Использование методов и подходов структурной геоморфологии при поисках полезных ископаемых

12. Общие сведения о полезных ископаемых.

Вещественный состав и строение земного шара. Месторождения полезных ископаемых (МПИ) образуются путём накопления минерального вещества в различных участках земной коры. Примеры таких накоплений редки, так как химические элементы горных пород в земной коре находятся в состоянии значительного рассеяния. О степени рассеяния можно судить по химическому составу горных пород, доступных непосредственному наблюдению. Если остановиться на рассмотрении среднего состава изверженных пород, составляющих 95% земной коры, то в этом среднем составе можно увидеть следующее количество химических элементов, входящих в состав земной коры (Табл.12-1). Что касается распространения остальных более редких элементов, то на их долю приходится не более 0,4%.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что общеизвестные промышленные металлы, таеие как медь, цинк, свинец, сурьма, серебро, золото, олово присутствуют в земной коре в значительно меньших количествах, чем, так называемые, редкие минералы: циркон, ванадий, церий, уран, литий. Между тем известно, что много крупных месторождений перечисленных промышленных металлов и мало месторождений редких металлов. Отсюда можно заключить, что условия концентрации тех и других в земной коре различны. А различия эти объясняются разными их миграционными свойствами.

Для учения о полезных ископаемых необходимо не только уточнить представление о распределении химических элементов в земной коре, но и установить главные условия их миграции и выяснить те пути, которые ведут к накоплению их в отдельных участках земной коры.

Так как источником огромного большинства металлических и неметаллических полезных ископаемых являются магматические горные породы, слагающие глубинные зоны земной коры, то необходимо познакомиться с теми гипотетическими представлениями о строении глубинных зон, составе и взаимоотношениях слагающих глубинную сферу масс.

Тело Земли при остывании жидких расплавов под влиянием поля силы тяжести разделяется на три почти не смешивающиеся части: а) железный расплав (уд. вес 8), который мы называем ядром планеты, б) сульфидный расплав ( уд. вес. 6-5) и в) силикатный расплав (уд. вес 3,5). В виде жёской корки над этими зонами расплавов выступает земная кора (уд. вес 2,7) Эти расплавы под влиянием силы тяжести приняли концентрическое расположение в виде сфер (Рис.12-1).

В центре сосредоточился железный расплав с сидерофильными элементами, то есть имеющими наибольшее родство с железом. Сидерофильную группу слагают: Ni, Co, Mo, незначительное количество S, P, C, платины и её спутников – Os, Ir, Rb, Rh.

Сульфидно-окисный расплав, состоящий из моносульфида железа – троилита (FeS) и частично из (Fe Ni)S и CuFeS2, а также окисей металлов, является сосредоточием халькофильных элементов или обладающих сродством с серой. К этой группе принадлежат все цветные металлы: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Sb, Bi, As и драгоценные – Au, Ag, анионы S, Se, Te. Все эти элементы входят в троелитововые скопления в метеоритах.

Силикатный расплав состоит преимущественно из кремнекислотных соединений литофильных элементов: O, Si, Al, Ca, Mg, Na, K, Li, Rb, Cs, Sr, Ba, Ti, Zr, V, Mb, W, Sn, Th, U, Be, B, F, Cl, Br, J, а также элементов редких земель. В нижней части этой зоны предполагается мощный слой эклогитовой оболочки, состоящей из граната и пироксена, являющиеся промежуточным горизонтом между сульфидно-окисной зоной и земной корой. Такое разделение структуры Земли подтверждается скоростями прохождения сейсмических волн.

Классификация месторождений полезных ископаемых. По генезису. Месторождением полезного ископаемого называется такое геологическое тело или в целом структурная форма, в которых под влиянием тех или иных природных процессов произошло скопление минерального вещества, в количественном и качественном отношении пригодного для использования в народном хозяйстве.

Промышленное значение месторождения определяется не только качеством и содержанием полезного ископаемого, ни и целым рядом факторов:

• Запасами,

• Географическим положением в той или иной природной зоне, климатическом поясе, на шельфе и др.,

• Геоморфологическим положением: будь то на вершине хребта, на склоне, в депрессии и т.д.

• Геодинамическими условиями разработки: сейсмичесие или вулканические районы,

• Состояние эксплуатационных свойств: на поверхности или в недрах Земли, карьерная добыча или шахтная выработка, жила или пласт и др.,

• Формула обогащения – степень извлекаемости нужных веществ из породы.

Все МПИ подразделяются на три главные группы:

• Металлические.

• Неметаллические и

• Каустобиолиты.

Металлические полезные ископаемые образуют большую группу под названием рудные месторождения или руды. Руда – это минеральный агрегат, в котором содержатся металлы в количествах, выгодных для эксплуатации.

Неметаллические полезные ископаемые содержат две большие группы:

• Минерального нерудного сырья, включающего обширный ряд алюмосиликатов, силикатов, карбонатов, фосфатов и др., по условиям образования близким к рудным месторождениям.

• Строительные материалы. Они включают ряд горных пород, которые могут быть использованы в качестве каменных материалов, как в естественном виде (диабазы, известняки, кровельные сланцы), так и в переработанном виде (огнеупорные материалы, цементы, асбест, брусчатка).

Каустобиолиты включают всё разнообразие ископаемых углей, горючих сланцев, нефти и газа.

Как и все геологические и геоморфологические процессы, так и все процессы образования месторождений полезных ископаемых, могут быть подразделены на эндогенные, порождённые внутренней температурой и давлением, и экзогенные, обусловленными проявлением внешних сил. Они связаны с солнечной энергией. Главнейшие различия между теми и другими заключаются в следующем.

Эндогенные месторождения могут образовываться на разных глубинах, при различных, но преимущественно высоких давлениях и температурах. Они находятся всегда в самых тесных взаимосвязях с фазами эруптивного процесса, когда всё вещество полезного ископаемого выносится тем или иным способом из магматического очага.

Экзогенные месторождения образуются в поверхностной части земной коры, за счёт действия подземных вод и динамических геоморфологических процессов, в условиях взаимодействия агентов атмосферы, гидросферы и биосферы. Вне всякой зависимости от эруптивного процесса.

При проявлениях различных тектонических процессов за счёт восходящего литодинамического потока или длительных эпох денудационного выравнивания рельефа и физико-химических условий существования тех или иных месторождений, могут резко изменять свои свойства и свойства вмещающих пород. Так эндогенные месторождения, попадая в наружную зону земной коры, подвергаются воздействию внешних агентов и под влиянием механического и химического выветривания, частичного или полного растворения вовлекаются в нисходящий литодинамический поток, приобретая новый состав и новую форму вторичных месторождений. Одним из таких вторичных типов является россыпной процесс, когда полезная компонента рудного или нерудного вещества высвобождается из вмещающей породы и превращается в россыпь.

Но существует ещё один тип месторождений. Он связан с метаморфогенным процессом и образует целый класс метаморфогенных месторождений. В результате окончания первой фазы нисходящего литодтнамического движения рыхлого вещества оно попадает в конечные коллектора, в которых горизонтальное движение под действием силы тяжести вниз но склону прекращается. Осадок приобретает слоистую структуру. Начинается заключительная фаза нисходящего литодинамического потока. Рыхлый осадок уплотняетя под действием силы тяжести, теряет воду и литифицируется. По мере погружения слоёв под действием тектонических движений они попадают во всё более глубинные горизонты земной коры. Там на литификат начинает действовать высокая температура и всё усиливающееся давление. Первично осадочное вещество приобретает иную структуру – кристаллическую. В этих случаях говорят, что первично осадочная порода претерпела, в зависимости от температуры и давления, зеленокаменную, амфиболитовую или гранулитовую стадию метаморфизма. Возникают новые минеральные ассоциации и возникают месторождения метаморфогенного ряда. Процесс литодинамического потока на этой фазе завершается.

Указанные три генетические группы охватывают все имеющиеся месторождения в земной коре, а следовательно, и процессы накопления и образования месторождений нами вкратце рассмотрены.

На картах полезных ископаемых три главных вышеназванных групп подразделяются на 10 генетических групп. Шесть из них связаны с магматическими процессами: собственно магматическая, пегматитовая, карбонатитовая, контактово-метасоматическая (метаморфогенная под воздействием магматического очага на вмещающие породы), гидротермальная, телетермальная. Одна связана с собственно метаморфическим процессом или динамометаморфизмом – метаморфогенная, и три генетических группы, связанных с экзодинамикой геоморфологических процессов: осадочная, россыпная и инфильтрационная (образование карста и кор выветривания).

По эксплуатационным свойствам. В качестве базовой основы всех карт полезных ископаемых для Министерстав природных ресурсов России используют классификацию по эксплуатационным свойствам МПИ. Все они подразделяются, как было отмечено ранее, на три большие группы: металлические, неметаллические и каустобиолиты.

Металлические подразделяются на четыре группы: чёрные металлы: железо, марганец, хром, титан и ванадий.

Неметаллические образуют шесть групп месторождений:

• Горнохимическое сырьё: апатит, фосфорит, сера, алунит и др.

• Горнотехническое сырьё: флюорит, барит, асбест, слюды (мусковит, флогопит, вермикулит, тальк), графит, магнезит, известняк, доломит, гипс (ангидрит, алебастр), перлит, нефелин и др.

• Керамическое сырьё: кварц, кварцит, каолиновые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые глины, высокоглинозёместые материалы, кианит, силлиманит, глины огнеупорные и др.

• Соли: поваренная, калийная, магниевая, сульфат натрия и др.

• Строительные материалы: валунники, галечники, гравий, песок, супесь, шамот (глины кирпичные).

• Драгоценные и поделочные камни: алмаз, амазонит, аметист (кристаллический и аморфный), беломорит, бирюза, демантоид (разновидность бирюзы, зелёного оттенка), лазурит, малахит, нефрит, родонит, сердолик, хртзолти, хризопраз, хромдиопсид, чароит, яшма, янтарь и др.

По форме рудных тел. По форме рудных тел все месторождения подразделяются следующим образом:

• Простые жилы,

• Рудные зоны – системы сближенных жил,

• Пластовые тела, пласты,

• Залежи стратифицированные,

• Минерализованные зоны рассланцевания,

• Минерализованные зоны дробления,

• Гнездовидные: линзы, чёткт, чечевицы,

• Штокверки (рудное тело неправильной формы, представляющее собой горную породу, пронизанную густой сетью прожилков по микротрещинам, насыщенных вкраплением рудных минералов),

• Штоков – магматических пород неправильной формы, внедрившихся по трещиноватости вмещающих горных пород.