kl_geol_pol_iskop_050706

ВВЕДЕНИЕ

Учебная дисциплина «Геология полезных ископаемых» является ведущей для студентов геологических специальностей, изучающих курс месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых, структур, рудных полей, металлогении, методики их поисков, оценки в разведки.

В работе приведены современные представления о геологических и физико-химических условиях образования месторождений и основные факторы, определяющие закономерности размещения полезных ископаемых в земной коре. Основным назначением дисциплины является подготовка специалистов геологов, которые должны обладать теоретическими и практическими знаниями в области геологии рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых.

При разработке курса лекций использованы учебники В. И. Смирнова в других авторов по геологии полезных ископаемых [1-2, 7-9], дополненные материалами из обобщающих работ по Казахстану [3-6,10-12].

Пособие рассчитано на студентов, магистрантов и аспирантов геологических специальностей.

Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Развитие материальной культуры человеческого общества немыслимо без освоения полезных ископаемых. Еще в эпоху первобытнообщинного строя человек применял глыбы горных пород и примитивные изделия из них в качестве повседневных орудий мира и войны.

Каменный век продолжался с 800 тыс. лет назад до 6 тыс. лет до н. э. на Древнем Востоке и до 4 тыс. лет до н. э. в Европе. В палеолите и мезолите использовались только обломки горных пород, в неолите появились первые лепные глиняные сосуды. Одним из первых металлов, добываемых человеком, было золото, находки которого относятся к 12-му тысячелетию до н. э.

Вбронзовый век, границы которого определяются приблизительно от 4 до 1 тыс. лет до н. э., человек открыл способ получения легкоплавких сплавов меди с оловом, свинцом, сурьмой и серебром и занялся добычей руд этих металлов.

Впоследующий, железный век наши предки начали ковать изделия из железа. Метод получения железа из руды был разработан в Египте и Месопотамии во 2-м тысячелетии до н.э.; в остальных странах железо начали получать в начале нашей эры.

Нефть в качестве топлива применялась уже в бронзовом веке. Позднее в обиход человека вошел каменный уголь. Практическое использование каменного угля началось, по-видимому, еще до нашей эры. В Европе уголь начал играть существенную роль сначала в Англии, а затем, лишь с XVII в., и в других странах.

На первые представления об условиях образования месторождений полезных ископаемых значительное влияние оказали взгляды греческих философов:

Фалес (624-547 лет до н. э.) рассматривал воду как первоисточник всего живого и мертвого и его можно считать основоположником нептунистов.

Гераклит (544-474 лет до н. э.) утверждал, что основой всего земного является огонь, он был основоположником плутонистов.

Эти две линии представлений о природе вещей в дальнейшем определили генеральное направление развития науки о полезных ископаемых, развивающейся в острых спорах явных и скрытых поборников лагеря нептунистов и противоборствующих им защитников идей плутонистов.

Агрикола - в начале XVI в. составил описание условий разработки месторождений полезных ископаемых, в котором уже различал горные породы

иминералы, считал, что рудные жилы образованы растворами, циркулирующими в недрах Земли (соками Земли), классифицировал месторождения по форме, выделяя простые и сложные жилы.

Рене Декарта, живший в XVII в. (1596-1650) в Голландии, рассматривал Землю как остывшую звезду с расплавленным ядром; по его убеждению, рудное вещество извлекалось из недр инъекциями и растворами и отлагалось в остывшей оболочке планеты.

Противоречия между плутонистами и нептунистами достигли высшего накала в XVII в.

Лидер плутонистов геолог-любитель из Шотландии Джеймс Хеттон (1726-1747) связывал формирование рудных жил с внутренними процессами Земли и считал, что они образованы двумя типами инъекций магматических расплавов — кремнистыми и сернистыми.

Профессор Фрайбергской Горной Академии в Саксонии Абраам Готлоб Вернер (1749-1817) стремился доказать, что рудные жилы формируются из водных растворов, притекающих сверху по трещинам горных пород, размывающих эти трещины и осаждающих в них рудообразующие минералы.

Постепенно эта борьба затухала, так как становилось все яснее, что существуют месторождения, образованные как в связи с магматическими процессами внутренних частей Земли, так и возникшие под воздействием внешних геологических условий на поверхности планеты.

К концу XIX началу XX в. в области теории формирования месторождений полезных ископаемых сложилось несколько мировых научных школ.

Развитие учения о геологии рудных месторождений, помимо представителей русской и советской школы, о которых речь пойдет ниже, в существенной степени связано с именами А. Бэтмана, В. Линдгрена и др. (Америка), П. Ниггли, П. Рамдора, Г. Шнейдерхена, Л. де Лоне, Эли де Бомона, П. Рутье и др. (Европа), Т. Като, Т. Ватанабе и др. (Япония) и других ученых разных стран. Расцвету науки о геологии угля в зарубежных странах мы обязаны В. Готану, А. Даннебергу, М. Прюво, Г. Потонье, М. Стопе, Р. Тиссену и др. Крупные работы по геологии нефти и газа принадлежат Д. Вельте, У. Гассоу, К. Крейчиграфу, А. Леворсену, М. Тайхлполлеру, Б. Тиссо, Д. Уайту, Дж. Ханту и др.

Историю развития научных представлений об условиях образования месторождений полезных ископаемых на территории нашей страны можно разбить на три периода: древний — от древнейших времен до V-VI вв.; средних веков — от V-VI до XVII в.; нового времени — от XVII в. до настоящего времени. Последний период, в свою очередь, распадается на пять этапов:

1.Зарождения современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых (1700-1770);

2.Развития горной промышленности и науки о полезных ископаемых

(1770-1850);

3.Развития капитализма и прогресс геологических исследований в России (1850-1917);

4.Советский период;

5.Современный период.

Древний период - о нем свидетельствуют археологические находки и следы горной деятельности наших далеких предков, сохранившиеся в виде полузасыпанных древних горных выработок и остатков примитивных установок по переработке минерального сырья. По археологическим сведениям, разработка золота, серебра, меди, олова, ртути производилась в

Западной Сибири, Казахстане, Средней Азии и Закавказье за 3-2 тысячелетия до н. э.

Древние горные выработки и развалины старинных горнотехнологических установок известны в Сибири, на Урале и на Алтае — это так называемые «чудские» разработки; в Средней Азии — «китайские»; на Кавказе

— «греческие» древние выработки. Остатки древних металлургических заводов («криц») и шлаков обнаружены в городищах V—XII вв. на Волге, в Беломорье, в Центральной части России и на Северном Кавказе. На Апшеронском полуострове Каспийского моря еще до начала новой эры огнепоклонники строили храмы, в которых «вечным огнем» горели выходящие из недр Земли нефтяные газы. Бакинская нефть добывалась в колодцах и вывозилась иноземцами начиная с VI в. Изучение сохранившихся следов горного дела показывает, что его расцвет совпадал с периодами экономического подъема жизни народов, сменяясь потерей интереса к нему в эпохи материального упадка и разорения, особенно в связи с набегами диких племен.

Средневековый период – науки о геологии полезных ископаемых еще не существовало, хотя сведения о них приводятся во многих старинных исторических документах.

Например, о переработке железных руд на Руси упоминается в Договоре Игоря (944 г.), Русской Правде Ярослава (XI в.), в летописи Нестора (XI в.), в Русском Хронографе (XV в.). В «Книге Большого чертежа», составленной в XVI в., содержится информация о некоторых месторождениях полезных ископаемых.

Поиски, разведка и разработка месторождений осуществлялись инициативными лицами. Во главе их стояли предприимчивые мастера, ходившие по «рудным местам» и набившие глаз на рудных приметах, почему их и называли «рудознатцами». В 1584 г. в Москве был организован и просуществовал около 200 лет Государев приказ Каменных дел, призванный обеспечивать строительным материалом сооружение дворцов, храмов и крепостей.

Первая правительственная экспедиция по поискам серебра была направлена Иваном III на Печору в 1491 г.

Период нового времени распадается на 4 этапа (по 70 лет).

1. Первый этап (1700-1770) – период зарождения горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых, связан с активной деятельностью двух выдающихся личностей— Петра I и М. Ломоносова. Он соответствует времени укрепления феодальноабсолютистской монархии на Руси, общему политическому и экономическому подъему государства и связанному с ним развитию горного дела и металлургии, призванных удовлетворить резко возросшие мирные и военные нужды страны в рудах и металлах.

Петр I (1672-1725, царствовал с 1689 г.), считал развитие горного промысла важным государственным делом. В 1700 г. Петром I был создан Приказ Рудокопных дел, который через 17 лет реорганизовали в

Государственную Берг- и Мануфактур-Коллегию, осуществившую в 1719 г. свод горных актов в «Горную привилегию».

В1718 г. состоялось открытие Кунсткамеры с экспозицией минералогической коллекции, купленной Петром I за границей. В 1721 г. на Урале были открыты первые горнозаводские школы. В начавшей выходить с 1703 г. первой русской газете «Ведомости о военных и иных делах...» публиковались статьи о месторождениях полезных ископаемых. В 1725 г. была учреждена Академия наук. Значительно расширился размах работ по поискам месторождений полезных ископаемых. Только на Урале с 1699 г. работало 106 поисковых отрядов.

Начала зарождаться наука о полезных ископаемых, свидетельством чему служат сочинения выдающихся практических деятелей и просветителей петровского времени — В. Генина и В. Татищева. В. Генин (1678-1780), автор первого русского Горного Устава, в течение двадцати лет руководил горными заводами Олонецкого края и Урала. В. Татищев (1686-1750) автор первой «Истории Российской», работавший в Сибири и управлявший казенными заводами на Урале, составил обстоятельное описание природы этих областей с главами о месторождениях полезных ископаемых.

М. Ломоносов (1711-1765). С появлением его трудов по-настоящему зародилась и получила мощный импульс для развития наука о минеральных месторождениях. М. Ломоносов выделял горные породы, соли, горючие ископаемые (уголь, нефть) и руды. Он создал научную базу теории минералонакопления, на основе которой в конечном итоге выросли русская и советская школы прикладной геологии. Различные стороны учения о полезных ископаемых, их поисках и оценке изложены в следующих важнейших произведениях М. Ломоносова: «Первые основания металлургии и рудных дел» (написана в 1750 г., напечатана в 1763 г.); «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757 г.); «Проект собрания минералов» и «Известие о сочиняемой Российской Минералогии» (1763 г.).

2.Второй этап – время развития горной промышленности и науки о полезных ископаемых.

В1773 г. в Санкт-Петербурге открыто горное училище (в 1804 г. реформированное в Горный кадетский корпус, а в 1834 г. – в Институт корпуса горных инженеров). Это было связано с необходимостью обеспечения образованными специалистами развивающейся горно-металлургической промышленности России.

К концу XVIII в. и в первой половине XIX в., наряду с развитием горной промышленности на Урале и в центре России, появились новые районы горной добычи, такие как Алтай, Западная Сибирь, Забайкалье. Эксплуатировались месторождения железа, меди, свинца, золота, серебра, платины, строительных материалов, солей, слюды, декоративных и драгоценных камней, по объему добычи многих из которых Россия вышла на первое место в мире.

Отражение перелома в умонастроениях первых русских горных инженеров и их выступления против примитивных идей школы Вернера можно

найти в большой серии статей, печатавшихся в Горном журнале, который стал выходить в 1825 г.

Профессор Петербургского университета Д. Соколов (1789-1852), в молодости проповедовавший нептунистические идеи, резко порвал с ними и занял реалистическую позицию, при изучении золотых месторождений Урала. Профессор Московского университета Г. Щуровский (1803-1884) составил весьма объективное описание рудных месторождений Урала и Сибири, основанное на анализе их генетических связей с магматизмом и тектоникой.

3.Третий этап – время развития капитализма в России.

Вэто время возникли новые интенсивно развивающиеся центры горной промышленности. Среди них выделяется юг европейской части России, где на базе железных и марганцевых руд Кривого Рога, Тамани и Никополя, а также углей Донецкого бассейна выросла мощная металлургическая промышленность. К добыче традиционных полезных ископаемых прибавились новые отрасли, среди которых исключительное место заняла разработка месторождений нефти и угля.

Расширилась территория Российской Империи, включающая теперь всю Сибирь, Дальний Восток, Кавказ, Казахстан и Среднюю Азию с их неповторимым набором разнообразных месторождений полезных ископаемых.

В1882 г. в Петербурге был создан Геологический комитет. Вскоре крупнейшие геологи этого учреждения проводят геологические исследования в важнейших провинций страны.

Для Сибири выделяются труды В. Обручева, М. Усова, Урала — А. Карпинского, Н. Высоцкого и Г. Романовского, Кавказа — А. Герасимова, Г. Абиха, Н. Андрусова и И. Губкина, Тянь-Шаня — И. Мушкетова, Донбасса — Г. Гельмерсена, Ф. Чернышева, Л. Лутугина, П. Степанова, Алтая и Забайкалья

—А. Озерского и др.

Вэто время зарождается и развивается геологическое картирование как главный метод изучения геологического строения и полезных ископаемых различных территорий. Геологи расстаются с концепциями плутонистов и нептунистов, признают, что формирование полезных ископаемых совершается в единстве и противоборстве геологических процессов, связанных как с внутренней глубинной, так и с внешней поверхностной энергией планеты. Появляются первые учебники по курсу полезных ископаемых, такие, как «Рудные месторождения» К. Богдановича (в 2-х томах, 1912-1913 гг.).

4.Четвертый этап.

Советский период выделяется небывалым подъемом экономики страны, расцветом всех наук, в том числе и геологии с ее важнейшей ветвью — учением о полезных ископаемых.

Этот период отличается централизованным государственным руководством геологическими исследованиями со стороны Министерства геологии СССР, геологических министерств и объединений республик.

Ведутся комплексные исследования, ориентирующиеся на обнаружение многих видов полезных ископаемых в различных районах страны. Геологические работы оснащаются современной техникой с широким

использованием новейшей геологической, геофизической и геохимической аппаратуры, бурового и горного оборудования, воздушного, наземного и водного транспорта.

Совершенствуется теория формирования месторождений минерального сырья. Значительный вклад в науку о полезных ископаемых внесли ученые: в области рудных и нерудных месторождений — X. Абдуллаев, Я. Белевцев, А. Бетехтин, Ю. Билибин, И. Гинзбург, А. Заварицкий, Д. Коржинский, В. Котляр, В. Кузнецов, И. Магакьян, В. Обручев, Л. Овчинников, Е. Радкевич, С. Смирнов, Н. Страхов, Г. Твалчрелидзе, П. Татаринов, М. Усов, А. Ферсман, Н. Шило, А. Щеглов, Г. Щерба; в сфере месторождений нефти и газа — Н. Вассоевич, И. Губкин, С.Миронов, М. Мирчинк, А. Трофимук; в области угольных месторождений — А. Гапеев, И. Горский, Ю. Жемчужников, А. Матвеев и другие многочисленные ученые.

5. Пятый этап – современный (начало XXI века).

В настоящее время в связи с общим прогрессом геологических наук и появлением новых геотектонических гипотез развития Земли (тектоника плит, новая глобальная тектоника и др.) происходит пересмотр традиционных взглядов на развитие геологии и металлогении, совершенствуется теория рудообразования. Важнейшими задачами фундаментального плана является разработка новых теоретических положений о закономерностях формирования и размещения полезных ископаемых, уточнение критериев прогноза и поиска конкурентоспособных месторождений с целью создания научной основы восполнения и освоения минерально-сырьевых ресурсов для конкретных регионов. После распада в 90-х годах XX столетия, постепенно возрождается геологическая служба в новых рыночных условиях, сочетающая государственные предприятия, крупные иностранные компании и частных предпринимателей. На качественно новом уровне совершенствуется методология и технология геологоразведочных работ.

Глава 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Принятая терминология

Месторождением полезного ископаемого называется участок земной коры, в котором в результате тех или иных геологических процессов произошло накопление минерального вещества, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования.

Полезные ископаемые бывают:

а) газообразные (горючие газы углеводородного состава и негорючие инертные газы – гелий, неон, аргон);

б) жидкие (нефть, минеральные и пресные воды); в) твердые (элементы – металлы; кристаллы – кварц, алмаз; минералы -

соли, графит, слюда; горные породы – гранит, мрамор, глина и др.).

По промышленному использованию различаются:

Рудные месторождения подразделяются на черные, цветные, редкие, благородные, редкоземельные и радиоактивные металлы.

Нерудные месторождения химического, агрономического, металлургического, технического и строительного сырья.

Месторождения горючих полезных ископаемых (нефтяные, горючих газов, углей, горючих сланцев и торфа).

Гидроминеральные месторождения (поверхностные и подземные бытовые, бальнеологические и минеральные воды; воды содержащие ценные элементы -Br, I, B, Li, Ra)

Руда – это минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного извлечения.

Запасы – это количество минерального сырья в недрах. Качество минерального сырья определяется содержанием в нем ценных и вредных компонентов.

Категории: А+В+С1 – промышленные; С2 – недостаточно изученные Балансовые запасы – это такие запасы, добыча и переработка которых

экономически целесообразна.

Забалансовые запасы – это такие запасы, добыча и переработка которых экономически не целесообразна, но которые могут представлять промышленный интерес в будущем.

Прогнозные ресурсы – это потенциальные или возможные промышленные запасы. Они определяют целесообразность постановки поисковых работ. Подразделяются на три категории:

Категория Р1 – вероятные запасы – прогнозные ресурсы известных промышленных месторождений, их флангов и глубоких горизонтов. Достоверность ±70%.

Категория Р2 – возможные запасы – прогнозные ресурсы месторождения рудопроявлений и точек минерализации, потенциальные перспективы которых определяются комплексом благоприятных признаков (±90%).

Категория Р3 – потенциальные ресурсы – прогнозные ресурсы рудоносных структур, оцениваемые по общим геологическим, геофизическим и металлогеническим критериям (±100%).

Качество минерального сырья характризуется содержанием в нем ценных и вредных компонентов.

Промышленные кондиции – учитывают минимальные запасы, содержание ценных компонентов и допустимое содержание в них примесей и другие данные. Эти показатели со временем изменяются. Например:

содержание Сu	ХIХ	ХХ	настоящее время
	10%	2%	0,5%

Металлогеническое районирование

Главные принципы базируются на полном соответствии геотектонического и металлогенического районирования.

Металлогенический пояс – объединяет планетарные рудоносные площади, совпадающие с крупнейшими геотектоническими поясами земного шара (Тихоокеанский, Средиземноморский, Казахстано-Охотский и др.). Термин предложен Билибиным (1943г.).

Металлогеническая провинция охватывает рудоносные площади меньшего порядка, это крупный участок земной коры, относящийся к платформе, складчатому поясу или дну океана, с размещенными в его пределах и свойственными ему месторождениями (Горноалтайская, Балхашская).

Рудный пояс – по размерам отвечает металлогенической провинции, но отличается линейным расположением (Алтайский, Чингиз-Тарбагатайский, Уральский) [11].

Металлогеническая зона – часть металлогенической провинции или рудного пояса, охватывающая рудоносные площади определенной тектонической зоны (Рудноалтайская, Иртышская, Калба-Нарымская др.).

Рудный район – часть металлогенической зоны, объединяющий в единой геологической структуре сближенные группы рудных узлов, рудных полей и месторождений полезных ископаемых (Лениногорский, Зыряновский).

Рудный узел – отвечает пространственно сближенным группам рудных объектов (месторождений и рудопроявлений), близких по составу и возрасту.

Рудное поле – объединяет несколько месторождений и проявлений, генетически связанных единой геологической структурой.

Месторождение – природное скопление полезного ископаемого, которое

вколичественном и качественном отношении может быть предметом промышленной разработки.

Рудопроявление – небольшое скопление минерального вещества, которое

вколичественном отношении не удовлетворяет требованиям промышленности

всовременных экономических условиях.

Точка минерализации – мелкое проявление полезного ископаемого, которое ни по размерам, ни по качеству минерального вещества не может считаться промышленным.

Телом (или залежью) полезного ископаемого называется локальное скопление природного минерального сырья, приуроченное к определенному структурно-геологическому элементу.

Бассейны полезных ископаемых – представляют собой области непрерывного или почти непрерывного распространения пластовых полезных ископаемых. Нефть (Волго-Уральский, Западно-Сибирский, Мангышлакский). Уголь (Карагандинский, Кузбасс, Донбасс). Соли (Соликамский). Железо (Криворожский).

Рудоносные структуры по степени обнаженности могут подразделяться

на:

а) открытые; б) полузакрытые;

в) закрытые или «слепые», среди них различаются невскрытые и перекрытые.

Морфология тел полезных ископаемых

Для твердых полезных ископаемых характерны три типа залежей:

1. Изометричные тела – скопление минерального вещества, равновеликие во всех направлениях (штоки, штокверки и гнезда) (рисунок 1).

Шток – это крупная более или менее изометричная залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья (штоки каменной соли).

Штокверк – представляет собой относительно изометричный блок горной породы, пронизанный мелкими жилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества, разрабатываемый в качестве полезного ископаемого (месторождения Cu, Mo, Sn, W, асбеста и др.).

Гнездо – это относительно не крупное локальное скопление полезного ископаемого (месторождения Au, Pb-Zn, Cr).

Рис. 1. Изометричные тела полезных ископаемых 1 – шток, 2 - штокверк