Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Параметры вторичных литохимических ореолов рассеяния
|
|
Параметрами, объективно характеризующими вторичный ореол рассеяния, связанное с ним коренное оруденение и местную геохимическую обстановку, являются:
Cmax – максимальное содержание металла в ореоле, в (%);
– коэффициент гипегенного рассеяния в (м);
М – линейное количество металла в ореоле по профилю в (м%);
Мр – линейное количество металла в рудном теле по профилю в (м%);
Ср – содержание металла в рудном теле в (%);
Р – полумощность коренного оруденения, послужившая образованию ореола в (м);
2Р – мощность рудного тела в (м);
Сф – фоновое содержание элемента в (%);
2а – ширина ореола в (м);
– произвольный коэффициент пропорциональности;
R – коэффициент остаточной продуктивности (
).
Для Казахстана в целом по рудовмещающим породам коэффициент остаточной продуктивности меньше единицы. В таблице 4.1 приведены значения коэффициентов остаточной продуктивности и произвольных коэффициентов пропорциональности для различных рудовмещающих пород разных геохимических ландшафтов.
Параметр (М) – суммарное (линейное) количество рудного вещества (металла) в ореоле, распределенное вдоль оси Х, равное его количеству (Мр) в том же сечении рудного тела до начала выветривания.
В идеальном ореоле рассеяния существует зависимость:
М =Мр= Ср х 2Р (1)
При Сф=0, величина М характеризует площадь, ограниченную графиком ореола Сх =f (х) и осью абсцисс.
Cmax – максимальное содержание металла в центральной точке остаточного ореола рассеяния
(2)
где 
Параметр – коэффициент гипергенного рассеяния, определяет тот или иной вид графика концентрации металла в ореоле. Приведен график (Рисунок 6.3) вторичных ореолов рудной жилы для различных значений коэффициента гипергенного рассеяния.
Из рисунка 6.3 видно, что с увеличением коэффициента гипергенного рассеяния при постоянной величине М форма вторичного остаточного ореола становится все более пологой, что отражает постепенное рассеяние частиц полезного ископаемого в массе продуктов выветривания вмещающих пород. Величина коэффициента гипергенного рассеяния измеряется в метрах, характеризуя среднее квадратическое удаление рудных частиц в процессе гипергенного рассеяния от первоначального положения в рудном теле.
, где 
(3)
(4)
Т – продолжительность выветривания;
F – сила выветривания;
– безмерный (численный) множитель;
– к оэффициент вязкости горных пород.
Значения F, T и – определяются местными ландшафтно-геохимическими условиями, характеризуясь конкретными величинами в пределах данного полиминерального ореола рассеяния. – отражает индивидуальные свойства рудных элементов в процессе гипергенного рассеяния (т.е. подвижность рудных частиц в зависимости от формы, размера, плотности и т.д.).
Рисунок 6.3 – График вторичных остаточных ореолов рассеяния рудной жилы для различных значений
1 – элювиоделювий; 2 – рудная жила; 3 – вмещающие породы.
В пределах одного ореола рассеяния значения () для различных металлов и минералов могут существенно различаться.
Величины F, T и , определяющие значение коэффициента рассеяния (), изменяются с глубиной, что вызывает изменение величины по вертикальному разрезу рыхлых образований.
Величина коэффициента вязкости горных пород () зоны выветривания минимальна вблизи дневной поверхности, соответственно их наиболее рыхлому состоянию, и – максимальна на уровне плотных коренных пород в начальной стадии выветривания.
Величина действующей силы (F) – убывает с глубиной, соответственно быстрому уменьшению амплитуды колебаний температуры и воздействия внешних динамических факторов под покровом вышележащей толщи.
Величина продолжительности выветривания (Т) также убывает с глубиной и на границе коренных пород Т =0. Зависимость ее (Т) от координаты Z однозначно определяется из выражения:
T= (h-z)\ h (5)
для случая динамического равновесия между выветриванием и денудацией.
Если F и Т убывают с глубиной, а коэффициент вязкости (), хотя и возрастает с глубиной, однако в выражении (4), он стоит в знаменателе, следовательно, коэффициент рассеяния () от max величины на поверхности (
) должен убывать с глубиной и на уровне коренных пород принимать значение 
. С учетом этих граничных значений, без каких-либо дополнительных предположений о характере функциональных зависимостей , F, T от Z, можно допустить, что коэффициент рассеяния является линейной функцией Z, подчиняясь зависимости:
(6)
Z – направление по падению рудного тела, по нормали к дневной поверхности (глубина в метрах).
h – мощность элювио-делювиальных образований (в метрах).
Многочисленные исследования вертикальных разрезов остаточных ореолов рассеяния эту зависимость достаточно хорошо подтверждают.
Численные значения коэффициента рассеяния по графикам детальных литохимических съемок, зрительно сходных с их теоретическим видом для тонкого рудного тела определяются «методом трех уравнений» (Рисунок 6.4).
Зная значение Cmax для ореола, можно получить значения 
на трех уровнях, выведенных расстояний: 1) между абсциссами точек с ординатами Cx =0.607х(Cmax - Сф) для теоретической кривой равной 2 ; 2) между абсциссами для ординат Сх =0.325х(Cmax-Сф) для теоретической кривой равной 3 ; 3) между абсциссами точек для ординат Сх =0.135х(Cmax-Cф) для теоретической кривой равной 4 . В результате получим:
2 =0.607х Cmax;
3 =0.325х Cmax;
4 =0.135х Cmax.
Это дает возможность по ширине ореола на уровне этих трех значений Сх получить три независимых определения величины коэффициента рассеяния. Если найденные по графику ореола три значения совпадают между собой в пределах погрешности от 
10 до 15%, то приходим к выводу об удовлетворительном совпадении наблюденных данных с теоретической формулой:
(7)
Если найденные значения , закономерно уменьшаются с увеличением интервала графика, по которым они определялись, т. е. наблюдается соотношение (по 0.607х Cmax)> (по 0.325х Cmax)> (по 0.135х Cmax), это соответствует рудному телу большой мощности, тогда определение величины следует проводить с помощью палетки Дубова.
Зависимость (I) М =Мр= Ср х 2Р, верная для тел любой мощности, позволяет уточнить понятие о «тонком» рудном теле, для которого:
(8)
Случайная подвижность частиц направлена к выравниванию концентраций и поэтому максимальное содержание Cmax металла во вторичном ореоле рассеяния не может превысить исходного содержания в рудном теле, или Ср 
Cmax, отсюда:
(9),
следовательно, «тонкими» могут считаться рудные тела с полумощностью равной
(10)
Распределение рудных частиц в остаточном литохимическом ореоле рассеяния тонкой вертикальной жилы за вычетом фона подчиняется закону нормального распределения с параметрами М и , зависящими от характеристики оруденения и местных условий. При значениях Сф =0, М =1, =1;
(11)
 |
Рисунок 6.4 – Пример определения коэффициента гипергенного рассеяния методом «трех уравнений»
Согласно уравнениям (3) и (6), максимальное содержание металла в центральной точке остаточного ореола рассеяния при постоянных параметрах коренного оруденения (Мр), зависит от величины местного коэффициента рассеяния, т.е. от миграционной способности или геохимической подвижности элементов при гипергенном ореолообразовании.
(12)
Завершается геологическая, геохимическая и физико-математическая интерпретация вторичных ореолов рассеяния оценкой выявленных объектов в цифрах прогнозных ресурсов металла, которые определяют эффективность поисковых работ. Решающее значение для этих оценок имеет анализ генетического типа и геолого-структурных условий локализации оруденения.
Рассмотрим случай, когда по геолого-структурным условиям характеристика масштаба оруденения на поверхности рудовмещающих пород отвечает его промышленной оценке. К числу таких объектов относятся рудопроявления и месторождения относительно простой формы, вскрытые современным или более древним эрозионным срезом на уровне промышленных горизонтов оруденения (не слепого) – пластового, линзообразного, жильного или штокверкого типа.
Выходы рудных тел на поверхность рудовмещающих пород, как правило, частично или полностью перекрыты продуктами выветривания, затрудняющими или исключающими их прямую оценку.
Объективным показателем оценки масштаба коренного оруденения служит площадная продуктивность его элювио-делювиального ореола рассеяния Рм2%. Зная величину местного коэффициента остаточной продуктивности R, можно еще до производства горных работ оценить количество металла в т/м в коренном оруденении:
qрудн=(1/R)q (13)
где qрудн – количество металла в коренном оруденения для слоя в 1 м, в т;
q – количество металла в ореоле рассеяния для слоя в 1 м, в т.
Исходя из этого прогнозные ресурсы могут быть подсчитаны на глубину (H) в соответствии с геологическими представлениями о вероятной форме, уровне эрозионного среза и условиях залегания рудного тела.
Qн = (1/R)qH (14)
Количество металла в остаточном ореоле Р в м2% или q т/м характеризует выход рудной зоны на видимую мощность в плоскости наблюдения.
Прогнозные ресурсы, подсчитанные по параметрам вторичных остаточных ореолов рассеяния, в зависимости от масштаба литохимических съемок и геологической изученности выявленного оруденения, подлежат отнесению к категориям – Р2 или Р1.
Литохимические потоки рассеяния
Часть земной коры, образующая сушу, во все периоды геологической истории Земли являлась ареной развития взаимосвязанных процессов выветривания и денудации, формируя гипергенное поле рассеяния месторождений полезных ископаемых. Эти процессы определяют развитие важнейших для практики поисков вторичных литохимических ореолов и потоков рассеяния месторождений. Масштабы денудационных процессов, под которыми понимаются удаление, и перенос продуктов выветривания в зону осадконакопления характеризуются многочисленными данными геологии, физической географии и гидрологии.
Рельеф земной поверхности непрерывно преобразуется. Силы, формирующие рельеф земной поверхности, по своей природе весьма разнообразны – это и внутренние процессы, происходящие в земле - перемещения блоков, тектоника, и внешние – силы расчленяющие, разрушающие и переносящие вещество и отлагающие его во впадинах – ветер, вода, солнечная энергия.
На поверхности суши ежегодно выпадает в виде атмосферных осадков больше влаги, нежели расходуется на испарение. Этот избыток, составляющий 36 тыс. км3, образует сток с суши.
Сток атмосферных осадков ведет к денудации суши вследствие растворяющей деятельности воды и перемещения ею частиц горных пород в сторону понижения рельефа.
Реки земного шара переносят огромное количество твердого вещества в виде тончайшей взвеси и влекомых по дну наносов, объединяемых под названием «твердый сток».
Образование литохимических потоков рассеяния месторождений полезных ископаемых протекает на поверхности суши за счет живой силы и растворяющей способности воды в результате закономерного размещения продуктов выветривания силами гравитации в сторону понижения рельефа и в зону осадконакопления (рисунок 6.5).
 |
Рисунок 6.5 – Блок-диаграмма гипергенного поля рассеяния
1 – элювиоделювий; 2 – аллювий; 3 – рудное тело и его первичный ореол; 4 – рудовмещающие породы; 5 – контур аномальных содержаний рудных элементов в продуктах выветривания, в речной воде и в растительности; 6 – направление стока.
Подчиненное значение имеет деятельность современных ледников. Однако в климатические эпохи прошлого в северных районах европейских стран, Канады и Аляски роль ледниковых процессов была очень велика и следы ее сохранились до наших дней.
В высокогорных районах заметную роль в формировании поля рассеяния играют осыпи, камнепады и каменные потоки.
Транспортирующая сила ветра, за очень редкими исключениями; не способна образовать отчетливых литохимических потоков рассеяния.
Преобладание литохимических форм рассеяния рудных элементов и подчиненная роль гидрохимических процессов особенно отчетливо проявляются при формировании потоков рассеяния большинства рудных месторождений. Распределение химических элементов между растворимой и твердой фазой стока характеризуют их коэффициенты водной миграции 
и талассофильности 
:
,
где 
- содержание элемента в воде, г/л;
- содержание элемента в горной породе, %;
- общая миграция воды, г/л.
,
где - коэффициент талассофильности
- кларк элемента в гидросфере;
- кларк этого же элемента в литосфере.
Кроме кислорода (О) и водорода (Н) кларки океанической воды превышают таковые литосферы только по трем элементам - Cl, S и Br.
Все остальные элементы не проявляют способности к накоплению в гидросфере и основные их количества сосредоточены в продуктах твердого стока (литосфера).
В аллювиальном потоке рассеяния (нанос, камни), так же как по периферии элювио-делювиального (смывы со склонов) ореола рудного месторождения, преобладание литохимических форм рассеяния определяется следующими факторами:
1) направленностью обменных химических реакций в водной среде в сторону образования наиболее труднорастворимых и слабодиссоциирующих соединений;
2) выпадением из раствора гидроксидов большинства тяжелых металлов уже при значениях рН< 5, 5, в то время как воды ручьев и рек горных районов имеют обычные значения рН≥ 7;
3) сорбцией (поглощение) катионов металлов минеральными и органическими коллоидами тонкодисперсных илисто-глинистых фракций аллювия.
Старейшим методом исследования механических потоков рассеяния в поисковых целях является шлиховая съемка. Однако применимость ее ограничена поисками месторождений, минералы которых по своей высокой плотности > 4 г/см3, а также химической и механической устойчивости способны к концентрации в шлихах. Это заставило, вслед за созданием методов литохимических поисков ореолов рассеяния рудных месторождений, обратиться к разработке методики поисков потоков рассеяния тех месторождений цветных и редких металлов, минералы которых не принадлежат к типично шлиховым (Cu, Ni, Co, Aq, Pb, As, £ n, Mo, U и др.). Целесообразность исследования с этой целью именно продуктов твердого стока быстро подтверждалась. Н.М.Страховым было доказано, что общее соотношение между суммой влекомых и взвешенных наносов рек и стоком растворенных веществ для горных стран составляет 7.66: 1.0. Преобладает растворимый сток только в равнинных реках (Нева, Волга, нижнее течение Лены), в районах которых поиски рудных месторождений по потокам рассеяния не проводятся. Рассмотрим перенос в реках основных компонентов осадков (рисунок 6.6)
В целом, механическая и химическая денудации максимальны в районах гумидного (влажного) климата со средней годовой Т> +100 и прямым образом зависит от степени расчленности рельефа и тектонической активности района.
При этом у горных рек в ряде случаев механический транспорт Fe, Mn, P и малых элементов (V, Cr, Ni, Co, Cu и другие) «вообще становится единственно значимой формой» переноса. Этим самым доказывается преобладание твердой фазы в потоках рассеяния рудных месторождений.
Существенная роль переноса реками в растворенном состоянии отмечалась для As и Mo в Забакайкалье, она значительна и для B, F, Sr и Li; в форме сульфат-йона, мигрирует в речных водах сера сульфидных месторождений.
Таким образом, проводя геохимические поиски рудных месторождений по их потокам рассеяния в гидросети, необходимо опробовать твердый материал горных пород, берега и дно ручьев, рек и родников.
Произведем расчет содержаний металла в литохимическом потоке рассеяния для произвольного месторождения, вторичный остаточный ореол рассеяния которого подвергается современной денудации на горном склоне какой-либо долины.
 |
Рисунок 6.6 – Перенос в реках основных компонентов осадков
1 – минералы глин;
2 – минералы алевролитов и песков;
3 – Fe, Mn, P, большая часть микроэлементов (V, Cr, Ni, Co, Cu);
4 – карбонаты Ca, Mq;
5 – хлориды и сульфаты K, Na, Ca, Mq.
Будем именовать потокам первого порядка любую реку (ручей, долину), не имеющую боковых притоков. Согласно этой классификации, две реки первого порядка сливаясь, образуют реку второго порядка; две реки второго порядка сливаясь, образуют реку третьего порядка.
Бассейны водосборов русел первого порядка чаще всего имеют грушевидную форму, и площадь их Sx для любой точки русла возрастает пропорционально квадрату расстояния х от вершины водораздела 0 (Рисунок 6.7):
Пусть на склоне этой долины расположен вторичный остаточный ореол рассеяния с площадной продуктивностью Р м2 %. Задача заключается в установлении зависимости содержаний металла С’х (то, что относится к потокам рассеяния берется со «штрихом») в русловых отложениях от координаты точки опробования:
C’x=f (x) =f (P, Sx),
где P – площадная продуктивность в м2 %;
Sx – площадь водосбора.
 |
Рисунок 6.7 – К выводу уравнений идеального потока рассеяния
1 – вторичный ореол; 2 – точки отбора проб; 3 – граница водосбора.
Формирование потока рассеяния определяется твердым стоком. В русле ручья, следует различать три интервала: первый, расположенный выше точки R0, в которой рудный материал из ореола рассеяния не поступает; второй- между точками R0 и R1 на протяжении, которого сносимый в русло с левого склона «ореольный» элювио-делювий определяет появление аномальных содержаний металла в аллювии и третий, ниже точки R1 на котором этот аллювий наполняется только материалом, сносимым с обоих безрудных склонов, в результате чего аномальные содержания металла постепенно падают.
I. Во всех точках опробования в первом интервале русла содержания металла, очевидно, остаются фоновыми:
C’x= C’ф
Аллювиальные отложения в первом приближении представляют собой природную среднюю пробу, характеризующую все разнообразие горных пород и наличие рудных тел в бассейне денудации данного водотока.
II. В третьем интервале русла содержания металла в аллювии будут превышать фоновое на величину:
, (15)
где qme – дополнительное количество металла, поступающего в русло за счет денудации ореола рассеяния;
qГП - общее количество материала горных пород, сносимых за тот же отрезок времени со всей площади водосбора Sx, отвечающий точке опробования на расстоянии Х от вершины водораздела. Обозначая средний слой денудации ∆ h, имеем:
где d – объемная масса сносимого в русло элювио-делювия.
Отсюда 
, (16)
III. Во втором интервале в русло будут поступать различные количества металла, зависящие от продуктивности Рх той части ореола рассеяния, которая участвует в формировании твердого стока точки опробования Х. Считая для простоты, что линейная продуктивность ореола на всем интервале R-Ro остается постоянной имеем:
- отсюда, 
согласно (16)
(17)
Тождество (15) и уравнения (16) и (17) характеризуют распределение содержаний металла в идеальном литохимическом потоке рассеяния. Каждое из этих уравнений отвечает определенному интервалу русла и аналитически они несовместимы.
Решая уравнение (16) относительно Р, имеем:
, (2) 
(18)
Равенство (18), характеризуя идеальный поток рассеяния, в природных условиях заменяется пропорциональной зависимостью. Обозначая правую часть выражения (18) символом Р’ и именуя ее, по аналогии с такими же параметрами ореолов и рудных тел, продуктальность потока рассеяния, можно написать:
(19)
где R’≥ 1, 0 - коэффициент пропорциональности, зависящий от местных орографических условий и индивидуальных свойств, химических элементов, в частности, от реальных соотношений между твердым и растворимым стоком.
Если относительная величина общего стока элементов породообразующих минералов превышает относительный сток рудного элемента по сравнению с их соотношениями в элювио-делювии, аллювий обогащается рудным элементом и объем его стока пропорционально возрастает.
Уровень содержаний металла в аллювии C’x, на котором достигается динамическое равновесие между его приходом и расходом, определяет величину R’ > 1, 0.
Если вследствие малой плотности, способности к переизмельчению или высокой растворимости рудных минералов, общий сток рудного элемента опережает сток петрогенных элементов, местный коэффициент пропорциональности приобретает значение R’ < 1, 0.
В любом идеальном литохимическом потоке рассеяния можно выделять:
1) интервал фоновых содержаний рудного элемента х≤ R0, в котором для всех точек продуктивность потока рассеяния Р’х тождественно равна нулю;
2) интервал аномальных содержаний металла R0< x≤ R, обязанных его поступлению со склона в русло, в котором продуктивность потока непрерывно возрастает;
3) интервал х> R, в котором аномальные содержания металла падают, приближаясь к фону, а продуктивность потока рассеяния остается постоянной (таблица 6.1).
Таблица 6.1 - Сводная таблица
| Интервал значений Х | Содержание металла в потоке рассеяния С’х | Продуктивность потока рассеяния P’х = Sx (C’x –C’ф) |
| I. 0≤ x≤ R0 | C’x –C’ф (фоновое) | P’х = 0 |
| II. R0≤ x≤ R0 | 
(аномальное – возрастает и убывает)
| P’х - возрастает |
| III. х> R | 
(аномальное – убывает, приближаясь к фону)
| P’х = R’P = const |
По графикам С’x = f(x) и признаку C’x ≥ C’A определяется только положение точки R0 – начало поступления рудного элемента из ореола рассеяния в русло. Однако – определить положение точки R, указать число рудных тел или оценить сравнительный масштаб оруденения в бассейне водосбора по графикам содержаний металла нельзя.
Согласно выражению (19), продуктивность потока рассеяния в третьем интервале русла теоретически остается постоянной (Рисунок 6.7), с общей тенденцией к убыванию в реальных потоках рассеяния. Поэтому на графике продуктивности потока рассеяния по принципу прекращения роста P’х можно определить положение точки R, а по величине P’х=соnst с учетом местного значения R’ – можно оценить площадную продуктивность вторичных ореолов рассеяния, развитых в пределах данного водосборного бассейна.
Это имеет прямое значение для оценки масштаба ожидаемого коренного оруденения, по формуле:
(20)
R’ и R ≥ 1, 0 – местные коэффициенты пропорциональности, определяемые из опыта работ.
В долинах горных рек всегда имеется валунно-глыбовый, песчано-галечный и глинисто-илистый материал, из которого при литохимических съемках отбирается проба мелкозема.
Отложение аллювиального материала, естественно, не ведет к постепенному заполнению русел горных рек. В течение длительных геологических периодов эрозионное развитие горных стран протекает в режиме динамического равновесия между поступлением материала со склона в русло и его выносом.
При формировании литохимических потоков рассеяния русло реки является не только областью перемешивания и транспорта рыхлого материала, но и временным базисом денудации, то есть областью его отложения.
При этом в местном аллювии преувеличенную роль по сравнению с идеализированной картиной играет материал ближайших склонов.
Вследствие этого в интервале (R0 - R) приноса в русло рудного материала со склонов вычисленная по (4) P’х=Sx(C’x–C’ф) продуктивность превышает истинное значение продуктивности потока рассеяния, а ниже по течению, взамен приобретения постоянных значении, P’х быстро падает.
Поэтому значение продуктивности, вычисленное по формуле (18) – называют кажущейся продуктивностью потока рассеяния:
Р’ист = λ ’Р’max (21)
(22)
где Р’max – максимальное значение кажущейся продуктивности;
– поправочный множитель для оценки истинной продуктивности литохимического потока рассеяния.
Поправочный множитель λ ’ зависит от местного значения а’ и соотношения между размерами площадей водосборов в точках начала 
и конца 
поступления металла со склона в русло:
(23)
Для определения этого поправочного множителя λ ’, зависящего от местного значения а’ и соотношения между размерами площадей водосборов в точках начала и конца поступления металла со склона в русло построена номограмма (Рисунок 6.8) на основе формулы (23):
Рассмотрение этой номограммы показывает, что при 
или а’ =1 имеем λ ’ =1 и соблюдается условие:
Если на всем протяжении русла а’ =1, 0 и потока рассеяния подчиняются условию 
, оценка суммарной продуктивности всех аномалий определяется нижней по течению (максимальной) величиной ее устойчивых значений. При этом продуктивность каждой отдельной аномалии определяется как разность между двумя смежными, устойчивыми значениями: (Pi)ист=(P)набл-(P’i-1)набл.
 |
Рисунок 6.8 – Номограмма для оценки λ ’ по значениям а’ и 
|
|