Общая часть

Основные положения

Научной основой геохимических методов поисков является учение о миграции, рассеянии и концентрации химических элементов в земной коре, заложенное трудами В.И. Вернадского, В.М. Гольдшмидта и А.Е. Ферсмана, а также учение о рудных месторождениях, определяющее геологические условия формирования месторождений различных генетических типов. Понятие об ореолах рассеяния элементов-индикаторов месторождений полезных ископаемых впервые было сформулировано Н.И. Сафроновым (1936 г.).

При помощи геохимических методов изучают закономерности распределения химических элементов в горных породах, почвах, природных водах, растениях и атмосфере с целью выделения участков, перспективных на обнаружение оруденения.

Особенности распределения химических элементов в коренных горных породах, в рыхлых отложениях, водах, растениях и атмосфере, не затронутых какими-либо рудообразующими или техногенными*(1) процессами, определяют местный геохимический фон (нормальное поле).

Согласно закону Кларка - Вернадского о всеобщем рассеянии элементов в любых природных образованиях содержатся все химические элементы. Среднее содержание химических элементов в горных породах, почвах, природных водах, в приземной атмосфере и растениях в удалении от месторождений является относительно низким, характеризуя местный геохимический фон (), близкий к величине кларков элементов. В залежах полезных ископаемых и вблизи них содержания соответствующих элементов существенно выше (), благодаря чему и фиксируются геохимические аномалии, которые включают как сами рудные залежи, так и связанные с ними первичные ореолы химических элементов, возникающие в процессе образования месторождений, а также вторичные ореолы и потоки гипергенного рассеяния рудного вещества. Наличие значительно превышающих по размеру рудные залежи геохимических ореолов существенно облегчает обнаружение рудных месторождений геохимическими методами, определяя их высокую эффективность.

В результате геологических процессов эндогенного или экзогенного характера, сопровождающихся привносом одних и выносом других химических элементов, в коренных горных породах, рыхлых отложениях и почвах могут возникать локальные участки, характеризующиеся аномальными по сравнению с геохимическим фоном содержаниями химических элементов, - так называемые литохимические аномалии. Локальные участки, отличающиеся аномальными содержаниями химических элементов в подземных и поверхностных водах, называются гидрохимическими аномалиями, а участки, характеризующиеся аномальными содержаниями выделяющихся из земных недр газов,- атмохимическими аномалиями. Наличие аномально повышенных содержаний химических элементов в породах, почвах, водах и газах вызывает появление аномальных содержаний химических элементов в растениях, произрастающих на этой площади. В результате образуются биогеохимические аномалии, в контурах которых все растения или только отдельные их виды отличаются повышенными содержаниями некоторых элементов. Соответственно характеру геохимических аномалий различают литохимические, гидрохимические, атмохимические (газовые) и биогеохимические методы поисков.

Сырьевую базу современной горной промышленности образуют рудные месторождения, залегающие в литосфере и, следовательно, принадлежащие к разряду литохимических аномалий. В результате поступательного развития литосферы рудные месторождения и их первичные ореолы подвергаются выветриванию и денудации, образуя гипергенные геохимические аномалии в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере*(2), в различной степени связанные между собой и с коренным оруденением.

Эффективная методика геохимических поисков по вторичным ореолам должна быть основана на знании законов перемещения элементов в ландшафтах и более глубоких горизонтах литосферы, т.е. на изучении путей миграции рудных элементов в процессе превращения горных пород и руд в кору выветривания, континентальные отложения, почву, воду, растения и т.д. Поэтому одной из теоретических основ геохимических методов поисков является геохимия ландшафта и геохимия эпигенетических процессов зоны гипергенеза.

Принцип дифференциации геохимических ландшафтов имеет первостепенное практическое значение для районирования площадей по условиям ведения геохимических поисков. Это в первую очередь обусловлено разным рельефом местности, климатической неоднородностью и связанной с ними зональностью ландшафтов. В пределах одной ландшафтной зоны и подзоны условия образования ореолов неодинаковы вследствие особенностей геологического строения и рельефа. Например, в районах развития карбонатных или силикатных пород, гранитов или базальтов ландшафтные условия поисков неодинаковы. В связи с этим методика геохимических поисков должна быть дифференцирована применительно к отдельным типам, классам, родам и видам ландшафтов.

Важнейшее значение для геохимических поисков имеют степень и характер закрытости территории пострудными отложениями, а также их мощность и генезис. Особенности поисков в значительной степени зависят также от характера склоновых отложений.

Все эти факторы учитываются при районировании территории по условиям геохимических поисков с составлением карт различных масштабов, отражающих геолого-геоморфологические и ландшафтно-геохимические особенности района.

Геохимические аномалии разделяются на рудные и безрудные. К рудным относятся сами месторождения, их первичные ореолы, а также связанные с ними вторичные ореолы и потоки рассеяния химических элементов, к безрудным - аномалии, заведомо не имеющие отношения к промышленной минерализации, образование которых может быть вызвано, например, искусственным заражением, испарительной, сорбционной, биохимической аккумуляцией химических элементов в масштабах, не достигающих промышленного значения.

Условием успешного проведения геохимических поисков является своевременная и правильная оценка выявляемых аномалий, число которых заведомо и многократно превышает возможное число промышленных месторождений. При благоприятной геолого-геохимической оценке в зоне геохимической аномалии закладывают горные выработки и буровые скважины с целью вскрытия оруденения в коренном залегании и оценки его масштаба.

Литохимические методы поисков

Литохимические методы поисков основаны на изучении закономерностей распределения химических элементов в литосфере с целью выявления месторождений по их первичным ореолам в рудовмещающих породах или по вторичным (гипергенным) ореолам и потокам рассеяния в рыхлых продуктах выветривания и перекрывающих отложениях.

Объемы литохимических поисков, выполняемых в СССР, существенно превышают все другие виды геохимических работ. Это обусловлено наиболее тесными пространственными и генетическими связями литохимических ореолов и потоков рассеяния с рудными телами, за счет которых они формируются.

Литохимические методы поисков по первичным ореолам

Первичный геохимический ореол рудного тела представляет собой окаймляющую рудное тело зону рудовмещающих пород, обогащенную или обедненную теми или иными элементами в результате их привноса, выноса или перераспределения в процессе рудообразования.

В настоящей инструкции рассматриваются только ореолы привноса, поскольку они в настоящее время изучены лучше и в отличие от ореолов выноса уже находят практическое применение. Это не означает, что следует отказаться от изучения и практического применения ореолов выноса. Исследования в этом направлении продолжаются и для некоторых типов месторождений полезных ископаемых уже получены результаты, имеющие практическое значение.

Для краткости изложения из термина "первичные геохимические ореолы привноса" слова "геохимические" и "привноса" в дальнейшем тексте инструкции опускаются.

Критерии и методика интерпретации геохимических аномалий вытекают из особенностей распределения химических элементов в околорудном пространстве, и, следовательно, для практического использования первичных ореолов необходимо знать основные закономерности их состава и строения.

Набор элементов, образующих первичные ореолы вокруг рудных тел месторождения того или иного типа, называется элементным составом ореолов. Все подобные ореолы являются многокомпонентными. Многие из ореолообразующих элементов являются "сквозными", т.е. служат индикаторами различных по составу рудных месторождений. Из 30 элементов-индикаторов, приведенных в табл. 1, только 10 требуют специальных методов анализа (это число сократится до 5 - уран, золото, ртуть, иод и бром, если не считать элементов-индикаторов редкометальных пегматитов). Это обстоятельство имеет большое практическое значение, поскольку позволяет при комплексных геохимических поисках использовать экспрессный спектральный анализ.

Таблица 1

Элементный состав первичных ореолов различных месторождений

Минеральные формы нахождения элементов-индикаторов в ореольном пространстве и в руде, как правило, идентичны.

Первичные ореолы и зоны околорудного изменения пород являются генетически близкими образованиями, и их не всегда удается разграничить. Так, зоны серицитизации рудовмещающих пород могут быть рассмотрены как первичный ореол калия, зоны альбитизации - как ореол натрия и т.д.

Обычно размеры ореолов значительно превышают размеры рудных тел, которые они окружают: запасы металлов-индикаторов в ореолах значительны, нередко больше, чем в собственно рудных телах. Особенно велика протяженность надрудных ореолов по вертикали, что и определяет большое практическое значение первичных ореолов для поисков слепого оруденения. Вертикальная протяженность надрудных ореолов, определяющая глубинность геохимических поисков, обычно составляет сотни метров, а в отдельных случаях превышает 1 км.

На некоторых месторождениях (например, золоторудных) первичные ореолы часто незначительны как по размерам, так и особенно по интенсивности. В связи с этим приобретают особую актуальность специальные методы усиления слабых геохимических аномалий. Такие методы основаны на уменьшении мешающего влияния неоднородности фонового распределения элементов индикаторов в рудовмещающих породах. Для решения этой задачи используют рациональный (фазовый или частично-фазовый) анализ и анализ тяжелых и других фракций геохимических проб (для выделения эпигенетичных по отношению к вмещающей породе форм нахождения элементов-индикаторов).

Указанные методы из-за их дороговизны и низкой производительности имеет смысл применять только в особых случаях, когда другие, более простые методы не дают достаточно надежных результатов. Чаще всего необходимость применения этих методов возникает при детализационных работах на месторождениях особо ценных полезных ископаемых. В подавляющем же большинстве случаев для выявления слабых по интенсивности первичных ореолов достаточно эффективным оказывается способ перемножения содержаний элементов-индикаторов и выделения мультипликативных ореолов, которые по сравнению с моноэлементными являются более значительными по размерам и контрастности вследствие направленного усиления коррелирующихся полезных сигналов, а также поскольку влияние случайных ошибок при этом сводится к минимуму. Мультипликативные ореолы, как правило, обнаруживают более тесную связь с геолого-структурными особенностями месторождений полезных ископаемых, облегчая и повышая надежность интерпретации аномалий.

Форма первичных ореолов определяется геолого-структурными факторами. Для эндогенных месторождений это главным образом формы и направления зон трещиноватости и повышенной пористости пород. В большинстве случаев первичные ореолы развиваются согласно с рудными телами. Это положение справедливо для рудных тел как крутопадающих, так и пологозалегающих. Согласное развитие ореолов устанавливается и на месторождениях, где рудные тела представлены штокверками. Однако иногда вокруг рудных тел пологого залегания развиваются ореолы крутого падения, благодаря наличию дизъюнктивных нарушений крутого падения, служивших, вероятно, рудоподводящими каналами. Подобные случаи подчеркивают обязательность учета геолого-структурных условий локализации оруденения при интерпретации результатов геохимического опробования.

Важнейшей особенностью строения первичных ореолов является их зональность, которая выражается в закономерном изменении в пространстве различных их характеристик и параметров.

Зональность ореолов - понятие векторное, и ее параметры по разным направлениям не совпадают. По отношению к рудному телу могут быть выделены три основных типа зональности. Осевая зональность проявляется в направлении движения рудоносных растворов и в случае крутопадающих рудоносных зон совпадает с вертикальной, а для большинства субгоризонтальных - с горизонтальной. Продольная зональность отражает зональное строение ореолов по простиранию, а поперечная - вкрест простирания ореолов и согласных с ними рудных тел (рис. 1).

Для рудных тел субгоризонтального залегания в случае согласного развития ореолов продольная зональность обнаруживается как горизонтальная (перпендикулярно осевой, но в той же плоскости), а поперечная совпадает с вертикальной зональностью.

Для решения наиболее важной задачи геохимических поисков по первичным ореолам - обнаружения слепого оруденения - главное значение имеет осевая зональность, поскольку для большинства рудных месторождений она совпадает или близка к вертикальной. Вертикальная зональность имеет решающее значение при оценке уровня эрозионного среза оруденения.

Выявление зональности ореолов и выбор на этой основе наиболее эффективных элементов-индикаторов можно проводить различными способами, один из которых праведен в прил. 26. По результатам расчета могут быть составлены ряды зональности с порядком расположения в них элементов от подрудных горизонтов месторождения к надрудным.

В прил. 7 приведены ряды зональности первичных ореолов различных по составу и условиям формирования сульфидсодержащих рудных месторождений. Эти ряды, несмотря на различия генезиса и геолого-структурной позиции исследованных месторождений, близки между собой. К настоящему времени изучены первичные ореолы нескольких сотен гидротермальных месторождений, и все они характеризуются аналогичной зональностью их первичных ореолов. Это позволило составить следующий обобщенный ряд зональности для сульфидсодержащих гидротермальных рудных месторождений (от подрудных элементов к надрудным): W-Be-Sn-U-Mo-Со-Ni-Bi-Cu-Au-Zn-Pb-Ag-Cd-Hg-As-Sb-Ba-I.

Несколько усложняет ряды зональности первичных ореолов существование в них разных минеральных форм одного и того же элемента в близких количествах. В этих случаях наблюдается двойственное положение такого элемента-индикатора в ряду зональности. Подобное явление отмечено на некоторых сульфидных месторождениях для меди и мышьяка, что, как правило, связано с появлением в надрудных частях ореола значительного количества блеклых руд (теннантита) наряду с накоплением арсенопирита и халькопирита на более глубоких горизонтах. Известны также оловянные месторождения, где наряду с касситеритом имеется значительное количество станнина, при этом касситерит образует максимальные скопления в более глубоких горизонтах, а станнин преимущественно в верхнерудных и надрудных частях месторождения и его первичных ореолов. С учетом минеральной зональности обобщенный ряд зональности примет в этом случае следующие вид: W-Be--U-Mo-Co-Ni-Bi--Au--Zn-Pb-Ag-Cd--Hg--Sb-Ba-I.

Необходимо, однако, подчеркнуть, что наличие в ореолах различных минеральных форм того или иного элемента приводит к существенным перемещениям его в ряду зональности только при условии близких количеств минеральных форм, распределение которых отличается резкой дифференциацией в пространстве. Например, на многих свинцовых месторождениях помимо галенита встречается и небольшое количество сульфосолей свинца, что совершенно не сказывается на положении этого элемента в рядах зональности.

Независимо от геологической обстановки зональность ореолов повторяет зональность самих рудных тел. Однако зональность первичных ореолов по сравнению с зональностью рудных тел универсальна и более контрастна, так как околорудное пространство более значительно по размерам, характеризуется более однородным по сравнению с рудными телами строением и соответственно более стандартными условиями минералообразования, тогда как рудные тела локализуются на участках резкой смены физико-химических условий рудоотложения и отличаются "аномальными", ураганно-высокими содержаниями рудных компонентов, что сопровождается значительной дисперсией концентраций рудных компонентов и других геохимических параметров. Все эти обстоятельства затрудняют выявление зональности рудных тел.

В первичных ореолах изучается распределение не только основных компонентов руд, но и многих других, образующих контрастную зональность, в то время как основные компоненты руд отличаются сходным распределением в пространстве.

В строении мультипликативных ореолов также может быть установлена отчетливая зональность, если построить их раздельно для групп надрудных и подрудных элементов, выбор которых производится на основе рядов зональности. Адекватные сечения ореолов различных месторождений одной рудной формации характеризуются близкими значениями коэффициента зональности, в качестве которого используются отношения или , где произведение продуктивностей (средних содержаний) ореолов по надрудным элементам, а - то же, для подрудных элементов. Среди многочисленных возможных коэффициентов зональности наиболее контрастными и стабильными являются, как правило, коэффициенты более высоких порядков.

Как уже отмечалось, поперечная зональность первичных ореолов (см. прил. 8) отражает различия ореолов элементов вкрест простирания рудных тел. В отличие от вертикальной (осевой) зональности, единообразной для различных по составу месторождений, поперечная зональность находится в более тесной зависимости от состава руд и специфична для каждой рудной формации. Такая зависимость позволяет использовать поперечную зональность в качестве критерия определения вероятного состава слепого оруденения.

В зависимости от особенностей залегания рудных тел поперечная зональность их ореолов может быть симметричной и асимметричной. Симметричной поперечной зональностью характеризуются ореолы рудных тел вертикального падения. У наклонных рудных тел наблюдается более интенсивное развитие ореолов в висячем боку, что и обусловливает асимметрию поперечной зональности (рис. 2). Избирательное накопление в висячем боку рудных тел особенно характерно для элементов-индикаторов надрудной группы, что позволяет с целью более отчетливого выявления асимметрии поперечной зональности использовать мультипликативный коэффициент геохимической зональности первичных ореолов. Таким образом, используя асимметрию поперечной зональности, можно определять направление падения рудных тел, что немаловажно при проведении поисково-оценочных и разведочных работ.

Продольная зональность первичных ореолов выражается в закономерном изменении параметров ореолов в направлении простирания рудоносных зон, отражая в их плоскости направление движения рудоносных растворов, и поэтому согласуется с осевой зональностью. Продольная зональность первичных ореолов также (аналогично поперечной) может быть симметричной и асимметричной, отражая склонение рудных скоплений ("столбов") в плоскости рудной зоны, что имеет важное значение при интерпретации геохимических аномалий.

Иногда в результате совмещения в пространстве различных по составу и условиям локализации рудных месторождений формируются сложные по строению ореолы, которые принято называть полиформационными. Такие ореолы характеризуются специфическими корреляционными связями содержаний элементов-индикаторов; между содержаниями элементов, типоморфных для разных рудных формаций, как правило, устанавливается отрицательная корреляционная связь, что объясняется различными путями проникновения рудоносных растворов при формировании рудных тел разных формаций.

При интерпретации полиформационных первичных ореолов требуется особенно тщательное изучение геолого-структурного контроля оруденения в связи с парагенетическими ассоциациями рудных минералов. Известны, однако, случаи, когда в результате детального изучения первичных ореолов удавалось установить полиформационный характер оруденения и затем уже на этой основе определить рудоконтролирующие геологические структуры.

Практически в каждом рудном районе наряду с промышленными месторождениями встречаются и зоны рассеянной минерализации (ЗРМ), не содержащие концентрированного оруденения.

Сравнительное изучение геохимических особенностей ЗРМ и первичных ореолов промышленного оруденения сульфидсодержащих гидротермальных рудных месторождений позволило установить некоторые их различия, которые могут быть использованы для их разграничения:

а) аномалии, связанные с ЗРМ, отличаются от надрудных первичных ореолов большим набором элементов-индикаторов;

б) в строении ЗРМ отсутствует контрастная осевая зональность;

в) по величине мультипликативного коэффициента геохимической зональности любые срезы ЗРМ соответствуют ореолам, развитым на уровне нижних частей концентрированного оруденения;

г) от первичных ореолов, развитых на уровне концентрированного оруденения, ЗРМ отличаются существенно меньшими значениями среднеаномальных (суммарных) содержаний основных элементов-индикаторов данного типа оруденения;

д) в строении ЗРМ отсутствует контрастная поперечная зональность.

Приведенные признаки отличия ЗРМ от первичных ореолов промышленного оруденения выявлены в результате изучения ограниченного числа рудных формаций и поэтому еще требуют уточнения в процессе геологоразведочных работ в конкретных рудных районах.

Литохимические методы поисков по вторичным ореолам и потокам рассеяния

Вторичным литохимическим ореолом рассеяния химических элементов называется локальная зона аномально повышенных содержаний характерных для данного месторождения элементов в современных или древних рыхлых отложениях и почвах или в перекрывающих отложениях, образовавшаяся в результате гипергенного разрушения этого месторождения или его первичных ореолов.

Литохимическим потоком рассеяния месторождения называется область повышенных содержаний химических элементов, характерных для данного месторождения, развивающаяся в горных породах на путях механического и солевого стока. В направлении стока содержания химических элементов убывают, постепенно приближаясь к значениям, соответствующим местному геохимическому фону.

В механическом ореоле рассеяния минеральные компоненты присутствуют в форме твердого вещества - устойчивых в зоне гипергенеза первичных или вторичных минералов, а в солевом ореоле - в форме растворенных или сложно связанных с вмещающими породами воднорастворимых соединений. Подчиненное значение при формировании литохимических ореолов рассеяния имеет миграция рудных элементов в газообразном (парообразном) состоянии, сопровождаемая их сорбцией и окклюзией.

Вторичные ореолы в современном элювио-делювии или древней коре выветривания образуются на месте ранее существовавших участков рудного тела и (или) его первичного ореола. Поэтому их именуют еще остаточными ореолами рассеяния. В отличие от этих ореолов выделяют наложенные ореолы, в контурах которых до развития вторичных процессов рассеяния первичная минерализация отсутствовала. Кроме того, различают открытые ореолы, т.е. выходящие на современную дневную поверхность, и закрытые, которые с применением существующих технических средств обнаруживаются только на некоторой глубине от поверхности.

На рис. 3 схематически изображены наиболее важные в поисковом отношении типы вторичных литохимических ореолов рассеяния. Типизация основана на генетическом принципе и, кроме того, учтена открытость или закрытость ореолов. Открытый ореол характеризуется на уровне дневной поверхности, а закрытые на уровне их надежного развития, при минимальной глубине от поверхности*(3). К числу открытых относятся ореолы I-VI типов, к числу закрытых - VII-XI типов.

I. Остаточные диффузионные и диффузионно-дефлюкционные ореолы рассеяния представляют собой важнейший тип, существование которого позволяет широко применять при поисках поверхностное опробование. Развитие этих ореолов характерно для месторождений, залегающих в верхнем структурном этаже в активно денудированных районах.

В условиях сглаженного, плоского или волнистого рельефа ореолы развиваются путем перемещения рудных обломков и диффузии растворенных веществ в горной влаге, залегают непосредственно над рудой и имеют в поперечном сечении вид развернутого кверху веера. На склонах приобретает значение массовое движение рыхлых грунтов (дефлюкция), и ореолы рассеяния смещаются на то или иное, иногда значительное (до десятков и сотен метров), расстояние. Выход ореолов на поверхность обеспечивается в этом случае одновременно протекающими процессами плоскостного смыва и дефляции, поэтому диффузионно-дефлюкционные ореолы открытого типа распространены там, где растительность не препятствует водной и ветровой эрозии - на площадях с разреженной пустынно-полупустынной и степной растительностью.

В плане размеры вторичных ореолов, как правило, превышают размеры соответствующих им рудных тел и их первичных ореолов, приближенно повторяя их контуры, со смещениями и искажениями, обусловленными рельефом, условиями залегания руд и процессами гипергенного рассеяния.

II. Остаточные осыпные и обвальные ореолы образуются у подножия крутых склонов. Этот тип ореолов почти совершенно не изучен и в практике геохимических поисков не используется.

III. Остаточные делювиальные и суффозионные ореолы образуются в нижней части и у подножия склонов. Делювиальные ореолы являются результатом поверхностного плоскостного смыва материала склоновыми водными потоками и отложения его на участках, где уклоны уменьшаются и течение воды замедляется. Вверх по склону они выклиниваются, хотя их продолжение можно видеть в тонком (1-2 см) поверхностном слое, перемываемом склоновыми видами. Суффозионные ореолы образуются вследствие внутригрунтового вымывания тонкого материала и отложения наилков в нижней части склонов, где внутригрунтовые воды выходят на поверхность. Делювиальные и суффозионные ореолы также слабо изучены и пока не используются в практике поисково-геохимических работ.

IV. Наложенные непрерывные ореолы простираются на глубину до рудного тела или его остаточного ореола, характерны для условий аккумулятивно-денудационных равнин с покровом дальноприносных (аллохтонных) отложений ограниченной мощности (2-10 м), но иногда до 50-100 м, главным образом в умеренно влажной и аридной зонах. В ореолах резко преобладают солевые формы миграции - капиллярный подъем и диффузия растворов в сочетании с обменными химическими реакциями, гидратацией ионов, сорбционным закреплением ореола, испарительной и биогенной аккумуляцией рудных элементов. В отдельных случаях наблюдаются наложенные механические ореолы рассеяния устойчивых рудных минералов.

По положению относительно рудного тела и морфологическим особенностям выделяются две разновидности этого типа ореолов: а) надрудные, развивающиеся по вертикали над рудным телом и его остаточным ореолом; б) смещенные, питающиеся за счет смещенного дефлюкционного ореола и переноса веществ водами, фильтрующимися по границе между коренными породами и рыхлыми образованиями или на других уровнях. Соотношение размеров ореолов в плане с размерами рудных тел и первичных ореолов самое различное.

Из-за переменной мощности аллохтонного покрова открытые диффузионные ореолы, даже в пределах одной рудной зоны, могут по простиранию переходить в наложенный погребенный тип, сочетаться с интервалами открытого остаточного ореола I типа или сменяться открытыми наложенными ореолами. Критическая мощность аллохтонного покрова, при которой открытый диффузионный ореол не прослеживается на глубину или переходит в наложенный погребенный тип, прямым образом зависит от масштаба коренного оруденения, определяется составом руд, местными ландшафтно-геохимическими условиями и палеогеографией района.

V. Наложенные оторванные надрудные ореолы от ореолов предыдущего типа отличаются наличием на глубине горизонта аллохтонных отложений, в котором ореол не прослеживается по вертикали. В этом отношении надрудные ореолы сходны с безрудными геохимическими аномалиями, возникающими в результате местной гипергенной аккумуляции металлов на геохимических барьерах, не связанных с наличием коренного оруденения на глубине.

Образование ореолов данного типа обязано процессам солевого накопления элементов - их вторичной аккумуляции. В районах аридной зоны надрудные ореолы могут развиваться за счет испарительной концентрации элементов вблизи дневной поверхности, в результате выхода или капиллярного подъема подземных вод, омывающих рудные тела или их ореолы, а также вследствие биогенной аккумуляции элементов, когда корневая система растений достигает горизонта остаточного ореола рассеяния. В гумидной зоне в дополнение к надрудной биогенной аккумуляции элементов имеет место прямое сорбционное обогащение металлами верхних горизонтов рыхлых отложений, богатых органическими и минеральными коллоидами.

Образование наложенных ореолов рассеяния имеет важнейшее значение для эффективного проведения наземных (поверхностных) литохимических поисков в закрытых рудных районах. Однако по мере увеличения мощности перекрывающих отложений даже крупные месторождения, первоначально эродированные до уровня промышленных интервалов оруденения, способны создавать только весьма слабые наложенные ореолы рассеяния. В общем случае эти слабые литохимические аномалии маскируются геохимическим фоном тех же элементов-индикаторов, сингенетичных перекрывающим горным породам. Поэтому для выявления наложенных вторичных ореолов в пробах из перекрывающих отложений проводится частично-фазовый анализ способами различных вытяжек (см. прил. 27). При достаточной точности экспрессного спектрального анализа та же задача - увеличение контрастности аномалий - решается путем суммирования (мультипликации) ореолов групп химических элементов. При необходимости эти приемы усиления слабых полезных сигналов могут сочетаться. Имеющийся опыт показывает, что в благоприятных условиях с применением этих методов крупные колчеданно-полиметаллические месторождения могут обнаруживаться наземными литохимическими поисками при мощности чехла перекрывающих отложений до 100 м. Оценка литохимических аномалий, признаваемых наложенными ореолами погребенных рудных месторождений, производится методом глубинных литохимических поисков, как и остаточных ореолов рассеяния в древней коре выветривания.

VI. Наложенные оторванные смещенные ореолы близки к ореолам V типа, отличаясь от них отчетливо проявленным смещением от рудных тел в сторону современного стока. Химические элементы, обладающие в определенной ландшафтно-геохимической обстановке повышенной способностью к миграции в растворах, за счет последующей аккумуляции могут создавать оторванные солевые ореолы, наложенные на местные элювио-делювиальные и пролювиально-аллювиальные отложения.

Оторванные ореолы характерны для горно-таежных ландшафтов гумидной зоны с относительно сглаженными формами горного рельефа. Наличие подобных ореолов следует рассматривать как поисковый признак, с учетом которого в пределах данного бассейна водосбора проводятся поиски закрытых частично выщелоченных ореолов или открытых ореолов тех же месторождений по менее подвижным элементам-спутникам. В отдельных случаях, в том числе и в аридной зоне, оторванные солевые литохимические ореолы могут быть связаны с выходом подземных минерализованных вод, омывающих на глубине невскрытое (слепое) рудное тело. Геохимические аномалии, сходные по морфологии с оторванными ореолами, могут также возникать при наличии геохимических барьеров в результате длительной аккумуляции рудных элементов из вод с фоновыми их содержаниями.

VII. Остаточные выщелоченные и предельно разубоженные ореолы при наличии многих общих признаков имеют различный генезис. Образование выщелоченных с поверхности остаточных ореолов характерно для элементов активных водных мигрантов при замедленной денудации в районах гумидной зоны. В современном элювио-делювии мощность выщелоченных горизонтов редко превышает 1,0-1,5 м. Иногда в этих условиях наблюдается аккумуляция легкоподвижных элементов на уровне аллювиального горизонта. В древней коре выветривания характерен вынос рудных элементов из обеленного каолинового горизонта, мощность которого может достигать 10 м и более.

Предельно разубоженные ореолы образуются в результате закономерного протекания процесса рассеяния в сторону наиболее полного выравнивания концентраций элементов. При этом максимальные содержания металла в верхних горизонтах ореола могут достигать значений, не отличимых от обычных колебаний местного геохимического фона. Остаточный ореол такой рудной зоны становится доступным для обнаружения только на некоторой глубине от поверхности и вследствие этого должен быть отнесен к разряду закрытых ореолов. Иногда закрытые ореолы этих типов именуют "ослабленными у поверхности".

В вертикальном разрезе выщелоченные и предельно разубоженные остаточные ореолы имеют грибообразную форму, расширяясь на уровне представительного горизонта, положение которого определяется местными условиями.

VIII. Остаточные дефлюкционные неэродированные ореолы образуются на склонах возвышенностей. Ореолы этого типа изучены недостаточно.

IX. Остаточные погребенные ореолы являются аналогами современных делювиальных ореолов, отличаясь от них наличием перекрывающего чехла более молодых осадков. Ореолы этого типа характерны для закрытых районов двухъярусной геологической структуры. Оптимальные условия для образования погребенных остаточных ореолов существуют в районах, претерпевших длительное континентальное развитие в период, предшествовавший накоплению молодых осадков.

В случае полного сохранения профиля древней коры выветривания силикатных пород ее верхние каолиновые горизонты нередко бывают обеднены металлами и имеющиеся здесь погребенные остаточные ореолы ослаблены. Максимальное площадное распространение эти ореолы рассеяния имеют на уровне пестро-цветной, существенно гидрослюдистой коры выветривания, являющейся в данных условиях представительным горизонтом для проведения геохимических поисков. В горизонтах щебенистой коры выветривания вторичные ореолы рассеяния постепенно сужаются, примыкая на глубине к рудным телам и их первичным ореолам. Соответственно этому в вертикальном разрезе коры выветривания погребенные остаточные ореолы имеют грибообразную, часто асимметричную форму, определяющуюся элементами залегания рудных тел и направлением палеостока. В перекрывающих кору выветривания отложениях ореолы данного типа не прослеживаются.

Районы, в которых процессы корообразования не имели места или древняя кора выветривания уничтожена последующими иологическими процессами, менее благоприятны для обнаружения погребенных остаточных ореолов, так как в этом случае они проявлены только в маломощном базальном горизонте чехла (1-2, реже 3-5 м) или же отсутствуют полностью.

X-XI. Наложенные скрытые и погребенные ореолы являются аналогами открытых диффузионных ореолов, перекрытых позднейшими осадками. Все сказанное относительно открытых диффузионных можно распространить и на погребенные наложенные ореолы. При поисках погребенных месторождений, как показывает опыт работы в СССР, из геохимических методов наиболее эффективны методы поисков по наложенным литохимическим ореолам рассеяния элементов-индикаторов, а также биогеохимические и атмохимические методы. Последние основаны на использовании развитых в перекрывающих погребенные месторождения отложениях газовых ореолов рассеяния и рассматриваются в разделе настоящей инструкции, посвященном атмохимическим методам поисков.

Наложенные ореолы рассеяния образуются в результате биогенной и диффузионно-фильтрационной миграции рудных элементов в газообразном и растворенном состоянии, осуществляющей геохимическую связь между вмещающими коренными породами, рудными телами, их первичными ореолами, а также перекрывающими их рыхлыми отложениями. В подавляющем большинстве случаев наложенная составляющая по концентрации меньше фоновой (сингенетичной).

Анализ материалов по эпигенетическим (наложенным) гипергенным ореолам рассеяния элементов-индикаторов позволяет сделать следующие основные выводы об особенностях их развития.

1) эпигенетические наложенные ореолы наблюдаются в различных стратиграфических комплексах, перекрывающих месторождения рыхлых отложений (от палеогеновых до четвертичных). Во всех исследованных случаях вне зависимости от возраста перекрывающих отложений в современных почвах проявлены отчетливые эпигенетические ореолы. Это означает, что наложенные ореолы успевают сформироваться за относительно небольшой отрезок времени;

2) ореолы развиты в различных по литолого-фациальным особенностям отложениях перекрывающего покрова: песчаных, аллювиальных, супесчано-суглинистых моренных, существенно глинистых (озерных, лагунных и морских), в сложно переслаивающихся осадочных породах различного диалогического состава;

3) ореолы образуются в разнообразных ландшафтно-геохимических условиях и, следовательно, в различных типах почв: от тундровых и таежных (мерзлотных и немерзлотных) до степных, сухостепных и пустынных;

4) ореолы развиваются и выявляются (в результате опробования почв) значительной (до 130 м) мощности покровных отложений. Объекты с мощностью перекрывающего чехла более в 130 м пока не исследовались;

5) в эпигенетических ореолах рассеяния набор элементов-индикаторов весьма широк. Так, для сульфидных месторождений он включает большую часть их элементов-индикаторов и прежде всего такие важнейшие, как медь, свинец, цинк, серебро, никель, кобальт, молибден, мышьяк, а также сульфат-ион;

6) морфология эпигенетических ореолов определяется литологическим составом перекрывающих образований, а также условиями гидродинамического режима подземных вод и особенностями залегания рудных зон. Для месторождений, перекрытых глинистыми отложениями с пассивным гидродинамическим режимом, характерны наложенные ореолы, имеющие в разрезе столбообразную форму. Для месторождений, перекрытых песчаными отложениями с активным гидродинамическим режимом, морфология ореолов контролируется направлением современного или древнего стока подземных вод.

Литохимические потоки рассеяния месторождений, развивающиеся в пролювиальных и аллювиальных отложениях временной или постоянной гидросети, по фазовому состоянию мигрирующего вещества также могут быть разделены на механические и солевые, а по доступности обнаружения - на открытые и закрытые. Наиболее важное поисковое значение имеют открытые потоки рассеяния, развивающиеся в отложениях современной гидросети горных районов.

В открытой гидросети активно денудируемых районов месторождения большинства рудных элементов образуют механические потоки рассеяния. Солевые потоки рассеяния в современной гидросети можно обнаружить в ландшафтно-геохимических условиях, характеризующихся развитием закрытых, в частности выщелоченных с поверхности, вторичных ореолов рассеяния и скрытых рудных тел. Погребенные механические и тем более солевые потоки рассеяния, развитые в отложениях палеогидросети, в связи с трудностями их интерпретации имеют ограниченное поисковое значение.

Содержание металла в потоке рассеяния в решающей степени зависит от положения рудных тел, их первичных и вторичных ореолов рассеяния в местном бассейне денудации. Крупные месторождения, выведенные на уровень денудационного среза, в благоприятных условиях образуют литохимические потоки рассеяния протяженностью до нескольких километров.

Рассмотренные основные типы вторичных ореолов и потоков рассеяния могут иметь различные особенности, определяющиеся местными ландшафтно-геохимическими условиями. То или иное влияние могут оказать характер почвообразовательных процессов, глубина залегания грунтовых вод, наличие устойчивой мерзлоты и, в частности, явлений солифлюкций, характер вмещающих пород, структурные особенности и вещественный состав полезных ископаемых. Однако решающее значение имеют генезис и мощность рыхлого покрова, скорость современной денудации, характер современных и палеоклиматических условий, определяющих индивидуальные особенности миграции элементов.

Миграция элементов в зоне гипергенеза, направленная к рассеянию и постепенной ликвидации ранее образованных концентраций химических элементов, одновременно вызывает возникновение вторичных аккумуляций этих элементов. Вторичная аккумуляция может привести к образованию промышленных месторождений - современных и древних россыпей, месторождений, связанных с корой выветривания, зонами вторичного сульфидного обогащения и т.п. Однако чаще вторичные аккумуляции элементов в зоне гипергенеза представляют собой безрудные аномалии, возникающие при наличии так называемых геохимических барьеров, которые резко изменяют условия миграции элементов.

Формирование вторичных литохимических ореолов рассеяния во многом обусловлено физико-химическими особенностями природных вод, определяющими среду миграции рудных элементов в почвах, корах выветривания, водоносных горизонтах. Основное значение при этом имеют окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия вод. Выделяются три типа окислительно-восстановительных условий: окислительные, восстановительные глеевые и восстановительные сероводородные. Они широко распространены в природе и часто сменяют друг друга в пределах почвенного слоя, коры выветривания, водоносного горизонта, формируя окислительно-восстановительную зональность.

Для окислительной обстановки характерно присутствие в водах свободного кислорода или других сильных окислителей. Железо, марганец, медь, ванадий, сера и ряд других элементов находятся в высоких степенях окисления (, , и т.д.). Для почв и отложений окислительного ряда характерна красная, бурая и желтая окраска.

В восстановительной обстановке без сероводорода (глеевой) воды не содержат кислорода и других сильных окислителей. Глеевые воды обычно имеют и растворимые органические соединения. Железо и марганец в этих условиях находятся в восстановительном состоянии (, ) и ведут себя как другие двухвалентные металлы - кальций, магний и т.д. Почвы и породы имеют сизую, зеленую, голубоватую, белесую и пятнистую окраску. Восстановительная сероводородная обстановка характерна для многих илов и водоносных горизонтов. Породы в этом случае имеют черную окраску, содержат пирит и другие сульфиды.

Хотя в условиях глеевой и сероводородной обстановок воды не содержат свободного кислорода и являются восстановительными, в геохимическом отношении эти обстановки противоположны друг другу - глеевая среда благоприятна для водной миграции многих металлов, а сероводородная неблагоприятна (в связи с образованием нерастворимых сульфидов). Величины Eh при этом могут быть одинаковыми.

Многие элементы, образующие катионы (железо, медь, никель, кобальт), легко мигрируют в кислых водах и слабее в щелочных. Неметаллы и металлы, образующие анионы, напротив, лучше мигрируют в щелочных водах. Некоторые элементы в зависимости от степени окисления и рН могут быть и в катионной и анионной форме (цинк, алюминий, уран, молибден). Наконец, миграция ряда элементов практически не зависит от рН в водах любого состава (натрий, хлор).

По кислотно-щелочным условиям воды разделяются на четыре основные группы: сильнокислые, кислые и слабокислые, нейтральные и слабощелочные, сильнощелочные.

К сильнокислым относятся воды с рН < 3. Такая кислотность обычно обусловлена окислением пирита и других сульфидов, а также элементарной серы, приводящим к образованию свободной серной кислоты. В сернокислых водах легко мигрируют большинство металлов, в том числе железо, алюминий, медь и цинк. Сильнокислые воды особенно характерны для окисляющихся сульфидных месторождений, зон окисления пиритоносных глин и сланцев.

Кислыми и слабокислыми являются воды с рН от 3 до 6,5, их кислотность обусловлена процессами разложения органических веществ и поступлением в воды угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот. Если в почвах или породах мало катионов, то кислотность не может быть полностью нейтрализована и в системе господствует кислая среда. В таких водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Кислые и слабокислые воды широко распространены в гумидных лесных и болотных ландшафтах (тундра, тайга, широколиственные леса, влажные тропики и субтропики).

Нейтральные и слабощелочные воды имеют рН 6,5-8,5, их реакция определяется чаще всего отношением бикарбоната кальция к его карбонату или же бикарбоната к . Эта обстановка менее благоприятна для водной миграции большинства металлов, которые здесь осаждаются в форме нерастворимых гидроокислов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (кремний, германий, мышьяк, ванадий, уран, молибден). Рассматриваемые воды особенно характерны для аридных ландшафтов. Такой состав имеют также подземные воды известняков и изверженных пород. При разложении органических веществ здесь тоже образуются угольная и органические кислоты, но они полностью нейтрализуются и другими минералами кальция, а также минералами магния, натрия, калия.

Сильнощелочные воды с рН > 8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды ( , реже ). Они характерны для лесостепных ландшафтов, установлены в глубоких горизонтах артезианских бассейнов. Многие металлы в этих условиях почти не мигрируют, как, например, кальций, стронций, барий, железо. Напротив, кремний, молибден, германий, селен и другие анионогенные элементы мигрируют интенсивно. Особенность содовых вод состоит в том, что некоторые металлы ведут себя в них как анионогенные элементы, входя в состав различных подвижных анионов. Медь, например, входит в состав аниона , а алюминий - аниона . Скандий, иттрий, цирконий, малоподвижные в слабокислых и слабощелочных водах, образуют здесь растворимые карбонатные комплексы.

Каждая обстановка водной миграции характеризуется определенным сочетанием окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, как это показано в табл. 2.

Таблица 2

Основные геохимические классы вод и эпигенетических процессов

Щелочно-кислотные условия почв	Окислительно-восстановительные условия вод
Щелочно-кислотные условия почв	кислородные	глеевые	сероводородные
Сильнокислые (рН < 3)	Сильнокислый окислительный	Сильнокислый глеевый	Сильнокислый сероводородный
Кислые и слабокислые (рН 3-6,5)	Кислый окислительный	Кислый глеевый	Кислый сероводородный
Нейтральные и щелочные (рН 6,5-8,5)	Нейтральный и щелочной окислительный	Нейтральный и щелочной глеевый	Нейтральный и щелочной сероводородный
Сильнощелочные (содовые) (рН > 8,5)	Содовый окислительный	Содовый глеевый	Содовый сероводородный

Важная геохимическая особенность зоны гипергенеза состоит в формировании в ней зон выщелачивания в результате действия вод на горные породы и почвы. Зоны выщелачивания особенно характерны для почв, кор выветривания и водоносных горизонтов. Мощность зон выщелачивания подвержена значительным колебаниям: в почвах она измеряется обычно только десятками сантиметров, в коре выветривания - уже многими метрами, а в водоносных горизонтах - сотнями метров и даже километрами. Однако геохимическая направленность процессов в разных природных системах нередко остается неизменной или же близкой.

Изучение зон выщелачивания имеет большое значение для направления и интерпретации результатов геохимических поисков рудных месторождений, так как в условиях сглаженного рельефа с этими зонами связано ослабление вторичных ореолов рассеяния месторождений. Для формирования зон выщелачивания главное значение имеют окислительно-восстановительные условия вод. Выделяются три основных типа зон выщелачивания: 1) зона окислительного выщелачивания, 2) зона глеевого выщелачивания, 3) зона сероводородного выщелачивания.

В каждом типе выделяются зоны сильнокислого, кислого и слабокислого, нейтрального и слабощелочного и, наконец, содового выщелачивания. С учетом минерализации вод получаются разновидности зон выщелачивания, соответствующие основным геохимическим классам вод.

Как уже отмечалось, важное значение в формировании геохимических аномалий в зоне гипергенеза имеют геохимические барьеры - участки земной коры, где на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов и, как следствие, происходит их концентрация. Геологические условия формирования барьеров очень разнообразны, но их геохимическая направленность в самых различных частях земной коры нередко одинакова.

Выделяются четыре основных типа геохимических барьеров - механические, физико-химические, биогеохимические и техногенные. Наиболее изученными и практически наиболее важными являются механические и физико-химические барьеры, которые в свою очередь разделяются на ряд классов (см. прил. 6.). В местах, где восстановительная обстановка (глеевая и сероводородная) сменяется окислительной, формируется кислородный барьер (А), при смене окислительной обстановки на восстановительную - сероводородный (В) или глеевый (С). При резком увеличении рН, например при встрече кислых вод с известняками и другими карбонатными породами, возникает щелочной барьер (D). Подобный барьер характерен для участков окисляющихся сульфидных месторождений с аккумуляцией малахита, азурита, церуссита и других карбонатов. При уменьшении рН возникают кислые барьеры (Е). Барьеры, таким образом, классифицируются по агенту, приводящему к концентрации элементов (окисление, восстановление и т.д.). С этих позиций выделяются также испарительный (F), сорбционный (G), термодинамический (Н), гравитационный (механический) и прочие барьеры.

Многие геохимические барьеры можно выделить непосредственно в полевых условиях. Так, кислородный барьер выделяется по признакам эпигенетического ожелезнения (ржавые пятна гидроокислов железа) и омарганцеванию (черные примазки минералов марганца), восстановительный глеевый - по признакам эпигенетического оглеения (сизая окраска горизонтов за счет двухвалентного железа), щелочной карбонатный - по границе распространения горных пород, вскипающих от действия на них соляной кислоты, сорбционный барьер - по контакту пород и почвенных горизонтов различного механического состава: более дисперсный материал выступает в роли сорбента целого ряда элементов (медь, цинк, свинец и др.), испарительный - по солевым коркам, гипсу, выцветам легкорастворимых солей на стенках горных выработок и другим солевым аккумуляциям.

Концентрация элементов на физико-химических барьерах зависит, с одной стороны, от класса барьера, а с другой, - от состава вод, поступающих к нему. На сочетании этих двух факторов построена систематика геохимических барьеров, приведенная в прил. 6. Каждый вид геохимического барьера обозначается индексом, включающим его символ и класс вод, поступающих к барьеру.

Описываемая систематика геохимических барьеров построена по матричному принципу, который позволяет прогнозировать выявление новых их типов, еще не установленных в природе. Так, в прил. 6 показано 86 видов барьеров и некоторые из них, например С4, В6, Е7, пока не установлены.

В природных условиях нередко происходит совмещение различных геохимических процессов (как в пространстве, так и во времени). В связи с этим выделяются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Например, выпадение гелей гидроокислов железа и марганца на кислородном барьере приводит к сорбции ими химических элементов, т.е. здесь возникает комплексный кислородно-сорбционный барьер (A-G).

Особым классом геохимических барьеров являются двусторонние барьеры, формирующиеся при движении вод различного геохимического состава к барьеру с разных сторон. На таком барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов, примером такого барьера является двусторонний кислый и щелочной барьер ЕЗ-D2.

Различаются латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении, например в болоте у подножья горного склона, и радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при вертикальной (снизу вверх или сверху вниз) миграции растворов в пределах почвенного профиля или толщи горных пород. В конкретных природных условиях происходит иногда совмещение различных типов барьера.

Аккумуляции на кислородных барьерах возникают при контакте глеевых или сероводородных вод с водами, характеризующимися кислородной обстановкой. Особенно широко распространен барьер А6, который встречается почти повсеместно в ландшафтах с влажным климатом. В геологическом прошлом такие барьеры были характерны для эпохи формирования древней коры выветривания. Кислые глеевые почвенные, грунтовые и иловые воды ландшафтов с влажным климатом обогащены , , органическими кислотами, придающими воде цвет чая. Вблизи месторождений воды обогащены Сu, Zn, В, Со и другими металлами. Если такие воды выходят на земную поверхность, например, у основания склона, то в этом месте возникает кислородный барьер, осаждаются гидроокислы железа и марганца в виде конкреций и пластов бурых железняков. Глеевые грунтовые воды нередко разгружаются на дне рек и озер, где также возникает кислородный барьер с Fe-Mn-аккумуляциями. Глубинные восходящие глеевые воды, поднимаясь по разлому в месте контакта с кислородными водами, встречают кислородный барьер, на котором также осаждаются Fe и Мn.

Вблизи рудных месторождений скопления гидроокислов железа нередко обогащены рудными элементами. Это объясняется тем, что гидроокислы железа являются коллоидными минералами и легко сорбируют из воды многие металлы.

Нейтральные и щелочные глеевые воды характерны для районов распространения пород и почв, содержащих (например, болотные воды лесостепей и степей). Здесь железо менее подвижно, чем в лесных ландшафтах, а марганец еще подвижен. Поэтому на кислородном барьере преимущественно концентрируются гидроокислы марганца (барьер А7). Такие марганцевые аккумуляции нередко образуются и в глубоких горизонтах в результате диффузионной миграции слабоглеевых растворов снизу вверх - к кислородному барьеру. Барьеры А8 характерны для болот с содовыми водами. Барьеры А9-А12 возникают в местах разгрузки глубинных сероводородных вод - на контакте с кислородными подземными водами или со свободным кислородом воздуха. Здесь бактерии окисляют сероводород с образованием самородной серы.

Сульфидные барьеры (В1-В8) возникают в местах, где кислородные или глеевые воды встречают на своем пути сероводородную обстановку или сульфиды. Образование сероводорода в основном связано с деятельностью бактерий, реже это следствие прямых химических реакций. Сульфидные барьеры имеют большое практическое значение, так как на них образуются рудные тела некоторых месторождений меди, урана, селена и других элементов, еще чаще встречаются геохимические аномалии элементов, образующих нерастворимые сульфиды - Fe, Сu, Zn, Pb, Со, Ni и т.д. Барьеры В1 возникают и в зоне гипергенеза сульфидных месторождений, с ними связано формирование подзоны вторичного сульфидного обогащения.

На глеевых барьерах (C1-С12) формируются вторичные аккумуляции в местах встречи кислородных, сероводородных и частично глеевых вод с глеевой средой. Они характерны для таежных, тундровых, степных, тропических болот и для глубоких водоносных горизонтов. На глеевом барьере формируются урановые аномалии в песках и торфах (типы С3, С4), а в торфах степных болот накапливается молибден (С3).

На щелочных барьерах (D1-D3, D5-D7, D9-D11) вторичные аккумуляции рудных элементов возникают в местах повышения рН среды (например, при смене сильнокислой обстановки на слабокислую или слабощелочной на сильнощелочную). Наиболее контрастные барьеры характерны для участков перехода от кислой среды к щелочной. Например, при окислении сульфидных руд, залегающих в известняках, образуются сернокислые растворы, несущие повышенные концентрации Fe, Сu, Zn, Со, которые, однако, снижаются при взаимодействии с вмещающими карбонатными породами. В результате повышения рН на щелочном барьере типа D1 осаждаются гидроокислы и карбонаты металлов. Например,

Поэтому зона окисления в таких местах богата вторичными карбонатами металлов, среди которых особенно выделяются зеленые и синие карбонаты меди - малахит и азурит.

Геохимические барьеры типа D2 известны в районах влажного климата, например на контакте ультраосновных пород с известняками. Здесь разложение органических остатков в почвах приводит к образованию кислых вод, в которых легко растворяются Mg, Ni, Со, содержащиеся в ультраосновных породах (Ni и Со образуют органические комплексы с фульвокислотами). На контакте с известняками возникает щелочной барьер, на котором осаждаются эти металлы. В щелочных водах хорошо мигрируют такие анионогенные элементы, как кремний, селен, молибден и германий. В местах снижения рН, на кислом барьере (Е2-Е4, Е6-Е8, Е10-Е12), особенно при резком уменьшении щелочности, эти элементы осаждаются из вод, приводя к окремнению пород при концентрации в них молибдена и германия.

Барьеры типа Е8 возникают на участке окисления сульфидных руд в известняках там, где осуществляется сток вод в сторону сульфидных руд. Эти гидрокарбонатные воды имеют слабощелочную реакцию и могут содержать повышенные количества кремнезема, который осаждается при встрече щелочных вод с кислыми. В результате происходит окремнение известняков, характерное для многих зон окисления сульфидных руд. В этом случае геохимический барьер является двусторонним и от руд - щелочной барьер, а в направлении к рудам - кислый. Для таких барьеров характерны несовместимые ассоциации элементов, включающие, например, катионогенные и анионогенные металлы (D1 и Е3).

Вторичные аккумуляции на испарительных барьерах (F1-F12) возникают в аридных ландшафтах на участках испарения поверхностных, грунтовых и подземных вод. Для них характерно усиление рудных аномалий меди, цинка, никеля и кобальта (F1), а также бора, фтора, вольфрама и бериллия (F4). Характерны и безрудные аномалии молибдена, урана и стронция (F3, отчасти F4 и F7).

На сорбционных барьерах (G1-G12) на контакте с водами глинистых горизонтов почв, глин, торфов и других пород, богатых адсорбентами, имеющих отрицательный заряд, возможно накопление меди, цинка и свинца. Особенно характерно образование подобных барьеров на участках окисления сульфидных месторождений. Агрегаты бокситов и бурых железняков имеют положительный заряд и способны адсорбировать анионы. Этим объясняются повышенные содержания в бурых железняках ванадия, фосфора, мышьяка. Например, на сорбционных барьерах G1 и G5 происходит как усиление рудных аномалий, так и формирование безрудных аномалий (барьеры G2, G6).

Геохимическая классификация элементов по их способности к гипергенной миграции приведена в табл. 3. Следует помнить, что на поверхности суши механический сток существенно превышает солевой и это значительно уменьшает зависимость подвижности химических элементов от их способности к водной миграции.

Таблица 3

Геохимическая классификация элементов по их способности к гипергенной миграции

Вторичные аккумуляции рудных элементов нередко возникают на путях современного гидростока - в речных отложениях (современные россыпи), на выходах подземных вод, на кромках болот, в солончаках, такырах и т.п. Если их образование обязано наличию оруденения, такие вторичные литохимическне аккумуляции приобретают поисковое значение.

Различия в миграционной способности элементов, а также разные количественные соотношения между элементами в составе руд и первичных ореолов определяют выбор элементов-индикаторов, по которым ведут литохимические поиски по вторичным ореолам и потокам рассеяния. В общем случае лучшими элементами-индикаторами являются главные компоненты месторождения; в некоторых случаях поиски более целесообразно вести по второстепенным элементам-спутникам.

Изучение ассоциаций элементов в литохимических аномалиях позволяет иногда отличать безрудные аномалии от вторичных ореолов и потоков рассеяния рудных месторождений. Например, одновременное высокое содержание элементов с резко различными коэффициентами водной миграции (например, Рb и Sr, Sn и F и т.п.) характерно только для рудных аномалий.

Гидрохимические методы поисков

Гидрохимические методы, входящие в общий комплекс применяемых в СССР геохимических методов, базируются на изучении геохимических и гидродинамических закономерностей распределения рудных элементов в природных водах и процессов их взаимодействия с вмещающими породами.

Главная задача гидрохимических поисков - оценка рудоперспективности района путем выявления мест локализации источников рассеяния рудного вещества по его водным ореолам рассеяния. С помощью гидрохимических методов в поле может быть получена экспрессная информация о наличии рудной минерализации под мощным покровом рыхлых отложений в любых геоморфологических и климатических условиях. Поскольку все известные элементы-индикаторы способны растворяться и мигрировать в природных водах, гидрохимические методы возможно применять при поисках всех типов месторождений. В закрытых слабо расчлененных районах с редким распространением поверхностных водопроявлений гидрохимические поиски следует сочетать с литохимическим опробованием и геофизическими исследованиями неглубоких котировочных скважин.

Формирование водных ореолов рассеяния существенно сульфидных руд происходит главным образом в результате сернокислотного выветривания и электрохимического растворения. Главным агентом сернокислотного выветривания является кислород, поэтому наибольшие изменения химического состава в районах сульфидных месторождений испытывают воды, формирующиеся выше местных базисов эрозии. В благоприятной обстановке (отсутствие скоплений органических веществ в рыхлом покрове и др.) окисление сульфидных руд распространяется на значительную (до 250-500 м) глубину, вследствие чего их водные ореолы рассеяния могут существовать значительно ниже местных базисов эрозии.

Изменение химического состава вод несульфидных месторождений происходит под влиянием более слабых процессов гидролитического разложения, углекислотного выветривания и биогенного преобразования, что соответствующим образом отражается на контрастности водных ореолов рассеяния.

Благодаря различной скорости "растворения" минералов соотношение элементов в гидрохимических ореолах рассеяния значительно отличается от соотношения элементов в рудных телах и первичных ореолах. Так, для сульфидных руд характерно возрастание скорости окисления ("растворения") в ряду сульфидов: пирит - халькопирит - галенит - молибденит - арсенопирит - пентландит - сфалерит, в связи с чем медно-никелевые или медно-молибденовые руды будут сопровождаться гидрохимическими ореолами никеля или молибдена и резко ослабленным ореолом меди. Для водных ореолов рассеяния характерна геохимическая зональность, обусловленная последовательной сменой аномальных концентраций химических элементов в соответствии с их миграционной способностью в данной среде, разбавлением окружающими фоновыми водами, процессами ионного обмена, гидратации, сорбции и соосаждения (рис. 4).

Подвижность химических элементов в природных водах зависит главным образом от их солевого состава, кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных свойств, основными показателями которых являются , , , Eh и рН. Интенсивность водной миграции того или иного химического элемента в природных водах может быть выражена коэффициентом, представляющим собой отношение содержания химического элемента в сухом остатке воды к его содержанию в водовмещающих горных породах.

Водные ореолы рассеяния рудных тел могут перемещаться из водоносного горизонта, который непосредственно соприкасается с рудными телами, в вышележащие водоносные горизонты и благодаря разгрузке восходящих ореольных вод и диффузионному рассеянию рудных элементов формировать гидрохимические потоки рассеяния в открытых водотоках и водоемах. В связи с этим водные ореолы и потоки рассеяния*(4), образовавшиеся за счет растворения и выщелачивания рудных элементов из глубокозалегающих залежей, проявляются часто в неглубоко залегающих грунтовых или поверхностных водах. Например, химический состав вод некоторых озер может измениться под влиянием скрытой разгрузки глубоких трещинных напорных вод, взаимодействующих на глубине с рудными телами, или в результате привноса рудных элементов с окружающей территории, для которой характерно развитие рудных месторождений. Такие аномальные по содержанию рудных элементов воды бессточных озер могут служить косвенным показателем рудоносности района.

Химические элементы, находящиеся в водах, и геохимические параметры вод, значения которых претерпевают изменения под влиянием рудных тел, а также их первичных и вторичных ореолов, называются гидрохимическими элементами-индикаторами и имеют значение поисковых признаков. К числу прямых поисковых признаков относятся рудообразующие и некоторые сопутствующие элементы, наиболее характерные для данного типа месторождений, образующие контрастные аномальные концентрации в ореольных водах, к числу косвенных - зависимые от контакта с рудными телами изменения состава солевых компонентов (калий, сульфат-ион, хлор-ион и др.), а также величин рН и Eh вод.

Под фоновыми водами подразумеваются такие воды, химический состав которых формируется под влиянием различных региональных геологических и гидрогеологических процессов, не связанных с разрушением рудных тел или (и) их литохимических ореолов. Эти воды обогащаются различными химическими компонентами за счет углекислотного, биогенного или гидролитического разложения горных пород.

Наиболее контрастные водные ореолы и потоки рассеяния образуются в результате интенсивного окисления сульфидных залежей и их литохимических ореолов. Если эти рудные залежи оказываются обогащенными дисульфидами железа и залегают в химически слабоактивных силикатных породах, то образуются потоки и ореолы кислых сульфатных вод с высокими концентрациями рудообразующих и сопутствующих элементов. Агрессивно воздействуя на вмещающие породы и сульфидные минералы, эти воды обогащаются сернокислыми солями алюминия, железа, сульфатами кальция, натрия, магния, калия, а также разнообразными рудными и нерудными элементами (медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, серебро, ртуть, мышьяк, сурьма, висмут, германий, селен и др.). Наименьшей контрастностью в гидрохимических ореолах отличаются элементы, соединения которых неустойчивы в кислой сульфатной среде (молибден, свинец, золото, барий, стронций и др.).

Коэффициент контрастности гидрохимических ореолов рассеяния интенсивно окисляющихся сульфидных руд колчеданного типа достигает величины нескольких десятков и сотен тысяч, что в значительной мере облегчает их обнаружение при правильном определении направления движения ореольных вод. Величина окислительно-восстановительного потенциала в кислых сульфатных водах достигает максимальных значений 0,7-0,8 В, а рН снижается до 0,7-2,5. Под влиянием интенсивного выщелачивания вмещающих пород кислыми сульфатными водами в пределах сульфидных рудных полей нередко образуется "сульфидный карст".

Протяженность ореолов кислых сульфатных вод, как правило, не превышает 300-500 м, а только на участках широкого развития литохимических ореолов рассеяния, представленных бурыми железняками за счет их переотложения, формируются вытянутые до 2,5 км по направлению движения грунтовых вод контрастные гидрохимические ореолы рассеяния.

Значительно менее контрастные водные ореолы и потоки рассеяния образуются при взаимодействии подземных вод с рудными залежами при малом содержании дисульфидов железа, даже при залегании рудных тел на небольшой глубине выше местных базисов эрозии. Ввиду слабого отличия рН аномальных вод от рН фоновых вод этот косвенный показатель в данном случае теряет поисковое значение. Что же касается сульфат-иона, то, несмотря на резкое снижение контрастности его ореольных значений, он может быть использован и при поисках слабоокисляющихся малосульфидных залежей.

В связи с тем что активность водной миграции некоторых рудообразующих компонентов в зоне восстановительных процессов с Eh < 0 падает, большое значение при поисках глубокозалегающих руд в этих условиях приобретают так называемые анионогенные элементы, мигрирующие в виде устойчивых комплексных анионов (, , и др.). В глубоких нейтральных и слабощелочных водах в восстановительной обстановке эти элементы образуют достаточно контрастные для обнаружения водные ореолы.

Контрастность неглубоких гидрохимических аномалий обычно изменяется а зависимости от режима подземных и поверхностных вод. Наименее постоянны гидрохимические аномалии в поверхностных потоках высокогорных районов с резко меняющимися условиями питания и стока.

Формирование и особенности проявления ореолов рассеяния рудных тел в поверхностных и подземных водах зависят от многих природных факторов и в первую очередь от гидрогеологических и геоморфологических условий залегания рудных тел; в этом отношении среди водных ореолов можно выделить четыре типа (рис. 5): I - залегающие ниже местных базисов эрозии в долинах рек под маломощным покровом водопроницаемых аллювиальных отложений в зоне слабого водообмена (долинный тип); II - расположенные на водоразделах выше местных базисов эрозии в условиях интенсивного водообмена (водораздельный тип); III - залегающие под элювио-делювиальными образованиями на склонах водоразделов (склоновый тип); IV - глубоко скрытые в толще рудовмещающих пород значительно ниже местных базисов эрозии под покровом рыхлых аллохтонных отложений, обводняющиеся глубокими трещинно-жильными и пластово-трещинными водами (трещинный тип).

В условиях интенсивного водообмена при залегании рудных тел выше эрозионных врезов формируются водные ореолы рассеяния открытого типа с поверхностными водопроявлениями. Локальное развитие слабоконтрастных водных ореолов рассеяния наблюдается при глубоком залегании рудных тел - значительно ниже эрозионных врезов. Пониженная контрастность их обусловлена замедленным водообменом, узколокальным характером разгрузки ореольных вод по глубоким разрывным нарушениям и отсутствием сильных окислителей (, и др.) в водах.

Открытые водные ореолы рассеяния проявляются на поверхности земли в виде разнообразных очагов разгрузки грунтовых и напорных глубоких вод (родники, заболоченные участки, источники трещинных вод и т.д.). Их образование происходит обычно при залегании рудных тел или их литохимических ореолов выше местных базисов эрозии.

Закрытые водные ореолы рассеяния окаймляют рудные тела, располагающиеся ниже местных базисов эрозии в слаборасчлененных предгорных и равнинных областях. В отличие от водных ореолов открытого типа они не вскрываются современными эрозионными формами рельефа и не проявляются в поверхностных водопроявлениях. Такого типа водные ореолы образуются обычно вокруг рудных тел, глубоко погребенных под покровом рыхлых песчано-глинистых отложений. В случае значительного удаления рудных месторождений от эрозионных дренирующих форм рельефа и при большой мощности рыхлых слабопроницаемых наносов водные ореолы рассеяния не проявляются на поверхности земли в виде открытых очагов разгрузки. Глубина залегания рудных тел при этом не всегда определяет степень их окисления. Так, например, на малых глубинах под водонепроницаемыми глинистыми отложениями нередко залегают менее окисленные рудные месторождения, чем на большей глубине, но под покровом легководопроницаемых отложений.

Зональность водных ореолов рассеяния рудных месторождений зависит от устойчивости основных форм водной миграции их элементов-индикаторов, состава и водопроницаемости надрудных образований, изменений геохимических условий миграции рудных элементов с глубиной, состава, зональности и морфологии первичных и вторичных литохимических ореолов.

Для каждой гидрохимической среды характерен свой ряд подвижности элементов. Например, в сильнокислой азотно-кислородной сульфатной воде в околорудной зоне интенсивно окисляющихся сульфидных месторождений наиболее контрастные ореолы образуют катионогенные элементы в виде легкорастворимых сульфатных комплексов , , , и др.). В щелочной гидрокарбонатной и слабокислой средах более подвижны анионогенные элементы (Mo, As, Sb, F, В, Ge, Se). Наименее благоприятна для миграции и накопления большинства элементов-индикаторов околонейтральная среда (рН 6,5-7,5).

Высокорастворимыми, а следовательно, и способными к накоплению рудные элементы становятся в глубоких трещинных хлоридных углекислых и углеводородных субтермальных и термальных водах, имеющих сходный состав с газово-жидкими включениями в минералах.

Процессы сорбции и соосаждения оказывают существенное влияние на контрастность и протяженность отдельных гидрохимических ореолов лишь при резких изменениях Eh и рН ореольных вод, вызывающих образование труднорастворимых соединений (гидроокиси железа и алюминия, карбонаты и сульфаты кальция, окись кремния и др.).

Гидрохимическая зональность рудных полей обычно искажается вследствие скрытой разгрузки трещинных ореольных вод, неоднородности состава вмещающих пород и влияния других геологических факторов. Однако общая тенденция к увеличению числа элементов-индикаторов по мере приближения к месторождению выдерживается при всех значениях геохимических параметров среды миграции, что и является одним из главных показателей рудоперспективности выявляемых гидрохимических аномалий.

В направлении движения подземных вод от погребенных окисляющихся медноколчеданных залежей обычно прослеживаются следующие зоны гипергенноизмененных пород: кремнисто-опаловая, ярозитовая, алунитизации, огипсования и галлуазитизации. Образование этих зон обусловлено соответствующим изменением химического состава подземных вод по направлению их движения (кислотность уменьшается, содержание кремнекислоты увеличивается, концентрация железа, металлов и сульфат-иона понижается).

Вместе с гидроокислами железа и алюминия, а также кремнекислотой из нейтрализующихся ореольных вод в их очагах разгрузки соосаждаются молибден, серебро, свинец, цинк, медь, селен, кадмий, германий, галлий и индий. Вследствие этого зоны ярозитизации и алунтизации часто оказываются обогащенными разнообразными металлами, что и обусловливает приуроченность к ним литохимических аномалий.

С понижением кислотности ореольных вод до рН 6,5-6,9 вокруг погребенных сульфидных залежей по основным породам обычно развивается зона галлуазитизации, обогащенная купритом, фосфатами меди и цинка, малахитом, азуритом, смитсонитом, церусситом, атакамитом, хризоколлой, каламином, самородной медью, брошантитом и другими новообразованиями, устойчивыми при рН выше 5. Гипергенное омеднение отмечается часто на некотором (100-150 м) расстоянии от рудного тела. Это вызывает появление "отрицательных" гидрохимических аномалий меди в неглубоких грунтовых водах над погребенными медноколчеданными залежами. Зона омеднения сопровождается зоной омарганцевания в связи с осаждением значительного количества марганца при нейтрализации кислых ореольных вод. Выпадающий из них гипс, мирабилит, тенардит и галит вызывают появление (в результате переотложения) сульфатных и хлоридных гидрохимических аномалий в периферийной зоне водных ореолов.

Если процесс нейтрализации подземных вод по направлению от окисляющегося погребенного рудного тела к местным оазисам эрозии происходит очень интенсивно (взаимодействие с карбонатными породами), протяженность водного ореола рассеяния резко сокращается.

Не менее важную роль играет и продолжительность процессов окисления. Длительное окисление приводит к образованию протяженных и очень контрастных солевых (литохимических) и водных ореолов рассеяния металлов, прослеживающихся на расстоянии нескольких сот метров по направлению древнего и современного переноса продуктов разрушения. В почвенном слое солевой ореол рассеяния формируется обычно на участках разгрузки грунтовых ореольных вод.

При расположении погребенных или скрытых рудных тел на крутых склонах солевые и соответственно водные ореолы рассеяния наиболее хорошо мигрирующих компонентов носят резко смещенный но отношению к рудным залежам характер. Такие смещенные аномалии рудных элементов (молибден, серебро и др.) обычно приурочены к низинным болотам, богатым органическим веществом.

На формирование гидрохимической зональности рудных полей большое влияние оказывают гидрогеологическая раскрытость рудоносных структур, к которым приурочены рудные месторождения, режим подземных вод и другие гидрогеологические факторы. В зависимости от глубины залегания рудных тел по отношению к местному базису эрозии влияние этих факторов проявляется с различной интенсивностью. Повышение интенсивности водообмена грунтовых вод в коре выветривания рудных залежей вызывает появление больших по размерам и контрастности водных орелов рассеяния вследствие увеличения притока в рудную зону агрессивных кислородсодержащих вод, воздействующих на рудные тела. В то же время увеличение массы поверхностных и грунтовых вод и скорости их движения часто приводит к снижению контрастности развивающихся в них водных ореолов рассеяния. Снижение активности водообмена и агрессивности вод с глубиной частично компенсируется длительностью взаимодействия подземных вод с рудной минерализацией, а также отсутствием разбавляющего влияния атмосферных осадков.

Исследования современных и палеогидрогеологических условий залегания разных типов рудных месторождений показали, что в большинстве случаев они располагаются на контакте различных по водопроницаемости комплексов пород (туфы, аргиллиты, алевролиты, песчаники, диабазы, альбитофиры и др.) либо на стыке различных геохимических, структурных и гидродинамических зон. Древние экраны (барьеры) часто оказываются и современными водоупорами, а отрицательные формы палеорельефа - участками накопления рудного вещества. К палеолощинам обычно приурочены солевые литохимические и водные ореолы рассеяния рудных элементов, отражающие расположение древних зон окисления рудных месторождений.

Возникновение же бесперспективных (безрудных) гидрохимических аномалий вызывается: а) выщелачиванием рудных компонентов из скрытых на глубине антологических комплексов пород, обогащенных металлами; б) выщелачиванием рассеянной рудной минерализации (ЗРМ), не сопровождающейся концентрированным оруденением; в) увеличением интенсивности выщелачивания рассеянной рудной минерализации глубокими агрессивными минеральными водами углекислые, азотные, термальные и др.); г) локальным повышением активности выщелачивания рассеянной рудной минерализации на отдельных трещиноватых интервалах при интенсивном (боковом) притоке агрессивных кислородсодержащих вод.

Биогеохимические методы поисков

Биогеохимические методы поисков основаны на выявлении вторичных ореолов рассеяния элементов-индикаторов руд в живых организмах и их остатках, называемых биогеохимическими ореолами. В настоящее время практическое значение имеет только метод, использующий в качестве объектов опробования наземные растения и их остатки (торф, лесную подстилку и гумусовый горизонт почв).

Основными факторами, влияющими на формирование биогеохимических ореолов рудных месторождений в растениях, являются: 1) доступность растениям минеральных и химических форм элементов-индикаторов, находящихся в корнеобитаемой зоне почв и почвообразующих пород; 2) величина поверхности контакта корневых систем растений с лито-, гидро- и атмохимическими ореолами рассеяния; 3) наличие и величина антиконцентрационных физиолого-биохимических барьеров против высоких концентраций рудных элементов в питающей среде.

Биогеохимические поиски возможны только по биообъектам, у которых антиконцентрационные барьеры либо отсутствуют, либо имеют высокие предельные уровни, существенно превышающие местный биогеохимический фон. В конкретных природных условиях выявляется относительно большое количество массивных биологических объектов, в которых содержание большинства элементов-индикаторов не превышает их минимально аномальных значений. По наличию и величине антиконцентрационных барьеров выделяют четыре группы биообъектов (рис. 6): 1) безбарьерные; 2) практически безбарьерные, с предельными концентрациями, превышающими фоновые содержания в 30-300 раз; 3) близфонобарьерные, с предельными концентрациями, превышающими местный фон приблизительно в 10 раз, и 4) фонобарьерные, с предельными концентрациями элементов-индикаторов, равными или близкими к фону, не превышающими их минимально аномальных содержаний для соответствующих видов и частей растений.

Использование первых двух групп биообъектов, дающих соответственно количественную и приближенно-количественную информацию об элементах-индикаторах на горизонте питания растении, обеспечивает наиболее эффективное ведение биогеохимических поисков. Использование биообъектов третьей группы позволяет получить лишь качественную информацию, искаженную антиконцентрационными барьерами, которая, как правило, не может интерпретироваться количественно. Использование фонобарьерных биообъектов не дает никакой поисковой информации, и проведение биогеохимических поисков с их опробованием лишено смысла.

Согласно статистическим данным по 20 элементам-индикаторам, относительное количество фонобарьерных видов и частей растений, неинформативных в поисковом отношении, равно приблизительно половине (47%) изученных наземных биообъектов растений, число которых для различных элементов-индикаторов изменяется от 50 до 250. Для некоторых элементов (Сu, Pb, Ag, Cd, W, Be, Li, Cs, и Ba) относительное количество таких неинформативных видов и частей растений близко к половине или превышает 50%, а для U, F, Мn и превышает 80% изученных биообъектов. Элементами-индикаторами, наиболее благоприятными для использования при поисках, так как они имеют наименьшее (30%) относительное количество неинформативных видов и частей растений, являются Zn, Mo, Au, Bi, Rb и As.

В связи с преобладанием барьерного типа в накоплении практически всех элементов-индикаторов месторождений полезных ископаемых при поисках следует использовать небольшое число наиболее информативных безбарьерных и практически безбарьерных частей широко распространенных растений. Биогеохимические поиски по таким биологическим объектам рекомендуются для практического использования в объемах, определяемых результатами районирования территорий по применимости различных геохимических методов.

Опыт группирования 50-500 биообъектов Сибири показал, что многие из являются безбарьерными или практически безбарьерными, т.е. количественно-информативными, одновременно на большое число элементов-индикаторов. Такими биообъектами, например, являются корни древесных, кустарниковых и травянистых растений, низшие растения - мхи и лишайники и внешние слои коры (корка) в нижних, удобных для опробования частях стволов древесных растений. Анализ информации о количественных барьерных характеристиках надземных частей различных видов растений позволил выделить биообъекты, наиболее эффективные для использования при поисковых работах в Сибири (см. прил. 13). Таблицы поисковых характеристик биообъектов, благоприятных для использования при биогеохимических поисках, аналогичные приведенной в прил. 13, должны составляться для новых районов поисков по данным специальных опытно-методических работ с учетом степени и стабильности безбарьерности каждого биообъекта, а также глубинности поисковой информации, получаемой при его опробовании. В прил. 13, составленном с учетом этих требований, первый и второй биообъекты (корка березы и нижние части стеблей рододендрона) помещены в начале таблицы в связи с тем, что в южных районах Сибири, закрытых эоловыми и эслово-делювиальными образованиями, они обеспечивают максимальную глубинность выявления месторождений порядка 20-40 м, в то время как для третьего биообъекта - шишек сосны - максимальная глубинность получается равной 10-20 м, а для большинства травянистых растений лесных ландшафтов 8-15 м, хотя среди последних и есть редкие виды, обеспечивающие глубинность опоискования территорий порядка 15-30 м (например, клевер луговой).

Большое значение имеют формы нахождения элементов-индикаторов, контактирующих с корнями растений при формировании биогеохимических ореолов рудных месторождений и одни формы обусловливают отсутствие или ослабление биогеохимических ореолов (из-за недоступности растениям элементов-индикаторов, входящих в некоторые труднорастворимые и устойчивые минералы), другие, наоборот, способствуют образованию более контрастных биогеохимических ореолов (в связи с интенсивным накоплением в растениях элементов-индикаторов). По имеющимся данным, растениям обычно недоступны прочно связанные формы элементов-индикаторов, находящиеся в относительно крупных (> 00,03-0,1 мм) кристаллах, зернах или прочных агрегатах, труднорастворимых в кислотах минералов.

Интенсивность и эффективные размеры биогеохимического ореола зависят также от мощности аллохтонного или склонового рыхлого покрова, глубины зоны полного или значительного выщелачивания литохимических ореолов и глубины проникновения корневых систем изучаемых растений. С увеличением мощности покровных образований зависимость химического состава растений от состава руд и их лито-, гидро- и атмохимических ореолов ослабевает. Глубинность биогеохимических поисков в конкретных геологических и ландшафтных условиях ведения поисковых работ имеет определенную величину, которую необходимо предварительно установить в ходе опытно-методических работ. Для обеспечения максимальной глубинности биогеохимических поисков предпочтительно опробование многолетиях древесных, кустарниковых и травянистых растений, имеющих глубокопроникающие корневые системы (см. прил. 12). Минимальная глубина корневых систем таких растений увеличивается с повышением аридности климата; так, в зоне многолетней мерзлоты она равна 0,5-2 м, в зоне умеренного климата 3-10 м, а в зоне аридного климата достигает 5-20 и даже 30-70 м.

Ореолы рассеяния в торфах обусловливаются первичным накоплением элементов-индикаторов в растениях-торфообразователях, а также вторичным сорбционным накоплением их в отмерших растениях и в торфе за счет диффузии и капиллярного подъема почвенных растворов и грунтовых вод или прямого влияния гидрохимических ореолов рассеяния рудных месторождений. В некоторой степени сходна природа биогеохимических ореолов в растительной подстилке, т.е. в слое растительных остатков, образующемся под пологом живых растений, а также в гумусовом горизонте почв. В результате вторичного обогащения элементами из водных растворов ореолы рассеяния некоторых элементов-индикаторов в торфе и растительной подстилке имеют большую контрастность, чем в живых растениях или почве. Следует, однако, иметь в виду, что во многих случаях пробы растительной подстилки намного разнороднее, чем пробы живых растений, из-за многообразия исходных видов растений, различной степени разложения растительных остатков и выщелачивания из них элементов-индикаторов, переменного количества неорганического материала и существенного влияния других трудноконтролируемых факторов. Это иногда обусловливает невозможность обеспечить необходимую стандартизацию отбора проб растительной подстилки и усложняет интерпретацию полученных результатов.

Кроме того, при изучении биогеохимических ореолов в торфах и растительной подстилке следует помнить, что основные растения-торфообразователи - это мхи и лишайники, являющиеся безбарьерными по отношению к большому комплексу рудных элементов. Растительная же подстилка состоит преимущественно из листьев и хвои деревьев и кустарников и надземных частей трав, которые являются обычно неинформативными или малоинформативными биообъектами по отношению к большинству рудных элементов. Лишь для ограниченного числа элементов-индикаторов, например золота, свинца и цинка, эти биообъекты являются безбарьерными или практически безбарьерными. Исходя из этих данных, торф и его живой мохово-лишайниковый покров можно считать высокоинформативными на большой комплекс элементов-индикаторов в отличие от цельной подстилки, информативной лишь на ограниченное число элементов.

Сравнительно сложные в отношении интерпретации получаемых данных биогеохимические поиски следует проводить только в таких условиях, когда они имеют существенно большую геологическую и экономическую эффективность, чем литохимические поиски.

Атмохимические методы поисков

Атмохимические (газовые) методы поисков основаны на изучении распределения газовых компонентов в подземной и приземной атмосфере с целью выявления газовых ореолов рассеяния месторождений полезных ископаемых.

Проведенные в различных регионах СССР в значительном объеме опытно-методические работы показали, что наиболее перспективно применение атмохимических методов для выявления погребенных месторождений. Известно три группы газов, формирующих атмохимические ореолы рассеяния рудных месторождений.

Первая группа - первичные газы - компоненты процесса рудообразования. Для гидротермальных процессов это углекислый газ, аргон, сероводород, метан, водород, летучие соединения галогенов и ряд других элементов. Наличие их в рудных телах доказано исследованиями состава газово-жидких включений в минералах. К этой же группе относятся газообразные органические соединения, возникновение которых происходит при термометаморфизме органического вещества осадочных пород в процессе рудообразования. Выделение газовых компонентов из рудных месторождений происходит в течение всего времени их эволюции. Высвобождение гипогенных газовых компонентов, законсервированных в рудном веществе, происходит непрерывно по мере вскрытия газово-жидких включений при процессах выветривания, динамометаморфизма и прочих внешних воздействиях.

Вторую группу составляют газы, поступающие с глубины по зонам разрывных нарушений, в которых могут быть локализованы рудные тела. Эти газовые компоненты (углекислый газ, гелий, водород, углеводородные газы, аргон, пары ртути) являются продуктами дегазации мантии, а также химических и ядерных реакций, протекающих в земных недрах. Образование некоторых газовых компонентов обусловлено радиоактивным распадом (радон, торон, актинон), что широко используется при поисках радиоактивных руд (в данной инструкции этот вопрос не рассматривается).

К третьей группе относятся газовые компоненты, образующиеся в результате процессов, протекающих в зоне окисления. Взаимодействие кислых сульфатных растворов с рудным веществом и вмещающими породами, бактериальное разложение сульфидов приводят к накоплению , , при одновременном уменьшении содержания кислорода в подземной атмосфере зоны окисления сульфидных месторождений. В зоне гипергенеза происходит восстановление ртутьсодержащих минералов до самородной ртути с последующим переходом ее в газовую фазу.

Важное практическое значение при поисках погребенных месторождений имеет большая проникающая способность газовых компонентов, мигрирующих на значительные расстояния от рудных тел через перекрывающие толщи молодых осадков.

Атмохимические поиски ведутся как по сорбированным, так и по свободным газам. В первом случае с заранее выбранной глубины, обычно не превышающей первых метров, в герметически закрывающиеся емкости отбираются пробы перекрывающих отложений, из которых в лабораторных условиях извлекаются и анализируются сорбированные газы. Во втором случае из специально пробуренных скважин отбираются пробы подпочвенного воздуха для полевого и (или) лабораторного анализа. Полевой анализ является более оперативным, позволяя быстрее выделять аномальные области для постановки на них детализационных работ. Прямой отбор газовых проб применяется для выявления газовых ореолов ртути, гелия, углекислого и сернистых газов.

Атмохимические поиски в целом являются косвенными, однако тщательный анализ физико-химических условий образования газовых ореолов рассеяния часто дает достаточные основания для уверенной геологической интерпретации выявленных аномалий и установления их связи с месторождениями. К достоинствам атмохимических методов относится их значительно большая, чем возможная в принципе для других геохимических методов, глубинность.

Атмохимические ореолы рассеяния представляют собой многокомпонентную сложную смесь, которая наследует газовый состав месторождений при их формировании и в последующие периоды, когда физико-химические и биологические процессы, особенно в зоне гипергенеза, усиливают или возобновляют действие атмохимических источников. Газовые ореолы рассеяния могут состоять из химических элементов, неорганических, органических и элементно-органических соединений. Это ореолы в отличие от литохимических являются динамической системой, на которую могут оказывать существенное влияние термодинамические и физико-химические условия среды и состояние источника (месторождения). Газовые ореолы рассеяния существуют с момента образования месторождений и до полного его разрушения эрозионными процессами. В настоящее время при атмохимических поисках используются только некоторые из газов, а именно: углекислый газ, углеводороды, водород, сероводород, сернистый газ, кислород, гелий, аргон, радон. Однако источником аномальных концентраций перечисленных газов являются не только рудные месторождения, но и многие химические, биохимические и радиоактивные процессы, происходящие на поверхности и вблизи поверхности земли и не имеющие отношения к формированию и существованию рудных месторождении. Это существенно осложняет интерпретацию результатов атмохимических поисков и требует привлечения других методов, прежде всего литохимических.

Наиболее универсальный газовый компонент рудных месторождений - углекислый газ, который тесно связан с процессами рудообразования, будучи одной основных составляющих рудообразующих флюидов. В зоне гипергенеза он же является основным продуктом окисления сульфидных руд и разложения карбонатов. тяжелее воздуха, вследствие чего в меньшей степени, чем другие газы, улетучивается в атмосферу и образует в поверхностных отложениях четкие и устойчивые во времени аномалии.

Углекислый газ выделяется также в процессе жизнедеятельности организмов в почве. Большие количества углекислого газа возникают в результате окисления органического вещества кислородом вблизи поверхности; он является основным компонентом вулканических газов, тесно ассоциирует с гидротермально-измененными породами и эндогенными месторождениями. Существенно аномальные концентрации углекислого газа наблюдаются в газовых потоках, мигрирующих из глубин Земли по зонам разломов.

Среди углеводородов наибольшее значение при изучении газовых ореолов имеет метан. Этот газ, содержащийся в почвах и болотах, образуется при биохимических процессах, а также в результате воздействия интрузий, эффузий и гидротермальных растворов на осадочные породы при взаимодействии водорода или паров воды с углеродом, его окисью и двуокисью.

Водород широко распространен в вулканических газах, газах рудных месторождений и залежах калийных солей. Много водорода выделяется при термальном воздействии интрузий и гидротермальных растворов на органическое вещество. Термокаталитическое разложение воды на глубине также приводит к образованию водорода.

Сероводород в приповерхностных условиях образуется за счет биохимических процессов и в результате окисления сульфидных руд. Он часто встречается и в вулканических газах.

Сернистый газ образуется в зоне окисления сульфидных месторождений и фиксируется также в вулканических газах.

Гелий постоянно образуется в земной коре на больших глубинах в результате радиоактивного альфа-распада и различных ядерных реакций. В повышенных количествах он присутствует в газах многих месторождений.

Аргон фиксируется в природных газах обычно в больших количествах, чем гелий. Повышенные концентрации этого газа особенно характерны для галогенных пород. Аргон образуется преимущественно при радиоактивном распаде .

Наиболее полная информация о природе аномалий может быть получена при проведении газовой съемки по комплексу компонентов-индикаторов, специфичных для конкретных геолого-геохимических условий. Появление в подпочвенном воздухе повышенных концентраций углекислого газа, сернистых газов, а также пониженное содержание кислорода могут быть использованы в качестве индикаторов перекрытых сульфидных руд.

Атмохимические методы с успехом могут применяться для решения следующих основных задач:

- выявления и прослеживания разрывных структур в районах с широким развитием покровных отложений во всех климатических и ландшафтных условиях;

- выявления и локализации рудных зон, в частности перспективных на скрытое оруденение.

В настоящее время практически используются три самостоятельных атмохимических метода: поиски по газовым компонентам в подпочвенном воздухе, газортутные поиски по парам ртути и поиски по водо-гелиевым ореолам.

За последние годы в СССР усиленно развивается газортутный метод, с помощью которого выявляются прямые поисковые признаки ртутных и ртутьсодержащих рудных месторождений. Известно, что повышенные содержания газов и паров ртути, источником которых являются рудные месторождения, фильтруются и диффундируют по трещинам и микротрещинам по направлению к поверхности Земли. При этом часть газов и паров ртути сорбируется перекрывающими отложениями и растворяется в подземных водах, а остальная - идет на формирование окклюдированных и свободных атмохимических ореолов рассеяния в окружающих породах, подпочвенном пространстве, почвах и приземной атмосфере.

Источниками газортутных аномалий (ореолов) являются: 1) зоны минерализации, рудопроявления, рудные тела и месторождения, 2) зоны глубинных разломов. Аномалии первых источников, как правило, отличаются от последних большей локальностью.

Однородный фон в содержаниях паров ртути в почвенном воздухе позволяет однозначно выделять аномалии небольшой интенсивности.

Первичные ореолы ртути наиболее интенсивны в надрудных горизонтах сульфидных месторождений, где их продуктивность в 3-8 раз выше, чем в околорудных и подрудных, что должно быть учтено при интерпретации результатов газортутных поисков.

Для образования динамически устойчивых газовых ореолов рассеяния ртути необходимо наличие определенной суммарной (критической) массы сульфидов в рудном теле, первичном и вторичном ореолах. Масса сульфидов ниже минимальной (критической) не способна образовывать газовые ореолы рассеяния в почвенном воздухе, учитывая фильтрацию и диффузию паров ртути в атмосферу и рыхлые отложения. В связи с этим смещенные вниз по склону вторичные ореолы и потоки рассеяния и аномалии, образовавшиеся за счет деятельности человека, в большинстве случаев не могут создать устойчивые аномальные концентрации паров ртути.

В результате исследований последних лет удалось установить:

- над ртутными залежами и ртутоносными зонами за счет возгонки, происходящей при любых температурах земной поверхности, образуются газовые ореолы рассеяния ртути. Гипергенные процессы усиливают переход ртути из твердого состояния в парообразное, что приводит к формированию более интенсивных газовых ореолов рассеяния ртути;

- газовые ореолы ртути образуются над рудными залежами и не собственно ртутных месторождений, так как в ореолах многих эндогенных месторождений содержание ртути в 5-1000 раз больше, чем в горных породах;

- количество ртути, переходящей из твердой фазы в газовую, зависит от температуры, формы нахождения ртути и концентрации ее в твердой фазе, площади рудных тел и литохимических аномалий на поверхности, а также условий открытости или закрытости поверхности по отношению к атмосфере.

Условия применения геохимических методов поисков

Геохимические методы поисков рудных месторождений применяются на всех стадиях геологоразведочных работ. Виды и масштабы геохимических поисков, а также особенности их сочетания с другими геологоразведочными работами определяются степенью геологической и геохимической изученности территории, ее геологическими и ландшафтно-геохимическими условиями и должны находиться в строгом соответствии с Методическими указаниями о проведении геологоразведочных работ по стадиям Министерства геологии СССР (1975 г.).

По геологическому строению и ландшафтно-геохимическим особенностям в СССР выделяют три основных типа регионов геохимических поисков.

I. Горно-складчатые регионы с покровом современных рыхлых образований преимущественно элювио-делювиального генезиса. Для таких регионов, занимающих около 30% территории СССР, характерен расчлененный рельеф с преобладанием трансэлювиальных ландшафтов (сильно расчлененный мелкосопочник, бедленд, горы и т.п.). Реже встречаются расчлененные возвышенности, в которых плоские поверхности - элювиальные элементарные ландшафты чередуются со склонами - трансэлювиальными и элювиально-аккумулятивными. Объектами поисков являются эндогенные и осадочно-метаморфогенные месторождения, в основном выведенные действием тектонических и денудационных процессов на поверхность. Вторичные ореолы и потоки рассеяния месторождений в этих условиях одновременно могут проявляться в современных рыхлых образованиях (элювио-делювии, аллювии), поверхностных и подземных водах, газах, а также в растениях. В горных, активно денудируемых районах этого типа преимущественно и достаточно эффективно применяются литохимические методы поисков. В районах гумидной зоны при замедленной денудации их иногда целесообразно сочетать с гидрохимическими и биогеохимическими методами. Такое комплексирование методов целесообразно также на участках развития закрытых и полузакрытых ореолов, а также при поисках месторождений в нижних частях склонов и на дне долин.

II. Регионы преимуществеинного развития мощных толщ осадочных горных пород с глубокозалегающим кристаллическим фундаментом. Рельеф таких регионов, занимающих примерно 57% территории СССР, слабо расчленен, с преобладанием аккумулятивных форм. Характерны плоские и слабо волнистые равнины. Преобладают плоские поверхности и очень пологие склоны - элювиальные ландшафты. Реже наблюдаются расчлененные возвышенности. Главные объекты геохимических поисков в таких регионах - пологозалегающие осадочные месторождения в мощных (сотни-тысячи метров) толщах пород верхнего структурного яруса. Вторичные остаточные ореолы и механические потоки рассеяния эндогенных месторождений на поверхности в этих условиях, как правило, не проявляются. Геохимические поиски экзогенных (первичноосадочных) месторождений можно проводить путем гидрохимического опробования искусственно вскрываемых глубоких подземных вод (по гидрохимическим ореолам и потокам рассеяния) в сочетании с литохимическим опробованием керна скважин. Может быть целесообразным также применение поисков по речным потокам рассеяния в гидро- и биогеохимическом вариантах.

III. Складчатые закрытые регионы аккумулятивно-депудационных равнин с чехлом аллохтонных (дальнеприносных) отложений мощностью до 500 м. Такие регионы занимают около 13% территории СССР. Ландшафты таких регионов аналогичны II типу регионов. Объектами поисков являются эндогенные и осадочно-метаморфогенные месторождения в породах складчатого основания, а иногда и осадочные (в частности, россыпные) месторождения в породах чехла. Регионы рассматриваемого типа обычно приурочены к краевым частям платформ, хотя иногда они располагаются и внутри горно-складчатых районов. Развитие вторичных остаточных ореолов и механических потоков рассеяния на поверхности в таких случаях ограничено месторождениями, залегающими в верхних горизонтах осадочного чехла. В подобных районах могут быть применены метод поисков по вторичным наложенным ореолам рассеяния (при мощности осадочного чехла до 100 м, иногда и более), а также атмохимический или глубинный литохимический и гидрохимический, либо сочетание этих методов. При небольшой (около 20-30 м, иногда более) мощности аллохтонных отложений в районах аридного климата возможно применение биогеохимического метода поисков.

Во всех случаях геохимическим поискам должны предшествовать предварительные геолого-геохимические и геофизические исследования рыхлого покрова и структуры кристаллического фундамента таких регионов

<< Назад		>> Специальная часть
	Содержание Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений (утв. Министерством геологии СССР 22 июня 1982 г.)

Общая часть

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас