Гидрохимический, атмохимический и биогеохимические методы поисков
Гидрохимический метод
Гидрохимические методы поисков месторождений основаны на исследовании химического состава природных поверхностных и подземных вод. Принципиальную основу этого метода составляют способность воды к растворению пород, ее участие в химических превращениях минералов и свойства воды как подвижной среды. Связь между химическим составом воды и наличием вблизи водоисточника залежей полезных ископаемых не вызывает сомнений и является одной из причин возникновения гидрохимических аномалий, имеющих поисковое значение.
Условия применения
Основные положения. Наиболее эффективным является применение гидрогеохимического метода для поисков месторождений полезных ископаемых, находящихся в следующих условиях:
1) на участках, перекрытых мощным чехлом приносных отложений, когда неэффективен даже биогеохимический метод поисков;
2) в резкорасчлененных высокогорных районах, где из-за специфических условий дренажа подземных вод метод становится не только более глубинным, но и возможна более точная интерпретация гидрогеохимических аномалий;
3) в платформенных условиях при вероятном залегании те полезных ископаемых ниже местных базисов эрозии.
В зависимости от поставленной задачи гидрохимические и следования можно разделить на: 1) — региональные (1:200000-1:100000); 2) — собственно поисковые (1:50000—1:25000) 3) —детальные (I: 10000 и крупнее).
Региональные исследования. Они обычно способствуют выяснению общей геохимической и гидрогеохимической характеристики региона и выделению наиболее перспективных территорий, поэтому рассматриваемый этап имеет особое значение в гидрогеохимических исследованиях. В пробах, отобранных на это этапе, должно определяться содержание максимального числ индикаторов полезных ископаемых, вероятных для изучаемого региона.
Собственно поисковые исследования. Эти работы проводятся: на перспективных площадях для выявления гидрогеохимических ореолов и выделения участков для постановки детальных работ.
Детальные исследования. Они ведутся для оконтуривания месторождений, а в определенных случаях — отдельных тел полезных ископаемых, на перспективных участках, выявленных предыдущими исследованиями.
Наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются месторождения минеральных солей — различных природных хлоридов и сульфатов. Суммарное содержание этих соединений в природных рассолах может превышать 350 г/л, и они способны устойчиво сохраняться в растворах, определяя солевой состав океанической воды (сумма солей 35,6 г/л). Учитывая, что общая минерализация природных пресных, в том числе речных, вод обычно составляет 1,0—0,5 г/л, можно оценить тот диапазон, в котором могут лежать аномальные содержания солей в поверхностных и подземных водах суши.
Из рудных месторождений наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются сульфидные, главным образом колчеданно-полиметаллические, и, особенно, богатые дисульфидами медноколчеданные месторождения. Природные воды обогащаются рудными элементами в основном при гипергенном окислении сульфидных руд, в ходе которого труднорастворимые, но неустойчивые сульфиды до превращения в устойчивые и труднорастворимые вторичные минералы проходят стадию легкорастворимых сульфатов.
Несмотря на процессы самоочищения природных вод от содержаний рудных элементов, их повышенные, аномальные концентрации сохраняются в речных и подземных водах на расстояниях до 500—1000 м, иногда до нескольких километров от месторождений. Определяется это разнообразием форм нахождения рудных элементов в сложных многокомпонентных системах, которые представляют собой природные воды. Миграция рудных элементов в водах протекает в виде простых ионов, комплексных неорганических соединений с различными лигандами, в частности в анионной форме, а также в виде различных металлорганических соединений повышенной растворимости. Практика гидрохимических исследований подтверждает реальность обнаружения при поисках водных ореолов и потоков рассеяния рудных месторождений. Пример гидрохимического профиля представлен на рис. 1 приложения.
Результаты гидрохимического метода зависят от сезонных колебаний уровня грунтовых вод, выпадения атмосферных осадков и режима гидростока рек, за короткий отрезок времени изменяющегося в сотни раз. Это определяет неустойчивость количественных параметров гидрохимического фона — переменные значения Сф большую или неизвестную величину стандартного множителя , плохую воспроизводимость и малую контрастность гидрохимических аномалий.
Очень эффективная область применения гидрохимического метода — поиски месторождений зон пластового окисления. Рудные тела этих месторождений, получившие название “роллов”, формируются из природных вод на восстановительном барьере. Богатые кислородом атмосферные осадки, фильтруясь через породы гранитного массива, способны обогащаться шестивалентным ураном, хотя содержание в них этого элемента лишь немного выше фонового. Поступая в водоносный горизонт осадочных отложений предгорной равнины, эти воды расходуют свой кислород на окисление органического вещества, закисного железа и пирита — обычных компонентов песчаных фаций, отлагавшихся в восстановительных условиях морского дна. На границе между окисленной частью пласта и его исходным состоянием возникает резкая смена геохимических условий и на восстановительном барьере происходит осаждение четырехвалентного урана, вплоть до формирования промышленных руд. Содержание в пластовых водах, после прохождения ими восстановительного барьера, падает на целый порядок — до n · 10-6 г/л.
В задачу гидрохимических поисков входит локализация интервала подземных вод, в котором происходит смена окислительных условий на восстановительные, сопровождаемая снижением содержания урана в водах. Эта задача успешно решается путем бурения поисковых скважин по принципу дихотомии с их гидрохимическим опробованием. Аналогичным образом могут формироваться гидрогенные месторождения молибдена и селена — элементов с переменной валентностью, способных к отложению на восстановительном барьере. В этих случаях гидрохимический метод незаменим при решении поисковой задачи.
Изображение результатов анализа и оценка аномалий
По материалам региональных гидрохимических исследований. составляются карты общего химического и микрокомпонентного состава вод. На карте общего химического состава выделяются генетические типы вод и приводится их химический состав. Эта карта составляется на гидрогеологической основе с учетом ландшафтно-геохимических условий. На карте микрокомпонентного состава выделяются участки, различающиеся по комплексу микрокомпонентов, а в их пределах — площади с аномальными содержаниями одного или нескольких элементов-индикаторов. Итогом изучения распределения элементов-индикаторов в водах, опробованных при региональных исследованиях, является выделение участков, перспективных для поисков различных полезных ископаемых.
Данные, полученные при средне- и крупномасштабных гидрохимических исследованиях, служат основой для выделения гидрохимических аномалий и установления их пространственной связи с местоположением рудных тел.
Расчет всех фоновых и аномальных содержаний осуществляется дифференцированно по отношению к опробуемым типам вод, водоносным комплексам и геохимическим ландшафтам. При значительном изменении минерализации вод иногда возникают затруднения в разбраковке аномалий. В этих случаях целесообразно использовать следующие отношения содержаний отдельных компонентов между собой и общей минерализацией воды:
SO4/М; SO4/Сl; В/Сl; SO4/НСО3; Zn/М; В/М
где М — общая минерализация воды в точке отбора.
В случае их существенного отличия от аналогичных отношений, вычисленных для заведомо безрудных участков, они могут являться одним из косвенных поисковых признаков.
В итоге по результатам гидрохимических исследований должна быть составлена карта перспективных участков, при большом числе которых необходимо выделять первоочередные участки.
Атмохимический метод
Атмохимические (газовые) поиски месторождений полезных ископаемых основаны на исследовании состава подземной атмосферы — химического состава газов, насыщающих горные породы вблизи дневной поверхности. Если газовый пробоотбор ведется с малой глубины (1—3 м), принято говорить об исследовании подпочвенного воздуха. Современные газовые съемки выполняются с глубиной пробоотбора 20-600 м. Реже исследуется газовый состав приземной атмосферы, хотя именно в этом варианте существенно возрастает оперативность атмохимической съёмки. Аэрозольные съёмки правильнее относить к числу литохимических методов поисков.
Атмосферу в основном слагают три газа — азот (около 78%), кислород (около 21%) и аргон (около 1%), в сумме составляющие 99,94 % ее массы. В переменных количествах в атмосфере присутствуют пары воды; содержание CO2 — около 0,03%, содержание остальных газов 10-4 – 10-6 % и менее. Низкий геохимический фон и высокая подвижность химических элементов в газовой фазе создают благоприятные условия для формирования атмохимических ореолов рассеяния любых месторождений полезных ископаемых.
Условия применения
Основной объем работ при поисках месторождений полезных ископаемых приходится на долю поисков нефтегазовых залежей. Геолого-геохимические обоснования атмохимического метода поисков этих месторождений наиболее очевидны. Природная нефтяная залежь представляет собой смесь жидких и газообразных углеводородов (УВ), метанового, нафтенового и ароматического рядов с примесью сернистых, азотистых, кислородных соединений и зольных остатков. Содержание углеводородов в нефтяных газах достигает 80‑95 %, а геохимический фон не превышает 2‑4·10-4 %. Такая огромная разность концентраций определяет процесс рассеяния УВ в окружающих породах. Любые горные породы обладают газопроницаемостью благодаря наличию в них пор и трещин. Под действием литостатического давления движения газов в порах и трещинах происходит в сторону дневной поверхности в форме эффузии. Пример газовых аномалий нефтегазового месторождения представлен на рис. 2 приложения
Газортутные съёмки — косвенный метод поисков месторождений, только для собственно ртутных месторождений они являются прямыми. В сульфидных минералах и месторождениях халькофильной группы элементов обнаруживаются существенно повышенные концентрации ртути. Содержание ртути в церуссите может достигать 0,1 %, что в десятки тысяч раз превышает кларк литосферы. Способность к накоплению ртути отмечается и для месторождений других полезных ископаемых, в т. ч. нефти и газа.
Все это, наряду с очень низким (1,33·10-9 мг/л) и устойчивым (=1,02) геохимическим фоном обеспечивает газортутным съёмкам универсальность при поисках на закрытых территориях(рис. 3 приложения).
Среди газов рудных месторождений выделяются три основные группы: 1) газы, сингенетичные процессу рудообразования; 2) газовые компоненты зон тектонических нарушений; 3) газы гипергенных процессов.
Газы всех трех групп в сумме определяют формирование многокомпонентных атмохимических ореолов рассеяния рудных месторождений; полевые наблюдения подтверждают реальность их выявления
При поисках рудных тел атмохимические методы следует использовать на участках, перекрытых толщей молодых отложений. Их постановка возможна только после проведения опытно-методических исследований, доказавших эффективность атмохимического метода поисков, ожидаемого в конкретных геологических и ландшафтно-геохимических условиях определенного промышленно-генетического типа месторождений. Применение атмохимических методов поисков рудных месторождений наиболее целесообразно на стадии “Поиски месторождений полезных ископаемых” при масштабе исследований 1: 50000—1: 25000. Эти исследования могут проводиться как самостоятельно, так и в комплексе с другими геологоразведочными работами.