Геофизические и геохимические методы поисков полезных ископаемых

Биогеохимический метод поисков основан на выявлении вторичных ореолов рассеяния в растениях. Основным достоинством биогеохимического метода является его глубинность, т.е. возможность обнаружения рудных тел, перекрытых наносами мощностью до 30 м. Метод может применяться при поисках полезных ископаемых в пустынных, лесистых, заболоченных районах, в областях недавнего оледенения.

При постановке производственных биогеохимических исследований особое значение имеет выбор растений для опробования. Для новых районов комплекс растений устанавливается опытными методическими работами; для районов известных — по аналогии с ранее проведенными исследованиями. При этом должно быть выяснено, какие части растений — корни, ветви, листья — являются концентраторами элементов-индикаторов.

С целью получения наиболее надежных результатов на каждом пункте опробования отбираются пробы растений двух-трех видов. Масса пробы определяется в зависимости от применяемых аналитических методов.

Подготовка биогеохимических проб к анализу заключается в сжигании растений в герметических печах при минимальной температуре во избежание потерь легколетучих элементов. Анализ золы растений производится спектральными или химическими методами. В случае если исследования проводились по отдельным разобщенным профилям, результаты анализов пред­ставляются в виде графиков (рис. 20). Поисковое значение имеет не только абсолютная величина содержаний тех или иных элементов, но и величина их отношений. Например, на одном из месторождений редкометальных пегматитов соотношение бериллия к литию в золе изменялось по мере приближения к рудному телу от 1:12 до 1:50. При площадных исследованиях данные анализов выносятся на геологическую карту, на которой выделяются биогеохимические аномалии. В отдельных случаях для поисков нефти используется присутствие в ней бактерий, окисляющих углеводороды. Этот пока еще мало распространенный метод называется бактериальным.

Рис. 20. Биогеохимический профиль через полиметаллическое месторождение (по Л.И. Грабовской).
1 – пункты опробования березы; 2 – содержание свинца в листьях; 3 – содержание свинца в ветвях; 4 – аллювий; 5 – песчано-глинистые сланцы и роговики; 6 – осветленные песчано-глинистые сланцы; 7 – оруденелая тектоническая зона; 8 – гранит-порфиры; 9 – лампрофиры; 10 – песчаники и конгломераты

Геоботанический метод поисков основан на использовании растений-индикаторов, произрастающих на почвах, обогащенных соответствующими химическими элементами. Так, галмейная фиалка и галмейная ярутка растут на почвах с повышенным содержанием цинка, что может указывать на наличие в непосредственной близости повышенных концентраций цинка и, следовательно, на возможность обнаружения цинковых рудопроявлений в минеральных формах. Среди растений-индикаторов известны представители «медной» флоры — качим, «никелевой» — грудница татарская, грудница мохнатая, анемон. Кроме того, некоторые элементы (уран, молибден, бор) вызы­вают характерные заболевания и морфологические изменения растений, что может служить дополнительным признаком при геоботанических поисках.

36. Геофизические методы поисков (магнитометрический метод).
Геофизические методы поисковоснованы на изучении физических свойств горных пород и полезных ископаемых.

Эти методы имеют большое значение для поисков месторождений, перекрытых мощными рыхлыми отложениями и залегающих на больших глубинах. Наибольшей эффективности геофизические методы достигли при поисках месторождений нефти и газа, радиоактивных и железных руд, угля, колчеданных руд и подземных вод.

Магнитометрический метод заключается в определении магнитного поля на поисковом участке. По способности к намагничиванию —магнитной восприимчивости и — все вещества делятся на диамагнитные (χ<0) и парамагнитные (χ>0). Вещества с высокой магнитной восприимчивостью называются ферромагнитными. Диамагнитными свойствами обладают кварц, кальцит, барит, флюорит, соль, гипс, ангидрит, мрамор. К парамагнитным относятся породы, содержащие в своем составе магнетит, титаномагнетит, гематит, пирротин.

При поисках месторождений магнитных железных руд, цветных и редких металлов, приуроченных к зонам разломов и контактам интрузивных пород, и для выявления складчатых структур, перспективных для поисков месторождений нефти и газа, применяется аэромагнитная съемка.

При производстве магнитной съемки с самолета обязательно предусматривается некоторый объем наземных детализационных работ. В задачу последних при поисках рудных месторождений входят изучение структурной обстановки, прослеживание отдельных массивов, даек, жил, разрывных нарушений и других структурных элементов, контролирующих оруденение. Особую помощь детальные магнитометрические работы могут оказать при поисках россыпных месторождений рутила, циркона, монацита, золота, платины, если в них имеются ферромагнитные минералы. Наиболее благоприятными являются россыпи, залегающие на плотике, представленном немагнитными породами.

На рис. 21 приведен график, показывающий характер изменения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля ΔΖ над сульфидными медно-никелевыми рудами. Повышенная магнитность рудного тела объясняется наличием в руде пирротина, обладающего ферромагнитными свойствами.

Рис. 21. График изменения ΔΖ при поисках медно-никелевого рудного тела магнитным методом в Сёдбери (по Гельбрайту).
1 – ледниковые моренные отложения; 2 – нориты; 3 – рудное тело; 4 – подстилающие метаморфические породы

37. Геофизические методы поисков (радиометрический метод).
Радиометрический метод является ведущим для поисков радиоактивных руд и оказывает существенную помощь в решении общих вопросов геологического строения и поисков месторождений других полезных ископаемых. Метод основан на определении радиоактивности природных образований. Под радиоактивностью понимается свойство ядер атомов приходить в относительно устойчивое энергетическое состояние с выделением элементарных частиц. Такой процесс, происходящий в элементах самопроизвольно, вызывает естественную радиоактивность, а под воздействием внешних возбудителей, например нейтронов,— искусственную, или наведенную, радиоактивность. В геологической практике широко применяются методы измерения естественной и искусственной радиоактивности.

Известно более 230 радиоактивных изотопов элементов. К ним относятся изотопы таких тяжелых элементов, как уран, радий, торий, актиний, и ряда легких элементов — калия, рубидия, рения, индия, олова, теллура. Радиоактивность пород выражается в альфа-, бета- и гамма-излучении.

Наиболее широкое распространение получили методы поисков, основанные на измерении гамма- и бета-излучения. Существуют следующие модификации этого метода: аэрогамма-съемка (измерения ведутся станцией АСГ-48), автогамма-съемка и пешеходные гамма- и гамма-бета-съемки (измерения ведутся полевыми радиометрами РА-69 и СРП-2 «Кристалл»). Широко распространен эманационный метод поисков радиоактивных руд.

Аэрогамма-съемка применяется для непосредственных поисков месторождений радиоактивных элементов и оценки радиоактивности пород на значительных площадях. Основное преимущество этого способа заключается в его высокой производительности, экономичности и эффективности в обнаружении крупных месторождений. Возможность выявления аномалий определяется высотой полета, расстоянием между маршрутами и чувствительностью гамма-радиометра. Детальные поиски на участках аномалий аэрогамма-съемки осуществляются наземными методами.

Автогамма-съемка успешно применяется в степных, лесостепных, полупустынных и предгорных районах при мощности рыхлых отложений до 3-5 м. Пешеходная гамма-съемка может производиться с любой необходимой степенью детальности. Как гамма-метод, так и эманационный метод позволяют определить урановую или ториевую природу радиоактивной аномалии.

38. Геофизические методы поисков (гравиметрический метод).
Гравиметрический метод основан на изучении поля тяготения на поверхности земли, аномалии которого обусловлены различной плотностью горных пород, зависящий от их минерального состава и пористости. Плотность измеряется в граммах на кубический сантиметр и колеблется в значительных пределах. Наименьшую плотность (менее 2 г/см3) имеют песок, почвы, каменные угли. Большинство жильных минералов, слюда, бокситы имеют плотность от 2,5 до 3 г/см3; карбонаты железа и марганца, флюорит, лимонит имеют плотность от 3 до 4 г/см3; богатые железные, пирротиновые, медноколчеданные и некоторые другие руды — выше 4 г/см3. Метаморфические средние и кислые изверженные породы обладают плотностью от 2,5 до 3 г/см3; основные и ультраосновные породы, железистые кварциты относятся к породам повышенной плотности — от 3 до 4 г/см3.

Поисковое значение гравиметрических работ заключается в выявлении крупных структур, благоприятных для локализации залежей нефти и газа. При крупномасштабных гравиметрических исследованиях успешно решается вопрос поисков месторождений железных, хромитовых, медно-никелевых руд и некоторых других. Из неметаллических полезных ископаемых гравиметрия помогает искать уголь и соли. С помощью гравиметрии в Прикаспийской впадине были обнаружены сотни соляных куполов, что ускорило и удешевило поиски солей.

39. Геофизические методы поисков (сейсмометрический метод).
Сейсмометрический метод основан на изучении скорости распространения и времени пробега в земной коре продольных упругих волн, вызываемых взрывами в скважинах. Скорость распространения волн в горных породах зависит от физических свойств этих пород и глубины их залегания. Наибольшая скорость распространения сейсмических волн характерна для изверженных пород, несколько меньшая — для карбонатных и песчано-глинистых и самая низкая — для рыхлых отложений. Регистрация сейсмических колебаний производится сейсмическими станциями 1-24-КМПВ-ОВ, 1-72-МОВ-ОВ, 1-24-РНП, СЭФ-24 и др.

Наибольшее значение сейсмический метод имеет для поисков нефтяных и газовых месторождений, позволяя обнаруживать нефтегазоносные структуры на большой глубине. Детальные исследования дают возможность определить размеры этих структур и помогают ориентировать расположение глубоких скважин.

Широкое применение сейсмометрического исследования находят при изучении глубинного строения районов поисков, в которых отмечаются резко отличные по упругим свойствам горные породы и полезные ископаемые. Это прежде всего относится к угольным и соляным месторождениям. В Донбассе с помощью геофизических методов — сейсмометрии, гравиметрии и вертикального электрозондирования (ВЭЗ) — успешно определяется глубина залегания каменноугольных отложений. При изучении солянокупольных структур Эмбенского района сейсмометрические методы позволили определить незначительные поднятия, которые были пропущены при производстве гравиметрических работ.

40. Геофизические методы поисков (электрометрический метод).

Электрометрические методы основаны на различной электропроводности горных пород и руд. В геофизической практике пользуются понятием удельного сопротивления, измеряемого в ом-метрах. Горные породы обычно имеют очень высокое сопротивление. В то же время сульфиды (пирит, галенит, халькопирит), некоторые окислы металлов (магнетит, касситерит, манганит), угли и графит хорошо проводят электрический ток.

В связи с возможностью изучения естественных и искусственных электромагнитных полей, возникающих в горных породах под воздействием источников постоянного или переменного тока, имеется большое число модификаций электрометрических методов.

Измерение электрических полей производится компенсационными приборами типа ЭП, ЭСК, КСР, ИКС и полевыми станциями-лабораториями. Разработана аппаратура для производства электрометрических работ с самолетов (станция БДК). При региональных геофизических исследованиях рудоносных областей с помощью электрометрических методов изучаются верхние горизонты земной коры, уточняется общая структура района, определяется мощность рыхлых отложений, выявляются аномалии над рудными телами и линзами пресной воды, скрытыми под наносами.

В задачу детальных электроразведочных работ входят поиски новых и уточнение контуров и элементов залегания известных рудных тел, прослеживание рудоконтролирующих разломов. При детальных работах в пределах рудных полей и месторождений широко применяются методы естественного поля, заряженного тела, вызванной поляризации, радиопросвечивания, ВЭЗ, элсктропрофилирования и др.

Метод естественного поля основан на изучении электрических полей, возникающих вблизи контакта горных пород и залежей полезных ископаемых, водоносных пластов и т.д. Метод успешно применяется при поисках сульфидных месторождений, некоторых типов углей и графита.

Метод вызванной поляризации основан на измерении разности потенциалов, возникающей в результате поляризации электронно-проводящих объектов под воздействием кратковременных импульсов внешних источников тока. Метод предназначается для поисков сплошных и вкрапленных рудных тел, сложенных минералами, хорошо проводящими электрический ток.

Метод заряженного тела применяется для прослеживания рудных тел, вскрытых хотя бы в одной точке.

41. Комплексы поисковых методов, выбор рационального комплекса.
Комплексы поисковых методов. Под комплексом поисковых работ понимается такое сочетание поисковых методов, которое обеспечивает максимальную эффективность выявления месторождений полезных ископаемых в районе.

Рациональное комплексирование поисковых методов определяется задачами поисковых работ по стадиям, природными условиями ведения работ и ожидаемым комплексом полезных ископаемых.

Поиски полезных ископаемых в России осуществляются по двум основным направлениям: в процессе планомерного геологического картирования, сопровождаемого комплексами поисковых работ, и в процессе специализированных поисков на отдельные виды минерального сырья (нефти, алмазов, золота, руд редких, рассеянных и радиоактивных элементов, химического сырья).

При мелкомасштабных геологических съемках ведущее место принадлежит геолого-минералогическим методам: обломочно-речному, валунно-ледниковому и особенно шлиховому в комплексе с мелкомасштабными геофизическими съемками (аэромагнитометрической, гравиметрической, сейсмометрической). Геохимические методы применяются в ограниченных объемах с целью определения общих перспектив района на обнаружение полезных ископаемых и выделения наиболее перспективных участков для постановки детальных поисков. Отбор литогеохимических и биогеохимических проб производится только по маршрутам геологических съемок. Пробы донных осадков и шлиховые отбираются только по гидрографической сети; гидрогеологическому опробованию подвергаются поверхностные водотоки и источники.

При детальных поисках наряду с геолого-минералогическими широко используются геохимические и геофизические методы. Все виды работ носят площадной характер. Шлиховому опробованию подвергаются делювиальные отложения бортов долин, в которых по геологическим предпосылкам возможно обнаружение полезных ископаемых. Геохимические пробы отбираются по определенной сети, соответствующей масштабу поисков. Причем при необходимости опробуются не только естественные обнажения и водотоки, но и искусственные — копуши и неглубокие шурфы при литогеохимических исследованиях, подземные воды в шурфах, скважинах, горных выработках при гидрогеохимических работах. Комплекс геофизических методов определяется видами полезных ископаемых. Например, для поисков угольных месторождений применяются сейсмометрия, гравиметрия, ВЭЗ; для поисков железорудных месторождений — магнитометрический и гравиметрический методы. При поисках сульфидных, медноколчеданных и полиметаллических месторождений используются электрометрические методы.

42. Особенности поисков месторождений, не выходящих на земную поверхность.
Особенности поисков месторождений, не выходящих на земную поверхность. Выделяются три основных типа месторождений, не выходящих на дневную поверхность: 1) залегающие в коренных породах, еще не вскрытые эрозией; 2) вскрытые эрозией в прошедшие геологические эпохи и перекрытые коренными породами иного возраста; 3) вскрытые эрозией и перекрытые чехлом рыхлых отложений.

При поисках скрытых месторождений особое значение имеют геофизические методы, с помощью которых определяется общее геологическое строение района и выявляются залежи полезных ископаемых. Существенную помощь при поисках скрытых месторождений оказывают геохимические методы, особенно по литогеохимическим ореолам рассеяния. Особенность производства поисковых работ в этом случае заключается в том, что геохимические пробы отбираются непосредственно из скважин или с помощью специальных установок (СВА-2, СУГП-10), обеспечивающих отбор геохимической пробы на забое. Гидропогружатель СУГП-10 позволяет проходить шпуры глубиной до 24 м с одновременным автоматическим измерением гамма-активности пород. Глубинные литогеохимические поиски обычно проводятся в районах, перспективность которых на обнаружение того или иного вида полезных ископаемых установлена по данным ранее проведенных геологических, геофизических и геохимических работ.

В ряде случаев при благоприятных условиях развития вторичных литогеохимических ореолов возможно эффективное применение литогеохимической съемки с отбором проб из неглубоких (до 1 м) копушей. На Южном Урале при поисках медно-колчеданного оруденения таким образом были выявлены вторичные ореолы рассеяния при мощности рыхлых отложений до 30 м.

Интерпретация данных поисковых работ заключается в тщательном анализе всех имеющихся поисковых предпосылок и признаков на основе геологических карт. В СССР и России накоплен значительный опыт поисков скрытых месторождений. Месторождения железных руд КМА и в Казахстане, бокситовые месторождения Северо-Онежского бассейна, слюдоносные пегматиты Кольского полуострова, нефтяные и газовые месторождения Тюменской области и многие другие не имели выходов на дневную поверхность и были открыты при помощи комплексов геофизических и геохимических методов.