Основы учения о месторождениях полезных ископаемых

Комплексная цель модуля: получение общих представлений о полезных ископаемых, особенностях их состава, генезиса, закономерностях размещения во времени и пространстве

Лекция 1 (2 часа). Введение

Исторический обзор, цели и задачи дисциплины. Основные термины и понятия (полезное ископаемое, месторождение полезного ископаемого, промышленное разделение месторождений полезных ископаемых, руда, кондиции, запасы месторождений).

Курс — «Геология твердых полезных ископаемых» — является составной частью «Учения о полезных ископаемых», которое включает, помимо данной дисциплины, «Промышленные типы рудных месторождений», «Промышленные типы нерудных месторождений», «Промышленные типы горючих полезных ископаемых», «Металлогению».

Полезные ископаемые являлись важнейшим элементом среды обитания человека с момента его появления на нашей планете. Они обеспечивали человека материалами для создания жилищ, предметов и орудий быта, определяли развитие ремесел, сельского хозяйства, военной техники, удовлетворяли эстетические и культурные потребности. Вовлечение минеральных веществ в хозяйственную сферу определяло общую эволюцию человеческой цивилизации. Россия обладает мощной минерально-сырьевой базой. Однако нарастающие темпы развития современного производства требуют выявления значительных дополнительных ресурсов, сосредоточенных в крупных и высококачественных месторождениях. Потребность обнаружения новых и нетрадиционных видов минерального сырья требует дальнейшего расширения и углубления геологических исследований.

В теоретическом курсе «Геология твердых полезных ископаемых» будут рассмотрены общие закономерности формирования полезных ископаемых в процессе развития земной коры, а также частные примеры различных генетических типов месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.

Основные термины и понятия. Студент, изучающий данную дисциплину, должен знать формулировки ряда основополагающих терминов: полезное ископаемое, руда, месторождение полезных ископаемых, промышленные кондиции.

Полезноеископаемое — минеральные массы, извлекаемые из недр земли и используемые человеком. Полезные ископаемые бывают твердыми, жидкими, газообразными. В данном курсе будут изучаться твердые полезные ископаемые. Среди них выделяются:

• 1)металлические (рудные) — это полезные минеральные массы из которых извлекаются металлы (из бурых железняков извлекается Fe из бокситов -Al, галенит-сфалеритовых руд — Pb, Zn) ,
• 2)неметаллические (нерудные) — это минералы, горные породы, которые используются целиком (соли, графит, слюда, барит, алмазы, гранит, мрамор, глина, песок и т.п.)
• 3) горючие — используются для получения энергии (угли, горючие сланцы, торф).

Разделение достаточно условно. Так, некоторые полезные ископаемые могут быть отнесены как к рудным, так и нерудным (магнезит — минерал используется как огнеупорное сырье и из него извлекают металл Mg). Урановые руды рассматриваются как рудное полезное, хотя их используют для получения энергии.

Руда — это минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного извлечения. Термин относится обычно к рудным полезным ископаемым и части нерудных полезных ископаемых, если их используют не целиком, а извлекают элементы, химические соединения, минералы. Например, габбро с гнездами магнетита — железная руда (из этого агрегата минералов извлекается Fe) или агрегат минералов — барит с кальцитом и кварцем может называться рудой, когда из него извлекают ценный минерал барит. Термин руда — древнерусское название крови. Для наших предков рудокопов руда — это кровь земли. С незапамятных времен полезные ископаемые добывали в горах. Здесь рудные тела часто выходят на поверхность и доступны для разработки. Так возникла сфера деятельности — горнорудное производство — название, используемое во всем мире применительно к любым видам работ по поискам, разведке, извлечению и переработки полезных ископаемых, где бы они не производились — в горах, на равнинах или в глубинах морей и океанов.

Полезные ископаемые неравномерно распределены как по поверхности, так и на глубину, при их скоплениях образуются месторождения.

Месторождения — это отдельные участки земной коры, где в результате тех или иных геологических процессов накопилось минеральное вещество, которое по качеству, количеству, условиям залегания экономически выгодно добывать и использовать.

Промышленные кондиции — требования, которым должно удовлетворять минеральное сырье, прежде чем его скопления будут названы месторождением. К промышленным кондициям относят кондиционные запасы, кондиционные содержания полезных и вредных компонентов, кондиционную мощность и др. Кондиционные запасы минерального сырья — его количество, достаточное для рентабельного производства. Для рудных полезных ископаемых запасы исчисляются в весовых категориях (тысячах тонн, десятках тонн, тоннах, килограммах и т.п.), а для неметаллических — обычно в объемных единицах (например, м3). Кондиционное содержание полезных компонентов — это их минимальное содержание, при котором возможна эксплуатация месторождения. Существуют кондиции на вредные примеси в рудах (например, допустимое максимальное содержание серы в железных рудах), мощность пластов (например, минимальная мощность угольных пластов, при которой рентабельна их разработка) и другие. Кондиции меняются в связи с технико-экономическим прогрессом (в начале 20 века кондиционное содержание Cu составляло 5%, а сейчас 1-2 и менее %). Они различны для разных типов полезных ископаемых (табл. 3).

Таблица 3 Примеры промышленных кондиций полезных ископаемых

Кондиции изменяются и для различных регионов. Требования к сырью более низкие для экономически обжитых районов с развитой инфраструктурой, чем для труднодоступных областей, например, Центральной Сибири, Чукотки, Аляски, Гималаев. В старых горнорудных районах выгодно разрабатывать мелкие месторождения золота с содержанием его всего 1-2 г/т и массой первые килограммы (например, Урал). Для необжитых территорий нужны объекты, в которых находится десятки, и даже сотни тонн золота в рудах с концентрацией 5-10 г/т.

История горнорудного производства. Американский этнолог Генри Люис Морган писал, что с того момента, когда варвар научился получать и применять металл, девять десятых борьбы за цивилизацию было выиграно. Первые государства на земле возникли в эпоху раннего металла.

В каменный век (8-4 тысячелетие до нашей эры) использовался кремень, кварцит, обсидиан для ножей, оружия, камни для жилища, минеральные пигменты для наскальной живописи, золотые самородки из россыпей для украшений, изготавливаются керамические изделия.

Бронзовый век (4-1 тысячелетие до нашей эры) — начался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. В очагах цивилизации изготавливались сплавы меди с оловом, свинцом, сурьмой, серебром, которые в отличие от чистой меди были прочными с сохранением ковкости. Для украшений и ритуальных предметов помимо золота использовались драгоценные цветные камни (изумруды, горный хрусталь и др.), которые находили в песках и галечниках. В качестве топлива уже применялась нефть.

В железный век (2 тысячелетие до нашей эры) в Египте, Месопотамии разработан способ получения железа из руды. Каменный уголь практически использовался еще до нашей эры, но в Европе уголь начал играть существенную роль сначала в Англии, а затем лишь с 17 века в других странах.

Основы рудной геологии и создание горнорудной промышленности относятся к средневековому периоду. Для Китая отмечается высокая цивилизация уже с 11 веке до нашей эры. В Европе интеллектуальный всплеск приходится на середину 14 века — середину 18 века — эпоху Возрождения. В этот период строятся города из камня. Развивается кузница Европы в Рудных горах (Саксонских Альпах), снабжавшая серебром, оловом, железом, медью, красками все страны этого региона. Появляются первые научные идеи о рудообразовании. Крупнейший ученый этой эпохи — Агрикола (Георгий Бауэра). Его работа «О горном деле и металлургии» в 12 книгах служила в течение нескольких столетий после его смерти основным энциклопедическим справочником по горному делу. Из фрайбергского серебра изготавливали монеты — талеры, которые быстро распространились по разным странам мира. В Америке талер был переименован в доллар. Несколько позже в России, чтобы делать монеты удобными для расчетов, их рубили на части зубилом, а новую денежную единицу назвали рублем.

В богатой Российской империи добывались строительные материалы (главным образом известняки Подмосковья), соли Урала и бассейна Камы, сера (низовья Волги), разрабатывались болотные железные руды. Период зарождения современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых в России связан с активной деятельностью Петра Первого и Михаила Ломоносова. Петр лично осматривал месторождения соли в Величке, железа под Тулой, каменного угля Донбасса и вел записи в особой тетради «О познании всяческих руд».

С середины 18 века бурное развитие плавильных заводов привело к почти полному уничтожению лесов в Южной и Западной Европе, Англии. Возникла проблема замены древесного угля каменным. Проблема была успешно решена англичанином Генри Кортом, создавшим печь для получения чугуна и стали, которая отапливалась каменным углем.

В России в 1773 году открыто Санкт-Петербургское горное училище, которое существует и поныне как горный институт. Здесь и в Московском университете закладываются основы знаменитой русской школы геологов-рудников.

Новый период истории (начиная с середины 19 века до наших дней) характеризуется созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела и лавинного ускорения научно-технического прогресса. Усовершенствованы технологии отливки чугуна и стали, получены новые сплавы металлов, ранее не востребованных. Создаются сети железных дорог, мощные крейсеры и линкоры, новые отрасли — электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Получают новые строительные материалы, разрабатывают новые химические, индустриальные и строительные типы нерудного сырья (удобрения, формовочные пески и глины, цементное сырье и др.). Активно разрабатываются угольные, нефтяные и газовые месторождения. По данным американского исследователя Д.Кука за период 1943-1985 г.г. в мире было открыто 150 крупных и уникальных месторождений меди, свинца, золота, серебра, урана, молибдена, никеля.

С современным этапом связана деятельность широкой плеяды выдающихся ученых: С.Эммонса, Ч. Ван Хайза, А.Бэтмана, Ч.Парка, Г.Шнейдерхена, В.А.Обручева, А.Е.Ферсмана, М.А.Усова, А.Г.Бетехтина, П.М.Татаринова, С.С.Смирнова, Н.М.Страхова, А.Д.Щеглова, А.Митчелла, Г.Кинга и др. Геологическая школа России является одной из лучшей в мире. Большой вклад в науку о рудных и нерудных полезных ископаемых внесли Х.Абдуллаев, Я.Белевцев, Ю.Билибин, И.Гинзбург, А.Заварицкий, Д.Коржинский, В.Крейтер, В.Котляр, В.Кузнецов, И.Магакьян, В.Смирнов, Г.Твалчрелидзе, Л.Овчинников, Е.Радкевич, Н.Шило, П.Иванкин и др.; в сфере месторождений нефти и газа — Н.Вассоевич, И.Губкин, С.Миронов, А.Трофимук; в области угольных месторождений — А.Гапеев, И.Горский, Ю.Жемчужников, А.Матвеев, А.Егоров и многие другие ученые.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по теме 1.

Проанализировать историю освоения полезных ископаемых, составить перечень выдающихся исследователей полезных ископаемых, выучить основные термины учения о полезных ископаемых.

Вопросы для самоконтроля знаний:

• 1. В чем отличие рудных, нерудных и горючих полезные ископаемых?
• 2. Что называется месторождением полезных ископаемых?
• 3. Какие бывают кондиции полезных ископаемых?
• 4. Чем определяются запасы полезных ископаемых?