Геология и разведка месторождений полезных ископаемых

Геолого-минералогпческая оценка измененных гипергенными процессами выходов   сводится к анализу минерализованного тела, вскрытого выработками или выходящего на поверхность, что позволяет получить приближенное представление о его форме, составе первичных руд и характере вторичных зон.

Основная задача этой оценки в процессе поисков или поисково- разведочных работ заключается в том, чтобы еще в полевых условиях с очень малыми затратами времени и средств выявить перспективы найденного минерализованного участка в качественном и количественном отношении. Для решения этой задачи необходимо не только уметь распознавать минералы, но и использовать всю геологическую обстановку, а также ландшафтные условия, в частности климат.

Если при поисках конечной целью является обнаружение рудо- проявления, то при вскрытии выходов на понсково-разведочной стадии требуется установить промышленный тип выявленного месторождения, решить вопрос о целесообразности разведки этого месторождения и дать ему перспективную оценку.

В недалеком прошлом важнейшее значение имела визуальная оценка рудных выходов как единственный путь к их пониманию без специальных разведочных затрат. В настоящее время геофизические и геохимические методы несколько упрощают задачу, но не исключают необходимости визуальной оценки выходов. При всех условиях надо учитывать, что выходы месторождений в зоне гипер- генеза очень изменены и обычно мало сходны с обликом тела полезного ископаемого в первичной зоне, что весьма затрудняет их интерпретацию.

В главе II кратко освещены кора выветривания, ее морфолого-генегические типы, а также общие и локальные факторы, влияющие на ее характер. В частности, упомянуты зоны обеления и окисления, являющиеся разновидностью линейных или локальных кор, которые нужно рассматривать как частный случай коры выветривания.

По И. И. Гинзбургу, зона обеления создается в результате выщелачивания кислотами гидроокислов или в результате выветривания с образованием монтмориллонита, каолиновых и гидрослюдистых глин. К металлосодержащим минералам коры выветривания (зоны железной шляпы) относятся: 1) остаточные сульфиды; 2) нерастворимые сульфаты, основные сульфаты, фосфаты, арсенаты, вана- даты, гидросиликаты; 3) карбонаты и основные карбонаты меди, свинца, цинка, 4) глины, в особенности монтмориллонитовые. сорбирующие цпнк, отчасти свинец и медь, и некоторые другие элементы; простые п сложные окислы марганца, железа и свинца, а также некоторые другие минералы.

Наибольший интерес при оценке выходов представляют процессы окисления, происходящие в сульфидных месторождениях  . Поэтому здесь довольно детально освещен оценочный подход к выходам сульфидных месторождений, а выходы силикатных, карбонатных и других месторождений только упоминаются.

Зона окисления сульфидных месторождений постепенно освобождается от серы и большинства тяжелых металлов, и на месте остаются те же соединения, которые появляются в результате выветривания силикатов, т. е. Si02, Fe203, Mn02, Mn208 и А12СЦ в различных сочетаниях между собой и с водой. Каждый выход окисленной зоны может находиться в разной стадии окисления, начиная с момента, когда сульфиды слегка затронуты окислением, и кончая стадией полного исчезновения серы и тяжелых металлов.

В каком бы порядке ни окислялись сульфиды, они проходят обычно сульфатную стадию, а некоторые сульфаты металлов сравнительно легко растворяются в воде. Чем выше кислотность вод в зоне окисления, тем к большему выщелачивающему действию они способны и тем выше степень их насыщенности различными солями, в частности сульфатами. В результате многие элементы выносятся из зоны окисления, причем резко сказывается тенденция их к рассеянию.

Основным препятствием выноса металлических элементов из зоны окисления, кроме состава проникающих вод, являются жильные минералы и вмещающие породы, способные вступать во взаимодействие с растворами, например понижать их кислотнос]ь (карбонаты) или адсорбировать катионы металлов.

Кроме тенденции к рассеянию, в зоне окисления проявляется способность многих металлов, часто неразрывных в гипогенном цикле, к разделению. К таким металлам относятся свинец и цинк, медь и железо и в меньшей степени некоторые другие.

В ряде случаев зона окисления содержит крайне незначительное количество металлов по сравнению с рудами первичной зоны (например, в некоторых месторождениях цинка, никеля, кобальта, урана — радия). Изредка наблюдается обратная картина, т. е. обогащение зоны окисления, когда за счет выноса других компонентов увеличивается среднее содержание золота, серебра, олова, тантала, вольфрама, свинца. Некоторые полезные минералы, такие как ванадинит и вульфенит, концентрируются только в зоне окисления.

В оценочном отношении исключительное значение имеют вопросы технологической обработки руд зоны окисления, так как полезные минералы этой зоны обладают совершенно другими свойствами по сравнению с сульфидными рудами. Технология руд зоны окисления разработана весьма слабо, а для некоторых минералов совсем не разработана. Окисленные цинковые, никелевые, мышьяковые, сурьмяные и молибденовые руды с низким содержанием металла практически не используются. Наоборот, касситерит, благородные металлы, в частности золото, в зоне окисления часто переходят в «свободное» состояние и легко извлекаются при обогащении.

Особое значение имеет «поверхностный слой» месторождения, выделяемый американскими геологами группы Локка. Мощность этого слоя значительно колеблется, в общем же находится в пределах первых десятков сантиметров. Поверхностный слой подвергается непосредственному воздействию атмосферы, биосферы, различным механическим воздействиям и поэтому качественно резко отличается от участков, расположенных ниже. Даже малоподвижные соединения свинца, сурьмы, висмута и других металлов нередко бывают нацело удалены из поверхностного слоя. Поэтому единственно целесообразным приемом при изучении и оценке выходов является удаление поверхностного слоя. При разведке выходов жил это легко сделать путем дополнительного углубления канав ниже наносов приблизительно на 0,3—0.5 ж. При площадном изучении сплошных обнаженных оруденелых площадей этот слой снимается во многих точках.

Зона вторичного обогащения сульфидов играет огромную роль в промышленной оценке медных месторождений, особенно прожилково-вкрапленных меднопорфировых руд. Наблюдается также вторичное обогащение серебра и кадмия.

Характер зон в связи с изменениями климата, рельефа и т. д. меняется. Понжкение уровня грунтовых вод иногда приводит к окислению зоны вторичного обогащения (зона «окисного обогащения»), а поднятие — к консервации и наложению вторичных сульфидов на полуокисленные руды.

Минералогические. способы оценки выходов рудных месторождений. Первой задачей, которую необходимо решить на каждом месторождении, обнаруженном при поисках, является установление химических элементов и, если возможно, минералов, присутствующих в месторождении. Определяя элементарный состав зоны окисления, мы тем самым (зная геохимию элементов) получаем грубое представление о составе первичных руд (а также зоны вторичного обогащения, если в рудах присутствуют медь, кадмий и серебро).

Для некоторых малоподвижных элементов по процентному содержанию их в зоне окисления иногда можно судить и о первичных рудах, но для легко мигрирующих металлов (уран, цинк, медь, молибден, никель, кобальт) эта задача трудная. Особенно трудно судить о минеральном составе некоторых первичных руд, так как один и тот же металл может появиться в зоне окисления в результате разложения различных первичных минералов.

Основной задачей изучения выходов сульфидных месторождений является установление качественного (элементарного и минерального) и количественного состава зоны окисления (глубины и характера этой зоны) и восстановление по данным зоны окисления качественного и ориентировочно количественного состава первичных РУД-

Эта задача решается двумя способами: 1) путем химического опробования выходов и 2) путем изучения минерального состава и структурно-текстурного анализа рудного материала. Оба эти способа должны применяться всегда, они не исключают друг д р у г а не только в поисковой, но и в разведочной стадии изучения месторождения.

Опробование выходов, выполняемое по определенным принципам, позволяет установить процентное содержание некоторых металлов в окисленных рудах, но не дает достоверного представления о содержании тех элементов, которые полностью или частично мигрировали из зоны железной шляпы; наличие таких элементов весьма затрудняет интерпретацию первичных руд. Изучение минерального состава и структурно-текстурных особенностей окисленных руд является важнейшим и иногда универсальным методом, применяемым при оценке выходов. Важность такого изучения подчеркивается еще тем обстоятельством, что этим путем можно без всяких затрат непосредственно в полевой обстановке получить ориентировочное представление о промышленном значении месторождения и сделать из этого необходимые организационные, геологические и экономические выводы.

Изучение рудного материала выходов заключается в выявлении: 1) остаточных первичных минералов, 2) гипергенных минералов зоны окисления, 3) структуры, а иногда цвета и минералогических особенностей лимонитов, 4) пустот от вышелоченных первичных минералов, 5) псевдоморфоз по первичным минералам. Роль и значение каждого из указанных элементов, изучаемых качественно п количественно, зависят от местных условий.

Количество остаточных первичных минералов колеблется в самых широких пределах: от единичных, едва заметных на глаэ зерен среди^ сплошь окисленного материала до абсолютного преобладания, когда руды слабо затронуты окисле нием. Если руды мало окислены, то оценка их, да;йе количественная, очень несложна. Для установления количественных соотношений отдельных минералов достаточно на вскрытых поверхностях (в канавах, шурфах, расчистках) произвести суммарный площадной обмер рудных и жильных минералов.

Возможность быстрого выполнения дешевых спектральных анализов очень облегчает всю работу по оценке выходов.

Между слегка окисленными рудами и почти нацело окисленными, содержащими остаточные сульфиды, имеются всевозможные переходы, а нередко в окисленных рудах остаточные сульфиды совершенно отсутствуют.

Изучение гипергенных минералов выходов дает возможность судить о качественном элементарном составе окисленных и первичных руд, но количественная сторона вопроса расшифровывается редко и с трудом. Полноценная расшифровка количественных соотношений некоторых малоподвижных металлов может быть получена методом опробования.

Изучение гипергениьгх минералов совместно с опробованием является главнейшим орудием при оценке выходов.

Для полевой оценки выходов достаточно знать наиболее характерные, часто встречающиеся или, как их называют, типоморф- н ы е, минералы зоны окисления; детальное изучение всего списочного минерального состава выполняется в камеральный период. Заметим, кстати, что термический анализ лимонита по соотношению, например, гётита и лепидокрокита помогает установить его происхождение; например, в свинцовоцинковых месторождениях в железной шляпе преобладает гётит.

Структуры лимонитов, а также их цвет являются иногда единственным показателем для оценки по железным шляпам исходных первичных руд. Окисление некоторых выходов заходит настолько далеко, что в железной шляпе не остается ни первичных сульфидов, ни даже гцпергенных рудных минералов, кроме лимо нитов, фиксирующихся на месте бывших сульфидов. Изучение ЭГПА лимонитов может иногда помочь не только в качественной, но и в количественной интерпретации исходных руд.

Р. Блэичард и П. Босуэлл различают три вида лимонитов  : 1) местные, или индигенные, 2) транспортированные и 3) экзотические. Последние происходят из неизвестных источников. Наиболее важен, с оценочной точки зрения, местный лпмонпт, образовавшемся на месте разложившегося первичного сульфида. Железо лимонита образуется за счет самого сульфида, а если последний был представлен минералом, не содержащим железо, как, например, галенит, молибденит и отчасти сфалерит, — за счет внешних источников.  

Американские исследователи придают изучению структур местных лимонитов большое значение; по мнению большинства советских геологов, они несколько переоценивают этот путь.

В трещинах, поражающих сульфидные зерна, создается устойчивый кремнисто-лимонитовый (иногда с гипсом, нонтронитом и др.) ячеистый скелет ( 36), несколько позднее в той или иной мере выполняемый гипергенными минералами ц рыхлыми разностями лимонитов.

Тщательное изучение огромного материала позволило Блэн- чарду п Босуэллу разделить структуры лимонитов по характеру строения ячеистого каркаса на два ведущих типа: 1) ящичный (box- work) и 2) губчатый (sponge).

Лимониты с каркасной структурой могут считаться индикаюр- ными, но важное значение для оценки месторождений приобретают только те из них, универсальное распространение которых доказано. К сожалению, лимониты, признанные американскими исследователями повсеместными, на территории СССР установлены главным образом на выходах меднопорфировых руд. Значение нее лпмошпов для других типов месторождений сомнительно.

Американские исследователи называют ряд изученных ими типов индигенных лимонитов (см.  36). Они сообщают, что по халькопириту (смесь с пиритом) образуются лимониты со структурами трех типов: 1) грубоячеистой, 2) тонкоячеистой и 3) стекловатой (смоляной); по борниту — лимониты «треугольно-сферической» структуры; по тетраэдриту — «контурные лимониты»; по галениту — «кливаж- ные», «алмазно-петельчатые» и «пирамидальные»; по сфалериту — «грубоячеистые», «тонкоячеистые» и «губчатые»; по молибдениту — «листоватые» и т. д. Эти исследователи не только да ют характеристику (иллюстрируя ее фотографиями) самого рисунка (скелета) изученных ими типов лимонита, но и указывают размеры ячеек, толщину их стенок п рисуют общую картину вмещающих пород и «загрязняющего» лимонита. Толщина стенок колеблется от 0,5 до 0,005 мм, а диаметры ячеек — от 5 до 0,05 мм. В подавляющем большинстве случаев эти лимониты нужно рассматривать под лупой.

Пустоты ог выщелоченных минералов оказать некоторую помощь при изучении выходов, особенно если приходится иметь дело с поверхностным слоем руд. Многие минералы при выщелачивании или механическом удалении оставляют совершенно отчетливые пустоты. Таковы пустоты от пирита, антимонита, висмутина, молибденита, арсенопирита, касситерита, вольфрамита и некоторых других минералов.

Псевдоморфозы по первичным минералам, встречаомые в зоне окисления, часто позволяют определить трудно диагностируемые охристые рыхлые гипергенные образования. Очень хорошо проявляются псевдоморфозы окисленных минералов сурьмы по антимониту (Кадамжай), повелита по молибдениту (Лянгар), биндгеймита по буланжериту (Восточное Забайкалье), карбонагно-лимонитового материала по людвигиту (там же), тунг- стита по вольфрамиту (Саргардон). Остаточные черни наследуют форму первичных руд урана в виде корок, почек вкрапленников с колломорфным строением.

Все эти приемы оценки выходов целесообразно применять к любым типам рудных месторождений. Даже при наличии полноценных спектральных или химических анализов проб визуальное изучение выходов важно, хотя бы с точки зрения контроля, а для мигрирующих элементов оно имеет и большое оценочное значение.

Практика поисково-разведочных работ в последние два-три десятилетия показала, чю визуальная оценка выходов имеет особое значение для вкрапленных руд. Для этих месторождений часто применимы все пять перечисленных оценочных приемов, особенно для медных, молибденовых и свинцово-цинковых руд.

Поведение различных элементов в зоне гипергенеза. В подземных водах ионы не только гидратируются, но и образуют комплексные соединения. Все это влияет не только на скорость диффузии, но и на растворимость и передвижение элементов в земной коре.

Окисление сульфидной серы проходит ступенями — от двухвалентной отрицательной до шестивалентной положительной, т. е. сера постепенно отдает восемь электронов. Промежуточные соединения серы с кислородом обладают комплексообразующими свойствами по отношению к большинству тяжелых и благородных металлов. Большая роль принадлежит иону тиосульфата, который хорошо растворяет многие тяжелые и благородные металлы, включая золото.

Теоретически все минералы и элементы в той или иной природной обстановке растворимы, так как даже платина и золото присутствуют не только в морской, но и в грунтовой воде. Однако нас интересует только растворение и миграция элементов в практически заметных количествах. С этой точки зрения можно все элементы подразделить на три группы: с очень большой подвижностью (К. Na, Са. Mg и др.), со сравнительно большой подвижностью (Gu, Ni, Со Mo, U, Ra, Zn и др.), с малой подвижностью (Fe ", Ti, Al. Zr. Pt. An, Sn, W, Hg и др.).

Оценка выходов особенно важна для минералов, в состав которых входят мигрирующие элементы, так как опробование выходов очень часто не дает надежных результатов и даже может дезориентировать исследователя.

Вся группа малоподвижных элементов сравнительно легко может быть оценена качественно и даже количественно. Среди них нужно различать две подгруппы: 1) элементы стойких минералов и 2) элементы нестойких минералов.

Элементы первой подгруппы входят в следующие минералы: золото, минералы группы платины, касситерит, киноварь, хромшпинелиды, рутил, берилл, минералы вольфрамовой кислоты, флюорит, топаз, алмаз, слюды, асбест, корунд, монацит, гранат, апатит, фосфорит и др. Все эти минералы практически не изменяются (или очень мало изменяются) на выходах и многие из них образуют россыпи. Только иногда в результате физического выветривания происходит выкрашивание и в отдельных случаях уменьшение зерна некоторых минералов (слюды, асбеста и т. п.), что приводит к обеднению изучаемых выходов. Некоторые минералы, например фосфориты, в определенных условиях испытывают незначительное воздействие поверхностных вод, что в конечном итоге также вызывает некоторое обеднение выхода.

Ф. В. Чухров указывает, что вынос вольфрама, очевидно, происходит в коллоидных растворах. В дальнейшем этот вольфрам рассеивается. Кроме того, В. С. Мясниковым экспериментально доказано, что под действием бикарбоната кальция тунге гит переходит в раствор.

Эти данные лишний раз показывают, что «все растворимо», но для этого нужны только подходящие условия.

Минералы, содерящщие малоподвижные элементы второй подгруппы, переходят в зоне окисления в другие, более устойчивые в данных условиях минералы, но при этом миграции элементов не происходит. Эти вновь образованные минералы обычно требуют совершенно иной технологии извлечения.