Курс лекций по месторождениям полезных ископаемых

ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Курс лекций для студентов IV курса специальностей ГФ, ГГ, ИГ, ГГР.

Предмет курса, цели и задачи, промышленное использование • Объектом исследований курса ГМПИ, как и большинства наук геологического цикла, является земная кора, однако учение о полезных ископаемых изучает земную кору в целом с точки зрения размещения месторождений полезных ископаемых и наиболее детально те её локальные участки, которые содержат полезные ископаемые. • Месторождение полезных ископаемых – участок земной коры, в котором в результате геологических процессов произошло накопление минерального вещества по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для рентабельного промышленного использования. • Цель курса – разработка теории формирования и размещения месторождений полезных ископаемых в земной коре. • Задачи: • 1)Соответствует генетическому разделу курса, в котором рассматриваются геологические условия образования месторождений, их размещение , геологическое строение; • 2) Соответствует прикладным аспектам курса, т. е. характеристика отдельных видов полезных ископаемых (использование, запасы, добыча, геохимические и минеральные особенности и пр. )

Основные понятия курса. • Полезное ископаемое — природное вещество земной коры, пригодное для использования в народном хозяйстве с реальной или ожидаемой выгодой • Природные ресурсы — часть природной среды, используемая людьми для обеспечения своего существования. • Минеральные ресурсы — это количественно оцененная совокупность полезных ископаемых какого-либо региона или земного шара в целом (часть природных ресурсов, по которым подсчитаны запасы). • Минерально-сырьевая база – подготовленная к освоению часть минеральных ресурсов. • Руда – минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного использования Например: железистые кварциты.

• Требования к месторождениям полезных ископаемых определяются промышленными кондициями под которыми понимается совокупность геолого-экономических требований, предъявляемых к месторождениям полезных ископаемых. • Они зависят от: • 1) минимальных запасов полезного компонента; • 2) содержания ценных компонентов; • 3) допустимого максимального содержания вредных примесей; • 4) горно-геологических факторов, которые характеризуют геологические условия проведения работ по добыче полезных ископаемых (глубина залегания, гидрогеологические и инженерно- геологические условия); • 5) географо-экономических условий, которые отражают положение скоплений полезных ископаемых относительно транспортных артерий, горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, источников энергоснабжения и т. п. • Промышленные кондиции меняются во времени (со временем в переработку вовлекаются всё менее богатые руды), с совершенствованием технологий обогащения руды, зависит от природных условий и от ценности минерального сырья.

Классификации полезных ископаемых • Используемые в настоящее время полезные ископаемые по фазовому состоянию бывают твердые, жидкие и газообразные. • В твердой фазе: 1)самородные элементы (Au, Ag, Cu); 2)кристаллы (кварц рубин, алмаз и др. ); 3) минералы (соли, слюды, флюорит и др. ); 4) горные породы (мрамор, гранит и др. ). • К жидким полезным ископаемым относятся различные нефти, подземные воды и рассолы • К газообразным — горючие, инертные (Ar, He) др. газы. • По промышленному использованию полезные ископаемые традиционно подразделяются на четыре крупные серии: металлические, неметаллические, топливно-химические, гидро- и газо-минеральные. • Металлические полезные ископаемые иначе называются рудными (чёрные, цветные, редкие и благородные металлы); • Неметаллические (нерудных) полезные ископаемые (химические – галоиды, технические – алмаз, графит, асбест, агрономические – соли, драгоценные и поделочные камни, строительные материалы – песок, гравий, ПГС); • Топливно-химические полезные ископаемые – нефть, горючие газы, угли; • Гидро- и газо-минеральные полезные ископаемые – подземные воды пресные и минеральные (с Br, J, B, Ra)/

Деление курса и связь с другими науками • В науке существуют 2 раздела: • 1) общий (генетический) – рассматривает типовые статические и ретроспективные модели генетических групп месторождений; • 2) специальный – рассматривает модели месторождений отдельных видов полезных ископаемых (геология металлических, неметаллических, угольных, нефтяных и др. месторождений). Размещение месторождений: Историческая Геотектоника Стратиграфия геология Строение месторождений: Поиски и Структурная разведка Геоморфология геология месторождений Геология полезных ископаемых Состав месторождений: Минералогия Петрография Литология Процессы рудообразования: Химия Физическая Геохимия химия

Выводы: • 1. Месторождения полезных ископаемых, которые создаются в результате геолого-поисковых и разведочных работ, должны отвечать определенным требованиям — кондициям. • 2. Кондициями регламентируется количество, качество и условия залегания месторождения при которых возможна его рентабельная разработка. • 3. Все свойства полезных ископаемых тесно взаимосвязаны между собой и с внешними экономическими и социально-политическими факторами. • 4. Понятие «месторождение полезного ископаемого» является не столько геологическим, сколько геолого- экономическим.

Уровни распространения и строения месторождений полезных ископаемых • Земная кора, в которой заключены месторождения полезных ископаемых, неоднородна в своем строении. • Каждый ее отдельный участок отличается определенными геологическими условиями, которые оказывают существенное влияние на наличие месторождений, их строение и состав. • Среди геологических условий важнейшими являются тектонические, точнее палеотектонические, которыми определяются возможности образования и последующей сохранности характерных для тектонической обстановки горных пород и их совокупностей — геологических формаций. • По определению Н. С. Шатского (1960) геологической формацией называется естественная ассоциация горных пород, члены которой тесно парагенетически связаны друг с другом в возрастном и пространственном отношении. • Месторождение полезных ископаемых приурочены к определённым геологическим структурам, с которыми они образуют некоторое единство, в следствии этого уровневое строение земной коры определяет уровневое распространение месторождений. • В. И. Смирнов (1965) выделяет следующие уровни распространения месторождений полезных ископаемых: провинция — область — район — поле – месторождение — тело.

I. Провинции полезных ископаемых или металлогенические провинции • Выделяются на глобальном уровне и соответствуют самым крупным тектоническим элементам земной коры: докембрийским платформам, фанерозойским складчатым областям и эпифанерозойским плитам. Например: провинция Восточно- Европейской платформы, Уральскуя провинцию, провинция Западно- Сибирской плиты. • Для платформенных провинций обычно характерны три комплекса формаций горных пород: формации докембрийского складчатого фундамента, осадочного чехла и зон фанерозойской тектоно- магматической активизации • Для геосинклинальных — формации ранней (спрединговой, дивергентной) стадии формирования геосинклиналей, средней (субдукционной, конвергентной) и поздней (коллизионной); • Для плитных — кроме геосинклинальных фанерозойских формаций фундамента характерны формации осадочного чехла. • Каждому комплексу формаций соответствует свой набор полезных ископаемых и месторождений различного происхождения.

II. Области полезных ископаемых • Характеризуют следующий уровень строения литосферы, комплексы формаций горных пород которого сформировались в течение какой-либо стадии тектонического цикла развития провинции. • На платформах области имеют часто более или менее изометричную форму и именуются бассейнами. • В складчатых регионах они отличаются узкой вытянутой в плане формой и называются поясами. • Например: можно привести Подмосковный буроугольный бассейн площадью 120 тыс. км 2, длиной около 1000 км, приуроченный к полосе распространения пород песчано-глинистой формации нижнего карбона, или пояс титаномагнетитовых месторождений Урала, протягивающийся на несколько тысяч километров и приуроченный к полосе распространения интрузивных пород габбро-пироксенитовой формации. III. Район месторождений полезных ископаемых Отвечает следующему уровню строения земной коры. Наличие районов или узлов полезных ископаемых бывает обусловлено распространением благоприятных для размещения месторождений структур, толщ осадочных или интрузий магматических горных пород. Например: существование Тагило-Кушвинского рудного района площадью 53 х11 км обусловлено сосредоточением диорит-сиенитовых массивов, контактирующих с вулканогенно-осадочными и карбонатными породами, контролирующими размещение скарново-магнетитовых месторождений.

IV. Поле месторождений полезных ископаемых(рудное поле) • Образует совокупность близких по составу и условиям образования месторождений, сконцентрированных на участке территории внутри рудного района. • Например: Качканарское рудное поле, состоящее из двух месторождений титаномагнетитовых руд: Гусевогорского и Собственно-Качканарского, расположенных в пределах одного габбро-пироксенитового массива площадью 111 км 2. Алабашкинское поле в Мурзинской самоцветной полосе содержащие месторождения драгоценных камней (топаз, аквамарин, турмалин, гранаты, дымчатый кварц) в пегматитах Мурзинского гранитного комплекса. V. Месторождение полезных ископаемых • Участок земной коры, в котором в результате геологических процессов произошло накопление минерального вещества по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для рентабельного промышленного использования. Площади месторождений составляют около nх10 км 2. • Например: Сарановский массив хромитоносных ультрамафитов.

VI. Тело или залежь полезного ископаемого • Локальное скопление природного минерального сырья, приуроченное к определённому геолого-структурному элементу. Ограничено со всех сторон вмещающими породами иного состава. • Границы тел ПИ могут быть естественными и искуственными. • По морфологии различают: • — изометричные (шток, штокверк, гнездо, занорышь и пр. ); • — плоские (пласты, жилы, линзы и линзообразные залежи); • — вытянутые (трубы, трубки и трубообразные тела).

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (В. И. Смирнов) • С позиций геохимии месторождение – это геохимическая аномалия, пригодная для добычи полезных ископаемых. • Геохимическая аномалия представляет собой концентрации химических элементов и соответственно минералов, возникающих на геохимических барьерах. • Месторождения полезных ископаемых формируются в процессе дифференциации минеральных масс при круговороте в магматическом, метаморфическом и осадочном циклах образования горных пород, формаций и геологических структур. • В 60 -х годах появляется и в 80 -х приобретает широкое распространение классификация В. И. Смирнова. В классификации учтены геологические и физико-химические условия образования месторождений. • В качестве классификационных единиц использована следующая иерархия подразделений: серия — группа — класс — подкласс — ряд — формация месторождений полезных ископаемых.

Серии выделяются по источникам энергии и вещества, необходимым для образования месторождений. Группа – по ведущему генетическому процессу. Классы – по способу концентрации полезного ископаемого или геохимическому барьеру. Подклассы и ряды – по составу вмещающих пород (эндогенная серия) или по степени преобразования первичных пород и осадков (экзогенная серия). Формация – по главным продуктам минералообразования. Эндогенные процессы, протекающие в наиболее высокотемпературных и высокобарических условиях земной коры на абиссальных и гипабиссальных глубинах, представлены магматическими и пегматитовыми процессами, которые могут сменяться авто- и контактово-метасоматическими и далее гидротермальными, а при попадании эндогенного вещества на земную поверхность — вулканогенно-осадочными. Экзогенные процессы, начинаясь в низких термодинамических условиях земной поверхности с процессов выветривания сменяются через процессы осадконакопления или минуя их процессами диагенеза и катагенеза. Метаморфогенные процессы, протекающие на значительных глубинах при высоких температурах и давлении, характеризуются глубоким преобразованием минерального вещества, которое проявляется в виде процессов регионального или контактового метаморфизма.

Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых (по В. И. Смирнову) Серия Группа Ведущий Фазовое Геологические Характерные генетический состояние условия полезные процесс среды размещения ископаемые минерало- образова- ния 1 2 3 4 5 6 А. I. Маг- Магматический Расплав Комплексы Руды хрома, Эндо- матичес- магматических титана, генная кая пород ванадия, платины; алмазы, апатит, нефелин II. Магматический, Расплав, Комплексы Руды ниобия, Карбона- (автомета- пар, ультраосновных- циркония; титовая соматический) гидротер- щелочных пород флогопит мальный раствор III. Магматический, Расплав, Интрузии кислых Руды лития, Пегмати- автомета- пар, или щелочных бериллия; товая соматический гидротер- пород, гнейсы и драгоценные мальный кристаллические камни

Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 6 А. IV. Автоме- Пар, Периферия Руды олова, Эндо- Альбитит- тасома- гидротер- интрузий кислых вольфрама, генная грейзе- тический мальный или щелочных молибдена новая раствор пород, гранито- гнейсы V. Скар- Контак- Пар, Экзоконтактные Руды железа, новая товоме- гидротер- зоны интрузий вольфрама и тасома- мальный гранитоидов молибдена, тический раствор свинца и цинка; борное сырье VI. Гидро- Гидротер- Области Руды золота, термаль- мальный распространения меди, ная ный раствор кислых полиметаллов, плутонических, сурьмы и ртути вулканических, осадочных и метаморфических пород VII. Вулкано- Гидро- Вулканогенно- Руды меди, Вулкано- геннооса- термальный осадочные горные свинца, цинка, геннооса- дочный раствор, породы железа, дочная поверхност- марганца; пирит ные воды

Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 6 Б. Экзо- I. Выветри- Метеорны Коры Руды никеля, генная Выветри- вание е воды, выветривания, урана, меди, вания живое палеогоризонты алюминия; вещество подземных вод самородная сера, глины II. Осадоч- Литогенез Метеорны Растворы Нефть, уголь, соли, ная е воды, поверхностных и подземные воды, живое подземных фосфориты; руды вещество бассейнов, железа, марганца, осадки, алюминия осадочные горные породы В. I. Региональ Метамор- Метаморфи- Руды железа, Мета- Региональ ный фогенные ческие горные золота, урана; морфо- ного метамор- растворы, породы мраморы, генная метамор- физм твердая кварциты, графит физма фаза II. Контакто- Твердая Экзоконтактные Мрамор, графит, Контакто- вый фаза зоны корунд вого метамор- интрузивных и метамор- физм эффузивных физма горных пород