистой формации служат месторождения КМА, Кривой Рог, Хамерсли (Австралия); месторождения золото-кварцевой фор- мации известны в Восточной Сибири, Канаде (Поркьюпайн). Вторые расположены в моноклинальных зонах рассланцевания и объединяются в две рудоносные формации — золотоносных конгломератов (уникальное месторождение Витватерсранд, ЮАР; Тарква и Престеа, Гана) и ураноносных конгломератов (Блайнд-Ривер, Канада). Метаморфизованные месторождения в амфиболитовой фации представлены двумя рудными формациями: золото-сланцевой и железисто-кварцитовой. Золото-сланцевая связана с чернослан- цевой формацией и образует сложнодислоцированные зоны. К ней относятся месторождения Сухой Лог (Восточная Сибирь), Хоумстейк (США). Железисто-кварцевая формация ассоциирует с гранито-гнейсовой формацией. Ее месторождения (Костомукш- ское, Кольский п-ов; Джаннен-Лейк, Канада) залегают в купо- лах, блоках, выступах кристаллического фундамента. Оруденение приурочено к изоклинальным складкам, структурам будинажа. Метаморфизованные месторождения в гранулитовой фации являются по форме залежей и условиям залегания стратиформ- ными. Наиболее представительны месторождения свинцо- 1 4 Мп 1 К) 1 ин 209
во-цинковой и золоторудной формаций, залегающие в зонах смятия, сложенных гнейсо-амфиболитами. Для месторождений этих формаций характерно развитие рудо- носных складок волочения и структур будинажа. Например, ме- сторождения свинцово-цинковой формации — Горевское (бассейн реки Ангары) и Брокен-Хилл (Австралия), золоторудной форма- ции — Советское (Восточная Сибирь) и Бендиго (Австралия). Контактово-метаморфизованные месторождения рассмотре- ны в других генетических классах. Это скарново-магнетитовые руды месторождений Южной Якутии, Курейское графитовое месторождение, ванадиевое месторождение Минасрагру (Перу), некоторые месторождения корунда и наждака. Метаморфические месторождения связаны с динамометамор- фической (дислокационной) и термометаморфической; группа- ми метаморфических формаций. Они образовались в результате мобильной концентрации рассеянных рудных компонентов при метасоматических процессах или отложении в открытых полос- тях, а также выноса породообразующих веществ. Дислокационный метаморфизм характеризовался ускорен- ным возрастанием давления по сравнению с температурой, раз- витием протяженных зон складчатости и разрывных дислока- ций. Образование термометаморфической группы формаций связано с влиянием контактового метаморфизма и сопровожда- ется более быстрым возрастанием температуры с глубиной, чем давления в условиях регионального метаморфизма. Вокруг гра- нитоидных интрузивов формируются концентрические зоны эк- зометаморфических формаций от гнейсов до филлитов. В качестве самостоятельных метаморфических рудопродук- тивных формаций, имеющих важное практическое значение, выделяются графитовая, абразивная и кианит-силлиманитовая. Месторождения графита амфиболитовой фации, залегающие в древних метаморфических формациях, известны в Украине, в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке. Абразивная формация представлена месторождениями корунда и наждака (Прииртяш- ское, Россия; Сагамами, о. Мадагаскар), кианит-силлиманито- вая формация объединяет месторождения высокоглиноземисто- го сырья (Кейвские, Карелия; о. Наксос, Греция). Кроме указанных рудопродуктивных формаций широкое распространение имеют мраморы (Карелия, Урал, Средняя Азия), кварциты (Шокшинское, Карелия), яшмы (месторожде- ние горы Полковник, Южный Урал; Колыванские, Алтай), кро- вельные сланцы (Ларское, Кавказ). 210
Мраморы представляют собой перекристаллизованные в про- цессе метаморфизма известняки; кварциты — метаморфически преобразованные песчаники; яшмы — метаморфизованные вул- каногенно-осадочные кремнистые породы; кровельные слан- цы — динамометаморфизованные глинистые отложения. МОРФОЛОГИЯ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ, УРАНОВО-ЗОЛОТОРУДНЫХ, МАРГАНЦЕВОРУДНЫХ И ГРАФИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Среди метаморфогенных рудных образований наибольшей промышленной значимостью характеризуются месторождения железистых кварцитов и их производные — месторождения бо- гатых железных руд. Месторождения железистых кварцитов образовались в докем- брии в процессе метаморфизма (от фации зеленых сланцев до гранулитовой) хемогенных, хемогенно-терригенных и хемоген- но-вулканогенных осадков. Они образуют крупные железоруд- ные бассейны (КМА, Криворожско-Кременчугский), пояса (пояс Лабрадор, Канада), районы (Хамерсли, Австралия). В зе- леносланцевой фации раннего протерозоя известны месторож- дения железистых кварцитов криворожского типа (КМА, Кри- вой Рог); в амфиболитовой, также раннепротерозой- ской, — Костамукшское и Оленегорское (Кольский п-ов); в гра- нулитовой фации архея — Тараташское, Мариупольское. Железистые кварциты слагают стратиформные сложно дис- лоцированные пласты мощностью от п • 10 до п • 100 м. Руды ха- рактеризуются линейнополосчатыми и плойчатыми текстурами. Прослои преимущественно магнетит-гематитового состава чере- дуются с прослоями, состоящими в основном из кварца, хлори- та и биотита. Они имеют различные структуры: магнетито- вые — кристаллобластовую, гематитовые — лепидобластовую, квар- цевые — роговиковую. По соотношению мощностей, состава прослоев, их текстур- но-структурным особенностям выделяют три основных типа же- лезистых кварцитов: 1) джеспилит-железисто-кремнистый; 2) же- лезистый роговик; 3) таконит. Первый из них представляет собой тонкозернистое образова- ние, состоящее из чередующихся тонких кварцевых и желези- стых слойков. Второй в отличие от джеспилита характеризуется более широкими чередующимися полосами и повышенным со- держанием хлоритов, амфиболитов и других силикатов. Третий, 14* 211
таконит — сильно метаморфизованный полосчатый железистый микрокварцит. Содержание железа в этих типах кварци- тов - 32-37 %. Метаморфизованные месторождения богатых железных руд подразделяются на два морфологических типа: 1) плащеобраз- ный; 2) линейный. Первый тип представлен образованиями древней коры вы- ветривания — пологими рудными залежами с резким угловым несогласием, залегающими на торцовой части крутопадающих пластов железистых кварцитов, известными в бассейне КМА. Такие залежи сложены мартитом, гематитом, гетитом, глини- стыми минералами и карбонатами. Содержание железа высо- кое — 50—60 %. Второй тип приурочен к тектоническим зонам повышенной проницаемости минерализованных водных растворов и флюи- дов. Месторождения сформировались в процессе гидротер- мально-метаморфического преобразования железистых квар- цитов. На этих месторождениях рудные тела имеют пласто-, линзо- и столбообразную форму и залегают в зонах дробления и синклинальных складках (рис. 3.35). Они сложены магнети- том и гематитом, амфиболами, кварцем, альбитом и карбоната- ми (месторождения Первомайское и Желтореченское, Север- ное Криворожье). Ураново-золоторудное оруденение в докембрийских конгломе- ратах является полигонным и полихронным образованием ис- ключительно сложного генезиса, уникального по комплексному составу и размерам залежей, глубине их распространения. Ме- сторождения таких руд известны в ЮАР, Канаде и Бразилии. Самым крупным в мире является месторождение Витватерсранд (ЮАР). Золоторудная толща месторождения сложена ритмич- но-переслаивающимися конгломератами, песчаниками, сланца- ми (рис. 3.36). Оруденение приурочено к цементу галечневых конгломератов в виде тонко-прожилковой сульфидной минера- лизации. Среднее содержание золота от нескольких граммов до 20 г/т, концентрации ЙзОв в богатых рудах около 0,3 %. Метаморфогенные месторождения марганца ассоциируют с железисто-кремнистой формацией. В России известны месторо- ждения этой формации на Хингано-Буреинском поднятии, где они залегают в верхнепротерозойской дислоцированной толще осадочно-метаморфических пород. Рудная пачка мощностью 30—35 м в нижней части сложена преимущественно кремнисты- ми марганцевыми образованиями, в верхней — развиты желез- 212
ные руды. В состав руд входят браунит, гаусманит, гематит, маг- нетит и кремнистые образования. Крупные метаморфогенные марганцевые месторождения, пред- ставленные гондигами, известны в Индии, Бразилии, Мали, Заире. Гондиты — продукты глубокого регионального метаморфиз- ма марганецсодержащих песчано-глинистых пород. Их залежи имеют протяженность до 8 км, при мощности от 3 до 60 м, сред- нее содержание марганца 10—20 %, в браунитовых гондитах дос- тигает 32—45 %. Гондиты состоят из спессартина, кварца, брау- нита, гаусманита, амфиболов и др. В коре выветривания гонди- тов силикаты марганца преобразуются в псиломелан, пиролюзит и другие гидроксиды: качество руд повышается. На месторожде- ниях Мадхья-Прадеш (Индия) и Сьерра-ду-Навиу (Бразилия) практическое значение имеют как первичные гондиты, так и руды коры выветривания. Рис. 3.35. Геологический разрез Криворожского железорудного бассейна. По Я.Н. Белевцеву / — аркозы; 2—филлиты; 3— тальковые сланцы; 4—сланцы; 5 — железорудные горизонты; 6—песчаники; 7—кварц-серицитовые сланцы; 8— углисто-графитовые сланцы; 9— слюди- сто-биотитовые сланцы; /0—граниты; // — амфиболиты; /2—разрывные нарушения 213
7 14 Рис. 3.36. Рудоносные конгломераты рудника Лесли-Голд, Витватерсранд. По К. Твидлу 1—4— палеозой (7 —дайки долеритов; 2 — угленосные отложения; 3 — долериты; 4 — породы основания); 5—76 — протерозой (Вентердорпская система: 5 —амигдалоидные лавы; 6—пор- фириты и их туфы; 7—диабазы (силлы)); Витватерсрандская система — формация Кимбер- ли-Эл ьсбург: 8— сланцы; 9 — кварциты; 10— зона прерывистых рифов; 77 —зона кварцитов; 72—риф Кимберли; 13— сланцы Кимберли, формация Мейн-Берд; 14 — амигдалоидные эффузивы; 75—кварциты; 76—голубые гравелиты; 77—разрывные нарушения Метаморфогенные месторождения графита сформировались в процессе глубокого регионального метаморфизма осадочных по- род с рассеянным органическим веществом (Завальевское, Ук- раина) либо в результате контактового метаморфизма каменного угля или горючих сланцев (Курейское, Красноярский край). 3.8. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какие виды металлических полезных ископаемых связаны с магма- тическими ликвационными месторождениями? • Hg, Sb, As, Au. • Pb, Zn, Sn, Cu. 214
• Cu, Ni, Со, Pt. • W, Mo, Си. 2. Назовите полезные ископаемые магматических месторождений. • Вольфрам, молибден, олово. • Сера, фосфориты, минеральные соли. • Марганец, железо, бокситы. • Алмазы, хромиты, апатиты. 3. При каких геологических процессах формируются пегматитовые ме- сторождения? • Осаждение из коллоидных растворов, диагенез и катагенез. • Кристаллизация из остаточных магматических расплавов. • Перекристаллизация и метасоматическое замещение пород. • Химическое и физическое выветривание. 4. Назовите рудный комплекс Ковдорского карбонатитового место- рождения. • Флюорит-полиметалльный. • Титано-ниобиевый. • Флогопит-апатит-магнститовый. 5. В каких интервалах температур образуются скарновые месторожде- ния? • 800-300 °C. • 1500-1200 °C. • 1200-800 °C. 6. Какой рудный комплекс характерен для грейзеновых месторожде- ний? • Си—Zn— Pb—Ag. • Sn—W- Mo- Be. • Hg-Sb-W-Au. 7. С привносим каких элементов связан метасоматоз при образовании альбитит-грейзеновых месторождений? • Са, Mg. • Fe, Al. • Na, К. 8. Генезис штокверково-жильных месторождений: • Осадочный, коры выветривания. • Грейзеновый, гидротермальный. • Магматический, пегматитовый. 9. Назовите ряд полезных ископаемых россыпных месторождений. • Серебро, молибден, кобальт, медь, никель, марганец. • Свинец, цинк, сурьма, мышьяк, висмут. • Алмазы, золото, олово, титан, платина. 215
10. Перечислите ряды полезных ископаемых в следующей последова- тельности: обломочных, осадочных гидрогенных, биохемогенных месторо- ждений и месторождений магматических пород. • Гипс, ангидрит, галит, сильвинит, бишофит. • Габбро, базальты, диориты, гранодиориты, граниты. • Галька, дресва, гравий, пески, глины. • Фосфориты, сера, писчий мел, каустобиолиты. 11. Укажите ряд процессов образования ископаемых углей. • Грейзенизация, альбитизация, березитизация, серицитизация. • Гелификация, фюзенизация, битуминизация, элювиация. • Пропилитизация, серпентинизация, доломитизация, аргилли- зация. 12. Какой ряд полезных ископаемых относится к метаморфизованным месторождениям? • Минеральные соли, фосфориты, известняки, бокситы. • Торф, бурый уголь. • Железистые кварциты, золотоносные и ураноносные конгломераты. • Глины, каолины, гипс, ангидрит. 3 .9. ЗАДАЧИ Определить типовой ряд полезных ископаемых, формирующийся при процессах: • ликвации магматического расплава; • эксплозии ультраосновных щелочных пород; • кристаллизации магмы; • пегматитообразования; • становления массивов ультраосновных — щелочных пород и кар- бонатитов; • контактового метасоматоза (скарнообразования); • альбитизации нефелиновых или щелочных сиенитов и щелочных гранитов; • грейзенизации гранитов с повышенным содержанием калия; • циркуляции и разгрузки гидротерм, связанных с гранитными массивами; • насыщения и разгрузки гидротерм, ассоциирующихся с субвулка- ническими (порфировыми) интрузивами; • поствулканических эманаций, эксгаляций и гидротермальной циркуляции минерализованных растворов. 216
Решение задачи состоит в правильном избирательном выборе ря- дов, соответствующих перечисленным ранее рудообразующим про- цессам 1 - Zr, Nb - TR, Та; 2 — алмазы; 3 - Си - Ni; Со -Pt; 4 - W - Mo, Sn, Си, Au, Bi; 5 — Fe — апатит, флогопит — Си; 6 - W, Mo - Sn - Be; 7 — Fe —Ti, Сг, апатит, Cu; 8 - Cu - Mo, Hg - Sb, Au; 9 - Fe, Cu, Pb -Zn, W -Mo, B; 10 - Hg -Sb, As, Al, Sn, Au; 11 — мусковит, пьезокварц, топаз, Nb, TR, U, Sn, W. Определить типовой ряд полезных ископаемых, формирующихся при экзогенных процессах: • химическом и физическом выветривании; • инфильтрации — выщелачивании и переотложении грунтовыми водами рудообразующих компонентов; • физическом выветривании, переносе, отложении и накоплении ценных минералов твердого стока; • кристаллизации солей из растворов морской воды; • осадконакопления и преобразования органической массы. 1 - U, V, Fe, Мп; 2 — глины, пески, гравий, галечники, валуны, щебень; 3 - КС1, NaCl, MgCl2 • 6Н2О, Na2SO4; 4 — торф, уголь, нефть, природный газ, твердые битумы; 5 — Au, Pt, SnO2, TiO2, алмазы, пирохлор, танталит, монацит.
Часть III РАЗВЕДКА И ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В целях адаптации к рыночным реформам динамики изуче- ния и освоения минерально-сырьевых ресурсов России воз- никла необходимость: • ревизии принципов и стадийности геологоразведочных ра- бот, как несоответствующих рыночным отношениям не- дропользователей с общественно-государственной систе- мой; • приведения классификации запасов и прогнозных ресур- сов к международной рамочной классификации ООН с це- лью создания основ для независимого аудита и развития процессов капитализации минерально-ресурсной базы; • использования механизма регулирования качеством запа- сов полезных ископаемых и полнотой их отработки путем разработки эксплуатационных (производственных) конди- ций наряду с разведочными; • ориентирования в интересах лицензионных недропользо- вателей социально-экономических факторов при геоло- го-промышленной оценке месторождений полезных иско- паемых; • усиления охраны недр и рационального их использова- ния; • соблюдения экологической безопасности геологоразведоч- ных работ. Переработка и внесение дополнений в данную часть учебни- ка касается в основном этих вопросов. 218
МОДУЛЬ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ Поиски, разведка и опробование полезных ископаемых Материал данного модуля имеет прикладное значение. Рас- сматриваемые в нем вопросы тесно смыкаются с основным со- держанием дисциплин горно-технологического цикла. Это каса- ется прежде всего выбора методики и технических средств веде- ния горно-разведочных работ, выделения первоочередных пло- щадей (участков) для разведки и разработки полезных ископае- мых. Кроме того, знания, полученные при изучении других раз- делов модуля, помогут определить необходимые виды опробова- ния, выбрать оптимальные и надежные способы взятия проб, обеспечить механизацию их отбора и обработки, осуществить необходимый контроль опробования. СТРУКТУРА МОДУЛЯ 219
4.1. ОСНОВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК. РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Разведка месторождений полезных ископаемых является прикладной частью дисциплины «Геология». Основным ее ме- тодом исследования и источником получения информации служат геологоразведочные работы, осуществляемые по этапам и стадиям. К сожалению, четкая регламентация этапов и стадий геоло- горазведочных работ в России на момент выхода в свет данной работы не определилась. До 1999 г. проведение геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые предусматривалось в восемь стадий, че- тыре из которых приходилось на разномасштабные съемки и по- иски. Среди последних выделялись: общие поиски, сопровож- давшие геолого-съемочные работы масштаба 1:50 000 (1:25 000); поисковые и поисково-оценочные работы. В последующих че- тырех разведочных стадиях выделялись стадии предварительной и детальной разведки. Кроме того, стадия доразведки подразде- лялась на две подстадии (доразведка месторождения, не освоен- ного промышленностью, или — разрабатываемого), а эксплуата- ционная разведка по времени проведения относительно добыч- ных работ могла быть опережающей или сопровождающей. Та- кая громоздкая стадийность разведочных работ, финансировав- шихся в основном по отраслевому принципу за счет средств гос- бюджета, не стала отвечать требованиям рыночных преобразова- ний в России и лицензионному недропользованию. В изданном в 1999 г. положении о порядке проведения гео- логоразведочных работ на твердые полезные ископаемые, разра- ботанным Всероссийским научно-исследовательским институ- том экономики минерального сырья и недропользования, выде- ляются три этапа и в них пять стадий: Этап I. Работы общегеологического и минерагенического на- значения. Стадия 1. 1. Региональное геологическое изучение территории и про- гнозирование полезных ископаемых. Этап II. Поиски и оценка месторождений. 220
Стадии 2—3 2. Поисковые работы, преобразованные в 2001 г. в прогноз- но-поисковые работы. 3. Оценочные работы, преобразованные в поисково-оценоч- ные работы. Этап III. Разведка и освоение месторождения. Стадии 4—5 4. Разведка месторождения. 5. Эксплуатационная разведка. Степень геологической изученности идентифицируется со стадийностью геологоразведочных работ [5]. Соответственно выделяются следующие стадии: рекогносцировка, поиски, предва- рительная разведка и детальная. В настоящей работе рассматриваются: стадия регионального геологического изучения недр, стадия поисков и стадии разведки (начальной, или предварительной, детальной, доразведки и экс- плуатационной). На практике выбор разведочных стадий осуще- ствляется недропользователями. Стадиям геологоразведочного процесса соответствовали оп- ределенные принципы, роль которых во многом не адекватна рыночным условиям изучения и освоения минеральных ресур- сов. Не отвергая их в целом, отметим в дальнейшем возникаю- щие противоречия с рыночными реформами. В качестве альтер- нативы этим противоречиям могут быть предложены дополни- тельные постулаты: во всем нужна разумная достаточность, эко- логическая безопасность и социально-экономическая целесообраз- ность. ЦЕЛИ И ПРИНЦИПЫ РАЗВЕДКИ Цель разведки — выявление промышленных месторождений полезных ископаемых, получение разведанных в недрах запасов минерального сырья и других данных, необходимых и достаточ- ных для рационального проектирования и последующего функ- ционирования горнодобывающих и перерабатывающих пред- приятий. Этой цели на каждом этапе экономического и соци- ального развития России отвечают общие задачи. Единый методологический подход выработан по результатам разведки и эксплуатации разнотипных месторождений. Важны- ми являются вопросы детальности изучения месторождения, плотности разведочной сети, выбора первоочередных, наиболее 221
рудоперспективных участков или рудных тел, глубины их раз- ведки, оценки изменчивости основных параметров. Решение этих вопросов осуществляется в процессе разведочных работ по методике, основанной на положениях, получивших название принципов разведки. К ним относятся принципы последова- тельных приближений, полноты исследований, принцип равной достоверности и наименьших затрат средств и времени. А.Б. Ка- ждан выделяет первый принцип, а также принцип аналогии, выборочной детализации наблюдений, рассматривая их как принципы изучения недр. На принципе последовательных приближений основано под- разделение геологоразведочного процесса на стадии. Это обу- словлено прежде всего неоднородностью геологических свойств изучаемых месторождений и их размерами, приращением ин- формации в результате последовательной детализации работ, позволяющей локализовать объекты исследований и уточнить представления об этих свойствах для решения очередных прак- тических задач. Принцип аналогии основан на использовании в разведке на- копленного опыта изучения однотипных с разведуемым место- рождений, характеризующихся общими чертами сходства по геолого-структурным условиям локализации, вещественному со- ставу руд и изменчивости распространения полезных компонен- тов. При достаточной степени сходства разведуемого месторож- дения и его аналогов обосновано использование этих главней- ших критериев подобия для определения промышленного типа, систем и методов его разведки, ориентировки, формы и плотно- сти разведочной сети. Исходя из принципа аналогии, на разве- дочных стадиях осуществляется прогноз оруденения за предела- ми продуктивных горных выработок и скважин в виде зон экст- раполяции. Принцип выборочной детализации предусматривает проведе- ние на типичных (эталонных) участках месторождений, рудных зон или залежей более детальных работ, чем на других участках. Данные об изменчивости геологических свойств эталонных участков по принципу аналогии распространяют на остальные участки. Принцип полноты исследований играет важную роль в обеспе- чении необходимой информации для подсчета запасов, состав- ления кондиций, проектирования предприятий по добыче и пе- реработке минерального сырья. Соблюдение этого принципа позволяет получить сведения о размерах и контурах всего место- 222
рождения, в особенности о распространении оруденения на глу- бину, его отдельных рудных тел, горно-геологических, гидрогео- логических и других природных условиях их залегания, про- мышленных сортах и типах руд, их комплексном и фазовом со- ставе, закономерностях распространения в них ценных компо- нентов. Степень полноты исследований зависит от детальности ра- бот. Принимая во внимание дискретность строения тел полез- ных ископаемых, повышение детальности исследований следует считать целесообразным до тех пор, пока прирост информации может обеспечить при эксплуатации возмещение затрат на ее получение. Принцип равной достоверности, или изученности, дифферен- цируется как по природным уровням объектов исследования, так и по отдельным их параметрам в пространстве. Он позволя- ет ограничить влияние субъективного фактора при изучении из- менчивости геологических свойств месторождений, рассматри- вая ее по определенным направлениям как случайную величину. Этим принципом руководствуются при выборе величины рав- ных расстояний между разведочными выработками и скважина- ми, опробуемыми сечениями по простиранию и падению тел полезных ископаемых. Принцип наименьших затрат средств и времени выражает эко- номический подход к соблюдению перечисленных принципов разведки. Возникающие при этом противоречия должны быть устранены нахождением оптимального варианта разведки, удов- летворяющего всем принципам и обеспечивающего максималь- ную эффективность геологоразведочных работ. СТАДИИ РАЗВЕДКИ, ИХ ЗАДАЧИ Разведочные работы более трудоемкие и дорогостоящие, чем поисковые. Для их выполнения требуется больший объем как трудовых, так материальных и энергетических затрат, близких по структуре к затратам на горно-капитальные работы. Эти за- траты должны быть увязаны с последовательным поступатель- ным нарастанием разведочной информации до оптимальных объемов (для определенного периода), обеспечивающих ее каче- ство и достоверность. Вследствие этого единый в методическом отношении разведочный процесс развивается как бы по ступе- ням, именуемым стадиями. 223
Разведочная стадия объединяет комплекс геологоразведоч- ных работ, проводимых на месторождении в целом или на его части с целью решения поставленных проектом задач по изуче- нию геологических неоднородностей объекта, подсчету запасов и геолого-промышленной оценке. Как уже отмечалось, стадийность разведочного процесса вы- текает из принципа последовательных приближений. В полном объеме и приведенной последовательности она осуществляется на крупных и важных для развития народного хозяйства место- рождениях. Начальная (предварительная) разведка как бы принимает эста- фету геологоразведочных работ от поисково-оценочной стадии и продолжает их на более высоком качественном уровне для полу- чения достоверной информации, способной обеспечить надеж- ную геологическую, технологическую и экономически обосно- ванную оценку промышленной значимости месторождения. На этой стадии уточняются геологическое строение месторождения, общие его размеры и контуры. Завершается начатое в период по- исков изучение приповерхностной части месторождения с помо- щью канав, траншей шурфов и мелких скважин, а также состав- ляются крупномасштабные (до 1:500) геологические карты Основным направлением является разведка месторождения на глубину до горизонтов, доступных для разработки. Она осу- ществляется преимущественно буровыми скважинами, а при сложном геологическом строении месторождения — в сочетании с подземными горными выработками. В процессе этих работ и геофизических исследований выясняются морфология тел по- лезных ископаемых, их внутреннее строение, условия залегания и качественный состав. По основным природным типам руд отбирают технологиче- ские пробы для лабораторных испытаний, по результатам кото- рых намечают выделение промышленных типов и сортов руд. Кроме того, изучают гидрогеологические, инженерно-геологи- ческие, горно-геологические и другие природные условия, влияющие на вскрытие и разработку месторождения. Такая изу- ченность должна обеспечить возможность подсчета запасов по категориям Q и С2. Соотношение запасов этих категорий зави- сит от сложности геологического строения месторождения и из- менчивости основных параметров рудных тел. По результатам предварительной разведки разрабатываются разведочные временные кондиции и составляется технико-эко- номический доклад (ТЭД) о целесообразности промышленного 224
освоения месторождения и проведения на нем детальной раз- ведки. Детальная разведка проводится на месторождениях, поло- жительно оцененных предварительной разведкой и намеченных к промышленному освоению в ближайшие 5—10 лет. Она под- готавливает месторождения для передачи в промышленное ис- пользование в соответствии с требованиями классификации за- пасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Необходимое количество детально разведанных за- пасов определяется исходя из производственной мощности бу- дущего предприятия и нормального срока обеспечения его эти- ми запасами. Детальность исследований повышается на участках первоочередной отработки. Наряду с этими определяются запасы полезных ископаемых, залегающих совместно с основными, выявляются минеральные ресурсы для производства строительных материалов. По результатам детальной разведки составляется техни- ко-экономическое обоснование (ТЭО) разведочных постоянных кондиций. Согласно утвержденным кондициям, выполняется подсчет запасов полезных ископаемых с представлением его в Государственную комиссию по запасам (ГКЗ) России или тер- риториальную комиссию по запасам (ТКЗ). В ранее действовавшем Положении о стадийности разведоч- ных работ предусматривалось проведение доразведочных ста- дий. В настоящее время необходимость доразведки определяется недропользователем. Доразведка месторождения, не освоенного промышленно- стью, хотя и детально разведанного, может осуществляться для получения дополнительной информации, необходимой в связи с пересмотром проектной производственной мощности горноруд- ного предприятия, технологии добычи и переработки минераль- ного сырья. Необходимость доразведки месторождения может быть также обусловлена несоответствием имеющейся геологиче- ской информации действующей классификации запасов и инст- рукции по ее применению. Методика и объем разведочных ра- бот определяются вытекающими отсюда задачами. По итогам работ составляется отчет, в необходимых случаях с пересчетом запасов. Доразведка разрабатываемого месторождения сосредоточива- ется на менее изученных его участках: флангах, глубоких гори- зонтах, обособленных рудопродуктивных телах или залежах. Она решает задачи детального изучения этих участков с восполнени- 13 Ми 1ю-ч|ц 225
ем отработанных запасов разведанными запасами высоких (про- мышленных) категорий. Общими для доразведки могут быть следующие задачи: • дополнительное изучение изменчивости морфологии и внутреннего строения тел полезных ископаемых; • выявление закономерностей распространения полезных компонентов в рудных залежах; • выделение природных разновидностей, промышленных типов и сортов руд; • комплексное изучение основных и попутных полезных компонентов, их фазового состояния; • уточнение горно-геологических, гидрогеологических, ин- женерно-геологических и других природных условий; • оконтуривание безрудных участков внутри тел полезного ископаемого, а также участков интенсивного развития ма- лоамплитудных тектонических нарушений; • увеличение количества запасов месторождения или повы- шение степени их разведанности за счет изменения конту- ров на флангах и глубины известных залежей, а также оконтуривания вновь выявленных тел; • изучение технологических свойств, горно-геологических и других условий эксплуатации вновь выявленных запасов полезных ископаемых; их влияние на геолого-экономиче- скую оценку месторождения в целом. Эксплуатационная разведка начинается с момента организа- ции добычи полезного ископаемого и продолжается в течение всего периода разработки месторождения. По отношению к до- бычным работам она может быть опережающей или сопровож- дающей. Опережающая эксплуатационная разведка осуществляется раньше добычных работ на 1—2 года системами подземных горных выработок небольшого сечения и неглубоких скважин в пределах этажа, горизонта, группы блоков, подготавливаемых и нарезаемых для этих работ. При открытых работах опробуют системы взрывных скважин на уступах карьеров или полиго- нах. Результаты этой разведки используют при текущем плани- ровании. Сопровождающая эксплуатационная разведка проводится в пределах блока, камеры, уступа карьера или непосредственно любого очистного забоя и служит для оперативного планирова- ния добычи полезного ископаемого. 226
В процессе эксплуатационной разведки уточняются контуры тел полезных ископаемых, их условия залегания, внутреннее строение, качественная характеристика и количество запасов, пространственное положение промышленных типов и сортов руд, гидрогеологические, горно-геологические и другие факторы разработки месторождения. Полученные результаты, а также данные эксплуатационного опробования используют для разра- ботки эксплуатационных кондиций; текущего и оперативного планирования добычи руды; пересчета запасов с переводом их в более высокие категории и выделением подготовленных и гото- вых к выемке запасов; определения плановых и фактических потерь и разубоживания; контроля за полнотой, качеством и технологией отработки месторождения. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДКИ К основным техническим средствам разведки относятся гор- ные разведочные выработки и буровые разведочные скважины, а также геофизические методы. Горные разведочные выработки подразделяются на поверх- ностные (канавы, траншеи, расчистки, шурфы, дудки) и под- земные (штольни, шахты, квершлаги, штреки, восстающие, рас- сечки). Наиболее информативными являются горные выработки, пройденные вкрест простирания рудоносных структур, тел и за- лежей. Это канавы, шурфы, дудки, квершлаги, рассечки. Другие выработки (траншеи, штреки, восстающие), пройденные по простиранию или падению рудных тел, залежей, позволяют про- следить по этим направлениям прерывистость оруденения, из- менчивость их морфологии качественного состава. В условиях расчлененного рельефа штольни задают либо по простиранию рудных тел, либо вкрест простирания. Шахты только с целью разведки проходят редко, чаще их назначение совмещается с от- бором большеобъемных технологических проб для заводских ис- пытаний или пробной эксплуатации. Это так называемые разве- дочно-эксплуатационные шахты (РЭШ). Они могут пересекать рудное тело или быть пройденными в виде наклонных или вер- тикальных стволов в стороне от рудного тела, с последующей проходкой из них квершлагов. Выбор разведочных горизонтов, сечения и радиуса закругле- ния подземных горных выработок осуществляется с учетом воз- 15* 227
можных систем разработки и объемов грузоперевозок. Эти вы- работки могут быть использованы при эксплуатации. Буровые разведочные скважины являются универсальным техническим средством разведки. Они применяются либо в со- четании с горно-разведочными выработками, либо самостоя- тельно. Давая ограниченную информацию по сравнению с гор- ными выработками, буровые скважины в то же время выгодно отличаются от них технико-экономическими показателями. По способу разрушения горной породы в забое скважины различают вращательное и ударное бурение. При вращательном бурении эффективно применение наконечников буровых снаря- дов полых внутри, обеспечивающих получение ненарушенного столбика горной массы (керна), позволяющего составить геоло- гическую колонку (разрез) по месторождению. Такое бурение называют колонковым. Оно является основным видом разведоч- ного бурения на рудных месторождениях. Керн обычно отбира- ют по всей рудопродуктивной толще и частично по вмещающим породам. Скважины колонкового бурения могут быть вертикальны- ми, наклонными или горизонтальными. Их можно проходить по породам любой крепости. Вертикальные и наклонные сква- жины способны достигать больших глубин. Из этих скважин иногда ведется направленное бурение новых стволов. Угол подсечения скважиной рудного тела должен быть не менее 30°. Недостатки этого вида бурения: искривление ствола скважины, нередко достигающее в наклонных скважинах большой вели- чины; неполный выход керна и возможность его избирательно- го истирания, искажающего качественную характеристику по- лезного ископаемого; ограниченный объем материала для тех- нологических проб. Выбор бурового агрегата и конструкции буровой вышки за- висит в основном от проектной глубины разведочных скважин и условий (места) бурения с поверхности земли, в подземных выработках или с акваторий и дна различных водоемов (рек, мо- рей и океанов). Проектирование наклонной скважины для подсечения кру- топадающего рудного тела проводят с учетом заданных коорди- нат точек его пересечения, допустимого угла встречи и возмож- ности искривления ствола скважины. Точки встречи скважин с рудным телом должны образовать в его плоскости правильную геометрическую сеть. 228
Колонковое бурение скважин может осуществляться станка- ми ЗИФ-650М, ЗИФ-1200МР, СКБ-8, УКБ-7 и др. Другие виды вращательного бурения с разрушением горной породы по всему забою скважины — роторное и турбинное. Они широко применяются при разведке нефтяных и газовых место- рождений установками БУ3200/200 ЭУК. и ДГУ; 1600/100 ДГУ и ЭУ; 2500/160 ДГУМ; 2900/175 ЭПК и др. При разведке россыпей, некоторых штокверков и пологозале- гающих рудных тел применяют ударно-канатное бурение. При этом способе бурения за счет повторяющихся ударов падающего долота происходит измельчение горной массы в забое скважины. Измельченный материал периодически извлекается на поверх- ность и поступает в обработку. Достоинствами этого вида являются высокая скорость проходки (особенно до глубины 150 м), возмож- ность бурения без промывки, получение всего материала в пробу. Бурение большим диаметром (до 1500 мм) позволяет полу- чить достаточно материала для технологических проб. Отсутст- вие керна и ограниченность бурения только вертикальным на- правлением сужают границы его применения. Ударное бурение осуществляется станками УКС-22М, УКС-30М, УГБ-50М и др. СИСТЕМЫ РАЗВЕДКИ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИХ ВЫБОР Изучение геологических свойств месторождений на разве- дочных стадиях проводится с применением большого объема бу- ровых скважин и горных выработок. Этим разведочным средст- вам соответствуют группы систем разведки: буровая, горная и горно-буровая. Разведочные системы обеспечивают возмож- ность неоднократных линейных подсечений рудных тел скважи- нами и горными выработками, образующими в плане или на вертикальной плоскости геометрически правильную сеть, узлы которой представляют место их встречи. Понятие линейное подсечение определяет совокупность от- дельных пересечений рудного тела скважинами или горными выработками по одному из трех направлений (мощности, про- стиранию и падению). Наиболее информативным, характери- зующимся максимальной изменчивостью, является направление вкрест простирания рудного тела, совпадающее с его мощно- стью. Промежуточная изменчивость обладает направлением по падению рудного тела. Наименьшая изменчивость параметров оруденения отмечается обычно по простиранию рудного тела. 229
Получение разведочных данных по трем направлениям по- зволяет оценить объемную изменчивость геологических свойств месторождения: провести графическое и объемное моделирова- ние, построив системы поперечных и продольных разрезов, по- горизонтальных планов и блок-диаграмм. Группа буровых систем, являясь самой универсальной и эко- номичной, обеспечивает получение достаточно полной и пред- ставительной разведочной информации на месторождениях, имеющих значительные размеры тел полезных ископаемых с выдержанной морфологией и невысокой степенью дискретности оруденения. Буровые скважины пересекают рудные тела пре- имущественно по направлению их мощности, т. е. вкрест про- стирания. Наблюдения за изменчивостью параметров рудных за- лежей по простиранию и падению осуществляется дискретно (точечно) по системам скважин, расположенным в линию с увязкой данных смежных скважин методом интерполяции. Среди рассматриваемой группы буровых систем для разведки твердых полезных ископаемых выделяются системы скважин: ударно-канатного бурения, вертикальных и наклонных колон- ковых, глубоких направленных и многозабойных. В каждой из этих систем могут выделяться подсистемы, зависящие от типа буровых установок, геологических особенностей месторождения и условий залегания тел полезных ископаемых. Группа горных систем дает возможность получить полную и более достоверную информацию об изменчивости геологиче- ских свойств разведуемых месторождений, даже несмотря на сложность их геологического строения, невыдержанную форму и прерывистость рудных тел и крайне неравномерное распреде- ление полезных компонентов. В этой группе выделяют системы канав, шурфов, штолен, разведочных шахт. Каждая из систем имеет свои разновидности. Группа горно-буровых систем характеризуется применением в различных сочетаниях горных выработок и буровых скважин. Их соотношение зависит от геоморфологии района, сложности геологического строения месторождения и изменчивости свойств полезного ископаемого. Наиболее распространены ком- бинации разведочных скважин ударно-канатного или колонко- вого бурения с шурфами или шахтами, играющими роль кон- троля и используемыми для отбора технологических проб, а так- же разведочных штолен или шахт в рациональном сочетании с подземными буровыми скважинами (рис. 4.1). 230
Рис. 4.1. Разведочные системы штолен и подземных скважин колонкового бу- рения на Олюторском ртутном месторождении (Корякское нагорье): слева — объемная диаграмма изменчивости линейных подсечений (суммарной длины руд- ных интервалов, средних мощностей и содержаний ртути); справа — проекция рудной зоны на вертикальную плоскость; / - аргиллиты; 2--туфопесчаники; 3 — рудоконтролирующий надвиг; 4— контур богатых руд; 5 — участки прогнозных ресурсов ртути (а — наиболее ве- роятных; б- менее вероятных); 6 — горные выработки и скважины (а — канавы, шурфы, штольни, рассечки; б — подземные скважины) Факторы, влияющие на выбор систем разведки, подразделяют- ся на геологические, горно-технологические и географо-эконо- мические. Определяющими из них являются геологические факторы, ха- рактеризующие структурно-морфологические особенности ме- сторождения и слагающих его тел полезных ископаемых, их форму, размеры, строение, вещественный состав, характер и степень изменчивости. Горно-технологические факторы обусловливают способы вскрытия и технологию разработки месторождения исходя из горно-геологических свойств полезного ископаемого и вмещаю- щих пород. При подготовке месторождения к открытой разработ- ке или подземной высокопроизводительными системами, а также способами подземного выщелачивания отдается предпочтение разведке системами буровых скважин. Аналогично решается во- прос с выбором разведочных систем, когда речь идет о месторож- дениях с высокой обводненностью или большой мощностью рых- лых отложений, перекрывающих рудо продуктивные залежи. И наоборот, повышенная трещиноватость и раздробленность рудов- мещающих толщ являются препятствием для применения колон- кового бурения в связи с недостаточным выходом керна. 231
Географо-экономические факторы оказывают наибольшее влияние на выбор разведочных систем в труднодоступных или отдаленных районах с суровыми климатическими условиями, со слабым развитием производительных сил. В этих условиях мак- симальный упор при выборе систем разведки делается на буро- вые скважины, поверхностные горные выработки и при благо- приятном расчлененном рельефе на штольни. В районах дейст- вующих горнодобывающих предприятий или вблизи их созда- ются благоприятные условия для рационального соотношения буровых и горных систем. МЕТОДЫ РАЗВЕДКИ Разведка месторождений — сложный и многообразный науч- но-производственный с экономическим подходом процесс изу- чения, в котором используются те же методы, что и при поис- ках, но с большей детальностью и на более высоком качествен- ном и технологическом уровнях. Поэтому основными методами разведки следует считать: • детальное геологическое картирование; • линейные подсечения тел полезных ископаемых система- ми буровых скважин и горных выработок; • геофизические исследования в горных выработках и сква- жинах; • геохимические и минералогические исследования. Отдельные виды исследований, проводимые при геологораз- ведочных работах, можно отнести к дополнительным методам разведки. К ним относятся: опробование разведочных вырабо- ток и скважин; построение разрезов и погоризонтальных планов по разведочным линейным подсечениям, так называемое графи- ческое моделирование, а также оценочные сопоставления геоло- горазведочных данных. Детальное геологическое картирование выполняется на ин- струментальной графической основе: топографических планах поверхности в масштабах от 1:10 000 до 1:500 и маркшейдерских погоризонтальных планах масштабах 1:1000 и 1:500. Привязка обнажений, разведочных скважин и выработок на поверхности осуществляется с помощью теодолитных ходов и геометрическо- го нивелирования, а пунктов наблюдений в подземных горных выработках к маркшейдерским точкам теодолитной и верти- кальной съемок. Составление детальных геологических карт, со- 232
ответствующих указанному масштабу графической основы, при- ходится в основном на стадии предварительной разведки. На геологическую карту наносят маркирующие горизонты и рудоносные формации пород, контуры рудных тел, элементы тектонических дислокаций, зоны гидротермальных метасомати- ческих изменений пород. Рабочий вариант карты должен быть составлен на начальном этапе предварительной разведки, а за- тем дополняться и уточняться. На последующих стадиях разведки проводят более детальные геологические съемки на базе маркшейдерских планов и состав- ляют погоризонтальные геологические планы. Линейные подсечения тел полезных ископаемых осуществ- ляются либо разведочными системами буровых скважин, либо системами горно-разведочных выработок, либо комбинирован- ными горно-буровыми системами. Ценной для разведки являет- ся геологическая и другая информация, получаемая в процессе проходки разведочных выработок и бурения скважин, имеющих также определенное техническое назначение. Число необходимых линейных подсечений определяется раз- мерами тел и изменчивостью основных параметров, используе- мых в подсчете запасов. Оно должно быть оптимальным, обес- печивающим выполнение задач каждой стадии и соблюдение принципов разведки. Геофизические исследования в скважинах и горных выработках являются универсальными по комплексу решаемых задач и вы- сокоэффективным методом, применяемым на всех разведочных стадиях. Они используются для корреляции геологических неод- нородностей, и в том числе рудных подсечений между разведоч- ными выработками и скважинами, определения контуров про- дуктивных залежей в межскважинном пространстве, качества полезных ископаемых и других параметров для подсчета запасов и оценки прогнозных перспективных ресурсов. Широко распространены и имеют важное значение геофизи- ческие исследования в скважинах, включающие каротаж и обычно сопровождающие его контрольные измерения за техни- ческим состоянием скважин. Каротаж основан на воздействии локальных естественных и искусственно вызванных физических полей внутри скважин на специальный зонд, в датчиках которого возникают сигналы, пе- редающиеся по каротажному кабелю к регистрационным и об- рабатывающим наземным приборам. Локальные естественные физические поля являются производными петрофизических 233
свойств горных пород и руд, формы тел и структурных особен- ностей. Природа этих полей различная. Как видно на рис 4.2, для регистрации параметров электрического поля используют методы самопроизвольной поляризации (ПС) и кажущихся со- противлений (КС). Радиоактивность пород в разрезе скважины фиксирует гамма-каротаж (ГК); изменение вертикальной со- ставляющей магнитного поля измеряется с помощью магнитно- го каротажа (МК), тепловой режим определяют проведением термического каротажа. Искусственно возбуждаемые физические поля качественно моделируются с учетом состава пород проектного разреза и ре- шаемых задач. Они применяются для регистрации количест- венных изменений заданных свойств по разрезу скважины. На моделировании ядерно-физических процессов базируются ме- тод плотностного гамма-гамма-каротажа (ГГК-П), различные виды нейтронного каротажа: нейтронный гамма-каротаж (НГК), нейтрон-нейтронный каротаж (ННК) и др. На модели электрических потенциалов пород основан метод вызванной поляризации (ВП). Полнота и достоверность определения геологических харак- теристик (состав и свойства пород и руд, их мощность и очерта- / 2 - з ТТТ 4 Рис. 4.2 Геофизические исследования (каротажные диаграммы) в разведочных скважинах: /—песчаники; 2 — известняки; 3— алевролиты и аргиллиты; 4 — углистые породы; 5 — каменный уголь 234
ния контактов, структурные особенности) обеспечиваются ком- плексированием различных методов и видов каротажа. В рудных скважинах универсальными стали методы магнит- ного, электрического и ядерно-физического каротажа. Ком- плексирование магнитного и электрического методов каротажа эффективно применять при разведке ликвационных сульфид- ных медно-никелевых, пегматитовых слюдоносных, пьезоопти- ческого кварца, скарновых магнетитовых, медных и полиметал- лических, метаморфогенных железорудных и многих других ме- сторождений. Особенно широко используется комплексирова- ние методов электрического и ядерно-физического каротажа при разведке месторождений легирующих, цветных, благород- ных, редких и радиоактивных металлов различных генетических и промышленных типов, а также месторождений угля. Электрический каротаж угольных скважин позволяет корре- лировать их разрезы, выявить пласты угля и оценить их мощ- ность. Это тем более важно, что они могли быть не зафиксиро- ваны в керне. ГГК-С используют для оценки зольности углей. Термический каротаж помогает изучить криологические ус- ловия в разрезе скважины; с помощью КС ПС, НГК и ННК расчленяют породы по пористости, проницаемости и водо- обильности. К геофизическим исследованиям, контролирующим техническое состояние скважин, относятся инклинометрия и кавернометрия. Инклинометрия служит для замера зенитных и азимутальных углов скважин. Отклонения от заданных углов называется соот- ветственно зенитным и азимутальным искривлением. Каверно- метрия фиксирует фактический диаметр скважины по ее разрезу. Геофизические исследования в горных выработках проводят- ся преимущественно радиометрическими методами. При развед- ке месторождений урана, шеелита, алмазов и битуминозных об- разований применяют люминесцентный метод. На различных стадиях разведки рудных месторождений используется метод ра- диоволнового просвечивания, позволяющий получить радиовол- новую тень от рудных тел, залегающих между пьезооптических датчиков. Геохимические исследования при разведке месторождений про- водятся с целью определения вероятной глубины эрозионного сре- за, увязки рудопродуктивных зон в смежных разведочных линей- ных подсечениях, экстраполяции оруденения за их пределы, оцен- ки рудоносное™ глубоких горизонтов. Это достагается путем сис- тематического отбора геохимических проб в горных выработках и 235
по керну разведочных скважин, последующих обработки и прове- дения полуколичественного спектрального анализа проб, с по- строением по результатам анализа первичных ореолов рассеяния. Первичный ореол рассеяния представляет собой околоруд- ную область пород, обогащенную в процессе рудообразования элементами-индикаторами и спутниками оруденения. Первич- ные геохимические ореолы, образующиеся совместно с эндоген- ными месторождениями, называются эндогенными геохимиче- скими ореолами. Для них характерна объемная зональность, вы- раженная в трех направлениях: продольном (по простиранию), поперечном (по мощности), по ширине (по падению). Зональ- ность по направлению крутого падения называется вертикальной, или осевой, зональностью. Сущность вертикальной зональности заключается в избирательности элементов в определенных гори- зонтах месторождения. Так, в верхних частях рудных месторождений концентриру- ются барий, серебро и свинец, образуя надрудные ореолы рас- сеяния. На нижних горизонтах устанавливаются ореолы с под- рудными элементами — медью, висмутом, кобальтом, молибде- ном, оловом и вольфрамом (рис. 4.3). Р и с. 4.3. Модель геохимической зональности первичных ореолов рассеяния (разрез): /—граниты, гранодиориты; 2 — рудное тело; 3— первичные ореолы рассеяния (надруд- ныс — Pb, Ag, Ва; подрудные — W, Sn, Mo, Со, Bi, Си); 4 — тектоническая зона дробления, совпадающая с осью рудного тела; 5— эродированное рудное тело; 6 — линия палеорельефа 236
Анализ минерального и химического состава, размеров и особенностей зонального строения ореолов позволяет решать указанные выше задачи на различных стадиях разведки. Минералогические исследования направлены на решение сле- дующих задач: • определение полного минерального состава руд и около- рудных метасоматитов, минеральных форм нахождения и пространственного размещения основных и сопутствую- щих полезных компонентов, полезных и вредных элемен- тов-примесей; • выделение по особенностям минерального состава, тексту- рам и структурам руд их природных типов; • изучение минералогической зональности в дополнение к геохимической. Другие виды геологоразведочных работ как дополнительные методы разведки (создание системы разрезов, опробование по- лезного ископаемого и оценочное сопоставление) рассматрива- ются далее. ОРИЕНТИРОВКА, ФОРМА И ПЛОТНОСТЬ РАЗВЕДОЧНОЙ СЕТИ Как уже отмечалось, разведочные системы скважин и горных выработок размещаются по линиям, или так называемым ли- нейным подсечениям. Направление скважин и выработок по от- ношению к этим линиям и простиранию рудных тел ортого- нальное. Поэтому место их встречи с продольной плоскостью рудного тела проецируется на линейные подсечения в виде то- чек (вне масштаба) или прямолинейных интервалов (отрезков), которые в дальнейшем будем упрощенно называть точками пе- ресечения (наблюдения). По линейным подсечениям строят системы продольных раз- резов, или погоризонтальных планов, а также проекции на го- ризонтальную или вертикальную плоскости. Линейные подсече- ния могут менять свое направление в соответствии с изменени- ем простирания рудного тела. Место точек пересечения должно выбираться таким образом, чтобы можно было построить систе- му поперечных разрезов и получить в плане или на вертикаль- ной плоскости геометрически правильную разведочную сеть. Таким образом, возникает вторая система линейных подсече- ний, совпадающая с системой поперечных разрезов, в которой изменчивость геологических свойств рудных тел и вмещающих 237
их пород может отличаться от изменчивости по направлению основной системы. При отсутствии отчетливо выраженного направления анизо- тропии, когда залежь условно считается изотропной, и ее изо- метричной форме расстояния между точками наблюдения в ли- ниях (и между линиями) принимаются равными — образуется квадратная сеть (рис. 4.4, 7). В линейном подсечении по направлению наибольшей из- менчивости расстояния между точками наблюдения принима- ются меньше, чем по другому ортогональному к нему направле- нию. В этом случае образуется прямоугольная разведочная сеть (рис. 4.4, //) с ячейками, вытянутыми по направлению макси- мальной изменчивости, совпадающему обычно с простиранием рудного тела или продуктивной залежи. Наиболее экономичной считается ромбическая сеть (рис. 4.4, III), которая по условиям применения является промежу- точной между квадратной и прямоугольной сетью. Указанные формы сети находят применение при разведке месторождений твердых полезных ископаемых. | а • | б~о~|/ | а © | б ©~|2 | а © | б |-—"Р |---ф |-----------|б Рис. 4.4. Последовательное сгущение разведочной сети по стадиям разведки: /— изначальная квадратная сеть на предварительной стадии; II — прямоугольная сеть, по- лученная при детальной разведке путем сокращения вдвое расстояния между скважинами по линии вкрест простирания; III — ромбическая сеть, образовавшаяся при доразведке в результате проходки скважин в центре ячеек прямоугольной сети: 1—3 — буровые скважины (7 — предварительной разведки (а — рудные, б — безрудные); 2 — детальной разведки (а — рудные, б — безрудные)); 3 — доразведки {а — рудные, б — безрудные)); 4, 5— линии контуров рудного тела (4 — внутреннего контура, 5—внешнего); 6 —линии сети, опреде- ляющие ее форму 238
На месторождениях нефти и газа разведочные скважины, в зависимости от структурно-морфологических особенностей за- лежей, размещаются по профилям, треугольной и кольцевой системам, а также дискретной системе одиночных скважин. Профильная система эффективна при разведке залежей, при- уроченных к брахиантиклинальным структурам, зонам тектони- ческого экранирования, стратиграфического несогласия и фаци- ального перехода. Треугольной системой осуществляется разведка литологически экранированных залежей, кольцевой — крупных изометрических ловушек, а системой одиночных скважин — гео- логически обособленных неоднородных объектов. Последовательность бурения разведочных скважин на угле- водороды может осуществляться по сгущающей или ползущей системе. При первой происходит разбуривание всей площади месторождения по редкой сети с последующим ее уплотнением на перспективных участках. Вторая развивается с последова- тельным бурением скважины по проектной плотности сети от изученной части к неизученной. Многозалежные месторождения углеводородов могут разве- дываться по системам — сверху вниз или снизу вверх. Их выбор зависит от концентраций запасов углеводородов в разрезе. Раз- ведка сверху вниз эффективна при их концентрации в верхних горизонтах, а снизу вверх — в нижних. При выборе разведочной сети находят свое выражение практи- чески все принципы разведки. Принцип равной изученности служит обоснованием размещения точек пересечения в опреде- ленном порядке, т. е. в форме сети. Принцип аналогии позволяет использовать накопленный опыт разведки однотипных месторождений для определения ориенти- ровки, формы и расстояний между точками пересечения. Это осо- бенно важно для стадии предварительной разведки, когда недоста- точно данных о геологии и структуре месторождения, морфологии и размерах рудных тел и изменчивости их параметров — факторах, в соответствии с которыми планируется и должна развиваться раз- ведочная сеть. В методических указаниях ГКЗ даны рекомендации по выбору разведочных систем и определению расстояний между точками пересечения в зависимости от сложности геологического строения, морфологии и размеров рудных тел. Эти расстояния дифференцированы по категориям запасов. В практике разведки отмечаются значительные отклонения от рекомендованных расстояний, обоснованные результатами экспе- риментальных исследований по оптимизации разведочной сети. 239
Принципы последовательных приближений и выборочной детализации дают основание для сгущения разведочной сети на участках, подготавливаемых для первоочередной отработки. По принципу аналогии полученные данные распространяют на дру- гие участки. При сгущении разведочной сети расстояния между точками наблюдения обычно сокращаются вдвое по одному или обоим направлениям линейных подсечений. Принцип полноты исследования применительно к разведоч- ной сети находит свое выражение в проходке законтурных без- рудных скважин и горных выработок. Они используются для на- хождения внешнего контура оруденения методом ограниченной экстраполяции. Принцип наименьших затрат средств и времени воплощен в методике развертывания и поиска оптимальной плотности раз- ведочной сети. Помимо геометрически правильной разведочной сети, выработки и скважины могут располагаться в линиях под- сечения так, что их увязка в смежных соседних линиях не дает правильной сети. В этом случае представительной является одна система разрезов. Это так называемая разведка по профилям, применяемая при мощных крутопадающих залежах, например медно-колчеданные месторождения, или извилистых ленточных тел, например аллювиальные россыпи. Чем полнее соответствие формы сети, ориентировки и разве- дочных профилей особенностям геологического строения ме- сторождения, морфологии рудных тел и изменчивости орудене- ния, тем меньшей плотностью сети можно получить ожидаемые результаты. Плотность разведочной сети выражается расстоянием между точками наблюдения (скважинами или выработками) по двум разноориентированным преимущественно взаимно-ортогональ- ным системам линейных подсечений в плоскости рудного тела. Одна из них обычно совпадает с простиранием или протяжен- ностью тела, другая — с направлением падения или шириной тела. Основными факторами, влияющими на плотность сети, являются размеры и компактность месторождения и степень из- менчивости морфологии тел и качества полезного ископаемого. Оптимальной считается такая плотность сети, которая обес- печит получение необходимой для подсчета запасов разведочной информации с минимальной погрешностью, при условии со- блюдения принципов разведки и выполнения задач каждой ее стадии. Обычно оценивается погрешность определения морфо- 240
логии, размеров и качества полезного ископаемого — основных параметров к подсчету запасов. Достаточно обоснованных вели- чин предельно допустимых погрешностей не установлено. Погрешности формы и размеров тел определяются относи- тельно эталонов-разрезов, построенных по максимальному чис- лу точек наблюдения в линии подсечения. Их называют также ошибками аналогии, связанными с увязкой контуров тел полез- ных ископаемых в смежных разрезах. Погрешности качества обусловлены дискретностью или прерывистостью оруденения. За эталон качества принимается значение, вычисленное для эта- лонного участка с привлечением всех полных пересечений руд- ного тела, полученных на всех стадиях разведки и при эксплуа- тации. При завершении начальной стадии разведки проводят выбо- рочное сгущение точек наблюдений и линий подсечения для создания эталонных разрезов и участков. Если при этом средние величины параметров для подсчета запасов, а следовательно и самих запасов, меняются незначительно, то сгущение сети рас- пространять на другие участки месторождения нецелесообразно, а при изменении более чем на 10—15% — наоборот. Такой под- ход к рационализации разведочной сети известен в литературе как способ разрежения. На стадии доразведки эксплуатируемого месторождения или детальной разведки достаточно крупных изолированных его участков с целью оптимизации сети используют способ сравне- ния данных разведки с данными эксплуатации. В качестве эта- лонного участка принимают один или несколько эксплуатаци- онных блоков с результатами опробования в их пределах разве- дочных, подготовительных и нарезных выработок, а также очи- стных забоев. На всех стадиях разведочного процесса ведется поиск эф- фективного применения математических и горно-геометриче- ских методов для оптимизации сети. ПОНЯТИЕ О МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАЗВЕДОЧНОЙ СЕТИ Математические методы рационализации разведочной сети основаны на познании пространственной изменчивости рудо- продуктивных залежей, особенностях их геологического строе- ния. Природная изменчивость геологических свойств может 16 м 241
быть случайной и неслучайной. Случайная изменчивость оцени- вается вероятностно-статистическими методами. При математическом анализе разведочной сети ориентиру- ются на максимальный параметр изменчивости. Им чаще всего оказывается изменчивость содержания полезного компонента. Статистическими характеристиками его распределения служат: математическое ожидание среднего содержания (С), дисперсия (о2), среднее стандартное отклонение или стандарт (ст), коэффи- циент вариации (И), асимметрия (А) и эксцесс (£). Они опреде- ляются по формулам: _ п п C^CJn- о2=^(С/-С)2/л-1; /=1 /=1 V =(о/С)100%; Л = £(С,.-С)3/ио3; /=1 п £ = £(С,-С)4 /да4 -3. /=1 Здесь С, — частные значения содержания по выборке (числу то- чек наблюдений) объемов в н-значений, а для логнормально- го — логарифмы значений. При большой выборке значений и нормальном распределе- нии достаточно надежно оценивается математическое ожидание случайной величины. Дисперсия характеризует рассеяние значений случайной ве- личины около ее математического ожидания. Она имеет размер- ность квадрата случайной величины, а корень квадратный из дисперсии называют стандартом. Его отношение к среднему значению называется коэффициентом вариации. Он может выра- жаться в процентах. Асимметрия характеризует отклонение распределения слу- чайной величины, например содержание полезного компонента, от симметричного нормального распределения. Показатель асимметрии может быть положительным или отрицательным, для нормального распределения он равен нулю. Эндогенные месторождения легирующих, цветных, благо- родных и редких металлов обычно характеризуются логнормаль- ным и гиперболоподобным левоасимметричным распределени- ем полезных компонентов. Это значит, что проб с содержанием 242
выше среднего значения встречается меньше, чем проб с низ- ким содержанием. Правоасимметричное (отрицательное) рас- пределение типично для месторождений неметаллического сы- рья с равномерным распространением полезных компонентов и невысокими значениями стандарта. Эксцесс характеризует кривизну линии плотности распреде- ления. Для нормального распределения он равен нулю. Кривая с более острой вершиной по сравнению с нормальной имеет по- ложительный эксцесс, а со сглаженной вершиной — отрица- тельный. Оптимизация параметров разведочной сети математически- ми методами основана на вероятностно-статистических моде- лях, отражающих изменчивость геологических свойств изучае- мого объекта. Конструкция таких моделей связана с особенно- стями изменчивости содержания полезного компонента, харак- теризующимися вариационными кривыми. Для построения вариационной кривой выборку содержаний полезных компонентов по полным пересечениям группируют в классы, так, чтобы оценка математического ожидания находи- лась во втором или третьем классе. На графике по оси абсцисс откладывают значения этих классов, а по оси ординат — отно- сительную частоту их встречаемости (частость). Кривые распре- Р ис. 4.5. Кривые распределения частот содержаний полезных компонентов. По В.Ф. Мягкову, В. В. Богацкому: / — гиперболовидная; 2 — логнормальная; 3 — нормальная; 4— «зеркальный» аналог логнормальной кривой; Р— частость; С — содержание компонента
деления имеют волнообразный вид. Среди них выделяют четыре основных типа эмпирических кривых (рис. 4.5). При нормальной форме кривой большая частость приходит- ся на величину среднего содержания (класса), а остальные клас- сы содержаний располагаются относительно него симметрично. Такая кривая характеризует нормальный закон распределения случайной величины. При асимметрии кривой различают левоасимметричные и пра- воасимметричные распределения. Первые также называют кривы- ми с положительной асимметрией, вторые — с отрицательной. Левоасимметричные распределения характеризуют большую изменчивость, чем симметричные или правоасимметричные. До определенной величины изменчивости левоасимметричные рас- пределения содержаний могут стать симметричными, если их отложить в логарифмическом масштабе. Максимальное значе- ние этой величины должно отвечать условию Cnm/C< II, где Стах — наибольшее значение содержания в выборке; С — среднее содержание по выборке. В этом случае наиболее близким значением истинному средне- му содержанию будет величина среднего логарифмического. При более высокой изменчивости левоасимметричное распределение приобретает вид гиперболоподобной кривой. Тогда близким к ис- тинному среднему значению является среднее гармоническое. Правоасимметричные кривые распределения характерны для месторождений с высокими средними содержаниями полезных компонентов и равномерным их распределением. Статистические модели применимы для оценки рудопродук- тивности залежи, крупных по размерам и площади распростра- нения, при достаточно большом числе разобщенных и функцио- нально не связанных между собой точек наблюдений. При нормальном законе распределения одна из таких моде- лей выражается формулой где п — необходимое количество точек наблюдения; t — коэф- фициент, отвечающий, с какой вероятностью погрешность не будет выше допустимой; V— коэффициент вариации; /лотн — за- данная допустимая относительная погрешность. 244
При увеличении значения t от 1 до 2 величина вероятности возрастает с 68,3 до 95%. Чтобы перейти к расстоянию между точками наблюдения (/), нужно разведуемую площадь рудопродуктивной залежи (5) раз- делить на п, и тогда '=Л V п Сближение точек наблюдения при детализации разведки ве- дет к выявлению неслучайной изменчивости, характерной для рудных залежей. В этом случае модель, построенную на исполь- зовании приведенных выше формул, следует применять с по- правками на смещенность статистических оценок случайных ве- личин, вызванных асимметричным распределением полезных компонентов, а также их связью с мощностью рудных тел. 4.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА И ПОИСКИ ПОНЯТИЕ О ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ, ЕЕ ЗАДАЧИ Главной задачей геологической съемки любого масштаба яв- ляется составление геологической карты, графически отобра- жающей элементы геологических тел, фиксируемых на земной поверхности или определенном глубинном срезе. Последний может совпадать с подошвой или кровлей стратиграфического горизонта или поверхностью какого-нибудь геологического об- разования. Детальность карты определяется ее масштабом и обусловливает специфику решаемых задач. В процессе геологической съемки и анализа составленных карт выявляют благоприятные для рудообразования факторы, которые используют в качестве поисковых предпосылок. К ним относятся климатические, стратиграфические, фациально-лито- логические, магматические, структурные, геоморфологические, геофизические и геохимические аномалии. Геофизические и геохимические факторы, проявляясь локально, играют роль по- исковых признаков. Поисковые предпосылки и признаки определяются на осно- ве изучения разнообразных факторов, указывающих на возмож- ность обнаружения месторождений полезных ископаемых, и различаются по характеру и уровню проявления этих факторов. 245
Поисковые предпосылки — производные геологических и гео- графических факторов, рассматриваемых на региональном уров- не. Поисковые признаки — это локальные факторы, прямо или косвенно указывающие на присутствие полезных ископаемых. На геофизических картах фиксируются аномалии и из них выделяются перспективные. Профильные геофизические иссле- дования могут дополняться геохимическими. Комплексные гео- физические и геохимические аномалии, выявленные при регио- нальной геологической съемке при благоприятных геологиче- ских обстановках, могут служить поисковыми признаками ору- денения и могут быть использованы для выделения перспектив- ных территорий и количественной оценки прогнозных ресурсов категории Р3. При крупномасштабных исследованиях, включающих геоло- госъемочные работы масштаба от 1:50 000, а также съемки мас- штабов от 1:25 000 до 1:500, сопровождающие поисковые работы, сформулированные задачи решаются на более детальном уровне. Объекты исследований конкретизируются, обретая черты прояв- лений и месторождений, которым дается геологическая оценка. Геологическое картирование масштаба 1:50 000 сопровожда- ется общими поисками полезных ископаемых, которые можно ожидать, исходя из благоприятных геологических предпосылок. В районах, перспективных на обнаружение россыпных месторо- ждений, проводятся съемки геоморфологическая и четвертич- ных отложений. В завершение работ оконтуривают перспектив- ные территории, оценивают прогнозные ресурсы Р2 и выделяют возможные объекты для более детальных исследований. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПОИСКОВ Общей задачей поисков являются обнаружение и геоло- го-экономическая оценка месторождений полезных ископае- мых. Помимо приведенных поисковых критериев используют различные поисковые признаки: выходы полезных ископаемых на дневную поверхность, эндогенные и экзогенные геохимиче- ские ореолы, локальные геофизические аномалии, гидротер- мально-метасоматические изменения горных пород и др. Методы поисков разнообразны и применяются обязательно в комплексе с учетом ландшафтных и других условий и видов полезных ископаемых. Возможности их применения обусловле- ны местом проведения поисков по отношению к земной поверх- ности. Они могут вестись из космоса (космические методы), с 246
воздуха (аэрометоды), непосредственно на поверхности Земли (наземные), над водой и под водой (в озерах, шельфовых зонах морей и океанов), из скважин и с горизонтов подземных горных выработок (подземные поиски). Космические методы находятся в начальной стадии своего развития. Составленные на основе дешифрирования космиче- ских снимков (КС) мелко- и среднемасштабные карты линеа- ментов и кольцевых структур в совокупности с картами рудо- вмещающих геологических формаций используются для выявле- ния перспективных территорий на обнаружение месторождений полезных ископаемых. Аэрометоды включают визуальные наблюдения, геологиче- скую аэросъемку, сопровождаемую дешифрированием аэро- снимков, магнито-, грави-, радио-, электрометрическую, атмо- геохимическую и другие съемки. Наземные методы являются наиболее достоверными, разно- образными и широко распространенными в практике геолого- разведочных работ. К ним относятся крупномасштабное геоло- гическое картирование, геолого-минералогические, геохимиче- ские, геофизические и горно-буровые методы. Среди геолого-минералогических методов выделяют визу- альный, валунно-обломочный (обломочно-делювиальный, обло- мочно-речной, валунно-ледниковый) и шлиховой. Визуальные наблюдения проводятся в условиях хорошей об- наженности пород, когда визуально можно обнаружить и даже предварительно оконтурить выходы полезных ископаемых на дневную поверхность. Группа валунно-обломочных методов направлена на поиски и прослеживание рудоносных свалов, обломков, галек и валунов на склонах возвышенностей; в руслах рек и долинах, на площа- дях развития моренных отложений. Шлиховой метод заключается в промывке проб, взятых из рыхлых отложений, и получении шлихов с последующим их ми- нералогическим (шлиховым) анализом. Шлихи могут быть по- лучены также при промывке протолочек проб горных пород и руд. Промывка ведется в деревянных лотках, ковшах, на бута- рах, вашгердах и в винтовых сепараторах. По результатам шли- хового анализа составляют шлиховые карты, на которых оконту- ривают механические ореолы рассеяния ценных минералов, или карты изо концентрат. Геохимические методы поисков позволяют выявить, оконту- рить и оценить ореолы рассеяния элементов-индикаторов ору- 247
денения и элементов-спутников в коренных породах, рыхлых отложениях, источниках вод, растениях и воздухе. Соответст- венно выделяют лито-, гидро-, био- и атмогеохимические мето- ды, подразделяющиеся на поиски по первичным (эндогенным) и вторичным (гипергенным) ореолам или по потокам рассеяния элементов-индикаторов оруденения. Геофизические методы поисков используются при создании геологической основы поисков, для выявления и оконтуривания аномальных физических полей, выделения и оценки локальных рудоносных аномалий. К ним относятся магнито-, электро-, грави-, радио- и сейсмометрические, а также ядерно-геофизиче- ские методы. Горно-буровые методы — самые достоверные среди других поисковых методов. Они позволяют определить в первом при- ближении геолого-структурные условия локализации тел полез- ных ископаемых, их морфологию, размеры и вещественный со- став, проследить изменчивость этих параметров, произвести оценку прогнозных ресурсов и подсчет запасов по категории С2. Указанные наблюдения ведут по сети с плотностью, соответ- ствующей масштабу исследований. Подводные методы получили развитие во второй половине XX в. в связи с освоением минеральных ресурсов шельфовых зон морей и океанов и изучением глубоководных марганцевых конкреций. Эти поиски включают визуальные наблюдения дна с воздуха и бурение с плавсредств, аэрофотосъемки, с последую- щим геолого-геоморфологическим дешифрированием, сбор об- разцов с морского дна, сейсмоакустические методы, подводное телевидение и фотографирование, морские геофизические ис- следования. Подземные методы могут проводиться на разрабатываемом месторождении. Они охватывают фланги и глубокие горизонты месторождения, смежные с ним структуры (участки) в пределах общего рудного поля, благоприятные для оруденения. Основны- ми техническими средствами служат горизонтальные и наклон- ные скважины колонкового бурения мелкого диаметра, распо- ложенные в линию, пучком или веером, с использованием гео- физических и геохимических методов. Коротко рассмотрим задачи и методы поисков. Поисковые работы проводятся на перспективных площадях в пределах известных и потенциальных рудных полей и бассейнов осадочных полезных ископаемых. 248
Выполнение работ этой стадии осуществляется комплексом перечисленных методов, исходя из ландшафтных и геологиче- ских особенностей расположения месторождений, вида полез- ного ископаемого и его промышленно-генетического типа. В результате работ составляются геологические карты опоискован- ных участков в масштабах от 1:25 000 до 1:5000 и разрезы, оце- ниваются прогнозные ресурсы полезных ископаемых по катего- рии Р2, а на хорошо изученных участках — по категории Р]. В завершение поисков осуществляется начальная геоло- го-экономическая оценка: определяются геолого-промышлен- ный тип оцениваемого объекта, ориентировочно его контур в плане — с экстраполяцией на глубину, что дает основание под- считать запасы категории С2 и оценить ресурсы полезного иско- паемого по категории Р|. В результате объект или отбраковыва- ют, как не представляющий практического интереса, или изла- гаются технико-экономические соображения о перспективах выявленного месторождения, позволяющие принять обоснован- ное решение о целесообразности и сроках проведения началь- ной стадии разведки. 4.3. ТЕХНИЧЕСКИЙ БЛОК. ОПРОБОВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ РАЗВЕДКЕ Опробование проводится на всех стадиях геологоразведоч- ных работ. Наибольшее значение оно имеет в разведочном про- цессе, когда по его результатам определяются качественный со- став рудопродуктивных толщ, особенности распространения в них минеральных компонентов, контуры балансовых и забалан- совых запасов минерального сырья, его природных типов и про- мышленных сортов, содержание и технология извлечения ос- новных и сопутствующих полезных компонентов, а также кон- центрация вредных примесей, технические и физические свой- ства руд и вмещающих пород. Метрологию и стандартизацию опробования разрабатывают федеральные организации недропользования, составляющие ин- структивные и методические руководства, в которых указывают- ся способы, параметры и технические средства опробования. Они также осуществляют метрологическое обеспечение управ- ления качеством отбора, обработки и испытаний проб с регла- ментированной ими точностью. 249
Каждая проба в отдельности не отражает средних значений качественной характеристики и различных свойств опробуемой минеральной массы, поскольку строение и состав этой массы дискретны. Однако совокупность проб определенных форм, раз- меров и ориентировки, отобранных через равные расстояния, должна обеспечить получение данных, близких к действитель- ным средним значениям. В этом случае пробы считаются доста- точно представительными для своих размеров. ВИДЫ ОПРОБОВАНИЯ Прежде чем проводить опробование, необходимо выяснить его целевое назначение. В зависимости от задач различают виды опробования: химическое, минералогическое, геохимическое, геофизическое и ядерно-геофизическое, техническое, техноло- гическое, товарное. Химическое опробование является основным и наиболее рас- пространенным видом опробования. Оно проводится главным образом на рудных месторождениях для определения в иссле- дуемой минеральной массе содержаний основных и попутных полезных компонентов и вредных примесей. Химические анали- зы характеризуются высокой точностью, при чувствительности вполне достаточной для решения практических задач, связан- ных с подсчетом запасов полезных ископаемых. Поэтому отбор проб на разведочных стадиях для химических анализов прово- дится систематически по всем рудным пересечениям и около- рудным измененным породам. Как разновидность химического опробования следует считать пробирный анализ благородных металлов. Минералогическое опробование проводится систематически в основном при разведке россыпных месторождений для опреде- ления содержания ценных минералов. При разведке месторож- дений твердых полезных ископаемых в коренном залегании обычно осуществляются минералогические анализы штуфных или объединенных проб для изучения минерального и фазового состава руд. При этом отбираются монофракции минералов для определения их элементного состава прецизионными методами. Геохимическое опробование, являясь наиболее высокопроизво- дительным и дешевым, дает возможность определять малые со- держания элементов спектральным, атомно-абсорбционным и другими прецизионными аналитическими методами. Помимо решения чисто геохимических задач, изучения ореолов рассея- 250
ния, оно позволяет отбраковать пробы с низким содержанием полезных компонентов и тем самым избежать проведения доро- гостоящих химического или пробирного анализа, а также вы- явить элементы-примеси, которые могут представлять практиче- ский интерес. Геофизическое опробование выделяется среди других видов тем, что минеральная масса исследуется геофизическими мето- дами и не подвергается при этом ни механическому, ни химиче- скому, ни температурному воздействию, оставаясь практически без изменения. Это дает возможность проведения повторных геофизических испытаний или других видов опробования. Гео- физическое опробование проводится с целью определения со- держаний полезных компонентов непосредственно в горных вы- работках и скважинах без отбора материала. Оно также исполь- зуется для экспресс-анализа буровой пыли, навесок измельчен- ных проб или другой минеральной массы. Ядерно-геофизическое опробование, включающее гамма-гамма, нейтрон-нейтронный, рентгенорадиометрический и другие ме- тоды, широко применяется на заключительных стадиях разведки и при эксплуатации месторождений олова, вольфрама, свинца, цинка, меди, сурьмы, железа и других видов полезных ископае- мых. Оно характеризуется высокой чувствительностью, экс- прессностью, универсальностью, относительной простотой и легкостью проведения. Процесс опробования может осуществ- ляться на любой технологической стадии разведки и переработ- ки полезного ископаемого. При этом практическую ценность имеет опробование руд в естественном залегании. Для гам- ма-гамма и нейтрон-нейтронного опробования используется ап- паратура СРП-68, РС-3, СГСЛ «Филигрань», «Фреска» и др.; при рентгенорадиометрическом опробовании — «Минерал», РРША-1 и др. Техническое опробование позволяет изучить физико-техниче- ские свойства полезного ископаемого и вмещающих его пород. Практически по каждому месторождению твердых полезных ис- копаемых определяют их среднюю плотность и влажность, прочностные свойства руд и пород, кусковатость — качества, влияющие на технологию разработки месторождения и перера- ботки минерального сырья. На месторождениях многих видов неметаллического сырья, в том числе сырья для природных строительных материалов, тех- ническое опробование выступает основным методом определе- ния их промышленной ценности и проводится регулярно. Ре- 251
шаемые при этом задачи должны увязываться с нормативными требованиями промышленности, выраженными в соответствую- щих ГОСТах. Технологическое опробование позволяет выяснить технологи- ческие свойства минерального сырья, главным из которых явля- ются способность к обогащению, т. е. гравитационные, флота- ционные, электромагнитные и другие свойства, и к химическо- му восстановлению, а также плавкость, спекаемость и т. д. Технологические испытания могут проходить в лаборатор- ных условиях, на полупромышленных опытных установках или производственных линиях. Пробы для этих испытаний должны быть представительными, отражать состав природных типов и промышленных сортов руд в их товарном виде, в котором они поступят на переработку. Особенно это важно при полупро- мышленных и заводских дорогостоящих и очень ответственных испытаниях, проводимых на стадиях детальной разведки и до- разведки, когда испытывают большеобъемные технологические пробы. По результатам технологического опробования разраба- тывают рациональную схему и оптимальный режим переработки минерального сырья, обеспечивающих рентабельное комплекс- ное извлечение полезных компонентов и утилизацию отходов. На эксплуатируемых месторождениях качество товарной руды обеспечивается с помощью геолого-технологического кар- тирования. Оно проводится по результатам технологического опробования и служит также для разработки оптимальных тех- нологических схем комплексного ее использования. Товарное опробование проводится с целью определения каче- ства поступающей на переработку или временно складируемой товарной руды. При товарном опробовании устанавливается ряд технологических показателей: товарные массы отдельных поста- вок, допустимая погрешность отбора проб, классификация руд по вариантам качества, число и масса разовых проб в различных вариантах качества. СПОСОБЫ И ПАРАМЕТРЫ ОПРОБОВАНИЯ Пробы, отбираемые при разведке месторождений твердых полезных ископаемых, называются геологическими. Геологиче- ская проба представляет собой массу различных по составу и размерам минеральных частиц, отобранных по продуктивной за- лежи в естественном залегании или из технологических продук- тов ее отработки. На месте отбора пробы образуется углубление, 252
объем, формы, размеры и ориентировка которого определяют понятие геометрия пробы. Геологические пробы в зависимости от их геометрии разде- ляют на три группы: 1) линейные; 2) большеобъемные; 3) дис- кретные (точечные). Их выбор обусловлен геолого-минералоги- ческими и морфологическими особенностями рудной залежи, видом полезного ископаемого, характером и степенью его из- менчивости, техническими средствами разведки. Линейные пробы отбираются бороздовым и шпуровым спосо- бами. Бороздовый способ опробования является наиболее рас- пространенным, достаточно представительным и надежным. При этом способе проба отбирается так, чтобы на ее месте образова- лась прямолинейная борозда геометрически правильной формы сечением (ширина х глубина): 2 х 2; 5 х 3; 10x3; 10 х 5 см. Борозды выбивают преимущественно в ненарушенной гор- ной массе по направлению максимальной изменчивости, совпа- дающему обычно с мощностью продуктивной залежи. Необхо- димо добиваться того, чтобы весь материал из борозды поступил в пробу, не допуская засорения или обогащения ее за счет до- полнительного выкрашивания минеральных частиц как из са- мой борозды, так и из смежных с нею участков. Расположение борозд в горных выработках необходимо под- чинить разведочному принципу равной достоверности. Пробы в квершлагах, рассечках и ортах высекают в их стенках на высоте 1—1,2 м от почвы; в штреках борозды выбивают: при крутом за- легании тел — в их забоях или кровле, а при пологом залега- нии — в стенках через определенные расстояния. В канавах про- бы отбирают по дну, иногда по длинным стенкам, в шурфах, восстающих, уклонах по одной или двум противоположным уз- ким стенкам, ориентированным вкрест простирания рудного тела. Опробование в забоях горных выработок должно прово- диться циклично и синхронно с их проходкой и с соблюдением правил техники безопасности. Взятие бороздовых проб в породах и руде высокой крепо- сти — процесс исключительно трудоемкий. Он осуществляется вручную при помощи зубила и молотка или механическим спо- собом с использованием пробоотборников режущего или удар- ного действия. Пробоотборники могут быть с пневматическим приводом марки ППР-2 или электроприводом (ПЭР-1). В каче- стве режущего инструмента используют два параллельных ал- мазных дисковых пробоотборника с отрезными алмазными кру- 253
гами AOK, вырезающие щелевые борозды шириной от 3 до 10 см и глубиной 5 см. Разновидностью бороздового опробования являются секци- онное и пунктирное (рис. 4.6). Секционное бороздовое опробо- вание производится при наличии смежных разнотипных по ми- неральному составу руд и концентраций полезных компонентов, различных по характеру и интенсивности околорудных измене- ний пород. Длина секции не должна быть менее 0,3 м. Способ опробования пунктирной бороздой может быть рекомендован к применению на месторождениях с рудными телами большой з Рис. 4.6 Отбор проб бороздовым способом: а — в забое штрека, б — в кровле штрека, в — по стенкам рассечек; 1 — гранодиориты; 2 — альбитизированные гранодиориты; 3 — зона интенсивно альбитизированных гранодио- ритов с вкрапленностью шеелита и сульфидов; 4 — бороздовые пробы 254
мощности и равномерным распределением в них полезных ком- понентов. Шпуровой способ не имеет широкого распространения и при- меняется на заключительных стадиях разведки и при эксплуата- ции как вспомогательный для уточнения мощности рудопродук- тивных залежей. В пробу отбирается буровая мука, шлам, возни- кающие при бурении шпуров перфораторами. Длина шпуров обычно составляет 1,5—3, реже до 4—6 м. Большеобъемные пробы могут отбираться валовым или за- дирковым способами. Валовый способ является самым достоверным и в то же время наиболее трудоемким. Его используют при взятии большеобъем- ных проб преимущественно для технологических испытаний, а также для контроля за другими способами опробования. В пробу может поступать вся отбитая горная масса или ее часть с опре- деленных интервалов проходки горных выработок или очистных забоев. При этом в зависимости от необходимой массы пробы регулируют кратность (периодичность) поступления в нее тех- нологических порций материала. Масса валовой пробы может достигать нескольких сотен и даже тысяч килограммов. Задирковый способ является площадным и длительное время использовался при химическом опробовании маломощных (ме- нее 0,3—0,4 м) тел с крайне неравномерным распределением по- лезных компонентов. Отработку таких тел, как правило, ведут селективно. В настоящее время в связи с применением высоко- производительных систем и технологии разработки нецелесооб- разно оконтуривать маломощные тела. Кроме того, этот способ требует больших затрат ручного труда, поскольку по всей мощ- ности тела в определенном интервале по его падению (или ши- рине) должен сниматься ровный слой мощностью 1—3 см, ми- неральная масса которого поступает в пробу. Поэтому задирко- вый способ, утратив свое значение для химического опробова- ния, может использоваться при взятии механическим способом большеобъемных проб для технологических испытаний. В этом случае глубина задирки достигает 5—10 см и более, а масса про- бы — несколько сот килограммов. Дискретные пробы отбирают точечным, горстьевым и штуф- ным способами. Точечный способ заключается в отбойке в горной выработке с опробуемой поверхности по определенной сетке кусочков горной массы, составляющих пробу. Сетка разбивается мыс- ленно или применяется трафарет. Она может быть, как и раз- 255
Рис. 4.7. Отбор проб точечным способом в забое штрека. Сеть отбора проб: а — квадратная, б — прямоуюльная, в — ромбическая; / — рудное тело; 2 — точки скола по вмещающим породам; 3 — точки скола по рудной зоне ведочная сеть, квадратной, прямоугольной или ромбической (рис 4.7). Точки отбора располагаются в узлах сетки. Расстоя- ния между ними составляют п • 10 см. Отбойка кусочков ведет- ся с помощью зубила и молотка. Масса пробы составляет не- сколько килограммов. Горстьевой способ применяется при опробовании технологи- ческой (отбитой) горной массы (рис. 4.8). Он практически не отличается от точечного способа. Оба способа связаны с хими- ческим опробованием. Штуфной способ используют при техническом и минералоги- ческом видах опробования. Он заключается в отборе монолит- ных кусков руды и вмещающих пород массой 1—2 кг, а также их сколов для изготовления прозрачных и полированных шлифов с целью микроскопического их изучения. Рис. 4.8. Отбор проб горстьевым способом в штреке из отбитой горной массы: / — гранодиориты; 2— отбитая горная масса в разрезе; 3 — прямоугольная сетка; 4 — точки скола кусочков 256
Опробование скважин осуществляется способами, близкими к линейным. Отбор проб при колонковом бурении производится из керна, а при его отсутствии или низком выходе — из шлама. Керн, представляющий собой столбик породы или руды, раска- лывается на гидравлическом или механическом ударном керно- коле вдоль оси пополам. При небольших объемах опробования раскалывание керна может выполняться вручную с помощью зу- била и молотка. Одна половина столбика керна поступает в про- бу, другая хранится в качестве дубликата. Пробы могут отбирать- ся также способами распиливания и высверливания. При распи- ливании керна вдоль его продольной оси срезается сегмент, под- лежащий хранению. Материал распила используется в качестве химической пробы, а оставшаяся часть керна может быть предна- значена для других видов опробования. Способом высверливания опробуется керн, полученный при бурении соленосных толщ. Поскольку скважины ориентируются вкрест простирания рудных тел и так, чтобы угол их встречи был не менее 30°, то опробова- нию подлежит весь керн по всем рудным интервалам. От их мощности и внутреннего строения рудных тел и особенностей изменчивости качественного состава зависит длина проб. При значительной мощности рудных тел она составляет от 2 до 5 м. При разведке месторождений скважинами ударно-канатного бурения опробуют шлам. При эксплуатационной разведке ме- сторождений, отрабатываемых открытым способом, когда ос- новным ее средством являются взрывные скважины шарошеч- ного или пневмоударного бурения, отбор проб осуществляется из шлама или буровой мелочи. При очистке скважин воздуш- но-водяной смесью опробование производится специальными шламоуловителями. При ручном или механическом ударно-вра- щательном бурении взятие проб осуществляется с помощью же- лонки, ложки, змеевика, пробоотборников и грунтоносов. К параметрам пробоотбора относятся геометрия и масса проб, расстояние между ними и общее число сквозных проб. Вопросы геометрии и массы проб были рассмотрены раньше. Здесь коснемся остальных параметров. Расстояния между точками отбора проб зависят от степени из- менчивости оруденения. Чем больше величина коэффициента ва- риации содержаний полезного компонента К, тем меньше эти расстояния. Обычно расстояние между пробами определяется по линейному подсечению, ориентированному по простиранию руд- ного тела. В случае, когда рудное тело по своей мощности вписы- вается в сечение выработки, опробование ведут через расстояние, 1 ( Ми ио ин 257
кратное величине продвижения его забоя. При крайне неравно- мерном распределении полезного компонента опробуют забой по- сле каждой отладки, т. е. через 1,5—2 м; при неравномерном ору- денении — через 4—6 м, равномерном — 6—15 м и весьма равно- мерном — 15—50 м. При значительной мощности, больших разме- ров сечения штрека плотность сети опробования и разведочной сети становится одинаковой, так как полные (сквозные) пересече- ния рудного тела по его мощности, подлежащие опробованию, совпадают с разведочными подсечениями. Это относится также к опробованию выработок, пройденных по падению (ширине) про- дуктивной залежи. В восстающих, пройденных по маломощным телам, по мере проходки опробуются стенки через 5—10 м. Общее число сквозных проб зависит от расстояния между ними и определяется с учетом размеров опробуемой продуктив- ной залежи, вероятностного закона распределения содержаний полезных компонентов и критерия предельно допустимой по- грешности оценки среднего содержания. Его можно определить по формуле (1), внося поправки в величину коэффициента ва- риации Ие на смещенность его оценки, исходя из расстояний между опробуемыми сечениями. ОБРАБОТКА ПРОБ Обработка проб осуществляется с целью получения в опре- деленном физико-механическом состоянии необходимой массы минерального вещества, пригодного для лабораторных и техно- логических испытаний. При химическом и геохимическом видах опробования в процессе обработки проб получают навеску для анализа, представляющую собой тонко измельченный порошок (с диаметром частиц <0,1 мм) массой от первых граммов (для спектрального анализа) до л -100 г. Начальная масса пробы обычно в несколько раз превосходит массу навески, а размер слагающих ее частиц на 2—3 порядка выше. Поэтому процесс обработки включает последовательные операции дробления и измельчения, грохочения и просеивания, перемешивания и со- кращения, составляющие стадию. Содержание в навеске компо- нентов, подлежащих аналитическому определению, должно со- ответствовать их содержанию в исходной пробе и в ее сокра- щенной массе на любой стадии обработки. Обработка проб ведется преимущественно в три стадии (рис. 4.9). На первой стадии материал пробы подвергается круп- ному дроблению (до 10 мм). Для этого используют лаборатор- 258
ъо 2 tXEEd 3 А р 0 5 ® ©| 6 II | 7 -- 8 ~Щ]9 Рис. 4.9 Схема обработки проб: 1 — исходная проба; 2— крупное измельчение на щековой дробилке; 3~ поверочное гро- хочение на грохотах или ситах; 4— перемешивание; 5 — сокращение; 6 — измельчение на валковой дробилке; 7— истирание пробы до 0,07 мм; <? — лабораторная проба; 9— дубликат пробы; /, II, ///—стадии обработки ные щековые дробилки типов 58-ДР и 40-ДР. На второй стадии проводят мелкое измельчение. В завершающую стадию осущест- вляют тонкое измельчение (истирание) до 0,07 мм (в случае большой массы пробы — на дисковом истирателе типа 60-ДР, а пробы до 50 г — на вибрационном истирателе типа 75-БДР-4). Для истирания проб используют также стержневые или шаровые мельницы и механический истиратель СМБ. При грохочении и просеивании происходит разделение час- тиц пробы по классам крупности. Перед дроблением и измель- чением, чтобы не дробить лишнего, проводят вспомогательное грохочение: отделяют более мелкие классы, используя для этого соответствующие грохоты и сита. После этих операций произво- дят контрольное грохочение и просеивание. Частицы, не про- шедшие через контрольное сито, возвращаются на повторную операцию. Разделение частиц по крупности осуществляется на
ручных или лабораторных механических грохотах, например, типа 138-Гр, и ситовых анализаторах тина 716-Гр. Истертый материал пробы (рохочению и просеиванию не подлежит, так как наличие значительной доли пылеватых час- тиц делает этот процесс в воздушной среде практически неосу- ществимым. Конструкции щековых и валковых дробилок, исти- рателей, грохотов и ситовых анализаторов разработаны в инсти- туте Механобр. Оптимальные соотношения массы пробы (Q), до которой она может быть сокращена, и размеров ее наиболее крупных частиц (d) на начало каждой стадии рассчитывают по формуле Ричардса—Чечотта: Q = kd\ где коэффициент к зависит от характера распределения полез- ного компонента в массе пробы. Он принимается по аналогии или определяется экспериментальным путем. Его значения при равномерном распределении — 0,1—0,2, неравномерном — 0,3—0,4, весьма неравномерном — 0,5—1,0. Определив надежную массу пробы по этой формуле, прово- дим ее сокращение, предварительно подвергнув пробу переме- шиванию. Перемешивание большеобъемной пробы осуществля- ют путем перелопачивания ее материала на твердой и гладкой горизонтальной площадке. Смешивание пробы небольшой мас- сы выполняют способом кольца и конуса. Сокращение пробы производят квартованием или на желобковом (струйчатом) де- лителе. При последнем квартовании две противоположные доли пробы объединяют в пробу для анализа, остальные две образуют дубликат, подлежащий хранению. Из дубликатов индивидуальных (рядовых) проб, входящих в контур отдельных тел природных типов промышленных сортов минерального сырья, составляются групповые пробы. Массы от- бираемого материала должны быть пропорциональны длинам проб. Сокращенная минеральная масса пробы может быть ис- пользована для формирования технологической пробы. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОБ При отборе и обработке проб необходимо иметь четкое пред- ставление о том, какие предстоит выполнить аналитические, тех- нические и технологические исследования. Вид испытаний проб и специфика их проведения обусловлены видами опробования, 260
минеральным и химическим составом полезного ископаемого, областью его применения, детальностью выполняемых работ и целым рядом других факторов. В процессе аналитических испы- таний проб определяют спектральными анализами — приближен- но количественный поэлементный состав полезных ископаемых; химическими анализами — количественные соотношения этих элементов; фазовыми анализами — форму их нахождения. Приближенно количественные спектральные анализы обла- дают высокой чувствительностью, но недостаточной точностью. Поэтому рекомендуется направлять на этот анализ пробы, не вошедшие в контур запасов полезных ископаемых. Для спек- трального анализа требуются навески массой в первые граммы. Получили широкое распространение количественные спек- тральные методы, включающие фотометрию и спектрометрию пламени, эмиссионный анализ, и рентгеноспектральные мето- ды, не уступающие по точности химическим. Химическим анализам подвергается большинство рядовых проб. Для них характерно снижение относительной случайной погрешности по мере увеличения содержания определяемого компонента. Масса пробы на химический анализ должна состав- лять 50—100 г, а для пробирного анализа — 250—500 г и более. Фазовыми анализами выявляют распределение элементов по минеральным формам. Для этого используют химические, рент- генографические и термографические методы исследований. Техническими испытаниями проб определяют горнотехниче- ские, сортовые и маркировочные свойства полезных ископае- мых и вмещающих пород как в естественном залегании, так и на технологических стадиях их разрушения. Из горнотехниче- ских свойств важное значение имеют плотность и влажность руд, пористость нефтегазоносных толщ, зольность и калорий- ность угля и горючих сланцев, гранулометрический состав про- дуктивных песков .россыпи. Испытание проб на эти свойства проводят в полевых условиях на всех стадиях разведки. Опреде- ление сортности и марок различных видов минерального сырья проводится в специальных стационарных лабораториях с учетом требований соответствующей отрасли промышленности. При технологических испытаниях определяют химический, минеральный и гранулометрический состав минерального сы- рья, его главнейшие физико-технические свойства. В характери- стику химического состава входят содержания породообразую- щих оксидов, основных и сопутствующих компонентов; полез- ных и вредных примесей. 261
Минеральный состав изучается с помощью минерало-петро- графического и минераграфического методов, шлихового, тер- мического, люминесцентного и других анализов. При этом вы- ясняют состав и количественные соотношения минералов, структурные и текстурные особенности руд. Гранулометрический состав, характеризующийся количест- венным распределением минеральных зерен по крупности, оп- ределяется как в исходной пробе, так и на различных технологи- ческих стадиях ее дробления. Важными физико-механическими свойствами минерального сырья, влияющими на технологию ее переработки, являются кусковатость, средняя плотность, твер- дость, хрупкость, магнитность и др. КОНТРОЛЬ ОПРОБОВАНИЯ Контроль опробования осуществляется в процессе отбора, обработки и аналитических исследований проб. Наиболее сложным, слабо освещенным в литературе и не- достаточно регламентированным инструктивными положения- ми является контроль отбора проб. Это объясняется, с одной стороны, дискретностью полезной минерализации, а с дру- гой — определенной закономерностью ее распространения. Рас- хождения в значениях основных и контрольных проб в каждом отдельном случае будут свидетельствовать о степени изменчиво- сти оруденения, но не о погрешностях отбора определенной пробы. Поэтому контролируют не отдельно взятую пробу, а принятый способ отбора проб. С этой целью проводят экспери- ментальные исследования по отбору проб на опытном участке различными способами. Отбор проб необходимо вести под на- блюдением техника-геолога. После взятия пробы можно про- контролировать ее соответствие принятой геометрии проб и правильность привязки, т. е. пространственное положение. Контроль обработки проб осуществляется в порядке экспе- риментальных исследований по определению величины коэф- фициента неравномерности к по установленной методике. Наиболее важным является контроль химических анализов. Он должен проводиться систематически и охватывать различные классы содержаний полезных компонентов. Выборки содержа- ний по классам, участвующим в подсчете запасов, должны быть представительными. Как известно, ошибки определения содер- жаний подразделяются на случайные и систематические. Слу- чайные погрешности, различные по знаку, могут быть выявлены 262
в процессе внутреннего контроля работы лаборатории. Для это- го 5—10 % от общего числа проб, но не менее 25—30 проб, на- правляют на повторный (контрольный) анализ под другими но- мерами в ту же лабораторию. Обработка результатов основных и контрольных анализов позволяет выявить относительную среднеквадратичную погреш- ность анализов (Р, %) по классам содержаний полезных компо- нентов. В инструкциях ГКЗ приводят предельно допустимые ве- личины таких погрешностей (Ртах, %). Путем сравнения факти- ческих погрешностей с допустимыми дается оценка качества ра- боты внутренней лаборатории. Систематическая ошибка одного знака (положительная или отрицательная) может быть выявлена при контрольных анали- зах, выполненных в другой (внешней) лаборатории. Такой кон- троль называют внешним. Наличие систематической погрешно- сти проверяется контрольными анализами в специализирован- ной арбитражной лаборатории. 4.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. В чем отличие и единство поисковых критериев и признаков? 2. Перечислите наземные методы поисков. 3. Как оцениваются результаты поисков? 4. Сформулируйте цель разведки, перечислите ее принципы. 5. Какие выделяются стадии разведки? 6. Как осуществляется выбор технических средств разведки? 7. Какое влияние оказывают геологические и горно-технические факторы на выбор систем разведки? 8. Перечислите методы разведки. 9. Чем они отличаются от методов поисков? 10. Что представляет собой разведочная сеть? 11. Какие применяют методы оптимизации ее параметров? 12. Какие применяют виды опробования и способы отбора проб? 13. От чего зависит повторяемость операций обработки проб? 14. С какой целью проводятся различные испытания проб? 15. Как выявляют случайные и систематические погрешности ана- лизов? 4.5. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. На каком графическом материале проектируется правильная гео- метрическая сеть разведочных пересечений рудного тела буровыми сква- жинами? • На плане (карте) поверхности. 263
• На продольной плоскости рудного тела. • В поперечном разрезе рудного тела. 2. Укажите основные факторы, влияющие на выбор разведки. • Социальные, политические, конъюнктурные. • Изменчивость геологических свойств тел полезных ископаемых, условия их залегания. • Стратиграфические, геодинамические. 3. Что является основным методом разведки? • Опробование разведочных выработок и скважин. • Геохимические и минералогические исследования. • Линейные подсечения разведочных тел системами буровых сква- жин, либо горных выработок. • Построение разрезов. • Оценочные сопоставления геологоразведочных данных. 4. Какую группу разведочных систем следует применить при разведке глубокозалегающих пластовых залежей с равномерным распределением полезных компонентов? • Группу буровых систем. • Группу горных систем. • Группу горно-буровых систем. 5. Какая форма разведочной сети применяется при изотропном строе- нии продуктивной залежи? • Прямоугольная. • Треугольная. • Квадратная. 6. Когда проводится разведка по профилям? • Изомстричная в плане залежь. • Извилистые ленточные тела. • Рудный шток изотропного строения. 7. Какой постулат является альтернативой традиционным принципам? • Аналогии. • Последовательных приближений. • Выборочной детализации. • Полноты исследований. • Разумной достаточности, экономической целесообразности и экологической безопасности. • Равной достоверности. 8. На чем основана оптимизация параметров разведочной сети? • Универсальные (альтернативные традиционным принципам) по- ложения разведки. • Традиционные принципы разведки. 264
• Вероятностно-статистические модели, отражающие изменчивость геологических свойств объекта разведки. • Технические средства разведки, разведочные системы. 9. Какой вид опробования характеризуется высокой точностью? • Минералогическое. • Техническое. • Геофизическое. • Химическое. • Геохимическое. 10. Укажите дискретный способ опробования. • Линейный. • Объемный. • Точечный. • Шпуровой. 11. Укажите величину коэффициента неоднородности (К) при составле- нии схемы обработки проб для весьма неравномерного распределения по- лезного компонента. • 0,5 - 1,0. • 0,1 -0,2. • 0,3 - 0,4. 12. Что определяют при технологических испытаниях проб? • Горнотехнические, сортовые и маркировочные свойства полез- ных ископаемых. • Химический, минеральный и гранулометрический состав мине- рал ьности сырья. • Геофизические, геохимические, радиометрические параметры (характеристики). 4.6. ЗАДАЧА Составить схему обработки пробы массой (QH) 8 кг с максимальным размером частиц d = 25 мм, при коэффициенте неравномерности к = 0,3. Конечные параметры пробы: масса 0,25 кг, размер частиц 0,07 мм. Предусмотрите необходимые оборудование и приборы. Рекомендации к решению задачи Составление схемы должно соответствовать формуле Q > kd\ Формула и примерная схема обработки проб приводится в разделе «Обработка проб». 265
Обработку пробы следует вести в три стадии: в первой стадии про- изводится крупное дробление материала пробы, на второй ста- дии — мелкое измельчение, на третьей — истирание. На первой и вто- рой стадиях осуществляют грохочение и просеивание. На всех стадиях предусматривается перемешивание и сокращение пробы до надежной массы. На заключительной третьей стадии часть сокращенного мате- риала направляется на исследования, другая часть — на хранение в ка- честве дубликата пробы. МОДУЛЬ 5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ Подсчет запасов и геолого- экономическая оценка месторождений полезных ископаемых Основу данного модуля составляют исключительно важные вопросы подсчета запасов полезных ископаемых, кондиций и геолого-экономической оценки. Полезные ископаемые, являясь природным образованием, материализуются в процессе геолого- разведочных работ в запасы. Требования промышленности к их качеству, количеству, к горно-геологическим и другим условиям их залегания определяются кондициями, основанными на гео- лого-экономической оценке. В 2000 г. завершена апробация на мировом уровне проекта Международной рамочной классификации ООН запасов (ресур- сов) месторождений твердых горных ископаемых и минерально- го сырья, квалифицированных по трем укрупненным характери- стикам: — степени геологической изученности; — уровню технико-экономической изученности; — степени экономической эффективности. Основным продуктом поисковых и разведочных работ явля- ются прогнозные и перспективные ресурсы и запасы полезных ископаемых. Их обновленное описание приводится в соответст- вии с классификацией, утвержденной приказом Министра при- родных ресурсов РФ от 07.03.1999 г. №40 и проектом Россий- ской классификации, идентифицированной с Международной рамочной классификацией ООН. 266
СТРУКТУРА МОДУЛЯ 5.1. БАЗОВЫЙ БЛОК. ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ ПРОГНОЗНЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ РЕСУРСОВ В РФ установлены единые принципы подсчета, оценки и госу- дарственного учета запасов и прогнозных ресурсов твердых, жид- ких и газообразных полезных ископаемых в недрах, отраженные в их классификации. На основе этой классификации разработаны и утверждены Государственной комиссией по запасам (ГКЗ) Мини- стерства природных ресурсов РФ инструкции по ее применению к месторождениям различных видов полезных ископаемых. Согласно одному из положений классификации, государст- венному учету подлежат выявленные и экономически оценен- ные запасы полезных ископаемых, количество и качество кото- рых, хозяйственное значение, горнотехнические, гидрогеологи- ческие, экологические и другие условия добычи подтверждены государственной экспертизой [18]. Подсчет запасов полезных ископаемых осуществляется недро- пользователями по результатам геологоразведочных и эксплуатаци- онных работ. На их основе ведется проектирование ресурсодобы- 267
вающих и перерабатывающих предприятий. Подсчету подлежат за- пасы. залегающие в природных условиях, без учета потерь и разубо- живания при их добыче. Такие запасы называются геологическими. Наряду с основными компонентами подсчитываются попут- ные полезные компоненты, если их извлечение технически воз- можно, экономически целесообразно и экологически безопасно. Прогнозные и перспективные ресурсы полезных ископаемых оцениваются в пределах перспективных территорий и отдельных частей месторождений по благоприятным геологическим пред- посылкам, выявленным в процессе регионального геологическо- го и другого картирования, результатам поисков и методом за- контурной экстраполяции запасов на флангах и глубину, а так- же по аналогии с разведанными месторождениями. Классификация предусматривает: • группировку месторождений по степени их изученности и сложности геологического строения; • подразделение запасов по степени разведанности прогноз- ных и перспективных ресурсов — их обоснованности; • группировку запасов по их экономическому значению. По степени изученности месторождения подразделяются на оцененные и разведанные. К первым относятся месторождения с прогнозными и перспек- тивными ресурсами и предварительно оцененными запасами, по своим парамелрам (качественной характеристике, технологическим свойствам, гидрогеологическим и горнотехническим условиям пе- реработки) позволяющими принять решение о целесообразности или нецелесообразности проведения разведочных работ. Ко вторым относятся месторождения с разведанными гор- ными выработками и скважинами, запасами с полнотой изучен- ности указанных выше параметров достаточных для техни- ко-экономического обоснования их промышленного освоения. По сложности геологического строения месторождения твердых полезных ископаемых подразделяются: металлических и неметал- лических на 4 группы, угля и горючих сланцев на 3 группы. 1-я группа месторождений характеризуется простым геологиче- ским строением. Запасы заключены преимущественно в простых по форме, внутреннему строению телах, с выдержанной мощностью и равномерным распределением основных полезных компонентов; 2-я группа объединяет месторождения сложного геологиче- ского строения с изменчивыми мощностью и внутренним строе- нием тел полезных ископаемых, невыдержанным качеством и неравномерным распределением основных ценных компонен- 268
тов. Сюда же относятся месторождения углей и ископаемых со- лей простого геологического строения с очень сложными гор- но-геологическими условиями разработки; 3-я группа месторождений определяется очень сложным гео- логическим строением с резкой изменчивостью мощности и внутреннего строения тел полезных ископаемых и весьма нерав- номерным распределением основных ценных компонентов; 4-я группа включает месторождения металлов и неметалличе- ского сырья весьма сложного геологического строения с резкой изменчивостью мощности и внутреннего строения, с прерыви- стым гнездовым распределением основных компонентов. Если на месторождениях 1-й группы тела полезных ископае- мых с ненарушенным или слабонарушенным залеганием и вы- держанным качеством, то на месторождениях 2-й и 3-й групп они характеризуются нарушенным и даже интенсивно нарушен- ным залеганием или невыдержанным качеством полезных иско- паемых. Для месторождений 4-й группы эти характеристики про- являются одновременно с крайне отрицательными значениями. При распределении месторождений по группам учитываются также количественные показатели оценки изменчивости основ- ных свойств продуктивных тел, например по коэффициентам вариации их мощности и содержаний полезных компонентов. По сложности геологического строения и характеристике кол- лекторов выделяются месторождения (залежи) нефти и газа: простого и сложного строения соответственно с выдержанно- стью и невыдержанностью толщин и коллекторских свойств продуктивных пластов по площади и разрезу. Кроме того, выде- ляют месторождения очень сложного строения, характеризую- щиеся как наличием литологических замещений или тектониче- ских нарушений, так и невыдержанностью толщин и коллектор- ских свойств пластов |5|. Категории запасов Запасы твердых полезных ископаемых по степени разведанно- сти подразделяются на категории А1? Вь Q и С2. Запасы первых трех категорий относятся к разведанным, запасы категории С2 —к предварительно оцененным. Прогнозные ресурсы твердых полезных ископаемых подразделяются по степени их обоснования на категории Рь Р2 и Р3. Наиболее детально изучают запасы категорий А и В. Контур запасов категории А определяется в соответствии с требования- 269
ми кондиций по скважинам или горным выработкам. При этом необходимо выявить размеры, форму и условия залегания тел полезных ископаемых; оконтурить внутри их безрудные и не- кондиционные участки; изучить характер и особенности измен- чивости морфологии и внутреннего строения этих тел, техноло- гические свойства полезных ископаемых, гидро-, инженерно- и горно-геологические, а также другие условия с детальностью, необходимой для составления проекта разработки месторожде- ния. Кроме того, определяют природные разновидности, про- мышленные типы и сорта полезного ископаемого, их состав, свойства и распределение ценных и вредных компонентов по минеральным формам. Запасы категории В должны близко удовлетворять указан- ным для категории А требованиям. Однако в отличие от них при изучении формы, условий залегания и внутреннего строения тел полезных ископаемых устанавливаются лишь их основные осо- бенности и изменчивость. При выдержанных мощности тел и качестве полезного ископаемого допускается включение в кон- тур запасов категории В ограниченной зоне экстраполяции, обоснованной геологическими предпосылками, — интерпрета- цией геофизических и геохимических данных,- К запасам категории Ci предъявляются более низкие требо- вания, чем к запасам категории В. Их отличие от запасов кате- гории В заключается р степени изученности внутренних неодно- родностей и технологических свойств полезных ископаемых, гидрогеологических и других природных условий. Технологиче- ские свойства запасов категории Q изучаются в степени, доста- точной для обоснования их промышленной ценности; гидрогео- логические, инженерно-геологические, геокриологические, гор- но-геологические и другие природные основные показатели оцениваются предварительно. От рассмотренных запасов так называемых промышленных категорий А, В и С| принципиально отличаются предварительно оцененные запасы категорий С2. Их контур определяют на осно- вании единичных рудопродуктивных скважин, горных выработок и естественных обнажений с учетом геофизических и геохимиче- ских данных, с использованием метода экстраполяции. Качество и технологические свойства полезного ископаемого выявляют по результатам исследований лабораторных проб. Гидрогеологиче- ские, инженерно-геологические, горно-геологические и другие условия оцениваются по отдельным точкам наблюдения и по аналогии с подобными участками и месторождениями. 270
Запасы комплексных руд и содержащихся в них основных полезных компонентов учитывают по одинаковым категориям, а запасы попутных компонентов могут относить к более низким категориям. На месторождениях 1-й группы в процессе разведки выявля- ют запасы категорий А, В, Cj. На месторождениях 2-й группы разведки осуществляется по категориям В и Сь Разведка по ка- тегории А нецелесообразна вследствие неоправданно высоких затрат. На месторождениях 4-й группы запасы подлежат развед- ке по категории Q и С2. При этом дальнейшая разведка место- рождений 4-й группы часто совмещается с их вскрытием и под- готовкой к разработке. До проведения рыночных реформ подготовленными для промышленного освоения считались месторождения, имеющие утвержденные в ГКЗ балансовые запасы основных полезных компонентов различных категорий в соотношениях, указанных в табл. 5.1. Таблица 5.1 Требуемое соотношение различных категорий балансовых запасов, используемых при проектировании предприятий по их добыче Категория запасов Металлы и неметаллические ископаемые | Угли и горючие сланцы Группы 1-я 2-я 3-я 4-я 1-я 2-я 3-я А+В В том числе: 30 20 — — 50 50 — А не менее 10 — — — 20 — — С1 70 80 80 20-50 50 50 100 С2 — — 20 80-50 — — — Нецелесообразно без обоснования превышать количества за- пасов по категориям А и В. На разведанных и разрабатываемых месторождениях соотношение балансовых запасов различных категорий, используемых при проектировании, реконструкции предприятия по их добыче или дальнейшем развитии горно-экс- плуатационных работ, устанавливается недропользователем. Запасы нефти, газа и конденсата, а также сопутствующие им компоненты (этан, бутан, пропан, сера, гелий) подразделяются также на категории А, В, Ci и С2. Категория А—запасы залежи, изученной с детальностью, обеспечивающей полное определение ее типа, формы и разме- ров, эффективной нефте- и газонасыщенной толщины, типа коллектора, характера изменения коллекторских свойств, соста- 271
ва и свойств нефти, газа и конденсата, а также основных осо- бенностей геологического строения залежи, определяющих ус- ловия ее разработки. Запасы рассчитываются по залежи, разбуренной в соответст- вии с утвержденным проектом ее разработки. Категория В — запасы залежи, нефтегазоносность которой установлена на основании промышленных притоков нефти или газа, полученных в скважинах на различных гипсометрических уровнях. Указанные для категории А параметры должны быть изучены в степени, достаточной для составления проекта разра- ботки залежи. Категория Ci — запасы залежи, установленные при разведоч- ном и эксплуатационном бурении скважин на основании про- мышленных притоков нефти или газа и положительных результа- тов геологических и геофизических исследований в неопробован- ных скважинах. Изученность запасов должна быть достаточной, чтобы обеспечить получение исходных данных для составления технологической схемы разработки месторождения нефти или проекта опытно-промышленной разработки месторождений газа. Категория С2 — запасы залежи, подсчетные параметры кото- рых определены в общих чертах по результатам геологических и геофизических исследований с учетом данных по более изучен- ной части или по аналогии с разведанными месторождениями. Прогнозные ресурсы твердых полезных ископаемых Прогнозные ресурсы — это потенциальные запасы полезных ископаемых как уже известных, так и предполагаемых месторо- ждений. Их количественная оценка основывается на рудокон- тролирующих факторах по аналогии с известными в районе ме- сторождениями того же промышленного или генетического типа, а также на благоприятных геологических предпосылках, геофизических и геохимических данных. Оценка прогнозных ресурсов проводится до глубин, доступных для эксплуатации при современном и на ближайшую перспективу технико-эконо- мическом уровне разработки месторождений. При этом учиты- ваются особенности качества и свойств оцениваемого вида ми- нерального сырья. Прогнозные ресурсы категории Pi оценивают вероятностный прирост запасов при будущей разведке путем увеличения пло- щади и глубины их распространения за пределы внешнего кон- тура, обычно отождествляемого с контуром запасов категории 272
С2, а также за счет тел полезных ископаемых, выявленных ранее при поисках и ожидаемых при разведке. Прогнозные ресурсы категории Р2 оценивают потенциальные запасы вероятных для открытия месторождений в пределах ру- доносной территории: рудном поле, узле и т. д. Прогнозные ресурсы категории Р3 в отличие от Р2 оценивают потенциальные запасы предполагаемых месторождений на ос- нове благоприятных геологических предпосылок, выявленных при средне- и мелкомасштабном геологическом картировании, дешифрировании космических снимков, анализе результатов геофизических и геохимических исследований. Перспективные и прогнозные ресурсы нефти и газа Перспективные и прогнозные ресурсы нефти и газа подраз- деляются на категории С3, Д| и Д2. Категория С3 — перспективные ресурсы, оцененные на осно- вании геолого-геофизических данных и сложившихся представ- лений о геологическом строении и нефтегазоносности, изучае- мой провинции или области. Категория Д1 — прогнозные ресурсы углеводородов стратигра- фо-формационных комплексов, оцениваемых в пределах региональ- ных структур с доказанной промышленной нефтегазоносностью. Категория Д2 — прогнозные ресурсы, оцененные в пределах региональных структур, промышленная нефтегазоносность ко- торых еще не доказана. Экономическая группировка запасов Запасы твердых полезных ископаемых и содержащихся в них полезных компонентов по их экономическому значению подразде- ляются на две группы: балансовые и забалансовые. Такие назва- ния связаны с формой учета. По каждому виду полезного иско- паемого составлен баланс запасов с их количественной и каче- ственной оценкой. Запасы, составляющие его основу, стали на- зывать балансовыми. Балансовые (экономические) запасы подразделяются: ® на запасы, разработка которых экономически эффективна в условиях конкурентного рынка, при соблюдении требова- ний по использованию недр и охране окружающей среды; 1S м 273
• на гранично-экономические запасы, освоение которых возможно при специальной поддержке со стороны госу- дарства недропользователя в виде налоговых льгот, дота- ций и т. п. К забалансовым (потенциально экономическим) относятся: • запасы, отвечающие по своим параметрам балансовым за- пасам, но отработка которых на момент оценки невозмож- на по горнотехническим или технологическим, или право- вым, или экологическим, или другим обстоятельствам; • запасы, отработка которых на момент оценки экономиче- ски нецелесообразна, но может стать экономически эф- фективной в ближайшем будущем при благоприятной ры- ночной конъюнктуре или при значительном снижении эксплуатационных производительных затрат на их добычу и переработку, обусловленном техническим прогрессом. Учету подлежат забалансовые запасы при условии их сохран- ности в недрах или складировании с целью использования в бу- дущем. Запасы, заключенные в охранных целиках капитальных сооружений, сельскохозяйственных, жилищных и других объек- тах, относятся к балансовым или забалансовым с учетом затрат на перенос сооружений или специальные способы отработки этих запасов. ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОКОНТУРИВАНИЯ ЗАПАСОВ Оконтуривание запасов полезных ископаемых осуществляет- ся преимущественно на разведочных стадиях, когда по результа- там проходки горных выработок и скважин, а также геофизиче- ских исследований проводятся линии контуров месторождений, участков, рудных тел (залежей) и отдельных блоков. При этом руководствуются геолого-статистическими и экономико-техно- логическими критериями оконтуривания. Под геолого-статистическими критериями оконтуривания руд- ных залежей понимается характеристика их геологической и статистической неоднородности. Геологическая неоднородность выражена анизотропией и зональностью, а статистическая — дис- кретностью оруденения. Элементы геологической неоднородности больше размеров проб, а статистической меньше. По мере сгущения разведоч- но-эксплуатационной сети скважин и горных выработок часть 274
элементов статистической неоднородности переходит в геологи- ческую неоднородность. С анизотропией и зональностью связано понятие о неслучай- ной изменчивости. Анизотропия рудоносных структур и вме- щающих их толщ пород может быть проявлена закономерной изменчивостью одного или большего числа признаков (свойств) в любых направлениях пространства. За меру анизотропии при- нимают частное от деления среднего числа элементов неодно- родности на длину пересекающей их линии. На большинстве месторождений снижение меры анизотропии рудных тел проис- ходит последовательно по трем направлениям: по их мощности, падению и простиранию. С ними чаще всего совпадают основ- ные направления зональности оруденения. Дискретность оруденения коррелируется с изменчивостью по характеру и степени проявления почти на всех уровнях строения природных образований полезных ископаемых — от их локаль- ных обособлений до минерализованной зоны. Однако наиболь- шее практическое значение изучение дискретности имеет на уровне строения тел полезного ископаемого, когда дискретность характеризует степень насыщенности тела участками полезной минерализации. Экономикс-технологические критерии базируются на геоло- го-статистических отличительных признаках, требованиях кон- диций и методах рационализации качественных кондиционных показателей по стадиям перехода геологических запасов из недр в товарную руду. На всех стадиях геологоразведочных работ главнейшими оценочными показателями служат минимальное промышленное и бортовое содержания, а также минимальное содержание по- лезных компонентов по пересечению рудного тела и минималь- ное содержание забалансовых руд. Другими кондиционными показателями для оконтуривания руд служат минимальная (ра- бочая) мощность тел полезных ископаемых, максимальная мощ- ность прослоев пород и т. п. По геолого-статистическим критериям через опорные точки проводят линии естественного контура. Использование эконо- мических критериев позволяет оконтурить запасы с определен- ными, заранее заданными качественными и технологическими параметрами. Однако вопросы обоснования кондиций рассмат- риваются после ознакомления с методикой подсчета запасов. Это объясняется тем, что сами кондиции устанавливают на ос- нове предварительно подсчитанных запасов в геологических (ес- 18* 275
тественных) границах с одновременным использованием при этом различных вариантов кондиционных показателей. Оконтуривание запасов проводится по трем направлениям: мощности, простиранию (длине) и падению (ширине) рудной залежи. Исходными материалами для оконтуривания по разведочно- му пересечению (мощности) служат данные геологической доку- ментации и опробования разведочных скважин и горных выра- боток. Оконтуривание по мощности осуществляется по бортово- му содержанию либо в геологических границах. Оконтуривание по простиранию и падению может проводиться путем непре- рывного прослеживания рудного тела или с использованием приемов интерполяции и экстраполяции. Интерполяция данных между двумя смежными разведочными пересечениями дает воз- можность провести внутренний контур. При экстраполяции контур запасов проводится за пределами разведочных пересече- ний и называется внешним (см. рис. 4.4). Площадь, заключен- ная между внутренним и внешним контурами, называется меж- контурной полосой. Экстраполяция будет ограниченной, если ее опорная точка является промежуточной между кондиционным (минимальным промышленным содержанием полезного компо- нента) и безрудным разведочными пересечениями и неограни- ченной, если отсутствует крайнее безрудное пересечение. Положение опорной точки при ограниченной экстраполя- ции может приниматься на половине, трети или четверти рас- стояния между разведочными пересечениями или быть опреде- ленным по естественным формам выклинивания тел полезных ископаемых. Сначала выделяются контуры запасов в поперечных разре- зах, затем они увязываются между собой в продольной плоско- сти. Для этого составляются погоризонтальные планы и проек- ции на вертикальную плоскость. Оконтуривание на планах, по- перечных и продольных разрезах должно вестись с учетом гео- лого-структурных и литолого-фациальных особенностей место- рождения, морфологии тел, изменения элементов их залегания, пострудных тектонических дислокаций. Особенно ответствен- ной операцией является оконтуривание рудного тела на глуби- ну, когда количество разведочных пересечений резко сокраща- ется. В этом случае большую роль играют рудоконтролирующие факторы: используется также градиент зональности, или гради- ент изменчивости оруденения, до минимальных промышленных значений. 276
Как во внутреннем, так и внешнем контурах может прово- диться блокировка запасов. Выделенные блоки могут различать- ся по морфологии и внутреннему строению рудного тела (зале- жи), вещественному составу, условиям залегания, степени раз- веданности и другим природным и технологическим характери- стикам. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ПОДСЧЕТУ ЗАПАСОВ Основными параметрами при подсчете запасов твердых по- лезных ископаемых являются площадь (5) и мощность (т) руд- ных тел, средняя плотность руды (J), содержание в ней полез- ных компонентов (С) и поправочные коэффициенты. Площади возникают в результате оконтуривания рудных тел в целом или их отдельных частей (блоков) на топографических и маркшейдерских планах, вертикальных или горизонтальных проекциях. Проекция рудных тел на горизонтальную плоскость осуществляется при их пологом залегании, а на вертикаль- ную — при крутом падении. Измерение площадей требует повышенного внимания ис- полнителей, обычно маркшейдеров. Площади со сложными очертаниями замеряются планиметром либо курвиметром, либо палеткой. Простые по конфигурации площади измеряются как геометрические фигуры. С целью избежания грубых ошибок из- мерение одних и тех же площадей выполняется двумя исполни- телями, каждый из которых для большей точности производит несколько повторных измерений. При вычислении средних зна- чений частные замеры с отклонением более чем на 3—5 % не учитываются. Мощность рудных тел или рудопродуктивных залежей опре- деляется по материалам опробования и геологической докумен- тации горных выработок и скважин, а также данными их каро- тажа. При пологом залегании рекомендуется замерять верти- кальную мощность (тв), а при крутом падении — горизонталь- ную (/иг). По керну или каротажу скважин мощность рудопро- дуктивной залежи (/искв) определяется длиной интервала ее под- сечения. Эти так называемые наблюдаемые мощности отлича- ются от истинных мощностей (/ли) и приводятся к ним по три- гонометрическим формулам: /и„ = тг sin а; тн = тв cos а; т„ = тскв cos(a—Р) cos у, 277
где а — угол падения залежи; р — зенитный угол наклона сква- жины в месте пересечения залежи; у — угол между азимутальным направлением скважины и азимутом падения залежи (рис. 5.1). Средняя мощность залежи определяется как среднее ариф- метическое значение частных замеров мощностей по сквозным сечениям залежи, если точки замеров распределены равномер- но. При неравномерном распределении она может определяться как средневзвешенное на площади или на длину влияния част- ных замеров. Средняя плотность руды определяется в ненарушенном зале- гании, непосредственно на месте, путем выемки определенного объема горной массы и последующего ее взвешивания, а также по результатам испытаний лабораторных проб. При этом вво- дится поправка на естественную влажность. Каждая проба пред- ставляет собой штуф (образец) руды с естественной влажно- стью, пористостью, кавернозностью и трещиноватостью. Такие пробы отбираются по различным минеральным типам и сортам руд в количестве, исключающем возможность погрешности в десятых долях г/см3. Средняя плотность (J) штуфа вычисляется как отношение его массы в воздухе к разности масс в воздухе и воде. Пористые Рис. 5.1. Параметры крутопадающего рудного тела в плане (а) и разрезе скважины (6): 1 — рудное тело; 2 — устье скважины и горизонтальная проекция ее ствола; 3 — ствол сква- жины; /лскв — длина пересеченного скважиной рудного интервала; тг — горизонтальная мощность рудного тела; /ии — истинная мощность рудного тела; а — угол падения залежи; р — зенитный угол наклона скважины на участке пересечения рудного тела; у — угол между азимутальным направлением скважины и азимутом падения рудного тела; т — угол «встре- чи» (подсечения) скважины с рудным телом 278
трещиноватые штуфы предварительно опускают в расплавлен- ный парафин. Естественная влажность (со, %) определяется как отношение потери массы образца в результате высушивания к массе влаж- ного образца. И тогда средняя плотность образца с учетом по- правки на влажность определяется по формуле Jcyx = (100 - <в)/100. ;=1 Такой пересчет необходим в связи с тем, что аналитические исследования проводятся с предварительно высушенными на- весками и содержание полезного компонента дается на воздуш- но-сухую массу. Содержание полезных компонентов (С) является качественной характеристикой, позволяющей определить их запасы или толь- ко промышленную ценность полезных ископаемых без подсчета запасов ценных компонентов. Последнее относится, например, к железным, марганцевым, хромитовым рудам, бокситам, углю, известнякам, глинам. Содержание полезных компонентов может приводиться на химические элементы (Au, Cu, Ni и т. д.) или оксиды элементов (WO3, ТЮ2, Сг2О3 и т.п) в процентах и массовых единицах (мил- лиграммах, каратах, граммах, килограммах) на 1 т или 1 м3 руды или песков. Среднее содержание определяется как среднеарифметиче- ское или средневзвешенное последовательно по опробуемому сечению, горной выработке или скважине, горизонту, блоку, участку и, наконец, месторождению. Выбор зависит от величи- ны дисперсии содержаний и наличия их корреляции с мощно- стью, плотностью, площадью или длиной влияния пробы. Луч- шим считается способ, дающий наименьшую дисперсию сред- них содержаний. Чаще всего содержание взвешивают только на мощность по формуле i=n С = —------- ’-взв i=n , 1=1 где С, — содержание в частных пробах; п — число проб; т — мощность (длина) частных проб. 279
Высокая дисперсия средних содержаний обусловлена нали- чием так называемых «ураганных» проб с выдающимся содержа- нием полезных компонентов, нуждающимся в ограничении зоны их влияния. С учетом морфологии рудных тел, текстур руд, закономерностей распределения полезных компонентов и тех- нологии отработки эмпирически определены различные приемы выявления и замены ураганных проб. Наибольшее распространение получил прием, основанный на выделении проб, повышающих средние содержания по разве- дочному пересечению более чем на 20 %, а по подсчетному бло- ку на 10 % и более. Значения таких проб рекомендуется заме- нять ближайшими к ним по величине содержаниями в рядовых пробах, расположенных в одних и тех же разведочных пересече- ниях или в смежных по простиранию. Поправочные коэффициенты, учитывающиеся при подсчете, могут существенно изменить наши представления о количест- венной и качественной характеристике запасов и повлиять на технологию их отработки. К уменьшению запасов полезных компонентов приводят поправки на дискретность оруденения (рудоносность), наличие безрудных даек или ксенолитов вме- щающих пород, валунистость, закарстованность, льдистость. Увеличение запасов может быть связано с введением коэффи- циентов, учитывающих избирательное истирание керна или на- мыв ценных компонентов при разработке россыпей. Кроме того, может возникнуть необходимость введения поправок на систематические погрешности химических анализов проб, заме- ров мощностей в буровых скважинах, на расхождение их данных с горными выработками. Наиболее практически важной является поправка на дис- кретность оруденения или рудоносность. Чтобы оценить рудо- носность, необходимо определить характер дискретности и ко- личественно оценить ее степень. Характер дискретности зависит от соотношения размеров и количества рудных и безрудных ин- тервалов. При очень сложном характере дискретности орудене- ния селективная выемка может стать практически неосуществи- мой. В то же время валовая отработка привела бы к резкому снижению качественных показателей товарной руды. Степень дискретности (Д) выражается через стандарт, коэффициенты ва- риации и рудоносности (г). Последний устанавливают как отно- шение суммы длин рудных интервалов (или площадей, объемов, масс), несущих промышленную минерализацию, к общей длине (или площади, объему, массе) рудной зоны. Чтобы при разра- 280
ботке месторождений избежать негативных явлений, вызывае- мых крайне дискретным характером оруденения, следует мини- мальные значения коэффициента рудоносности обосновать про- ектом, сравнивая варианты селективной и валовой разработки. При Дтах г —> 0; при Дтп г —> 1. На разведочных стадиях обычно определяют линейный ко- эффициент рудоносности: г = 'Ll,/ L, где /, — длина частных рудных интервалов; L — суммарная дли- на пересечений рудной зоны, включая рудные и безрудные про- слои. По мере сгущения разведочно-эксплуатационной сети сква- жин и горных выработок, как правило, проявляется скрытая дискретность (обнаружение безрудных участков больше допус- тимых кондициями размеров). С ее учетом эмпирическая фор- мула определения фактического коэффициента рудоносности примет вид гФ = WL+VZ). ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОДСЧЕТА ЗАПАСОВ Запасы месторождений твердых полезных ископаемых подсчи- тывают в основном методом геологических и эксплуатационных блоков или методом разрезов. Другие методы подсчета оказа- лись не адекватными применяемым системам разведки, характе- ризуются громоздкими геометрическими построениями и повы- шенной дисперсией средних подсчетных параметров, усложня- ют обоснование и применение кондиций. Метод геологических блоков является универсальным для под- счета запасов плоских тел полезных ископаемых, разведанных как по геометрически правильной, так и неправильной сети. При этом методе выделяются равновеликие блоки (рис. 5.2), различные по степени разведанности, мощности, содержанию полезных основных и попутных компонентов, природным ти- пам и сортам руд, технологическим свойствам, гидрогеологичес- ким и горнотехническим условиям залегания. Запасы каждого блока подсчитываются по формулам: V = Sm; Q = Vd\ Р = Q (С/100), 281
Рис. 5.2. Проекция рудной зоны на вертикальную плоскость с блокировкой запасов и прогнозных ресурсов: / — канавы и траншеи (« — рудные, б — безрудные); 2—штольня, восстающие и рассечки (полные рудные пересечения затушеваны); 3 — пересечения скважинами рудной зоны (« — скважины с кондиционным содержанием полезного компонента, б — с некондицион- ным содержанием); 4 — геологические блоки запасов (римскими цифрами указаны номера блоков, латинскими буквами — категории запасов); 5 — контур прогнозных ресурсов кате- гории Р\ где V — объем тела полезного ископаемого; S — площадь тела на проекции; т — средняя горизонтальная или вертикальная мощ- ность тела; Q — запасы полезного ископаемого; С — среднее со- держание полезного компонента в объеме тела (%). Частным случаем этого метода является метод среднего арифметического, когда все тело полезного ископаемого пред- ставляет собой один подсчетный блок. Метод эксплуатационных блоков применяется для подсчета запасов плоских тел, разведанных и расчлененных горными вы- работками и скважинами на части, эквивалентные по форме и размерам эксплуатационным блокам (см. рис. 5.2). Обычно на разведочных стадиях наряду с эксплуатационными блока- ми — объектами первоочередной отработки оконтуривают гео- логические блоки. Для крутопадающих тел такие блоки находят- ся на нижних горизонтах. Оконтуривание и подсчет запасов проводится по каждому блоку, аналогично методу геологических блоков. Подсчет запа- 282
сов методом эксплуатационных блоков повышает эффектив- ность проектирования и отработки запасов, позволяет на при- мере этих блоков проводить сравнения данных разведки и экс- плуатации. Метод разрезов применяется для подсчета запасов изомет- ричных, трубообразных и сложных по форме тел полезных ис- копаемых, преимущественно разведанных буровыми или гор- но-буровыми системами, дающими возможность построить раз- резы (рис. 5.3). Они могут быть вертикальными или горизон- тальными. Заключенная между смежными разрезами часть тела полезного ископаемого представляет собой призму, объем кото- рой определяется по формуле И= 51 + 5*2/2/, где 5| и Si — площади смежных сечений; / — длина между ними, или усеченную пирамиду с объемом V = 5, + 52 + ^Sx S2/3l. Рис. 5.3. Модель подсчета запасов методом вертикальных разрезов: 1 — надрудная (надынтрузивная) толща пород; 2 — граниты; 3 — рудный грейзен; 4 — разве- дочные буровые скважины; 5, 6 — разведочные горные выработки (5—шахта и квершлаг; 6 — штрек, орты и восстающий); римскими цифрами указаны номера разрезов 283
Эта часть тела может рассматриваться в качестве одного бло- ка или разделяться на несколько блоков, отличных друг от друга вещественным составом руд, степенью разведанности и т. п. Объем крайних блоков, каждый из которых опирается на один разрез, в зависимости от формы выклинивания тела определяет- ся по формулам клина или пирамиды. При непараллельных разрезах вносятся соответствующие по- правки к подсчету объемов. Среднее содержание полезного ком- понента определяют вначале для каждого разреза. В блоке, огра- ниченном двумя разрезами, оно вычисляется как среднеарифме- тическое или средневзвешенное на площади сечений. При подсчете запасов россыпных месторождений применя- ют линейный способ, являющийся разновидностью метода раз- резов. Вначале определяют запасы полезных ископаемых и цен- ных компонентов в лентах шириной 1 м по разведочным лини- ям, а затем на всю длину между ними. При крайне дискретном оруденении подсчет запасов прово- дят статистическим методом. Это относится в основном к ме- сторождениям 4-й группы, когда совмещаются разведочные и эксплуатационные работы. По результатам этих работ оценива- ется средняя продуктивность исследуемого участка и распро- страняется на менее изученную потенциально рудоносную часть месторождения. Подсчет запасов нефти и газа осуществляется в основном объемным методом. Вспомогательными методами являются для нефти — статический и материального баланса, для газа — по падению давления. Объемный метод — применяется на месторождениях различ- ной степени изученности (опоискованности) и разведанности, при проявлении большинства режимов нефтегазоносных пла- стов. Его выражением являются формулы: для нефти Сиз = F Нк„кн®рт\; для газа Ииз = ^Я^Лг(Рн/о-Л/к)/т], где Сиз, Ииз — извлекаемые запасы соответственно нефти (т), газа, м3; F — площадь нефтегазонасыщенности залежи, м2; И — средняя эффективная нефте- и газонасыщенная мощность, м; кп — средний коэффициент объемной площади нефтесодер- жащих пород (емкости коллектора); к„, кг — средние коэффици- 284
енты нефте- и газонасыщенности; 0 — пересчетный коэффици- ент, учитывающий «усадку» нефти (1/Ь плотность пластовой нефти), связанную с ее переходом из условий пластового давле- ния в условия поверхности; Рн, Рк — средние абсолютные пла- стовые давления в газовой залежи (Рн — начальное, Рк — оста- точное при установлении на устье скважины давления 0,1 мПа); /о, /к — поправочные коэффициенты на отклонения углеводо- родных газов при Р1{ и Рк; р — плотность нефти в поверхностных условиях, кг/м3; f — коэффициент приведения объема газа к стандартной температуре; т| — коэффициент извлечения нефти и газа. Подсчет запасов газа по падению давления применяется при отсутствии водонапорного режима газоносных залежей. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ ПРИ ПОДСЧЕТЕ ЗАПАСОВ Компьютерные программы в недропользовании используют для построения объемно-математической модели месторожде- ния, подсчета и отработки его запасов, а также переработки до- бываемого минерального сырья и оценки техногенеза окружаю- щей среды. При подсчете запасов компьютерные технологии могут вы- полнять двоякую функцию: либо на основе типовых программ производить расчетные операции по традиционным методам подсчета, либо на основе многофакторного корреляционного анализа исходной геологоразведочной информации давать более достоверную количественную и качественную оценку запасов. В первом случае результаты не должны существенно отли- чаться от оценки, полученной без применения компьютерных программ. Здесь они облегчают и ускоряют выполнение вычис- лительных операций, особенно при большом массиве числовых данных, например на стадии эксплуатационной разведки или при многовариантных подсчетах запасов по различным значени- ям кондиционных показателей. Автоматизированная обработка исходных данных позволяет по координатам точек пересечения скважинами или горными выработками лежачих и висячих боков залежей определять их объемы, а значения качественных показателей вычислять с по- мощью методов множественной корреляции, сглаживания или нелинейной аппроксимации. 285
Заслуживают внимания так называемые сеточные методы подсчета запасов, когда площадь рудного тела разделяют на рав- номелкие ячейки. Влияние расчетных параметров каждой из них оценивается математической моделью интерполяции: ли- нейной, методом обратных расстояний, геостатистической или крайгинга [16]. Ведущими в разработке программ компьютерного обеспечения технологии разведки, подсчета запасов, оптимизации их отработки и геоэкологического мониторинга являются программы канадских фирм: Mining Systems Ltd (AQUILA); Software Inc (GEOSTAT), c информационно-аналитическими пакетами подсчета запасов ме- тодом многоугольников — POLYCAD, на основе блочной моде- ли — BLKCAD; LYNX, Geosystems Inc и Voxel Analyst. Широко известны электронно-технические системы проектирования и функционирования горных предприятий фирмами United Kingdom, программы — Surpac Software Untemational, Data Mine. Автоматизированные системы подсчета запасов находятся на стадиях дальнейшей разработки и совершенствования. Так, в про- граммное обеспечение включают технологию космической навига- ции GPS (Система глобального позиционирования), в российском варианте — ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), позволяющей с высокой точностью определять коорди- наты объектов с использованием спутниковых радиосигналов. Компьютерные и ГЛОНАСС-технологии позволяют моделиро- вать сложные геологические объекты и осуществлять подсчет запа- сов с минимальной погрешностью, решать задачи автоматизиро- ванного проектирования горного производства, его функциониро- вания в оптимальном и экологически безопасном режиме. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПОДСЧЕТА ЗАПАСОВ. ФОРМЫ УЧЕТА ИХ ДВИЖЕНИЯ. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ РУДЫ Оценка точности подсчета запасов зависит от того, насколь- ко построенная по результатам разведки геологическая модель месторождения близка к его реальному выражению (парамет- рам). Наибольшее подобие модели объекту и наименьшая по- грешность оценки запасов на определенной стадии разведки бу- дет для месторождений с простым геологическим строением (1-я группа). Подобие моделей месторождения сложного (2-я группа), очень сложного (3-я группа) и весьма сложного (4-я группа) геологического строения последовательно снижается, а погрешность увеличивается. Величина погрешности зависит 286
также от степени соответствия формы, ориентировки и плотно- сти разведочной сети, геолого-статистической неоднородности месторождения. При подготовке исходных материалов к подсчету запасов не- возможно избежать технических погрешностей, а при создании самих моделей месторождения, участка и отдельных рудных тел неизбежны погрешности их геометризации (ошибки аналогии), оценки дискретности и среднего содержания полезных компо- нентов. Технические погрешности, связанные с проведением геоло- гической документации и опробования горных выработок и скважин, как и последующим нанесением полученных данных на планы и разрезы, могут взаимно компенсироваться. Система- тические погрешности данных бурения и химических анализов корректируются введением поправочных коэффициентов к под- счету запасов. Погрешности геометризации связаны с геологической неод- нородностью изучаемого объекта, которая характеризуется ани- зотропией и зональностью. Эти свойства, определяющие неслу- чайную изменчивость, становятся известными с достаточной полнотой лишь на завершающих стадиях разведки и в процессе эксплуатации месторождения. Погрешности геометризации за- пасов могут быть самыми различными по абсолютному значе- нию. Они, как правило, отклоняются в сторону отрицательных величин и достигают кратности целых чисел. Средние их значе- ния в месторождениях различных рудных формаций в зависимо- сти от сложности морфологии продуктивных залежей и их внут- реннего строения изменяются от 10—15 до 50%. Погрешности геометризации находятся в прямой зависимости от дискретно- сти оруденения. Существенное расхождение величин фактических и подсчи- танных запасов может привести к соответствующим изменениям производственной мощности предприятия или срока его суще- ствования. Погрешности оценки среднего содержания полезных компо- нентов более опасны, чем ошибки подсчета количества запасов, так как непосредственно отражаются на технологии производст- венного процесса и в конечном итоге на себестоимости продук- ции с момента эксплуатации месторождения. Запасы полезных ископаемых подлежат государственному и текущему учету. Государственным учетом предусматривает- ся составление их ежегодных балансов, используемых при 287
перспективном планировании. Отчетность предприятий и ор- ганизаций предварительно проходит проверку и анализ в ЦКЗ соответствующих департаментах Министерства природных ре- сурсов и Ростехнадзора. Порядок ведения ежегодного учета движения разведанных запасов, их погашения, списания не подтвердившихся запасов, потерь и разубоживания определя- ется формами — 5-ГР и 5-ГР (уголь), разработанными Гос- комстатом РФ. Их заполнение обязательно для геологоразве- дочных организаций и горнодобывающих предприятий и про- изводится на основе текущего учета. Под движением запасов понимается изменение их количест- ва в результате добычи, разведки или переоценки за определен- ный период. Текущий, или так называемый геолого-маркшейдерский, учет состояния и движения разведанных запасов эксплуатируе- мых месторождений заключается в подготовке исходных мате- риалов для текущего и оперативного планирования горнопро- ходческих и добычных работ. Он составляется по данным дораз- ведки и эксплуатационной разведки, месячных замеров выпол- ненных горных работ, эксплуатационного и товарного опробо- вания, технологических и товарного балансов. Сопоставление баланса запасов, погашенных в недрах, с уче- том потерь и разубоживания, к товарному балансу запасов слу- жит контролем за ведением горных работ. Показатели полноты и качества выемки руд предусматрива- ются в перспективных, текущих и оперативных планах объема добычи минерального сырья. При перспективном планировании по данным детальной разведки определяют объемы добычи сы- рья с заданными качественными показателями по годам. При текущем планировании, охватывающем годовой, квартальный и месячный обьемы, эгу задачу решают по результатам эксплуата- ционной разведки и эксплуатационного опробования. Опера- тивное планирование позволяет непосредственно влиять на ве- дение горных работ в течение декады, суток и смены. Оно бази- руется на эксплуатационной разведке. Оперативно используя данные эксплуатационного опробова- ния, можно систематически снижать уровень потерь и разубо- живания, эффективно управлять качеством товарной руды, по- вышать достоверность учета ее добычи, движения и списания запасов. 288
5.2. ОЦЕНОЧНЫЙ БЛОК. ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ Оценка полезных ископаемых предусматривается на всех ста- диях геологоразведочных работ. Как известно, на стадиях, пред- шествующих разведке, оценивают прогнозные минеральные ре- сурсы, а по результатам разведочных стадий подсчитывают запа- сы полезных ископаемых. Такая оценка называется геологической. Разведанные запасы минерального сырья подлежат сравни- тельной экономической оценке, определяющей техническую возможность и целесообразность их добычи и переработки. Та- ким образом, оценка становится комплексной геолого-экономи- ческой. При ее проведении желательно руководствоваться прин- ципами, позволяющими обеспечить максимальное удовлетворе- ние потребностей народного хозяйства в минеральном сырье с минимальными общественно необходимыми затратами на его производство, и соблюдением законодательных положений об охране недр и природных ресурсов. Геологические критерии представляют собой рудоконтроли- рующие факторы, используемые как при оценке прогнозных и перспективных ресурсов, так и при подсчете запасов. Однако при оценке ресурсов они являются определяющими, в то время как на разведочных стадиях важную роль в оценке запасов игра- ют экономические и технологические критерии. Критерием экономической оценки является мера отличия ос- новных стоимостных показателей от их среднеотраслевых и ры- ночных значений. Эти показатели отражают затраты живого и овеществленного труда на производство единицы продукции из сырья оцениваемого месторождения. Лучшим на данный мо- мент считают месторождение, позволяющее получать продук- цию с минимальными затратами такого труда. К числу этих по- казателей относятся ожидаемая себестоимость продукции, удельные капитальные затраты на единицу годовой мощности предприятия по добыче руды или выпуску конечной продукции, уровень рентабельности к основным производственным фондам и приведенные затраты. Последние служат основными показате- лями при сравнительной экономической оценке (ранжирова- нии) месторождения и определяются по формуле 1 9 Ми ।к 289
Зпр= Р + кФ/A, где Р — общие годовые эксплуатационные затраты, руб; к — ко- эффициент рентабельности; Ф — основные производственные фонды, руб; А — годовая производственная мощность предпри- ятия по выпуску продукции, т. Другими показателями, учитывающимися при сравнительной оценке, служат: запасы руды и полезных компонентов; годовая производственная мощность предприятия по добыче и перера- ботке руды и выпуску продукции; годовая прибыль и сроки оку- паемости капитальных затрат. В этих показателях произведенные до исходного момента планирования затраты не принимают во внимание, а учитывают только предстоящие. Такая оценка ме- сторождений проводится по принципу минимизации затрат. Она приводит к обоснованию использования худших месторождений, участков, рудных тел и блоков. В этом случае приведенные затра- ты играют роль замыкающих, т. е. предельно допустимых. Технологические критерии оценок определяют техническую возможность отработки разведанных запасов минерального сы- рья и его переработки наиболее эффективными способами. Тех- нологическими показателями отработки месторождений явля- ются параметры и пространственное положение рудных тел, их качественная характеристика, горнотехнические, инженер- но-геологические и криологические условия, способ и системы разработки, предельные глубина карьера и коэффициент вскры- ши, величины потерь и разубоживания и т. п. Показателями технологической оценки переработки мине- рального сырья служат степень извлечения основных и сопутст- вующих полезных компонентов, качественный состав концен- тратов (промпродуктов) и конечных продуктов, охрана окру- жающей среды и т. д. ФАКТОРЫ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ Промышленная ценность месторождения обусловлена раз- нообразными факторами, которые объединяются в основные три группы: социально-экономические, горно-геологические и экономико-географические. Социально-экономические факторы определяют потребность народного хозяйства в определенном виде минерального сырья и пути ее удовлетворения с учетом состояния и развития про- изводительных сил региона, в котором находится оцениваемое 290
месторождение. При этом рассматриваются: современный уро- вень производства данного вида минерального сырья; возмож- ности попутного получения его из комплексных месторожде- ний или замены более экономичным и экологически чистым видом сырья. Горно-геологические и технологические факторы обусловлива- ют количество и качество минерального сырья, возможности его добычи и переработки с использованием прогрессивной техни- ки и технологии. Анализ состояния баланса запасов с учетом со- циально-экономических факторов позволяет выделить месторо- ждения для первоочередной отработки или рекомендовать уве- личение производственной мощности действующих предпри- ятий за счет их реконструкции. Экономико-географические факторы определяются админист- ративным и географическим положением месторождения, его границами и площадью, климатическими и мерзлотными усло- виями, особенностями орогидрографии, сейсмичностью района, транспортными связями, наличием населенных пунктов и сырья для производства строительных материалов, обеспеченностью рабочей силой, состоянием энергетической базы, источниками хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения. Эти факторы обусловливают величину поясных коэффициентов на капитальное и жилищное строительство, прокладку транспорт- ных магистралей и т. п. Оценка месторождения может проводиться на различных технологических уровнях. Это зависит от видов полезного иско- паемого, способов его добычи и переработки. Для одних оценка возможна на уровне добычи руды, для других осуществляется оценка затрат на получение продуктов обогащения или конеч- ных товарных продуктов, пригодных для использования в на- родном хозяйстве. Стоимостные показатели при предпроектной оценке опреде- ляют либо по методу аналогии, либо методом прямых расчетов по укрупненным показателям затрат, либо по совокупности этих методов. В первом случае среди эксплуатируемых или находя- щихся в стадии проектирования объектов выбираются аналогич- ные оцениваемому месторождению по виду полезного ископае- мого, размерам, морфологии и условиям залегания рудных тел, качеству руд. Стоимостные показатели выбранного проекта-ана- лога в целом по промышленному комплексу или по его части переносятся на оцениваемый объект с введением необходимых поправок на географо-экономические условия. Второй метод 19* 291
более точен, чем метод аналогии. Однако выполнение его в пол- ном объеме сопряжено с большими затратами труда. Поэтому эффективно проведение оценки по обоим способам: для одной части промышленного комплекса подбирается проект-аналог, стоимостные показатели другой части определяются прямым расчетом. Кондиции Кондиции на минеральное сырье являются синтезирующими показателями геолого-экономической оценки. Они представляют собой технико-экономические требования к качеству и количест- ву минерального сырья, его горно-геологическим, гидрогеологи- ческим и другим природным условиям. Соблюдение этих требо- ваний должно обеспечить наиболее полное комплексное и безо- пасное использование недр на эколого-экономической основе. ВИДЫ КОНДИЦИЙ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ Кондиции MOiyr быть разведочными и эксплуатационными. Первые обусловлены стадийностью разведочного процесса. Они служат для оконтуривания и подсчета запасов полезных ископае- мых и их промышленной оценки. Вторые связаны с эксплуатаци- ей месторождения и предназначены для корректировки разведоч- ных кондиций на основе реально сложившихся производствен- но-экономических условий и рыночной конъюнктуры. Разведоч- ные кондиции подразделяются на временные и постоянные. Вре- менные разведочные кондиции разрабатываются по результатам либо оценочных работ, либо начальной стадии разведки, посто- янные — по результатам завершенных разведочных работ. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) временных раз- ведочных кондиций может составляться различными организа- циями недропользования по согласованию с Департаментом геологии и освоения минеральных ресурсов Министерства при- родных ресурсов и утверждается департаментами соответствую- щих министерств. Основой кондиций являются запасы категорий С| и С2. В составленном технико-экономическом докладе (ТЭД) или ТЭО наряду с кондиционными параметрами определяются: произ- водственная мощность будущего предприятия, объем капиталь- 292
ных вложений, их удельные значения, ожидаемая себестоимость продукции и прибыль от ее реализации. На основе технико-эко- номических показателей с учетом рыночной конъюнктуры дает- ся обоснование целесообразности инвестирования на объекте дальнейших разведочных работ. Соотношение по категориям ус- танавливаются недропользователем с учетом геологических осо- бенностей месторождения, условий финансирования и строи- тельства горнодобывающего предприятия и принятого предпри- нимательского риска капиталовложений. ТЭО постоянных разведочных кондиций освоения месторо- ждения, материалы подсчета запасов и результаты геолого-эко- номической оценки подлежат государственной геологической, экономической и экологической экспертизе. Эксплуатационные кондиции разрабатываются недропользова- телем для обособленных участков продуктивных залежей и тел с целью приведения параметров разведочных кондиций к гор- но-геологическим условиям и реальным технико-экономиче- ским показателям их эксплуатации. Поскольку ТЭО таких кондиций чаще всего распространя- ются на подготовленные, нарезанные и готовые к выемке запа- сы, то они разрабатываются на ограниченный срок, связанный с их отработкой. При расчете геолого-экономических параметров (мини- мального промышленного и бортового содержаний) эксплуата- ционных кондиций следует учитывать результаты опробования как разведочных выработок и скважин, так и горно-подготови- тельных, нарезных выработок, очистных забоев и взрывных скважин. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНДИЦИЙ ДЛЯ РУДНЫХ И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Среди параметров разведочных кондиций для подсчета ба- лансовых запасов металлов и нерудного сырья выделяют группу универсальных. Эта группа включает минимальное промышлен- ное содержание полезного компонента; бортовое содержание полезных компонентов в пробе; минимальные мощности тел полезных ископаемых; максимально допустимую мощность прослоев пустых пород или некондиционных руд. Синтезирующим экономическим параметром из этой группы служит минимальное промышленное содержание полезного компонента (или приведенное к содержанию условного компо- 293
нента) См. Запасы с таким содержанием имеют извлекаемую промышленную ценность Цпр, зависящую от оптовой рыночной цены за единицу полезного компонента в товарной продукции Ц, единого (сквозного) коэффициента его извлечения при до- быче, обогащении и металлургическом пределе Ки и коэффици- ента разубоживания Кр. Таким образом, Ц11р= СМЦКИ (1 — Кр)/100. (1) Величина промышленной ценности, заключенная в 1 т руды, должна обеспечить полное возмещение эксплуатационных рас- ходов Р на ее добычу Рд и переработку Рп при нулевой рента- бельности, а также погашение затрат на геологоразведочные ра- боты, т. е. ЦпрР. Заменив в формуле (1) Цпр на Р и выполнив преобразования, получим См= Р/ЦКИ(1 - Кр)100%. Для полиметаллических руд рассчитывают См условного по- лезного ископаемого компонента, используя соответствующие переводные коэффициенты. Обычно См устанавливают применительно к подсчетному блоку. Для месторождений дефицитных видов минерального сырья, характеризующихся высокой дисперсией содержаний полезных компонентов, допускается использование величины См для группы блоков или в целом по месторождению. В еди- ничных блоках минимальное содержание полезного компонен- та может быть даже меньше минимального промышленного со- держания. Такие отклонения возможны в случае несуществен- ного снижения экономических показателей по месторождению в целом. Минимальное промышленное содержание служит не только для выделения балансовых запасов. Его величину используют и для их оконтуривания по простиранию (длине) и на глубину (по ширине). При высокой дискретности оруденения или нахожде- ния месторождения в трудных географо-экономических услови- ях для оконтуривания запасов используют величину минималь- ного содержания полезного компонента по пересечению рудно- го тела выработкой. Эта величина меньше минимального про- мышленного содержания. Ее применение позволяет сохранить целостность рудных тел с балансовыми запасами или избежать неоправданные потери в краевых частях подсчетных блоков, где содержание полезных компонентов несколько ниже минималь- ного промышленного. 294
Бортовое содержание полезного компонента (или условного компонента) в пробе — наименьшее содержание в крайних про- бах, оконтуривающих рудное тело по его мощности. Оно опре- деляется методом повариантных технико-экономических расче- тов во взаимосвязи с минимальным промышленным содержани- ем. Для выбора наилучшего (оптимального) варианта рекомен- дуется принимать не менее трех вариантов. Разность в значени- ях смежных вариантов дает величину «шага», которая также должна быть оптимальной. Малые значения «шага» принимают- ся на месторождениях с постепенным затуханием рудной мине- рализации при переходе руды во вмещающие породы. В этом случае значения бортового и минимального промышленного со- держаний могут настолько сблизиться, что надобность в одном из этих показателей отпадает. Не требуется бортовое содержание для оконтуривания рудных тел с четкими геологическими гра- ницами (контактами). Обычно это рудные жилы кварцевого, кварц-карбонатного, флюоритового, баритового и другого со- става, пегматитовые тела, пласты каменного угля, каменной и калийной солей и т.п. Условия оконтуривания рудных тел в геологических грани- цах должны содержать описание критериев, по которым уста- навливаются геологические границы полезного ископаемого. Минимальные мощности тел полезных ископаемых лимитиру- ют включение в контур запасов сечений с мощностью меньше той, которая может обеспечить возможность эффективного при- менения определенной системы разработки. Величина мини- мальной мощности зависит от морфологии и условий залегания рудных тел, изменчивости мощности по простиранию и паде- нию, дискретности оруденения, а также факторов, обусловли- вающих повышенное разубоживание. При мощности сечения меньше установленной, вопрос о его включении в контур реша- ется с помощью минимального метропроцента (метрограмма). Его величина должна быть не меньше произведения минималь- ного промышленного содержания полезного компонента и ми- нимальной мощности тел полезных ископаемых. Максимально допустимая мощность прослоев пустых пород или некондиционных руд, включаемых в контур подсчета балан- совых запасов, зависит от способа и технологии разработки. Для открытых работ ее величина устанавливается значительно выше, чем для подземных. При этом исходят из того, что при мощно- сти большей, чем максимально допустимая, эти породы или не- 295
кондиционные руды могут быть оставлены в целиках или селек- тивно отработаны. Иногда в кондициях предусматривают максимально допус- тимые по простиранию рудного тела безрудные интервалы или участки некондиционных руд, находящиеся внутри контура по- лезного ископаемого. Другие специфические (частные) кондиционные параметры включают технологические требования к качеству руд и услови- ям их отработки. Из числа частных параметров кондиций уста- навливаются только те, которые необходимы для геолого-эконо- мической оценки конкретного месторождения, исходя из гор- но-геологических условий его разработки и состава полезного ископаемого. Коэффициенты для приведения содержаний полезных по- путных компонентов к содержаниям условного основного ком- понента определяются с учетом минимального содержания ком- понентов, величины их извлечения в товарную продукцию и оп- товой рыночной цены. Максимально допустимое содержание вредных примесей, отри- цательно влияющих на технологию переработки минерального сырья и способных перейти в концентрат или конечную продук- цию, может устанавливаться для подсчетного блока, либо по пе- ресечению рудного тела, интервалу или в пробе. Минимальный коэффициент рудоносности в подсчетном блоке вводится для месторождений с прерывистым или гнездовым распределением полезного компонента, когда невозможно оконтурить рудные тела, а подсчет запасов производится в кон- турах рудоносной зоны и статистически. При этом должна быть обоснована целесообразность селективного способа разработки рудных обособлений. Минимальные запасы в изолированных (обособленных) телах полезных ископаемых обычно рассматривают на стадиях, сле- дующих после детальной разведки, исходя из окупаемости пря- мых затрат на добычу и переработку руд при нулевой рентабель- ности. Максимальная глубина подсчета запасов, предельный коэффи- циент вскрыши предусматриваются для месторождений, подле- жащих разработке открытым способом. Подсчет запасов прово- дится в установленных ТЭО контурах разработки; намечаются границы участков первоочередной отработки. 296
Кондиции для подсчета балансовых запасов углей (горючих слан- цев) отличаются от рассмотренных кондиций на металлические и неметаллические полезные ископаемые перечнем основных кон- диционных параметров и их значимостью. Основными показате- лями кондиций являются максимальная зольность угля Ad (для сланцев — минимальная теплота сгорания в пересчете на сухое то- пливо Qds), минимальная истинная мощность пластов угля (слан- цев), максимальная или минимальная мощность природных про- слоев, включаемых в пласт сложного строения соответственно при валовой или селективной его выемке. Кроме того, предусматрива- ются специальные требования к качеству углей и сланцев, такие, как спекаемость, выход смол, содержание серы и фосфора. Другие частные параметры кондиций могут быть общими с кондициями для рудных месторождений. Они обосновываются геологическими, горнотехническими и экономическими факторами. Для подсчета забалансовых запасов устанавливается пере- чень параметров кондиций, аналогичных перечню, используе- мому для балансовых запасов, исключая минимальное промыш- ленное содержание полезного компонента. Согласно ГКЗ [18], эксплуатационные кондиции могут обос- новывать новые по сравнению с разведочными кондициями ве- личины минимального промышленного и бортового содержа- ний, а также другие параметры с целью получения минимально необходимого уровня прибыли. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНДИЦИЙ Технико-экономические обоснования разведочных кондиций составляют с учетом особенностей экономико-географического положения месторождения, горнотехнических, гидрогеологиче- ских и других природных условий месторождения, качественной и количественной характеристики разведанных запасов полезных ископаемых, содержащихся в них полезных компонентов и др. При этом необходимо обосновать: оптимальную производственную мощность будущего пред- приятия, его структуру и технологический режим работы; наиболее рациональный способ вскрытия и разработки ме- сторождения (участка); принятую прогрессивную оптимальную технологию добычи полезного ископаемого (глубина разработки, углы наклона бор- тов карьера) и комплексную переработку данного вида мине- 297
рального сырья — технологическую возможность и экономиче- скую целесообразность промышленного извлечения попутных полезных ископаемых и компонентов, а также отходов рудосор- тировки и обогащения; оптимальные размеры потерь, разубоживания, показателей качества добываемого сырья и продуктов обогащения; принятую систему осушения месторождения, возможности использования водоотлива; мероприятия по охране недр, предотвращению загрязнения окружающей среды и рекультивации земель. При повариантных расчетах и обосновании кондиций техни- ко-экономические показатели определяются по каждому из ва- риантов за год и за весь период эксплуатации. Принимается ва- риант, обеспечивающий максимальное использование разведан- ных запасов. В основу ТЭО кондиций принимают балансовые запасы руды Q и полезного компонента М, последовательно переходя- щие в процессе технологического проектирования и отработки в промышленные и эксплуатационные. Промышленными являются такие запасы, которые попадают в контуры отработки. Эксплуа- тационные запасы руды Q3 и полезного компонента Мэ, кроме того, определяются полнотой извлечения полезного компонента Ки и коэффициентом разубоживания Кр. Определение потерь и разубоживания может быть расчетным, конструктивным и ста- тистическим. Преимуществом пользуется расчетный метод, осу- ществляемый по вариантам отработки с учетом геологического строения, горнотехнических условий, технологии и экономиче- ских факторов отработки. Эксплуатационные запасы и содержание в них полезного компонента Сэ определяются по формулам: 0э = 0(1 - Ки)/( 1 - Кр); Мэ= М(1 — Ки); Сэ= (МЭ/0Э)1ОО %. Трансформация геологических запасов в эксплуатационные происходит скачкообразно по технологическим стадиям по мере проведения горнопроходческих и добычных работ. Минималь- ное эксплуатационное содержание Cz для различных стадий це- лесообразно рассчитывать с учетом только предстоящих затрат. Его можно вычислить, исключив из общей суммы затрат произ- веденные эксплуатационные затраты. 298
По данным ГКЗ [18], экономической основой ТЭО конди- ций является чистый дисконтированный доход, приведенный к начальному году и рассчитанный на период отработки месторо- ждений без учета налога на добавленную стоимость. При этом экономические показатели рассматриваются в базовом и ком- мерческом вариантах. При базовом варианте оценки в состав затратных показате- лей не включают налоговые и иные платежи, а также платежи по кредитам банков и льгот. Расчетная ставка дисконта прини- мается равной 10 %. На основе базовой оценки определяются общие геологиче- ские (потенциальные) запасы месторождения. В коммерческом варианте в затраты на добычу и переработку сырья включают налоги, сборы и платежи, не учитываемые при базовом варианте, при норме дисконта не ниже 15 %. Коммер- ческая оценка позволяет определить ту часть запасов, диффе- ренцированных по блокам, которая в данный момент может быть экономически эффективно отработана в условиях конку- рентного рынка. Она составляет балансовые запасы. Сопоставление запасов, подсчитанных в базовом и коммер- ческом вариантах, позволяет выявить целесообразность государ- ственной поддержки недропользователя с целью рационального и комплексного их использования. Основными технико-экономическими показателями проекта разведочных кондиций являются разведанные геологические запа- сы, положенные в обоснование ТЭО кондиций: Категории J+5+C] тыс. т (м3) Категории С2 тыс. т (м3) Промышленные запасы тыс. т (м3) Эксплуатационные запасы тыс. т (м3) Разведанные запасы компонентов тыс. т (м3) Промышленные запасы компонентов тыс. т (м3) Эксплуатационные запасы компонентов тыс. т (м3) Средние содержания компонентов в этих запасах тыс. т (м3) Потери % Разубоживание % (г/т) Годовая производительность предприятия: • по горной массе • по добыче полезного ископаемого и переработке (обогащению) минерального сырья тыс. т (м3) 299
Коэффициент вскрыши м3/т; м3/м3 Извлечение при обогащении % Срок обеспеченности предприятия запасами лет Капиталовложения, в том числе затраты на природоохранные мероприятия млн руб. Оборотный капитал млн руб. Общие капиталовложения, в том числе затраты на природоохранные мероприятия млн руб. Удельные капиталовложения в рудник на 1 т (м3) го- довой добычи полезного ископаемого млн руб. Годовые эксплуатационные затраты млн руб. Эксплуатационные затраты на 1т (м3) полезного ис- копаемого в том числе: • на добычу • на обогащение (рудосортировку) • на транспортировку руды (концентратов) • на заводскую переработку, включая природо- охранные работы руб. Себестоимость единицы товарной продукции руб. Цена единицы (г, т, м3) товарной продукции (цена реализации) руб. Стоимость товарной продукции, общая и раздельно для каждого основного и попутного полезного иско- паемого и компонента (доход): • годовой выпуск • за весь период разработки млн руб. Прибыль млн руб. Плата за недра % Отчисления на воспроизводство минерально-сырье- вой базы % Плата за воду, землю, дорожный налог и т. д. % Чистый дисконтированный доход (при ставке дис- контирования 10%) млн руб. Индекс доходности млн руб. Внутренняя норма рентабельности % Срок окупаемости капитальных вложений лет В ТЭО эксплуатационных кондиций в качестве выемочной едини- цы принимается эксплуатационный блок (участок), запасы в контуре которого на основе вышеизложенной методики подразделяются на: • балансовые экономически эффективные; • балансовые — гранично экономические, для отработки ко- торых необходима государственная поддержка; • забалансовые запасы, отработка которых по ряду причин нецелесообразна. 300
Как указано в руководстве [18], основным квалификацион- ным критерием отнесения оцениваемых в ТЭО эксплуатацион- ных кондиций запасов выемочных единиц (участков) к балансо- вым является возможность их отработки с минимально необхо- димым уровнем рентабельности на основе сопоставления пред- стоящих затрат и стоимости извлекаемой продукции. ГРУППИРОВКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ЗАПАСАМ И СОДЕРЖАНИЮ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ По запасам полезных ископаемых месторождения подразде- ляются на уникальные, крупные, средние и мелкие (табл. 5.2). Уникальные месторождения многих полезных ископаемых находятся в странах СНГ. К ним относятся месторождения же- лезных, марганцевых и хромитовых руд. Уникальные месторож- дения легирующих и цветных металлов по составу полезных компонентов относятся к комплексным. Они часто представле- ны штокверковыми или пластовыми рудными залежами. Вместе с крупными месторождениями они формируют сырьевую базу цветной металлургии, химической отрасли и агропромышленно- го комплекса России. Средние и мелкие месторождения явля- ются источником сырья для предприятий местной промышлен- ности. Предприятия субъектов РФ или федерального значения могут действовать на базе нескольких таких месторождений. Таблица 5.2 Группировка месторождений по запасам, т Полезные ископаемые Группы месторождений уникальные крупные средние мелкие Железные руды >109 (2,5-10)108 5 107 - 2,5 108 <5 • 107 Марганцевые руды >109 (3- 10) 108 (1 - 3) 107 <107 Хромиты >10* 106 - 108 (3 -10)106 3 • 106 Никель >5 • I05 (2,5 - 5)105 (1 - 2,5) 105 Оксид 1оп<|)рама (III) >2,5 105 (1 - 2,5)105 (1,5- 10)104 1,5 104 Молибден >5 • 105 5- 104 — 5 105 (2,5 - 5)104 2,5 К)4 Олово >105 (2,5- 10) 104 5 103 — 2,5 104 5 • 103 Медь >5 • 106 7Ю5 - 5 106 (2 — 7)105 2 • 105 Бокситы >5 • I08 3- 107 — 5 • I03 5 106 — 3 107 5 • К)6 Пол и металлы >5 106 6 —105 — 5 106 (2 — 6)105 2 • 105 Сурьма >105 (3- 10)104 (1 - 3)104 <104 Ртуть >106 104- 106 (3 - 10)103 3 103 Сера >5 • 106 (1 - 5)107 (1 - 10)106 <106 301
Т а б л и ц a 5.3 Группировка месторождений по содержанию полезных компонентов Полезные ископаемые Содержание полезных компонентов, % высокое (бога- тые руды) средние(рядо- вые руды) низкое (бедные РУДЫ) Железные руды >50 35-50 15-35 Хромиты >45 30-45 24-30 Никель: в сульфидных рудах в силикатных рудах >1 >2 0,5-1 1,3-2 0,1-0,5 1-1,3 Оксид вольфрама (III) >1 0,3-1 0,1-0,3 Молибден >0,5 0,2-0,5 0,08-0,2 Олово >1 0,4-1 0,1-0,4 Медь >2,5 1-2,5 0,3-1,0 Свинец >5 2-5 <2 Пол и металлы >7 4-7 <4 Сурьма >5 2-5 <2 Ртуть >1 0,1-1 <0,1 Сера >25 10-25 5-10 По содержанию основных полезных компонентов месторож- дения подразделяют на богатые, средние и бедные (табл. 5.3). Богатые месторождения характеризуются высокими содержа- ниями полезных компонентов. К ним относится большая часть уникальных и мелких месторождений. Мелкие месторождения с богатыми рудами отличаются высокой дисперсией содержаний полезных компонентов. Рядовые и бедные руды типичны для крупных и средних месторождений. Тенденция к снижению концентраций полезных компонентов в рудах главным образом свойственна крупным месторождениям. Для них значения ми- нимального промышленного и бортового содержаний полезного компонента сближаются. Они характеризуются низкими значе- ниями дисперсий содержаний полезных компонентов. 5.3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ I. Какие выделяют категории запасов и прогнозных ресурсов? 2. Чем отличаются балансовые запасы от забалансовых запасов? 3. На какие группы подразделяются разведанные месторождения по сложности геологического строения, по подготовленности для про- мышленного освоения? 4. Какие критерии используют при оконтуривании запасов? 302
5. Перечислите методы подсчета запасов твердых полезных иско- паемых. 6. Каковы возможности использования компьютерных программ при подсчете запасов? 7. Что выражают экономические и технологические критерии оценки? 8. Как определяется промышленная ценность месторождений РФ? 9. Сформулируйте понятия «кондиции на минеральное сырье». 10. В каком случае составляют разведочные кондиции, а в каком — эксплуатационные? 11. Перечислите основные параметры кондиций. 12. Какие показатели рассматриваются в ТЭО кондиций? 5.4. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. На какие группы подразделяются месторождения (ресурсы, запасы) полезных ископаемых по степени изученности? • Балансовые, забалансовые. • Металлические, неметаллические. • Оцененные, разведанные. • Сложные, простые. 2. Определите 4-ю группу месторождений твердых полезных ископае- мых по сложности геологического строения. • Очень сложное. • Весьма сложное. • Сложное. • Простое. 3. Укажите группу полезных ископаемых при требуемом соотношении (в %) категорий балансовых запасов (А+В)/С, = 1. • Металлы и неметаллы. • Угли и горючие сланцы. • Нефть и газ. 4. Укажите ряд категорий, выделяемый по степени разведанности. • Р„ Р2, Рз * С}’ Др Дг- • А, В, С„ С2. 5. Какие запасы полезных ископаемых являются потенциально эконо- мическими? • Балансовые. • Забалансовые. • Гранично-экономические. 6. Чем выражается геологическая неоднородность тел полезных иско- паемых? 303
• Анизотропия, зональность. • Дискретность оруденения. • Экономико-технологические критерии. 7, Каким методом определяется внешний контур запасов? • Интерполяция. • Экстраполяция. • Произвольно. 8. Какой параметр рудного тела является основным при определении средневзвешенных содержаний полезных компонентов? • Трещиноватость. • Мощность. • Влажность. • Элементы залегания. 9. Какая корреляционная связь между степенью дискретности орудене- ния и величиной коэффициента рудоносности? • Прямая (положительная). • Обратная (отрицательная). • Неопределенная. 10. Для каких групп полезных ископаемых применим объемный метод подсчета запасов? • Металлические. • Неметаллические. • Углеводороды. • Твердые каустобиолиты. 11. С какими факторами связаны погрешности геометризации (ошибки аналогии) тел полезных ископаемых? • Геологическая документация. • Опробование. • Геологическая неоднородность. 12. Что представляют собой геологические критерии оценки месторо- ждений? • Стоимостные показатели. • Рудоконтролирующис факторы. • Технологические показатели. 13. Что является методом оценки месторождения? • Определение стоимостных показателей. • Рассмотрение социально-экономических показателей. • Изучение горно-геологических факторов. • Учет экономико-географических условий. 14. Что является основой разведочных кондиций? • Запасы полезных ископаемых. 304
• Прогнозные ресурсы полезных ископаемых. • Перспективные ресурсы. 15. Какой параметр (показатель) кондиций служит для оконтуривания рудного тела по его мощности? • Минимальное промышленное содержание. • Минимальный коэффициент рудоносности. • Бортовое содержание полезного компонента. 16. Для какого вида полезного ископаемого основным кондиционным показателем является максимальная зольность? • Сера. • Нефть. • Угли. • Горючие сланцы. 17. Какие запасы определяются в коммерческом варианте экономиче- ской оценки? • Общие геологические запасы. • Балансовые запасы. • Забалансовые запасы. 5.5. ЗАДАЧА Определить минимальное промышленное содержание ртути в руде (См) в базовом и коммерческом вариантах. Затраты на 1 т руды составляют (руб.): добыча — 300; транспорти- ровка — 50; металлургический передел — 250; природоохранные меро- приятия — 100. Расчетная ставка дисконта при базовом варианте — 10 %, а при коммерческом — 20 %. Налоги и другие платежи — 10 % от суммы экс- плуатационных затрат; разубоживание (Кр) — 15 %, сквозное извлече- ние (Ки) — 80 %, цена (Ц) — 4,3 тыс дол./т. Рекомендации к решению задачи. Расчет вести по формуле см = Р/НМ1 - Кр) 100 %. Определяем эксплуатационные затраты на 1 т руды (Р) путем сум- мирования затрат на добычу, транспортировку, металлургический пере- дел, включая также расчетную ставку дисконта. Для коммерческого ва- рианта, кроме того, учитываем затраты на налоги, плату за использова- ние недр (рояльти) и другие платежи в размере 10 %. Цену на ртуть пе- реводим в рубли по курсу дол. Полученное значение минимального промышленного содержания должно соответствовать богатым рудам (содер- жание ртути более 1 %) месторождений Тамватнсйское и Олюторское в Корякском нагорье. 20 м 5 305
Часть IV ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ МОДУЛЬ 6. ГЕОЛОГО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ В данном модуле на основе мирового практического опыта разведки и эксплуатации месторождений различных видов ми- нерального сырья (Модули 4 и 5) рассматриваются их промыш- ленные типы во взаимной связи с геологическими факторами размещения (Модуль 2) и генетическими моделями (Модуль 3). СТРУКТУРА МОДУЛЯ 6.1. Промышленные типы месторождений металлических полезных ископаемых 6.1.1. Месторождения черных металлов 6.1.2. Месторождения легирующих тугоплавких металлов 6.1.3. Месторождения цветных металлов 6.1.4. Месторождения драгоценных металлов ,6.1.5. Металлы радиоэлектроники и ядерно- космической техники 6.1.6. Контрольные вопросы для самопроверки 6.2. Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых 6.2.1. Месторождения индустриального горно- рудного сырья 6.2.2. Месторождения горно-химического и агрономического сырья 6.2.3. Месторождения сырья для производства строительных материалов 6.2.4. Контрольные вопросы для самопроверки 306
6.3. Горючие полезные ископаемые (каустобиолиты) 6.3.1. Группа углеродного сырья (ископаемые угли, торфа, горючие сланцы) 6.3.2. Группа углеродного сырья (нефть, газ и твердые битумы) 6.3.3. Контрольные вопросы для самопроверки Знание промышленных типов месторождений, в особенности тех, которые определяют профиль специализации, необходимо горному инженеру в его профессиональной деятельности. 6.1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 6.1.1. Месторождения черных металлов ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ Железо входит в состав железоуглеродистых сплавов (чугун, сталь), ферромарганца, феррохрома, ферро кремния и других сплавов с вольфрамом, ванадием и ниобием, играющих веду- щую роль в технике. Исходным минеральным сырьем для их производства служит железная руда. Главнейшими железосодержащими минералами, определяю- щими технологическую и промышленную ценность руд, явля- ются магнетит Fe3C>4 (72,4 % Fe); гематит Fe2O3 (70); сидерит FeCO3 (48,3 %); гидрогётит (лимонит) HFeO2 (62,9 %): гётит FeO2 H2O (52,0—62,9 %); магномагнетит (Mg, Fe)OFe2O3 (24—38 %). Псевдоморфозы гематита по магнетиту называются мартитом, а сам процесс такого замещения — мартитизацией. По содержанию железа выделяют природно-богатые и бед- ные руды. Их соотношение в товарном производстве составляет 1:4. Богатые руды идут в плавку без предварительного обогаще- ния и классифицируются на доменные и мартеновские. Требования металлургов к доменным рудам ниже, чем к мартеновским. Содержание железа в магнетитовых рудах долж- 20* 307
но быть более 50 %, гидрогётитовых — более 45 %. Для вред- ных примесей установлен следующий верхний предел, содер- жащий (%): серы и фосфора 0,3 каждого; меди 0,2; мышьяка 0,07; цинка и свинца 0,1; олова 0,08. В мартеновских рудах концентрации железа в магнетитовых, гематитовых, гидрогёти- товых и смешанных рудах должны быть более 57 %; вредных примесей не более (%): кремнезема 5; серы и фосфора 0,15 ка- ждого; меди, мышьяка, свинца, цинка, хрома, никеля 0,04 каж- дого; марганца 0,5. Для руд регламентируется кусковатость: доменные руды на 70—75 % должны быть представлены классами 10—100 мм, а мартеновские на 70 % — классами 10—250 мм. Руды, содержа- щие 80—92 % класса 10 мм и не более 8—20 % класса 10—20 мм, нуждаются в предварительном окусковании. Важной характеристикой богатых руд является коэффициент основности (К.О.), представляющий собой отношение CaO+MgO/SiCh+AljOs. При К.О., равном 0,7, железные руды и их концентраты относятся к кислым, при К.О. — 0,7—1,1 — са- мофлюсующимся и К.О. — 1,1 — основным. Другим показате- лем качественных свойств руды служит кремневый модуль SiO2/Al2O3, величина которого не должна быть ниже 2. Бедные железные руды, нуждающиеся в обогащении, под- разделяются на легко- и труднообогатимые. К легкообогатимым относятся железные руды магнетитового состава, прежде всего магнетитовые кварциты. Труднообогатимыми являются руды со скрытокристаллическими и коллоидальными железистыми об- разованиями. Магнетитовые руды обогащаются методами сухой и мокрой магнитной сепарации, магнетит-гематитовые — маг- нитно-флотационным (тонковкрапленные руды) и магнит- но-гравитационным (крупновкрапленные руды) методами. При наличии в магнетитовых рудах промышленных концентраций апатита, ильменита, редких и редкоземельных металлов, суль- фидов кобальта, меди и цинка, боратов и золота они могут из- влекаться флотацией отходов магнитной сепарации. При этом возможно производство апатитового, ильменитового, медного, кобальт-никелевого, бадделеитового, золотосульфидного и бора- тового селективных концентратов. В процессе обогащения железных руд получают концентраты с содержанием железа от 48 до 69,5 %, агломерат и окатыши. По- путные легирующие металлы (титан и ванадий) подобно полез- ным примесям (никель, кобальт и марганец) могут переходить в 308
продукты металлургического предела, улучшая их свойства, или извлекаться из отходов. Разведанные запасы железных руд в РФ составляют 57 млрд т. Выплавка стали (млн т в год): в КНР —382; Японии - 106,1; США-91,5; России-64,5 (БИКИ от 27.01.2007). На мировых рынках цена (долл, за 1 % Fe в 1 т) руды состав- ляет 1,15; окатышей — 1,3 (БИКИ от 20.01.2007). Промышленные типы месторождений железа ассоциируют с магматическими, осадочными и метаморфическими формация- ми и комплексами, входя в состав почти всех генетических групп: магматической, карбонатитовой, скарновой, гидротер- мальной, осадочно-морской и континентальной, коры выветри- вания и метаморфогенной. В магматической группе выделяется титано-магнетитовый комплекс, месторождения которого охарактеризованы в общем виде как кристаллизационные. Представителем карбонатитовой группы является месторож- дение Ковдор (см. рис. 3.6). Группа скарновых магнетитовых месторождений одна из са- мых многочисленных, дающая более 50 млн т товарной желез- ной руды. В качестве примера рассмотрим отрабатываемое карьером Канарское месторождение как самое крупное в Тургайской же- лезорудной провинции (Кустанайская обл., Казахстан). Место- рождение сложено палеозойской вулканогенно-осадочной тол- щей андезитовых и пироксен-плагиоклазовых порфиритов и их пирокластов с прослоями туффитов, известняков, песчаников и покровами базальтов и андезитов (рис. 6.1). Эта толща смята в брахискладки и разбита сбрососдвиговыми нарушениями. В нижней части разреза выявлены небольшие штокообразные тела гранит-порфиров. На контакте с ними, а также с кварцевыми порфирами образовались пироксен-скаполитовые метасомати- ты, по которым развились вкрапленные и массивные магнетито- вые руды, сформировавшие пластообразные пологие рудные за- лежи протяженностью по простиранию до 3,5 км, по падению до 1700 м при мощности 60 м и более. В рудной залежи отмече- ны следующие средние содержания (%): железо 44,9; сера 0,42; фосфор 0,23; марганец 0,15. В повышенных концентрациях при- сутствует кобальт. Группа гидротермальных месторождений включает крупные магномагнетитовые месторождения, ассоциирующие с траппами Сибирской платформы. Они приурочены к субвертикальным трубкам взрыва, развитым в зонах сочленения глубинных разло- 309
юз св Р и с. 6.1. Геологический разрез Канарского месторождения. По Г.С. Поротову. 1 — мезокайнозойские отложения платформенного чехла; 2—4 — верхнепалеозойские отло- жения (2 — аргиллиты; 3 — конгломераты; 4 — базальты); 5—9 — красноцветные отложения андреевской свиты (Ci) (5— песчаники и гравелиты; 6— андезитовые афириты; 7 — гипер- стен- плагиоклазовые порфириты; вулканические брекчии плагиоклазовых полифиро- вых порфиритов; 9— пироксен-плагиоклазовые порфириты); 10—13 — отложения Соколов- ской свиты (Ci) (10 — слоистые туффиты; 77 — известняки; 12 — ангидритсодержащие по- роды; 13— вулканические туфы); 14—15 — отложения сарбайской свиты (Ci) (14— вулка- нические брекчии крупновкрапленных порфиритов; 75 — андезитовые порфириты); 16— кварцевые порфириты; 17— гранит-порфириты; 18— пироксен-скаполит-альбитовые метасоматиты; 19—20— магнетитовые руды (19— богатые; 20— бедные); 27— мартитовые руды; 22—разрывные нарушения мов. Трубки выполнены ксенолитами вмещающих пород и суб- вулканическими телами основного состава. В плане они имеют эллипсовидную форму размером 2,3 х 0,6 км (Коршуновское месторождение) или 2 х 1 км (Татарское). Наиболее крупным, с разведанными запасами в 637 млн т, является Нерюнгринское месторождение. Содержание железа в богатых рудах составляет более 45 %. Группа осадочных морских месторождений объединяет разве- данные месторождения: сидеритовые комарово-зигазинской группы (Южный Урал), гематитовые (Нижне-Ангарское), сиде- рит-лептохлорит-гидрогётитовые (Керченское, Аятское). По прогнозным ресурсам железных руд в Западно-Сибирском желе- 310
зорудном бассейне эта группа месторождений не имеет себе рав- ных. В пределах бассейна на площади в 66 тыс. км1 2 скважинами вскрыт горизонт осадочных руд. На этой площади известны крупные месторождения, например Бакчарское, расположенное в 200 км к северо-западу от г. Томска. Среди песков и алевроли- тов залегают четыре горизонта оолитовых лептохлорит-гид- рогётитовых руд (рис. 6.2). Бакчарский горизонт имеет мощ- ность 26 м на площади 700 км2, средние содержания руд следую- щие (%): железо — 37,4; фосфор — 0,38—0,69; ванадий — 0,13. Запасы оцениваются в 28 млрд т. Мощность перекрывающих пород изменяется от 155 до 275 м. В них вскрыто пять водонос- ных горизонтов. Горно-геологические, гидрогеологические и географо-экономические условия на этом месторождении не- благоприятны для его освоения. Другими условиями характеризуется месторождение Аятское (Казахстан). Здесь на небольшой глубине залегает выдержанный по простиранию и мощности пласт оолитовых лептохлорит-си- деритовых руд (рис. 6.3). Средние содержания руд составляют (%): железо — 37,1; оксид марганца — 0,5—5; сера — 0,36; фос- фор — 0,4. Группа осадочных континентальных железорудных месторождений по запасам и промышленной значимости значи- Рис. 6.2. Геологический разрез Бакчарского месторождения. По А. Бодину, И. Зальцману: 1 — пески, суглинки, галечники; 2— пески; 3— пески с гравием; 4— алевриты; 5— глины; 6— глины пестро цветные; 7—глины известковистые; 8 — бурые угли, лигниты; 9—руда глауконит-сидеритовая; 10— песчаники, алевролиты; //—песчаники рудные; /2—руды оолитовые; 13 — кварцевые кератофиры 311
Н, м 220 М»!М’Е~1м Рис. 6.3. Геологический разрез Аятского железорудного месторождения. По Д. Топоркову, М. Узбекову: / - четвертичные суглинки; 2— неогеновые глины и пески кварцевые; 3 — глины сланце- ваше; 4- песчаники кварц глауконитовые; 5 - опоковые глины; 6— пески и мергелистые глины; 7—каменноугольные известняки; 8— оолитовые гидрогётитовые и гидроготит-си- дерш-лептохлоритовые руды; 9— пески подрудныс; /(/—кора выветривания тельно уступает рассмотренной группе месторождений морских осадков. В группу коры выветривания входят бурожелезняковые зоны окисления месторождений — осадочных сидеритовых (Бакаль- ское, Южный Урал) и скарновых (Высокогорское, Средний Урал); мартитовые (КМА). Значительную промышленную цен- ность представляют мартитовые руды в железистых кварцитах. Технологически сложными являются руды месторождений коры выветривания ультраосновных пород. Группа метаморфогенных железорудных месторождений. Стой- ленское месторождение магнетитовых кварцитов зеленосланце- вой фации метаморфизма сложено архейскими гнейсами и миг- матитами, протерозойскими кварцевыми порфирами, амфибо- литами михайловской и кварцито-сланцами курской серий (рис. 6.4). В составе последней выделяют три свиты: нижнюю, сред- нюю и верхнюю. Железистые кварциты приурочены к средней свите. На неровной поверхности железистых кварцитов развиты горизонтально залегающие плащеобразные залежи богатых маг- нетит-мартитовых и мартитовых остаточных руд. Их средняя мощность составляет 5—15 м. Запасы двух наиболее крупных за- 312
Рис. 6.4. Схема геологического строения и разрез Стойленского месторождения. По Н. Голивкину / — терригенные отложения фанерозоя; 2 —диориты; 3 — габбродиориты; 4—8— породы курской серии (4— сланцы верхней свиты; 5—железистые кварциты средней свиты; б — сланцы средней свиты; 7—сланцы нижней свиты; 8 — песчаники и конгломераты нижней свиты); 9— кварцевые порфириты, сланцы и амфиболиты михайловской серии; 10 — гнейсы и мигматиты архея; 11 — богатые железные руды; 12 — тектонические нарушения лежей оцениваются в 153 млн т, среднее содержание желе- за — 55 %. Запасы железистых кварцитов достигают 2,3 млрд т при среднем содержании железа — 35,2 %. Месторождения железных руд по морфологии рудных тел, изменчивости их параметров и качеству руд соответствуют 1—3-й группам классификации РФ. Разведка месторождений черных металлов ведется системами скважин. Основное промышленное значение имеют месторождения 1-й и 2-й групп. Месторожде- ния 1-й группы (Керченское, Лисаковское, Аятское) представ- лены крупными горизонтально и полого залегающими пласто- выми залежами с выдержанными мощностью и качеством руд. Скважины располагаются по квадратной сети со стороной (м): 313
для категории запасов А — 200, В — 400, С( — 800. Рудные тела месторождений 2-й группы (КМА, Кривбасс) дислоцированы, расстояния между скважинами сокращаются в 2—4 раза. В рудах определяют содержание РеОбШ, FeO, Fe магнетита, SiO2, MgO, СаО, Мп, P2O5, S, As и др. ХРОМИТЫ В промышленных концентрациях хром находится в природ- ных скоплениях минералов группы хромшпинелидов, образую- щих сплошные и густовкрапленные руды. Хромшпинелиды, вы- ражающиеся пятикомпонентной системой (Mg, Fe)2+ (Al, Cr, Fe)23+O4, характеризуются изоморфизмом входящих в нее метал- лических элементов. От этого зависит состав хромшпинелидов. Основными минералами группы хромшпинелидов являются следующие минеральные виды: магнохромит MgFeCr2O4 (Сг20з 50—65 %), хромпикотит (35—55 %) и алюмохромит (Mg, Fe)(CrAl)2O4 (35—50 %). Визуально они не различимы и называ- ются хромитами. Качественный состав хромшпинелидов и их содержание в руде обусловливают технологию ее переработки и области ис- пользования. Руды с низкими концентрациями хромшпинели- дов или вредными примесями (СаО, Р) нуждаются в обогаще- нии. Руды с содержанием Сг20з > 45 % и SiO2 < 10 % при отно- шении Сг2Оз/РеО > 2,5 относят к металлургическим сортам. Их используют для производства феррохрома. Высокоглиноземи- стые руды с содержанием (%) Сг20з 32—45, А12Оз > 15 и СаО < 1 служат для изготовления огнеупоров. В странах СНГ 95 % запасов хромитов, в основном металлур- гических сортов, сосредоточено в кемпирсайской группе место- рождений (Южный Урал, Казахстан), 5 % высокоглиноземи- стых — на Сарановском месторождении (Средний Урал). По за- пасам хромитов Казахстан занимает 1-е место в мире и экспорти- рует руды металлургических сортов. Мировые запасы хромитов оцениваются в 3,5 млрд т, добыча — более чем в 13 млн т, из них 60 % приходится на Казахстан, ЮАР и Зимбабве, остальные — на Турцию, Филиппины и Индию. Цена 1 т хромитовой руды (долл.): металлургических сортов 140, для огнеупоров 125—145. Цена хро- ма алюмотермического сорта чистотой 99 % — 6300—6800 долл, за 1 т (ВИКИ от 13.01.2007). Промышленные типы хромитовых месторождений ассоции- руют с офиолитовым габбро-анортозит-пироксеновым и прото- 314
платформенным расслоенным мафит-ультрамафитовым (базаль- тоидным) комплексами. Кроме того, известны незначительные по запасам хромитов элювиальные и элювиально-делювиальные россыпи. Среди офиолитового комплекса по многочисленности ме- сторождений хромитов металлургических сортов выделяется Кемпирсайский массив (Южный Урал, Казахстан). Из 160 ме- сторождений массива 17 являются промышленными, из которых широко известно Алмаз-Жемчужина (рис. 6.5). Высокохроми- стые руды локализованы в дунитовых обособлениях среди гарц- бургитов глубоких горизонтов Центрального рудного поля. Вы- сокоглиноземистые руды залегают в других рудных полях масси- ва, в мелких дунитовых телах среди гарцбургитов более высоких стратиграфических горизонтов. Рудные тела имеют залегание, близкое к горизонтальному, и наклонное (до 50°) на восток. Часть этих тел склоняется на север, другие — на юг. Жилообраз- ные, реже шлирообразные тела с четкими контактами имеют размеры по протяженности от десятков метров до 1,5 км при Рис. 6.5. Продольный разрез хромитового месторождения Алмаз-Жемчужина. По М.Ф. Шульгину и др.: 7 — дуниты; 2—гарцбургиты; 3 — дунит-гарцбургиты; 4—хромитовые руды; 5—отрабо- танная часть рудного тела; 6 — разрывные нарушения; 7 — контур карьера 315
мощности до 180 м. Они разделяются обособлениями дунитов, иногда перидотитов и субширотными разрывными нарушения- ми разбиты на отдельные перемещенные блоки. Текстура руд преимущественно вкрапленная, массивная и нодулярная. Среди вкрапленных руд по насыщенности вкрап- ленниками выделяют густо-, средне- и редковкрапленные, а по размерам зерен хромшпинелидов — мелко- (до 1 мм), средне- и крупнозернистые (3 мм). На месторождении Алмаз-Жемчужина содержание Сг2О3 (%) в сплошных рудах составляет 58; густовкрапленных — 50—57; средневкрапленных — 37—49 и редковкрапленных — 28—36 при следующих средних содержаниях (%): Сг2О3 — 49,05; SiO2 — 8,1; СаО — 0,42; Р — 0,002. Другие месторождения Центрального рудного поля имеют сходный химический состав. Месторождения дифференцированных базальтоидных интрузивов протоплатформ сосредоточены на юге Африки в Бушвельдском лополите, имеющем площадь 20 тыс. км2 и мощность 7,5 км, и Ве- ликой Дайке, протягивающейся в близмеридиональном направле- нии более чем на 500 км при мощности 3—10 км. В Бушвельдском расслоенном интрузиве в вертикальном разрезе выделяют несколь- ко зон. Одна из них, Критическая, мощностью около 1 км, сложе- на норитами с прослоями пироксенитов, анортозитов и перидоти- тов, в которых сосредоточены стратиформные залежи хромитов. В норитах распространены ликвационные платиноносные медно-никелевые месторождения (горизонт Меренского). Выше Критической зоны залегают габбронориты и анортозиты Глав- ной зоны мощностью до 3,5 км с кристаллизационными вана- диеносными титаномагнетитовыми месторождениями. Полого- залегающие прослои хромитов мощностью от 0,2 до 1,8 м про- слеживаются на многие километры. Качество руд низкое. Отно- шение Сг2О3 к FeO изменяется от 1,5 до 2. Запасы хромитов оценены в 500 млн т при содержании Сг2О3 50 %. Месторождения хромовых руд соответствуют 2-й и 3-й груп- пам классификации ГКЗ РФ. Ко 2-й группе относятся месторо- ждения (Алмаз-Жемчужина) с крупным линзо- и жилообразны- ми залежами протяженностью по простиранию более 300 м. Скважины располагаются по следующей сети (м): для запасов категории В (40—80) х (20—60) и С| (80—120) х (40—80). В рудах определяют содержания Cr2O3, FeO, SiO2, СаО, P20s. Предельно допустимые относительные среднеквадратичные погрешности анализов (Ртах) Сг2О3 по классам содержаний (%): 40—60, 20—40, 10—20, 5—10 соответственно составляют (%): 1,2; 1,8; 2,5; 3,0, т. е. чем выше содержание, тем меньше Ртт. 316
МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ Марганцевые руды используются в основном в производстве ферросплавов для раскисления сталей при плавке, электролити- ческого и металлургического марганца, а также диоксида мар- ганца для изготовления сухих батарей. Расход марганца на 1 т стали составляет 6—7 кг. Мировые запасы марганцевых руд составляют более 6,3 млрд т. Из них на ЮАР приходится 3 млрд т, на Украину — 2,5 млрд т, а добыча достигает 20 млн т в год. Цена марганцевой руды ме- таллургического сорта (48—50 % Мп) составляет 1.94—2.03 долл, за единицу содержания Мп в 1 т (БИКИ от 06.03.2003); металла — 1750-1800 долл./т (БИКИ от 23.01.2007). Основными марганцесодержащими минералами, входящими в состав руд, являются: пиролюзит МпО2 (69,5 %), манганит МпО2-Мп(ОН)2 (62,5 %), псиломелан т МпО МпОг л Н2О (45—60 %), родохрозит МпСОз (47,8 %), манганокальцит (7—25 %), родонит MnCa(SiOj) (32—41 %). По минеральному составу выделяют марганцевые оксидные, карбонатно-оксидные и оксидные железо-марганцевые руды. Для производства ферромарганца используют руды и концен- траты, содержащие (%): марганца более 50 (Mn/Fe не менее 6—7); кремнезема до 9; фосфора до 0,2. Сорта металлургических руд и концентратов характеризуют- ся следующим содержанием (%): марганец — 30—50 (Mn/Fe 3—10); кремнезем — 35—9; фосфор — 0,14—0,20. Большая часть марганцевых руд после удаления из них с по- мощью дробления и промывки песчано-глинистых частиц под- вергается гравитационному, магнитному или флотационному способу обогащения с получением концентратов. Содержание марганца в оксидных и оксидно-карбонатных рудах должно составлять не менее 17 %, а минимальное содер- жание марганца в мытой руде — 25 %. Промышленные типы месторождений марганцевых руд отно- сятся к разнообразным генетическим группам. Однако основная доля запасов и добычи марганцевых руд приходятся на осадоч- ные месторождения, включая вулканогенно-осадочные, и коры выветривания. Перспективным, но пока потенциальным про- мышленным типом являются современные железо-марганцевые конкреции дна океанов. Метаморфогенные месторождения мар- ганца железисто-кремнистой формации (гондиты) также пер- спективны для широкого промышленного освоения в Индии, Бразилии и других странах. 317
Осадочные месторождения являются практически единствен- ным источником добычи марганцевых руд в странах СНГ. Они подразделяются на родохрозит-гидроксидные песчано-глини- стой и карбонатной формаций. Кроме того, выделяют вулкано- генно-осадочную группу марганцевых месторождений с низким качеством руд. В родохрозит-гидроксидных месторождениях песчано-гли- нистой формации сосредоточено 85 % балансовых запасов мар- ганцевых руд стран СНГ. Месторождения этой формации разви- ты на кристаллических основаниях платформ и на отдельно ус- тойчивых участках складчатых областей. Сложены они преиму- щественно терригенным материалом кварц-глауконитового со- става. К этой формации относят месторождения Южно-Украин- ского и Грузинского олигоценовых марганцеворудных бассей- нов, палеоценовые месторождения Северного Урала и др. В Южно-Украинском бассейне, заключающем более 70 % мировых запасов руд марганца, выявлено пять обособленных марганцеворудных площадей: Западно- и Восточно-Никополь- ская, Больше-Токмакская, Криворожская и междуречье Днепр — Ингулец (рис. 6.6), распространенных на кристаллическом ложе Украинского кристаллического щита со слабым наклоном, по- гружающемся в направлении к Черному морю. Эти площади располагаются в полосе шириной 25 км, вытянутой на 250 км в широтном направлении. С севера на юг здесь установлены три Рис. 6.6. Схема размещения марганцеворудных площадей в Никопольском бас- сейне. По В.Я. Грязнову. Марганцевые руды: 7 — оксидные; 2—смешанные; 3 — карбонатные. Рудоносные площа- ди: 7 — Западно-Никопольская; 77 — Восточно-Никопольская; ///—Большой Токмак; IV — Криворожская; V — междуречье Днепр — Ингулец 318
рудные подзоны оксидных, океидно-карбонатных и карбонат- ных марганцевых руд. В разрезе марганценосного пласта средней мощностью 2—3,5 м отмечается перемежаемость рудных прослоев с песча- но-алевритоглинистыми осадками. Среднее содержание марган- ца в массе пласта составляет 15—25 %. Уникальные месторождения этой полосы (Никопольское и Больше-Токмакское) имеют сходные черты геологического строения, морфологии марганценосного пласта и вещественного состава руд. В их разрезах выявлены подрудные марганцевые и надрудные отложения, залегающие на породах докембрийского кристаллического основания. На Болыпе-Токмакском месторо- ждении подрудные отложения представлены каолинизирован- ными продуктами древнего выветривания, эоценовыми песками и глинами (рис. 6.7). Рудный пласт имеет зональное строение: к югу, погружаясь на глубину, оксидные руды сменяются оксидно-карбонатными, затем — карбонатными, фациально переходящими в безрудные глины. 6 12 П~П|Р |.УЛ|^ 1111111111^ Рис. 6.7. Схематический разрез Больше-Токмакского марганцевого месторож- дения. По В.Я. Грязнову, Ю.Я. Седину’. 1 — граниты, гнейсы, магматиты; 2 — докембрийские кристаллические сланцы; 3 — каоли- новые породы; 4 — углистые пески и глины эоцена; 5— глинистые пески; 6— 9 — олигоце- новые образования (6—карбонатные руды; 7—смешанные руды; 8— оксидные руды; 9 — глины); 10 — глины и пески среднего миоцена; 11 — глины и известняки верхнего мио- цена; /2—пески, глины, известняки плиоцена; 13 — плиоценчетвертичные красно-бурые глины; 14— аллювий; 15 — лёссы и суглинки 319
В оксидных рудах содержание следующее (%): марганец 30; железо 2—24; кремнезем около 30. Основными минералами яв- ляются пиролюзит, манганит и другие гидроксиды марганца. Карбонатные руды преимущественно сложены конкрециями родохрозита и имеют состав (%): марганец 10—30; кремнезем 10—50. Надрудные отложения представлены глауконитовыми глинами олигоцена, трансгрессивно залегающими на них глина- ми, известняками и песками неогена, а также четвертичными аллювиальными и лёссовидными образованиями. Текстуры руд обычно пизолитовые и конкреционные в общей песчано-глини- стой массе, реже массивные. Пизолиты — это крупные оолиты с размером марганцови- стых шаровидных образований более 2 мм. По сложности геологического строения месторождения мар- ганцевых руд соответствует 1, 2 и 3-й группам классификации. Месторождения 1-й группы (Никопольское, Болыие-Токмак- ское) представлены весьма крупными пластообразными гори- зонтальными или слабонаклонными залежами простого строе- ния. Скважины располагаются по квадратной сети со сторонами (м): для категории А-100-150, В-200-300, Ci-600. Месторожде- ния 2-й группы (Чиатурское) характеризуются сложным строе- нием. Месторождения 3-й группы по запасам и добыче имеют подчиненное значение. В рудах определяют содержание Мп, Fe, SiO2, А120з, СаО, Р2О5 для проб с концентрациями Мп 22 %. Ртт составляет 1,2 %. 6.1.2. Месторождения легирующих тугоплавких металлов Легирующими свойствами, как и тугоплавкостью, обладают многие металлы. В их числе большинство литофильных редких металлов и собственно легирующие тугоплавкие металлы — ти- тан, ванадий, никель, кобальт, вольфрам и молибден. Основным промышленным типом месторождений титана яв- ляются россыпи ильменита и рутила. Промышленные концен- трации ванадия отмечаются в комплексных рудах: титано-магне- титовых и ванадиево-железо-медных кристаллизационных маг- матических месторождений, скарново-магнетитовых и гидротер- мальных магномагнетитовых месторождений, зон окисления по- лиметаллических месторождений, осадочные месторождения с фосфоритами, в бокситах, уранованадатах, глинах зон аргилл и - зации, россыпях и нефти. Известно одно инфильтрационное па- 320
тронитовое собственно ванадиевое месторождение Минас-Рагра (Перу) в асфальтитах. Из группы легирующих металлов рассмотрим месторожде- ния таких важных для промышленности металлов, как никель, кобальт, вольфрам и молибден. НИКЕЛЬ И КОБАЛЬТ Никель и кобальт в силу близких геохимических свойств встречаются совместно в ликвационно-магматических, плутоно- генных гидротермальных месторождениях и корах латеритного выветривания. Кобальт характеризуется большей, чем никель, сидерофильностью (сродство к железу) и значительной подвиж- ностью в экзогенных условиях. Это обусловило автономное на- копление кобальта в скарновых магнетитовых и медных место- рождениях, корах выветривания, зонах окисления сульфидных руд некоторых гидротермальных месторождений, осадочных ру- дах железа, марганца и пластах фосфоритов. Основным потребителем никеля и кобальта является метал- лургия, на которую приходится 90 % общего использования ни- келя и 70 % кобальта. Например, в США 30 % никеля идет на производство нержавеющих сталей, свыше 20 % используется в сплавах. Кобальт входит в состав суперсплавов (35 %), магнит- ных сплавов (15 %), керамики и красителей (18 %), катализато- ров (12 %), спецсталей (5 %), другой продукции (15 %). В зарубежных странах общие запасы никеля составляют 95 млн т, кобальта более 4 млн т. Основные запасы никеля (млн т) приходятся (%): на силикатные руды — Новая Каледония (32); сульфидные месторождения — Австралийский Союз (9,0), Кана- да (около 17). Эти же страны имеют значительные запасы ко- бальта. Наибольшими запасами кобальта (1,9 млн т) располагает Заир, причем они сконцентрированы в зонах окисления место- рождений медистых песчаников. Производство никеля достигает около 1350 тыс. т, на Канаду приходится 22 %, Россию — 17 %, Японию— 12 %. Производство кобальта — более 29 тыс. т, из которых 14,5 тис. т получают в Заире. Цены за 1 т составляют (тыс. долл.): никеля — 24,26—34,57, кобальта — от 47,4—57,3 (БИКИ от 20.01.2007). Главнейшими минералами никеля являются: пентландит (Fe, Ni)9Sg (22—42 % Ni), миллерит NiS (61—64 %), никелин NiAs (44 %), талнахит Cu9(Fe, Ni)8S16, гарниерит (Ni, MgMSUOw] (OH)44H2O (16-35 %), нонтронит w{Mg3[Si4Oi0](OH)2} p{(Al, Fe)2 [Si4Oio](OH)2} (0,5—2 %). Кроме того, никель вместе с кобаль- 21 и 321
3 Разрез по линии А - Б В 6 Г г.|7 LJbJ/v НЕЗ' ESSPISE ЕЕ ГЕ* ЕЯ ? ЕгГГП" Гу7- , —р5 IE, Iм ЕЧ77 EE3/s
том содержится в пирротине и пирите. Кобальт входит в состав арсенидов, сульфидов, карбонатов и гидроксидов и изоморфно присутствует в составе большинства никелевых минералов. Технология переработки сульфидных и силикатных руд принципиально различна. В России по запасам и добыче преоб- ладают сульфидные медно-никелевые месторождения. Сульфидные руды с суммарным содержанием никеля и меди менее 1,5—2 % подлежат обогащению. Получаемые концентраты и богатые руды подвергаются электроплавлению. При этом обра- зуется штейн и шлак. В штейн переходит большая часть никеля, меди, кобальта, благородных металлов и 30 % железа, которое удаляется в процессе продувки штейна в конверторе, после чего образуется файнштейн, содержащий (%): никель 50; медь 30 и кобальт 0,6—1,2. Затем файнштейн разделяют флотационным ме- тодом на никелевый и медный концентраты, которые обжигают в печах кипящего слоя до полного удаления серы. Оставшийся ога- рок плавят в восстановительной среде до чернового металла. Из конверторных промпродуктов гидрометаллургическим способом извлекают кобальт. Товарные никель и медь получают путем электролиза чернового металла. Драгоценные металлы выделяют из электролитических шламов на аффинажных заводах. Промышленные типы кобальт-никелевых руд представлены ликвационно-магматическими, плутоногенными гидротермаль- ными месторождениями, а также месторождениями коры вывет- ривания. Кроме того, выделяются кобальтоносные скарно- во-магнетитовые и стратиформные месторождения. Ликвационно-магматические месторождения сульфидных мед- но-никелевых руд являются в России ведущим промышленным типом месторождений как никеля, так и кобальта. В общем виде они рассмотрены ранее. Охарактеризуем кратко уникальные ме- сторождения этого типа. Рис. 6.8. Схематический план Тал нахского рудного поля и разрез юго-западной части Талнахского месторождения. По В.Ф. Кравцову, А.В. Тарасову. I — четвертичные отложения; 2 — угленосные толщи пермокарбона; 3 — карбонатная толща верхнего девона; 4 — ангидрит-мергелистая толща; 5—карбонатно-глинистая толща; 6 — туфолавовая толща пермотриаса; 7—долериты; 8— выходы рудоносной талнахской интрузии под четвертичные отложения; 9—апофизы талнахской интрузии; 10— габбро; 11 — оливиновые габбродолериты; /2 — рудоносные пикритовые, такситовые и контакто- вые габбродолериты; 13—14— руды (13 — вкрапленные богатые; 14— массивные); 15 — разрывные нарушения; 16 — пологие разрывные нарушения; 17 — тектонические брек- чии; 18 — границы рудоносной талнахской интрузии (ветви талнахской интрузии: 1 — Севе- ро-Западная; 2—Юго-Западная; 3 — Северо-Восточная; 4 — Хараелахская) 2Г- 323
Талнахское и Октябрьское месторождения, самые значитель- ные в норильской группе, приурочены к разветвленной тал нах- ской интрузии габбро-долеритов. Талнахское месторождение связано с Юго-Западной и Северо-Восточной ветвями тал нах- ской интрузии, а Октябрьское — с Северо-Западной и Хараслах- ской ветвями (рис. 6.8). Первые две ветви и связанное с ними оруденение формиру- ют верхний этаж на глубине 400—600 м от современной поверх- ности. Интрузивные ветви расслоены. В них чередуются гори- зонты (сверху вниз): эруптивных брекчий, контаминированных пород и осветленного габбро, габбродолеритов, безоливиновых, оливиновых, пикритовых, такситовых и контактовых долеритов. В целом рудное поле характеризуется блоковым строением, обу- словленным развитием субмеридионального Норильско-Харае- лахского глубинного разлома и системы сопряженных сбросов. Пирротин-пентландит-халькопиритовые руды локализуются преимущественно в донной части интрузива. Вкрапленное ору- денение, составляющее 70 % общей массы руд, развито в основ- ном в материнских пикритовых, такситовых и контактовых до- леритах. В подстилающих измененных осадочных породах на- блюдается прожил ково-вкрапленное оруденение. Сплошные сульфидные руды составляют около 18 % общих запасов и фор- мируют линзы, жилы и пласты мощностью от 2 до 10 м. Они представлены пирротиновой, халькопиритовой, кубанитовой, талнахитовой и моихукитовой разностями. Относительное со- держание кубанита CuFe2S3 и моихукита Cu9Fe9Si6 на глубоких горизонтах возрастает. Из зарубежных хорошо известны месторождения Садбери и группы Томпсон (Канада). Многочисленные месторождения ни- келеносного эруптива Садбери, имеющего форму овалообразно- го синклинального бассейна сечением в плане 60 х 27 км и сло- женного по периферии норитами, приурочены к его внешней части (рис. 6.9). Рудные тела имеют пласто-, линзо- и жилообразную форму. Массивные руды залегают в основании норитов на контакте с гранитогнейсами. В висячем боку залежей они сменяются вкра- пленными рудами. Это видно в разрезе месторождения Крей- тон, одного из самых крупных. Месторождения района Садбери отрабатываются с 1883 г. Все- го добыто более 6,8 млн т никеля, 4,6 млн т меди, 209 тыс. т ко- 324
Рис. 6.9. Схематическая геологическая карта района Садбери и разрез мед- но-никелевого месторождения Крейтон. По Р. Сауну, Т. Подольскому. 1 — вулканические и осадочные породы протерозоя; 2 — зеленокаменная вулканогенно-оса- дочная толща с основными интрузивными массивами архея; 3— граниты, гранитогнейсы; 4 — гранофир; 5— гварневое габбро; 6- порш; 7— разрывные нарушения; <£—крупные медно-никелевые месторождения (7—Крейтон; 2—Мерей; 3 — Фруд-Стоби; '/—Гарсон; 5— Копс-Клиф; 6 — Левак; 7—Стражкона; 8— Харди); 9— мелкие месторождения и ру- допроявления; 10, 11 — руды {10 — вкрапленные, // — массивные) бальта, 650 т платины. Среднее содержание составляют: ни- кель — 1,4 %; медь — 1,1 %; кобальт — 0,05 %; платина — 0,69 г/т. По классификации РФ месторождения никелевых руд соот- ветствуют 1, 2 и 3-й группам, кобальтовых руд — 3-й и 4-й груп- пам. Наибольшую промышленную значимость имеют медно-ни- келевые месторождения 1-й группы типа норильских. Их раз- ведка осуществляется системами скважин по квадратной сети со стороной (м): категории А — 100, В — 200, С — 400—600. При разведке месторождений 2-й группы типа Кольских рас- стояния между скважинами сокращаются в 2—4 раза. Пробы подлежат анализу на Ni, Со, Си, S, Au, Ag, Se, Те и др. Pmax ана- лизов составляют (%): для никеля 5—10; меди 5,5—17; кобальта 2,5—25; сопутствующих металлов 25—30. 325
ВОЛЬФРАМ И МОЛИБДЕН Минеральные образования вольфрама и молибдена часто встречаются совместно в постмагматических месторождениях. Оба металла в постмагматических растворах проявляют свойства образовывать комплексные соединения, изоморфно замещать друг друга и формировать ассоциации с другими металлами: ме- дью, бериллием, висмутом, ураном, свинцом и цинком. В экзогенных условиях молибден, как более подвижный, рассеивается. Единственный его промышленный минерал мо- либденит— MoS2 (57,1—60,05 % Мо) окисляется с образованием молибдатов: повеллита — СаМоО4 (48,2 %), вульфени- та — РЬМоО4 и др. Основные промышленные минералы вольф- рама это — вольфрамит (Fe, Mn)WO4 (76,5 % WO3), гюбнерит MnWO4 (76,6 %) и шеелит CaWO4 (80,6 %). Они инертны к окис- лительным процессам и образуют небольшие россыпи. Промышленный интерес вызывают также тунгстенит WS2 и тунгстит H2WO4. Высокие их концентрации известны в рудах Тамватнейского вольфрам-ртутного месторождения лиственито- вого типа (Корякское нагорье). Общим минералом вольфрама и молибдена является молибдошеелит (Са, Mo)WO4. Руды вольфрама и молибдена независимо от содержания этих компонентов подлежат обогащению. Нижний предел про- мышленного среднего содержания WO3 в рудах опускается до 0,1—0,2 %. В богатых рудах среднее содержание достигает 1—2 %, иногда 5 %. Молибденовые месторождения отрабатывают при минимальном промышленном содержании молибдена (%): в штокверковых телах 0,08; жильных 0,10—0,15. Из комплексных медно-молибденовых руд молибден извлекают при его концен- трациях 0,005—0,02 % и выше. Вольфрамовые руды обогащаются флотационным, реже гра- витационным способом с получением концентратов, содержа- щих 60 % WO3. Производство молибденовых концентратов с со- держанием молибдена 51 % осуществляется с помощью флота- ции и гидрометаллургии. Мировые запасы WO3 составляют около 1,5 млн т, молибде- на — почти 4 млн т. Годовое производство вольфрамовых кон- центратов превышает 20 тыс. т, молибденовых — 100 тыс. т, по- ловину из них получают из медно-молибденовых руд. Наиболь- шими запасами WO3 (тыс. т) обладают Канада (310), Корейская Республика (208) и США (135). Более 96 % запасов молибдена 326
приходится на США. Здесь известны уникальные месторожде- ния Клаймакс и Гендерсон с запасами молибдена почти 800 тыс. т в каждом при содержании соответственно 0,2 и 0,29 %. На место- рождении Клаймакс более 1/3 запасов пригодны для открытой разработки. Главными производителями вольфрамовых концентратов явля- ются (тыс. т): США —3,5; Боливия — 3,2; Корейская Республи- ка — 1,9; Таиланд — 2,5. Основная доля производства молибдено- вых концентратов приходится (тыс. т): на США — 50, Канаду — 15 и Чили — 10, а также КНР, Россию, Казахстан и Армению. На мировых рынках цены за единицу WO3 в т концентрата (65 % WO3) составляют 37—47 долл. Цена оксида молибдена (долл, за кг содержания Мо) — 55,3—58,4 долл. (БИКИ от 23.01.2007). Важнейшие сферы использования вольфрамовых концентра- тов в США следующие (%): производство карбида вольфрама, составляющего основу многих твердых сплавов (60), изготовле- ние прутков, листов, качественных сталей (33), сплавы (7). В за- рубежных странах структура потребления молибдена характери- зуется следующими показателями (%): легированные ста- ли — 77, чугунное литье — 7, производство химикалий — 8, жа- ропрочные сплавы — 3, другие области — 5. Промышленные типы месторождений представлены скарно- выми месторождениями шеелит-молибденитовой формации, грейзеновыми вольфрамовыми и молибденовыми, вольф- рам-молибденовыми штокверковыми месторождениями, плуто- ногенными гидротермальными жильными и штокверковыми ме- сторождениями вольфрама и молибдена, вольфрамитовыми, шеелитовыми и вольфрамит-касситеритовыми россыпями. Практическое значение россыпей невелико и большинство их отработано. Скарновые и скарноидные месторождения шеелит-молибдени- тового комплекса представлены шеелит-молибденитовыми и шеелитовыми месторождениями, среди которых известны круп- ные и небольшие молибденитовые месторождения. Из шеелит-молибденитовых месторождений рассмотрим Тырныауз. Оно находится в зонально-блоковой складчатой структуре близширотного простирания, развитой в докембрий- ских метаморфических сланцах (рис. 6.10). Эту структуру слага- ют палеозойские терригенные отложения, метаморфизованные рифогенные известняки и роговики, смятые в антиклинальную складку и интрудированные в миоцене штоком гранитоидов, 327
Скарн 2 Главный скарн(оид) Ш' БЗ' Ь' 1-У/Л1 [ [++]» ИЯ'» S" РП» ЕЗ-» ОП» Рис. 6.10. Схема геологического разреза через рудное поле Тырныаузского скарнового молибден-вольфрамового месторождения. По НА. Хрущеву, А.А. Ковалеву. 1 -древние граниты и гнейсы; 2 — мраморы; 3 — биотитовые роговики; 4 — амфиболовые роговики, 5 — зеленокаменные породы; 6—песчаники, сланцы нижней юры; 7—лейко- кратовые гранит-порфиры; 8— рудоносные гранат-пироксеновые скарны; 9 — эльджуртин- ские граниты; 10 — липариты; // — гранат-сульфидные скарны; 12 — кварцевые жилы с ар- сенопиритом; 13— кварцевые жилы с галенитом; 14 -- разломы. Римскими цифрами обо- значены номера основных рудных тел дайками кислых и основных пород. На контакте роговиков и мраморизованных известняков образовались скарны. На глуби- не около 500 м эта структура срезается массивом молодых (1,8 млн лет) так называемых эльджуртинских гранитов. Рудоносные скарны образуют пластообразные тела с разду- вами на участках изгиба складок. Наиболее крупные из них за- легают в сводовой части антиклинали. Главное рудное тело име- ет форму крутопадающей седловидной залежи, окаймляющей мраморизованные известняки и склоняющейся на юго-восток. Основная масса рудных залежей представлена ассоциацией ти- пично скарновых минералов — пироксеном, гранатом, волла- стонитом, везувианом, кальцитом, а также кварцем, плагиокла- зом, амфиболом и флюоритом. 328
Оруденение полистадийное, руды — комплексные. Основ- ные полезные компоненты — W:Mo = 4:1, сопутствующие — медь и висмут. Главными рудными минералами являются шеелит, молибде- нит, молибдошеелит и повелит, а второстепенными — пирро- тин, пирит, халькопирит, сфалерит и другие сульфиды. Присут- ствие в рудах молибдошеелита и повеллита делает руды трудно- обогатимыми. С глубиной количество молибденита и шеелита уменьшается. Эти минералы сменяются молибдошеелитом с по- вышением в нем концентраций молибдена. В качестве скарнового шеелитового месторождения рассмот- рим Восток II. Месторождение сложено мезозойскими песчаника- ми с горизонтом известняков, интрудированных штоком грани- тоидов (рис. 6.11). Крутопадающая пластообразная с апофизами шеелитоносная залежь протяженностью 600 м, центральной ча- стью непосредственно связанная с этим штоком, уходит за его пределы и метасоматически развивается по горизонту известняков. Околорудные осадочные породы преобразованы в биотито- вые роговики, а песчаники со стороны висячего бока зале- жи — в кварциты. Рудопродуктивная скарновая залежь и вме- а Рис. 6.11. Геологический план (а) и разрез (б) шеелитового месторождения Восток II. По А. Ивакину, Н. Лаврику и др.: /—песчаники; 2 — биотитовые роговики, 3 — известняки; 4—кремни и кварциты; 5—граниты и гранодиориты; 6— рудные тела; 7 —дайки порфиритов 329
щающие ее породы секутся дайками порфиритов. Главные руд- ные минералы представлены шеелитом, пирротином, халькопи- ритом, висмутином и сфалеритом; второстепенные — вольфра- митом, касситеритом, золотом и серебром. Скарновая ассоциа- ция минералов сложена шеелитом, пироксеном, актинолитом, кварцем и апатитом. Текстуры руд — прожилковые, полосчатые, брекчиевидные и массивные. Грейзеновые месторождения существенно вольфрамовые или молибденовые, или комплексные вольфрам-молибденовые представлены в основном штокверковым и сопряженным с ним жильным оруденением (см. рис. 3.17). Плутоногенные гидротермальные жильные и штокверковые ме- сторождения нередко сопряжены с близкими по составу грейзе- новыми месторождениями. К этой формации относятся уни- кальные штокверковые месторождения: молибденовые Клай- макс и Гендерсон (США), медно-молибденовое Каджаран (За- кавказье), вольфрамовое Верхне-Кайрактинское (Казахстан). Месторождение Клаймакс эксплуатируется с 1924 г. За это время добыто более 1 млн т молибдена, более 20 тыс. т оксида вольфрама, 1250 т олова и 500 т монацита. Суточная добыча и пе- реработка руды ранее составляла 43 тыс. т. За год подземным способом отрабатывали около 10 млн т, открытым — более 5 млн т руды, из которой извлекали 27,5 тыс. т молибдена в концентра- те. Близкими параметрами по запасам и выпуску молибденовых концентратов характеризуется месторождение Гендерсон. Молибденовое оруденение Клаймакс ассоциирует со штоком и дайками палеогеновых риолитовых порфиров, прорывающих до- кембрийские кристаллические сланцы и гранитогнейсы (рис. 6.12). Месторождение представлено тремя рудными телами: Сири- ско, Верхним и Нижним, имевшими первоначально полусфери- ческую форму над кровлей порфировой интрузии. В современ- ном эрозионном срезе самое богатое рудное тело Верхнее имеет кольцевую форму и прослежено на глубину 800 м. По классификации ГКЗ РФ большинство крупных месторо- ждений вольфрама и молибдена соответствует 2-й группе (Тыр- ныаузское — W, Мо и др.). К 3-й группе относятся месторожде- ния очень сложного строения, представленные средними по размерам жилами (Шахтаминское — Мо), пласто- и линзообраз- ными скарновыми залежами (Лермонтовское — W). Широко из- вестный Верхне-Кайрактинский вольфрамовый штокверк про- стой формы с равномерным распределением триоксида вольф- рама, отвечает 1-й группе. 330
Рис. 6.12. Внутреннее строение в плане месторождения Клаймакс. По С. Уоллесу: 7 —дайки риолит-порфиритов; 2 — внутрирудные порфиритовые дайки; 3 — Центральный массив штока; 4 — кварц-ортоклазовые породы Юго-Западного массива; 5 — кварц-монцо- нитовые порфириты; 6 — палеозойские кварцевые монцониты; 7 — докебрийский гранит, кристаллические сланцы; 8 — сильно окварцованные породы; 9 — контур руд с содержани- ем молибдена 0,2 %; 10— разломы; 77—13— рудные тела (77—Нижнее; 72—Верхнее; 13 — Сириско); 14 — внутренние границы рудных тел Разведка вольфрам-молибденовых месторождений осуществ- ляется комплексом горных выработок в комбинации со скважи- нами. Расстояния между разведочными пересечениями изменя- ются от 10—20 до 100—200 м. Пробы анализируют на WO3, Мо, Sn, Bi, Си, Au, Ag, Re, Se, Те. 6.1.3. Месторождения цветных металлов МЕДЬ По запасам, добыче, производству и использованию в раз- личных отраслях промышленности в группе цветных металлов медь занимает одно из ведущих мест. Месторождения меди при своем генетическом разнообразии широко распространены и ха- рактеризуются комплексным составом руд. Это объясняется 331
тем, что она, как типичный халькофил, обладает большим срод- ством с серой, образуя сульфидные и сульфатные соединения, и может входить в состав карбонатных, силикатных и оксидных образований или находиться в самородном состоянии. Наибольшую промышленную значимость имеют сульфидные минералы: халькопирит CuFeS2 (34,5 % Си), борнит Cu5FeS4 (52—65 %), халькозин Cu2S (79,8 %) и кубанит CuFe2S3 (22—24 %). Общая доля этих минералов в запасах меди составляет около 90 %. В медных рудах часто присутствуют минералы железа, мо- либдена, вольфрама, свинца, цинка, кобальта и мышьяка. В зна- чительных количествах содержится золото и серебро, иногда ва- надий и апатит. В виде изоморфных примесей в рудных минера- лах в промышленных концентрациях могут присутствовать раз- личные халькофидные редкие металлы. Медь часто является со- путствующим полезным компонентом в комплексных рудах ни- келя, кобальта, свинца, цинка, олова, вольфрама, висмута и зо- лота. По содержанию оксидов меди руды подразделяют на суль- фидные, оксидные и смешанные. В сульфидных рудах концен- трации меди в оксидной форме не превышают 10 %, реже — 30 %; в оксидных рудах — 50—70 %. На технологию переработки руд важное влияние оказывает их фазовый состав. Сульфидные руды обогащают флотационными способами, оксидные и сме- шанные перерабатывают путем сульфидизации оксидов меди с последующей их флотацией, а также гидрометаллургическим способом. Медные концентраты и богатые руды с содержанием меди более 3—5 % подвергают пирометаллургической переработке, в результате которой получается черновая медь. Электролитиче- ским рафинированием ее доводят до высокой чистоты. Отходя- щие газы металлургического процесса целесообразно использо- вать для производства серной кислоты или элементной серы. Из пыли извлекают висмут, кадмий, германий и другие металлы, из электролитных шламов — редкие и благородные металлы. Мировые достоверные и вероятные запасы меди оцениваются в 550 млн т. Годовое производство меди в 2002 г. составило 10,56 млн т. Свыше 80 % мировых запасов и производства приходится на Чили, США, Россию, Канаду, Перу, Замбию, Заир и Филип- пины. Содержание меди в руде изменяется от 0,3 до 12 %. Цена 1 т меди - 5600 долл. (БИКИ от 23.01.2007). 332
Потребление меди распределяется следующим образом (%): электротехническая промышленность более 50, машинострое- ние — 28, строительство — 15, потребительские товары — 7. Промышленные месторождения меди относятся к следующим генетическим типам: ликвационному и кристаллизационному магматическим, карбонатитовому, скарновому, плутоногенному и вулканогенному гидротермальным и стратиформному. В России ведущими по запасам являются ликвационные мед- но-никелевые месторождения (33 % общих запасов), страти- формные формации медистых песчаников и сланцев (27 %), гидротермальные — медно-колчеданные (21,8 %) и медно-пор- фировые (13,9 %). В зарубежных странах запасы медно-порфировых руд оцени- ваются в 62,6 %, медистых песчаников и сланцев — в 21,5 %. К медно-порфировому типу относятся как самые крупные, так и самые бедные месторождения. Стратиформные месторождения медистых песчаников и сланцев характеризуются большой пло- щадью распространения и богатыми комплексными по составу рудами. Медно-порфировые месторождения связаны с порфировыми разностями магматических пород, слагающими разновозрастные вулкано-плутонические сооружения, и широко распространены в восточной и юго-западных частях Тихоокеанского мобильного пояса, Тетис-Евразиатском (Средиземноморском) и Урало-Мон- гольском складчатых поясах. В американской части Тихоокеанского пояса находятся кай- нозойские уникальные и крупные месторождения Чукикамата, Эль-Сальвадор, Эль-Теньенте (Чили) и др. В Тетис-Евразиат- ском поясе известны крупные мезокайнозойские месторожде- ния Сар-Чешме (Иран), Каджаран и Агарак (Армения). В Ура- ло-Монгольском поясе сосредоточены палеозойские крупные медно-порфировые месторождения: Алмалыкское рудное поле (Узбекистан), Коунрад, Бощекуль (Казахстан), Эрдэнтдин — Обо (МНР). Месторождение Чукикамата отрабатывают карьером. Его размеры в плане составляют 3,9 х 1,1 км, глубина — около 0,5 км. Месторождение приурочено к массиву гранодиорит-порфиров шириной 0,5—2 км, протягивающемуся на 14 км вдоль восточ- ной стороны субмеридионального разлома. На месторождении проявлена вертикальная зональность (сверху вниз): зона выще- лачивания мощностью до 200 м и развитая в ее контуре зона ок- сидных руд; зона вторичного сульфидного обогащения, просле- 333
Разрез по линии А - Б [ЗЕГ ЦЦз gggp ЕЗЕГ |^7 ; ।; (s p+++ \n |—1/2 P г |/з Рис. 6.13. Геологическое строение и разрез Удоканского месторождения меди- стых песчаников. По Э. Гринталю, В. Чечеткину и др.: / — четвертичные отложения; 2 — алевролиты, песчаники, аргиллиты; 3 — известковистые и кварцитовидные песчаники; 4 — рудная пачка (известковистые и кварцитовидные песча- ники, алевролиты); 5 — кварцитовидные и известковистые песчаники, конгломерато-брек- чии; 6 — магнетитсодержащие песчаники, алевролиты; 7 — аргиллиты; 8 — известняки; 9—дайки граносиенит-порфиров; 10 — дайки габбро-диабазов; // — граниты; /2—разрыв- ные нарушения; 13 — элементы залегания
женная до глубины 700 м. Далее скважинами, пробуренными до 1300 м, выявлены первичные руды со средними содержаниями меди 1,2 % и молибдена 0,04 %. Из стратиформных месторождений медистых песчаников и сланцев крупнейшим в России является Удоканское. Оно при- урочено к брахисинклинали, ядро которой сложено метаморфи- зованными терригенными образованиями, а на крыльях развиты карбонатно-терригенные породы (рис. 6.13), формирующие три пачки: надрудную, рудную и подрудную. Рудная пачка сложного строения характеризуется разнообразием типов пород и обиль- ной вкрапленностью халькозина, борнита и халькопирита. Ее мощность изменяется от 20 м (восточное замыкание складки) до 140 м (южное крыло) и достигает 330 м на северном крыле. Пласто- и линзообразные расслоенные рудные залежи, нередко кулисообразно расположенные, чередуются с безрудны- ми прослоями. Монометалльные медные руды с примесью се- ребра подразделены на три минеральных типа. Наиболее рас- пространены борнит-халькозиновые, обособленные из них пи- рит-халькопиритовые и переходные между ними борнит-халько- пиритовые. Главное промышленное значение имеют месторождения меди 1-й и 2-й групп классификации запасов ГКЗ РФ соответ- ственно простого или сложного геологического строения, вы- держанной или невыдержанной мощности с равномерным или неравномерным распределением меди. Разведка месторождений 1-й группы типа Джезказганского осуществляется скважинами по квадратной сети со стороной (м): для запасов категории А—75, В—150 и Ci—300. Месторождения 2-й группы (Удокан- ское, Гайское и др.) разведываются скважинами и горными вы- работками по сети, разреженной вдвое. Пробы анализируют на Cu, Pb, Zn, Au, S, As и халькофильные редкие металлы. СВИНЕЦ И ЦИНК В рудах эндогенных и стратиформных месторождений мине- ралы свинца и цинка — галенит PbS (86,6 % Pb) и сфалерит ZnS (67 % Zn) являются главнейшими источниками добычи свинцо- во-цинковых руд, иногда традиционно называемых полиметал- лическими. В экзогенных условиях эти минералы окисляются. При этом образуются церуссит РЬСО3, англезит PbSO4, смитсо- нит ZnCO3, каламин Zn4[Si2O7](OH)2H2O и другие минералы с различной миграционной способностью. 335
В сфалерите из сульфидных руд в виде изоморфной примеси присутствуют кадмий, серебро и золото. В оксидных рудах кад- мий встречается в гриноките, а серебро — в самородном виде и в акантите. Свинцово-цинковые руды обогащаются преимущественно флотационным, реже гравитационным способом в тяжелых сус- пензиях. Флотация может быть прямой селективной и коллек- тивной с последующим разделением концентратов. При флота- ции оксидных полиметаллических руд производят предвари- тельную сульфидизацию оксидных минералов. Свинцовые и часть цинковых концентратов перерабатывают пирометаллурги- ческим, а большую часть цинковых гидрометаллургическими способами. Кадмий получают из медно-цинковых кеков, а по- следние — при выщелачивании обожженных цинковых концен- тратов. Серебро и золото извлекают при металлургической пере- работке свинцовых концентратов. В свинцовых концентратах различных марок свинца должно быть не менее 30—70 %, цинка не более 2,5—12 % и меди 1,5—4 %; в цинковых концентратах — цинка не менее 40—53 %, железа не более 7—16 %. Основной сферой потребления свинца и цинка служит авто- мобильная промышленность. Например, в США 55 % общего использования свинца приходится на аккумуляторные батареи, 37 % цинка используется для изготовления цинковых отливок под давлением и 36 % — для оцинкования стальных изделий. В зарубежных странах общие запасы составляют (млн т): свинец — 200 и цинк — 300. Годовое производство в пересчете на металл свинцовых концентратов оценивается более чем в 3 млн т, цинковых свыше 7 млн т. Цены за 1 т равны (долл.): сви- нец - 1720, цинк-4400 (БИКИ от 20.01.2007). Минимальное промышленное содержание в рудах суммы обоих металлов для месторождений, отрабатываемых карьерами, снижается до 0,5—1 %, а для месторождений с подземной добы- чей составляет 1,5—2 %. Промышленные типы месторождений свинца и цинка отно- сятся в основном к постмагматическим, стратиформным и мета- морфизованным образованиям. Стратиформные месторождения свинца и цинка имеют важ- ное значение в балансе запасов и добыче свинца. Первоначаль- но они формировались как сингенетические осадочные руды, впоследствии — по схеме эпигенетического рудообразования, связанного с циркуляцией подземных горячих минерализован- 336
ных вод. Большой практический интерес представляет собой месторождение Миргалимсайское, расположенное в хр. Каратау (см. рис 3.21). Оно сложено карбонатными породами фаменско- го и турнейского ярусов обшей мощностью 1300 м. Рудные зале- жи в основном приурочены к ленточному горизонту мощностью от 2—4 до 28 м. Представлены они свинцовыми, свинцово-бари- товыми и баритовыми типами руд. С глубиной содержания ба- рия и серебра уменьшаются, а цинка увеличиваются. Месторождения свинца и цинка по классификации запасов со- ответствуют I, 2 и 3-й группам. Месторождения 1-й группы (Мир- галимсайское) представлены крупными пластообразными залежа- ми, приуроченными к определенным стратиграфическим и лито- логическим горизонтам пород. Их разведка осуществляется сква- жинами и горными выработками по квадратной сети со стороной (м): для категории А—40—50, В—80—100, С,—160—200. Месторо- ждения 2-й группы (Риддер-Сокольское, Озерное, Горевское, Жайремское), а также вулканогенно-осадочное Холоднинское свинцово-цинковое месторождение (см. рис. 3.20) характеризуются сложными по форме залежами с невыдержанной мощностью или неравномерным распределением свинца и цинка. Расстояние меж- ду рудными подсечениями для них в 1,5 раза меньше, чем для ме- сторождений 1-й группы. На месторождениях 3-й группы (Садон- ское, Ново-Золотушинское и др.) очень сложного геологического строения расстояния уменьшаются еще в 2—3 раза. Пробы анали- зируют на те же компоненты, что и медные руды. АЛЮМИНИЙ Алюминий — широко распространенный литофильный эле- мент земной коры. Его кларк составляет 8,05 %. По масштабам производства и потребления он уступает только железу. Тради- ционным минеральным сырьем алюминия служит боксит. На- чиная со второй половины XX в. для получения алюминия ис- пользуются другие виды так называемого небокситовою сырья. Однако основным сырьем по-прежнему остается боксит. Боксит состоит в основном из гидроксидов алюминия (гиб- бсит, бёмит и диаспор), а также оксидов и гидроксидов железа и глинистых минералов. Отношение содержаний оксидов алюми- ния к содержанию оксидов кремния (кремниевый модуль) должно быть не менее 2. При его значении 0,85—2 соответст- вующие бокситам породы называются иллитами, а менее 0,85 — сиаллитами. 22 м.1 337
По минеральному составу бокситы подразделяют на моно- гидратный (бемитовый и диаспоровый) и тригидратный (гиб- бситовый) типы; по литологическому составу — на каменистые, рыхлые и глинистые. В соответствии с ГОСТ 972—82 для производства глинозема используются бокситы марки ГБ, в которых массовая доля AI2O3 составляет не менее 28 %. При невысоком содержании кремнезема бокситы перераба- тывают в глинозем гидрохимическим методом Байера. При по- вышенных концентрациях кремнезема используют более доро- гой метод спекания трехкомпонентной шихты (боксит, извест- няк и сода) при температуре 1150—1250 °C с последующим вы- щелачиванием. Эти методы используют в двух вариантах — па- раллельном и последовательном. При переработке бокситов по методу Байера содержащиеся в них ванадий и галлий извлекаются в промышленном масштабе, а железо, титан и скандий концентрируются в отвальных шла- мах. Проблема их извлечения находится в стадии разработки. Помимо алюминиевой промышленности, потребляющей 75 % бокситов, они служат для производства электрокорунда, глино- земистых цементов, огнеупорных материалов и используются в качестве флюса при выплавке стали. Общие запасы бокситов оцениваются в 70 млрд т. Цена 1 т алюминия 2728 долл. (БИКИ от 23.01.2007). Около 80 % запасов приходится на приэкваториальные страны: Австралию (4,6 млрд т), Гвинею (3,5 млрд т), Камерун, Ямайку и Бразилию (по 2 млрд т) при содержании А12О3 35—52 %. В 1999 г. добыча бокситов в России составила 3,8 млн т, про- изводство глинозема доведено до 2,7 млн т. Бокситы добывают на Севуралбокситрудниках на глубинах более 700—1100 м, Севе- роонежском руднике, Южном Урале, Тимане. Объединение «Глинозем» в Ленинградской области перерабатывает хибинские нефелины. В Красноярском крае на местных нефелинах работа- ет Ачинский глиноземный завод. Промышленные типы месторождений бокситов относятся к формациям остаточных (латеритных) месторождений коры вы- ветривания и месторождений хемогенных осадков. В России веду- щее значение имеют осадочные (переотложенные) месторожде- ния складчатых областей и древних платформ. Самой крупной провинцией является Уральская с уникальным Северо-Ураль- ским бокситоносным районом (месторождения Красная Ша- почка, Черемуховское и др.). 338
Месторождение Красная Шапочка расположено в боксито- носной полосе, протягивающейся в меридиональном направле- нии вдоль восточного склона Северного Урала. Пласт бокситов, падающий на восток под углами 25—45°, залегает на размытой закарстованной поверхности верхнесилурийских — нижнедевон- ских известняков (рис. 6.14). Бокситоносная полоса разбита по- струдными разломами северо-восточного простирания на блоки с амплитудой перемещения 200—400 м. Эти разломы служат гра- ницами участков и месторождений. Рис. 6.14. Геологическое строение и разрез бокситового месторождения Крас- ная Шапочка. По А.В. Пейве. /-вулканогенно-осадочные породы верхнего силура; 2—3 — известняки (2—слоистые; 3 — массивные); 4—5— бокситы (4— красные, 5— зеленовато-серые); 6— мергели; 7— из- вестняки надрудной толщи среднего девона; 8— кайнозойские глинистые отложения; 9 — надвиги; 10 — сбросы 339
Рудный, так называемый субровский, горизонт подразделя- ется на два подгоризонта: нижний — красные маркие и яшмо- видные бокситы мощностью от нескольких сантиметров до 9 м и верхний — пестроцветные пиритизированные бокситы мощ- ностью до 1 м. Основное промышленное значение имеют крас- ные бокситы, залегающие в крупных депрессиях карстового рельефа. Бокситы относятся к моногидратному типу: крас- ные — к диаспоровым, яшмовидные и пестроцветные — к диас- пор-бёмитовым. Красные бокситы — высококачественные и со- держат (%): А120з 53-55; SiO2 2-6; СаО 1,6-2,5. Месторождения алюминиевого сырья соответствуют 1, 2 и 3-й группам по классификации запасов РФ и разведуются сис- темами скважин. Месторождения 1-й группы (Иксинское бок- ситовое) представлены крупными пластообразными залежами выдержанных по мощности и качеству бокситов. На месторож- дениях 2-й группы (североуральская группа), имеющих важное промышленное значение, сложные по форме карстово-пласто- образные залежи с выдержанным качеством бокситов разведу- ются по квадратной сети со стороной (м): для категории В—100 и С1-200. Промышленное использование месторождений 3-й группы затруднено вследствие очень сложной морфологии залежей и резкой изменчивости их параметров. Бокситы анализируются на А12О3, SiO2, Fe2O3, TiO2, СаО, MgO, FeO, MnO, S, Cr и др. олово В природе олово встречается в оксидных и сернистых соеди- нениях. Его концентрация от ультраосновных пород к кислым увеличивается на порядок, достигая 0,0003 %. Основной олово- содержащий минерал промышленных месторождений — касси- терит (оловянный камень) SnO2 (78,6 % Sn). Он содержит при- меси ниобия, тантала, индия и скандия, которые могут дости- гать промышленных концентраций и извлекаться при перера- ботке оловянных концентратов. В их состав входит также вольфрамит. Подчиненное практическое значение имеют сульфостанна- ты — станнин Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn), тиллит PbSnS2 (30,5 %) и другие минералы вследствие сложной технологии извлечения олова. 340
В экзогенных условиях касситерит переходит в россыпи, а сульфостан наты окисляются, образуя гипергенный касситерит, или так называемое «деревянистое олово», и лимонит. Оловянные руды обогащаются главным образом гравитаци- онным методом при размерах кристаллов касситерита и их сро- стков не менее 0,04 мм с применением отсадки, концентрации на столах и шлюзах. Флотацию используют для получения оло- вянных концентратов из гравитационных шламов и выделения из руды сульфидов. Разделение касситерита и вольфрамита и удаление некоторых вредных примесей из концентрата осущест- вляют электромагнитной сепарацией. Олово используют при производстве белой жести (около 50 % потребления), припоев (8—29 %), различных сплавов (8—37 %) и оловосодержащих химикатов (около 10 %). Разведанные запасы олова оцениваются в 7 млн т, годовое производство в концентрате — более 170—200 тыс т. 2/3 добычи обеспечивают россыпи, среди которых крупнейшими являются Льяльягуа (Боливия) и Куала-Лангат (Малайзия) с запасами олова (тыс. т) 200 и 180 соответственно. Содержание касситери- та в песках соответственно оценивается в 0,6 и 0,25 кг в 1 м3. Цена за 1 т олова на Лондонской бирже металлов 11 160 долл. (БИКИ от 20.01.2007). Промышленные типы рудных месторождений олова принад- лежат пегматитам, известковым скарнам, комплексам грейзено- вых и гидротермальных рудообразований и россыпям. Практи- ческое значение пегматитовых и скарновых месторождений оло- ва невелико. Важную роль играют оловоносные грейзеновые штокверковые месторождения, плутоногенные гидротермальные месторождения касситерит-кварцевой и касситерит-сульфидной формаций и гидротермальные месторождения касситерит-сили- катно-сульфидной формации. Месторождения касситерит-силикатно-сульфидной форма- ции являются ведущими в балансе запасов и добыче олова в России. К ним относятся касситерит-турмалиновые, кассите- рит-хлоритовые и касситерит-многосульфидные минеральные типы месторождений. Наиболее крупные касситерит-турмали- новые месторождения Депутатское (Россия) и Корнуэлл (Анг- лия). Рудные тела в этих месторождениях представлены жилами, жильными зонами и штокверкоподобными залежами, минера- лизованными касситеритом и сульфидами меди. Содержание олова в рудах составляет 0,4—1,5 %. Руды легкообогатимы. Со- 341
путствующие полезные компоненты вольфрам, медь, висмут, индий и флюорит. Месторождение Депутатское сложено полого погружаю- щейся на юг верхнеюрской толщей песчаников и алевролитов, прорванной многочисленными дайками различного состава. Широко развитые дайки лампрофиров содержат ксенолиты гранит-порфиров, кварца и метаморфических пород. По гео- физическим данным, на глубине от 300 до 1200 м находится кровля гранитного выступа. Оловянное оруденение сформиро- валось в несколько стадий. Основная доля запасов олова сосре- доточена в касситерит-сульфидно-кварцевых с турмалином и флюоритом сложных жилах и касситерит-хлорит-сульфидных минерализованных зонах дробления и жилах. Они связаны с дайками лампрофиров (рис. 6.15) и характеризуются сложной морфологией разветвлениями и переходами из одной системы трещин в другую. Оловянная россыпь Тенкели (Якутия) приурочена к зоне тек- тонических уступов и имеет в разрезе сложное многоярусное строение (рис. 6.16). Мощность рыхлых образований изменяется от 3—10 м на участках развития штокверкового оруденения, до 70—80 м в тальвегах погребенных долин. Месторождения оловянных руд соответствуют 2-й и 3-й груп- пам классификации ГКЗ РФ. К 2-й группе относятся крупные штокверки (Пыркакайское) и минерализованные зоны сложного Рис. 6.15. Морфология рудных тел и их контроль дайками лампрофиров на Депутатском оловорудном месторождении (разрезы и план жилы 34 на горизонте 2). По Б. Флерову. 1 — вмещающие породы; 2 — дайки лампрофиров; 3 — рудные тела 342
EZ> ^2; ЕЗ' ЕЗ’ ЕЗ' > ишь мия и » Рис. 6.16. Строение оловянной россыпи Тенкели (Якутия). По Я.Г. Патык-Кара, А.Я. Никонову, И.Р. Плахту. I — пески; 2 — галечники; 3 — илы и алевриты; 4 — глины; 5— щебень и выветрелые глы- бы; 6 — коренные породы; 7— зоны дробления неминерализованные (а) и минерализован- ные (6); 8—11 — концентрации олова (8— низкие; 9—средние; 10— высокие; 11— очень высокие) строения (месторождение Депутатское). Месторождения 3-й группы (Иультинское и др.) очень сложного строения представ- лены средними по размерам жилами. Разведка оловянных место- рождений осуществляется таким же образом, как и вольфрамо- вых месторождений. В перечень анализируемых компонентов входят Sn, WO3, Pb, Zn, Cu, Ag, CaF2, Ta2O5, Nb2O5, As. СУРЬМА И РТУТЬ Сурьма и ртуть встречаются совместно в сурьмяно-ртутных или ртутно-сурьмяных рудах, образуют собственно сурьмяные и ртутные руды, а также входят в состав комплексных ртут- но-сурьмяно-флюоритовых, ртутно- и сурьмяно-вольфрамовых руд. Основные промышленные минералы сурьмы — антимонит Sb2Sj (71,69 % Sb), ртути — киноварь HgS (86,21 % Hg). Общим минералом является ливингстонит HgSb4S7. В зоне окисления сульфиды сурьмы переходят в оксиды и гидроксиды, киноварь обычно устойчива. Переработку собственно сурьмяных руд осуществляют фло- тацией с последующим металлургическим переделом. Плавка 343
сурьмяных концентратов и рафинирование производится в от- ражательных печах. Ртутные руды перерабатывают пирометал- лургическим способом, ртутно-сурьмяные — комбинирован- ным, включающим предварительное обогащение гравитацион- но-флотационным или флотационным методом и пирометал- лургическую переработку. К вредным примесям относятся ре- альгар, аурипигмент, сульфиды железа и полиметаллов. Сурьму в сплавах со свинцом, оловом, медью (баббиты, ак- кумуляторный и типографский сплавы) и в виде соединений ис- пользуют в текстильной, резиновой и стекольной промышлен- ности. Ртуть идет на производство электроаппаратуры (до 40 %), хлора и каустической соды (24 %), антикоррозийных красок (11 %), контрольно-измерительных приборов (7 %) и других из- делий (18 %). Запасы сурьмы и ртути оцениваются в 5,0 и 0,7 млн т соот- ветственно. Производство сурьмы достигает 110 тыс. т, ртути 3 тыс. т. Основная доля запасов и производства сурьмы прихо- дится на Боливию, Мексику и Перу, ртути — на Испанию, Тур- цию, Киргизию, Мексику, КНР и Алжир. Цены (тыс. долл, за 1 т): Sb 5,6; Hg 13,4 (БИКИ от 23.01.2007). Промышленные типы месторождений сурьмы и ртути отно- сятся к гидротермальным и стратиформным образованиям. Стратиформные (телетермальные) месторождения сурьмы и ртути — основные источники их добычи. Их доля в мировом производстве ртути составляет 65 %. Среди них выделяют три главнейших промышленных типа ртутных месторождений: кварц-диккитовый (Никитовское, Украина, Альмаден, Испа- ния), джаспероидный (Хайдарканское) и лиственитовый (Там- ватнейское, Корякское нагорье). Стратиформные месторожде- ния сурьмы и ртути джаспероидного типа рассмотрены ранее (см. рис. 1.6, 1.12). Здесь кратко охарактеризуем пластообразные месторождения кварц-диккитового типа. Месторождение Альмаден — самое крупное в мире. Из него извлечено более 0,5 млн т ртути. Ежегодная добыча составляет около 1,5 тыс. т ртути при ее среднем содержании 1,5 %. Место- рождение сложено разновозрастными дислоцированными мета- морфическими и осадочными породами, прорванными дайками диабазовых порфиритов (рис. 6.17). Рудные тела согласно зале- гают в пиритизированных графитовых и окварцованных слан- цах. Длина рудных тел достигает 300 м, мощность — от 2 до 14 м, протяженность на глубину составляет более 700 м. 344
ю Рис. 6.17. Геологический разрез ртутного месторождения Альмаден. По П.Д. Яковлеву: 1—4 — силурийские осадочные породы (/— пиритизированные графитовые сланцы; 2 — у листые сланцы; 3 — глинистые сланцы; 4— песчаники); 5— метаморфические порсды кембрия и докембрия; 6 —дайки диабазового порфирита; 7—рудные тела; 8— разрывные нарушения Никитовское месторождение представлено дислоцированны- ми песчано-глинистыми среднекаменноугольными отложения- ми, формирующими купольные структуры, осложненные надви- гами, диагональными разломами и локальной трещиноватостью (рис. 6.18). Полистадийная вкрапленная прожилковая и брек- чиевая минерализация киновари развита в горизонтах песчани- ков, образуя пластовые и жильные тела. Среди гидротермальных месторождений сурьмы известны плутоногенные (Сарылахское и Сентачанское, Якутия) и вулка- ногенные (Балканская рудная провинция, Турция). Гидротер- 345
юз св Рис. 6.18. Геологический разрез Никитовского ртутного месторождения. По С И. Кирикилице\ 1 — песчаники; 2 — алевролиты и аргиллиты; 3 — пласты угля; 4— разрывные нарушения; 5 — рудные тела мольные месторождения ртути исключительно вулканогенные. Среди них ведущую роль в балансе производства ртути играют месторождения карбонатно-полиаргиллитового типа (Мон- те-Амиата, Италия), подчиненную — опалит-алунитового (Чем- пуринское, Камчатка) и травертинового (Сульфур-Бэнк, США). На долю вулканогенных месторождений приходится более 30 % мирового производства ртути. Месторождения сурьмяных руд соответствуют 2-й и 3-й группам классификации ГКЗ РФ. Ко 2-й группе относятся ме- сторождения типа Сарылахского, представленного крупными жильными телами изменчивой мощности с неравномерным рас- пределением сурьмы. На месторождения 3-й группы типа Джи- жикрутского (Кыргызстан) небольшие тела имеют очень слож- ную морфологию с весьма неравномерным размещением сурь- 346
мы. Месторождения ртутных руд относятся к 4-й группе. Они отличаются очень сложной морфологией и крайне неравномер- ным распределением ртути. Проектирование предприятий по добыче ртутных руд базируется на запасах категорий С] и С2 в соотношении 1:4. Дальнейшая разведка месторождений совме- щается с их разработкой. Разведка сурьмяных и ртутных место- рождений осуществляется преимущественно горными выработ- ками с расстояниями по падению 40—60 м и простиранию 20—40 м. Скважины играют вспомогательную роль. Пробы ана- лизируют на Hg, Sb, As и Se. ВИСМУТ И МАГНИЙ Висмут входит в состав легкоплавких сплавов, нержавеющих сталей и чугунов, он применяется в химической и атомной про- мышленности. Годовое производство висмута достигает в мире около 5 тыс. т, а запасы оцениваются в 100 тыс т. Цена 1 т вис- мута составляет 16 900—18 000 долл. (БИКИ от 23.01.2007). Висмут встречается в рудах в самородном виде, в сульфидах (висмутин В125з), оксидах (бисмит В120з), карбонатах (бисмутит Bi2 [СО3ПОН4] О4) и других минералах. В соответствии с этим выделяют сульфидные, оксидные, сульфидно-оксидные и кар- бонатные висмутовые руды. Висмут извлекают в основном попутно из висмутсодержащих руд грейзеновых и плутоногенных гидротермальных месторождений кварц-полиметалльного и сульфидного комплексов. При флотации руд получают собственно висмутовые или висмутсодержащие кон- центраты, поступающие в металлургический передел. На долю соб- ственно висмутовых руд приходится около 10 % его производства. Содержание висмута в рудах варьирует от п • 10-2 до 10-1 % . Место- рождения висмута известны в Австралии (Теннант-Крик), Перу (Серро-де-Паско), Узбекистане (Устарасайское). Магний извлекают из магнезита, доломита, минеральных со- лей и морской воды. Он используется при производстве высоко- прочных легких сплавов с алюминием и цинком. Его годовая потребность определяется в 300—400 тыс. т. Цена за 1 т магния 2050—2150 долл. (БИКИ от 23.01.2007). Магнезитовые месторо- ждения, сформировавшиеся в результате гидротермального ме- тасоматоза доломитов и известняков, известны на Урале (Сат- кинская группа) и в Восточной Сибири. Доломиты и магнези- альные соли — производные хемогенных осадков — рассматри- ваются как неметаллические полезные ископаемые. 347
6.1.4. Месторождения драгоценных металлов ЗОЛОТО И СЕРЕБРО Золото и серебро образуют как собственные монометалль- ные и золотосеребряные месторождения, так и встречаются со- вместно в комплексных сульфидных рудах меди, никеля, ко- бальта, свинца, цинка и сурьмы. За рубежом на долю собствен- ных месторождений приходится около 90 % общих запасов и производства золота и более 20 % серебра. Общие запасы (тыс. т) оцениваются для золота в 84, серебра — 350; годовая добыча достигает соответственно 2,4 тыс. т и 14 тыс. т. Учтенная добыча золота в России составила 154 т. Большая часть идет на экспорт. Подтвержденные мировые запасы золота составляют 52 тыс. т; обеспеченность — 37 лет. В рудах золото присутствует главным образом в самородном виде. Оно представляет собой твердый раствор преимуществен- но с серебром, реже с медью, палладием, висмутом и другими элементами, в связи с чем применяется понятие «проба золо- та» — число массовых частей химически чистого золота в 1000 частях самородного золота или сплава. Пробность изменяется от 500 до 990. Для рудного золота эта величина обычно ниже, чем для россыпного. Серебро также встречается в самородном виде и содержит до 10 % примесей золота, до 7 % меди и др. Проб- ность серебра определяется в изделиях из него. Серебро входит в состав сульфидов, сульфасолей и, как зо- лото, образует интерметаллические соединения с теллуром и се- леном. Для обоих металлов общими минералами являются элек- трум AuAg и кюстелит Ag (Au). Золото и серебро традиционно считаются ювелирными и ва- лютными металлами. Часть восполняемого золотого запаса ис- пользуется периодически для покрытия внешнеторгового платеж- ного дефицита. Цена за 1 г (долл.) по годам составляла: золо- та-1934-1,12; 1968-2,5; 1974-5,1; 1984-20; 1987-14,5; 1990-13; 1995-12,3; 1999-8,96; 2001-8,7; 2003-11,5; 2007-21,3; серебра: 1962-0,035; 1967-0,06; 1976-0,134; 1980-1,5; 1984-0,4; 1986-0,2; 1990-0,18; 2001-0,14; 2003-0,15; 2007-0,43. Оба металла приобретают все большее значение в радиоэлек- тронике, космической технике, фотопромышленности и меди- цине. На коренных месторождениях отрабатывают руды с содержа- нием золота от п до п • 10 г/т; на россыпях концентрации сни- 348
жаются до п • 102 мг/м3. Содержание серебра в рудах собствен- ных месторождений изменяется от п • 102 до п • 104 г/т, ком- плексных рудах — в пределах л(1—102) г/т. Золото в руде по размерам частиц (мм) классифицируется на крупное (0,07), мелкое (0,001—0,07) и тонкодисперсное (<0,001). Крупное золото легко высвобождается при измельчении и извлекается гравитационными методами, мелкое — легко фло- тируется и быстро растворяется при цианировании, тонкодис- персное плохо вскрывается при измельчении руд и попадает в гравитационные и флотационные концентраты совместно с ми- нералами-носителями (сульфидами). После обогащения золото- содержащий промпродукт подлежит амальгамации, цианирова- нию или пирометаллургии; впоследствии проводят аффинаж зо- лота. Прогрессивными технологическими процессами являются радиационная рудосортировка, пенная сепарация, бактериаль- ное выщелачивание и др. Золотосодержащие руды, кроме серебра, могут включать промышленные концентрации Си, Pb, Zn, Bi, Те, Se, Т1 и др. К особо вредной примеси относятся минералы мышьяка, за- трудняющие цианирование и пирометаллургическую переработ- ку концентратов и требующие дополнительных мероприятий по охране окружающей среды. Серебро извлекают при переработке флотационных концентратов свинца, цинка, меди, никеля, а также собственных золото- и серебросодержащих концентратов. Промышленные типы месторождений золота и серебра раз- нообразны, однако основными являются: на золото — гидро- термальные, коры выветривания, метаморфизованные и рос- сыпные, а на серебро — вулканогенные гидротермальные. Согласно Е.М. Некрасову (2000), выделяются следующие важные геолого-промышленные типы (запасы/добыча, т — при- меры месторождений): группа гидротермальных месторождений • вулканогенные золотосеребряные и золототеллуридные (11700/370 — Многовершинное, Россия); • черносланцевой формации (10400/180 — Сухой Лог, Вос- точная Сибирь; Мурунтау, Узбекистан); • в рассланцеванных терригенно-вулканогенных формациях архейских зеленосланцевых поясов (6500/410 — Калгурли, Австралия); 349
• пластовые залежи в терригенно-карбонатных формациях (5400/240 — Голдстрайк, США). Россыпи (3800/250 — Саха Якутия и др.). Метаморфогенные. Золотоносные конгломераты (3500/490 — Вит- ватерсранд, ЮАР (см. рис. 3.36); Тарква, Гана; Жакобина, Бразилия). Одним из наиболее перспективных для промышленного ос- воения золоторудных объектов в России являются месторожде- ния золото — малосульфидной формации в черносланцевых толщах. К ним относятся месторождения прожилково-вкрап- ленных руд — Сухой Лог и кварцево-жильное — Юрское (Юж- ное Верхоянье). Согласно Ж.В. Семинскому, В.А. Лисия и др., месторожде- ние Сухой Лог с запасами золота 1450 т приурочено к одной из локальных антиклинальных структур Бодайбинского синклино- рия, сложенной позднепротерозойской толщей слабо метамор- физованных терригенно-карбонатных пород (рис 6.19). Оруденение в форме пластообразных залежей (мощностью п • 10 м, протяженностью п- 10 км, по падению более 1,5 км, Рис. 6.19. Поперечный разрез зоны прожилково-вкрапленной золото-сульфид- ной минерализации, сопровождающейся золотоносными кварцевыми жилами, месторождения Сухой Лог. По В.А. Буряку. 7 — известковистые алевролиты и алевросланцы; 2 — алевросланцы и алевролиты, преиму- щественно грубозернистые; 3 — «углистые» филлитовидные алевролиты; 4 — углистые кварцево-сертицитовые алевросланцы; 5— кварцевые жилы; 6, 7 — ореол развития золо- то-сульфидной минерализации (6— умеренной; 7—повышенной); 8— кливаж; 9 — подземные горные выработки 350
среднее содержание золота 2,5 г/т) контролируется горизонтами углеродистых пиритсодержащих алевролитов и сланцев и попе- речными разрывными нарушениями, вдоль которых развиты обо- гащенные высокопробным (более 890) золотом рудные столбы. По размерам и форме рудных тел, изменчивости их мощно- сти, внутреннего строения и особенностям распределения золо- то- и сереброрудные месторождения соответствуют 2, 3 и 4-й группам. На месторождениях 2-й и 3-й групп жильные зоны и жилы достигают протяженности п • 103 м и более при мощности от п 10"1 до п м. Месторождения 2-й группы иногда представ- лены штокверками. Разведка таких месторождений ведется сис- темами горных выработок (20-40) х (40-60) м. Месторождения 4-й группы представлены мелкими телами и весьма сложным прерывистым оруденением. По простиранию и падению они прослеживаются горными выработками, при этом учитывается их использование при эксплуатации. МЕТАЛЛЫ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ Платиновую группу металлов, именуемых платиноидами, со- ставляют платина, палладий, осмий, иридий, родий и рутений. Платина, палладий и родий содержатся в сульфидных медно-ни- келевых рудах ликвационно-магматических месторождений типа Садбери (Канада). Эти и другие платиноиды образуют в дунитах шлировые выделения в ассоциации с хромшпинелидами (место- рождения типа Меренского рифа в Бушвельдском комплексе). Платина, иридий и осмий входят в состав тяжелой фракции рос- сыпей (Колумбия, Аляска, Средний Урал, Корякское нагорье). Их роль не так велика, как рудных месторождений. Главные минералы металлов платиновой группы — поликсен PtFe, палладистая платина PtPd, осмистый иридий IrOs и спер- рилит PtAs2. Содержание платиноидов в коренных месторождениях изме- няется от п • 10"1 до 10 г/т, в россыпях — от п • 10-2 до п 102 г/м3. Общие запасы платиноидов оцениваются в 50 тыс. т, годовая добыча превышает 217 т, в том числе платины 160 т. Цены за 1 г платины (долл.) составляли: 1976 г. — 5,2; 1987 г. — 14,8; 2001 г. — 11-20; 2003 г. - 22,8; 2006 г. - 31,8. Структура потребления платиноидов по отраслям определя- ется следующим образом (%): автомобильная 32,7; ювелирная 26,6; химическая 6,1; электронная 5,6; другие 29. 351
Технология переработки сульфидных медно-никелевых руд, содержащих платиноиды, а также характеристика месторожде- ний таких руд рассмотрены ранее. Месторождения платиноидов типа Меренского рифа служат главным источником их получения. Меренский риф (или Ме- ренская зона) представляет собой пегматоидный слой средней мощностью 0,76 м с содержанием 8,8 г/т платиноидов, 2—3 % сульфидов железа, меди и никеля. Этот слой залегает между тонкими пластами хромитов. В дунитах этого интрузива выделя- ются также платиноносные рудные столбы. 6.1.5. Металлы радиоэлектроники и ядерно-космической техники Эту обширную группу металлов объединяют общие области их использования в атомной промышленности, радиоэлектро- нике, ракетной и космической технике в виде специальных сплавов. РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ Эти металлы характеризуются низкими кларками и редко- стью природных скоплений сложных по технологическим свой- ствам руд. Они подразделяются на литофильные, халькофиль- ные и сидерофильные. Литофильные редкие металлы. Li, Rb, Cs, Be, Sr называются легкими, Nb, Ta, Zr, Hf и лантаноиды (TR) — тяжелыми. Изби- рательно они могут достигать промышленных концентраций в комплексных рудах месторождений практически любого генети- ческого класса. Наиболее важным из эндогенных месторожде- ний являются пегматитовые, карбонатитовые и альбититовые. На месторождения редкометалльных гранитных пегматитов приходится (%): лития — 94, цезия — 73, бериллия — 53, руби- дия — I4, тантала — 57,5 и ниобия — 0,9 от мировых запасов эн- догенных месторождений. Наиболее рудопродуктивные из них месторождения двух минеральных типов: I) сподумен-микро- клин-альбитовые с лепидолитом, петалитом, поллуцитом, танта- латами и бериллом; 2) ал ьбит-споду меновые с колумбитом и бе- риллом. Такие месторождения запегают на докембрийских плат- формах и в складчатых областях фанерозоя. 352
Средние содержания полезных компонентов платформенных месторождений составляют (%): LiO2 — 0,4—0,8; Rb2O — 0,2—0,5; Cs2O - 0,2-0,6; Та2О5- 0,015-0,03; Nb2O5 - 0,007-0,012; ВеО - 0,04-0,05. В месторождениях складчатых областей концентрации ли- тия, рубидия, цезия и тантала в несколько раз ниже, чем на платформенных, а ниобия и бериллия остаются неизменными. Основная доля запасов этих компонентов приходится на докем- брийские платформенные месторождения, представленные по- логозалегающими зональными поэтажными телами. Верхние тела несут существенно танталовое оруденение, нижние — ли- тиевое. К ним относятся уникальные месторождения Бикита (Зимбабве) и Берник-Лейк (Канада). Примером месторождений складчатых областей является Кинге-Маунтин в герцинском пегматитовом поясе Аппалачей (США), известны такие место- рождения в альпидах Республики Афганистан. Редкометалльные гранитные пегматиты на докембрийских платформах представляют собой линзообразные тела протяжен- ностью до 200—300 м, редко до 700 м и мощностью до 20 м, либо пластинчатые тела с длиной 1—3 км и мощностью до 40 м. В складчатых областях — это ветвящиеся жилы, протягиваю- щиеся на сотни метров при мощности в первые метры. Жилы могут быть одиночными или образовывать серии пологопадаю- щих секущих тел, залегающих в разнообразных породах. Наибо- лее крупные из них развиты в амфиболитах. Редкометалльные карбонатиты являются основным источни- ком добычи ниобия и редких земель. В рудах месторождений тантал-ниобиевой формации обыч- ные содержания следующие (%): ниобий — 0,1—0,5; тантал — 0,015—0,025; редкие земли —около 0,5; стронций -п -10*. Запасы оцениваются в п • 106 т. Содержание редких земель в анкерит-сидеритовых карбона- титах изменяется от 0,5 до 5 %, достигая иногда ураганных зна- чений. Их состав отвечает в основном цериевому. Запасы оце- ниваются в п • 106 т. На месторождении Маунтин-Пасс бастнезитовая минерали- зация в ассоциации с баритом, целестином, флюоритом, мона- цитом, апатитом и галенитом проявлена в штоке карбонатитов размером 230 х 800 м, многочисленных жилах и минерализован- ных зонах дробления, залегающих в сиенитах и фенитизирован- ных гнейсах. Содержание бастнезита составляет 5—15 %. На это месторождение приходится 2/3 мировой добычи редких земель. 23 Ми ты ин 353
Альбититовые месторождения полевошпат-редкометалль- но-метасоматического комплекса относятся к основным источ- никам добычи тантала, ниобия, бериллия, редких земель и ит- трия. При переработке тантал-ниобиевых руд попутно получают циркониевые концентраты. Экзогенные месторождения служат главным источником до- бычи лития и циркония. В межкристаллизационной рапе высох- ших озер (Серлс, Калифорния), рассолов и нефтяных водах за- ключено более половины мировых запасов лития. Около 90 % добычи циркония в зарубежных странах приходится на при- брежно-морские россыпи восточного побережья Австралии. В них содержатся циркон, ильменит, рутил и монацит. Мировые запасы литофильных редких металлов составляют (тыс. т): Li- 104; ВеО- 1,1; Cs- 111; Nb- 16-Ю3; Ta-200; Zr-5104. Годовое производство в зарубежных странах достигает (тыс. т): карбонаты Li — 11; Sr — 129; ВеО — 0,8; Cs — л • 10'2; Rb — п • 10'3; Та - 1; Nb - 18; Zr - 1,4 • 103; оксиды TR - 2,5. Стоимость 1 кг металлов (долл.): в 2001 г. за 1 т литиевых концентратов — петалитового (с содержанием 42 % оксида ли- тия — 165—260, сподуменового (7,25 %) 330—350; ВеО — 500; Cs - 3260; Rb - 4300; Та - 330; Nb - 70; Zr - 0,35-0,44; Y - 200; Се — 50; карбоната Sr —0,4; оксидов TR — 5,0; La—1,9; Eu - 260; Nd - 18. Гафний изоморфно входит в состав циркониевых минералов и извлекается при их переработке. Его производство достигает л • 10 т, а стоимость — 300 долл, за 1 кг. Халькофильные редкие металлы не образуют собственных ме- сторождений. Кадмий, рений, скандий и теллур в качестве изо- морфных примесей накапливаются в медно-никелевых, мед- но-молибден-порфировых, медно-колчеданных, колчеданно-по- лиметаллических и полиметаллических рудах. При переработке этих руд они переходят в концентраты. Кадмий в основном из- влекают попутно при металлургическом переделе цинкового, а рений — молибденитового концентратов. Селен и теллур полу- чают при рафинировании меди, никеля и из технологических отходов металлургического передела. Таллий характеризуется главным образом халькофильностью и литофильностью. Проявляя халькофильные свойства, он кон- центрируется в сфалеритах и пиритах, а также в виде собствен- ных сульфидных минералов в рудах гидротермальных и страти- формных месторождений. Из этих руд он извлекается в процес- се их переработки. 354
Германий, индий и галлий могут проявлять халькофильные, литофильные и сидерофильные свойства. Германий как халько- фил входит в состав гидротермальных месторождений сульфид- ного комплекса (Тсумеб, Намибия), концентрируясь в сфалери- тах, а также образует собственные минералы (германит, ренье- рит и др.). В качестве литофильного элемента он содержится в месторождениях германиеносных углей. Его сидерофильность проявляется повышенной концентрацией в железных рудах. Индий по халькофильности близок к кадмию, и большая его доля также извлекается из свинцово-цинковых руд. Сидеро- фильность и литофильность обусловливают связь с месторожде- ниями касситерит-силикатно-сульфидной формации. Галлий, проявляя литофильные и отчасти сидерофильные свойства, концентрируется в нефелине, пегматитовых и альби- титовых минералах, гидротермальном касситерите, а также в осадочных образованиях — бокситах, железомарганцевых рудах и углях. Как халькофил он накапливается в сфалерите, около 90 % галлия извлекается попутно при получении глинозема из бокситов и лишь 10 % из отходов цинковых концентратов. Общие запасы халькофильных редких металлов составляют (тыс. т): Cd - 465; Re - 12; Se - 130; Те - 55; Т1 - 800; In - 2,1; Ga - 400. Производство редких халькофильных металлов в зарубежных странах достигает (т): Cd — 20; Re — 0,02; Se — 2000; Те — 200; Т1 — 15; Ge — 80; In — 200; Ga — 50. Стоимость за 1 кг состав- ляет (долл.): Cd — 40; Re — 1100—2000; Se — 5,5; Те — 50; Ti - 16,5; In - 110-125; Ga - 230-540; Ge - 250-350. Скандий является сидерофильным редким металлом. Он кон- центрируется в бокситах и фосфатах вместе с редкими землями. Его рентабельно извлекают из вольфрамитовых концентратов. Потребность в скандии составляет всего лишь п 10 кг; его стои- мость за 1 кг достигает 10 тыс. долл. УРАН И ТОРИЙ Уран — основной источник ядерной энергии. Он использует- ся также в медицине, химической и других отраслях промышлен- ности. Мировые запасы урана (без стран СНГ и КНР) дифферен- цированы по стоимостным категориям, рентабельным для отра- ботки: при цене > 80 долл./кг более 1,4 млн; при цене > 120 долл./кг — 2 млн т. В России запасы урана 0,3 млн т, прогнозные ресурсы 0,4 млн т. Мировая потребность 66 тыс. т, производство 42. Цена за 1 кг (долл.) урана — около 130 (БИКИ от 20.01.2007). 23* 355
Уран входит в состав главных промышленных минера лов — настурана, урановой смолки и урановой черни, называе- мых вместе уранинитом. Урановые месторождения принадлежат к различным генети- ческим классам. Важное промышленное значение имеют: • альбититовые (штокверковое месторождение Россинг, На- мибия); • жильно-штокверковые в вулканических формациях (Стрель- цовское, Тулукаевское, Россия; Уч-Кудук, Букинай, Узбе- кистан); • стратиформные (Зауральский и Витимский районы, Рос- сия; Криворожский и Кировоградский, Украина) и как их разновидности (подтипы) — биогенные (п-ов Мангышлак, Казахстан), черносланцевые (Онежский район, Кызылку- мы, Узбекистан); • инфильтрационные (плато Колорадо, США); месторожде- ния в калькретах (Йилирри, Австралия); • метаморфогенные (р-н Эллиот-Лейк, Канада), золотые (Витватерсранд, ЮАР) (см. рис. 3.36). На долю месторождений этих типов приходится около 2/3 общих запасов урана и 4/5 его добычи. Стрельцовский урановорудный район, на сырьевой базе ко- торого действует единственный в России Приаргунский урано- вый комбинат (Восточное Забайкалье), включает 10 месторож- дений и среди них крупнейшие Стрелъцовское (с запасами свы- ше 60 тыс. т) и Тулукаевское (40 тыс. т) (рис. 6.20). Согласно А. Еремееву, С. Наумову, М. Шумилину (1993), месторождения расположены в кальдере, выполненной верхне- юрскими переслаивающимися вулканогенными и песчано-конг- ломератовыми отложениями, залегающими на палеозойском кристаллическом фундаменте. Настурановое оруденение, разви- тое в жильных зонах, линейных и изомегричных штокверках, а также пластах туфов, пористых песчаников и конгломератов, контролируется субвулканическими телами, секущими и меж- пластовыми разломами и зонами трещиноватости. Торий не образует собственных месторождений. Его извлека- ют попутно из комплексных руд месторождений редких лито- фильных металлов. Богаты торием прибрежно-морские монаци- товые россыпи Австралии, Малайзии, Индии и Бразилии. Запасы оксида тория в монацитовых россыпях оцениваются в 300—400 тыс. т, добыча достигает 700 т. Торий применяется 356
б ЕЗ2 □□3 ЕЕ4 FE] д 6 Р и с. 6.20. Геологические разрезы Стрельцове кого (а) и Тулукаевского (б) ура- новых месторождений. По А. Еремееву и др. Верхний подкомплекс (Уз)- 1 — липариты; 2 — туфы; 3 — нижний подкомплекс (Уз) — даци- ты, 4 — базальты; 5— конгломераты; 6— граниты фундамента (PZ); разломы: 7—секущие, 8 — межпластовые; 9 — урановые руды для производства жаростойких сплавов с повышенной прочно- стью и в атомных реакторах на быстрых нейтронах в качестве ядерного энергетического сырья. Месторождения литофильных редких и радиоактивных ме- таллов преимущественно относятся ко 2-й и 3-й группам клас- сификации КГЗ РФ. Их разведка ведется горно-буровыми сис- темами с расстояниями между линейными подсечениями от 20 до 100 м. Пробы анализируют на комплекс основных и сопутст- вующих литофильных и радиоактивных элементов. Халькофильные редкие металлы как попутные полезные компоненты оцениваются в комплексных рудах месторождений других видов полезных ископаемых. Согласно требованиям к подсчету запасов попутных компонентов, они относятся к 3-й группе. Их запасы подсчитывают по данным анализов рядовых или групповых проб, а также по лабораторным концентратам, методом корреляции и др. 357
6.1.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ I. Перечислите промышленные месторождения железа. Каким группам сложности по классификации РФ они соответствуют? 2. Охарактеризуйте Кемпирсайскис хромитовые месторождения? 3. Какая плотность сети разведочных скважин на месторождениях марганца? 4. На какие компоненты анализируют пробы руд черных металлов? 5. Охарактеризуйте медно-никелевые месторождения норильской группы. 6. Перечислите промышленные типы месторождений вольфрама и молибдена. Расскажите о геологическом строении месторождения Тыр- ныауз. 7. Как осуществляется разведка медно-никелевых и вольфрам-мо- либденовых месторождений? На какие компоненты необходимо анали- зировать пробы? 8. Перечислите ведущие в странах СНГ промышленные типы ме- сторождений меди. Какими системами они разведываются? 9. Охарактеризуйте любое медно-порфировое месторождение и стратиформное — Удокан. Укажите группы сложности для целей раз- ведки. Ю. На какие группы сложности подразделяются месторождения свинца и цинка? Как осуществляется их разведка? II. Укажите сырьевые источники алюминия. Что представляет со- бой боксит? 12. Расскажите о геологическом строении месторождения Красная Шапочка? 13. Каким группам сложности соответствуют месторождения алю- миния? 14. Перечислите промышленные типы месторождений олова раз- личной сложности. 15. Какие выделяют промышленные типы и группы сложности ме- сторождений сурьмы и ртути? Как ведется их разведка? 16. Перечислите основные геолого-промышленные типы месторожде- ний золота. Какие выделяют группы их сложности для целей разведки? 17. Назовите источники добычи металлов платиновой группы. 18. Как влияет изменение цен драгоценных металлов на значение минимального промышленного содержания в руде? 19. Какие литофильные редкие металлы связаны преимущественно с гранитными пегматитами, какие с карбонатитами, а какие с альбити- тами? 20. Назовите основные источники добычи лития, циркония и гафния. 21. Перечислите халькофильные редкие металлы. Укажите их ис- точники добычи. 22. Перечислите важнейшие геолого-промышленные типы месторо- ждений урана. 358
6.2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 6.2.1. Месторождения индустриального горно-рудного сырья В эту группу входят месторождения алмазов и цветных кам- ней, представляющих собой минералы и породы, используемые в ювелирной и камнерезной промышленности, а также графита, слюд, асбеста, магнезита, барита и флюорита. АЛМАЗЫ И ЦВЕТНЫЕ КАМНИ Цветные камни подразделяют на ювелирные, ювелирно-по- делочные и поделочные. По Е.Я. Киевленко, ювелирные (драгоценные) камни разделе- ны на четыре порядка: I — алмаз, изумруд, рубин, синий сапфир; II — александрит, оранжевый, фиолетовый и зеленый сап- фиры, благородный черный опал, благородный жадеит; III — демантоид, шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, турмалин; IV — хризолит, циркон, желтый, зеленый и розовый берилл, бирюза, аметист, пироп, альмандин, лунный и солнечный ка- мень, хризопраз, цитрин. Месторождения драгоценных камней немногочисленны. В Колумбии, например, известны уникальные гидротермальные месторождения изумруда; в Индии (шт. Кашмир) и Таилан- де — россыпи рубина и сапфира. Широко распространены раз- личные драгоценные камни на Урале. Особого рассмотрения за- служивают алмазы. Алмазы представляют собой кристаллические модификации углерода с очень плотной упаковкой атомов. Они встречаются в кимберлитах, лампроитах, зонах их выветривания и россыпях. Несмотря на рост производства синтетических алмазов, по-прежнему исключительно велика роль естественных алмазов, используемых в ювелирном деле и технике. Алмазы обладают редкими ценными свойствами. Это самый твердый минерал с большим модулем упругости. Эти качества обусловливают его применение в абразивах и буровых коронках. С высокой величиной поверхностного натяжения кристаллов алмаза связаны его отличные режущие свойства. 359
Бесцветные (прозрачные) или слабоокрашенные алмазы при отсутствии значительных трещин (свилей) и включений массой более 1/20 кар. являются ювелирными. После огранки они стано- вятся бриллиантами. Среди технических алмазов выделяют следующие разновид- ности: борт, баллас и карбонадо. Борт — сростки неправильной формы и шаровидные лучи- стые агрегаты. Баллас — алмазы мелкозернистого концентрического строе- ния с более твердой внешней оболочкой, чем внутренняя часть. Карбонадо — непрозрачные тонкозернистые пористые агрега- ты алмазных зерен. Алмазы имеют додэкаэдрический, октаэдрический, реже ку- бический и тетраэдрический облик. Содержание алмазов в кимберлитах и россыпях изменяется от сотых долей до первых карат на 1 т руды или песков, в лей- цитовых лампроитах достигает 5 кар./т и более. В зарубежных странах запасы алмазов составляют около 2,2 млрд кар., из них 2/3 технических. Мировое производство сырых алмазов в 2005 г. превысило 120 млн кар. на сумму 7,25 млрд долл. В России годовая добыча составляет: руды — 19 млн т; алмазов — 16,2 млн кар. Средняя цена камня 94 долл./кар. Стоимость алмазной продукции 1,523 млрд долл. В Австралии: руды — 13,35 млн т, алмазов — 29,8 млн кар, цена — 15 долл./кар.; стоимость — 4,37 млрд долл. В ЮАР соответственно: 28,1; 9,7; 101; 0,98. В Анголе добыча алмазов — 3,6 млн/кар при средней цене камня 150 долл./кар., общей стоимостью 0,544 млрд долл. (БИКИ от 26.04.2001). Балансовые запасы российских алмазов сосредоточены в Са- ха-Якутии (84 % — кимберлитовые трубки Мир, Интернацио- нальная, Юбилейная, Айхал, Удачная), Архангельской области (15 % — месторождение им. М.В. Ломоносова). Промышленными генетическими типами являются магмати- ческие эксплозивные месторождения и россыпи алмазов. Ос- новным источником добычи технических и ювелирных алмазов Рис. 6.21. Строение южноафриканских кимберлитовых трубок в разрезе. По Дж. Хаусону (с упрощением): 1 — туфы вулканического конуса; 2 — кратерные осадки; 3 — эксплозивные кимберлитовые брекчии; 4— интрузивные брекчии и кимберлиты; 5— породы системы Кару (Сз — Р — Ту (а — основные лавы; б — сланцы, песчаники; в — долериты); 6—породы системы Вентес- дорп PR\ {а — сланцы, б — гранитогнейсы); 7 — (а — кристаллические сланцы, б — грани- ты); 8— геологические границы; 9 — современная поверхность трубок и силлов в поле Кимберли. Части трубок: /— кратерная; // — диатремовая; III — канальная 360

служат кимберлитовые трубки и тела лампроитов. Глубина их залегания изменяется от 200—300 м до 2 км. В строении юж- но-африканских кимберлитовых трубок (рис 6.21) выделяют три части: верхнюю — кратерную, среднюю — диатремовую и ка- нальную. Алмазы заключены преимущественно в мелкозерни- стой кимберлитовой массе, реже в жилках кимберлита. Самое крупное месторождение алмазов в лампроитах Ард- жайл (Австралия). Согласно В.И. Ваганову, на обобщенной модели алмазонос- ной кимберлитовой трубки в Саха-Якутии (рис. 6.22) отражено: Z3' LZZhEZhEEP ЕЕЕЕЕЕРЕБЕ7 EZI9 Рис. 6.22. Обобщенная модель алмазоносной кимберлитовой трубки Якутии. По Л.Д. Харькову и др.: / — перекрывающие осадки пермо-каменноугольного возраста (осадочно-вулкано1енные образования); 2 — туфогравелиты кратерной фации; 3 — туфопесчаники кратерной фации; 4- туфогравелиты кратерной фации; 5— известняки; 6 —мергели; 7—доломиты, 8 — до- ломит-ангидритовые породы; 9—соли; 10— аргиллиты; //—кристаллические породы фундамента; /2—массивные кимберлиты; 13 — эруптивные кимберлитовые брекчии; 14 — траппы 362
соотношение кимберлитов различных фаз внедрения с девон- скими траппами и с интрудированными вмещающими териген- но-карбонатными формациями, сужение с глубиной трубки и ее сателлитов и переход главного канала трубки в подводящую дайку. К ювелир но-поделочным камням относятся: амазонит и беломорит, добываемые соответственно из редко- земельных и микроклин-плагиоклазовых пегматитовых жил; чароит, образовавшийся при фенитизации песчаников и из- вестняков; лазурит, жадеит, нефрит и офикальцит — продукты магне- зиального метасоматоза; гематит-кровавик и мраморный оникс — гидротермально-ме- тасоматические образования в песчаниках и известняках; малахит — продукт зоны окисления сульфидных медных руд, пространственно связанных с породами карбонатного со- става. Месторождения ювелирных и ювелирно-поделочных камней встречаются крайне редко. Преимущественно они мелкие и по сложности геологического строения относятся к 4-й группе. Их разведка обычно сопровождается опытно-промышленной разра- боткой открытым способом. Поделочные камни используются для декоративной отделки интерьеров общественных зданий, станций метрополитена и др., поэтому они рассматриваются как месторождения строительно- го и облицовочного камня. ГРАФИТ Графит, подобно алмазу, является полиморфной разновид- ностью углерода, кристаллизующейся в гексагональной синго- нии. В рудных образованиях он подразделяется на явно кри- сталлический (средняя величина кристаллов > 1 мкм) и скры- токристаллический (аморфный). Явно кристаллические графи- товые руды состоят из пластичных чешуйчатых разностей гра- фита. Скрытокристаллические руды сложены мельчайшими раз- лично ориентированными кристаллами графита, образующими их плотные разности. Некоторые ценные свойства графита позволяют применить его в различных отраслях промышленности как в мономине- ральном виде, так и в композитных сплавах с металлами (карби- ды), пластмассами и другими искусственными материалами. К 363
таким свойствам относятся высокие электропроводность и огне- упорность, смазывающие и покрывающие способности графита при сохранении его инертности. В атомной энергетике, где ис- пользуются графитовые замедлители нейтронов, в металлургии (для производства огнеупоров материалов высокой частоты, из- готовления тиглей, литейных форм), машиностроении (для из- готовления смазочных материалов антифрикционных изделий), электропромышленности (коллекторов, динамомашин, электро- дов) графит незаменимый материал. Он необходим также при изготовлении карандашей и красок. Требования промышленности к графитовым рудам устанав- ливаются кондициями для каждого месторождения. Единые стандарты и технические условия разработаны на графитовые порошки и концентраты. Содержание графитного углерода в скрытокристаллических рудах, не требующих обогащения, должно составлять не менее 70 %. К ним относятся наиболее богатые руды месторождения Ногинского (Красноярский край). Руды, нуждающиеся в обогащении, обычно представлены че- шуйчатыми разностями с концентрацией графита от 2—3 до 17 % (месторождения Тайгинское, Урал; Завальевское, Украина). В России отрабатываются месторождения Курейское скры- токристаллического графита («Континиум ЛТД») и Тайгинское (ЗАО «Уралграфит») кристаллического чешуйчатого с содержа- нием графита 3—4 %. Графитовые руды обогащают методом флотации. Скрыто- кристаллические руды флотируются плохо. Для улучшения их качества проводится рудоразборка. Мировые ресурсы графита оцениваются в 21,2 млн т; годовая добыча превышает 760 тыс. т; половина ее приходится на Рос- сию (100 тыс. т), КНР, Корейскую Республику, Индию и Мек- сику. Цена 1 т кускового графита от 420 до 950 долл. (БИКИ от 11.01.2007). Промышленные месторождения графита известны среди магматических, пегматитовых, скарновых, гидротермальных и метаморфических образований. Важное практическое значение имеют метаморфические месторождения, образовавшиеся либо при процессах регионального метаморфизма осадочных пород, содержащих рассеянное углеродное вещество, либо при мета- морфизме каменного угля или горючих сланцев. Первые залега- ют в кристаллических сланцах и гнейсах, мраморизованных из- вестняках, доломитах и кварцитах. Они представлены протяжен- ными пластообразными и линзовидными залежами кристалли- 364
ческого графита мощностью в первые сотни метров с содержа- нием графитного углерода от 2 до 30, реже 60 % (месторождения Завальевское, Тайгинское). Вторые (Ногинское, Корейское и др.) сложены метаморфизованными осадочными толщами, в ко- торых залегают различной мощности пласты и линзы скрыто- кристаллического графита. Макроскопически графитовые руды близки к угольным образованиям. По простиранию они могут сменяться антрацитом или природным коксом. Все названные месторождения по классификации РФ соответствуют 1-й и 2-й группам . К 1-й группе относятся участки с нарушенным залега- нием. Их разведка проводится скважинами, канавами и шурфа- ми с расстояниями по простиранию от 100 до 300 м, по паде- нию — от 25 до 75 м. слюды Основные минералы слюд — мусковит, биотит, флогопит и вермикулит — встречаются повсеместно в различных горных по- родах и геологических обстановках. Однако месторождения слюд немногочисленны. Это в основном флогопитоносные с вермикулитом карбонатиты (Ковдорское) и мусковитовые пег- матиты (Мамское). Пластинчатые кристаллы мусковита и флогопита способны расщепляться на очень тонкие гибкие пластинки, термически и химически стойкие, с высокими диэлектрическими и механиче- скими прочностными свойствами. Различные минеральные и газово-жидкие включения вызывают дефекты: снижают диэлек- трические и прочностные свойства, ленточность и расслоение, волнистость и морщинистость на плоскостях спайности, зади- ристость и клиновидность. Площадь пластинки слюды, не имеющая дефектов, называется полезной. Кристаллы мусковита и флогопита с площадью пластин бо- лее 4 см2 называют забойным сырцом. После первичной очистки он становится промышленным. По площади бездефектных по- верхностей скола выделяют следующие размеры пластин (см2): 4-25; 25-50; 50-100 и более 100. В зависимости от качества различают обрезные, щипаные, подборы, дробленые, молотые и другие типы слюд. Мелкая слю- да, получаемая при добыче и переработке, называется скрапом. Обрезная слюда применяется в радиотехнике, щипаная — в клееной электроизоляции, дробленый флогопит — при произ- 365
водстве рубероида и кабелей, молотый мусковит — резинотехни- ческих изделий, обоев и т. д. Вермикулит при нагревании от 200 до 800—1000 °C вспучи- вается, увеличиваясь в объеме до 40 раз. Средняя плотность уменьшается до 50 кг/м3, что определяет его эффективное ис- пользование в качестве тепло- и звукоизоляционного материала (штукатурка, стеновые панели, легкие блоки). Вспученный вер- микулит обладает сорбционными свойствами, поэтому приме- няется для очистки промышленных вод и улавливания газов. Около 96 % мировой добычи высокосортной слюды прихо- дится на Индию, Бразилию (мусковит) и о-в Мадагаскар (фло- гопит). В США добывают более 130 тыс. т мелкочешуйчатой слюды и примерно 0,5 млн т вермикулита. Россия располагает крупными месторождениями слюд. Мусковит листовой добыва- ют на месторождениях: Мамско-Чуйской группы (ГОК «Мам- слюда»), Енской группы (ТОО «Мусковит»), Чупино-Лоухской группы (ГОК «Карелслюда»). Цены за 1 т (долл.) составляют: слюды сухого помола — 210—400, скрапа мусковитового — 100—145, вермикулита — 160—260, слю- ды чешуйчатой — 250—480 (БИКИ от 11.01.2007). АСБЕСТ Асбестом называют тонковолокнистые минералы групп сер- пентина и амфибола, обладающие неограниченным расщепле- нием при механическом на них воздействии. Группа серпентина представлена моноклинной волокнистой разновидностью — хризотил-асбестом Mg6[Si40io][OH]s. В груп- пу амфибол-асбестов входят ромбический антофиллит-асбест, моноклинальные щелочные (крокидолит-, родусит- и режи- кит-асбест) и щелочноземельные асбесты (актинолит-, амозит- и тремолит-асбест). В природном виде волокна асбестов образуют агрегаты трех видов: поперечно-, косо- и продольно-волокнистые. В агрегатах первых двух видов волокна располагаются ортогонально или под косым углом к стенкам жилы и параллельны друг другу, в про- дольно-волокнистых агрегатах они параллельны также и стен- кам жил. По длине волокна и сопутствующим минеральным образова- ниям выделяют 8 групп и 42 марки товарного асбеста с длиной волокна от 0,2—0,7 до 10 мм и более. Длина волокна устанавли- 366
вается следующей (мм): группа 0—13—13,7; группа 1—10,5—12,5; группа 2—7,5—8,5. Другой важной характеристикой служит ме- ханическая прочность волокон на разрыв. По ней выделяют три разновидности асбеста: нормальной прочности, ломкий и полу- ломкий. Прочность и эластичность волокон сохраняются при повышении температуры до 600 °C. Для промышленного использования благоприятными свой- ствами асбеста являются его низкая электропроводность и высо- кая термостойкость. Наибольшее промышленное значение имеет хризотил-ас- бест. Асбест 0—2-й групп используется для производства тек- стильных изделий, плетеных и тканевых набивок. Хризолит-ас- бест 3—4-й групп потребляет асбестоцементная промышлен- ность. На ее долю приходится 80 % товарного асбеста. Асбест 4-й и 5-й групп идет на производство асбестовой бумаги и кар- тона, 5—7-й групп — термоизоляционного материала. Асбест 7-й группы используют как связующий материал при производ- стве железорудных окатышей. Амфибол-асбесты служат для изготовления щелоче- и кисло- тоупорных изделий. Запасы асбеста в зарубежных странах оцениваются примерно в 120 млн т волокна. Более 97 % этих запасов приходится на хризотил-асбест. Наибольшими запасами обладает Канада (78 %). На ее долю приходится более половины его мирового производ- ства, составляющего около 5 млн т. Цена 1 т асбеста хризотило- вого (долл.): группы №3 — 1500—1800, №7 — 210—435. Промышленные месторождения асбеста относятся к произ- водным метаморфических процессов или сформировались в результате гидротермального метасоматоза в связи с серпентиза- цией пород дунит-гарцбургитовой формации, так называемых ультрамафитов, или магнезиально-карбонатных пород. По со- держанию железа в хризотил-асбесте месторождения подразде- ляются на железистые и маложелезистые. Среди месторождений железистого хризотил-асбеста, связан- ных с ультрамафитами, ведущим является баженовский тип. Месторождения этого типа (Баженовское, Джетыгаринское и др.) по классификации РФ относятся к 2-й группе и составляют основу сырьевой базы асбеста стран СНГ. Залежи хризотил-ас- беста образуют жило-, линзо- и штокообразные тела в серпенти- нитах на контакте с перидотитами и габбро. Общая протяжен- ность центральной залежи Баженовского месторождения состав- 367
ляет более 2 км при мощности от 80 до 450 м. В центре этой за- лежи находится безрудное ядро, сложенное перидотитами, во- круг которого располагаются следующие зоны: отороченных жил, крупной и мелкой сеток жил, «мелкопрожила» и серпенти- нитов с «просечками» (тончайшими прожилками) асбеста. Отра- ботка Баженовского месторождения хризотил-асбеста ведется ОАО «Ураласбеста». Маложелезистый хризотил-асбест характеризуется высокими диэлектрическими свойствами. Он связан с серпентинитами, развитыми по магнезиальным карбонатам. Амфиболовые асбесты представлены месторождениями ан- тофиллит-, режикит-, тремолит- и актинолит-асбеста, приуро- ченными к метаморфизованным ультрамафитам. Известны так- же месторождения крокидолит- и амозит-асбеста на контакте магнезиальных карбонатных пород с джеспилитами, а также ро- дусит-асбеста в пестроцветных толщах. МАГНЕЗИТ, БАРИТ, ФЛЮОРИТ Магнезит — MgCOj используется в качестве огнеупоров для производства электроизоляционных и электротехнических изде- лий, магнезиального цемента, в различных отраслях промыш- ленности, а также для получения магния. Запасы магнезита в России около 2,8 млрд т, 3/4 запасов со- стредоточены в Восточной Сибири, 24 % — на Урале. Практиче- ски весь объем добычи 4,6 млн т (99 %) приходится на месторо- ждения Саткинской группы (Южный Урал), относящихся к типу кристаллических магнезитовых руд, залегающих в древних доломитовых толщах. Цена 1 т магнезита составляет (долл.): греческого — 66—73; ев- ропейского— 193—213; китайского — 130—175 (БИКИ от 11.01.2007). Барит — BaSO4. Его мировое производство более 8 млн т 80 % используется в качестве утяжелителей буровых растворов; растет потребление в других сферах, в частности при изготовлении бетона для противорадиационных щитов. Балансовые запасы барита в России составляют 29 млн т. Они сосредоточены в месторождениях двух типов — колчедан- но-полиметаллического и стратиформного баритового. Место- рождения первого типа залегают в осадочных вулканогенных формациях. На одном из них — Кварцитовая Сопка на АО «Са- лаирском ГОК» из комплексных полиметалльных руд получают около 140 тыс. т баритового концентрата в год. Эта величина 368
практически определяет его годовое производство в РФ. Цена барита (долл, за 1 т): красочного сорта — 275—295; бурильного сорта - 120-170 (БИКИ от 11.01.2007). Флюорит (плавиковый шпат) — CaF2 применяется в черной металлургии в качестве высококачественного флюса, химической промышленности для производства фтористых солей, при элек- тролизе алюминия. Цена 1 т плавикового шпата 160—240 долл. В гидротермальных месторождениях сосредоточено 3/4 ба- лансовых запасов флюорита, остальные в грейзеновых. В России преобладают гидротермальные кварц-флюоритовые жильные месторождения (Наранское, Зап. Забайкалье). Протяженность жильных зон по простиранию до 2—3 км, по падению п • 102 м при мощности от п • Ю'1 до п • 10 м, среднем содержании CaF2 30—70 %. Кроме того, добыча флюорита ведется на месторожде- ниях Толчеинском и Хойлинском. 6.2.2. Месторождения горно-химического и агрономического сырья МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ Природные минеральные соли встречаются в виде ископае- мых твердых осадков и озерных образований. Первые из них представлены в основном толщами каменной и калийной солей, а также солей магния. Озерные месторождения по преобладаю- щему составу солей разделяются на хлоридные, сульфатные и карбонатные. Основными промышленными минералами солей являются: из хлоридов — галит, сильвин, бишофит и карналлит; из суль- фатов — тенардит, мирабилит, глауберит, эпсомит; из карбона- тов — природная сода (натрон) и давсонит. Галит, или поваренную соль, используют как пищевую, кормовую и техническую. Качество пищевой соли должно удовлетворять требованиям ГОСТ 13830—84, а соли, употреб- ляемой в животноводстве, — ГОСТ 18-87—77. Для пищевой соли установлены следующие содержания (%): NaCl — 97; кальций — 0,65; магний и калий — 0,25 каждого; сульфат на- трия — 1,5; нерастворимый остаток — 1,0. Добыча пищевой и кормовой соли осуществляется главным образом из соляных озер (Баскунчак и др), частично из подземных рассолов. Цена 1 т каменной молотой соли 30—60 долл. 21 м 369
Техническая соль служит сырьем для производства хлора, соляной кислоты, каустической и кальцинированной соды, на- шатыря и т.д. Содержание NaCl может снижаться до 75 %. При использовании отходов калийного производства ее концентра- ции должны быть не менее 90 %. Попутная добыча технической соли при разработке месторождений калийных солей должна стать единственным ее источником. Поваренная соль может быть самосадочной и садочной. Первая образовалась естественным путем, вторая осаждается из рапы в искусственных бассейнах. Добыча самосадочной соли осуществляется солекомбайнами и другими специальными ма- шинами, отрабатывающими слои мощностью не менее 0,25 м. Калийные соли представлены в основном сильвинитом. Промышленное содержание К2О может изменяться от 20 до 35 %. К вредной примеси относится MgCl2, содержание которо- го в руде, поступающей на флотацию, допускается не более 5 %. Запасы калийных солей в пересчете на К2О оцениваются свыше 80 млрд т. Ежегодное производство составляет более 30 млн т. 40 % добычи приходится на Канаду, Республику Бела- русь и Россию; 50 % обеспечивают ФРГ, Франция и США. В 2000 г. в России произведено 3,5 млн т К2О, из них 3,2 млн экс- портировано. Цена за 1 т хлористого калия 175 долл. (БИКИ от 20.01.2007). Примерно 90 % производства калийных солей используется в сельском хозяйстве. В Западной Европе на площадь в 1000 га пахотной земли вносится 50,8 т калийных удобрений (в пересчете на К2О), в странах Северной Америки — 11,4 т. Добыча каменной и калийной солей осуществляется подзем- ным способом. Каменная соль может разрабатываться также подземным выщелачиванием. Коэффициент извлечения запасов составляет не более 50 %. Предприятия по добыче калийных со- лей имеют производственную мощность в несколько миллионов тонн: в России ОАО «Уралкалий» и «Сильвинит» на базе Верх- некамского месторождения, в Республике Беларусь «Белкалий» на базе Старобинского месторождения. В начале 90-х годов на Верхнекамском месторождении добывалось 46 %, а на Старо- бинском 50 % от общего объема добычи калийных солей на тер- ритории бывшего СССР. Сульфаты натрия и магния получают из рапы и пластовых озерных образований методом бассейнизации. Они используют- 370
ся в стекольной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промыш- ленности, фармацевтике, фотографии и т. д. Природная сода вследствие ограниченности ее запасов не имеет большого практического значения. В рапе и твердых солях озерных месторождений попутными компонентами являются литий, бром и бор. Месторождения минеральных солей образовались из гидро- генных осадков, являющихся производными истинных раство- ров. СЕРНОЕ СЫРЬЕ Источником получения серы и серной кислоты служат само- родная, сульфидная и сульфатная сера, сероводород природных горючих газов и подземных вод, сернистые нефть, битуминоз- ные песчаники и сланцы, газы от сжигания угля и металлурги- ческие. Использование серы промышленностью осуществляется главным образом в виде серной кислоты. В самородном состоя- нии и в составе других соединений она применяется в резино- вой, целлюлозно-бумажной, химической и пищевой отраслях. К вредным примесям в серном сырье относятся селен и мышьяк. Товарная сера производится шести видов: комовая, гранули- рованная, молотая, чешуированная, литьевая и жидкая. Запасы самородной серы составляют около 900 млн т, из них 37 % приходится на Ирак, где находится месторождение Миш- рак с запасами 65 млн т. Цена 1 т серы на мировом рынке со- ставляет (долл.): твердой — 45—76, жидкой — 58—75. Промышленные месторождения самородной серы представ- лены в основном карбонатными рудами осадочного происхож- дения и вулканогенным серно-кварцевым образованиям. На- пример, Раздольское и Гаурдакское, ассоциирующие с пласто- выми залежами гипсов и ангидритов. В практическом отноше- нии важным являются месторождения серы, связанные с кепро- ками (рис. 6.23). Такие месторождения известны на побережье Мексиканского залива. Большое значение начинают приобретать источники попут- ной добычи серы, в особенности из сероводорода газовых ме- сторождений (Астраханское), металлургических газов при пере- работке медно-колчеданных, свинцово-цинковых, медных и медно-никелевых руд. 24* 371
II / о о э V V ? II II / у/ 2 у у 3 Рис. 6.23. Разрез соляного купола с развитым кепроком. По Р. Годду и др.: / — соляной шток; 2—5 — зоны (2— ангидритовая; 3— гипсовая промежуточная; 4— каль- цитовая сероносная; 5 — кальцитовая); 6 — нефтегазовая залежь; 7—осадочные породы, дислоцированные при образовании соляного купола В России разведанные запасы самородной серы составляют 9,4 % от суммарных запасов. Около 40 % приходится на серно- колчеданные и полиметаллические сульфидные руды. Почти по- ловина общих запасов серы находится в Астраханском серогазо- конденсатном месторождении, которое является также основ- ным источником получения серы. ФОСФАТНОЕ СЫРЬЕ Фосфатное сырье добывают из месторождений апатитовых и фосфоритовых руд. Апатит имеет переменный минеральный со- став. В зависимости от содержания F, CI, и ОН выделяют фтор-, хлор- и гидроксидапатит. В рудах преобладает фторапатит. Фос- фориты состоят из разновидностей апатита с примесью нефос- фатных минералов. Фосфатные минералы могут быть обогаще- ны ураном, стронцием, редкими землями, реже ванадием, тита- ном, цирконием и др. Фосфатное сырье используется главным образом для произ- водства фосфатных и комплексных удобрений, добавок для под- кормки скота, а также ядохимикатов для борьбы с вредителями агрокультур, в химической промышленности и медицине. 372
Апатитовые руды подвергаются обогащению методом флота- ции, фосфоритовые — промывке и грохочению, гравитации, фло- тации и обработке другими методами. В дальнейшем производится простой помол, термическая или кислотная переработка. Перера- ботку фосфатного и серного сырья целесообразно по возможности осуществлять на территориально сближенных объектах, так как при кислотном разложении фосфатов используют серную кислоту. Мировые запасы фосфатного сырья составляют более 113,2 млрд т. Содержание Р2О5 в фосфоритовых рудах изменяется от 3 до 42 %, в апатитовых — от 6 до 35 %. Основные запасы сосре- доточены в странах Северной Африки, США, Бразилии и Мек- сике. Добыча фосфатов превышает 144 млн т, в том числе в США —более 44 млн т, Марокко—15 млн т (фосфориты). Крупными запасами фосфатного сырья располагают Россия и КНР. Цена за 1 т марокканских фосфатов — 44,2 долл., тунис- ских - 30-33 (БИКИ от 20.01.2007). Основными промышленными типами месторождений фос- фатного сырья являются формация осадочных биогенных фосфо- ритов и фосфориты кор выветривания, а также формации апа- тит-нефелиновая и апатит-магнетитовая в карбонатитах. В стра- нах СНГ ведущее значение имеют осадочные желваковые фосфо- риты (Егорьевское месторождение, Россия), массивные микро- зернистые фосфориты (Каратау) и апатит-нефелиновые руды (Куксисвумчор и др., Хибинский массив). Промышленную зна- чимость, вероятно, приобретут месторождения бедных руд с со- держанием Р2О5 2—4 % апатитовой формации, связанные с габб- росиенитовыми массивами (Ошурковское, Россия). В России отрабатываются месторождения фосфоритов Егорьевское (АО «Фосфаты»), Полпинское (АО «Фосфор») и Вятско-Камское (ОАО «БКФР»), Среднее содержание Р2О5— 11,2 %, в то время как в рудах зарубежных месторождений — 25—35 %. Добыча апатитов ведется на месторождениях хибинской группы (ОАО «Апатит») и Ковдорском ГОК. 6.2.3. Месторождения сырья для производства строительных материалов Глины, каолины, гипс, ангидрит, карбонатные и кремнистые породы, песок, гравий, песчаники и кварциты, магматические и метаморфические породы относят к сырью с промышленно ценными физическими свойствами и химическим составом. 373
ГЛИНЫ И КАОЛИНЫ Глины и каолины состоят из тонкодисперсных частиц гли- нистых минералов различных групп: гидрослюд, смектитов, па- лыгорскита, хлоритов и каолинитов. Они обладают пластично- стью, высокими значениями связующей способности, адсорб- ции и гигроскопичности. Практически важные свойства глини- стых пород — воздушная усадка, гидрофильность, вспучивание и гидроупорность. На основании этих свойств выделяют высокосорбирующие, огнеупорные и легкоплавкие глины. Высокосорбирующие гли- ны по минеральному составу подразделяются на бентонитовые и палыгорскитовые. Они применяются в производстве железоруд- ных окатышей, керамзита, для изготовления буровой промывоч- ной жидкости, а также сорбентов при очистке вод, масел и т.п. Огнеупорные глины преимущественно состоят из каолинита, галлуазита, гидрослюд и монтмориллонита. Среди них выделяют тугоплавкие разности с повышенным содержанием гидрослюд и монтмориллонита. Эти глины идут на производство огнеупор- ного шамотного кирпича, фаянсовых и фарфоровых изделий, керамики и облицовочных плит. Легкоплавкие глины сложены вермикулитом, хлоритами и другими железосодержащими минералами. Они используются в качестве заполнителей при производстве бетона, цемента, чере- пицы, кирпича, при строительстве дамб. По некоторым свойст- вам и областям применения близкими видами сырья могут быть глинистые илы, лёсс, суглинки и аргиллиты. Цена 1 т пластич- ных глин — от 9 до 40 долл. Важное практическое значение имеют каолины, состоящие на 85—90 % из каолинита. Они в основном подлежат обогаще- нию. Каолинитовый концентрат облагораживают до высокой степени белизны и используют в керамической, бумажной и хи- мической промышленности. Необогащенный каолин входит в состав цемента и полукислых огнеупоров. Мировые запасы каолина 12 млрд т, производство каолино- вых продуктов 207 млн т/г. Россия производит 82 тыс. т, однако потребность на порядок выше. Цена за 1 т каолина — 60—185 долл. (БИКИ от 11.01.2007). Промышленные месторождения каолина имеют обычно гид- ротермальное и элювиальное происхождение. Гидротермальные месторождения связаны с риолитами (Мерседес, Чили; Берегов- ское, Украина) или гранитоидами (Канпаку, Япония). Залежи 374
каолинов имеют пласто-, штоко- и линзообразную формы. Элювиальные месторождения первичных каолинов развиваются в зонах повышенной трещиноватости лейкократовых калишпа- товых гранитов (Кыштымское, Россия), гнейсов и мигматитов (Глуховецкое, Украина) и образуют плащеобразные залежи. В России отрабатывают месторождения элювиальных каоли- нов: Кыштымское (ЗАО «Ксанта»), Еленинское (ОАО «Ново- каолиновый ГОК»), Журавлиный Лог (ЗАО «Пласт-Рифей»). В России разрабатывается Зыряновское месторождение бен- тонитов (ОАО «Бентонит»), Дефицитом в России являются ще- лочные бентониты. 25 % бентонита расходуется в производстве бентопорошков для буровых растворов. Потребность в бентони- те удовлетворяется путем импорта (около 1 млн т в год). Мировые запасы бентонита — 800 млн т, добыча — около 10 млн т. Цена 1 т — 36—82 долл. (БИКИ от 08.02.2007). Месторождения бентонитовых глин представлены пласто- и штокообразными залежами и образуются по вулканогенным по- родам основного и щелочного составов. Месторождение огне- упорных и тугоплавких глин формируются в озерно-болотных, прибрежно-морских и лагунных условиях. Месторождения лег- коплавких глин представлены пластами и линзами озерных, мо- ренных, делювиальных и эоловых образований. ГИПС И АНГИДРИТ Гипс СаБОд • 2НгО и ангидрит СаБОд — минеральные обра- зования, способные к взаимным переходам. При нагревании гипс дегидратируется и переходит в ангидрит. При определен- ных гидрогеологических условиях и давлении происходит гидра- тация ангидритов, т. е. образование гипса. Свойство гипса при нагревании терять кристаллизационную воду и при смешивании с водой давать сначала вязкую, а затем быстро твердеющую мас- су обеспечивает ему широкое использование в промышленности строительных материалов. Гипс и ангидрит входят в состав гипсового камня, содержа- щего различные примеси. В зависимости от сорта товарного гипсового камня доля гипса изменяется от 95 до 70 %. Такой ка- мень поставляют на перерабатывающие заводы в кусках разме- ром 50—300 мм или в виде щебня (5—50 мм).Около 90 % добы- ваемых гипса и ангидрита идет на производство гипсовяжущих веществ и в качестве добавок к цементам. Из гипса изготовляют сухую гипсовую штукатурку, плиты, панели и другие изделия. 375
Мировая добыча гипса составляет более 80 млн т. Ведущее место по запасам и добыче гипса занимает Россия. Цена 1 т не- обработанного гипса — 9—18 долл. Месторождения гипса и ангидритов, имеющие важное про- мышленное значение, залегают в осадочных толщах. Они воз- никли в условиях аридного климата и представлены обширными по площади распространения мощными пластовыми залежами. Так, площадь залежи на Новомосковском месторождении гипса превышает 32 км2 при мощности от 9,5 до 23 м. КАРБОНАТНЫЕ И КРЕМНИСТЫЕ ПОРОДЫ Карбонатные породы представлены известняками, мрамора- ми, мелом, мергелями и доломитами, кремнистыми порода- мы — диатомитами, трепелами, опоками и яшмами. В России запасы карбонатного сырья — около 40 млрд т, до- быча — 360 млн т. Известняки, мраморы и доломиты благодаря своим высоким прочностным свойствам, легкой полируемости и декоративности широко используются в качестве строительного и облицовочного материала. Известняки, мел и мергели служат сырьем для производства цементов. Только на производство портландцемента расходуется более 130 млн т карбонатного сы- рья. Металлургическая промышленность является потребителем флюсовых известняков, содержащих не менее 50 % СаО, а также доломитизированных известняков и доломитов. Последние ис- пользуют в качестве огнеупоров, специальных флюсов в сте- кольной промышленности и для получения минеральной ваты. Известняки применяют также в производстве карбида кальция, хлорной извести, сахара и т. п. В странах СНГ разведано 230 месторождений диатомитов, опок и трепелов с общими запасами 3,1 млрд т. Добыча в России кремнистых пород определяется миллиона- ми тонн. Основной потребитель — цементная промышленность (75 %). Около 24 % общесоюзной добычи используется в произ- водстве строительных теплоизоляционных материалов. Среди пород этой группы выделяют породы со свойствами экологических минеральных сорбентов, используемых для очи- стки питьевых и промышленных вод, нефти и нефтегазопродук- тов, а также удаления и защиты от радионуклидов. К ним отно- сятся цеолиты, трепел, диатомиты и др. Цена 1 т диатомитов со- ставляет 730—830 долл. 376
Промышленные месторождения карбонатных пород широко развиты в осадочных формациях биогенного происхождения. К ним относятся месторождения известковой ракуши (Республика Куба), карбонатного флиша (новороссийская группа). Промышленные месторождения кремнистых пород связаны с опалитами и гейзеритами вулканических аппаратов, осадочны- ми трепелами, озерными диатомовыми илами, морскими диато- митами и спонголитами. ПЕСОК, ГРАВИЙ, ПЕСЧАНИКИ, КВАРЦИТЫ И ЖИЛЬНЫЕ КВАРЦЫ Песок и гравий являются обломочным материалом с разме- ром частиц (мм): песок —0,1 —1; гравий — 1 — 10 мм. Большое распространение и практическое значение имеют кварцевые, полевошпат-кварцевые и полиминеральные пески и гравий- но-песчаные породы. Их мировая добыча превышает 8 млрд м3. Только в странах СНГ получают более 0,5 млрд м3. Запасы этого сырья практически неограничены. Цена 1 т кварцевого песка стекольного сорта — 15—17 долл. (БИКИ от 08.02.2007). Кварцевые пески применяются для изготовления стекла, ке- рамики, динаса, цемента, формовочного материала, флюса и аб- разивов. Песок и гравий необходимы в качестве заполнителей бетона, в дорожных покрытиях, при прокладке железнодорож- ных путей. Песчаники, кварциты и жильный кварц используют в метал- лургии, стекольной и химической промышленности в тех случа- ях, когда предъявляются высокие требования к чистоте сырья. Среди жильного кварца различают гранулированный кварц, при обогащении которого получают кварцевую крупку с высокими коэффициентом светопропускания (60—70) и содержанием SiCh (99,9 %), пригодную для варки оптических и увиоловых стекол. Большинство промышленных месторождений песков и пес- чано-гравийных пород относится к аллювиальным, озерным, дельтовым, морским, внутриледниковым флювиогляциональ- ным отложениям камов и озов. Продуктивные залежи имеют пласто- и линзообразную формы (месторождения Румянцевское и Люберецкое, Подмосковье). В Казахстане известны эоловые месторождения стекольных песков в виде песчаных дюн. Широко распространены месторождения кварцевых песча- ников осадочного происхождения на Украине. По этим песча- 377
никам развиты динасовые кварциты (Овручское). В Карелии на- ходится Шокшинское месторождение гранулированного кварца амфиболитовой фации метаморфизма. МАГМАТИЧЕСКИЕ И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ Магматические и метаморфические породы широко приме- няются как естественные строительные материалы. Распростра- ненность и масштабы природных скоплений этих пород имеют глобальный характер, однако критерии их промышленной зна- чимости определяются близостью потребителя, доступностью, возможностью механизированной добычи, высокими физи- ко-механическими прочностными свойствами пород, показате- лями экономической эффективности их разработки — при усло- вии положительного решения вопросов охраны окружающей среды. Породы можно использовать в строительстве без предвари- тельной их обработки в качестве щебня и бута, или так называе- мого рваного и штучного камня. При этом учитывают содержа- ние различных фракций щебня по размеру кусков, форму мине- ральных зерен, предел прочности камня на сжатие. Для штучно- го камня важными характеристиками являются прочность, мо- розостойкость и выход из общей горной массы блоков опреде- ленных размеров. Облицовочный камень оценивается также де- коративностью. Годовая добыча строительного камня в мире составляет п млрд м3, только в странах СНГ добывают около 0,5 млрд м3. Магматические породы основного состава и их метаморфиче- ские аналоги подвергаются петрургии для получения цемента, заполнителя легких бетонов, обсидиан-стекла; туфолавы — в ка- честве стенового и облицовочного камня. Кроме того, перлит и туфы могут использоваться в качестве сорбентов технологически и экологически вредных веществ и в частности радионуклидов. Мировые цены 1 т отдельных видов данного сырья составля- ют (долл.): оливин литейного сорта — 62—109, полевой шпат ке- рамический — 60—165, перлит — необработанный — 14—60; мо- лотый кислотофильтровальный — 210—410, строительный 25-32, тальк - 92-294 (БИКИ от 08.02.2007). Промышленные месторождения по генезису соответствуют подразделению магматических и метаморфических пород по их фациальной и формационной принадлежности. 378
6.2.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Каковы области применения алмазов, графита, слюд и асбеста? Какими свойствами это обусловлено? 2. Какие существуют требования промышленности к рудам графита и асбесту? 3. Что такое «забойный сырец» и «скрап»? 4. Какие существуют области применения, источники получения и способы добычи минеральных солей и серного сырья? 5. Какие по составу выделяют руды фосфатного сырья? 6. Какими ценными для промышленности свойствами обладают глины и каолины, ангидрит, карбонатные и кремнистые породы? Где они используются? 7. Каковы области использования и объемы добычи кремнистых пород, песка, гравия, песчаников, кварцитов и строительного камня? 6.3. ГОРЮЧИЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ (КАУСТОБИОЛИТЫ) 6.3.1. Группа углеродного сырья (ископаемые угли, торфа, горючие сланцы) ПРОМЫШЛЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ И ТОРФОВ, ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ По степени углефикации органического вещества различают три основные разновидности ископаемых углей: бурые, камен- ные и антрациты. По отражению витринита выделяют 17 клас- сов, из которых 3 соответствуют буроугольной, 10 — каменно- угольной и 4 — антрацитовой стадиям метаморфизма. Промышленная классификация углей основана на их техно- логических свойствах: для бурых углей массовая доля рабочей влаги Wrt (%) и выход смол Tdafsk (%); для каменных — выход ле- тучих веществ Vdaf (%), спекаемость, определяемая толщиной пластического слоя Y (мм) и коксового королька; для антраци- тов — выход летучих веществ и удельная теплота сгорания по бомбе Qdaf (МДж/кг). Каменные угли по выходу летучих веществ делятся на 10 ма- рок: длиннопламенные (Д), газовые (Г), газовые жирные (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), коксовые 379
вторые (К2), слабоспекающиеся (СС), отощенные спекающиеся (ОС), тощие (Т). Угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К и ОС по спекаю- щейся способности, в свою очередь, подразделяются на техно- логические группы. Они обозначаются буквой марки и цифрой, указывающей низшее значение толщины пластического слоя в данных углях, например: Г8, Г15, КЖ12 и т. п. Бурые угли по содержанию рабочей влаги (%) делятся на три технологические группы: Б1(40), Б2 (30—40) и БЗ(ЗО). Самым высоким содержанием влаги (85—95 %) в естествен- ном залегании характеризуются торфа, поэтому в процессе отра- ботки они подвергаются сушке. По условиям произрастания и накопления торфообразующей растительности различают три типа торфов: верховой, низинный и переходный. Торфа верхне- го и переходного типов отличаются от торфа низинного типа пониженной зольностью (2—6 % против 6—18 %). Мировые за- пасы торфа составляют 2 трлн т. В России учтено около 45 тыс. торфяных месторождений с общими ресурсами — 162 млрд т, в том числе с промысловой площадью до 10 га — 14,5 тыс. месторождений с ресурсами тор- фа — 174 млн т. Добыча торфа (условной 40 % влажности) в 2002 г. составила 2 млн т. В качестве основы для приготовления органических удобре- ний используется 90 % добываемого торфа. На сырьевой базе крупных месторождений при дефиците других видов топлива могут создаваться ТЭЦ. Угли традиционно рассматривают как основное энергетическое сырье. Они сжигаются в слоевых и факельных топках крупных те- пловых электрических станций, вырабатывающих более половины всей электроэнергии. Около четверти добываемого в странах СНГ угля расходуется на производство металлургического кокса и ис- ходных продуктов органического синтеза. Часть угля и торфа под- вергается газификации. Получаемые при этом жидкие и газообраз- ные продукты используются в качестве топлива, для изготовления пластических масс, различных химических веществ, воска, азоти- стых гуминовых удобрений и других целей. Зола от сжигания, от- ходы добычи и обогащения углей идут на производство строитель- ных и других материалов, а также глинозема. В углях, особенно в золе, могут содержаться Ge, Ga, U, Sc, Mo, Pb и Zn в промышленных концентрациях. Необходимо учитывать возможность загрязнения окружающей среды сернистыми и други- ми токсичными соединениями, выделяемыми при сжигании угля. 380
Общие ресурсы угля на планете оцениваются в 14,8 трлн т, мировые запасы разведанных углей — 1,5 трлн т, добыча превы- шает 4,5 млрд т, из них 1/5 приходится на бурые угли. В странах СНГ сосредоточена около 5,6 трлн т общих ресурсов (95 % при- ходится на Россию), в том числе 288 млрд т разведанных по ка- тегориям А+В+Сь добыча составляет около 700 млн т. Средняя цена 1 т угля — 46—51 долл.; цена антрацита почти в два раза выше, а бурого угля в 6—7 раз ниже. В странах СНГ с каждым годом растет объем добычи откры- тым способом. В связи с этим в отработку вовлекается значи- тельное количество оксидных каменных и бурых углей. Добытые угли подвергаются сортировке и обогащению для повышения в них содержания органической массы, брикетиро- ванию и подсушке. УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ Ископаемые угли залегают в виде пластов, пластообразных и линзовидных залежей, сложенных углем и неорганическими включениями и ограниченных почти параллельными поверхно- стями напластования пород почвы и кровли. Мощности пластов и залежей изменяются от п • 10 см и п • 10 м. Угольные пласты (залежи) по мощности (м) подразделяются на весьма тонкие (0,7), тонкие (0,71—1,2), средние (1,21—3,5), мощные (3,51—15,0) и весьма мощные ( 15). Мощность пласта считается ра- бочей, если она достаточна для его отработки. Каменные угли отра- батывают, начиная от 0,5—0,7 м мощности пласта, бурые — более 1,5—2 м. Размеры площадей непрерывного распространения уголь- ных пластов и залежей изменяются от п до п • 104 км2. Угольные пласты могут быть простого, сложного и очень сложного строения (рис. 6.24). В пластах простого строения отсутствуют породные прослои; сложные пласты включают небольшое число таких прослоев, а очень сложные представлены переслаиванием угольных слоев и породных прослоев. Прослои в угле представляют собой песча- но-глинистые и переходные по составу углистые породы. При значительной мощности породных прослоев, их выдер- жанности возможна селективная слоевая отработка угольных пластов. Подсчет запасов проводится по каждому пласту. 381
Рис. 6.24. Разрезы угольных пластов с простым (а), сложным (б) и очень сложным (в) строе- нием: 1 — аргиллиты; 2 — глинисто-алев- ритовые породы; 3 — углистые поро- ды; 4— слоистые глинисто-алевро- литовые породы; 5—тонштейны, сложенные каолинитом, гидрослю- дами, кварцем, углистым материа- лом; 6— уголь Для пластов и их частей сложного и очень сложного строе- ния, выделяемых в качестве самостоятельных объектов подсчета запасов и разработки, определяются мощности: общая — по сумме мощностей угольных слоев и внутрипластовых породных прослоев и полезная — по сумме мощностей, принятых в под- счет угольных слоев. Чаще всего внутрипластовые прослои угли- стые. В целом угленосная толща обычно газоносна. Выделяю- щийся при дегазации угольных пластов метан может быть ис- пользован для энергетических целей. Согласно Г.А. Иванову, в пластах угля выделяются конкрецион- ные включения пирита, сидерита, бобовой руды, а также известко- вые или торфо-доломитовые конкреции округлой («угольные шары»), неправильной («угольной почки») формы или в виде линз. В основании угольных пластов залегают аргиллиты или алев- ролиты, реже песчаники. Породы кровли, как правило, пред- ставлены песчаниками, глинистыми сланцами, известняками, мергелями, опоками, иногда каолинами. Эти породы можно ис- пользовать как попутное минеральное сырье для производства строительных материалов. 382
УГЛЕНОСНЫЙ БАССЕЙН Угленосный бассейн охватывает сотни и даже тысячи квад- ратных километров территории распространения одновозраст- ных угленосных образований, сформировавшихся в определен- ных, но общих для них, геотектоническом режиме, ландшафт- ных условиях и фациальной обстановке. Угленосные отложения такого бассейна характеризуются непрерывным или прерыви- стым распространением. Угленосные бассейны имеют площадные, близкие к изомет- ричным, или полосовые очертания. Они сложены различными уг- леносными формациями, характеризующимися суммарной мощ- ностью угольных пластов, коэффициентом угленосности и угле- плотностью. Коэффициент угленосности выражает отношение суммарной мощности пластов угля к общей мощности угленосных отложений. Углеплотностъ отражает запасы угля на 1 км2. Углеплотность (млн т) бассейнов переходного типа (параллического ряда) —3—11, в бассейнах складчатых областей — 2,5—170, в платформенных бассейнах — 1,3. В пределах угленосного бассейна выделяют угленосные рай- оны, а в них месторождения и шахтные поля, приуроченные к локальным структурам или отдельным элементам. По положению угленосных отложений относительно поверх- ности различают открытые, полуоткрытые и закрытые угленос- ные бассейны. В открытых бассейнах (Кузнецкий) вся площадь, занятая угленосными отложениями, выходит на дневную по- верхность. В полуоткрытых бассейнах (Донецкий, Карагандин- ский) на дневную поверхность выходит только часть угленосных отложений, остальные скрыты под более молодыми породами. В закрытых бассейнах (Челябинский и др.) угленосные образова- ния полностью перекрыты поздними отложениями. Структурное положение угленосных бассейнов приведено в модуле 3. СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАСОВ УГЛЕЙ Угленакопление, начавшееся в девонское время, протекало неравномерно. Согласно В.Н. Верещагину, на земном шаре мак- симумы проявились в пермокарбоне (37 % общих мировых запа- 383
сов), юре (14 %), мелу (19,5 %) и кайнозое (28,5 %). Перерыв в углеобразован ни отмечен в триасе. Иная картина стратиграфи- ческого распределения углей (%) представлена на территории стран СНГ. По А.К. Матвееву, на девон приходится 0,12; камен- ноугольный — 7,8; пермь — 37,5; триас —0,1; юру — 24,2; мел — 28,9 и кайнозойской — 1,5 %. Распределение запасов углей на территории стран СНГ не- равномерно. На европейской части стран СНГ и Кавказе нахо- дится 6,5 % общих запасов, на Урале — всего 0,1 %, в Казахста- не и Средней Азии — 2,1 %. Основные запасы сосредоточены в Западной и Восточной Сибири (88,2 %), остальные (3,1 %) при- ходятся на Дальний Восток. Основное значение на территории европейской части Рос- сии имеют следующие угленосные бассейны: каменноугольные Донецкий авлакогеновый, Подмосковный платформенного типа и пермский — Печорский. Важную роль играют Карагандин- ский (каменноугольный) и Кузнецкий (пермский) угольные бас- сейны. С мезозойскими угленосными формациями связаны бас- сейны платформенного типа: Канско-Ачинский, Иркутский, Южно-Якутский. В кайнозойскую эпоху угленакопления сформировались Юж- но-Уральский бассейн, обширные угленосные территории Сиби- ри и Дальнего Востока, относящиеся к платформенному типу. В пределах Корякско-Камчатской складчатой области и о-ва Саха- лин известны месторождения угля параллического типа. ОСНОВНЫЕ УГЛЕНОСНЫЕ БАССЕЙНЫ РОССИИ Ресурсы угля в России составляют 5326 млрд т. Основными угольными бассейнами являются: восточная часть Донецкого бассейна (С), Печорский (Р), Подмосковный (С), Кузнецкий (С-Р), Канско-Ачинский (J1-2), Иркутский (Jj_2), Южно-Якут- ский (J-Kj). Донецкий бассейн с геологическими запасами угля более 60 млрд т (промышленными 9 млрд т), в пределах России распро- страняется на территорию Ростовской области. Он представляет собой авлакогеновую структуру дислоцированных пластов угле- носных терригенных отложений карбона, тектонически услож- няющуюся с СЗ на ЮВ. Общая площадь бассейна 60 тыс км2, мощность каменноугольных отложений 2—4 км в СЗ его части и 384
до 15 км на ЮВ бассейна. Число рабочих пластов около 60, при мощности 0,55—2,5 м, строение их простое. Марки угля от Б и Д до А. Зольность углей — 10—20 %. Угли дефицитных марок Ж, К, ОС составляют 14 %, антрациты — 23 % от общих разведанных запасов. Содержание серы — 1,5—3,5 %, фосфора —до 0,01 %, теплота сгорания рабочего топлива — 18—20 МДж/кг. Угли легко-, среднеобогатимы, углеплотность до разведанной глуби- ны 1430 м — 3 млн т/км2. Разработка ведется шахтным способом, глубина большин- ства шахт 1 км, с проектной мощностью 0,6—4 млн т в год. Печорский бассейн с разведанными запасами угля 8,6 млрд т (промышленными — 1,3 млрд т) занимает территорию в 100 тыс. км2 (рис. 6.25), с углеплотностью — 0,6 млн т/км2 до глубины 1800 м. Он расположен на сочленении Восточно-Европейской платфор- мы с Уральским прогибом. Широко известны месторождения коксующихся углей Воркутское и Воргашорское (глубина разра- ботки 200—400 м). Угли бассейна гумусовые витринитовые, практически всех ма- рок, слагают 25 пластов (мощностью — до 4 м, зольно- стью — 10—30 %, с содержанием серы — 1 %) в нижней воркутской толще и 35 пластов (мощностью — до 8 м, зольностью — 25—40 %) в более молодой печорской толще угленосных отложений. Теплота сгорания (МДж/кг) каменных углей — 20—25, бурых — 15. В 1980-е годы добыча угля достигала 40 млн т, из них кок- сующихся — 20 млн т. Подмосковный бассейн бурых углей площадью 120 тыс. км2 расположен на западном крыле Московской синеклизы. Мощ- ность угленосных отложений — более 100 м, пластов — около 2 м. Зольность углей — 20—40 %, содержание серы — 2—5 %, влаж- ность — 30—40 %, теплота сгорания — 10 МДж/кг. В 1990-е годы отмечалось снижение уровня добычи и проис- ходила консервация ряда угольных шахт и разрезов. Кузнецкий бассейн площадью 27 тыс. км2 расположен на тер- ритории Кемеровской и Новосибирской областей (рис. 6.26). Он приурочен к межгорному прогибу. Угленосные отложения об- щей мощностью 5—7 км дислоцированы в системы складок, ос- ложненных разрывными нарушениями. Угли гумусовые витринитовые марок от Б и Д до А слагают 65 пластов, в основном простого строения, мощностью до 10—15 м, иногда до 30 м. Зольность углей — 10—15 %, серы — менее 1 %, 23 Ми I'o'i лн 385
Юньягинская Рх- 1,5 км Воркутская РЬ2 - 2 км Печорская Р2 - 3,5 км Серия Лекворкутская Интинская Сейдинская Тальбейская Свита Разрез Число । -~4 чО о рабочих о пластов СО *1.2 К
фосфора —до 0,1 %, теплота сгорания рабочего топлива около 30 МДж/кг. Разработка ведется открытым способом до глубины 210 м и подземным — в интервале 100—800 м. Объем добычи в нача- ле 1990-х годов составил 150 млн т, из них 40 % коксующегося угля. Канско-Ачинский бассейн бурых углей площадью 80 тыс. км2 с рабочей угленосностью 5—50 млн т/км2, мощностью угленос- ных отложений от 300 (на юге) до 1000 м (в наложенных впади- нах) распространяется на территории Красноярского края, Ке- меровской и Иркутской областей. Разведанные запасы 112 млрд т, промышленные 5,6 млрд т; добыча осуществляется открытым способом на разрезах Назаровском, Березовском и Бородин- ском. Угли гумусовые витринитовые в основном марки 2Б представ- лены 17 пластами мощностью от 2 до 100 м, зольность 4—12, со- держание серы 0,3 %, теплотворная способность 12—20 МДж/кг. Иркутский бассейн площадью 43 тыс. км2 с разведанными за- пасами 12 млрд т, по геолого-структурным, качественным и тех- нологическим параметрам имеет много общего с Канско-Ачин- ским бассейном, являясь как бы его продолжением на Восток. Наряду с бурыми углями в Иркутском бассейне распространены марки Д, Г и ГЖ. В начале 1990-х годов на разрезах Черемховского и Азейско- го месторождений добыча бурых и каменных углей для энерге- тических целей составляла 24 млн т в год. Южно-Якутский бассейн, расположенный на юге Сибирской платформы, имеет площадь 25 тыс. км2 с углеплотностью 2 млн т/км2 и включает Усмунский, Алдано-Чульманский, Гонамский и Токинский угленосные районы, приуроченные к мезозойским пологим впадинам. Разведанные запасы составляют 5,6 млрд т; промышленные запасы на широко известном Нерюнгринском месторождении — 0,3 млрд т; годовая добыча 17 млн т коксую- щегося угля. Рис. 6.25. Схема Печорского бассейна. По В.Ф. Череповскому и др. [4]. Отложения: 1 — доугленосные; 2—угленосные пермские; 3 — мезозойские; 4— граница между воркутской Р\^ и печорской Л сериями. Месторождения (цифры в кружках): 1 — Хальмерьюское и Паембойское; 2 — Верхнесырьягинское; 3 — Нижнесырьягинское; 4 — Юньягинское; 5 — Воркуте кое; 6 — Воргашорское; 7—Усинское; 8— Сейдинское; 9— Верхнероговское; 10— Интинское. Буквами Б, Д, Г и др. обозначены марки углей рггЛ- 387
Рис. 6.26. Схема Кузнецкого бассейна. По В.Ф. Череповскому и др. [4]. Отложения: 1 — доугленосные; 2 — угленосные карбона и перми; 3 — юрские угленосные; 4— граница между балахонской С|-Ри кольчугинской Л сериями. Марки углей обозначе- ны буквами Б, К, ОС, А и др. Угленосные районы (цифры в кружках): / — Анжерский; 2 — Кемеровский; 3 — Титовский; 4 — Завьяловский; 5—Бачатский, 6 — Прокопьев- ско-Киселевский; 7—Аралический; 8— Бунгуро-Чумьннский; 9—Кондомский; 10— Мрасский; 11 — Томь-Усинский; 72—Крапивенский; 13 — Плотниковский; 14 — Ле- нинский; /5 — Беловский; /6 — Ускатский; 17— Ерунаковский; 18— Байдаевский; 19— Осиновский; 20 — Терсинский
ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ Горючие сланцы представляют собой глинистые, песча- но-глинистые, известковистые, реже кремнистые образования, содержащие от 15 до 50 % органического вещества. Органиче- ская часть сланцев называется керогеном, состоящим из сапро- пелевого или гумусово-сапропелевого вещества. Обычно плот- ность сланцев изменяется от 1,26 до 2,77 г/см3; при содержании керогена 30—40 % она составляет 1,5—1,8 г/см3. Цвет коричне- вато-бурый, серый, реже черный или светло-желтый, текстура тонкослоистая, у выветрелых сланцев — листовая. По происхо- ждению и составу органического вещества горючие сланцы под- разделяются на гумусовые (углистые) и битуминозные. Гумусовые сланцы — это первичные сапропелевые и гумусо- во-сапропелевые болотно-озерные или морские образования, представленные углистыми аргиллитами и алевролитами. Битуминозные сланцы состоят из песчано-глинистых и кар- бонатных пород с диспергированным или вкрапленным в них битуминозным веществом. По составу выделяют нефтяные, ке- росиновые, асфальтовые и озокеритовые сланцы. Органическую часть горючих сланцев составляют (%): угле- род — 56—82; водород — 5—10; кислород — 10—40; азот — 0,2— 2,8; сера 0,1 — 11. При нагревании до 500 °C без доступа воздуха или до 1000 °C с доступом воздуха из органической части гене- рируется нефтеподобная смола (сланцевое масло) и горючий газ. Выход смолы Tskd и высшая удельная теплота сгорания Qsd служат основными критериями качественной оценки сланцев. Горючие сланцы используются как комплексное энергохи- мическое сырье, отличающееся от углей высокой зольностью и меньшей теплотой сгорания. Сланцы, имеющие теплоту сгора- ния больше 7,1 МДж/кг, служат энерго-технологическим топли- вом. Из них получают бытовой газ и различные химические продукты. Зола используется при производстве стройматериалов и для нужд агропрома. Прежде чем поступить к потребителю, добытые сланцы подвергаются грохочению и обогащению. Мировые ресурсы сланцев при содержании сланцевой смолы 10 % оцениваются п 1013 т, в России — 9,3 • 10й т. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ БАССЕЙНОВ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ Бассейны угольных сланцев, расположенные на европейской части стран СНГ, имеют большое промышленное значение. Здесь известны горючие сланцы ордовика (Прибалтийский бас- 389
сейн), юры (Поволжье) и палеогена (Карпаты). Площади непре- рывного сланцераспространения достигают п 104 км2. Прибалтийский бассейн горючих сланцев вытянут в широт- ном направлении, в его пределах выделяют сланценосные рай- оны: Эстонский, Сланцевский, Веймарнский, Лужско-Волосов- ский и Чудовский. Ордовикские отложения, представленные пологозалегающими доломитизированными известняками, мер- гелями, песчаниками и горючими сланцами, подразделяются на 14 горизонтов. Слои горючих сланцев приурочены к кукерскому горизонту, где они переслаиваются с известняками. Мощность слоев сланцев измеряется от л до 60 см, их число — от 5 до 16. Суммарная мощность от 0,7 до 3,3 м. Максимальные параметры сланценосности выявлены на месторождении Кохтла-Ярве в за- падной части бассейна. Зольность сланцев не превышает 50 %, теплота сгорания достигает 18 МДж/кг, выход смол на сырой сланец 20 %, на органическую массу около 70 %. Запасы слан- цев этого бассейна оцениваются более чем в 15 млрд т. По не- большой глубине залегания и меньшей обводненности для отра- ботки благоприятны эстонские месторождения. По особенностям геологического строения и горно-геологи- ческим условиям разработки угольные и сланцевые месторожде- ния соответствуют I, 2 и 3-й группам. К 1-й группе относятся месторождения с выдержанной, ко 2-й группе с относительно выдержанной и 3-й группе с невыдержанной морфологией пла- ста. Их разведка осуществляется скважинами по сети (м): 1 группы — для категории А (600—800) х (200—400); В (800—1200) х х (400—600); С| 2000 х 1000. На месторождениях 2-й группы рас- стояния сокращаются вдвое, для 3-й — еще в 1,5—2 раза. 6.3.2. Группа углеводородного сырья (нефть, газ и твердые битумы) Эту группу составляют: нефть, природный газ и твердые би- тумы. Нефть и газ принято называть углеводородными энерго- носителями, поскольку они наряду с углеродным сырьем явля- ются мобильным сырьевым продуктом для топливно-энергети- ческой и транспортной отраслей промышленности. Они вместе с природными битумами, являясь уникальным сырьем для син- теза большого множества разнообразных химических веществ, используются в нефте- и газо-химической промышленности. 390
Кроме того, твердые битумы находят применение в производст- ве материалов для дорожного покрытия. Мировая обеспеченность запасами составляет около 50 лет. В зависимости от величины извлекаемых запасов (нефти, млн т, газа, млрд м3) выделяются следующие группы месторож- дений: — уникальные — нефти 300, газа 500 — крупные — 30—300, 30—500 — средние — 10—30, 10—30 — мелкие — <10, <10 Нефть. Мировые геологические запасы нефти и конденсата оцениваются около 550 млрд т, из которых 150 млрд т являются извлекаемыми при среднем коэффициенте извлечения 25 %. Увеличение запасов в будущем до 220 млрд т возможно за счет повышения коэффициента извлечения до 40 %. По большинству экспертных оценок (со средней вероятностью 50 %), открытие и введение в эксплуатацию новых запасов нефти возможно в ко- личестве 150 млрд т. Начальные суммарные ресурсы нефти в России разведаны на 40 %. По объему неразведанных запасов она занимает первое место в мире. Добыча нефти в начале 2003 г. составляла (млн баррелей в сутки — 1 бар 159 л, 1 бар в сутки за год составляет ~ 50 т): в странах ОПЕК — 26,5 (в том числе в Саудовской Аравии — 9,4; Иране — 3,60; Ираке — 2,4; ОАЭ — 2,2; Кувейте — 1,95; Ли- вии — 1,35; Алжире — 1,1; Катаре — 1,75); в странах, не входя- щих в этот картель: США — 8,5; России — около 8; Мекси- ке — 3,29; Норвегии — 3,2; Венесуэле — около 3,0. Таким обра- зом, в 2007 г. добыча нефти и конденсата в России составит свыше 400 млн т, мировая — более 3,4 млрд т. Среднее значение цен на нефть за период 1986—1995 гг. 17,5 долл./бар. Цена в конце 1998 г. упала до рекордно низкого за последние 20 лет уровня — ниже 10 долл./бар. В 1999—2001 гг. она выросла до 30—33 долл./бар. Во второй половине 2001 г. произошло ее снижение до 17—23 долл./бар; в 2003 г. вновь по- высилась до 30—35 долл./бар; за 2006 г. средний уровень — 6 долл./бар. Газ. Мировые запасы природного газа составляют более 130 трлн м3, мировая добыча — более 2300 млрд м3. Обеспеченность запасами более 60 лет. По запасам газа Россия занимает первое место в мире (35 % общих запасов), Иран — второе, Объединен- ные Арабские Эмираты — третье. 391
Согласно Н.А. Крылову (1998), начальные суммарные ресур- сы газа в России превышают 50 % мировых, а 75 % разведанных запасов находятся в уникальных месторождениях. Неразведан- ные ресурсы газа в России сосредоточены на шельфах северных морей (33 %), в Западной Сибири (30 %) и Восточной (21 %). По добыче газа Россия занимает первое место (свыше 700 млрд м3, в перспективе предполагается увеличение добычи в 2010 г. до 655, а в 2020 г. — до 700 млрд м3), затем следуют США, Канада, Нидерланды, Алжир. Мировая цена природного трубопроводного газа составляет около 300 долл, за 1 тыс. м3 (БИКИ от 20.01.2007). Битумы. Запасы тяжелой нефти с плотностью от 0,96 до 0,93 и вязкостью более 1 Пз вследствие слабой изученности оценива- ются как значительные. Их эксплуатация требует применения специальных гидротермических методов. Запасы нефти в песках и сланцах очень значительные. В целом с учетом геологических запасов битумов мировая обеспеченность углеводородным сырь- ем увеличивается на несколько десятилетий. НЕФТЕГАЗОНОСНЫЕ БАССЕЙНЫ РОССИИ Основными нефтегазоносными осадочными бассейнами России являются: Западно-Сибирский (MZ, KZ), Карского моря (MZ), Волго-Камский (PZ), Предуральский (PZ), Прикас- пийский (PZ, MZ, KZ), Тимано-Печорский (PZ, MZ), Барен- цевский (PZ, MZ, KZ), Лено-Тунгусский (Rf, PZ), Енисей- ско-Хатангский (MZ, KZ), Вилюйский (PZ, MZ). Слабо изучены нефтегазоносные осадочные бассейны Севе- ро-Востока России — Охотский, Притихоокеанский. Западно-Сибирский бассейн. Поиски нефти и газа начались в 30-е годы прошлого столетия. Научной основой целесообразно- сти их проведения явилась гипотеза И.М. Губкина (1932), соглас- но которой мезозойские угленосные формации Урала простира- ются к центру Западно-Сибирского бассейна, где переходят в нефтеносные. Положительные результаты были получены лишь в 1953 г. открытием в западной части бассейна небольшого газово- го месторождения Берёзово, приуроченного к горизонтам юрских битуминозных глин. Затем в 1960 г. следует открытие в тех же го- ризонтах, но в юго-западной части бассейна, нефтяного месторо- ждения Шаимское. Развернувшиеся в дальнейшем широким фронтом поисково-разведочные работы привели к открытию 392
ряда крупных и уникальных месторождений: нефти — в южных и центральных районах бассейна (Самотлорское с запасами — 2,6 млрд т, Мамонтовское — 1,3 млрд т), газа и конденсата — в северных (самое крупное в мире Уренгойское — 7,5 трлн м3, Ям- бургское — 3,0 трлн м3, Юбилейное — 2 трлн м3 и др.). Общая площадь бассейна 3,2 млн км2; более половины ее по данным глубокого бурения оценивается перспективной на нефть и газ. Осадочная толща бассейна мощностью 2—6 км представ- лена в основном мезозойско-кайнозойскими глинами, играю- щими роль трансгрессивных покрышек, и многопластовыми слабосцементированными песчаниками — коллекторами с по- вышенной пористостью и проницаемостью. Кайнозойские отложения преобладают в арктических газо- вых зонах бассейна. Продуктивные залежи приурочены к верх- неюрским и меловым песчано-глинистым формациям. Юрская нефть в отличие от меловой более легкая (0,84), малосернистая, с высоким дебитом скважин (и -102 т/сут). Основные запасы нефти находятся в южных и центральных районах бассейна (Среднее Приобье), газа и конденсата — северных районах. Большая часть запасов нефти и газа сосредоточена в крупных и уникальных месторождениях. Месторождения в целом высоко- продуктивные с легко проницаемыми коллекторами, с преобла- данием легкой нефти, высококачественного в основном метано- вого газа. В юго-восточной части бассейна выявлены нефтегазовые за- лежи в девонских и каменноугольных карбонатных формациях. В бассейне открыто более 550 нефтегазовых месторождений; за время эксплуатации (с 1963 г.) добыто около 6,5 млрд т нефти и более 10 трлн м3 газа. Запасы Самотлорского месторождения выработаны более чем на 70 %. В бассейне Карского моря, являющемся продолжением на се- вер литолого-структурных разрезов Западно-Сибирского бассей- на, в 1989—1991 гг. открыты перспективные газовые месторож- дения Русановское и Ленинградское. В меловых терригенных отложениях, слагающих Скуратовский свод, в интервале глубин 1100—2350 м вскрыты многопластовые залежи газа. Волю-Камский и Предуральский бассейны образуют Вол- го-Уральскую нефтеносную провинцию, граничащую на юге с Прикаспийским, а на севере с Тимано-Печорским бассейнами. В этой провинции известно более 100 месторождений с общими запасами 6 млрд т нефти, большая часть которых уже отработана. 393
Поисковые работы, проводившиеся по инициативе И.М. Губ- кина, в 1929 г. привели к открытию в Предуральском прогибе Верхнечусовского месторождения нефти. Затем в 30-е годы в пермских рифовых известняках, перекрытых соленосными тол- щами, было открыто нефтяное месторождение Ишимбайское и др. В дальнейшем залежи нефти были обнаружены в карбоно- вых известняках и девонских песчаниках — коллекторах, пере- крытых глинистыми покрышками. В 1942 г. в пределах Татарского свода было открыто уникаль- ное Ромашкинское месторождение (рис. 6.27) с запасами нефти более 2 млрд т. Накопленная добыча превышает 1,7 млрд т; его запасы выработаны почти на 90 %. Другими крупными месторо- ждениями нефти этой провинции с запасами п • 108 т являются Туймазинское, Новоелховское, Арланское и др. В Мелекесской впадине на юге Татарского свода в пермских песчаниках содержится около 18 млрд т тяжелой нефти. Прикаспийский бассейн, сложенный соленосно-осадочной толщей мощностью 15—20 км, включает уникальное месторож- дение: газовое — Оренбургское, расположенное в зоне сочлене- ния Прикаспийской синеклизы и Предуральского прогиба, и серо- газоконденсатное Астраханское в западной части этой синекли- зы. Запасы газа в первом из них оцениваются в 2—3 трлн м3 при содержании сероводорода 13—45 %; во втором — 300 млрд м3 при содержании H2S 25 %. В Волгоградско-Оренбургской приразломной зоне на сводо- вом поднятии протяженностью 200 км при ширине 30—50 км в протерозой Lv+V+I Породы кристаллического /t-t t-t a... фу ндамента Рис. 6.27. Геологический разрез Волго-Уральской провинции. По А. Перродону 394
палеозойских терригенно-карбонатных формациях залегает Ка- рачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение (Казах- стан). Продуктивная площадь по изогипсам от —4600 м до —5400 м соответственно составляет 230 и 430 км2. В юго-восточ- ной части бассейна открыты два крупных нефтяных месторож- дения — Тенгизское и Королевское. Тимано-Печорский и Баренцевский бассейны. Первый из них известен своей нефтегазоносностью с 1930-х годов. После от- крытия в 60-е годы крупных месторождений Усинского и Вук- тыльского началось его интенсивное освоение, в результате чего было открыто более 160 месторождений (преимущественно неф- тяных); годовая добыча нефти и конденсата доведена до 16—10 млн т, газа — 10 млрд м3. Большинство месторождений многопластовые с высокой продуктивностью и преобладанием карбонатных коллекторов над терригенными. Продуктивная глубина от 130 до 4400 м. Приме- чательно, что на Ярегском месторождении тяжелой нефти при- менялся шахтный способ ее добычи. Баренцевский бассейн является продолжением разрезов Ти- мано-Печорского бассейна на шельфе Баренцева моря. В терри- генных и карбонатных формациях обнаружено семь газовых ме- сторождений, среди которых наиболее крупное Штокмановское газоконденсатное месторождение находится в западной части российской акватории (глубина моря около 300 м). Оно пред- ставлено четырьмя залежами метана в юрских песчаниках на глубинах 1800—2500 м от дна моря, с дебитами газа 350—470 тыс. м3/сут. Лено-Тунгусский, Енисейско-Хатангский и Вилюйский бассей- ны расположены в Восточной Сибири. Самым древним из них является Лено-Тунгусский бассейн с крупными нефтегазовыми месторождениями в Непско-Ботуо- бинском и других районах. Залежи нефти и газа локализованы в рифейских — нижнепалеозойских терригенных отложениях (рис. 6.28). Газы и нефть характеризуются высоким качеством. В Енисейско-Хатангском газодобывающем бассейне, распо- ложенном на севере Красноярского края, открыто десять газо- вых (Мессояхское и др.) и нефтегазовых месторождений, в том числе половина крупных (Пеляткинское и др.). Разработка зале- жей и газа направлена на газоснабжение Норильского промыш- ленного района. 395
a -1560 -1600 -1640 м б -1200 -1220 -1240 -1260 -1280 м EZT ЕЗ2 ЕЗ2 ЕЗ2 E3J S6 ЕЗ7ЕЗ* Рис. 6.28. Типы залежей Непско-Ботуобинекого нефтегазоносного района. По А.Э. Конторовичу и др. Коллекторы: /— нефтенасыщенные; 2 — газонасыщенные; 3 — водонасыщенные; 4— не- проницаемые участки; 5—глинисто-алевролитовые породы; 6 — стратиграфические несо- гласия; 7— кора выветривания фундамента; 8— кристаллический фундамент; месторожде- ния: а — Сред неботуоби некое; б— Тас-Юряхское; в — Дулисьминское; г— Иктехское; д — Иреляхское; е — Ярактинское
Вилюйский бассейн расположен в западной равнинной час- ти Республики Саха — Якутия. В него входят два нефтегазовых района — Вилюйский и частично Ботуобинский. В 1956 г. в ме- зосойско-пермских отложениях Вилюйской синеклизы открыто Усть-Вилюйское газовое месторождение. С 1966 г. ведется его разработка с подачей газа в Якутск. В Ботуобинеком районе из- вестно 20 месторождений. Морфология этих залежей приведена на рис. 6.28. Осадочные бассейны Охотский и Притихоокеанский. В Охот- ском бассейне выделяются перспективные нефтегазовые рай- оны: Охотско-Западно-Камчатский, Северо-Охотский и др. В Притихоокеанской российской части бассейна первоочередны- ми объектами для изучения их нефтегазоносности рекомендуют Анадырско-Наваринский и Беринговский районы. Нефтегазо- носность обоих бассейнов изучена крайне недостаточно для дос- товерной их оценки. Начальные суммарные ресурсы нефти и газа этих бассейнов оцениваются в 11 — 12 млрд т нефтяного эквивалента. Из них 59 % находятся в недрах Камчатки и сопредельных шельфов, 40 % — на территории и акваториях Чукотки (Ю.Н. Григоренко, 2000 г.), по другим оценкам суммарные начальные ресурсы со- ставляют 91 млн т нефти и 350 млрд м3 газа. В Притихоокеанском бассейне, его центральной части, на- ряду с российскими районами, в которых открыто четыре неф- тегазовых месторождения с суммарными извлекаемыми запаса- ми 3,3 млн т нефти и газа 6,9 млрд м3, выделяют нефтегазонос- ные бассейны Аляски и прилегающего шельфа с газонефтяным месторождением Пратко-Бей (геологические запасы 3 млрд т нефти, извлекаемые 1,3—1,8 млрд т) и нефтяным — Alpine. До- быча нефти на Аляске составляет 77,5—52 млн т, или 25—18 % суммарной добычи в США. Значительная часть добываемого на Аляске газа, после из- влечения жидких углеводородов, закачивается в пласт для уве- личения нефтеотдачи. Другая часть газа перерабатывается в жидкое топливо и экспортируется. Среди других объектов Дальнего Востока России заслужива- ет внимания Сахалинский нефтегазоносный район, в котором известны десятки месторождений. Первые нефтяные месторож- дения (Охинское и др.) разрабатывались в 1920-е годы. С конца 70-х годов следуют открытия нефтяных и нефтегазовых месторо- ждений на шельфе Сахалина (Лунское и др.). 397
6.3.3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. На какие марки подразделяются бурые и каменные угли? 2. Как подразделяются угольные пласты и какие в них возможны включения? 3. Каково значение коэффициента угленосности и понятия «угле- плотность»? 4. Как распределены запасы углей на территории России? 5. Что представляют собой горючие сланцы? Где они используются? 6. Перечислите основные нефтегазоносные осадочные бассейны России. 7. Перечислите виды полезных ископаемых углеводородной группы сырья. Приведите примеры уникальных месторождений по каждому виду. 8. В каких внесистемных единицах объема измеряется нефть? 6.4. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Назовите 4 главных фактора (признака), определяющих промыш- ленный тип месторождения. • Вид полезного ископаемого. • Условия его залегания. • Генезис. • Состав вмещающих пород. • Структурно-формационная принадлежность. • Стоимость полезного ископаемого. • Минеральный состав. • Технология переработки. 2. В каких странах сосредоточена основная доля мировых запасов: марганцевых руд, хромитовых руд? • Россия. • Казахстан. • Украина. • ЮАР. • США. 3. Какие промышленные типы месторождений железных руд характе- ризуются повышенным содержанием вредных примесей: 1) серы, 2) фосфо- ра, 3) хрома; полезных легирующих примесей: 1) титана, ванадия; 2) мар- ганца; 3) кобальта. • Кора выветривания. • Скарновые. • Карбонатитовые. • Осадочные. 398
• Магматические. 4. Какой полезный компонент содержат минералы группы хромшпине- лидов? • Железо. • Алюминий. • Хром. • Магний. 5. Выделите три парагенетические пары полезных компонентов из группы легирующих тугоплавких металлов V, W, Со, Mo, Ni, Ti. Укажите генезис месторождений ведущих промышленных типов выделенных пар. • Ликвационно-магматический. • Кристаллизационный магматический. • Скарновый. • Грейзеновый. • Гидротермальный плутоногенный. 6. Проведите разделение цветных металлов Си, Pb-Zn, Al, Sn, Sb-Hg на халькофильные и литофильные. Назовите основные промышленные типы их месторождений. • Скарновый. • Гидротермальный. • Кора выветривания. • Стратиформный. • Хемогенный. 7. Укажите основные промышленные типы уникальных месторожде- ний: 1) золота, 2) серебра, 3) платиноидов. • Ликвационно-магматический. • Вулканогенно-гидротермальный. • Метаморфогенный. • Россыпи. Приведите примеры этих месторождений: Витватерсранд, Сухой Лог, Дукат, Садбери, Многовершинное. 8. Укажите основные промышленные типы редкометалльных лито- фильных месторождений: 1) легких металлов (Li, Rb, Cs, Be, Sr); 2) тяже- лых (Nb, Ta, Zr, Hf, TR): • Альбититовые. • Гранитные пегматиты. • Россыпи. • Карбонатиты. • Рапа и рассолы. 9. Какие виды из группы редких металлов (Cd, Re,Se, Те, Tl, Ge, In) входят в качестве изоморфных примесей в следующие рудо-минеральные комплексы? 399
• Медно-никелевыс. • Медно-молибден-порфировыс. • Колчеданно-меднополиметаллическис. • Касситеритовые. • Бокситовые. • Вольфрамитовые. • Угольные. • Железо-марганцевые. 10. Укажите самые дорогие по стоимости металлы в следующих груп- пах: • Легирующих тугоплавких. • Цветных. • Драгоценных. • Редких халькофильных. • Редких литофильных. 11. Какой металл характеризуется минимальной потребностью и мак- симальной стоимостью? Составьте из приведенных ниже металлов убы- вающей но цене (стоимости) ряд. • Au, Pt, Ag, Li, Be, Cs, Rb, Ta, Nb, Zr, Y, Ce, Eu, Cd, Re, Se ,Tc, Ge, Tl, In, Ga, Sc, U. 12. К какому промышленному типу относятся Стрельцовское и Тулу- каевское месторождения урана? Укажите запасы урана в каждом из них. • Альбититовые. • Жильно-штокверковые. • Инфильтрационные. • Стратиформные. • Метаморфогенные. ♦ 40 тыс. т, 60 тыс. т. 13. В каких весовых единицах измеряются алмазы? • г, кг, карат, унциях. 14. Алмазы какой разновидности характеризуются непрозрачностью? • Борт, карбонадо, баллас. 15. С какими породами генетически связаны магматические экспло- зивные месторождения алмазов? • Граниты, риолиты. • Габбро, базальты. • Кимберлиты, лампроиты. 16. В каких регионах России известны месторождения алмазов? • Саха-Якутия, Архангельская область, Средний Урал. • Западная Сибирь, Московская область, Южный Урал. • Камчатка, Чукотка, Сахалин. 17. Какие два месторождения графита отрабатываются в России? • Ногинское, Тайгинское, Курейское, Завальевское. 400
18. Укажите месторождения слюд: 1) мусковита; 2) флогопита и вер- микулита: • Мамское, Ковдорское. 19. Назовите месторождения: 1) асбеста; 2) магнезита; 3) барита; 4) флюорита. • Саткинская группа, Баженовское, Кварцитовая Сопка, Напан- ское. Где они находятся? • Южный Урал, Сахалин, Зап. Забайкалье. 20. Укажите месторождения для каждого вида горно-химического и агрономического сырья. • Верхнекамское, Старобинское, Астраханское, Егорьевское, Ку- кисвумчор, Гаурдакское, Раздольское: — калийная соль, сульфаты натрия и магния; — серное сырье; — фосфатное сырье. 21. Какой вид неметаллического минерального сырья в России являет- ся остродефицитным? • Гипс и каолины, карбонатные и кремнистые породы, щелочные бентониты, песок, гравий, песчаники, кварциты, жильный кварцит, магматические и метаморфические породы. 22. Расшифруйте аббревиатуру технологических свойств углей (Wrt %; Tlafsk, %; Vdaf, %; Y, мм; Qdaf, МДж/кг). • По выходу летучих компонентов ( Д, Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, СС, ОС, Т). • По содержанию влаги (Б1, Б2, БЗ). Укажите, для каких углей (бу- рых, каменных, антрацита). 23. Укажите отличительные параметры горючих сланцев: а) битуми- нозных; б) гумусовых — от каменных углей. • Высокая зольность А^. • Низкая теплота сгорания Qdaf. • Высокий выход смол Т*^. 24. Укажите геологический (стратиграфический) возраст угленосных бассейнов: Донецкого, Печорского, Кузнецкого, Подмосковного, Кан- ско-Ачинского, Южно-Якутского, Иркутского. • Каменноугольный (С). • Пермский (Р). • С-Р, юрский (J), К — меловой. 25. Чему равен баррель нефти? • 159 кг. • 159 л. • 159 дм3. 26 м 401
26. Назовите самый крупный нефтегазоносный осадочный бассейн в России? • Волго-Камский и Предуральский; Тимано-Печорский и Барен- цевский. • Западно-Сибирский; Лено-Тунгусский, Енисейско-Хатангский и Вилюйский; Охотский и Притихоокеанический. Какие из них изучены крайне недостаточно для достоверной оценки? 27. Сколько составит 1 баррель добычи нефти в сутки за год? • 50 т. • 50 м3.
Часть V ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ МОДУЛЬ 7. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ В данном модуле кратко рассматриваются основы инженер- ной геологии. Инженерная геология как часть дисциплины «Гео- логия» изучает геолого-геофизические особенности и динамику отдельных участков земной коры, являющихся объектами нед- ропользования. В процессе инженерно-геологических исследований опреде- ляется комплексная оценка природных, а также антропоген- но-техногенных факторов, связанных с инженерной деятельно- стью человека. С учетом этой оценки осуществляют проектиро- вание, строительство и эксплуатацию объектов недропользова- ния и других сооружений различного назначения. Согласно П.Н. Панюкову [15], выделяются три основных раздела инженерной геологии: инженерная петрография, инже- нерная геология массивов горных пород и инженерная геотектони- ка — геодинамика. На первых порах развития технической цивилизации знания инженерной геологии были востребованы в дорожном строи- тельстве, при сооружении туннелей, фундаментов зданий и дру- гих сооружений. В этой связи из прикладной механики выде- лился раздел «Механика грунтов», который, в свою очередь, на геологической основе знаний стал одним из трех основных раз- делов инженерной геологии — «Грунтоведение». Грунтоведение, или инженерная петрография, исследует со- став, структурные и физико-механические свойства различных типов горных пород при воздействии на них инженерных работ и сооружений. Другой раздел «инженерная геология массивов горных пород», тесно связанный с недропользованием, освещает вопросы инже- нерно-геологической типизации физико-механических свойств 2(>* 403
этих массивов. Он по существу является горнопромышленной инженерной геологией, выделяемой А.М. Гальпериным и соав- торами [3], по аналогии с горнопромышленной геологией [6] и геолого-промышленной гидрогеологией. Наиболее тесно связан с геологическими процессами и гео- экологией раздел инженерная геотектоника — геодинамика, в ко- тором рассматриваются обстановки недропользования и гор- но-геологические явления при разведке месторождений полез- ных ископаемых. Изучением пространственных закономерностей изменчиво- сти инженерно-геологических условий, проявленных на терри- тории крупной тектонической структуры (региона), занимается региональная инженерная геология. На ее основе осуществляется инженерно-геологическое районирование территории России. Структура модуля 7.1. ИНЖЕНЕРНАЯ ПЕТРОГРАФИЯ В отличие от общей петрографии, изучающей химический и минеральный состав горных пород, их структурные и текстур- ные особенности, форму и условия залегания слагаемых тел и по совокупности этих характеристик — генезис, основной зада- 404
чей инженерной петрографии, согласно П.Н. Панюкову [15], являются исследования свойств горных пород и тех факторов, от которых они зависят. Следовательно, кроме перечисленных, так называемых фак- ториальных геол ого-генетических характеристик, программой инженерной петрографии предусматривается изучение дополни- тельных водно-физических, физико-механических и горнотех- нических характеристик пород и техногенных отложений. Эти характеристики необходимо учитывать при принятии проектных решений и последующем сооружении и эксплуатации объектов недропользования. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ИНЖЕНЕРНОЙ ПЕТРОГРАФИИ В инженерной геологии и соответственно в справочниках по нормам инженерного проектирования (СНИПах) принято ссы- латься на инженерно-геологическую классификацию горных по- род, разработанную Ф.П. Сваренским. В ней горные породы подразделяют по генезису и физическому состоянию. В общем виде классификация пород по генезису близка к той, которая приведена в разделе «Петрографический состав Земли» (Модуль 1). По физическому состоянию Ф.П. Сваренский и В.Д. Ломтадзе выделяют 5 групп горных пород: — твердые (скальные); — относительно твердые (полускальные); — рыхлые несвязные; — мягкие связные; — особенные по состоянию и свойствам. Из этих групп по водно-физическим и прочностным свойст- вам отчетливо обособлены твердые и полутвердые горные поро- ды (табл. 7.1). Остальные рассмотрены в единой группе терри- генных горных пород (табл. 7.2). В данном разделе остается неизменной классификация маг- матической группы пород (см. табл. 7.1). В осадочной группе терригенные породы подразделяются на обломочно-цементированные и глинистые породы и раздель- но-обломочные (гранулометрические обособленные). Дополни- тельно в осадочную группу включены породы с многолетней мерзлотой и техногенные породные образования. 405
Табл ица 7.1 Физические и прочностные свойства массивных горных пород Наименования горных пород Плотность, 103 кг/м3 Порис- тость, % Сопротивление Коэффи- циент кре- пости,/^ сжатию, осж, МПа разрыву (Qp, МПа), °р/СТсж Магматические Интрузивные: Гранит, гранодиорит 2,57-2,69 1,8-3,2 120-140 0,02-0,04 >10 Диорит 2,8 2,9 140-280 Габбро 2,95 1,3-1,6 190-320 Пироксенит 3,19 2,5 180 Сиенит нефелиновый 2,66 100-220 Субвулканические: Порфировые граниты 2,6 2,5 80-280 0,02-0,04 >10 Порфириты 2,54 2,6 190-320 Эф< )узивные: Липарит 2,35 1-10 80-260 0,02-0,04 >10 Базальт 2,79 90-460 Метаморфические Гнейс 2,63-3,07 От 1-2 до 3—5 80-220 0,02-0,08 >5 Кварциты 2,6 160-400 Сланцы 2,4-3,0 20-60 Мраморы 2,7 60-140 Осадочные (плотные) Известняки 2,6-2,7 10-35 65-95 <0,2 2-4 Доломиты 2,6-2,8 120-130 Кремнистые 2,5-2,6 3-5 140-240 Галогеновые 1,9-2,3 4,6-5,5 20-30 Угленосные 1,08-1,34 <60 10-23 Метаморфические породы классифицируются по фациям метаморфизма и геологическим формациям, (см. табл. 2.8). В итоге в инженерной петрографии изучают водно-физиче- ские и механические (прочностные) свойства обособленных групп горных пород: твердых, раздельно-зернистых, мерзлых и техногенных. 406
Таблица 7.2 Водно-физические и прочностные свойства терригенных горных пород По А. М. Гальперину [3], с добавлениями автора Наиме- нование пород Водно-физические параметры Прочностные показатели плот- ность 103 кг/м3 порис- тость от- крытая, % коэффи- циент фильтра- ции К, м/сут угол внутрен- него тре- ния <р сжимае- мость сцепле- ние С, МПа коэффи- циент крепости А Глинистые породы (связные) Плот- ные 1,9-2,1 20-30 0,001 16-35 Слабая- средняя 0,04— 0,15 1,5 Сред- неплот- ные 1,5-1,9 30-60 0,001 — 0,01 14-23 Средние и силь- но сжа- тые 0,02- 0,05 0,3-0,8 Неуп- лотнен- ные 1,2-1,5 60-70 0,01- 0,1 <10 Рыхлые текучие <0,005 0,3 Раздельно-обломочные (несвязные) Крупно грубо- обло- мочные >1,9 <40 50-100 30-45 Без со- трясе- ния несжи- маемые мини- маль- ное 1,0-1,5 Песча- ные 1,4-1,9 25-40 20-35 20-35 Сжи- маемые 0,5-0,8 Динамически неустойчивые породы При- родные Пески-плывуны, песчаные и глинистые илы, сапропели, сланцы и со- левые рассолы, мерзлотные образования Техно- генные образо- вания Технологические отвалы, насыпи, свалки бытовых отходов ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД Пористость—пустотность Водно-физические свойства горных пород обусловлены пре- жде всего их структурой и текстурой. В отличие от ранее рас- смотренных понятий (см. раздел 1.2) структура и текстура пород определяются (характеризуются) не только формой, размерами и 407
пространственной ориентировкой минеральных образований их аг- регатов, но и наличием порово-трещинного пространства, или пустотности. На рис. 7.1 изображена схема связи порово-трещинного про- странства и минерального каркаса с субстратом, а также соотно- шение различных видов пористости—пустотности. Согласно П.Н. Панюкову [15], выделяют следующие типы пустотности: — межминеральную (характерную для кристаллических пород); — пузырчатую (амигдалоидных эффузивов); — межзерновую, или межгранулярную (свойственную для раздельно зернистых пород). Кроме того, пустотность может быть связана с тектониче- ской и контракционной трещиноватостью или образована вследствие процессов выщелачивания, растворения и физи- ко-механического выветривания. Возможно также проявление двух и более указанных типов пустотности. По твердым кристаллическим породам обычно развиты трещиноватость, а по карбонатным, кроме того, пусто- ты выщелачивания. Трещиноватость обычно меньше значений пористости; составляет менее 1 %, достигая иногда до 5 %. Как видно на рис. 7.1, различают пористость: общую, откры- тую и замкнутую. Рис. 7.1. Структурная схема связи различных видов пористости 408
Общая пористость исследуемого субстрата (вещества) пред- ставляет собой суммарный объем всех пустот независимо от их формы, размеров и взаимного расположения. Ее также называ- ют полной, или абсолютной, пористостью. Она коррелирует с плотностью горных пород и определяется из значений удельной и объемной масс субстрата (минералов, пород, руд). Плотность минералов и горных пород была рассмотрена соответственно в разделах 1.1 (табл. 1.2) и 5.1 («Определение ис- ходных данных к подсчету запасов»). Значения средней плотно- сти для различных групп и видов горных пород приведены в табл. 7.1 и 7.2. Открытая, или насыщенная, пористость, отвечает принципу сообщающихся сосудов — пор и пустот. С ними связаны водо- обильность и нефтегазоностность. Применительно к движению по ним жидкостей и газов различают также эффективную (ак- тивную), или динамическую, пористость, которая в отличие от открытой пористости учитывает сорбцию пород. Эффективная пористость исключает из открытой пористости ту часть пространства в порах, которая занята физически свя- занной водой, а также учитывает сорбцию пород для рассматри- ваемого компонента раствора, замедляющую скорость его пере- мещения. Замкнутая, или закрытая, пористость не имеет сообщаю- щейся связи пор и пустот. Она определяется как разность между общей и открытой пористостью. По размеру пор округлой формы пористость подразделяют на: — удельнокапиллярную (0,0002—1,0 мм); — суперкапиллярную (> 1,0 мм); — субкапиллярную (<0,0002 мм). При размере пор от капиллярных до размеров, превышаю- щих объем элементарной ячейки кристаллической структуры минералов в 100 раз, выделяют микропористость. Согласно А.М. Гальперину [3], в зависимости от величины по- ристости п (%) горные породы подразделяют на низкопористые (л < 5), среднепористые (л = 5-^20) и высокопористые (л = > 20). Следует напомнить, что л = Vn 100 %/V, где Ил —суммарный объем пор в исследуемом образе; И—его общий объем. Общая средняя пористость пород (в %) находится в преде- лах: в интрузивных породах — 1,3 —3,2; эффузивных — 1 — 10; метаморфических — 1—5; кремнистых — 0,1—5; карбонатных и кремнисто-карбонатных — 10—35, угленосных — до 40; тор- фах — 60—90 %. 409
Величина трещинной пустотности для твердых пород с меж- минеральной пузырчатой пористостью зависит от тектониче- ской напряженности пород и степени их выветривания, дости- гая иногда 10—20 %. Водные параметры горных пород К водным параметрам относятся: — в группе твердых (массивных) пород (см. табл.7.1) — водо- проницаемость и водоупорность (водонепроницаемость); — в группе терригенных и выветрелых пород (см. табл. 7.2) — величина (коэффициент) фильтрации. Водопроницаемость определяет свойства горных пород про- пускать воду по имеющимся трещинам, порам и другим пусто- там. Из перечня твердых горных пород, приведенных в табл. 7.1, таким свойством обладают кремнистые породы, а также угле- носные образования. Практическое отсутствие водопроницаемости при напорных природных градиентах характеризует горные породы как водоне- проницаемые, или водоупорные. К ним относят массивные интру- зивные и метаморфические породы, легко растворимые галоген- ные минеральные комплексы, глины, массивные известняки и другие. Однако при наличии трещиноватости в твердых (мас- сивных) породах может проявляться полунепроницаемость и ино- гда даже водопроницаемость. По мере возрастания трещиноватости и степени выветрива- ния водопроницаемость в породах этой группы приобретает зна- чение эффекта фильтрации. Фильтрация в инженерной геологии рассматривается как движение жидкостей и газов в пустотной среде горных пород и техногенных образований. Скорость фильтрации V определяется объемным протеканием (расходом) жидкости или газов через единицу площади (м3/м2) поперечного сечения фильтрующей породы. Ее значение прямо пропорционально градиенту давле- ния проницаемости горных пород и обратно пропорционально вязкости фильтрующей жидкости. При напорном градиенте, равным единице, скорость фильт- рации (м/сут или см/сек) выражается коэффициентом фильтра- ции, или водопроницаемости. Малые сечения пустотных каналов и чрезвычайно большие значения поверхности и шероховатости (неровности) их стенок и вязкости жидкости вызывают силы трения несмотря на край- не малые скорости движения жидкости. 410
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Основным механическим свойством горных пород является прочность, обусловленная их сопротивлением деформациям. Этот вопрос рассмотрен в модуле 1 в контексте понятия о ло- кальных продуктивных структурах. Наибольшее сопротивление твердые горные породы оказы- вают сжимающим нагрузкам, вызывающим сколовые трещины. Сжимание горных пород — способность (свойство) горных по- род уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки; в частности давать осадку при воздействии инженерных сооруже- ний. Величина и скорость осадки зависят от величины нагрузки, водонасыщенности пород, типов и размеров в них пустотности. Как видно на табл. 7.1, большое сопротивление сжатию ока- зывают магматические, в особенности интрузивные и метамор- фические, породы. Меньшей прочностью характеризуются уплот- ненные и сцементированные осадочные обломочные породы. Разрушение горных пород при неупругих деформациях про- исходит в форме сдвига и отрыва. Сопротивление сдвигу харак- теризуется величиной угла внутреннего трения ср, отрыву — ве- личиной сцепления С. Угол внутреннего трения — угол прямолинейной части диа- граммы, показывающей зависимость сопротивления горных по- род к сдвигу. Он является показателем сил трения в горных по- родах, возникающих при явлениях сдвига. При повышении значения <р возрастает сопротивление поро- ды сжатию (уплотнению). В отличие от седиментации и последующего уплотнения осадков, связанного с геологическими процессами (диагенезом и категенезом), в инженерной геологии рассматривается поня- тие уплотнение горных пород. Оно отражает повышение их плот- ности за счет уменьшения пористости под воздействием внеш- них нагрузок. С увеличением плотности повышается несущая способность горных пород, уменьшаются фильтрация и водопо- глощение. Деформация сжатия сыпучих пород, в которых давление пе- редается дискретно через микроконтакты отдельных минераль- ных частиц, в основном носит неупругий характер. При этом происходит уплотнение породы за счет перегруппировки ее час- тиц. Упругая деформация сжатия связана с деформацией мине- ральных зерен и их агрегатов, слагающих горную породу. 411
Сцепление — взаимное притяжение частиц пород, вызывае- мое действием сил структурных связей — молекулярных, цемен- тационных, кристаллических и других. Сцепление и угол внутреннего трения при прочих равных условиях зависят от гранулометрического состава. 7.2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД В инженерной геологии массивы горных пород рассматрива- ются как локальные структурно-обособленные тела определен- ного вещественного состава, с характерными для них внутрен- ним строением, водно-физическими и механическими свойства- ми. Эти факторы определяют горнотехнические и гидрогеологи- ческие условия возведения и эксплуатации инженерных соору- жений, связанных с недропользованием. Подразделение массивов горных пород применительно к ин- женерной геологии является упрощенным подобием тектониче- ской классификации. В ряде работ [2, 3, 15] оно сводится к выде- лению типов массивов по тектоническим условиям, отражающим геосинклинальную концепцию. В этой связи следует заметить, что геосинклинальные (фиксистские) модели, так же как и плейт, — тектонические (мобилистские), справедливы для тектонически стабильных участков земной коры (платформ, щитов, срединных массивов) и не убедительны для активных подвижных областей. Независимо от подходов (фиксистских или мобилистских) к подразделению массивов полевые и лабораторные методы изуче- ния инженерно-геологических и гидрогеологических условий, свойств горных пород, их факториальных признаков остаются во многом общими. Принципиально отличительным является реше- ние вопросов инженерной геодинамики на основе мобилистских моделей. Наиболее важные из них рассматриваются в следующем разделе. Полевые и лабораторные исследования взаимно допол- няют и контролируют их результаты. Так, например, физико-ме- ханические свойства горных пород, полученные при непосредст- венном изучении массива, могут значительно отличаться от тако- вых в испытуемых образцах, отобранных из этого массива. Это объясняется прежде всего дискретной неоднородностью и анизотропностью массива, сравнительно малыми размерами образцов, избирательностью и несовершенством способа их от- бора, обусловливающих в целом условную представительность 412
испытуемых образцов. Кроме того, в образцах возникает изме- нение свойств пород массива, связанных с так называемым эф- фектом разгрузки и внешним воздействием обретенной окру- жающей среды. Эффект разгрузки выражается изменением прочностных свойств образцов пород и ориентировки осей деформации, по- скольку нагрузки, создаваемые в лабораторных условиях, не то- ждественны натурным. В общем виде этот вопрос рассмотрен в разделе (см. рис. 1.9); профессионально освещен в контексте специального инженерно-геологического образования [3, 15]. 7.3. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОТЕКТОНИКА И ГЕОДИНАМИКА СОВРЕМЕННЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ЗАДАЧИ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОТЕКТОНИКИ-ГЕОДИНАМИКИ Прежде чем осмысленно рассмотреть данный вопрос, следу- ет определить свое отношение к понятиям геотектоника и гео- динамика применительно к инженерной геологии. Геотектоника — наука о строении Земли в связи с ее общим направленным развитием. Она изучает структуры верхней обо- лочки Земли (земной коры и верхней мантии), их движение и развитие во времени и пространстве. Геодинамика — наука о процессах, протекающих в системе «Земля», и силовых (энергетических) полях, связанных с ними. Выделяют раздельно динамику: ядра, мантии, литосферы, гид- росферы, атмосферы, околоземного космического пространства, а также — техногенную, обусловленную инженерной деятельно- стью человека и охраной природы. Инженерная геотектоника имеет важное прикладное значе- ние в недропользовании, а также при изысканиях, связанных со строительством, эксплуатацией, консервацией и ликвидацией различных инженерных сооружений. Рассматриваемые в ней во- просы тесно связаны с инженерной геодинамикой, сейсмологи- ей, геофизикой, инженерной геодезией. По мнению С.А. Несмеянова [14], становление инженерной геотектоники и ее широкое внедрение в инженерно-геологиче- ских изысканиях наблюдаются только в последние десятилетия и еще не нашли должного отражения в научной и норматив- но-методической литературе. Основными современными на- 413
правлениями применения инженерной геотектоники в этих изысканиях являются: — инженерно-геологическое районирование и инженерная защита территорий зданий и сооружений; — геолого-геофизические изучения разрывных нарушений; — уточнение исходной сейсмичности и сейсмическое микро- районирование; — геолого-геоморфологическое изучение активных структур дистанционными и геодезическими методами; — изучение скальных массивов для оценки устойчивости со- оружений инфраструктуры; — изучение микро-деформаций при строительстве и для обеспечения безаварийного функционирования важных преци- зионных сооружений. Выделяют несколько типов прецизионных инженерных со- оружений с высокими требованиями к микро-деформациям по- род основания [14]: — высокоточные технологические линии; — линейные и кольцевые ускорители заряженных частиц; — радиоактивные, лазерные и др. комплексы; — объекты запуска различных космических аппаратов. Предельно допустимые величины деформации пород осно- вания для этих сооружений — от 0,001 мм до десятых доли мм. Помимо перечисленных направлений С.А. Несмеянов ука- зывает на необходимость совершенствования специализирован- ных инженерно-технических исследований в связи с интенси- фикацией и всевозрастающим увеличением объемов недрополь- зования. Первоочередными из них по важности являются те, ко- торые способствуют решению следующих проблем: — выявлению микросейсмических структур, с которыми свя- заны горные удары и техногенные микросейсмические очаги, возникающие в пределах или вблизи инженерного сооружения; — выявлению тектонических деформаций в пределах соору- жения, вызванных разгрузкой геостатических и техногенных на- пряжений. Геодинамическая обстановка производства горных работ Производство горных работ осуществляется в верхней части земной коры, в осадочном и гранитно-метаморфическом слоях. Однако на специфику производства оказывают воздействие 414
энергетические поля литосферы в целом, т.е. земной коры и верхней мантии. В общем виде с позиций плейт- и плюм-тектоники геодина- мические обстановки указаны в разделе 2.3. Здесь уместно до- полнить, как кора, так и мантия расслоены на отдельные пла- стины с индивидуальными химико-физическими и реологиче- скими (способность к текучести) свойствами. Помимо собствен- ного движения литосферных плит по астеносферному слою в них самих могут происходить срывы — перемещение пластин в горизонтальном направлении по тектоническим разделам. При этом образуются коровые или мантийные аллохтоны, тектони- ческие пластины, чешуи, шарьяжи или покровы. Иногда глубинные аллохтоны (офиолиты) или породы гра- нитно-метаморфического слоя перекрывают более молодые об- разования осадочной оболочки, создавая, таким образом, слож- ные по строению тектонические ансамбли [17]. Горные работы большей частью направлены на разведку и освоение месторождений полезных ископаемых. По мнению Ю.М. Пущаровского, уникальные из них связаны с нелинейны- ми геодинамическими процессами. Эффекты нелинейной гео- динамики объясняют специфическим режимом глубинных теп- ломассопотоков, их энергетикой. Последняя отражает неравно- весные состояния энергетических и геодинамических свойств геосфер как по вертикали, так и по латерали. Инженерная геодинамика по существу занимается изучени- ем тех геологических и техногенных процессов и явлений, кото- рые связаны со строительством и эксплуатацией как объектов недропользования, так и других инженерных сооружений, а так- же с хозяйственным использованием территории. Геологические процессы, приведенные в табл. 2.1, могут быть не только рудообразующими, но и быть объектом изучения в инженерной геологии. В основном это относится к процессам, связанным с динамикой литосферы, гидросферы и деятельно- стью человека. На объектах недропользования к негативным явлениям, вы- званным этими процессами, относятся: просадка, усадка, оседа- ние, заболачивание, затопление и подтопление территории, карст и термокарст, плывуны, оползни, обвалы, морозное пуче- ние, разуплотнение, сейсмические деформации и сдвижение горных пород и т.д. Динамика этих процессов и явлений, мето- ды их изучения, оценки, прогнозы, предотвращение или мини- мизация их негативного воздействия применительно к инженер- 415
ной геологии на прикладном узкопрофессиональном уровне рассматриваются в специальной литературе [3,8,15]. Авторы этих публикаций инженерную геодинамику не отожде- ствляют с инженерной геотектоникой. В инженерной геодинамике они рассматривают современные геодинамические процессы и горно-геологические явления, возникающие в массивах горных пород при функционировании объектов недропользования. Горно-геологические явления при освоении месторождений полезных ископаемых Геологические процессы во взаимодействии с горно-техно- логическими условиями недропользования в целом и особенно- сти освоения месторождений полезных ископаемых обусловли- вают применительно к инженерной геологии горно-геологические явления. Геологические процессы, ранее рассматривавшиеся в качестве рудообразующих (см. табл. 2.1), в данном контексте ха- рактеризуют геологическую среду объектов недропользования. Горно-геологические условия определяются спецификой недро- пользования: прежде всего его назначением, например, если это месторождение полезных ископаемых, то его промышленным типом, способом отработки и вскрытия, системами и технологи- ей разработки запасов полезных ископаемых. Возникающий при этом техногенез инициирует обострение протекания разруши- тельных геологических процессов, рассматриваемых в совокуп- ности с ним как горно-геологические явления, составляющие основу инженерной геодинамики. По П.Н. Панюкову [15], горно-геологические явления представ- ляют собой результат взаимодействия горных выработок и массивов пород (геологической среды — автор). В этой связи с учетом про- гноза возможных горно-геологических явлений предусматривают мероприятия по их предупреждению или минимизации. Как известно, освоению месторождений полезных ископае- мых предшествуют геологоразведочные работы, которые могут продолжаться и в период эксплуатации месторождения (см. раз- дел 4.1). Проведение этих работ сопровождается горно-геологи- ческими явлениями, которые находят отражение в предпроект- ных технико-экономических (ТЭ) соображениях, ТЭ обоснова- ниях кондиций, ТЭ докладах, а также в проектных заданиях и локальных проектах. Горно-геологические явления, отслеженные при проведении разведочных работ с поверхности, идентифицируются с таковы- 416
ми, возникающими при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. При этом учитывают особенности вскрытия и технологию разработки, глубину карьера, первой и последующих очередей, генеральные углы заложения отко- сов — бортов карьера, углы и ширину берм — уступов, инженер- но-геологические и гидрогеологические условия. Горно-геологические явления при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом характеризуют де- формации, возникающие в массивах горных пород. Доминирую- щая по масштабу проявлений деформация сдвижения горных по- род начинает проявляться с момента вскрытия месторождения, достигая наибольших значений в процессе его эксплуатации. Деформации, образующие зоны обрушения, повышенной трещиноватости и плавных сдвижений, могут длительно продол- жаться и после завершения горных работ на объекте недрополь- зования. К другим горно-геологическим явлениям деформации мас- сивов относят: — вдавливание или пучение пород, почвы и стенок горных выработок; — внезапные горные удары, возникающие при проходке вы- работок в высокопрочных тектонически напряженных массивах; — деформацию массивов в результате глубокого водопони- жения и развития депрессионной воронки, в которой происхо- дят депрессионное уплотнение горных пород и увеличение их прочности за счет потери поровой воды. Наибольшее негативное воздействие на экологию оказывают деформации породных отвалов, возникающих при отработке угольных и соленосных месторождений. 7.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Что изучает инженерная геология? 2. Какие выделяют разделы в инженерной геологии? 3. Чем отличается инженерная петрография от общей петрографии? 4. Перечислите физические прочностные свойства горных пород. 5. Нарисуйте схему связи минерально-породного каркаса с видами пористости—пустотности. 6. Перечислите водные параметры горных пород. Что они опреде- ляют? 7. Какую роль играют в инженерной геологии сжимаемость и уп- лотнение горных пород? 8. Чем характеризуются сопротивления горных пород сдвигу и отрыву? 27 Ми ПО'Г ин 417
7.5. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Близким аналогом раздела «Грунтоведение» — это раздел: • Инженерная геология массивов горных пород. • Инженерная петрография. • Инженерная геотектоника-геодинамика. 2. Прочностное свойство массивных гонных пород — это: • Плотность. • Пористость. • Попротивление сжатию и на разрыв. 3. Водно-физические свойства терригенных горных пород — это: • Угол внутреннего трения, сцепление. • Пористость, коэффициент фильтрации. • Сжимаемость, коэффициент крепости. 4. Какой вид пористости учитывает сорбцию пород? • Общая. • Открытая. • Активная. • Замкнутая. • Пассивная. 5. Укажите два типа прецизионных инженерных сооружений с высоки- ми требованиями к микродеформациям пород основания: • Капитальные сооружения объектов недропользования. • Стационарные атомные реакторы. • Здания и сооружения социально-культурного и др. назначения. • Радиоактивные и лазерные комплексы. 6. Эффект разгрузки — это: • Влияний воздействий лабораторной среды. • Изменение прочностных свойств образцов пород и ориентировки осей деформации. • Дискретная неоднородность и анизотропность массива горных пород. 7. Эффекты (процессы) нелинейной геодинамики можно объяснить: • Физико-химическими свойствами гранитно-метаморфического слоя земной коры. • Специфическим режимом глубинных тепломассопотоков, их энергетикой. • С позиций геосинклинальной концепции. 8. Горно-геологические явления представляют собой: • Природные процессы, протекающие в геологической среде. • Результат взаимодействия геологических процессов с горно-тех- нологическими условиями недропользования. 418
• Горно-технологические условия отработки месторождений полез- ных ископаемых. 9. Доминирующие по масштабу проявления деформации масси- вов — это: • Депрессионное уплотнение горных пород. • Сдвижение горных пород. • Внезапные горные удары. МОДУЛЬ 8. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ Содержание заключительного модуля, как и предыдущего, отвечает государственному образовательному стандарту в кон- тексте дисциплины «Геология» по направлениям «Технология геологической разведки» и «Горное дело». При его изучении ре- комендуется возвращаться к материалу, освещающему природу, состав водных растворов, причины и пути их движения, роль в образовании постмагматических (блок 3.2) и осадочных место- рождений полезных ископаемых (блок 3.5). Структура модуля 419
8.1. ИНФОРМАЦИОННО-ПОНЯТИЙНЫЙ БЛОК СТРУКТУРА И ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИИ Гидрогеология, являясь прикладной отраслью геологии внут- риземных (подземных) вод, изучает их происхождение, условия залегания, физико-химические свойства, режим движения, связь со структурно-формационными комплексами, и в конеч- ном счете, практическую значимость этих вод. Столь сложные и важные вопросы обусловили ее разветвле- ние на следующие разделы: — общая гидрогеология; — динамика подземных вод, или гидрогеодинамика; — гидрогеохимия; — региональная гидрогеология; — гидрогеология объектов недропользования. Общая гидрогеология изучает происхождение, состав, строе- ние и основные свойства внутриземной гидросферы, простран- ственное нахождение подземных вод, основные формы и зако- ны движения в недрах, их классификацию по степени минера- лизации, температуре и положению в геологическом разрезе. То есть кратко охватывает содержание всех последующих разделов, каждый из которых в учебной программе подготовки специали- стов-гидрогеологов рассматривают в качестве самостоятельной дисциплины. Гидродинамика исследует количественные закономерности движения различных форм внутриземных вод (фильтрацию, конвекцию, диффузию и др.), связанных с особенностями гео- лого-структурных условий и техногенных факторов. Такие ис- следования проводят с целью рационального управления режи- мом, балансом и качеством подземных вод [3]. Гидрогеохимия изучает процесс формирования химического состава различных типов внутриземных вод с целью прогноза изменения их качества, разработки гидро геохимического метода поисков и решения экологических вопросов [26]. Региональная гидрогеология выявляет особенности формиро- вания и распространения подземных вод в пределах отдельных регионов в пространственно-временной взаимосвязи с их геоло- гическими структурами. Выявленные особенности используют при гидрогеологическом районировании территории РФ и со- ставлении государственных мелкомасштабных гидрогеологиче- ских карт. 420
Гидрогеология объектов недропользования включает комплекс специальных гидрогеологических исследований, связанных с поисками, разведкой и промышленным освоением месторожде- ний полезных ископаемых — твердых, нефтегазовых и гидроми- неральных, а также с решением задач инженерной геологии и геоэкологии. Многофункциональный комплекс исследований обусловил формирование соответствующих им ветвей в гидро- геологии, таких, как: — горнопромышленная гидрогеология; — гидрогеология месторождений твердых полезных ископае- мых; — гидрогеология месторождений углеводородного сырья (нефтяная гидрогеология); — поиски и разведка подземных вод; — криогидрогеология; — экологическая гидрогеология. Согласно образовательному стандарту, в этой работе рас- смотрены отдельные ключевые вопросы из вышеуказанных раз- делов гидрогеологии, имеющие прикладное значение в недро- пользовании. ПОНЯТИЯ О ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТАХ, ГОРИЗОНТАХ И КОМПЛЕКСАХ Роль подземных (внутриземных) вод в геологических про- цессах и образовании полезных ископаемых прошла красной нитью через все содержание второй части учебника. Подземные воды, являющиеся основным объектом изучения в гидрогеоло- гии, до глубины 5 км (нижней границы недропользования) со- ставляют немногим более 4 % от общего объема гидросферы. Значительная часть из них находится в связанном состоянии. Водоносность горных пород и слагаемых ими геологических структур связана с гравитационной водой, способной к цирку- ляции. По условиям залегания и гидрогеодинамическому режиму выделяют подземные воды зон аэрации (почвенные, капилляр- ные и верховодку) и насыщения (грунтовые и артезианские). Воды зоны аэрации (рис. 8.1) формируются по всей площади их распространения в основном за счет атмосферных осадков и тех- ногенных вод. Глубина залегания этих вод составляет от п • 10 см до п • Юм. Испытывая давление немногим больше атмосферно- го, они относятся к безнапорным водам. Практическое значение в 421
Рис. 8.1. Схема зоны аэрации. По Ф.С. Зайцеву. 1 — почвенно-растительный слой; 2 — подвешенные воды; 3 — верховодка; 4 — капилляр- ная кайма; 5 — уровень грунтовых вод; 6 — направление движения грунтовых вод; 7 — за- болоченность; 8 — водоупорные породы I—II — зоны (I — аэрации, II — насыщения) недропользовании имеет верховодка. Ее формирование связано с наличием линз водоупорных пород. Воды зоны аэрации на глубину сменяются грунтовыми вода- ми, которые заполняют поровые и трещинные пустоты соответ- ственно в несвязанных обломочных и твердых породах, залегаю- щих на первом от поверхности выдержанном водоупорном слое. Проникновение техногенных вод в грунтовые может вызвать по- вышение уровня последних. Артезианские воды (рис. 8.2) залегают в водоносных пластах, ограниченных водоупорными слоями, и при вскрытии скважи- нами или артезианскими колодцами поднимаются выше кровли этих пластов. Такие воды при избыточном гидростатичном дав- лении самоизливаются на поверхность, или фонтанируют. Понятия водоносный слой, водоносный пласт, водоносный гори- зонт и водоносный комплекс, гидрогеологические этаж и бассейн характеризуют водоемкостные свойства соотносящихся с ними структурно-стратиграфическими и формационными подразделе- ниями стратифицированных толщ пород, приведенными в таб- лицах 2,5—2,7. В нестратифицированных массивах магматических и мета- морфических пород с повышенной трещиноватостью (табл. 2.2, 2.3, 2.8) выделяют водоносные блоки и зоны. 422
Рис. 8.2. Типовые схемы залегания водоносных горизонтов. По П.П. Климентову, Г.Я. Богданову. 1 — водоносные горизонты (а — грунтовые воды, б — межпластовые ненапорные, в — ар- лезианские); 2 — водоупорные породы; 3 — уровень ненапорных вод; 4 — пьезометриче- ский уровень напорных вод; 5 — направление движения подземных вод; 6 — родник грунтовых вод Слои могут быть водоносными, водоупорными, относитель- но водоупорными (или слабоупорными) и разделяющими. По- верхность подземных вод называется их зеркалом. Зеркало под- земных вод изображается в виде гидроизогипс. Водоносный слой насыщен свободной гравитационной водой; имеет обычно минимально значимые параметры; относительно выдержанную небольшую мощность и локальную площадь рас- пространения. При значительных параметрах водоносного слоя, или когда несколько слоев с близкими фильтрационными свой- ствами и единой пьезометрической поверхностью, формируется водоносный пласт. Пласт, насыщенный подвижной водой и ограниченный подстилающим водоупорным слоем (пластом) или подстилаю- щим и перекрывающим, называется водоносным горизонтом. Слой, подстилающий пласт, называется подошвой, а перекры- вающий — почвой водного горизонта. Подвижность воды обу- словлена гидравлической связью и перепадом давления. В стратиграфическом отношении водоносный пласт соответству- ет пачке слоев. При вскрытии водоносного горизонта скважинами или гор- ными выработками установившиеся уровни гидростатического
давления, равные атмосферному, фиксируют пьезометрическую поверхность, которая на гидрогеологической карте изображается в виде гидроизогипс. Парагенетическая ассоциация в литолого-стратиграфиче- ском разрезе водоносных горизонтов, разделенных водоупорны- ми слоями, формирует водоносный комплекс. Литологически он соответствует формационному ритму, а стратиграфиче- ски — ярусу. Гидрогеологический этаж, являясь ассоциацией водоносных комплексов, стратиграфически может охватить полный седи- ментационный цикл в пределах стратиграфического отдела или даже системы. С бассейном седиментогенеза пространственно связан гидро- геологический бассейн, или бассейн подземных вод, на большой площади которого широко распространены водоносные гори- зонты и комплексы с близкими по генезису и составу водами. Бассейны, заполненные напорными водами, называют артези- анскими [26]. 8.2. БЛОК-КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ Законы фильтрации Законы фильтрации выявлены эмпирически. Основным из них служит закон Дарси, устанавливающий линейную связь меж- ду скоростью фильтрации Vи напорным градиентом I. Скорость фильтрации воды через пустотность в горной породе рассчиты- вают как отношение просачивающейся через нее количества воды Q в единицу времени по всей площади поперечного сече- ния породы F: V = Q/F. Если скорость фильтрации выразить как V = к • I, где к — коэффициент фильтрации, тогда Q = к • I F. (8.1) (8.2) (8-3) 424
Разделив обе части последнего уравнения на F, получим Q/F = V = к-1. (8.4) Уравнениями 8.2 и 8.4 выражают математическую запись за- кона Дарси [26]. На практике величину коэффициента фильтра- ции к при напорном градиенте 1—1 принимают равной скоро- сти фильтрации V. Линейный закон фильтрации применим для напорных типов вод с ламинарным движением, которое происходит параллель- но-струйчато с плавным изменением скорости без разрывов и пульсаций. Значительные отклонения от закона Дарси наблюда- ются при высоких или малых скоростях фильтрации. Высокие скорости пульсации, характеризующие турбулент- ное движение, возникают в грубообломочных, сильно трещино- ватых и закарстованных породах. Критическая скорость перехода ламинарного движения в турбулентное зависит от структуры и пористости фильтрующей породы, плотности и вязкости жидкости. Экспериментально ус- тановлено, что при турбулентном режиме движения скорость ... 1 фильтрации пропорциональна градиенту в степени -. Следова- 2 тельно, уравнение 8.2, выражающее линейный закон фильтра- ции, для нелинейного имеет вид И = к- (8.5) При малых скоростях фильтрации, характерных для тон- ко-дисперсных глинистых пород, нелинейность проявлена еще более сложной зависимостью Кот I (рис. 8.3). На участке между точками 1—2 зависимость параболическая, на участке 2—3 — прямолинейная. Рис. 8.3. Зависимость между скоростью фильтрации V воды и напорным градиентом I для песчаных (а) и глинистых (б) пород.Точки соответствуют напорным градиентам: началь- ному — /0; предельному — Ц. По Н.Л. Цыто- вичу 425
8.3. БЛОК ГОРНО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИТОК ВОДЫ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ Приток воды в горные выработки осложняет и удорожает их проходку, требует проведения дополнительных мероприятий по технической и экологической безопасности ведения работ, охра- не запасов и качества вод. Природные воды, проникая в горные выработки, загрязняются и теряют свою полезность: приобрета- ют статус техногенных вод. Максимальный приток воды происходит в горнокапиталь- ные и горноподготовительные выработки в период их проведе- ния, так как они имеют большее сечение, чем нарезные выра- ботки, и чаще последних вскрывают водоносные горизонты и блоки обводненных тектонических зон дробления. Однако доля суммарного притока подземных вод по шахтному полю или гор- ному отводу от нарезных и очистных работ более значительная вследствие их превосходящего объема. Последнее замечание не относится к месторождениям калийной и каменной солей, раз- работка которых ведется подземным способом при щадящем гидрогеологическом режиме. Месторождения полезных ископаемых по условиям карьер- ных и шахтных полей делят на три категории: простые, сложные и особо сложные, а по характеристике гидрогеологических и ин- женерно-геологических условий эксплуатации на группы А и Б. Группу А составляют месторождения, в разрезах которых преоб- ладают рыхлые песчаные и мягкие глинистые породы, а в разре- зах месторождений группы Б — полускальные породы, не склонные к размоканию и набуханию [3]. На месторождениях притоки подземных вод составляют м3/с: простой категории — в группе А — в карьер не превышают 200, шахту 100; — в группе Б — соответственно 500 и 400; сложной категории — в группе А — в карьер — от 200 до 1000, шахту от 100 до 500; — в группе Б — соответственно от 500 до 3000 и от 400 до 2000; особо сложной категории — в группе А — в карьер > 1000, шахту > 500; — в группе Б — соответственно > 3000 и > 2000 м3/с. 426
Схемы осушения карьерных и шахтных полей В зависимости от ожидаемых и фактических водопритоков в горные выработки и выемочные участки, а также горно-геологи- ческих особенностей объекта и технологии его освоения преду- сматривают те или иные из перечисленных дренажные техниче- ские устройства и сооружения: — дренажные траншеи и канавы, так называемые дрены; — водопонижающие скважины, а также поглощающие, раз- грузочные и самоизливающиеся; — подземные горные выработки (самотечные и с водоотливом); — фильтры (сквозные, забивные и др.); — водозаградительные барьеры (специальные крепи, тампо- наж, искусственное замораживание); — дренажные сооружения (самотечные водоотводные кана- лы и желоба, плотины, дамбы). Дренажные средства, избирательно включенные в схему осу- шения определенного карьерного или шахтного поля, в сово- купности формируют систему осушения. Она осуществляется по схеме, определяющей вид осушения (предэксплуатационный и эксплутационный), выбор технических средств, места и после- довательность их размещения. Вид осушения зависит от технологической стадии освоения месторождения. В период строительства объекта недропользова- ния проводится предэксплуатационное осушение, основанное на результатах предпроектных геологических, гидрогеологиче- ских и гидрологических изысканий. При вскрытии месторождения (проходке горнокапитальных выработок — шахт, квершлагов, штолен, разрезных траншей) в схему предпроектного (предварительного) осушения включают дренажные технические средства эксплуатационного вида осу- шения. Схема осушения месторождений в период их эксплуата- ции составляется и реализуется на фактических водопритоках. В процессе эксплуатации объекта происходит увеличение объемов горных выработок и очистного пространства и соответственно увеличение общего притока, что вызывает необходимость введе- ния дополнительных технических средств и проведение меро- приятий по его осушению. Выбор технических средств осуществляется исходя из гор- но-геологических и гидрологических условий объекта, подлежа- щего осушению, с учетом количественной оценки водоприто- 427
ков, указанных в предыдущем разделе для каждой из трех кате- горий групп А и Б по дренируемости. Схема осушения месторождения, отрабатываемого карьером, включает дренажные сооружения для нейтрализации поверхно- стных водотоков и заградительный глубинный дренаж водопо- нижающими скважинами со стороны его не рабочего борта или по всему контуру карьера. При большой мощности пород вскрыши и наличии нескольких водоносных пластов проводят комбинированное осушение: проходят дренажный штрек со сквозными фильтрами, а также осуществляют открытый водоот- лив из разрезной траншеи. На месторождениях типа А с гори- зонтальным или наклонным залеганием пластов применяют глу- бинные средства дренажа в виде двухконтурных систем пони- жающих скважин в комплексе с системой открытого поверхно- стного дренажа. Такой комплекс вызывает глубокое водопони- жение, ведущее к росту депрессионной воронки. В схемах осушения шахтного поля рассматривают осушение объекта в целом и отдельных подземных проходческих и очист- ных выработок, являющихся по существу, попутно с их основ- ным назначением, дренажными. Системы осушения шахтного поля предусматриваются в ге- неральном проекте освоения месторождения, разрабатываемом ведущей проектной организацией. В терригенных породах, а также при высокой закарстованно- сти вмещающих карбонатных пород и угрозе попадания поверх- ностных водотоков в горнокапитальные и подготовительные вы- работки и очистное пространство сооружаются водоотводные каналы: русла рек обустраивают дренажными каналами и жело- бами. На эксплуатируемых месторождениях группы А, в особенно- сти сложной и особо сложной категорий по условиям осушения, по контуру границ шахтного поля в виде линейных систем про- ходят водопонижающие скважины. При очень больших прито- ках подземных вод в пределах шахтного поля предусматривают веерные системы восстающих скважин и для отвода воды из них, а также из общешахтных выработок специальных дренаж- ных штреков. Системы осушения проходческих забоев приводятся в пас- портах выработок, а эксплутационных блоков — в локальных проектах их отработки. В горных выработках, имеющих неболь- шой уклон, оборудуют дренажные канавы, по которым происхо- дит естественный сток в сторону магистральных выработок, свя- 428
занных с общешахтным водосборником. Из него вода откачива- ется центробежными насосами и по трубопроводам поступает на дневную поверхность. При проходке геологоразведочных, горнокапитальных и под- готовительных выработок в полускальных породах группы Б, ос- ложненных тектоническими зонами повышенной трещиновато- сти, в сложных и особо сложных условиях осушения проходят опережающие скважины малого диаметра из забоев выработок. Проходку выработок в плывунах осуществляют с применением метода искусственного замораживания. 8.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Перечислите разделы гидрогеологии. 2. Какие ветви выделяют в разделе «Гидрогеология объектов недро- пользования»? 3. Какие воды являются безнапорными? 4. Укажите положение грунтовых и артезианских вод в разрезе. 5. Как соотносятся водоносные — слой, пласт, горизонт, комплекс? 6. Какие гидрогеологические бассейны называют артезианскими? 7. Какими математическими уравнениями выражают закон Дарси? 8. При каком движении вод (ламинарном или турбулентном) при- менимы законы фильтрации линейного и нелинейного видов? 9. Как подразделяют месторождения полезных ископаемых по усло- виям карьерных и шахтных полей, а также гидрогеологическим и инже- нерно-геологическим условиям их эксплуатации? 10. Укажите притоки подземных вод на месторождениях сложной категории в группе А. 11. Перечислите дренажные технические устройства и сооружения. Какие из них предусматривают в схемах осушения: шахтного поля в це- лом и отдельных горных выработках? 8.5. ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Количественные закономерности движения различных форм внутри- земных вод исследует раздел: • Гидрогеохимия. • Региональная гидрогеология. • Гидродинамика. 2. Безнапорные воды — это: • Артезианские воды. • Воды зоны аэрации. • Грунтовые воды. 429
3. Составьте последовательный по возрастанию значимости ряд из по- нятий: • Водоносный — горизонт, пласт, слой, комплекс, гидрогеологи- ческий — бассейн, этаж. 4. Гидроизогипсы изображают: • Пьезометрическую поверхность. • Зеркало подземных вод. • Почву водоносного горизонта. 5. Линейный закон фильтрации применим при движении вод: • Турбулентном. • Ламинарном. • В тонкодисперсных глинистых породах. 6. Месторождения с притоками подземных вод в карьер более 3000 м3/с по гидрогеологическим условиям эксплуатации относятся к категории: • Простой. • Сложной. • Особо сложной. 7. Дренажные сооружения — это: • Траншеи и канавы. • Водопонижающие скважины. • Водоотводные каналы, плотины, дамбы. 8. Систему осушения формируют: • Отдельные дренажные устройства. • Совокупность дренажных технических средств. • Дренажные сооружения. РЕЗЮМЕ Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования и наблюдения на месторождениях полезных ископаемых Вынесенные в заглавие исследования и наблюдения являют- ся неотъемлемой составляющей частью геологоразведочных ра- бот. В общем виде они проводятся также по стадиям методами и техническими средствами, рассмотренными в разделе 4.3. Одна- ко при этом они решают свои профессиональные задачи, опре- деляющие виды инженерно-геологических и гидрогеологиче- ских исследований и наблюдений и специфику проведения. 430
Инженерно-геологические исследования, главные из которых традиционно и нормативно определяемые как изыскания, вклю- чают инженерно-геологические рекогносцировку, съемку и раз- ведку. Методика их проведения изложена в публикациях [3,15], нормативная база — в СНИП 11-9—78 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения». Гидрогеологические исследования имеют в основном опыт- но-наблюдательный характер. Они осуществляются на месторо- ждениях как на геологоразведочных стадиях, так и в период их эксплуатации. На геологоразведочных стадиях проводят: — гидрогеологические съемки и картирование различных масштабов; — поиски и разведку подземных вод для горно-рудных пред- приятий; — режимные наблюдения в скважинах и горных выработках за подземными водами; — опытно-фильтрационное опробование водоносности ме- сторождения в вертикальном разрезе, которое выполняют с це- лью определения фильтрационных параметров водоносных го- ризонтов. Его основным видом служат опытные откачки из скважин (кустовые и одиночные). Гидрогеологические наблюдения на стадиях строительства и эксплуатации объектов недропользования играют важную роль в организации и управлении производственных технологических процессов, а также в вопросах геоэкологии. С последним об- стоятельством связан гидрогеологический геомониторинг, кото- рый осуществляется в комплексе с общими гидрогеологически- ми наблюдениями и экспериментами. Поэтому в определенных случаях возможна идентификация этих понятий. Гидрогеологические наблюдения на эксплуатируемых место- рождениях могут проводиться на постоянной основе или перио- дически. Стационарные объекты наблюдения функционируют в составе локального гидрогеологического мониторинга в течение всего периода эксплуатации. Результаты периодических наблю- дений используют в текущем и оперативном планировании ве- дения горно-проходческих и добычных работ. Как те, так и дру- гие наблюдения выполняют специальные структурные подразде- ления гидрогеологического профиля.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Абиссальная зона 83 Авлакоген 93 Азимут — падения 51 — простирания 51 Автометасоматоз 70 Автоскарны 127 Агпаитность 109 Аккреционные границы 81 Активные окраины континентов 86 Аллиты 337 Алмазоносные кимберлиты и лам- проиты 106, 362 Апьбититы 132, 147 Анизотропия 238, 274 Анизотропное строение 24, 52 Апофизы 41, 47 Аргиллизация 139 Артезианские воды 421 Аридный климат 164, 186 Асимметрия 242 Ассимиляция 101 Ассоциации — минеральные 25 — парагенетические 25 — химические 25 Базис эрозии 177 Базовый вариант оценки 299 Балансовые запасы 273 Балласе 360 Бассейн подземных вод 424 Белые «курильщики» 144 Березитизация 138 Биметасоматоз 126 Битуминизация 201 Битумы 197 Боксит 165, 337 Борт 360 Бортовое содержание 295 Вадозные воды 144 Виды пористости 408, 409 Витрен 203 432 Внутриплитная активизация 83, 85, 86 Водопроницаемость 410 Воды — артезианские 422 — безнапорные 421 — зоны аэрации 421 — напорные 424 Гелификация 200 Генезис 74 Генетические модели месторождений 74 Геодинамические — обстановки 80 — факторы 76 Геологическая неоднородность 274 Геологические формации 11 Геоморфология 177, 178 Геохимические — барьеры 168 — группы элементов: ---литофильные, сидерофильные, халь- кофильные 55 Гиббсит 191, 337 Гидрогеологический — бассейн 424 — этаж 424 Гидроизогипсы 423 Гидротермальные воды — вадозные 144 — метаморфические 144 — метеорные 144 — рецикл инговые 145 Гипабиссальная зона 83 Гипергея 77, 80 Гомогенизация 137 Гондвана 77 Гондиты 213 Горные породы (определение) 26 — магматические 27 -кислые 27 -основные 27 -ультраосновные 27
— метаморфические 28 — осадочные 28 Горячие точки (пятна) 81 Гранулитовые пояса 84 Грейзены 132, 137, 149 Грунтовые воды 422 Гумидный климат 164 Дегидратация 144 Декрепитация 137 Деформация горных пород — остаточная 30 — разрывная 30 — упругая 30 Джаспероиды 32, 162 Диагенез 160 Диапир соляной 42, 43 Диаспор 191, 337 Дивергентные границы 81 Дискретность оруденения 275 Дисперсия 242 Дифференциация — гравитационная 101 — магматического расплава 101 — механическая 184 — химическая 184 Диффузия 102 Доломитизация 139 Дюрен 203 Железистые кварциты 211, 312 Железные «шляпы» 172 Железомарганцевые конкреции 193 Жилы (классификация) 40 — ветвящаяся 46 — дугообразная 47 — камерная 47 — лестничная 47 — линзующаяся 47 — рубцовая 47 — седловидная 47 — трубчатая 39 — четковидная 47 — чечевицеобразная 47 Забалансовые запасы 274 Забойный сырец 365 Законы фильтрации 424, 425 Залегание тел — контактовое 42 — секущее 39 — согласное 41 Залежи — линзовидные 48 — типа манто, пластообразные 48 — пластовые, типа роллов 48, 49 — флексурные 48 Зальбанды 121 Занороши 121 Зеленокаменные пояса 83, 84 Земная кора — континентальная 17 — океаническая 17 — переходная 17 Зеркало подземных вод 423 Зона — аэрации 171 — водообмена 171 — вторичного обогащения 171, 172 — застойных вод, окисления 171 — спрединга, субдукции 81 — типа пул-апарт 81 Изоморфизм 25 Инклинометрия 235 Интрузивные комплексы 83, 84 Кавернометрия 235 Калькреты 170 Карбонатиты НО Карбонадо 360 Каротаж 233—235 Катагенез 160 Категории запасов 269—272 Катархей 15 Каустобиолиты 194 Керн 228 Кероген 195 Кимберлиты 103 Кларк 55 Кливаж 37 Коксовый королек 202 Коллизионные — зоны 85 — обстановки 81 — складчатые пояса 76 Комагматы 27 Коммерческий вариант оценки 299 Конвективные — массообмены, потоки 17, 76 — структуры, циклы 76—80 28 Ми л клин 433
Контаминация 101 Континентальные окраины — активные 53 — пассивные 53, 81 Континентальные плиты 16, 76 Коры выветривания 163—167 Коэффициент — вариации 242 — водопроницаемости 410 — основности 308 — фильтрации 410 Коэффициент минимальной промыш- ленной концентрации 55 Кровельные сланцы 210 Лавразия 77—79 Ламинарное движение вод 425 Ликвация 102 Лампроиты 102 Линейное подсечение 237 Лимнический ряд 201 Листвен итизация 139 Литосфера 16, 17 Мантия 16 Мегагея 77 Мегаплиты 17 Межконтурная полоса 276 Мезогея 77, 78 Месторождения (определение) 9 — аллювиальные 71 — альбитит-грезеновые 132 — альбититовые 147 — биогенные 72 — биохемогенные 193 — вулканогенно-осадочные 156 — выветривания 163 — гидрогенные 186 — гидротермальные 135 — гидротермально-осадочные 159 — инфильтрационные 168 — карбонатитовые 109 — катагенные 71 — литоральные 71 — магматические 101 — метаморфические 207, 211 — метаморфогенные 69, 207 — механических осадков 185 — обломочные 71, 185 — осадочные 183 — пегматитовые 70, 117 — полигенные, полихронные 74 — регенерированные 74 — россыпные 173 — скарновые 125 — скарноидные 89 — стратиформные 159 — хемогенные 72 — эвапоритовые 186 — экзогенные 69, 163 — эксгаляционно-осадочные 71 — эндогенные 69 — эндогенно-экзогенные 71 — эоловые 73 Металл оге н ичес кие — зоны 11 — области 11 — пояса 11 — провинции 11 — районы 11 — узлы 11 Металлогения 11 Металлы 12-14, 307-357 — драгоценные 348 — легирующие 320 — тугоплавкие 320 — литофильные 352 — рассеянные 354 — сидерофильные 355 — халькофильные 354 — цветные 331 — черные 307 Метаморфизм угленосных толщ 204 — дислокационный 204—205 — контактовый 204—205 — региональный 204 Метасоматоз — диффузионный 147 — инфильтрационный 147 — калиевый 147 — магнезиальный 147 — натриевый 147 — типы 86, 137—139 Миараловые пустоты 120 Минерагения 11 Минералы (определение) 20 — аутигенные 55 — гипергенные 55 — гипогенные 55 — жильные 55 — рудные 55 Минеральное сырье 10 Минерально-сырьевые ресурсы 10 434
Минимальное промышленное содер- жание 294 Минимальное эксплутационное содер- жание 298 Модули 5, 15, 68, 101, 219, 297, 306, 403, 419 Моногея 76, 77 Морфология тел полезных ископае- мых 38—51 Надвиги 30—32 Напорный градиент 424, 425 Нептун исты 7 Нефтегазоносные залежи 199 Обдукция 16 Оболочки Земли 17 Окварцевание 138 Оолиты 190 Офиолитовые пояса 81 Палеогеография регионов 92—95 Пангея 77, 79, 80 Парагенетическая связь 97 Параллический ряд 201 Пегматиты — больших, малых, средних глубин 119, 120 — десил ицированные 118, 119 — керамические 122 — линии скрещения 118 — перекристаллизационные 119 — простые 119 — редкометалльные 124 — слюдоносные 124 — хрусталеносные 123 Пизолиты 317 Платформы 78, 82, 83, 84 Плиты — континентальные 78, 76 — океанические 78 Плотик 175 Плутонисты 7 Пл юмы 16 Погрешности — геометризации 287 — оценки запасов 287 — технические 287 Полезные ископаемые 9 — каустобиолиты 10 — металлические 10 — неметаллические 10 Природные резервуары 195 Проба золота 348 Прогнозные и перспективные ресурсы 272, 273 Прожилки, прожилковые зоны 47 Промышленные — запасы 298 — типы 14 Пропилитизация 138 Прототетис 79 Просечки 47 Проявления И Пул-апарт бассейны 91 Процессы — выветривания 71 — деструктивные 75 — магматические 70 — метаморфогенные 72 — метаморфические 72 — постмагматические 70 — рудообразующие 70—72 — седиментации 71 — экзогенные 69, 71, 72 — эндогенные 68 — эндогенно-экзогенные 69, 71 Пьезометрическая поверхность 424 Пьезометрический уровень 423 Разведочные кондиции 289 Разломы (определение) 36 Разрывные нарушения 32—35 — локальные 32 — периклинальные 36 — пострудные 34 — рудовмешающие 34 — рудоконтролирующие 34 — рудоподводящие 34 — рудораспределяющие 34 — центриклинальные 36 — экранирующие 34 Разубоживание 288, 298, 299 Рамочная классификация запасов ООН 266 Реювенация 81, 83 — континентальных плит 81 — эпохи 82, 83 Рециклинг 90 Рифты 76, 77, 78, 81 28* 435
Роллы 48, 49, 167, 169 Россыпи — аллювиальные 174 — гляциальные 176 — древние 174 — золота 180 — ильменита и рутила 180 — литоральные 175 — погребенные 174 — современные 174 — элювиально-делювиальные 174 — эоловые 176 Рояльти 305 Руда 14 Рудные — залежи 10 — комплексы 14 — поля 11 — пояса 11 — провинции 11 — столбы 37 — точки 11 — формации 14 Рудоносность 280 Рудопроявление 11 Рыночные реформы 218, 220 Сапропелиты 206 Сапропель 200 Сдвижение горных пород 415 Седимснтогенез 183 Серицитизация 137 Серпентинизация 139 Сжимаемость горных пород 411 Сиалический профиль оруденения 81 Сиаллиты 337 Сингенетичные руды 160 Система осушения 427 Система глобального позиционирова- ния 286 Система осушения 427 Скарноиды 91, 156, 327 Скарны 125 — известковые 127, 128, 129 — магнезиальные 127, 128 — силикатные 127, 128 Складки — антиклинальные 30, 31 — блокированные 33 — волочения 33 — диапировые 33, 34 436 — поперечного изгиба 33 — продольного изгиба 33 Скорость фильтрации 410, 424, 425 Скрап 363 Слэбы 17 Спрединг 81 Спрединговые зоны 81 Срединно-океанические хребты 16 Среднеквадратичная погрешность 263 Стандарт 242 Стадии рудообразования 56 Статистическая неоднородность 274 Статистические характеристики из- менчивости 242—245 Структурно-формационные комплек- сы 14, 90, 91 — рудопродуктивные 14 Структурные — позиции 90, 91 — типы 87, 93 Структуры — локальные 30 — разрывные 30 — рудные 88 — складчатые 33 Субдукция 16 Суперконтиненты 76—80 Сцепление частиц пород 412 Текстуры руд 56—61 — классификация 54 Типы метасоматоза 86 Товарная руда 252 Торф 200, 379 «Торфа» 175 Трансформные разломы 81 Трапповые провинции 84 Трещины — в складках 37 — кливажа 37 — контракционные 33 — оперения 37 — отрыва 35 — скола 35 Турбулентное движение вод 425 Угленосность 383 Углеплотность 383 Угли — богхеды 206
— гумулитовые 206 — сапропелитовые 206 Угол внутреннего трения 411 Угольные «почки, шары» 382 Фазовый состав руд 56 Фации (определение) 11 — регионального метаморфизма 97, 208, 209 ---зеленосланцевая 96, 209 ---амфиболитовая 96, 209 ---гранулитовая 96, 209 Формации (определение) И — геологические 11, 14 Формы тел полезных ископаемых 38-50 Фенитизация 114 Флексурные — линза 41 — изгибы 195 Флюид 143, 145 Фюзен 203 Фюзенизация 201 Хлоритизация 138 Хромшпинелиды 107, 314 Черные «курильщики» 90, 144 Шельф 91 Шлиры 40, 44 Шток 41 — соляной 42, 43, 189 Штокверк 42—44, 149—151 Эвапориты 95, 187 Эволюция Земли 15 Экзоскарновые месторождения 127 Элементы химические — литофильные 55 — сидерофильные 55 — халькофильные 55 Эксплуатационные — запасы 298 — кондиции 292, 293 Эксплозии 30 Экстраполяция при оконтуривании за- пасов 276 Экстраполяция 276 Эксцесс 242, 243 Эластичная деформация 30 Эллипсоид деформации 35 Элювиация 201 Эндогенный геохимический ореол 236 Эндос карны 127 Энсиматические островные дуги 86 Эпигенез рудообразования 160 Эпохи — катархей 29 — архей 29 — протерозой 29 — фанерозой (палеозой, мезозой, кай- нозой) 29 — экзогенеза 92—95 Этапы рудообразования 56 Эффект — разгрузки 413 — фильтрации 410 Ювенильные воды 144 Ядро Земли 15, 16 Яшмы 210
УКАЗАТЕЛЬ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Агарак (Мо, Си; Армения) 172, 333 Агинское (Au; РФ) 36 Адрасман (Си, Bi; Таджикистан) 155 Айхал трубка (алмазы; РФ) 360 Алмаз-Жемчужина (Сг; Казахстан) 315, 316 Алмалык (Мо, Си; Узбекистан) 172, 333 Alpine (нефть; Аляска) 397 Алтын-Топкан (Zn, Pb; Узбекистан) 132 Альмаден (Hg; Испания) 344 Альнё (Та, Nb; Швеция) 111, 114 Альтенберг (Sn; Германия) 149, 150 Амброзия-Лейк (U; США) 169 Ангрен (уголь, Ge; Узбекистан) 206 Арджайл (алмазы; Австралия) 106, 362 Арканзас (А1; США) 165 Арланское (нефть; РФ) 394 Астраханское (серогазоконденсатное; РФ) 372, 394 Аурахмат (флюорит; Таджикистан) 34 Ачисай (Pb, Zn; Казахстан) 161 Аятское (Fe; Казахстан) 192, 310—313 Баженовское (асбест; РФ) 367 Бакальское (Fe; РФ) 312 Бакчарское (Fe; РФ) 311 Барен цевский бассейн (нефть, газ; РФ) 392, 395 Бендиго (Au; Австралия) 153, 210 Береговское (каолин; Украина) 374 Березово (газ; РФ) 392 Березовское (Au; РФ) 138, 154 Берник-Лейк (Li, Cs, Be, Nb, Та; Ка- нада) 353 Бикита (Be, Nb, Cs, Li; Зимбабве) 353 Бингем (Си; США) 152 Блайнд-Ривер (U; Канада) 209 Богуты (W; РФ) 45 Боке (А1; Гвинея) 166 Больше-Токмакское (Мп; Украина) 192, 319, 320 Большой Бурган (нефть; Кувейт) 200 438 Ботуобинский район (нефть, газ; РФ) 396, 397 Бощекуль (Си; Казахстан) 152, 333 Брокен-Хилл (Ag, Pb, Zn; Австралия) 210 Буазер (Ni, Со; Марокко) 154 Бугдаинское (Мо; РФ) 153 Букинай (U; Узбекистан) 356 Букусу (слюда, Р, Fe; Уганда) 114 Бушвельдское (Сг; ЮАР) 316, 348 Бьютт (Си; США) 153 Великая Дайка (Сг; Зимбабве) 316 Верхнее Озеро (Fe; США) 192 Верхнекамское (КС1; РФ) 188, 370 Верхне-Кайрактинское (W; Казахстан) 152, 330 Верхнечусовское (нефть; РФ) 394 Вилюйский бассейн (нефть, газ; РФ) 392, 395 Висловское (А1; РФ) 166 Витватерсранд (U, Au; ЮАР) 180, 209, 212, 214, 350, 356 Вишневогорское (Nb; РФ) 148 Волго-Камский бассейн (нефть; РФ) 392, 393 Вол го-Уральская провинция (нефть; РФ) 394 Восток II (W; РФ) 92, 131, 329 Высокогорское (Fe; РФ) 129, 312 Вэлли-Коппер (Си; Канада) 152 Вятско-Камское (Р; РФ) 373 Гайское (Zn, Си; РФ) 154, 335 Гаурдакское (S; Туркменистан) 194, 371 Гендерсон (Мо; США) 153, 327, 330 Глуховецкое (каолин; Украина) 165, 375 Голдстрайк (Au; США) 350 Горевское (Pb, Zn; РФ) 210, 337 Гороблагодатское (Fe; РФ) 129 Гусевогорское ( Ti, Fe; РФ) 108 Гхавар (нефть; Саудовская Аравия) 200
Депутатское (Sn; РФ) 154, 341—343 Джаннен-Лейк (Fe; Канада) 209 Джезказганское (Си; Казахстан) 161, 335 Джидинское (Mo, W; РФ) 149 Джижикрут (Hg, Sb; Таджикистан) 346 Долорес (Си; Мексика) 130 Донецкий бассейн (уголь; РФ, Украи- на) 201, 206, 384 Егорьевское (Р; РФ) 373 Екатери но-Благодатское (Pb, Zn; РФ) 153 Еленинское (каолин; РФ) 375 Енская группа (слюды; РФ) 366 Жайремское (Zn, Pb; РФ) 337 Жакобина (Au; Бразилия) 350 Желтореченское (Fe; Украина) 212 Жирикенское (Мо; РФ) 153 Журавлиный Лог (каолин; РФ) 375 Завальевское (графит; Украина) 214, 365 Заглик (алунит; Армения) 155 Закон Дарси 418 Западный Каражал (Мп; Казахстан) 159 Заурленд (Fe; ФРГ) 158 Згид (Pb, Zn; Армения) 153 Зыряновское (бентониты; РФ) 375 Иксинское (А1; РФ) 340 Иктекское (нефть, газ; РФ) 396 Интернациональная трубка (алмазы; РФ) 360, 384 Иркутский бассейн (уголь; РФ) 206, 384, 387 Иреляхское (нефть, газ; РФ) 396 Иршанское (Ti; Украина) 182 Иультинское (Sn; РФ) 343 Ишимбайское (нефть; РФ) 394 Йилири (U; Австралия) 356 Кадамжай (Sb; Киргизстан) 32, 34, 161 Каджаран (Си, Мо; Армения) 142, 153, 172, 330, 333 Калгурли (Au; Австралия) 349 Кальмакыр (Мо, Си; Узбекистан) 142 Канпаку (каолин; Япония) 374 Кансай (Pb, Zn; Таджикистан) 132 Канско-Ачинский бассейн (уголь; РФ) 201, 384, 387 Карагандинский бассейн (уголь; Ка- захстан) 201, 383 Карамкенское (Ag, Au; РФ) 155 Кара-Оба (W, Be, Sn; Казахстан) 149 Каратас I (Мо; Казахстан) 131 Каратауская группа (Р; Казахстан) 194, 373 Карского моря бассейн (газ, нефть; РФ) 392, 393 Карачаганское (нефть, газ; Казахстан) 395 Кафанское (Си; Армения) 34 Качарское (Fe; Казахстан) 129, 309, 310 Качканарское (Ti, Fe; РФ) 108 Кварцитовая сопка (барит; РФ) 368 Кейвские (А1; РФ) 210 Керченское (Fe; Украина) 192, 310, 313 Кестер (Sn; РФ) 150 Кизеловский бассейн (уголь; РФ) 206 Кинг-Айленд (W, Мо; США) 92, 131 Клаймакс (Мо, США) 142, 153, 330, 331 Клифтон (Си; США) 130 КМА (Fe; РФ) 165, 192, 209, 211, 312— 314 Ковдорское (слюды, Р, Fe; РФ) 111, 114, 309, 373 Колар (Аи; Индия) 154 Колорадо плато (U; США) 49, 356 Корнуэл (Си, Sn; Англия) 341 Королевское (нефть; Казахстан) 395 Костомукшское (Fe; РФ) 209, 211 Колыванские (яшмы; РФ) 210 Коунрад (Си; Казахстан) 152, 172, 333 Кочкарское (Аи; РФ) 154 Красная Шапочка (А1; РФ) 191, 338, 339 Крейтон (Со, Pt, Си, Ni; Канада) 325 Кривой Рог (Fe; Украина) 43, 192, 209 Ктитеберда 152 Куала-Лангат (Sn; Малайзия) 341 Кузнецкий бассейн ( уголь; РФ) 201, 206, 385, 388 Кукисвумгор (Al, Р; РФ) 109, 373 Курейское (графит; РФ) 214, 365 Кыштымское (каолин; РФ) 375 Ланн-Диль (Fe; ФРГ) 158 Ларимна (Ni; Греция) 168 Ленинградское (газ; РФ) 393 439
Лено-Тунгусский бассейн (нефть, газ; РФ) 392, 395 Лермонтовское (W; РФ) 330 Лимузен (U; Франция) 154 Л Исакове кое (Fe; Казахстан) 192, 313 Ловозеро (Nb, Та; РФ) 109 Локрида (Ni; Греция) 168 Ломоносовское (алмазы; РФ) 360 Лоуренс (Pb, Zn; США) 132 Львовско-Волынский бассейн (уголь; Украина) 206 Льяльягуа (Sn; Боливия) 155, 341 Люберецкое (песчано-гравийное; РФ) 377 Мадхья-Прадеш (Мп; Индия) 213 Магнитогорское (Fe; РФ) 129 Мак-Лиз-Лейк (Си; Канада) 152 Мамонтовское (нефть; РФ) 393 Мамское (мусковит; РФ) 125 Маноно-Китотоло (Sn, Nb, Та; Заир) 122 Мансфельд (Си; Германия) 161 Мариупольское (Fe; Украина) 211 Маунт-Плезант (Sn; Канада) 154 Маунтин-Пасс (Th, TR; США) 115, 353 Мелекесская впадина (тяжелая нефть; РФ) 394 Мерисвейл (Mo, U; США) 142, 154 Меренского рифа (Pt, Сг; ЮАР) 316, 352 Мерседес (каолин; Чили) 374 Мессояхское (газ; РФ) 395 Минасрагра (V; Перу) 210, 321 Мира трубка (алмазы; РФ) 360 Миргалимсайское (Pb, Zn; Казахстан) 161, 337 Миссисипи (Pb, Zn; США) 161 Мишрак (S; Ирак) 371 Многовершинное (Au; РФ) 155, 349 Модото (Sn; МНР) 182 Монте-Амиата (Hg; Италия) 155, 346 Монте-Кристо (Bi; США) 153 Моренси (Си; США) 152 Мурунтау (Аи; Узбекистан) 153, 349 Накос (А1; Греция) 210 Наранское (флюорит; РФ) 369 Непско-Ботуобинекий район (нефть, газ; РФ) 396 Нерюнгринское (уголь; РФ) 387 Нерюндинское (Fe; РФ) 310 Нижне-Ангарское (Fe; РФ) 310 440 Нижнетунгусское (исландский шпат; РФ) 155 Никитовское (Hg; Украина) 162, 344— 346 Николаевское (Pb, Zn; РФ) 131, 132 Никопольское (Мп; Украина) 192, 319, 320 Новоелховское (нефть; РФ) 394 Ново-Золотушинское (Pb, Zn; РФ) 337 Ногинское (графит; РФ) 364 Норильская группа (Со, Pt, Си, Ni; РФ) 105 Нчанга (Си, Со; Замбия) 161 Овручское (кварциты; Украина) 378 Озерное (Pb, Zn; РФ) 154, 337 Озеро Верхнее (Си, Fe; США) 154 Ока (U, Nb, TR; Канада) 111, 114 Октябрьское (Fe; Казахстан) 192 Октябрьское (Со, Pt, Си, Ni; РФ) 324 Оленегорское (Fe; РФ) 211 Олюторское (Hg; РФ) 231 Ононское (Sn; РФ) 152 Ор-Маунтин (Ti, Fe; США) 108 Охинское (нефть; РФ) 397 Охотский бассейн (нефть, газ; РФ) 392, 397 Палабор (Р, Fe, Си; ЮАР) 111, 115 Панаскейра (Sn, W; Португалия) 149 Петриковское (КС1; Республика Бела- русь) 188 Пеляткинское (газ; РФ) 395 Первомайское (Fe; Украина) 212 Печорский бассейн (уголь; РФ) 201, 385, 386 Плато Джос (Та, Nb, Li, TR; Нигерия) 148, 174 Подмосковный бассейн (уголь; РФ) 201, 206, 385 Полковник (яшмы; РФ) 210 Полпинское (Р; РФ) 373 Поркьюпайн (Ag, Au; Канада) 155, 209 Порт-Радий (U; Канада) 154 Посус-де-Калдас (Al, Р; Бразилия) 108 Потоси (Ag, Sn; Боливия) 155 Пратко-Бей (газонефтяное; Аляска) 397 Предуральский бассейн (нефть; РФ) 392, 393 Престеа (Au; Гана) 209 Прииртяшское (корунд; РФ) 210
Прикаспийский бассейн (нефть, газ; РФ) 392, 394 Притихоокеанский бассейн (нефть, газ; РФ) 397 Пыркыкайское (Sn; РФ) 152, 182, 342 Риддер-Сокольское (Pb, Zn; Казах- стан) 337 Рио-Тинто (Си; Испания) 154 Ромашкинское (нефть; РФ) 394 Россинг (U; Намибия) 356 Рудные Горы (Со, Ni, Bi, Ag, U; Че- хия) 154 Русановское (газ; РФ) 393 Румянцевское (песчано-гравийное; РФ) 377 Сагамами (корунд; о. Мадагаскар) 210 Садбери (Со, Pt, Си, Ni; Канада) 104, 324, 351 Садисдорф (Sn; Германия) 150 Садон (Pb, Zn; РФ) 153, 337 Самоткань (Ti; Украина) 181 Самотлорское (нефть; РФ) 31, 393 Санг-Донг (W; Южная Корея) 92, 131 Санфорд-Хилл (Ti, Fe; США) 108 Сарылахское (Au, Sb; РФ) 345 Сарановское (Сг; РФ) 314 Сарбайское (Fe; Казахстан) 129 Сардана (Pb, Zn; РФ) 161 Сар-Чешме (Си; Иран) 333 Саткинская группа (магнезит; РФ) 347, 368 Саяк I (Си; Казахстан) 130 Сентачанское (Аи, Sb; РФ) 345 Сент-Илер (Al, Р; Канада) 108 Серлз (Li; США) 354 Серове кое (Ni; РФ) 167 Серро-де-Паско (Bi; Перу) 347 Сил-Лейк (Be; Канада) 148 Скрытое (W; РФ) 92 Советское (Аи; РФ) 210 Соколовское (Fe; Казахстан) 129 Соликамское (КС1; РФ) 188 Сорское (Мо; РФ) 153 Среднеботуобинское (нефть, газ; РФ) 396 Старобинское (КС1; Республика Бела- русь) 188, 370 Стойленское (Fe; РФ) 312, 313 Стрельцовское (U; РФ) 356, 357 Сульфур-Бэнк (Hg; США) 346 Сухой Лог (Аи; РФ) 209, 349, 350 Таежное (Fe; РФ) 129 Тайгинское (графит; РФ) 364 Талнахское (Со, Pt, Си, Ni; РФ) 322-324 Тамватнейское (W, Hg; РФ) 155, 344 Тапира (Nb, Р, Fe; Бразилия) 114 Тараташское (Fe; РФ) 211 Тарква (Аи; Гана) 209, 350 Таена (Bi, Си; Боливия) 155 Тас-Юряхское (нефть, газ; РФ) 396 Таштагольское (Fe; РФ) 156, 158 Тейское (Fe; РФ) 129 Тенгизское (нефть; Казахстан) 395 Тенкели (Sn; РФ) 182, 342, 343 Теннант-Крик (Bi; Австралия) 347 Тимано-Печорский бассейн (нефть, газ; РФ) 392, 395 Толчеинское (флюорит; РФ) 369 Томас (Be; США) 155 Томпсон (Со, Pt, Си, Ni; Канада) 324 Томтор (Nb, Fe, Р; РФ) 115 Тсумеб (Ge, In, Ga, Zn, Pb; Намибия) 355 Туймазинское (нефть; РФ) 394 Тулукаевское (U; РФ) 356, 357 Тунгусский бассейн (уголь; РФ) 206 Турьинская группа (Си; РФ) 128 Тырныауз (W, Мо; РФ) 92, 131, 327, 328, 330 Удачная трубка (алмазы; РФ) 360 Удоканское (Си; РФ) 161, 334, 335 Уренгойское (газ; РФ) 31, 393 Устарасайское (Bi; Узбекистан) 153, 348 Усинское (нефть; РФ) 395 Усть-Вилюйское (газ; РФ) 397 Учкошхон (Sn; Киргизстан) 152 Уч-Кудук (U; Узбекистан) 356 Фельберталь (W; Австрия) 92 Фрайберг (Pb, Zn; Германия) 153 Хайдарканское (Sb, Hg; Киргизстан) 34, 161, 344 Хаканджинское (Au, Ag; РФ) 155 Хамерсли (Fe; Австралия) 209, 211 Хибинское (Al, Р; РФ) 108, 373 441
Хойли некое (флюорит; РФ) 369 Холоднинское (Zn, Pb; РФ) 158, 159, 337 Хоумстейк (Au; США) 209 Челябинский бассейн (уголь; РФ) 383 Чемпуринское (Hg; РФ) 142, 155, 346 Черемуховское (А1; РФ) 191, 339 Чиатурское (Мп; Грузия) 192, 320 Чорух-Дайрон (Си, Мо, W; Таджики- стан) 127, 128, 131 Чукикамата (Мо, Си; Чили) 153, 333 Чупино-Лоухская группа (мусковит; РФ) 366 Чупинская группа (керамическое сы- рье; РФ) 123 Шаимское (нефть; РФ) 392 Шаканаи (Zn, Pb; Япония) 154 Шахтаминское (Мо; РФ) 153, 330 Шерегешевское (Fe; РФ) 129 Шнеда (Sn; Чехия) 150 Шокшинское (кварциты; РФ) 210, 378 Штокмановское (газоконденсатное; РФ) 395 Шураб (уголь, Ge; Таджикистан) 206 Эге-Хая (Sn; РФ) 154 Эллиот-Лейк (U; Канада) 356 Эль-Сальвадор (Си; Чили) 333 Эль-Тениенте (Си; Чили) 152, 333 Эрдэнтдин-Обо (Си; МНР) 333 Юбилейная трубка (алмазы; РФ) 360 Юбилейное (газ; РФ) 393 Югодзыр (Мо, W; МНР) 149, 150 Южно-Якутский бассейн (уголь; РФ) 384, 387 Южно-Янгиканское (Мо; Таджики- стан) 131 Юрское (Au; РФ) 350 Яёлваям (Hg; РФ) 154 Ям бургское (газ; РФ) 393 Яогансянь (Sb-Hg, Pb-Zn, Mo-W; КНР) 152, 153 Ярактинское (нефть, газ; РФ) 396 Ярегское (нефть; РФ) 395 Яхимов (Bi; Чехия) 153 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бакиров. Геология и геохимия нефти и газа. М.: Недра, 1995. 2. Вольфсон Ф.И., Яковлев П.Д. Структуры рудных полей и месторо- ждений. М.: Недра, 1985. 3. Гальперин Н.М., Зайцев В.С., Норватов Ю.А. Гидрогеология и ин- женерная геология. М.: Недра, 1989. 4. Геологическая служба и развитие минерально-сырьевой базы/Под ред. А.И. Кривцова, И.Ф. Мигачева, Г.В. Ручкина. М.: ЦНИГРИ, 1993. 5. Заборин А.В., Коткин В.А. Российская классификация запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых и международная классификация ООН/Минеральные ресурсы России, №2, 1999. 442
6. Ершов В.В. Основы горнопромышленной геологии. М.: Недра, 1989. 7. Ковалев А.А. Важнейшие скарновые и полигенные месторожде- ния вольфрама, олова и молибдена Китая. М.: ЗАО «Геоинформарк», 1999. 8. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. 9. Месторождения металлических полезных ископаемых. В.В. Ав- донин, В.Е. Бойцов, В.М. Григорьев и др. М.: ЗАО «Геоинформарк», 1998. 10. Миловский А.В. Минералогия и петрография. Учеб, для технику- мов. 5-е изд. М.: Недра, 1985. 11. Милютин А.Г. Геология и разведка месторождений полезных ископаемых. Учеб, для вузов. М.г Недра, 1989. 12. Милютин А. Г., Андросова Н.К. Основы формационного анализа при прогнозировании полезных ископаемых. М.: МГОУ, 1996. 13. Недра России. В 2 т. Т 1. Полезные ископаемые/Под редакцией Н.В. Межеловского, А.А. Смыслова. Горный ин-т — СПб.-М., 2001. 14. Несмеянов С.А. Инженерная геотектоника. Учеб, для вузов. М.: Недра, 2004. 15. Понюков П.Н. Инженерная геология. Учеб, для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1978. 16. Поротов Г.С. Разведка и геолого-экономическая оценка место- рождений полезных ископаемых. Учебник для вузов. СПб.: Горный университет, 2004. 17. Пущаровский Ю.М. Избранные труды: Тектоника Земли. Этю- ды: в 2 т. Т.1: Тектоника и геодинамика. М.: НАУКА, 2005. 18. Сборник нормативно-методических документов по геоло- го-экономической оценке месторождений полезных ископаемых. М.: Изд. ГКЗ Министерства природных ресурсов РФ, 1998. 19. Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. 20. Сорохтин О.Г., Старостин В.И., Сорохтин НО. Эволюция Зем- ли и происхождение полезных ископаемых. Изв. секции наук о Земле. РАЕН. Изд. МГУ, 2004, с. 5-25. 21. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Дрейф континентов в геологиче- ской истории Земли. Строение и эволюция литосферы/Под ред. С.А. Ушакова. М.: Изд. МГОУ, 1986. 22. Станкеев Е.А. Генетическая минералогия. Учеб, пособие для вузов. М.: Недра, 2004. 23. Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых. Учеб, для высшей школы. М.: Академический Проект, 2004. 24. Перродон А. Формирование и размещение нефти и газа. М.: Не- дра, 1991. 25. Форма геологических тел/Под редакцией Ю.А. Косыгина, В.А. Кулындышева, В.А. Соловьева. М.: Недра, 1997. 26. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. Учеб, для вузов. М.: Недра, 1996.
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие........................................................ 3 Часть I. ОБШДЯ ВВОДНЫЙ МОДУЛЬ..................................................... 5 Целевая функция дисциплины. Предмет и методы ее изучения (5). Методи- ческие рекомендации по изучению дисциплины (6). Роль дисциплины в тех- нологии недропользования (7). Основные этапы становления науки. Ключе- вые понятия и определения (9) МОДУЛЬ 1. ОБЩЕГЕОЛОГИЧЕСКИЙ....................................... 15 1.1. Гипотетически-информационный блок............................ 15 Миропонимание и глобальная эволюция Земли (15). Строение земной коры (17). Химический состав земной коры (19) 1.2. Информационно-минералогический блок.......................... 20 Общие вопросы кристаллографии и минералогии (20). Элементы симметрии кристаллов (20). Физические свойства минералов (22). Понятие о параге- незисе и типоморфности минералов (25). Классификация минералов (26) 1.3. Информационно-петрографический блок.......................... 26 Петрографический состав земной коры (26). Возраст горных пород (28) 1.4. Геологические структуры и вещественный состав полезных ископаемых . 30 Связь полезных ископаемых с локальными структурами.............. 30 Понятие о локальных продуктивных структурах (30) Морфология тел полезных ископаемых.............................. 38 Объемные тела (41). Плоские тела (46). Линейные тела (50) Элементы залегания тел полезных ископаемых...................... 52 Гинетически-типоморфные теустуры руд (53). Вещественный состав по- лезных ископаемых (54) 1.5. Дополнительная информация.................................... 55 Геохимические и минеральные группировки, изоморфизм и фазовый со- став (55). Примеры типоморфных текстур руд (56) 1.6. Резюме по модулю............................................. 62 Влияние морфологии, условий залегания и вещественного состава на тех- нологию разработки и переработки полезных ископаемых.............. 62 1.7. Контрольные вопросы для самопроверки......................... 64 1.8. Тесты для самопроверки....................................... 65 Часть И. ГЕОЛОГИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ МОДУЛЬ 2. БАЗОВЫЙ................................................. 68 2.1. Основной классификационный блок.............................. 68 Геологические процессы.......................................... 68 Современная сводная генетическая классификация.................. 69 2.2. Дополнительный информационный блок........................... 74 Хронология развития генетических классификаций.................. 74 2.3. Блок для углубленного изучения. Геодинамика и минерагения.... 75 Геологические факторы размещения месторождений полезных ископаемых 75 Геодинамические факторы и обстановки. Реювенация континентальных плит 76 Геодинамические обстановки формирования рудоносных интрузивных комплексов........................................................ 83 444
Рудоносные метасоматические комплексы и геодинамические обстановки постмагматических месторождений.................................... 85 Структурно-морфологические типы магматогенных месторождений .... 87 Геодинамические и структурно-формационные факторы размещения вул- каногенно-осадочных и стратиформных месторождений.................. 89 Формационно-геодинамические и структурно-геоморфологические фак- торы размещения экзогенных месторождений........................... 92 Фациально-геодинамические и структурно-формационные системы мета- морфогенных месторождений.......................................... 95 2.4. Резюме по модулю.............................................. 97 2.5. Контрольные вопросы для самопроверки.......................... 98 2.6. Тесты для самопроверки........................................ 98 МОДУЛЬ 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ.............................................. 100 3.1. Информационный блок. Магматогенно-метасоматическая группа месторо- ждений ........................................................... 101 Магматические месторождения....................................... 101 Общая характеристика (101). Ликвационные месторождения (104). Экс- плозивные и кристаллизационные месторождения (106) Карбонатитовые месторождения.................................... 109 Условия образования и минеральный состав (109). Геологическое строение флогопитовых, апатит-магнетитовых и редкоземельных карбонатитов (114) Пегматитовые месторождения...................................... 117 Условия образования (117). Морфология и минеральный состав пегматито- вых тел (120). Керамические, хрусталеносные, редкометалльные и слюдо- носные пегматиты (122) Постмагматические месторождения................................. 125 Скарновые месторождения......................................... 125 Условия образования и геологическое положение (125). Морфология, внут- реннее строение и минеральный состав рудных тел (127}. Скарново-магне- титовые, медные, шеелит-молибденитовые и свинцово-цинковые месторо- ждения (129) Альбитит-грейзеновые месторождения.............................. 132 Условия образования (132) Гидротермальные месторождения................................... 135 Подразделение месторождений по характеру магматизма, глубине и тем- пературе образования (135). Процессы матасоматоза (137). Зональность гидротермального оруденения (139). Морфология рудных тел и веществен- ный состав руд (141) 3.2. Блок для углубленного изучения............................... 143 Постмагматические рудообразующие процессы....................... 143 Природа растворов (143). Состав растворов, причины и пути их движения, формы переноса и механизм осаждения минеральных веществ (145). Роль пневматолитовых и метасоматических процессов в рудообразовании (147) Альбититовые месторождения...................................... 147 Грейзеновые месторождения....................................... 149 Плутоногенные и субвулканические гидротермальные месторождения . . 151 Гидротермальные вулканогенные месторождения..................... 154 3.3. Контрольные вопросы для самопроверки......................... 155 3.4. Информационно-аналитический блок. Эндогенно-экзогенная группа месторождений..................................................... 156 Вулканогенно-осадочные месторождения............................ 156 445
Гидротермально-осадочные (стратиформные) месторождения.......... Условия образования (160). Особенности морфологии тел, условий залега- ния и вещественного состава месторождений медных и свинцово-цинковых рудОЬ!) 3.5. Информационный блок. Экзогенная группа месторождений......... Месторождения выветривания...................................... Профиль и морфологические типы коры выветривания (164) Остаточные месторождения........................................ Условия образования, формы залежей, минеральный и химический состав остаточных месторождений (165) Инфильтрационные месторождения.................................. Зоны окисления и вторичного обогащения сульфидных месторождений (170) Россыпные месторождения......................................... Типы и механизм образования россыпей, рассыпеобразующие формации и комплексы (174). Роль геоморфологии, тектоники, климата и гидрографии в формировании россыпей (177). Морфология, размеры и минеральный со- став россыпей алмазов, золота, ильменита и рутила (179) Осадочные месторождения......................................... Механическая и химическая дифференциация вещества в процессе осадко- накопления. Диагенез и катагенез (183) Месторождения механических осадков.............................. Месторождения гидрогенных осадков............................... Биогенные месторождения......................................... Месторождения углеводородов..................................... Месторождения твердых каустобиолитов............................ Основные геолого-генетические факторы угленакопления (200). Состав и свойства твердых горючих ископаемых (202). Изменения углей в процессе ме- таморфизма и выветривания (204). Генетическая классификация углей (206) 3.6. Контрольные вопросы для самопроверки......................... 3.7. Информационный блок. Метаморфогенная группа месторождений.... Условия образования и геологическое положение метаморфических и мета- морфизованных месторождений (208). Морфология и вещественный состав железорудных, ураново-золоторудных, марганцеворудных и графитовых ме- сторождений (211) 3.8. Тесты для самопроверки....................................... 3.9. Задачи....................................................... Часть III. РАЗВЕДКА И ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ МОДУЛЬ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ......................................... 4.1. Основной технологический блок. Разведка месторождений полезных иско- паемых .......................................................... Цели и принципы разведки (221). Стадии разведки, их задачи (223). Техни- ческие средства разведки (227). Системы разведки. Факторы, влияющие на их выбор (229). Методы разведки (232). Ориентировка, форма и плотность разведочной сети (237). Понятие о математических методах оптимиза- ции параметров разведочной сети (241) 4.2. Дополнительная информация. Геологическая съемка и поиски..... Понятие о геологической съемке, ее задачи (245). Задачи и методы поис- ков (246) 4.3. Технический блок. Опробование полезных ископаемых при разведке. . . . 446
Виды опробования (250). Способы и параметры опробования (252). Обра- ботка проб (258). Лабораторные испытания проб (260). Контроль опробо- вания (262) 4.4. Контрольные вопросы для самопроверки...................... 263 4.5. Тесты для самопроверки.................................... 263 4.6. Задача.................................................... 265 МОДУЛЬ 5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ........................................ 266 5.1. Базовый блок. Подсчет запасов............................. 267 Классификация запасов прогнозных и перспективных ресурсов (267). Геоло- го-экономические критерии оконтуривания запасов (274). Определение ис- ходных данных к подсчету запасов (277). Основные методы подсчета запа- сов (281). Применение компьютерных программ при подсчете запасов (285). Оценка точности подсчета запасов. Формы учета их движения. Управле- ние качеством руды (286) 5.2. Оценочный блок. Геологе-экономическая оценка месторождений. 289 Геолого-экономические и технологические критерии оценки (289). Факторы и методы оценки (290) Кондиции..................................................... 292 Виды кондиции, их назначение и условия разработки (292). Основные пара- метры кондиций для рудных и угольных месторождений (293). Техни- ко-экономические обоснования параметов кондиций (297). Группировка ме- сторождений по запасам и содержанию полезных компонентов (301) 5.3. Контрольные вопросы для самопроверки...................... 302 5.4. Тесты для самопроверки.................................... 303 5.5. Задача.................................................... 305 Часть IV. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ МОДУЛЬ 6. ГЕОЛОГО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ................................. 306 6.1. Промышленные типы месторождений металлических полезных ископаемых 307 6.1.1. Месторождения черных металлов......................... 307 Железные руды (307). Хромиты (314). Марганцевые руды (317) 6.1.2. Месторождения легирующих тугоплавких металлов......... 320 Никель и кобальт (321). Вольфрам и молибден (326) 6.1.3. Месторождения цветных металлов........................ 331 Медь (331). Свинец и цинк (335). Алюминий (337). Олово (340). Сурьма и ртуть (343). Висмут и магний (347) 6.1.4. Месторождения драгоценных металлов.................... 348 Золото и серебро (348). Металлы платиновой группы (351) 6.1.5. Металлы радиоэлектроники и ядерно-космической техники..352 Редкие металлы (352). Уран и торий (355) 6.1.6. Контрольные вопросы для самопроверки.................. 358 6.2. Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых.................................................. 359 6.2.1. Месторождения индустриального горно-рудного сырья..... 359 Алмазы и цветные камни (359). Графит (363). Слюды (365). Асбест (366). Магнезит, барит, флюорит (368) 6.2.2. Месторождения горно-химического и агрономического сырья.... 369 Минеральные соли (369). Серное сырье (371). Фосфатное сырье (372) 447
6.2.3. Месторождения сырья для производства строительных материалов 373 Глины и каолиты (374). Гипс и ангидрит (375). Карбонатные и кремнистые породы (376) 6.2.4. Контрольные вопросы для самопроверки................... 379 6.3. Горючие полезные ископаемые (каустобиолиты)................ 379 6.3.1. Группа углеродного сырья (ископаемые угли, торфа, горючие сланцы) 379 6.3.2. Группа углеводородного сырья (нефть, газ и твердые битумы). . . . 390 6.3.3. Контрольные вопросы для самопроверки................... 398 6.4. Тесты для самопроверки..................................... 398 Часть V. ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ МОДУЛЬ 7. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ............................... 403 7.1. Инженерная петрография......................................404 7.2. Инженерно-геологические исследования массивов горных пород .... 412 7.3. Инженерная геотектоника и геодинамика...................... 413 Геодинамическая обстановка производства горных работ...........414 Горно-геологические явления при освоении месторождений полезных ис- копаемых ....................................................... 416 7.4 Контрольные вопросы для самопроверки........................ 417 7.5 Тесты для самопроверки...................................... 418 МОДУЛЬ 8. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ.................................... 419 8.1. Информационно-понятийный блок...............................420 8.2. Блок-концептуальный.........................................424 Законы фильтрации............................................424 8.3. Блок горно-гидрогеологический.............................. 426 Схемы осушения карьерных и шахтных полей.....................427 8.4. Контрольные вопросы для самопроверки........................429 8.5. Тесты для самопроверки..................................... 429 Резюме...................................................... 430 Предметный указатель.............................................432 Указатель месторождений..........................................438 Список рекомендуемой литературы................................. 442