Критерии (предпосылки) поисков месторождений полезных ископаемых

Поисковыми геологическими критериями (предпосылками) принято считать совокупность геологических факторов, которые определяют условия образования и размещения месторождений полезных ископаемых в земной коре. От критериев необходимо отличать поисковые геологические признаки.

Поисковые признаки – это конкретные геологические факторы, следы процессов и явлений, сопутствующих образованию, изменениям и разрушениям месторождений.

Критерии могут быть действительны для всей земной коры или иметь только локальное значение. При выявлении поисковых критериев анализируются рудоконтролирующие факторы: стратиграфические, литологические, литолого-фациальные, магматические, структурные и геоморфологические.

Стратиграфические критерии (предпосылки). К этой группе относятся геологические факторы, основанные на устойчивых связях оруденения с возрастом различных свит и типами геологических разрезов. Они играют важную роль при прогнозировании осадочных, вулканогенно-осадочных, метаморфогенных и стратифорных месторождений. Многие полезные ископаемые встречаются преимущественно в отложениях того или иного возраста (уголь, железные и марганцевые руды, фосфориты, боксит). Эти закономерности выдерживаются в пределах всего земного шара отражают продуктивные периоды рудообразования. К числу универсальных критериев можно отнести связи крупнейших железо-рудных месторождений с разрезами раннего протерозоя (Кривой Рог, Курская магнитная аномалия), стратифорных, медных и полиметаллических с отложениями протерозоя (Удакан, Горевское, месторождения Заира и Замбии). Углистые сланцы известны с нижнего силура, а угли только с девона.

Примерами региональных стратиграфических критериев являются приуроченность колчеданных месторождений к вулканогенно-осадочным разрезам протерозоя в Енисейском кряже и северном Прибайкалье.

Локальные стратиграфические критерии отличаются ограниченной площадью проявления (рудный район, рудный узел, рудное поле, месторождения). Это местные рудоносные уровни, стратиграфические экраны пород, благоприятные для рудоотложения. Например, подавляющее большинство алтайских полиметаллических месторождений, имеющих нижне-каменноугольный возраст.

Литологические и литолого-фациальные критерии (предпосылки) базируются на выявлении тесных связей полезных ископаемых с осадочными и вулканогенно-осадочными породами определенного состава и типичными литофациями. Большое значение эти критерии приобретают при поисках осадочных, вулканогенно-осадочных и стратифорных оруденений. Эти критерии используются в комплексе со стратиграфическими. Широко известны факты повышенной рудоносности многих типов пород в составе продуктивных формаций: углеродисто-кремнистых, рифогенных известняков, доломитов и питуминозных известняков, черносланцевых формаций.

Наблюдается связь рудоносных литофаций с палеогеографическими обстановкам, например, в условиях аритного климата на континентах с расчленённым рельефом слабо накапливаются карбонаты, сульфаты и галоиды, а в зоне лагун активно отлагаются гипс, соли, доломит, на шельфе формируются органогенные известняки, кремнистые осадки и горючие сланцы.

Магматические критерии (предпосылки). В основе этих критериев лежат представления о генетической связи эндогенных месторождений полезных ископаемых с магматическими процессами. При этом предполагается, что рудное вещество выносится из глубин в верхние зоны земной коры и на ее поверхность магматическими расплавами и сопровождающими их флюидами. Основными факторами магматического оруденения считаются связь эндогенных месторождений с определёнными типами изверженных пород, закономерное размещение месторождений по отношению к магматическим телам. При прогнозе промышленного оруденения большое значение имеет оценка глубины формирования и уровня эрозионного среза магматитов и прилегающих к ним структур.

Генетические связи характерны прежде всего для магматических месторождений, ассоциирующих с ультраосновными, основными и щелочными породами, например, дунит-перидотитовые тела содержат хромитовые руды, кимберлиты – месторождения алмазов, щелочные интрузивы – алюминиевое сырье (нефелиновые сиениты и руды редких земель). Большинство таких месторождений располагаются в пределах интрузивных массивов. Признаками тесных связей магматических пород и руд являются: приуроченность тех и других к единым структурам, размещение руд в интрузивных телах и их контактах совмещающими породами, общность фациально-глубинных условий образования, геохимические и петрохимические признаки общности пород и руд, одинаковая степень метаморфизма.

Геоморфологические критерии (предпосылки) основаны на пространственной связи месторождений полезных ископаемых с современными и древними формами рельефа. В отношении рельефа все месторождения разделяются на две группы: экзогенные – сформированные в связи с образованием рельефа, эндогенные – возникшие вне связи с рельефом. Геоморфологические критерии используются, прежде всего, для поиска россыпных месторождений. Россыпные месторождения континентов разделяются на элювиальные, делювиальные, пролювиальные и аллювиальные, среди которых наибольшее значение имеют аллювиальные россыпи. Аллювиальные россыпи различаются на русловые, косовые, террасовые и долинные. Геоморфологические исследования в сочетании с палеогеографическим анализом необходимы для выявления палеорельефа, древней речной сети и закономерности размещения россыпных месторождений. Как правило, геоморфологические критерии сочетаются с литологическими, магматическими и другими. Например, остаточные силикатно-никелевые месторождения, образующиеся в условиях значительной пенепленизации рельефа на основе базитов-ультрабазитов.

Формационные критерии (предпосылки) предполагают наличие тесных связей полезных ископаемых с определёнными геологическим формациями. Примером являются устойчивые взаимосвязи сульфидных медноникелеевых руд с трапповыми формациями платформ, золоторудных месторождений с гранитоидными формациями. Тесные взаимосвязи свойственны экзогенным месторождениям железа, марганца, фосфоритов, углей с определёнными геологическими формациями. Подробное изучение особенностей формирования и строения месторождений различных формационных типов позволяет выявлять надежные критерии для их диагностики и установления масштаба оруденения, использовать эти данные при металлогеническом анализе рудных районов.

Геофизические критерии (предпосылки). Их сущность заключается в использовании характера геофизических полей и аномалий для прогноза и поиска полезных ископаемых.

Поисковые признаки

Поисковые признаки – геологические тела или присущие им свойства, указывающие на наличие или возможность выявления месторождений полезных ископаемых в определенном месте.

Подразделяются на: прямые и косвенные.

Прямые поисковые признаки – непосредственно указывают на наличие полезного ископаемого.

Косвенные поисковые признаки – косвенно свидетельствуют о возможности присутствия оруденения.

Прямые поисковые признаки подразделяются на:

– Выходы полезных ископаемых на поверхность или обнаруженные в горных выработках (скважинах).

– Ореолы и потоки рассеяния рудного вещества.

– Первичные ореолы рассеяния

– Вторичные ореолы и потоки рассеяния

– Механические:

– крупнообломочные,

– шлиховые,

– тонкодиспергированные (глинистые);

– Солевые

– Смешанные (литогеохимические)

– Водные (гидрохимические)

– Газовые (атмохимические)

– Биогеохимические

– Некоторые геофизические аномалии.

– Следы старых разработок, исторические (архивные) данные о горном промысле.

Выходы полезных ископаемых на поверхность или обнаруженные в горных выработках (скважинах) – это наиболее достоверный поисковый признак.

Выявление полезного ископаемого в обнажении или вскрытие его с помощью горных выработок (скважин) – важнейшая поисковая задача. В результате этого появляется возможность выявить минеральный состав, химические, технические и др. свойства полезного ископаемого, определить условия залегания и локализации орудененения, оценить потенциальные размеры скопления полезного ископаемого и др.

Необходимо иметь в виду, что в зоне гипергенеза свойства (вещественный состав, мощность и условия залегания) залежей полезных ископаемых могут существенно отличаться от их строения на глубине. В первую очередь это относится к изменениям полезных ископаемых, сложенных неустойчивыми в зоне окисления минералами (месторождения сульфидных руд, солей, каменного угля и др.).

Ореолы рассеяния – это зоны повышенных концентраций (относительно фоновых) минералов или элементов вокруг залежей полезных ископаемых. Они имеют большие размеры, по сравнению с рудными телами, поэтому их проще обнаружить. На изучении ореолов рассеяния основаны визуальные, шлиховой и геохимические методы поисков. По происхождению ореолы рассеяния подразделяются на первичные и вторичные.

Первичные ореолы рассеяния размещаются в коренных породах. Формируются в процессе образования месторождения (или при его метаморфизме) вследствие диффузии и инфильтрации элементов.

Состав, форма, размеры ореолов зависят от:

-  состава рудообразующих флюидов и геохимических особенностей (миграционной способности) слагающих их элементов;

-  формы, состава и условий залегания рудных тел;

-  физико-химических особенностей и условий залегания вмещающих пород.

Зональность первичных ореолов рассеяния. Первичные ореолы рассеяния имеют зональное строение, обусловленное геохимическими особенностями элементов.

Выделяют ореолы подрудные, околорудные и надрудные.

В пределах отдельных генетических типов элементы-индикаторы образуют достаточно устойчивые ряды зональности.

Обобщенный ряд зональности сульфидных гидротермальных месторождений по С.В. Григоряну (от подрудных к надрудным):

W – Be – Sn – U – Mo – Co – Ni – Bi – Cu – Au – Zn – Pb – Ag – Cd – Hg – As – Sb – Ba – I.

Геолого-структурные условия (трещиноватость, разломы) могут существенно повлиять на форму и положение ореола относительно рудных тел.

Рис. 1. Схема строения первичного ореола рассеяния

Вторичные ореолы и потоки рассеяния. Формируются в результате разрушения месторождений и первичных ореолов. Образуются в почвах и рыхлых отложениях; растительности; поверхностных и грунтовых водах; приповерхностном и почвенном воздухе.

Различают ореолы и потоки вторичного рассеяния. Ореолы более или равномерной каймой окружают рудные тела. Потоки имеют вытянутую форму, обусловленную течением водного потока.

Группировка вторичных ореолов и потоков рассеяния. В зависимости от фазового состояния продуктов разрушения подразделяются на механические, солевые, смешанные (литогеохимические), водные (гидрохимические), газовые (атмохимические), биогеохимические.

Механические ореолы рассеяния. Образуются при физическом разрушении химически устойчивых полезных ископаемых.

Подразделяются на: крупнообломочные (см – дес. см); шлиховые (доли мм – первые мм); тонкодиспергированные (глинистые) (сотые – тыс. доли мм).

Они могут находиться в элювиальных, коллювиальных, делювиальных, пролювиальных, аллювиальных, гляциальных отложениях. Размер и окатанность обломков в них обусловлены физико-механическими свойствами полезного ископаемого, вмещающих пород и дальностью переноса. Конфигурация ореолов определяется формой выхода рудного тела, крутизной склона, характером рельефа.

Солевые ореолы и потоки рассеяния. Образуются в результате разложения, растворения, переноса и переотложения рудного вещества в виде элементов или солей.

Выпадение солей происходит вследствие:

а) изменения pH и Eh среды;

б) пересыщения растворов при испарении;

в) обменных реакций с окружающей средой;

г) сорбции.

Большую роль играет климат. В условиях гумидного климата образуются погребенные ореолы; в условиях аридного климата – открытые ореолы, в средних широтах – полузакрытые (неглубокие).

Смешанные (литогеохимические) ореолы и потоки рассеяния. Чисто солевые и механические ореолы встречаются редко. Чаще образуются смешанные ореолы, называемые литогеохимическими.

Большинство элементов-индикаторов оруденения концентрируется в мелких фракциях. Повышенные концентрации компонентов в крупных фракциях наблюдаются лишь близ залежей полезных.

Водные (гидрохимические) ореолы. Образуются за счет растворения и выноса химических элементов и их соединений из рудных тел подземными и поверхностными водами.

Для их формирования важное значение имеет: наличие растворимых минералов в рудных телах;  интенсивность водной миграции; благоприятные литолого-структурные обстановки; обеспечивающие доступ подземных вод к рудным телам; инертность вмещающих пород, препятствующая возникновению геохимических барьеров.          

Содержание элементов в водных ореолах рассеяния рудных месторождений повышается на 1-2 порядка.

На изучении гидрохимических ореолов рассеяния основан гидрохимический метод поисков. Он широко используются при поисках месторождений: солей, сульфидных руд, цветных металлов, бора, урана. Гидрохимические ореолы могут формироваться в надпочвенном льду и снеге за счет ионной миграции через капилляры льда и пленочную воду, обволакивающую кристаллы снега. С глубиной концентрация элементов увеличивается. Скорость аккумуляции составляет 2-3 месяца. Снеговая съемка используется при составлении геолого-экологических карт и экологических исследованиях.

Газовые (атмохимические) ореолы рассеяния. Образуются за счет обогащения почвенного и приповерхностного воздуха паро- и газообразными соединениями, связанными с полезными ископаемыми.

На изучении газовых ореолов рассеяния основан атмохимический метод поисков. Газовые ореолы создают только месторождения, сложенные компонентами, способными создавать газовые эманации. По особенностям формирования подразделяются на три группы:

– ореолы (CH₄, CO₂, SO₂ , Hg, He, тяжелые углеводороды и др.) над залежами нефти и газа;

– ореолы (H₂S, CO₂, SO₂ , Hg и др.) над сульфидными месторождениями Pb, Zn, Cu, Hg, Sb и др.;

– ореолы (Rn, He, Ar и др.), обусловленные распадом радиоактивных элементов в месторождениях U и Ra.

Биогеохимические ореолы рассеяния. Образуются вследствие увеличения концентрации элементов-индикаторов в растениях, произрастающих над залежами полезных ископаемых.

Основные особенности концентрации элементов растениями:

– над месторождениями все растения имеют повышенную концентрацию элементов-индикаторов;

– некоторые виды растений могут селективно концентрировать отдельные элементы;

– отдельные органы растений могут избирательно концентрировать элементы-индикаторы.

Концентрация элементов-индикаторов зависит от глубины распространения корневой системы; возраста растения; сезонной миграции вод по органам растений.

Косвенные поисковые признаки.   Изменение околорудных пород может происходить при процессах образования полезных ископаемых и других разрушениях. При эндогенных процессах наиболее характерными околорудными изменениями горных пород являются скарнирование, грейзенизация, окварцевание, доломитизация, каолинизация др. Такие изменения пород служат очень важными косвенными поисковыми признаками, т.к. проявляются иногда в значительно больших пределах и в больших объемах, чем сами рудные тела.

Скарны и скарновые породы. Они х арактерны для железа, свинца, цинка, меди, вольфрама, молибдена, бериллия, золота, кобальта, мышьяка, бора. Граниты в скарнах указывают на возможное оруденение, с которым связано минеральное соединение железа, свинца, цинка, кобальта.

Процесс грейзенизации сопровождают рудные минеральные образования касситерита, вольфрамита, молибденита, берилла.

Окварцевание пород. Окварцевание приводит к образованию вторичных кварцитов, с которыми связаны неметаллические полезные ископаемые (каолинит, корунд и др.). К кварцитам, образовавшихся за счет пород среднего состава, приурочены скопления меди, свинца, цинка, золота, серебра. Реже с ними бывают связаны оруденения молибдена, висмута, мышьяка, сурьмы.

Каолинизацией сопровождаются средне- и низкотемпературные гидротермальные месторождения полиметаллов, золота, флюорита и др.

Хлоритизации подвергаются породы ультраосновного, среднего, кислого состава при процессах регионального метаморфизма.

Для поисковых целей наибольший интерес представляет хлоритизированные породы, возникающие при гидротермальных процессах. Часто процессы сопровождаются другими изменениями пород. Сочетание хлоритизированных пород с другими изменениями указывает на возможность выявления полезных ископаемых.

Доломитизация пород. В отличие от доломитов осадочного происхождения, залегающих в форме пластов, доломитизация карбонатных пород, вызываемая гидротермальными процессами, развивается лишь на отдельных участках и часто контролируется трещинами. Такие участки пород обычно характеризуются светлой окраской и крупнозернистостью по сравнению с недоломитизированными известняками. Доломитизированные породы являются косвенными поисковыми признаками низкотемператуных, реже среднетемпературных месторождений полиметаллов баритовых и сидеритовых месторождений.

Серпентизация пород. Серпентизация ультраосновных пород может происходить в результате автометаморфизма, в результате динамоморфизма (антигоритовые серпентиниты) и в большей степени носят региональный характер. Однако для поисков полезных ископаемых особенно важны зоны серпентизации, возникающие под действием гидротермальных растворов. Обычно это происходит вдоль зон разломов и сопровождается карбонатизацией и хлоритизацией. Наличие таких зон является важным поисковым признаком месторождений хризолит-асбеста.

Цеолитизация пород. Свидетельствует о проявлении низкотемпературных процессов минералообразования. Она является важным поисковым признаком месторождений исландского шпата и некоторых других полезных ископаемых. Важное поисковое значение имеет окраска пород, связанная с процессами минералообразования. Так, кирпично-красный и желтовато-бурый цвет пород указывает на присутствие железных руд. Зеленовато-белая, желтая и розовая окраска гидротермально измененных пород пироксенита, габбро, диабаза указывает на возможное присутствие здесь месторождений хризолит-асбеста и др. Черные, темно-зеленые или темно-серые участки среди кристаллических известняков могут оказаться магнетит-гематитовыми, хлоритоидными наждаками. Яблочно-зеленые, розовые и желтые тона доломитизированных известняков вблизи контактов их с породами типа диабазов, порфиритов и других являются хорошим поисковым признаком для асбестоносных серпентинитов. В результате процессов приповерхностных изменений и разрушений месторождений также происходят околорудные изменения пород, которые могут быть использованы как поисковые признаки. Прежде всего, следует указать на охревание пород, возникающее при окислении многих сульфидных месторождений. В верхней части таких месторождений возникает железная шляпа, состоящая из различных водных окислов железа, иногда с гематитом, кремнеземом, солями других металлов, а также из некоторого количества первичных, еще не растворившихся минералов. Обохренные породы, возникшие за счет разложения сульфидов, отличаются обычно наличием индикаторных текстур лимонитов значительной пористостью, наличием пустот выщелачивания.