Методы поисков месторождений полезных ископаемых

Геологический осмотр потоков рассеяния  начинается с осмотра русел с  максимальным содержанием элементов, а затем распространяется на прилегающие  склоны и водоразделы. Цель осмотра  — обнаружение коренных выходов  рудных тел или рудных свалов.

2.2.2. Гидрохимические методы поиска

Гидрохимический метод поиска полезных ископаемых основан на выявлении в природных водах гидрохимических аномалий — участков распространения подземных или поверхностных вод, несущих повышенные концентрации элементов-индикаторов месторождений, хорошо мигрирующих в водной среде. К их числу относятся медь, свинец, цинк, никель, кобальт, молибден, мышьяк, йод, бром и ряд других элементов.

Концентрации отдельных рудных компонентов в гидрохимических  аномалиях по сравнению с фоновыми значениями в водах поверхностного и подземного стока могут возрастать на несколько порядков. Аномальные содержания рудных элементов в поверхностных  и подземных водах сохраняются  на расстояниях до 1000 м (иногда несколько  километров) от месторождения. Отбор  гидрохимических проб осуществляется из рек, ручьев, колодцев, родников, горных выработок и скважин, вскрывающих  водоносные горизонты с последующим  анализом микроэлементного состава  воды.

Наиболее благоприятными объектами  для гидрохимического метода поисков  являются месторождения природных  солей, в частности поисковым  признаком месторождений калийных солей служит повышенная величина в  пробах отношения Вr/Сl (более 15) и К/Вr (более 10) при содержании хлора более 150 г/кг. Среди рудных месторождений — сульфидные месторождения, в первую очередь медноколчеданные, колчеданно-полиметаллические и медно-никелевые. Вблизи сульфидных месторождений в водах резко возрастает содержание не только рудных элементов, но и сульфид-иона без существенных концентраций гидрокарбонатного иона и хлора.

Гидрохимический метод относится  к числу глубинных методов поисков месторождений в коренных породах. Глубинность метода определяется врезом долины и составляет в среднем 200 — 500 м. Для восходящих напорных вод может достигать 1 км. Характеризуя возможности этого метода, необходимо отметить зависимость его результатов от различий в гидродинамическом режиме вод разных глубин, сезонных колебаний уровня грунтовых вод, выпадения атмосферных осадков, режима гидростока рек и других факторов, что существенно осложняет интерпретацию и оценку гидрохимических аномалий.

2.2.3. Биохимические методы  поиска

Биохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых основаны на способности организмов отражать в химическом составе, видовых ассоциациях и морфологии организмов особенности среды обитания.

Данные методы разделяются на:

• собственно биогеохимические, основанные на анализе химического состава организмов и продуктов их жизнедеятельности (растений, торфа, растительного опада и т.д.),
• биологические, использующие приуроченность специфических организмов и их сообществ к участкам среды с определенными особенностями химического состава.

В настоящее  время практическое значение имеет  только геоботанический метод, использующий в качестве объектов опробования  наземные растения и их остатки (торф, лесную подстилку и гумусовый  горизонт почв).

Резко проявленные  изменения химического состава  почв и почвообразующих пород (в  частности, появление высоких концентраций рудных элементов) могут вызвать  местные изменения биологических  особенностей растений, выражающиеся в смене видового состава растительных ассоциаций и появлении специфических  растений, являющихся индикаторами на определенные химические элементы; в  появлении необычных форм растений, изменении темпов их развития, угнетении  растений или, наоборот, их повышенном росте и т. д.

Сущность  метода состоит в выявлении вторичных  ореолов рассеяния путем анализа  особенностей распределения химических элементов — индикаторов оруденения в растениях и их остатках. Над всеми типами месторождений в различных ландшафтно-геохимических условиях наблюдается накопление рудных элементов в растениях. При высоких концентрациях химических элементов в питающей среде большинство (95 %) видов и частей растений, а также их остатков (биообъектов) накапливают элементы.

В поисковых  целях используется небольшое число  видов растений и их частей, которые  накапливают рудные элементы линейно-пропорционально содержанию их в питающей среде. Определяется содержание рудных элементов в пробах растительности после их озоления. В одну пробу отбирается масса растений с площади в несколько квадратных метров. У древесных растений (сосны, лиственницы, осины и др.) опробуется верхний пробковый слой коры, в котором накапливается уран, свинец, цинк, бериллий, фтор, литий, цирконий и ряд других элементов. Биогеохимические поиски золоторудных месторождений эффективны при использовании для опробования коры и листьев березы, хвои и сухих ветвей лиственницы, сосны, а также полынь, саксаул, верблюжья колючка и живой мохо-лишайниковый покров (биогеохимический метод поисков) 

При поисках серебряных месторождений целесообразно опробовать ядровую древесину деревьев, а при поисках медноколчеданных и колчеданно-полиметаллических месторождений необходимо учитывать, что наиболее контрастные биогеохимические аномалии образует свинец в коре, хвое лиственниц, листьях березы, брусники. Другие элементы (Zn, Со, Ag, As, и Сu) дают аномалии меньшей контрастности. Для опробования на радий пригодны любые растения. В целом при выборе видов растений с возможными относительно высокими концентрациями элементов-индикаторов рудных тел месторождений они должны быть предварительно сгруппированы по относительному содержанию элементов в различных видах. Предпочтительнее опробовать не живые (зеленые) части многолетних травянистых растений, а их сухие прошлогодние остатки и при этом — нижние части стеблей, а не всю наземную биомассу. Наиболее благоприятным временем отбора надземных частей травянистых растений является осенний и осенне-зимний период после окончания вегетации и созревания семян.

Глубинность биохимического метода поисков выше, чем глубинность других поверхностных геохимических методов. Максимальная мощность рыхлых отложений, ограничивающая возможность метода в степных и пустынных районах, составляет 20 — 50 м, в лесных районах гумидной зоны — 10 —20 м, в районах с многолетней мерзлотой не превышает 3 — 10 м. Его применение оправдано лишь в тех геологических и ландшафтных условиях, когда выявление вторичных литохимических ореолов и потоков рассеяния затруднено. Необходимо также отметить, что сложность интерпретации биогеохимических аномалий, связанная с необходимостью учета биологических, техногенных и антропогенных (выбросы и отходы горных и промышленных предприятий, загрязнение растений при перевозке руд, внесение в почву различных микроэлементных удобрений и др.) факторов на концентрацию металлов в золе растений, заметно снижает достоверность результатов биохимических методов поисков.

2.2.4. Атмохимические (газовые) методы поисков

Атмохимические (газовые) методы поисков месторождений полезных ископаемых основаны на исследовании подземной атмосферы и ее приземного слоя — химического состава газов, насыщающих горные породы — углекислого газа, метана, сероводорода, сернистого газа, паров ртути и некоторых других газов. Важное практическое значение при поисках погребенных месторождений полезных ископаемых имеет большая проникающая способность газовых компонентов, мигрирующих на значительные расстояния от рудных тел через перекрывающие толщи рыхлых отложений.

Атмохимические поиски в целом  являются косвенными, однако тщательный анализ физико-химических условий образования  газовых ореолов часто дает достаточные  основания для уверенной геологической  интерпретации выявленных аномалий и установления связи с месторождениями.

Рудные месторождения при атмохимических съемках по свободным подпочвенным газам могут фиксироваться максимальными  содержаниями СО₂, достигающими 3,0 % (при фоне 0,3 %), СН₄— 0,01 % (фон — 0,0001 %), Н₂— 0,01 % (фон — 0,0002 %) и минимумом О₂— 15 % при фоне 20,6 %. Размеры линейных атмо-химических аномалий, как правило, превышают размеры месторождений в 3 — 10 раз и могут достигать размера 5 — 15 км х 0,2 — 0,8 км.

При сглаженном рельефе и отсутствии древесной растительности весь комплекс атмохимических исследований проводится на автомобиле. В зависимости от способов проведения атмохимических съемок пробоотбор и анализ газовых компонентов может осуществляться из приземной атмосферы (свободные газы), из верхнего горизонта рыхлых отложений (сорбированные газы), из водных источников (водно-растворимые газы) и из неглубоких скважин (свободные подпочвенные газы).

Метод может быть применен в различных  ландшафтных обстановках при  поисках рудных месторождений, выведенных на древнюю денудационную поверхность  и перекрытых рыхлыми палеоген-четвертичными отложениями мощностью от 20—100 до 500 м.

Атмохимические поиски рудных месторождений  не проводятся в условиях выхода рудоносного  субстрата на современную дневную  поверхность, т. к. в этом случае рационально  применяются прямые литохимические поиски по вторичным остаточным ореолам  рассеяния.

Широкое распространение при поисках  получили газортутные съемки. Геохимическое сродство ртути с серой определяет ее принадлежность к числу халькофильных элементов и повышенные содержания в сульфидных минералах. Замечательное свойство ртути — высокая летучесть и способность восстанавливаться в гипергенных условиях до самородного состояния.

Газортутные ореолы установлены на многих рудных месторождениях в различных регионах. Подавляющее большинство нертутных сульфидсодержащих месторождений несут повышенные концентрации ртути, увеличивающие содержание ртути во вмещающих породах в 5 — 1000 раз, что является достаточным для формирования значимых газортутных ореолов. Содержание ртути в ореолах колеблется от n х 10-6 % до n х 10-4% в зависимости от минерального типа руд и количества ртути, находящегося в качестве примеси в минералах руд. Параметры ореолов также варьируют для разных типов руд.

По мощности и протяженности  ореолы ртути соответствуют размерам рудных зон, иногда в 1,5 — 2 раза превышая их. Глубинность газортутного метода при поисках медных и свинцово-цинковых месторождений достигает 350 м, ртутных и сурьмяных — 400 м. Для накопления и сохранения аномальных паров ртути необходимо наличие рыхлых перекрывающих отложений. На развитие газовых ореолов в почвенном воздухе влияет характер рыхлых отложений. Наименее благоприятны щебенистые и торфянистые отложения, которые из-за сильной аэрации плохо хранят и накапливают пары ртути.

2.3. Геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых

Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых основаны на изучении естественных или искусственно создаваемых физических полей, в которых отражаются различия горных пород и руд по физическим свойствам.

По видам изучаемых полей  геофизические методы подразделяются на:

• магнитометрические
• гравиметрические
• электроразведочные
• сейсморазведочные
• ядерно-физические
• геофизические исследования скважин

2.3.1. Магнитометрические методы поиска полезных ископаемых

Магниторазведка объединяет геофизические методы, которые в целях решения тех или иных геологоразведочных задач прибегают к изучению магнитного поля Земли. Характер последнего зависит от состава и строения геологических образований, слагающих тот или иной участок земной коры.

В качестве прямого поискового метода магнитометрическая съемка используется для выявления и оценки магнетитовых и титаномагнетитовых месторождений, руды которых обладают высокой магнитной  восприимчивостью. На основе этих съемок выявляются и оконтуриваются аномальные магнитные поля, соответствующие рудным залежам, детализируются и оцениваются их аномальные участки, зоны и локальные аномалии.

При поисках других полезных ископаемых магниторазведка позволяет выявлять те или иные факторы, контролирующие оруденение, либо обнаруживать рудные тела по наличию в них сопутствующих ферромагнитных минералов на некоторых медно-никелевых, хромитовых и слабомагнитных железорудных месторождениях. При этом применение магнитных съемок эффективно, если объекты поисков расположены в разрезах слабомагнитных пород. При поисках полиметаллических месторождений, месторождений бокситов, россыпных месторождений и ряда других полезных ископаемых магниторазведка поставляет косвенные данные.

При решении разнообразных поисково-картировочных  задач в зависимости от геологического строения изучаемой площади широко применяются аэромагнитные съемки. Аэромагнитные съемки являются основным геофизическим методом поисков  кимберлитовых трубок в России и  за рубежом. В частности, с их помощью  выявлены практически все известные  на сегодняшний день объекты в  Архангельской области. Средневысокомагнитные кимберлитовые трубки в магнитном поле выделяются положительными локальными аномалиями, имеющими в плане преимущественно изометричную или овальную форму. Вместе с тем при использовании этого поискового метода будут пропущены слабомагнитные кимберлитовые тела.

Для месторождений, связанных с  малыми магнетитсодержащими интрузиями, актуальны задачи их выявления и оконтуривания. Поисковый интерес представляют зоны экзо- и эндоконтактов интрузивов. В вулканогенных областях в магнитном поле картируются кольцевые структуры и линейные тектонические нарушения, имеющие рудоконтролирующее значение, а также вулканические сооружения. Пониженными магнитными полями выделяются участки, подвергшиеся гидротермальной проработке. Некоторые типы колчеданно-полиметаллических и золоторудных месторождений пространственно совпадают с зонами пирротиновой минерализации и отличаются повышенными значениями магнитного поля. Дайки основных пород создают узкие линейные аномалии магнитного поля значительной интенсивности. При детальных поисках магниторазведка позволяет выделять и прослеживать рудоконтролирующие зоны и кварцевые жилы, обогащенные магнетитом и пирротином.