1.1. Общие сведения о месторождениях

Геология месторождений полезных ископаемых является важнейшим разделом геологии, изучающим закономерности образования и распространения в земной коре минеральных скоплений, применяемых в промышленности.

Объектом нашего изучения является месторождение  полезного ископаемого.

Полезное ископаемое — природное минеральное вещество, которое в качественном и количественном отношениях пригодно для использования в народном хозяйстве.

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

Геологическое тело — это различные по форме, размерам и условиям залегания образования земной коры (пласты, жилы, линзы, штоки и т. д.), сложенные полезным минеральным веществом или содержащие его в рассеянном виде. В ряде месторождений наблюдается несколько геологических тел.

Рудопроявление — природное скопление в горных породах полезных минералов небольших и невыясненных размеров. Иногда в результате разведки и изучения рудопроявление может быть переведено в месторождение.

Полезные ископаемые могут использоваться либо в естественном состоянии (высококачественный уголь, кварцевый песок), либо после предварительной обработки путем сортировки, дробления, обогащения (большинство руд).

Полезные ископаемые находят самое разнообразное применение в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время почти любая горная порода определенного качества и в определенных экономических условиях может быть использована для тех или иных целей, а поэтому «бесполезных ископаемых» почти не существует.

Полезные ископаемые бывают твердыми, жидкими, газообразными. Среди твердых полезных ископаемых по характеру использования различают три рода полезных ископаемых: рудные, неметаллические и горючие.

металлические (рудные) - это полезные минеральные массы, из которых извлекаются металлы (из бурых железняков извлекается Fe из бокситов –Al, галенит-сфалеритовых руд - Pb, Zn) ,

2) неметаллические (нерудные) - это минералы, горные породы, которые используются целиком (соли, графит, слюда, барит, алмазы, гранит, мрамор, глина, песок  и т.п.)

3) горючие – используются для получения энергии (угли, горючие сланцы, торф)

Руда — это агрегат минералов, из которого валовым способом технологически возможно и экономически целесообразно извлекать металл или металлическое соединение.

Историко-геологически термины «руда» и «неруда» приобретают новые толкования. То, что было «нерудой» 40 лет назад – сейчас «руда». В СССР «бажениты» Западной Сибири рассматривались как «руда» - коллектор нефти, сейчас, в современной России – это также возможная руда на уран, и в будущем - это одна из энергетических составляющих урановой промышленности Западной Сибири и России XXI и последующих веков.

В зависимости от соотношения рудных и нерудных минералов выделяются:

1. массивные (сплошные), содержащие более 80 % рудных минералов.;

2.вкрапленные руды. Среди вкрапленных руд по процентному содержанию рудных минералов различают:

а) густовкрапленные (50 – 80 %);

б) средневкрапленные (30 – 50 %);

в) бедные вкрапленные (менее 30 %).

Различают простые и сложные (комплексные) по составу руды. Кроме главных компонентов в рудах могут присутствовать в небольшом количестве элементы-примеси, извлекаемые попутно с основными компонентами.

При определении руды говорят об экономической целесообразности  извлечения из нее металла; при определении неметаллического полезного ископаемого, так же как и горючего ископаемого, отмечается его пригодность для народного хозяйства при условии определенной качественной и количественной оценки.

Среднее содержание в земной коре цветных и редких металлов  входящих в состав рудных месторождений, составляет сотые, тысячные и даже миллионные доли процента:

Медь.......................... 0,01          Свинец....................... 0,0016

Цинк......................... 0,02          Олово    ...................... 0.00008

Кобальт     ................ 0,004       Золото......................... 0,0000001

Промышленные кондиции – требования, которым должно удовлетворять минеральное сырье, прежде чем его скопления будут названы месторождением. К промышленным кондициям относят кондиционные запасы, кондиционные содержания полезных и вредных компонентов, кондиционную мощность и др.

Запасы – количество минерального сырья в недрах

Кондиционные запасы минерального сырья – его количество, достаточное для рентабельного производства. Для рудных полезных ископаемых запасы исчисляются в весовых категориях (тоннах, килограммах.), а для неметаллических – обычно в объемных единицах (например, м3).

Кондиционное содержание полезных компонентов – это их минимальное содержание, при котором возможна эксплуатация месторождения. Существуют кондиции на вредные примеси в рудах (например, допустимое максимальное содержание серы в железных рудах), мощность пластов (например, минимальная мощность угольных пластов) и другие. В зависимости от ценности сырья кондиционные требования со стороны промышленности изменяются в широких пределах: от десятков процентов (Fe, Mn, Cr) до сотых процента (U, Th). Промышленные кондиции с течением времени меняются, в основном понижаются по мере совершенствования технологий добычи и переработки. Так, например, содержание меди в медной руде в начале XIX века было 10 %, в начале XX – 33,8 %, в настоящее время – около 1 %.Они различны для разных полезных ископаемых.

История горнорудного производства

В истории горнорудного производства, как и в истории цивилизации, можно условно выделить четыре основных периода: древнейший (до X в.до н.э. ), древний (до I в.н.э.); средневековый ( до XVIII в.), новый в котором мы и сейчас живем.

Древнейший период

В каменный век использовался кремень, кварцит, обсидиан для ножей и скребков, оружия. Жилища строят из камня и дерева. Используют минеральные пигменты для наскальной живописи, золотые самородки из россыпей для украшений.

Бронзовый век – начался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. Медь легко ковалась и из нее изготовлялись – чаши, украшения и ритуальные изделия. Новым этапом в эволюции общества явилось открытия сплавов меди с оловом, свинцом, сурьмой и серебром, которые в отличие от чистой меди были прочными с сохранением ковкости. Использовались драгоценные цветные камни (изумруды, горный хрусталь и др.), которые находили в песках и галечниках. В качестве топлива уже применялась нефть.

Древний период

Началась эпоха, когда царским металлом стало железо. Целые народы специализировались на горнорудном ремесле. Кельты добывали оксидные руды, главным образом гематит и лимонит. Создаются мощные центры мировой цивилизации. Развивается античная культура. Яркие краски на фресках античного возраста, имели минеральную основу. Наиболее занимательная бала пурпурная краска, главный компонент которой – сульфид ртути.

Средневековый период

В раннем средневековье крупным шагом материального производства стало получение литейного чугуна, литейной бронзы, а при переплавлении чугуна в присутствии воздуха стали производить сталь.

В эпоху Возрождения создаются города, возникают известные архитектурные стили – ренессанс и борокко. Развивается кузница Европы в Рудных горах (Саксонских Альпах), снабжавшая серебром, оловом, железом, медью, красками все страны этого региона. Крупнейший геолого-ученый этой эпохи – Агрикола (Георгий Бауэра). Его работа «О горном деле и металлургии» в 12 книгах служила в течение нескольких столетий после его смерти основным энциклопедическим справочником по горному делу. В богатой Российской империи добывались строительные материалы (главным образом известняки Подмосковья), соли Урала и бассейна Камы, сера (низовья Волги), разрабатывались болотные железные руды. В России, начиная с Ивана Грозного, развивается система контролируемого государством горнорудного производства. Зарождение современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых в России связаны с активной деятельностью Петра Первого и Михаила Ломоносова.

В позднем средневековье появляются ранние теоретические концепции о происхождении месторождений полезных ископаемых и созданием горнорудной промышленности.

Новый период

Характеризуется созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела. Усовершенствованы технологии отливки чугуна и стали, получены новые сплавы металлов. Создаются новые отрасли - электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Получают новые строительные материалы, разрабатывают новые химические, индустриальные и строительные типы нерудного сырья (удобрения, формовочные пески и глины, цементное сырье и др.). Активно разрабатываются угольные, нефтяные и газовые месторождения

Площади распространения полезных ископаемых. В зависимости от масштабов проявления выделяют провинции полезных ископаемых, области (пояса, бассейны), районы (узлы), рудные поля, месторождения, рудные тела.

К провинциям относятся крупные структурные элементы земной коры (синеклизы, антиклизы, пассивные и активные окраины континентов, рифтовые системы, складчатые пояса, дно океана и т.п.)

Область полезных ископаемых - составной элемент провинции, имеет изометрические очертания, характеризуется набором определенных по происхождению и составу месторождений.

Рудные пояса – вытянутые линейные области, приуроченные к прогибам, глубинным разломам, зонам субдукции, рифтовым системам. Их размер - от сотен до тысяч км.

Бассейны – площади непрерывного распространения пластовой минерализации. Их площади – сотни квадратных километров.

Рудный район – местное скопление месторождений в пределах провинций, областей, поясов, бассейнов.

Рудное поле – небольшой участок земной коры (единицы, десятки квадратных километров), в пределах которого располагаются сближенные, одновременно образующиеся и генетически родственные месторождения. Рудное поле может состоять и из одного крупного месторождения с серией разобщенных залежей.

Месторождение – одно или несколько тел полезных ископаемых, объединенных общностью происхождения и приуроченных к локальной геологической структуре. Его размеры варьируют от единицы  до десятки квадратных километров.

Рудное тело – скопление в недрах или на поверхности минерального сырья, которое ограничено контуром экономически целесообразной выемки.

Морфология тел полезных ископаемых

Для месторождений полезных ископаемых характерны три морфологических типа залежей: изометрические, плоские и вытянутые по одному направлению.

Изометрические тела полезных ископаемых – скопления минерального вещества примерно равновеликие во всех направлениях.

Шток- крупная более или менее изометричная залежь почти сплошного полезного ископаемого (рис. 1). Пример – штоки каменной соли

Рис. 1 Шток

Штокверк - некоторый объем горных пород, с рудной минерализацией в виде вкрапленности, многочисленными мелкими разноориентированными прожилками (рис. 2). Их форма может быть изометричная, трубообразная, повторяющая кровлю интрузии, или представляющая собой линейные жилообразные системы.

Рис. 2 Штокверк

Гнезда - небольшие изометричные скопления рудного вещества (рис. 3).

Рис. 3 Гнезда руды

Плоские тела полезных ископаемых – характеризуются двумя протяженными и одним коротким направлением.

Пласты - плоские, пластинообразные тела полезных ископаемых, образующиеся в водных бассейнах синхронно с вмещающими осадочными породами (рис.4).

Рис. 4 Строение пласта полезного ископаемого

1-пачки и слои полезного ископаемого; 2-прослои попрод.

Жилы – трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом. Жилы бывают простыми (единичные минерализованные трещины) и сложные (минерализованные пучки переплетающихся трещин) (рис 5),  четковидными, камерными, седловидными, оперяющими, лестничными.

Рис. 5 Сложная жила

Интенсивно обогащенные участки называют рудными столбами. Рудные столбы обычно имеют неправильную форму, вытянуты в одном направлении, имеют крутое падение, залегают среди обедненных рудными компонентами пород.

Для жил характерны следующие элементы (рис.6): зальбанды – контакты жилы с вмещающими породами со стороны висячего и лежачего боков, апофизы – ответвления, ореолы измененных околожильных пород.

Рис. 6 Простая жила.

Линзы - плоские тела дискообразной или лентообразной формы (рис. 7). Типичны для вулканогенно-осадочных месторождений, формирующихся в субмаринных условиях, а также могут быть образованы метасоматическим или магматическим способом.

Рис. 7 Линзовидная залежь плавикового шпата в известняках

Вытянутые по одной оси тела полезных ископаемых

Трубы, трубки, трубообразные и столбообразные залежи – рудные тела, удлиненные по одной оси. Они типичны для алмазоносных тел, а также руд золота, серебра в вулканических жерлах

Под вещественным составом минерального сырья принято понимать минеральный и химический состав руд. Изучение вещественного состава имеет большое научное и практическое значение. Точные данные по составу руд и особенно парагенезису минералов способствуют выяснению условий формирования месторождения.

По химическому составу ценные минералы представлены:

1. оксидами железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;
2. силикатами (слюды, асбест и др.);
3. сернистыми соединениями: сульфидами, арсенидами, железа, меди, цинка, свинца, никеля, серебра;
4. карбонатами железа, марганца, магния, свинца, цирка, меди;
5. сульфатами бария и стронция;
6. фосфатами - апатит;
7. галоидами (соли, флюорит);
8. самородными элементами (золото, платина, медь).
9. нитраты – селитры (чилийская и шведская)
10. вольфрамиты – шеелит
11. бораты – людвигит, ашарит

Текстуры и структуры

Минеральное вещество, составляющее полезное ископаемое, обладает соответствующей структурой и текстурой – т.е. рисунком, строением.

Изучение строения руд имеет большое научное и прикладное значение. Так, выясняя возрастные соотношения минеральных агрегатов или минеральных зерен, можно получить ценные данные для определения условий образования руд и, следовательно, генезиса месторождения. Изучение формы рудных зерен, их размеров и строения, а также расположения минеральных агрегатов позволяет выбрать наиболее рациональный метод механического обогащения руды.

Текстура руды определяется формой, размерами и расположением агрегатов минералов. Морфологической единицей текстурного рисунка является агрегат минералов (рис. 8).

Рис. 8 Некоторые типы текстур руд

а) пятнистая; б) полосчатая в) крустификационная; г) прожилковая; д) кокардовая; е) оолитовая; ж) почковидная; з) брекчиевая; и) брекчиевидная; к) коркасно-ящичная

Структура руды определяется формой, размерами и расположением зерен минералов, точнее, кристаллических индивидов. Морфологической единицей структурного рисунка является кристаллическое зерно (рис. 9).

Рис. 9 Некоторые типы структур руд

а) равномернозернистая; б) неравномернозернистая; в) пластинчатая; г) волокнистая; д) зональная; е) кристаллографически-ориентированная; ж) тесного срастания; з) замещения; и) дробления; к) колломорфная

Различают мега-, макро- , микро- текстуры.

Этапы и стадии формирования руд. Процессы минералонакопления при формировании месторождений протекают в течение длительного времени. Они разделяются на этапы и стадии.

Этап – длительный временной интервал, когда происходит накопление руд одного генезиса, например, магматический этап, пегматитовый, гидротермальный. Обычно месторождения полезных ископаемых формируются в один этап, реже в два и более.

Стадии – части этапов, в рамках которых происходило накопление минералов определенного состава. По количеству стадий рудообразования выделяются месторождения простые – одностадийные и сложные – многостадийные. Критериями для выделения стадий рудообразования служат:

пересечение ранних минеральных отложений жилками и прожилками минерального вещества последующих стадий;

брекчирование минеральных агрегатов ранней стадии с цементацией их обломков минеральной массой новой стадии.

Парагенетическими минеральными ассоциациями называют совместное нахождение минералов, обусловленное общностью происхождения и выраженное определенным порядком накопления.

Генерации минералов – это неоднократные выделения одного и того же минерала, разделенные перерывами.