Что такое морфология тел полезных ископаемых

Морфология и условия залегания тел полезных ископаемых», элементы залегания рудных тел. Как эти свойства влияют на технико-экономические показатели горного предприятия?

Минеральные агрегаты, представляющие собой полезные ископаемые, залегают в земной коре в виде геологических тел различной формы. Форма, размеры и пространственная ориентировка тел полезных ископаемых среди вмещающих пород определяют их морфологию. Морфологические особенности месторождений полезных ископаемых зависят от условий их образования, а также от геологического строения тех участков земной коры, к которым они приурочены. Изучение морфологии и условий залегания тел полезных ископаемых имеет большое практическое значение, особенно для составления рациональных проектов разведки и эксплуатации месторождений.

Для месторождений твердых полезных ископаемых выделяют три основных морфологических типа тел: изометричные, плитообразные (плоские) и трубообразные.

Изометричные тела приблизительно равновелики в трех измерениях. К ним относятся штоки, гнезда и штокверки (рис. 1).

Штоком называется крупная (от 10 м) изометричная залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья. Если размеры таких залежей не превышают 10 м, их называют гнездами. В качестве примера можно назвать штоки каменной соли, гнезда хромитов в ультраосновных породах. Основным элементом, определяющим форму и размеры изометричных тел, является их поперечное сечение.

Когда шток или гнездо сплющены в одном направлении, образуются линзы и чечевицы — тела, переходные по форме от изометричных к плитообразным.

Штокверк представляет собой более или менее изометричный объем горной ‘породы, пронизанный различно ориентированными прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества. Границы промышленной залежи в пределах штокверка устанавливаются по данным опробования. В качестве руды в данном случае рассматривается масса горной породы, пересеченная прожилками, если она удовлетворяет требованиям кондиций. Примерами штокверков могут служить тела некоторых месторождений меди, олова, молибдена и других полезных ископаемых.

Рис. 1. Формы изометричных тел полезных ископаемых:

а — шток (план), б— штокверк, в — гнезда (разрез).

Плитообразные (плоские) тела характеризуются двумя большими и одним (мощность) значительно меньшим размером. Это самый распространенный в природе морфологический тип, к которому принадлежат пласты и жилы (рис. 2).

Пласт — это плитообразное тело, обычно осадочного происхождения, отделенное от других пород более или менее параллельными плоскостями напластования (подошвой, или почвой, и кровлей пласта). Пласты могут быть простыми, когда они однородны по составу и не включают прослоев вмещающих пород, и сложными, состоящими из чередующихся прослоев полезного ископаемого и вмещающих пород.

Следует отметить, что в структурной геологии чаще используется более общий термин — слой.

Пласты могут иметь раздувы и пережимы по мощности, простое или сложное выклинивание. Примерами могут являться пласты угольных, марганцевых, железорудных и других осадочных месторождений. Тела полезных ископаемых неосадочного происхождения, близкие по форме к пластам, принято называть пластообразными залежами.

Жилы представляют собой трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом полезного ископаемого. Их также считают плитообразными телами, поскольку, протягиваясь по простиранию и на глубину на десятки и сотни метров, они характеризуются значительно меньшим третьим измерением— мощностью, которая обычно изменяется от нескольких сантиметров до первых метров.

Залегание жил может быть наклонным, вертикальным, реже горизонтальным. В случае наклонного залегания породы, перекрывающие жилу, называют породами висячего бока, а подстилающие ее — породами лежачего бока. Поверхность, по которой минеральное вещество соприкасается с вмещающей породой, называют зальбандом. При резком уменьшении мощности жилы говорят о ее выклинивании или пережиме, при увеличении мощности — о раздуве.

Жилы так же, как и пласты, делят на простые и сложные. К простым относятся одиночные минерализованные трещины, к сложным — системы переплетающихся трещин, зон дробления, рассланцевания (см. рис. 2,б, в).

По деталям морфологии среди жил различают четковидные, камерные, седловидные, лестничные, разлистования и др. (рис. 3).

Рис. 3. Формы жильных тел полезных ископаемых: о — четковидная, б — камерная,

Такие формы свойственны многим месторождениям слюдоносных и редкометалльных пегматитов. Лестничная жила состоит из системы поперечных трещин в пластах или дайках хрупких пород, залегающих среди более пластичных образований.

Жила разлистования представляет собой систему жил и прожилков, возникающих вследствие выполнения минеральным веществом сложной сети тонких более или менее параллельных трещин, приуроченных к зоне рассланцевания. В камерных и четковидных жилах по их простиранию чередуются раздувы различной формы и пережимы. Седловидные жилы приурочены к замковым частям складчатых структур. Наиболее характерны тела жильной формы для месторождений цветных, редких и благородных металлов. месторождение ископаемый плитообразный горный

Основными геологическими элементами, определяющими размеры и условия залегания плитообразных тел, являются направление простирания и длина по простиранию, направление и угол падения, длина по нему, а также мощность.

Трубообразные (столбообразные) тела полезных .ископаемых вытянуты по одной оси. Поперечное сечение таких тел может быть изометричным, эллиптическим, линзообразным (рис. 4).

Рис. 4. Трубообразное тело:

а — геологический план, б — разрез кимберлитовой трубки (по А. П. Бобриевичу).

1 — наносы; 2—4 — кимберлит: 2 — измененный желтый, 3 — измененный зеленый, 4 — малоизмененный; 5 — карбонатные породы.

Морфология и условия залегания трубообразных тел определяются углом погружения (или ныряния), длиной по направлению погружения и площадью поперечного сечения. Угол погружения — это угол между осью трубообразного тела и горизонтальной плоскостью; он может изменяться от 0 до 900. Размеры поперечного сечения и длина оси достаточно изменчивы. На месторождениях полезных ископаемых трубообразные тела встречаются довольно редко. Наиболее типичные представители их — алмазоносные кимберлитовые трубки взрыва.

Классификация форм тел полезных ископаемых

По возрастному соотношению с вмещающими породами различают две группы рудных тел (и месторождений) — сингенетические и эпигенетические.

Сингенетическими являются тела, сформировавшиеся одновременно или почти одновременно с вмещающими породами. Типичными примерами их могут служить пласты и линзы осадочных месторождений.

Эпигенетическими называются тела, образованные позднее вмещающих пород. К этой группе всегда относятся различного рода жилы (табл. 1).

Все описанные рудные тела могут либо выходить на дневную поверхность, либо залегать на той или иной глубине. В последнем случае их называют «слепыми», или скрытыми. В зависимости от глубины, на которой размещаются тела полезных ископаемых, их делят наповерхностные (до 100м) и глубокозалегающие.

По характеру залегания среди тел полезных ископаемых различают горизонтальные(угол падения до 10°) и наклонные. При угле падения более 45° тела называют крутопадающими.

По отношению к первичному напластованию или контактам вмещающих пород тела полезных ископаемых бывают согласные и секущие. Сингенетические тела всегда имеют согласное залегание.

Выклинивание тел полезных ископаемых может быть простым, когда мощность уменьшается постепенно, тупым, если мощность уменьшается резко, и сложным, когда тело полезного ископаемого разделяется при выклинивании на многочисленные тонкие пропластки и прожилки.

Контакты тел полезных ископаемых бывают резкими (четкими) и постепенными, если сплошная масса полезного ископаемого переходит в породу через зону вначале богатой, а затем постепенно убывающей вкрапленности. По форме выделяют контакты ровные и извилистые.

Тела полезных ископаемых любой формы иногда нарушены постминерализационными тектоническими деформациями, усложняющими первоначальную структуру месторождения и нередко вызывающими серьезные трудности при ведении горных работ. Во-первых, они приводят к изменению форм тел, ухудшают условия разработки или делают ее невозможной. Во-вторых, по зонам тектонических нарушений движутся грунтовые воды. В-третьих, в таких зонах полезное ископаемое смято и раздроблено, качество его ухудшено, проходка и крепление выработок затруднены.

Постминерализационные тектонические нарушения (деформации) делятся на складчатые и разрывные. Складчатые нарушения наиболее характерны для осадочных месторождений металлического и неметаллического сырья и угля. Если им подвержены жесткие непластичные полезные ископаемые (железные руды, известняки), то изменения мощности тела не отмечается. При складчатых деформациях пластичных полезных ископаемых (гипс, уголь, соль, графит) обычно происходит уменьшение мощности пластов на крыльях и увеличение в замках складок.

Наиболее распространенными на месторождениях разрывными нарушениями являются сбросы, взбросы и сдвиги. Они характерны как для эндогенных, так и для экзогенных месторождений. Обычно встречаются комбинации различных нарушений. По взаимоотношению простираний залежи и сместителя сбросы и взбросы делят на продольные, поперечные и диагональные.

При изучении разрывных тектонических нарушений часто важно определить направление движения отдельных блоков, что помогает обнаружить смещенную часть тела полезного ископаемого. Для этой цели используют такие геологические и структурные признаки как загибы пластов (пласты пластичных пород несколько изогнуты по направлению движения), борозды на зеркалах скольжения (глубина борозд уменьшается в направлении движения), ориентировка «слоистости» в глинке трения и др.

Месторождения полезных ископаемых локализуются в земной коре в виде конкретных геологических тел различной формы. Формы месторождений, а также отдельных рудных тел, являются предметом изучения морфологии, т.е. науки о формах. Применительно к месторождениям твердых полезных ископаемых наука морфология исследует условии залегания, форму и размеры рудных тел. Эти пространственно-морфологические параметры в совокупности дают полное, объемное представление о рудных телах, их изменениях в пространстве и являются важными горно-геологическими характеристиками, которые в значительной мере определяют схему вскрытия и выбор рациональных систем разработки месторождений.

По форме рудных тел месторождения полезных ископаемых подразделяются на три морфологических типа:

1. Изометрические рудные тела, характеризующиеся относительно одинако-выми размерами по трем направлениям в пространстве (рис.25а).

2. Плитообразные рудные тела, вытянутые в двух направлениях при малых размерах по третьему направлению (рис.25б).

3. Трубообразные рудные тела, имеющие удлинение по одному направлению при незначительных приблизительно равных размерах по двум другим (рис.25в).

Кроме того, в практике геологоразведочных и эксплуатационных работ часто фиксируются рудные тела сложной морфологии, являющиеся комбинациями указанных выше морфологических типов.

Контактами тел полезных ископаемых называют их границы с окружающими (вмещающими) породами. В случае наклонного или горизонтального залегания верхний контакт является висячим, а нижний лежачим. По характеру контакты бывают четкими (резкими), когда граница между полезными ископаемыми и вмещающими породами видна невооруженным глазом, и постепенными, если сплошная масса полезного ископаемого переходит в породу через зону постепенно убывающей вкрапленности. В этом случае граница между полезным ископаемым и породой устанавливается по результатам опробования. По форме контакты бывают ровными и сложными (извилистыми).

Рис. 25. а) изометричные тела; б) плитообразные (пласт, линза, чечевица); в) трубообразные тела.

Мощность полезного ископаемого – это расстояние между кровлей (висячим контактом) и подошвой (лежачим контактом). Мощность может быть истинной (кратчайшее расстояние) и видимой (любое расстояние между кровлей и подошвой). Помимо геологического определения мощности существуют понятия промышленной мощности полезного ископаемого. Рабочей считается минимальная мощность, при которой полезное ископаемое целесообразно эксплуатировать. Этот вид мощности также иногда называют минимальной выемочной или кондиционной. Эксплуатационной называется суммарная мощность полезного ископаемого и породы, прихватываемой в процессе разработки. Полезная мощность определяется как сумма мощностей про-пластков полезного ископаемого в пределах эксплуатационной мощности.

Условия залегания тела полезного ископаемого (как и любого другого геологи-ческого тела) характеризуют его положение в пространстве. Помимо уже известных для горных пород элементов залегания (линия простирания, линия падения и угол падения) для характеристики условий залегания тел полезных ископаемых добавляются линия восстания и склонения. Линия восстания направлена в противоположном от линии падения направлении — в сторону наибольшего подъема тела. Угол восстания равен углу падения. Склонение тела полезного ископаемого – отклонение по мере углубления длинной оси рудного тела от направления простирания. Угол, образованный длинной осью рудного тела с линией простирания, называется углом склонения.

По характеру залегания тела полезных ископаемых могут иметь горизонтальное, наклонное (моноклинальное), складчатое или складчато-разрывное залегание.

Выдержанность оруденения является характеристикой степени прерывистости (или непрерывистости) полезного ископаемого в пределах его рабочего контура (или мощности). С этой точки зрения выделяются четыре типа залежей:

— выдержанные – в пределах тела полезного ископаемого по всей его площади (и мощности) участки, не содержащие промышленных концентраций полезного ископаемого, практически отсутствуют;

— относительно выдержанные – в пределах рабочего контура присутствуют участки с непромышленным оруденением или вообще безрудные, но общая площадь таких участков не превышает 25% всей площади тела полезного ископаемого;

— невыдержанные – внутри рабочего контура участки с нерабочей мощностью (или пустыми породами) занимают от 25 до 50%;

— крайне невыдержанные – площадь некондиционных участков или пустой породы составляет более 50% от площади всей залежи.

Выдержанность оруденения может также характеризоваться площадным или объемным коэффициентом рудоносности (Кр): выдержанные Кр — более 0,9; относительно выдержанные — Кр- 0,9-0,75; невыдержанные — Кр – 0,75 – 0,5 и крайне невыдержанные Кр — менее 0,5.

По возрастному соотношению с вмещающими породами различают две группы рудных тел (и месторождений): сингенетические и эпигенетические. Сингенетическими являются тела, сформировавшиеся одновременно или почти одновременно с окружаю-щими породами (рис. 26 – 1г, 3а). Эпигенетическими называются тела, образовавшиеся позднее вмещающих пород (рис.26 – 2а, б, в, г, д, 3в, г).

По соотношению с условиями залегания вмещающих пород и элементов структур выделяют тела согласные и секущие.

Секущие – тела полезных ископаемых, пересекающие вмещающие породы, или имеющие условия залегания, заметно отличающиеся от условий залегания вмещающих пород и элементов структур. Секущие тела всегда являются эпигенетическими по отношению к вмещающим породам.

Среди согласных тел следует различать полностью согласные, когда тела полезных ископаемых имеют те же условия (и элементы) залегания, что и вмещающие породы. Как правило, это тела, сингенетические по отношению к вмещающим породам (практически все осадочные месторождения).

Эпигенетические тела по этому признаку разделяются на три группы:

— согласные или почти согласные с элементами слоистости вмещающих пород (минерализованные пласты, тела гидротермально-осадочных и инфильтрационных месторождений);

— несогласные с напластованием окружающих пород, но согласные с контактными поверхностями пород различного состава или генезиса (тела в стратифицированных интрузиях, скарных, остаточные месторождения выветривания и др.);

— несогласные с напластованием окружающих пород или залегающие в неслоистых породах, но согласные с условиями залегания или положением рудовмещающих структур (тектонические трещины определенного порядка, пересечение трещин друг с другом или с замковыми частями складок и др.).

Глубина залегания – это расстояние по вертикали от земной поверхности до верхней кромки тела полезного ископаемого (поверхностные – выходящие на поверхность; приповерхностные — глубина залегания которых менее 100 м; глубинные — залегающие на глубинах более 100 м).

Глубина распространения оруденения – расстояние от земной поверхности до нижней границы оруденения. Размах оруденения – разность между глубиной распространения и глубиной залегания.

Рис. 26. Формы тел полезных ископаемых: 1) изометричные тела: а – шток (план); б – штокверк; в – гнезда; г – линзы и чечевицы (переходная форма к плитообразным телам); 2) жильные тела: а – четковидная; б – камерная; в – седловидная; г – сетчатая; д – лестничная; 3) плитообразные (плоские тела): а – простой пласт; б – сложный пласт; в – простая жила; г – сложная жила.