Что такое учение о полезных ископаемых
Учение о полезных ископаемых – это древнейшая наука, основной задачей которой
является изучение закономерностей образования и распределения в земной коре
скоплений минеральных веществ с промышленным содержанием ценных компонентов в
количествах, экономически оправдывающих их добычу и переработку с целью
использования в народном хозяйстве.
Знание этих закономерностей позволяет:
1. рационально вести поиски месторождений,
2. эффективно проводить разведочные работы,
3. осуществлять выбор наиболее экономичных систем разработки месторождений и
наилучшего способа переработки сырья.
Основные понятия
Полезными ископаемыми называют природный минерал или минеральный агрегат, по
своим физическим свойствам или химическому составу находящий применение в
современном материальном производстве в своем природном виде или в качестве
сырья дли извлечения одного или нескольких ценных компонентов.
Месторождением называется участок земной коры, в котором в результате
геологических процессов произошло накопление минерального вещества по
количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного
использования. В настоящее время это определение конкретизируется предъявлением
требования к месторождению, что при его освоении должен быть создан избыточный
доход, остающийся после покрытия эксплуатационных расходов и достаточный, чтобы
обеспечить приемлемую прибыль с инвестированного капитала.
Минимальные запасы и содержание ценных компонентов, а также максимально
допустимое содержание вредных примесей, при которых возможна эксплуатация
месторождения, называют промышленными кондициями.
Понятия о месторождении, о кондициях не являются строго определенными, раз и
навсегда заданными. Они изменяются по следующим причинам:
1. исторически, по мере изменения потребностей человечества в минеральном сырье:
развитие цивилизации сопровождается неуклонным ростом потребления полезных
ископаемых, что приводит к тому, что со временем разрабатываются месторождения с
более бедными рудами;
2. совершенствование техники добычи и технологии переработки минерального сырья;
3. промышленные кондиции неодинаковы для разных природных условий и каждый раз
определяются при помощи экономических расчетов.
Общие сведения о месторождениях полезных
ископаемых
Площади распространения полезных ископаемых
В зависимости от масштабов проявления выделяются следующие категории рудоносных
площадей: провинция;
1. область (пояс, бассейн);
2. район (узел);
3. поле;
4. месторождение;
5. рудное тело.
К провинциям относят
крупные структурные элементы земной коры, относящиеся к платформам, складчатому
поясу, дну морей и океанов с размещенными в их пределах свойственными им
месторождениями.
Область полезных ископаемых входит
составным элементом в провинцию, она характеризуется набором определенных по
составу и происхождению месторождений полезных ископаемых, приуроченных к
тектоническим элементам первого порядка (мульдам, поднятиям, грабенам и др.).
Вытянутые линейные области, приуроченные к прогибам, глубинным разломам,
рифтовым системам, называют рудными поясами. Бассейны полезных ископаемых
представляют собой области непрерывного или почти непрерывного распространения
пластовых полезных ископаемых.
Рудным районом называют
местное скопление месторождений в пределах более крупных таксонов (провинций,
областей, поясов и бассейнов), приуроченное к определенным тектономагматическим
и литолого-фациальным обстановкам. В случае концентрации серии месторождений
определенных видов полезных ископаемых к местам пересечения разломов, такой
район называют рудным узлом.
Рудное поле представляет
собой небольшой участок земной коры, в пределах которого располагаются
одновременно образовавшиеся , генетически родственные месторождения и
объединяемые единством геологической структуры.
Рудным телом называется
локальное скопление природного минерального сырья, приуроченное к определенному
структурно-геологическому элементу или их комбинации.
Морфология тел полезных ископаемых
Рудные тела чрезвычайно разнообразны по форме. Можно выделить лишь главные типы
рудных тел:
1. пласты;
2. линзы;
3. жилы;
4. трубы или столбы;
5. штокверки;
6. штоки;
7. тела неправильной формы;
8. гнезда;
9. комбинированные залежи.
Пластами называют
плоские тела полезных ископаемых, образующиеся в водных бассейнах синхронно с
вмещающими осадочными породами. Метасоматические тела, развивающиеся по
отдельным пластам осадочных пород, приобретают характер пластообразных залежей.
Различают пласты простые (без прослоев породы) и сложные (с прослоями породы),крутопадающие,
с углами падения более 45о, и пологопадающие,
с углами падения менее 45о.
Линзы представляют
собой плоские тела дискообразной или лентообразной формы.
Жилы –
это трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом, но имеются и
метасоматические жилообразные тела.
Выделяют следующие элементы жил: зальбанды – контакты жилы с вмещающими
породами; апофизы – ответвления, отходящие от жил в боковые породы. В пределах
жил обособляются участки с повышенным содержанием полезных компонентов, их
называют рудными
столбами. По особенностям морфологии среди жил выделяются:
четковидные;
камерные;
седловидные;
лестничные;
оперенные
Различные типы жил:
1- простая жила;
2- лестничные жилы;
3 – четковидная жила;
4 – камерная жила.
Трубы, трубки и трубообразные и
столбообразные залежи представляют
собой удлиненные по одной оси рудные тела. Они часто имеют форму удлиненных,
опрокинутых вершиной на глубину конусов.
Штокверк –
это некоторый объем горных пород, интенсивно рассеченных разноориентированными
системами коротких трещин, по которым развивается рудная минерализация. Часто
между трещинами располагается вкрапленное оруденение. Штокверковую форму имеют
некоторые месторождения меди, молибдена, олова, вольфрама, асбеста и других
полезных ископаемых
Штокверк
Шток:
1 – сланцы;
2 –известняки;
3 – зона трещиноватости;
4 – рудное тело.
Минеральный и химический состав полезных
ископаемых
По химическому составу выделяются следующие типы руд:
1) оксидные – в форме оксидов и гидроксидов, характерные для месторождений
железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;
2) силикатные – наиболее типичны для неметаллических полезных ископаемых (слюды,
асбест и др.);
3) сернистые – в виде сульфидов, арсенидов, антимонидов меди, цинка, свинца,
никеля, сурьмы и других элементов;
4) карбонатные – свойственные некоторым месторождениям железа, марганца, магния,
свинца, цинка, меди;
5) сульфатные, к которым относятся месторождения бария, стронция и других
элементов;
6) фосфатные, образующие месторождения фосфора;
7) галоидные – типичные для месторождений солей и флюорита;
8) самородные – сложенные самородными металлами и сплавами.
По соотношению рудных и нерудных минералов выделяют руды массивные или сплошные
(рудных минералов больше 80 %) и вкрапленные (рудных минералов меньше 80 %).
По составу руды бывают простые (монометальные) – железа, хрома, алюминия,
марганца, асбеста, графита и сложные (комплексные)
– медно-молибденовые, полиметаллические, содержащие, кроме свинца и цинка, медь,
золото, серебро, никель, германий, индий, кадмий и т.д.
Этапы и стадии минералонакопления
Этапом называется
длительный период, когда происходило накопление руд одного генетического типа,
например, магматического, пегматитового и др. Обычно месторождения формируются в
один этап, реже в два и более.
Стадии фиксируют
части этапов, в течение которых происходило накопление минералов определенного
состава. Стадия отделяется одна от другой перерывом в минерализации. Критериями
для выделения стадий служат пересечение разновозрастных жил, брекчирование и
цементация минеральных агрегатов ранних стадий более поздними , контрастным
изменением физико-химических параметров процессов минералообразования.
Минеральные ассоциации последовательных стадий называют минеральными
генерациями. Выделяют парагенетические
минеральные ассоциации (или
парагенезисы), в которые объединяют совместно залегающие агрегаты минералов,
имеющие общее происхождение и отлагавшиеся в определенной последовательности.
Руды, образовавшиеся синхронно с вмещающими породами, называют сингенетическими,
а возникшие в уже существовавших породах – эпигенетическими.
Основы
учения о полезных ископаемых
Лекция 1
Литература
Основная
1.
Смирнов В. И. Геология
полезных ископаемых. М.: Недра, 1965, 1969, 1982.
2.
Курс месторождений
твердых полезных ископаемых (ред. П. М. Татаринов, А. Е. Карякин). Л.: Недра,
1975.
3.
Бетехтин А. Г. Курс
месторождений полезных ископаемых.
4.
Вахромеев С. А.
Месторождения полезных ископаемых. М. 1979.
5.
Прокофьев А. П. Основы
поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1975.
Дополнительная
1.
Полезные ископаемые
(под ред И. Ф. Романовича). М.: Недра, 1982.
2.
Смирнов В. И.,
Гинзбург И. И., Григорьев В. М., Яковлев Г. Ф. Курс рудных месторождений. М.:
Недра, 1981.
3.
Бейтс Р. Геология
неметаллических полезных ископаемых.
4.
Рудные месторождения
СССР (под ред. В. И. Смирнова). В трех томах М. 1974.
5.
Неметаллические
полезные ископаемые СССР (под ред. В. П. Петрова). М. Недра. 1984.
6.
Минеральные
месторождения Европы (под ред. С. Х. У. Боуи, А. Квояхейма и Х. У. Хеслема). В
пяти томах. М. Мир. 1982.
7.
Попов В. Е.
Вулканогенно-осадочные месторождения. М. 1979.
Основные
понятия учения о полезных ископаемых (далее сокращенно везде – учение)
Учение о месторождениях полезных ископаемых –
геологическая наука, стоящая в одном ряду с минералогией, петрографией,
геохимией и базирующаяся на них. Большое значение для этого учения имеют также геофизика,
тектоника, структурная геология.
Основной
задачей этой науки является изучение
условий образования месторождений, их генезиса и закономерностей размещения в
земной коре. Генезис месторождения определяет основные его особенности: условия
залегания, форму и размеры рудных тел, структурно-текстурные и технологические
особенности руд. Рациональное использование недр, соблюдение требований
экологии, а также эффективность поисково-разведочных и эксплутационных работ
целиком зависят от знания условий образования и размещения того или иного
полезного ископаемого в земной коре.
Основным
понятием учения является полезное
ископаемое. Полезное ископаемое – это
природное минеральное образование, которое может быть использовано в народном
хозяйстве.
Месторождение
полезного ископаемого – это участок земной
коры с характерной геологической структурой, в котором полезное ископаемое
залегает в виде одного или нескольких рудных тел, разработка которых при данной
экономической конъюнктуре выгодна. Месторождения бывают крупные, средние,
малые. Есть еще рудопроявления и пункты минерализации. Рудопроявление – это скопление в земной коре полезного ископаемого
небольшого размера или неустановленного размера. Пункт минерализации –
это
Рудное
тело – обособленное скопление руды
(полезного ископаемого), залегающее среди горных пород.
Руда – это агрегат минералов, из которого валовым (массовым
способом) возможно и выгодно извлекать металлы или металлические соединения.
Раньше термин руда применялся только к металлическим полезным ископаемым,
сейчас рудами называют и некоторые неметаллические полезные ископаемые,
например – асбестовая руда, апатитовая руда.
Возможность промышленного использования
определяется качеством полезного ископаемого, его запасами, географическим
положением, условиями его разработки, состоянием техники эксплуатации и
переработки.
Основное значение имеют промышленные кондиции: то есть минимальные запасы, минимальные
содержания ценных компонентов и предельно допустимое содержание вредных
примесей.
Таблица 1
Основные промышленные кондиции для
некоторых руд
Полезное ископаемое | Ценные компоненты | Минимальные запасы | Минимальные содержания металлов, % |
Черные металлы | Fe, Mn | Сотни тысяч тонн | 20 – 25 |
Цветные металлы | Cu, Pb, Zn, Ni | Тысячи – десятки тысяч тонн | 0,5 – 1 |
Редкие элементы | W, Mo, Sn, Hg | Десятки – сотни тонн | 0,1 – 0,2 |
Благородные металлы | Au, Ag, Pt | Килограммы | 0,005 |
Эту таблицу отредактировать!!!
Все месторождения полезных ископаемых принято
разделять на группы.
Группа I.
Горючие ископаемые.
1.
Нефть и газ:
1.1.
Нефть
1.2.
Нефть и газ.
1.3.
Нефть и газокоденсат.
1.4.
Конденсат и
газоконденсат.
1.5.
Газ горючий
2.
Твердые горючие
ископаемые
2.1.
Уголь каменный.
2.2.
Уголь бурый.
2.3.
Уголь сапропелевый.
2.4.
Сланец горючий.
2.5.
Торф.
Группа II. Металлические
ископаемые
1.
Черные металлы
1.1.
Железо
1.2.
Марганец.
1.3.
Хром
1.4.
Титан.
1.5.
Ванадий.
2. Цветные металлы.
2.1. Медь.
2.2. Свинец.
2.3. Цинк
2.3. Никель.
2.4. Кобальт.
2.5. Молибден.
2.6. Вольфрам.
2.7. Олово.
2.8. Алюминий.
2.8. Магний.
2.9. Ртуть.
2.10. Мышьяк
3. Редкие металлы, рассеянные и редкоземельные
элементы.
3.1. Редкие металлы без подразделения
3.2. Бериллий.
3.2. Литий.
3.3. Тантал, ниобий.
3.4. Кадмий.
3.5. Кадмий.
3.4. Германий.
3.5. Цирконий.
3.6. Редкие земли (без подразделения).
3.7. Редкие земли – цериевая группа.
3.8. Редкие земли – иттриевая группа.
4. Благородные металлы.
4.1. Золото.
4.2. Серебро.
4.3. Платина и платиноиды.
5. Радиоактивные элементы.
5.1. Уран.
5.2. Торий.
Группа III.
Неметаллические ископаемые.
1.
Оптические материалы.
1.1.
Кальцит оптический
(исландский шпат).
1.2.
Кварц оптический и
пьезоэлектрический (в том числе пригодный для плавки).
1.3.
Флюорит оптический (в
том числе пригодный для плавки).
2. Химическое сырье
2.1. Пирит, пирротин.
2.2. Флюорит (флюс, химсырье).
2.3. Барит и витерит.
2.4. Стронцианит и целестин.
2.5. Алунит.
2.6. Бораты и боросиликаты.
2.7.Ретенит.
2.8. Известняк (флюс, химсырье).
3. Минеральные удобрения.
3.1. Фосфатные.
3.1.1. Апатит.
3.1.2. Фосфорит.
3.1.3. Торфовивианит.
3.2. Калиевые (калиевые соли, а также селитры).
3.2.1. Сыннырит.
3.3. Карбонатные.
3.3.1. Агрокарбонатные руды.
4. Керамическое и огнеупорное сырье.
4.1. Кварц и кварцевые пески, стекольные и
керамические.
4.2. Полевой шпат.
4.3. Пегматит керамический.
4.4. Каолин, глины огнеупорные и керамические.
4.5. Высокоглиноземистые материалы (андалузит,
кианит и др.).
4.6. Волластонит.
4.7. Дунит огнеупорный.
5. Абразивные материалы.
5.1. Корунд и наждак.
5.2. Гранат.
5.3. Пемза.
5.3. Диатомит, трепел, опока.
5.4. Камни точильные и полировочные.
6. Горнотехническое сырье.
6.1. Асбест (хризотиловый, амфиболовый).
6.2. Мусковит.
6.3. Вермикулит.
6.4. Флогопит.
6.5. Тальк (тальковый камень).
6.6. Графит.
6.7. Магнезит.
6. 8. Цеолиты.
7. Драгоценные и поделочные камни.
7.1. Алмазы.
7.2. Алмазы импактные.
7.3. Изумруды, топазы и другие драгоценные камни.
7.4. Халцедоны, агаты и другие поделочные и технические
камни.
7.5. Поделочные костные окаменелости (бивни).
7.6. Поделочная окаменелая древесина.
8. Строительные материалы.
8.1. Магматические породы.
8.1.1. Кислые интрузивные породы (гранит и др.).
8.1.2. Средние интрузивные породы (диориты и др.).
8.1.3. Основные и ультраосновные интрузивные породы.
8.1.4. Эффузивные породы.
8.1.4.1. Кислые и средние.
8.1.4.2. Основные.
8.1.5. Перлиты.
8.1.6. Туфы.
8.2. Карбонатные породы.
8.2.1. Мраморы.
8.2.2. Известняк.
8.2.3. Доломит.
8.2.4. Мел.
8.2.5. Мергель.
8.2.6. Туф известковый.
8.2.7. Ракушечник (ракушняк).
8.2.8. Диатомит.
8.3. Глинистые породы.
8.3.1. Глины кирпичные, черепичные и гончарные.
8.1.2. Глины для цементного производства.
8.1.3. Глины керамзитовые.
8.1.4. Глинистые сланцы керамзитовые.
8.1.5. Глины керамдоровые.
8.1.6. Сланцы кровельные.
8.4. Обломочные породы.
8.4.1. Скопление валунов.
8.4.2. Песчано-гравийный материал.
8.4.3. Щебень.
8.4.4. Песок строительный.
8.4.5. Песчаник.
9. Прочие ископаемые.
9.1. Гипс, ангидрит.
9.2. Целестин.
9.3. Кварцит.
9.5. Песок формовочный.
9.6. Песок стекольный.
9.7. Сырье для каменного литья.
9.8. Глины буровые.
9.9. Глины отбеливающие, адсорбционные и др. (бентонитовые,
глауконитовые и др.).
9.9. Глины красочные и другие минеральные краски.
9.10. Пеликаниты – активные минеральные добавки.
9.11. Литографичекий камень.
9.12. Глиеж, горелые породы.
9.12. Глауконит.
9.13. Ракуша кормовая.
9.14. Агросырье.
9.15. Сапропель.
9.14. Озокерит.
9.15. Асфальтит.
9.16. Битум.
9.17. Мумие.
Группа IV. Соли.
1.
Соли смешанного
состава.
2.
Соли натриевые.
3.
Соли калиевые (сильвин
и др.).
4.
Соли магниевые
(карналлит, бишофит, и др.).
5.
Сульфаты натрия
(мирабилит, тенардит и др.).
6.
Сода.
7.
Селитры (калиевые и
натриевые).
8.
Бораты, бромиды,
йодиды.
Группа V. Подземные воды и
лечебные грязи.
1.
Минеральные
промышленные.
2.
Минеральные лечебные.
3.
Термальные
(теплоэнергетические).
4.
Питьевые.
5.
Грязи лечебные.
6.
Газы негорючие.
Краткий
исторический очерк развития науки о месторождениях полезных ископаемых
Как и во многих отраслях науки большое влияние
на развитие учения о месторождениях полезных ископаемых в России имели работы М. В. Ломоносова. Он обобщил достижения
Петровской эпохи и создал научную основу для дальнейшего развития горного дела
и учения о полезных ископаемых. В своих работах «О слоях земных» и «Слово о
рождении металлов от трясения Земли» им были высказаны замечательные идеи, в
том числе следующие.
В основу многих геологических явлений:
образование гор, поднятие и изгибание слоев Земли Ломоносов ставил
вулканическую деятельность. Он считал, что рудные жилы – это «щели, наполненные
минеральными вещами». Образование жил, в свою очередь связано с «земным
трясением», то есть с вулканической деятельностью.
Ломоносов впервые указал на многообразие
условий образования месторождений полезных ископаемых как за счет внутренней
энергии Земли (плутоническим путем), так и за счет поверхностных вод
(нептуническим путем).
В период с конца XVIII и начала XIX веков шла ожесточенная полемика
между учеными плутонистами и
нептунистами. Представителем первого направления был Д. Хеттон, который выдвинул и отстаивал идею о первичной магме, о
родстве горных пород рудных
месторождений, образующихся кристаллизации из сухих магматических расплавов,
где роль воды очень мала.
Совершенно противоположную идею развивал А. Вернер (Фрейбургская горная
академия), считая, рудные жилы и изверженные горные породы, включая граниты и
базальты, образованными из водных растворов.
Интенсивный расцвет горной промышленности и
геологического освоения новых месторождений полезны ископаемых приходится на
конец XIX и начало XX веков.
Организованный в 1882 г.
Геолком руководит составлением обзорных и детальных геологических карт с
указанием перспективных площадей таких регионов как Донбасс, Криворожье, Урал,
Апшерон, Северный Кавказ, Средняя Азия, районы Ухты, Эмбы. Современный ВСЕГЕИ
(г. Санкт-Петербург) продолжает славные традиции Геолкома по разномасштабному
картографированию территории России.
Огромное значение в развитии отечественной
геологии и учения о полезных ископаемых сыграл «отец русской геологии» Александр Петрович Карпинский. В своих
исследованиях он особое внимание уделял Уралу. Им составлена первая карта
полезных ископаемых Европейской России и Урала, описаны месторождения золота,
платины, железных, медных и никелевых руд, угля, драгоценных камней, дана
оценка перспектив различных районов. Им же написан первый российский учебник
«Курс рудных месторождений».
В начале XX столетия целый ряд ученых
геологов посветили свои работы и труды геологии, поискам и разведке
месторождений полезных ископаемых. Первым среди них следует отметить Владимира Афанасьевича Обручева. Он
провел региональные геологические исследования золотоносности Сибири; особенно
детально изучил и описал строение россыпей, установил их типы, источники
россыпного золота. Геологию и генезис месторождений золота на Урале изучал Н. К. Высоцкий.
Из числа наиболее крупных ученых этого же
периода следует назвать В. Лингрена, В. Эммонса,
развивавших идеи о связи рудных месторождений с интрузивами и вопросы
рудообразования.
Особое место среди русских ученых занимает имя Александра Евгеньевича Ферсмана. В
результате работ, проведенных под его руководство, открыты знаменитые Хибинские
месторождения апатитов, начато освоение этого региона.
Под руководством А. Н. Заварицкого проведены исследования рудных месторождений
(платины, железа, меди) Урала.
И. М.
Губкин осветил важнейшие проблемы нефтяных
месторождений и способствовал открытию второго Баку (Поволжье, Урал).
Среди ученых наших дней в области науки о
полезных ископаемых следует назвать А.
Г. Бетехтина, П. М. Татаринова, С. С. Смирнова, И. И. Гинсбурга, Д. С.
Коржинского.
П. М.
Татаринов занимался изучением хромитовых и
асбестовых месторождений. В последние годы жизни им написан учебник «Курс
месторождений полезных ископаемых.
Д. С.
Коржинский разработал новую биметаллическую
теорию образования скарновых месторождений.
А. Н.
Заварицкий создал новую теорию образования
колчеданных месторождений Урала, согласно которой эти месторождений и вмещающие их
вулканогенные породы имеют общий магматический очаг. Сами колчеданные
месторождения возникли в результате сольфатарной деятельности и процессов
метаморфизма.
Конец первой лекции.