Лекция 5. Первичные ореолы рудных месторождений

Каждая залежь полезного ископаемого на периферии промышленных содержаний ценных компонентов окружена областью их убывающих (некондиционных) содержаний, постепенно приближающихся к местному фону.

Эта зона повышенных содержаний рудных или сопутствующих элементов в околорудных (коренных) породах, образованная одновременно с рудным телом в результате тех же процессов эндогенного, экзогенного (первично-осадочного) или метаморфогенного рудообразования называется его первичным ореолом.

Граница между рудным телом и его первичным ореолом часто имеет не геологический, а только временный, экономический смысл, отделяя промышленные руды от забалансовых. При пересмотре требований к среднему содержанию металла в рудах и, следовательно, нижнего промышленного (бортового) содержания форма рудного тела в его границах с первичным ореолом соответственно изменится.

Однако, понятие о первичном геохимическом ореоле месторождения или рудного тела значительно шире существующего понятия о «забалансовых рудах», внешний контур которых определяется только более низким, чем бортовое, содержанием ценного металла, и которые в недалекой перспективе могут стать предметом промышленной отработки.

Первичный ореол включает зону рудовмещающих пород с содержаниями металлов, лишь в самой незначительной степени превышающих местные фоновые содержания, а также зоны аномальных содержаний элементов-спутников оруденения, не являющихся ценными компонентами залежи.

По периферии первичного ореола содержания рудных элементов постепенно приближаются к фоновым, что определяет сложную конфигурацию и условный характер его внешней границы.

В простейшем случае первичный ореол основного рудного элемента повторяет в расширенных границах форму рудного тела.

Контуры первичных ореолов элементов-спутников могут существенно отличаться от формы рудных тел.

В основном, методы поисков месторождений по их первичным ореолам рассматриваются на примере рудных месторождений, хотя основные положения этой методики применимы к поискам любых твердых полезных ископаемых, а в принципе и месторождений нефти и газа.

Литохимическую аномалию в рудовмещающих породах допустимо называть «первичным ореолом» только при условии доказанного или предполагаемого ее развития, вокруг или около рудного тела или месторождения.

Поскольку образование первичных ореолов обязано рудоотложению, т.е. процессам концентрации химических элементов, то не следует называть их «ореолами рассеяния», оставляя этот термин для обозначения вторичных (гипергенных) геохимических ореолов, возникающих в процессе ликвидации (рассеяния) ранее сформированных месторождений.

Первичный ореол основного рудного элемента в границах нижнего аномального содержания, в первом приближении, воспроизводит в расширенном виде контур рудного тела, с отступлениями, подчиняющимися структурно-тектоническому, магматическому или литолого-стратиграфическому контролю оруденения.

Граница между рудным телом и его первичным ореолом часто имеет не геологический, а только временный экономический смысл, отделяя промышленные руды от забалансовых. Первичный ореол включает зону рудовмещающих пород с содержаниями металлов, лишь в самой незначительной степени превышающими фоновое содержание. Контуры первичных ореолов иногда повторяют форму рудного тела, а иногда существенно отличаются от формы рудного тела. (Рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Уровни среза рудного тела и первичного ореола

Уровень А – отвечает условиям слепого залегания рудного тела, сопровождаемого слепым первичным ореолом;

Уровень Б – вскрывает надрудный первичный ореол, сопровождаемый слепым рудным телом;

Уровень В – вскрывает рудное тело и примыкающий к нему первичный ореол;

Уровень Г – отвечает условиям, когда рудное тело уже уничтожено денудацией, сохранился лишь подрудный интервал первичного ореола;

Уровень Д – отвечает стадии полной ликвидации гипергенными процессами коренного месторождения и его первичного ореола.

Аномальные содержания рудных элементов, образованные не одновременно с рудным телом, в результате других процессов, не могут именоваться его первичным ореолом.

Литохимические аномалии вслед за их обнаружением требуют оценки. Эта задача смещается в область методики разведки, если скважина, канава или шурф вскрыли богатое или мощное рудное тело, хотя и в этом случае геохимические исследования играют существенную роль.

Важнейшую геолого-поисковую задачу, в решении которой геохимическим методам принадлежит основная роль, составляет оценка непромышленных проявлений рудной минерализации, допускающих предположение об их принадлежности к числу первичных ореолов скрытых рудных тел (Рисунок 5.2).

(15 отступов)

Рисунок 5.2 – График содержания свинца в первичных ореолах рассеяния

Все пять скважин пересекли зону минерализации, но только в случаях а и в не промышленная минерализация заслуживает разведки на глубину.

Решение о принадлежности выявленной аномалии к надрудному ореолу или к другим горизонтам рудной зоны принимается на основе анализа ее устойчивых геохимических характеристик с учетом генетического типа оруденения.

Рудное тело и его первичный ореол должны рассматриваться в качестве единой, сложно построенной литохимической аномалии – зона рудной минерализации с условным внешним контуром и определенными внутренними закономерностями пространственно-упорядоченного распределения химических элементов.

Изолированное, в отрыве от рудного тела изучение геохимических характеристик первичного ореола недопустимо и может привести к неверным выводам.

Закономерности внутреннего строения рудных зон выявляются путем геохимического изучения различных по генезису, структурно-геологической и литолого-стратиграфической приуроченности хорошо разведанных месторождений главнейших промышленных типов.

Численные величины параметров, характеризующих ореольные и рудные сечения эталонных месторождений, служат критериями оценки литохимических аномалий при поисках. Успешное ведение литохимических исследований по первичным ореолам немыслимо без понимания закономерностей процессов рудообразования. В свою очередь, исследования первичных геохимических ореолов обогащают учение о рудных месторождениях дополнительными данными.

Наиболее полно исследованы первичные ореолы эндогенных месторождений. Наибольшее внимание было уделено изучению первичных ореолов гидротермальных месторождений.

Это работы Н.И. Сафронова, С.В. Григоряна, Л.Н. Овчинникова, В.З. Фурсова, Н.А.Озеровой, Н.М. Страхова.

Общепринятыми являются представления о гидротермальном рудообразовании в результате выпадения металлов из горячих газово-жидких высокоминерализованных растворов, движущихся в горных породах вдоль ослабленных зон, в направлении из глубины к поверхности.

Перенос металлов гидротермами предполагается в форме галоидных комплексов, преимущественно хлоридов типа Na [MeCl ₄] или Na [MeCl ₃], иногда фторидов, при участии гидросульфидных комплексов и СО₂. Осаждение рудных минералов из гидротерм происходит вследствие падения Т и Р, в результате взаимодействия растворов с боковыми породами а также водами, изменения рН и Еh и др. условий нарушающих фазовые равновесия в системе раствор-порода.

Многокомпонентный состав гидротерм и различия в условиях осаждения отдельных компонентов раствора определяют минералогическую и химическую зональность оруденения.

Максимально первичные ореолы распространяются вдоль предполагаемых направлений напорного течения (инфильтрации) растворов – по восстанию и простиранию рудных тел, по которым эффективные размеры ореолов могут достигать многих сотен метров.

Более ограничены околорудные первичные ореолы, возникающие в результате диффузии растворов по направлению вкрест простирания рудных зон, в отдельных случаях их эффективные размеры составляют только первые метры.

Однако, чаще околорудные ореолы месторождений формируются в результате сочетания инфильтрации и диффузии растворов, захватывая обширную зону постепенно затухающей трещиноватости боковых пород.

Вследствие этого первичные ореолы гидротермальных месторождений в сечении нередко имеют сложную форму, характеризуясь чередованием резко аномальных (инфильтрация) и повышенных околофоновых (диффузия) содержаний рудных элементов.

В отличие от одного двух, реже 3-4 металлов, обычно являющихся полезными компонентами рудных месторождений, геохимические исследования во всех случаях обнаруживают полиэлементный состав гидротермального оруденения.

В первичных ореолах и рудах гидротермальных месторождений до 30-35 и более элементов образуют аномальные концентрации, отчетливо указывая на их участие в процессе рудообразования.

Первичными ореолами месторождения являются также зоны околорудных гидротермально измененных пород. Их оконтуривание обычно ведется визуально (по окраске), реже по данным химических анализов на K, Na, Si, Al, Mg, Fe и др. петрогенные элементы, привнос или вынос которых происходит при серицитизации, окварцевании, доломитизации, гематитизации и других процессах, сопровождающих рудоотложение.

Однако, обширные зоны измененный пород возникают и вне связи с оруденением или в до рудную стадию и служат только косвенными поисковыми признаками.

Прямое поисковое значение имеют аномальные содержания рудных элементов, которые по изоконцентратам первичного ореола способны указать положение эпицентра слепой рудной залежи.

Зональность первичных ореолов. Важнейшее значение для методики геохимических поисков имеет зональность рудоотложения, т.е. закономерное изменение соотношений между двумя или несколькими компонентами оруденения по простиранию, падению и мощности рудной зоны (рисунок 5.3).

Эммонс установил ряды зональности отложения рудных элементов (по направлению падения температуры и глубины): Sn, W, As, Bi, Au₍₁₎, Cu, Zn, Pb, Ag, Au₍₂₎, Sb, Hg.

Наиболее полно вертикальная зональность первичных ореолов гидротермальных сульфидных месторождений была освещена в работах С.В. Григоряна и Л.Н. Овчинникова (1981-83 гг.), которые в результате изучения более 300 различных месторождений дают обобщенный ряд зональности отложения элементов (снизу-вверх): W₍₁₎ – Be – As₍₁₎ – Sn₍₁₎ – Au₍₁₎ – U – Mo – Co – Ni – Bi – W₍₂₎ – Au₍₂₎ – Cu₍₁₎ – Zn – Pb – Sn₍₂₎ – Ag – Cd – Au ₍₃₎ – Cu₍₂₎ – Hg, As_(2), , Sb – Ba, справа этот ряд можно дополнить – Te, J. Среди 35-40 главнейших элементов-индикаторов оруденения Л.Н.Овчинников выделяет: 8 «сквозных» элементов – Cu, Zn, Pb, Co, Ni, Sn, Mo, Ba, формирующих первичные ореолы эндогенных месторождений большинства генетических типов; 7 элементов – Sc, Ti, Cr, V, Sr, Y, Zr – характерные компоненты первичных ореолов месторождений литофильных металлов (редкометальные пегматиты, грейзеновые, апогранитовые и др.) и сидерофильных металлов; 5 элементов - Be, Na, K, Bi, W – участвуют в образовании первичных ореолов литофильных месторождений (золоторудных, редкометальных, флюоритовых).

Рисунок 5.3 – Первичные геохимические ореолы месторождения Николаевского

1 – кварцевые порфиры; 2 – габбро-диориты; 3 – туфы и туфобрекчии кварцевых порфиров; 4 – туффиты; 5 – известняки; 6 – алевролиты, песчаники; 7 – кремнистые породы; 8, 9 – первичные ореолы (8 – менее интенсивные, 9 – более интенсивные); 10 – поля максимальных концентраций; 11 – дайки порфиритов; 12 – рудные тела; 13 – скважины.

Из ореолов многих месторождений возможен вынос Fe с образованием зон осветления, а также элементов группы железа - Ti, V, Cr, Sc и др.

Анализируя представленные ряды зональности, Л.Н. Овчинников предложил для характеристики гидротермального оруденения пользоваться понятиями о «высокотемпературных» (Sn, W, Mo, Co и др.), «среднетемпературных» (Ni, Cu, Zn, Pb) и «низкотемпературных» (Ag, As, Sb, Hg, Ba и др.) элементах и ассоциациях.

Рассмотрим обобщенную модель первичных ореолов эндогенных месторождений (рисунок 5.4).

1. Вокруг крутопадающего тела полиметаллических руд основные рудные элементы (Pb, Zn, Cu, Au …) образуют первичные ореолы условно повторяющие его форму.

2. Более низкотемпературные элементы-спутники (Ag, As, Hg, …) образуют первичные ореолы, смещенные по восстанию относительно рудного тела; в надрудном пространстве обособляются ореолы легколетучих элементов (Cl, Br, J, Li, F).

Рисунок 5.4 – Обобщенная схема первичного ореола гидротермального месторождения

1 – рудное тело; 2 – ореол свинца; 3 – ореол ртути; 4 – ореол йода; 5 – ореол кобальта; 6 – современная денудационная поверхность. Римскими цифрами обозначены номера горизонтов (рисунок 5.1).

Эту картину дополняют смещенные по падению от центра р.т. ореолы элементов высокотемпературной ассоциации (W, Mo, Co, …).

Для других типов гидротермальных месторождений основными рудными элементами могут быть Sn, W, Mo, Be, непромышленными элементами-спутниками - Cu, Pb, а роль легколетучих компонентов надрудного ореола может принадлежать F и Li.

По ассоциации элементов на определенном горизонте можно судить об эрозионном срезе месторождения.

В условиях глубокого залегания слепого рудного тела (до 500 – 1000 м) на современной дневной поверхности и в ближайших к ней горизонтах рудовмещающих пород первичный ореол может образовывать только йод (J). На уровне І (надрудного) горизонта тот же йод может образовать две изолированные аномалии, располагающиеся по обе стороны от ореолов ртути и свинца (Pb). Бедные ореольные содержания Hg, Pb моту быть одинаково характерны и для (І), и для (V) горизонтов рудной зоны. Поэтому по абсолютным содержаниям элементов типоморфного комплекса невозможно различать надрудный (І) и подрудный (V) интервалы первичного ореола, эта задача решается только по соотношениям между содержаниями элементов, путем построения графиков отношений между количествами двух элементов, характеризующих их взаимное положение в зональном ряду.

Помимо закономерного тяготения более низкотемпературных и легколетучих элементов к верхним горизонтам рудной зоны, надрудные ореолы могут обогащаться легкими изотопами элементов, а соответственно – нижние горизонты – тяжелыми изотопами за счет их различной диффузионной подвижности.

Общая протяженность надрудных первичных ореолов гидротермальных месторождений над верхней кромкой промышленных руд может достигать 300 – 500 и более 1000 метров.

Для анализа первичных ореолов месторождений удобнее рассматривать величину 1/λ – имеющую «смысл» - миграционная способность элементов – или геохимическая подвижность.

Величина 1/λ ₁ – характеризует подвижность химического элемента в инфильтрационном надрудном и подрудном первичном ореоле; 1/λ ₂ – подвижность элемента в диффузионном околорудном ореоле; 1/λ ₃ – подвижность элемента в магматогенном надрудном ореоле.

С численной стороны параметр 1/λ соответствует средней величине пути (в м), пройденного атомами рудного элемента, участвовавшими в процессе рудообразования:

К – коэффициент учитывающий соотношения масштабов по осям координат

М = ∆ х (∑ С_х – n C_ф)

М – линейная продуктивность

Y – принятый по оси ординат модуль десятичных логарифмов содержания элементов,

выраженный в линейной мере масштаба оси абсцисс;

α – угол, образованный усредняющей прямой с осью абсцисс.

Можно подсчитать количество металла в М % (М – линейная продуктивность) по формуле

М = ∆ х (∑ С_х – n C_ф),

где ∆ х – шаг отбора проб в м;

С_х - содержание элемента в пробе, %;

n - число замеров; C_ф - фоновое содержание, %.