История развития методов поиска полезных ископаемых
Пар
Стадии и современные методы п и п-о работ
Развитие методов поисков тесно связано с интенсивным потреблением минерального сырья. До середины XVIII в. рудознатцы пользовались примитивными методами поисков, основанными главным образом на визуальных наблюдениях. Конец XVIII и XIX вв. характеризуются бурным развитием промышленности и ростом добычи полезных ископаемых. В это время намечаются научные основы геолого-минералогических методов поисков. В XX в. интенсификация эксплуатации недр продолжает возрастать, что приводит к резкому сокращению возможностей легкого открытия месторождений. А это, в свою очередь, требует разработки новых методов поисков, позволяющих проникать на большие глубины в земной коре. Соответственно природным особенностям территории, предназначенной для поисков, с учетом поисковых критериев и признаков выбираются те или другие методы поисков.
Приведенные в табл. 5 группы разнообразных поисковых методов взаимосвязаны в поисковом процессе. Визуальные наблюдения и дешифрирование фотографий земной поверхности, сделанных с космических кораблей, позволяют увидеть геологические структуры, не различимые при других исследованиях. Полеты спутников дали возможность установить новые закономерности размещения полезных ископаемых в различных районах нашей страны. Воздушные методы геологического картирования и поисков являются неотъемлемой частью современной геологической съемки. Эти методы могут быть разделены на четыре вида:
1) аэрогеологическая съемка с цветными фотографиями и спектрозональными снимками, позволяющими дешифрировать закрытые территории;
2) аэрогеофизические исследования с целью изучения геофизических полей и выявления аномалий;
3) рекогносцировочные облеты для визуального наблюдения выходов рудоносных структур или зон измененных горных пород;
4) воздушные десанты с помощью вертолетов, проводящие геологические, минералогические, геохимические, геофизические исследования на перспективных участках.
На земной поверхности ведутся поиски как на суше, так и по дну водоемов. Подводные методы поисков осуществляются с применением надводных и подводных кораблей и путем десантов аквалангистов. В 50-е годы началось освоение дна морей и океанов. С морского дна добывается значительное количество нефти и газа. Каспийское и Северное моря представляют собой нефтегазовые бассейны. Касситерит, золото, алмазы и другие ценные ископаемые добываются в шельфовых зонах морей и океанов. В Индийском океане с глубин 2—4 км начата пробная добыча марганцевых конкреций, в которых кроме марганца содержатся никель, кобальт, медь и другие металлы.
Таблица 5 Классификация современных методов поисков месторождений полезных ископаемых (по В. В. Аристову)
| Класс методов по условиям применения | Космические | Воздушные | Наземные | Подводные |
| Подкласс методов по техническим средствам | Со спутников, с межпланетных кораблей, с планетоходов | С самолетов, с вертолетов, с дирижаблей, десанты | Пешеходные маршруты, с автомобилей, с вездеходов | С кораблей, с подводных лодок, аквалангисты |
Поиск и разведка полезных ископаемых
Георг Агрикола, основоположник горного дела, немецкий ученый дал первое систематическое обозрение ископаемых в Германии того времени, и считается создателем научной минералогии. Впервые значение научных трудов Агриколы было оценено в России Ломоносовым, а затем уже получило признание в Западной Европе. В 1756 Ломоносов издает книгу «О горном деде и металлургии», в которой он обобщил огромный фактический материал по важнейшим полезным ископаемым, методам их поисков, добыче и переработке.
Поиск минералов в древности
Первым дал описание древней технологии и некоторых минералов поэт древней Эллады Гомер 12-11 вв до н.э.
Он упоминает 16 названий минерального сырья. в поэмах Гомера содержатся сведения о таких геологических процессах, как землетрясения и обвалы, о подземных источниках воды и родниках, приводятся названия районов и стран, где добывают те или иные металлы, описываются способы применения хорошо известного в то время рычага, метод получения бронзы.
Начало поиска полезных ископаемых началось с открытием металлов. Первые находки скрытых полезных полезных ископаемых происходили без какого-либо вмешательства человека, а исключительно за счет стихийных процессов – обвалов, пожаров, землетрясений.
Постепенно накапливаемый опыт позволил отметить ряд природных явлений и признаков, сопутствующих залежам ПИ.
Так при поисках руды обращали внимание на иней. Он образуется на всей поверхности, кроме участков под которыми находится руда. Рудная залежь выделяет тепло, над ней растет низкая трава и определенные виды грибов. Деревья над рудными залежами высыхают и их часто выворачивает с корнем ветер.
По подобным признакам в древности вели и поиск грунтовых вод, чтобы затем в этих местах рыть колодцы.
Еще более 2000 лет назад римский поэт Витрувий дал геоботанические признаки распространения близ поверхности подземных вод, которые широко используются и в наше время.
Для поиска воды и рудных жил еще в первом-втором тыс до н.э. использовался биофизичексий эффект. При помощи рудоискательной лозы-особого прута, поворачивающегося под влиянием рудной жилы.
Агрикола упоминает, что рудоискательной лозой пользуются хитроумные люди, умеющие в нужный момент управлять ею, а обнаружение рудных жил происходит случайно. Тем не менее этот метод применяли вплоть до конца 19 века. Вполне вероятно, что рудоискатель использовал естественные признаки присутствия рудных жил, а сама лоза служила лишь атрибутом.
После того как рудоискатель тем или иным способом обнаружил место возможного присутствия руды, приступают к разведке. Для этого роют шурфы, которыми стараются пройти слой наносов и достигнуть коренных пород. Если рудной жилы в этом месте не обнаружено, то приходится прокапывать ответвления (рвы); если опять ничего не обнаружено, то переходят на другое место.
Большое значение при поисках ПИ имеют значение сопутствующие им горные породы.
Аристотель дает первую классификацию минеральных ископаемых: земли, камни, руды. В 3 веке классификация содержит уже 8 видов минеральных ископаемых. В 1 веке до н.э. Плиний выделяет уже 300 различных минералов. в наст.время известно около 5000 минералов
Планомерную разведку вели лишь на крупных месторождениях. Такие как Лаврийские рудники (др. Греция) 11 в до н.э. На этих рудниках обнаружено около 2000 древних разведочных шахт.
Разведочные работы выполнялись только для выявления направления дальнейшей добычи и обычно они велись параллельно с разработкой месторождения.
Известно, что в 1 в н.э. начались гидрогеологические и инженерно-геологические исследования. но такие изыскания велись в основном визуально с использованием накопленного опыта и применялись простейшие приборы и устройства.
Первые знания о поисках полезных ископаемых зародились в далекой древности. Издавна человек использовал горные породы, руды, минералы для изготовления разнообразных бытовых изделий. О значении разных народных знаний по поискам и разработке полезных ископаемых можно судить по археологическим данным. Они свидетельствуют об активной добыче, переработке и широком применении природных материалов людьми еще до образования племенных союзов и первых государств. В палеолите и мезолите использовались только обломки горных пород и минералов, их агрегатов. В неолите появились первые лепные глиняные сосуды и изделия из камня. В “бронзовый век” (4 – 1 тыс. лет до н. э.) человек создавал сплавы меди с оловом, сурьмой, свинцом, серебром и занимался поисками и добычей руд этих металлов. На территории Урала, Сибири, Казахстана, Средней Азии активные поиски и разработка руд, добыча глин, соляных растворов для извлечения соли проводились в этот “бронзовый” век. Они теперь называются как чудские копи (по племенам “чудь”). Расцвет чудского рудного промысла относится к 12 веку до н. э., а завершение – в 5 веке до н. э.. В этот исторический период опыт поисков и использования полезных ископаемых передавался из поколения в поколение людей сначала устно, а затем и в письменной форме.
С образованием племенных союзов и возникновением городов горный промысел расширился. Активизировались поиски, добыча и переработка болотных железных руд, а также медных, оловянных, золотых, серебряных руд, поделочных и драгоценных камней, природных минеральных красок на территориях Европы, Руси и Азии. Например, в IX- XIII веках: в Киевской, Новгородской, Владимиро- Суздальской, а позднее в XIV-XVII в. в. в Московской Руси городскими и сельскими ремесленниками широко использовались многие руды, минералы и металлы. Активно выполнялись их поиски. В этот период на Руси наблюдалось процветание горного промысла, в том числе соляного. Для добычи соляных рассолов проводились скважины глубинной до 100 м. Такие скважины и шурфы закреплялись деревянными трубами. В сохранившейся рукописи 1363 г. в “Старой Руссе” описывается техника бурения скважин – как бурить, как закреплять и сохранять от обвалов стенок ее, как брать пробы и вести записи. Приведем часть росписи “Росписи, как зачатии делати новая труба на новом месте”. На севере Карелии в XV в. активно проводились поиски и добыча слюды, используемой для “остекленения” окон. Организовывались экспедиции на поиски руд меди и серебра.
В XVII в. в России началась рудоискательская горячка, особенно на Урале. Было открыто несколько месторождений меди, железа. В 1635 году был построен первый медный рудник на медистых песчаниках Урала и солеваренный завод в Соликамске. В 1632 году Михаил Романов разрешил строительство первого железоделательного-чугунолитейного завода под Тулой. Исходной рудой служили болотные гетит-лептохлоритовые образования. Расширению рудоискательских работ в России способствовала организация в XV веке Приказа каменных дел. С этого периода начались систематические экспедиционные исследования на Урале и в Сибири – Рудном Алтае и Забайкалье. В 1640-1643 г.г. землепроходец В. Поярков проводил поиски свинца и серебра в Забайкалье и Якутии. В 1696 году в Нерчинске был построен серебро-свинцовый перерабатывающий завод. Широким поисковым работам способствовало образование в 1675 г. “Уральского золото-серебряного товарищества”, а в 1676 г. – “Товарищеского общества” для поисков и разведки руд на Каме, Оке, Волге и других местах Центральной России.
Период царствования Петра I ознаменовался активными поисками, разведкой и разработкой минеральных богатств во многих регионах России. Для координации этих работ в 1700 году был учрежден “Приказ рудных дел”, а в 1719 году он был заменен “Берг коллегией”. Развитие заводской промышленности велось в основном за счет приданных заводам крепостных крестьян. Для решения кадровой проблемы в 1721 г. в Уральском горном округе были открыты первые горные школы. С 1723 г. они были переведены в г. Екатеринбург и преобразованы в Горное училище. В.Н. Татищевым в тот же период был составлен первый Горный устав. Активно развивались ранее образованные Уральские, Карельские и формировались новые Нерчинский, Алтайский горнозаводские районы. Эго способствовало систематическому сбору минералогических коллекций для организованной в Санкт-Петербурге Кунсткамеры.
Успехи естественноисторических, технических наук и потребности нарождающейся промышленности подготовили условия для создания в 1725 г. Российской академии наук. Она организовывала геологические экспедиции в Крым, Кавказ, на Урал, Алтай и другие районы Сибири. Публиковала экспедиционные материалы. Тем самым активно популяризировала научные знания по геологии, горному делу и другим естественным наукам. Особенно много было сделано в этом направлении М.В. Ломоносовым. В его трудах “Слово о рождении металлов от трясения Земли” (1757 г.), “Первые основания металлургии или рудных дел” (1763 г.) были разработаны основополагающие теоретические и прикладные вопросы геологии и горного дела. М.В. Ломоносов прочитал в университете обзорные лекции “Естественная история руд” и “Первые основания горной науки”. В своих научных трудах и лекциях он объясняет происхождение руд, жил, россыпей и пластов горных пород; приводит систематизированную характеристику поисковых признаков на коренные месторождения полезных ископаемых. Характеризует способы поисков коренных руд по валунам, галькам в руслах рек и по обломкам руд на склонах их. Тем самым М.В. Ломоносов научно обосновал обломочно-речной метод поисков руд, успешно работающий и в наше время. Он активно пропагандировал достижения крупнейшего исследователя средневековья Агриколы, опубликовавшего в 1553 г. капитальный научный труд “О горном деле и металлургии”.
В 1773 г. в Санкт-Петербурге открывается Высшее горное училище. Впоследствии оно было преобразовано в Корпус горных инженеров, а затем в Горный институт (ныне технический университет). В этом учебном заведении готовились специалисты по горному делу и геологии, поискам и разведке месторождений полезных ископаемых. В 1825 г. в России организован “Горный журнал”, в котором публиковались научные и прикладные материалы по горному и геологоразведочному делу.
Последователи Ломоносова – В.М. Севергин, М.И. Кокшаров, И.Г. Гавелов- ский, И.А. Шлаттер, С.Г. Войслов, В.С. Реутовский, Б.И. Бокий много внесли в становление поисково-разведочной науки. Например, И.А. Шлаттер разработал приемы поисков рудных жил по их окисленным выходам, геоморфологическим и ботаническим поисковым признакам; общие приемы поисков, принципы размещения горных выработок при разведках. В 1825 г. И.Г. Гавсловский опубликовал в Горном журнале научный труд “О разведке гор и о средствах отыскания частных месторождений”. В 1840 г. М.М. Карпинский в научной статье “О золотоносных россыпях” дал подробное описание разведок и опробования россыпных месторождений золота. В очерке С.Г. Войслова “О разведке пластовых, гнездовых и жильных месторождений” впервые дан математический анализ для определения оптимального расстояния между поисковыми и разведочными выработками. В.С. Реутовский в тот же период создал и опубликовал руководство по поискам и разведке месторождений золота (“Поиски и разведка золота”, 1899 г.). В 1914 г. Б.И. Бокий в практическом курсе Горного искусства дал анализ методов разведки каменных углей и успешно применил математические методы к решению некоторых разведочных задач. Труды этих и других российских ученых заложили основы для последующего оформления учения о поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Их научные труды и в настоящее время широко используются геологами в своей научной и практической работе.
В 1807 г. в России создается Горный департамент, преобразованный в 1834 г. в Корпус горных инженеров. В 1882 г. при Горном ведомстве оформился Геологический комитет, а в 1918 г. – Сибирский геологический комитет. Они координировали и организовывали работы по поискам и разведке месторождений полезных ископаемых на всей территории России.
В 1930 г. В.В. Котульским в ЛГИ была организована кафедра разведочного дела, которую затем возглавил С. В. Кум пан. В том же году в Московском геологоразведочном институте (ныне Российском государственном геологоразведочном университете) В.М. Крейтером была основана кафедра методики поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, а в Томском политехническом институте (ныне политехническом университете) Б.И. Степановым создана кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых.
Современные научные основы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых создавались трудами многих поколений российских геологов, среди которых, кроме перечисленных, следует назвать: А.Д. Архангельского, А.Г. Бетехтина, Ю.А. Билибина, В.И. Вернадского, А.А. Гапеева, М.Н. Альбова, Г.А. Гамбурцева, А.Н. Заварицкого, В.А. Обручева, В.И. Смирнова, С.С. Смирнова, Н.М. Страхова, М.А. Усова, А.Е. Ферсмана, Ф.Н. Шахова и многих других. Большое влияние на развитие теоретических основ поисков, разведки, опробования и подсчета запасов полезных ископаемых оказали исследования Н.В. Барышева, В.М. Борзунова, П.Л. Каллистова, А.Б. Каждана, К.Л. Пожарицкого, А.П. Прокофьева, В.В. Аристова, А.П. Прокофьева, О.Е. Погребицкого, Г.С. Поротова, В.Ф. Мягкова, Г.Р. Бекжанова, Н.И. Сафронова, А.П. Соловова, В.З. Фурсова, А.Г. Харченкова, Л.И. Четверикова и др. Значительный вклад в разработку методологических основ прогнозирования и поисков месторождений полезных ископаемых сделан сотрудниками научно-исследовательских институтов ВИМСа, ВИЭМСа, ВСЕГЕИ, ДВИМСа, КазИМСа, САИГИМСа, СНИИГГИМСа, ВостСНИИГГИМСа, ВНИИ Оксангсоло- гии, ЦНИГРИ, НИИ Зарубежгеология, Академии наук ИГЕМ, ОИГГМ СО РАН, ведущих вузов России – СПбГИ, МГУ, РГГРУ, ТПУ, ИТГУ, УГГУ, ТГУ и др.
В самостоятельную научную дисциплину “Учение о поисках и разведке полезных ископаемых” в нашей стране оформилось в 1924-1930 г.г. Первые учебные руководства по разведочному делу (и поискам) были опубликованы в Ленинграде в 1929 г. И.С. Васильевым, в 1934 г. – С.В. Кумпаном, а в 1937 г. – И.С. Васильевым и Е.О. Погребицким. Первый учебный курс разведочного дела был прочитан в 1924 г. в Томском технологическом институте инженером И.С. Васильевым, а в Пегроградском горном институте инженером К.П. Марковым. С 1927 года этот курс читался И.С. Васильевым в Ленинградском горном институте. В 1940 г. опубликован капитальный труд В.М. Крейтера “Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых”, рекомендованный в качестве учебника для студентов геологических специальностей вузов. Этот учебник выдержал несколько изданий и до сих пор не потерял своего значения. В нем сформулирована современная структура и содержание общепринятой учебной дисциплины в вузах страны. В 1968 г. коллективом авторов (В.В. Аристов, А.А. Беус, А.В. Дружинин, О.А. Глико, Д.И. Горжtвский, В.Н. Козеренко, Г.И. Россман, Н.И. Сафронов, Ю.В. Якубовский) под руководством В.М. Крейтера была издана книга “Теоретические основы поисков и разведки твердых полезных ископаемых”. Том I. В ней подведены итоги разработки учения о поисках
и разведке месторождений полезных ископаемых и дан анализ состояния теоретических основ современного учения о поисках месторождений.
Затем появились специальные работы, учебные пособия и учебники В.И. Красникова “Основы рациональной методики поисков рудных месторождений (1959, 1965 г.г.)”; В.В. Аристова “Поиски твердых полезных ископаемых (1975 г.)”; “Методика поисков твердых полезных ископаемых (1984 г.)”, Е.О. Погребицкого, С.В. Нарадеева, Г.С. Поротова, Н.И. Руденко, А.В. Скропышева. В.И. Тернового “Поиски и разведка полезных ископаемых (1984 г.)”; А.Б. Каждана “Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых (1984 г.)”; В.Л. Барсукова, С.В. Григоряна, Л.Н. Овчинникова “Геохимические методы поисков рудных месторождений (1984 г.); В.А. Алексеенко и Г.В. Войткевича “Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых (1979 г.)”; А.А. Беуса и С.В. Григоряна “Геохимические методы поисков рудных месторождений (1975 г.)”; Е.М. Квятковского “Литохимические методы поисков эндогенных рудных месторождений (1977 г.)”; В.В. Поликарпочкина “Вторичные ореолы и потоки рассеяния (1976 г.)”; 10.Е. Саёт “Вторичные ореолы и потоки рассеяния (1982 г.); А.П. Соловова “Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых (1985 г.)”; В.А. Кирюхина, А.И. Короткова, С.Л. Шварцева “Гидрогеохимия (1993 г.)”; Г.А. Голевой “Гидро- геохимия рудных элементов (1977 г.)”; В.И. Морозова “Литохимическис аномалии в зоне гипергенеза (1992 г.)”; Л.И. Четверикова “Методологические основы опробования пород и руд (1980 г.)” и “Теоретические основы моделирования тел полезных ископаемых (1968 г.). В 1998 г. опубликован учебник для студентов вузов А.Ф. Коробейниковым и В.С. Кузебным “Прогнозирование и поиски месторождений полезных ископаемых” (Томск), а в 1999 году в Екатеринбурге А.Г. Баранниковым – учебное пособие “Прогнозирование и поиски месторождений полезных ископаемых”.
Кроме того, были изданы многочисленные инструкции и методические указания по прогнозированию и поискам различных видов полезных ископаемых. Проблемы прогнозирования, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых обсуждались также в научных сборниках, монографиях, издаваемых академией наук, отраслевыми НИИ и вузами страны. Вопросы прогнозирования и поисков месторождений полезных ископаемых рассматриваются в научных журналах “Разведка и охрана недр (Москва)”, “Геология и охрана недр (Алматы)”, “Известия вузов. Геология и разведка (Москва)”, “Геология и геофизика (Новосибирск)”, “Геология рудных месторождений (Москва)”, “Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых (Иркутск)”, “Известия ТПУ серия “Науки о Земле” (Томск)” и др.