Курс лекций Полезные ископаемые Геология полезных ископаемых- геологическая

Курс лекций Полезные ископаемые Геология полезных ископаемых- геологическая наука, исследующая условия образования и закономерности распределения в пространстве и времени твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Профессор В. И. Старостин

• Выделяют 4 объекта исследования: • металлические (руды металлов), • неметаллические (горно химическое, агрохимическое, индустриальное и пьезооптическое, камнесамоцветное сырьё, стекольно керамическое и техническое сырьё, природные строительные материалы и сырьё для их производства), • горючие (нефть и газ, уголь, горючие сланцы, торф) и гидроминеральные (воды, рассолы, ) полезные ископаемые.

• Исторический очерк • !6 -!8 вв. -нептунисты – плутонисты. • Георгий Агрикола, А. Г. Вернер --нептунисты • Рене Декарт, Дж. Геттон, Ж. Фурно, Т. Бельт - плутонисты • Гидротермальная теория – Де Лоне, Эли де Бомон. В. Лингрен создал в 1906 классификацию рудных месторождений.

• В России • Петр I созданы в 1700 Приказ рудокопных дел, в 1717 Бергколлегия и в 1724 Российская Академия наук. • М. В. Ломоносов -первые основания металлургии и рудных дел, 1743; О слоях земных, 1763; Слово о рождении металлов от трясения земли, 1757 и др. • В 1773 было открыто Санкт-Петербургское горное училище. С 1825 стал издаваться «Горный журнал» . Петербургский и Московский ун-ты. Геологический комитет. А. П. Карпинский, А. П. Павлов, Л. И. Лутугин, А. П. Богданович, В. А. Обручев и др.

• Научные школы: немецкая, детальное изучение вещества (Х. Шнейдерхён, П. Рамдор и др. ); американская – структурное, физико- химическое и термо-динамическое направление (В. Лингрен, У. Х. Эммонс и др. ); японская – субмаринное вулканогенное рудообразование (Т. Като, Т. Ватанабе, Т. Тацуми и др. ); французская - региональный анализ в образовании месторождений полезных ископаемых (Л. де Лоне, Л. Эли де Бомон, П. Рутье, П. Лаффит и др. ) и российская -- геолого-исторический подход к изучению месторождений полезных ископаемых.

Основные понятия • Минеральное сырье (полезное ископаемое) природное или техногенное минеральное образование, которое в сыром или переработанном виде может быть использовано в практической деятельности человека. • Полезный компонент - горная порода, минерал, химическое соединение или элемент, которые являются предметом добычи и промышленного использования.

• Руда - природное или техногенное образование, содержащее полезный компонент в концентрациях, количестве, минералах и имеющее такое строение, которые определяют его рентабельную добычу из недр. Это понятие включает природные, исторические и технолого-экономические аспекты. • Месторождение полезных ископаемых - природное или техногенное скопление минерального сырья, которое по своим качественным, количественным, горнотехническим, географо-экономическим и геоэкологическим параметрам соответствует условиям его рентабельной разработки. Качественные параметры включают: содержания главных, второстепенных (при комплексных рудах) и вредных компонентов; состав рудных и жильных минералов; текстуры и структуры руд; технологические характеристики руд.

• Рудопроявление , руда, рудный минерал, сопутствующий нерудный (жильный) минерал. • Текстура руды определяется формой, размерами и особенностями срастания минеральных агрегатов. • Структура руды определяется формой, размерами и особенностями срастания минеральных индивидов рудных и жильных минералов. • Этапы и стадии. Парагенетические минеральные ассоциации.

, Объем горной породы содержащей рассеянный металл в количестве, равном запасам месторождений Металл Кларк Количество металла, тыс. тонн Объем горной Мировые породы (в км 3 запасы металла, содержащей тыс. тонн соответствующ ее количество металла) Ванадий 0, 02 50 0, 1 500 Олово 0, 008 200 26, 5 5300 Никель 0, 02 500 40 20000 Молибден 0, 001 25 200 5000 Уран 0, 0004 10 2000 Цинк 0, 02 500 200 100000 Медь 0, 01 250 800 200000 Свинец 0, 0016 40 1500 60000

Соотношение рудных месторождений различной крупности Месторождения Относитель ное соотношен ие Крупные 1 Соотношение Запасы, % 0, 25 46 Средние 7 1, 75 32 Мелкие 49 12, 25 22 Рудопроявления 343 85, 75

• Категории рудоносных площадей: провинция, область (пояс, бассейн), район (узел), поле, месторождение, рудное тело. • Классификации месторождений полезных ископаемых • Подразделения месторождений по критериям: форме рудных тел и рудоносных зон; степени сложности их (ГКЗ) РФ; промышленным или геолого-промышленным типам; типам рудных формаций; генетическим типам. Понятие геолого-промышленного типа близко промышленному, но при его выделении большее значение уделяется геологическим условиям рудолокализации. •

• Геолого-генетическая классификация м-ний полезных ископаемых • Все м-ния полезных ископаемых разделяются на три серии: эндогенную, экзогенную и метаморфогенную. • Каждая серия разделяется на группы, а последние на классы. Выделены серии, классы и группы м-ний полезных ископаемых. Эндогенная серия – м-ния магматические, карбонатитовые, пегматитовые, скарновые, альбититовые, грейзеновые и гидротермальные. Экзогенная серия – м-ния выветривания, осадочные, экзогенные эпигенетические. Метаморфогенная—м-ния метаморфизованные и метаморфические.

Эндогенная серия МАГМАТИЧЕСКИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ включают металлические и неметаллические полезные ископаемые, образовавшиеся в процессе дифференциации металлоносной магмы основного, ультраосновного и щелочного состава. Выделяют три класса: ликвационный, раннемагматический и позднемагматический.

Ликвационные месторождения Ассоциируют с расслоенными интрузиями : • 1) медно никелевые сульфидные, • 2) хромитовые, титаномагнетитовые и платиноидные и • 3) редких, редкоземельных и рассеянных элементов. Медно-никелевые сульфидные месторождения Встречаются в трех позициях: 1) в зонах глубинных PCm расколов (тип Садбери), 2) в континентальных PCm рифтовых зонах (Дулутский тип) и 3) в Mz континентальных рифтовых зонах (Норильско-Талнахский тип).

Тип Садбери • Две гипотезы. Согласно одной м-ние приурочено к PCm кальдере, расположенной на глубинном расколе, по другой - рудоносная магма внедрилась также в древний раскол, но образованный экзотическим способом - упавшим огромным метеоритом (астроблема). На Канадском щите среди метаморфизованных вулканогенно-осадочных пород гуронской серии на площади 60 х20 =1200 км 2 располагается лополитообразный никеленосный габброноритовый плутон.

• Плутон отличается от других рудоносных массивов отсутствием циклических образований и минеральной расслоенности и повышенным содержанием кварца. • Богатые руды - три типа: сплошные, вкрапленные и прожилковые. На южном фланге плутона в лежачем боку выделяются залежи, представленные сплошными рудами, а в верхней – вкрапленными, а на северном в подстилающих нориты брекчиях имеются прожилково-вкрапленные тела. За пределами плутона в дайках норитов и габбро установлена промышленная вкрапленная минерализация.

Дулутский тип • Рудоносный габбро норитовый (нориты, трактолиты, дуниты, перидотиты) интрузив залегает в Prt платобазальтах озера Верхнего. • 75% серы сульфидов (по изотопным данным) получено из осадочных. • При дифференциации взникли циклические триады: перидотит-трактолит-анортозит. Руды в основании перидотитовых членов.

Норильско-Талнахский тип • С фанерозойскими областями тектономагматической активизации связаны местор. Норильского рудного района. Они приурочены к палеорифту и локализованы в силлообразных телах габбро-долеритовых интрузий, расслоенных на пласты оливинитов, пикритовых долеритов и габбро диоритов. Руды (Норильское I, II, Талнахское, Октябрьское) имеют комплексный медно-никелево-платиноидный состав (0, 25 4, 0% Ni, 0, 2 7, 5% Cu, 40 60 г/т платиноидов).

Норильско-Талнахский тип • Сибирские траппы • Более 4 млн. км 3 магматических продуктов излившихся за менее 1 млн. лет (возможно 100 т. лет) на площади более 2 млн. км 2 • Возраст провинции 251± 2. 0 млн. лет совпадает с массовым вымиранием видов на границе пермь -триас

• • Металлогенический анализ позволил установить, что МПГ, Cu, Ni не мантийного, а корового происхождения, попавшие в базальты благодаря ремобилизации (рециклинга) из Prt 1 осадков и пород, развитых в фундаменте Сибирской платформы в пределах крупного авлакогена, вмещающего сульфидную медноникелевую минерализацию и позже заполненного терригенными, гипсоносными и угленосными осадками, пропитанными углеводородами. • Базальты над такими рудными залежами отличаются повышенной магнезиальностью и карбонатностью.

Модель латеральной и вертикальной зональности контактово метаморфических ореолов дифференцированных ги пербазитовых интрузивов Норильского района 1 7 интрузивные породы: 1 краевые контактовые габбродолериты, 2 гибридно метасоматические породы, 3 габбро диориты, 4 7 габбродолериты: 4 безоливиновые, оливинсодержащие, 5 оливиновые, 6 пикритовые, пикритоподобные, 7 такситовые, такситовидные; 8 -12 - руды сульфидные: 8 - массивные, 9 прожилковые, 1 О брекчиевидные, 11 - вкрапленные в ин. Ч 1 узиве, 12 - экзоконтактовые; 13 - внешний контур ореола; 14 метамор фические фации роговиков и мраморов: П пироксен роговиковая, А амфибол роговиковая, М мусковит рогови ковая; 15 метаморфиты, 16 мeтacoмaтиты, ] 7 гидротермалиты. Вверху соответствие реальных околоинтрузив ных ореолов зонам модели

• Модель латеральной и вертикальной зональности контактово-метаморфических ореолов дифференцированных гипербазит-базитовых интрузивов Норильского района • 1 7 интрузивные породы: 1 краевые контактовые габбродолериты, 2 гибридно метасоматические породы, 3 габбро диориты, 4 7 габбродолериты: 4 безоливиновые, оливинсодержащие, 5 оливиновые, 6 пикритовые, пикритоподобные, 7 такситовые, такситовидные; 8 12 руды сульфидные: 8 массивные, 9 прожилковые, 1 О брекчиевидные, 11 вкрапленные в интрузиве, 12 экзоконтактовые; 13 внешний контур ореола; 14 метаморфические фации роговиков и мраморов: П пироксен-роговиковая, А - амфибол-роговиковая, М мусковит-роговиковая; 15 - метаморфиты, 16 мeтacoмaтиты, I 7 - гидротермалиты. Вверху соответствие реальных околоинтрузивных ореолов зонам модели

Роль серпентинизации при рудообразовании. Оливин + Н 2 О + 1/2 O 2 > серпентин + магнетит + 1/2 O 2 образуется (Mg, Fe)2 Si. O 4 Mg 3(Si 2 O 3) (OH)4 + Fe 3 O 4 восстановительный флюид, обогащенный соединениями: Сu, Ni 3 Fe - аваруит; Pt-Cu, Pt-Fe. При разрушении сульфидов –концентраторов Ni, Cu, Au, PGE, ремобилизуются S, Au, Cu, Pd.

• Толеитовый тип локализуется в Prt 1 вулканогенно-осадочных прогибах. К наиболее известным м-ниям этого типа относятся Печенга на Кольском полуострове и Линк-Лейк в Канаде. Печенгский рудный район приурочен к мощной многофазовой вулканогенной серии. После проявления заключительной фазы основного вулканизма протекали процессы складчатости внедрение базитов и гипербазитов в осадочные горизонты, разделяющие третью и четвертую вулканические толщи.

• Возникшие силлы имеют три слоя: базальный перидотит-пироксенит-габбро. Сульфидные залежи связаны с перидотитами и серпентинитами и развиты преимущественно в синклинальных прогибах. Помимо магматических встречаются тектонически ремобилизованные прожилкововкрапленные руды. В рудном районе известно три типа рудных тел: 1) сплошные в подошве интрузий в перидотитах, сменяющиеся в направлении кровли вкрапленными, 2) брекчиевые в тектонических зонах и 3) прожилки во вмещающих деформированных сланцах. Первые два типа обогащены никелем (Сu/(Cu+Ni)=0, 28), а третий им обеднен (Cu/(Cu+ Ni)=0, 51).

• Коматиитовый тип связан с архейскими зеленокаменными поясами. По глубинам формирования и фациальному составу рудовмещающих магматических пород выделяют три группы м-ний: вулканогенные, субвулканические и плутоногенные. • Наиболее известными примерами вулканогенной группы служат м-ния района Камбалда в Западной Австралии. Рудовмещающий разрез –два цикла вулканизма, каждый из которых сложен вулканитами, меняющими состав от основного до кислого. Венчает цикл пачка осадочных пород и горизонт железистых кварцитов. Рудные тела располагаются в пределах нижней коматиитовой части нижнего цикла, переходящей в базальты.

• Хромитовые, титаномагнетитовые и платиноидные месторождения развиты в расслоенных массивах, относящихся к тектоно-плутоническому типу областей протоактивизации докембрия. К наиболее известным рудоносным массивам относятся: Бушвельд и Великая Дайка Зимбабве в Южной Африке, Чинейский в Забайкалье, Стиллуотер в США и др.

• Бушвельдский комплекс сформировался в раннем протерозое в пять стадий: 1)андезитового вулканизма, 2) фельзитового вулканизма, 3) ультраосновного магматизма и образование расслоенной серии (норитовый комплекс), 4) внедрение гранитной магмы и 5)образование щелочных даек. • Норитовый комплекс представляет собой гигантский лополит мощностью более 7 км, в котором снизу вверх выделяются следующие слои: нориты (350 м); переслаивание норитов с перидотитами (1500 м); рудоносная, критическая, зона норитов с прослоями дунитов и пироксенитов (100 м); габбро-нориты (3500 м); габбро-диориты (2000 м).

• В критической зоне выделяются три рудных горизонта: дунитовый с хромшпинелидами и платиноидами; анортозитовый с титаномагнетитами и норитовый с платиноносными сульфидами. • В его пределах расположен риф Меренского горизонт диаллаговых норитов, содержащих линзы хромитов и скопления сульфидов, обогащенных платиной и палладием.

Полезные ископаемые 3 Магматические месторождения Раннемагматические месторождения • Они формировались в результате процессов кристаллизационной дифференциации, обособивших ранние фракции минералов, их концентрации под воздействием силы тяжести и течений магмы; • иногда вследствие тектонического выжимания таких концентратов в сторону от места накопления.

К ним относятся: • 1. хромиты шлиры и вкрапленность в перидотитах. Редкие зерна Pt и алмазов • 2. титаномагнетиты шлиры и вкр. в габброидах • 3. алмазы в кимберлитах и лампроитах, развитых на активизированных древних платформах. Особенности: • 1. Плавный переход • 2. Идиоморфизм рудных минералов • 3. Рассредоточенный характер оруденения • Единственными пром. м-ниями являются алмазные.

Месторождения алмазов в кимберлитах и лампроитах • Кимберлитовые алмазоносные м-ния • Кимберлит - ультраосновная порфировая порода, представляющая собой либо остаточный продукт длительного фракционирования мантийного вещества, либо фракцию частичного выплавления из мантийного вещества. • М-ния известны на всех древних платформах. Их образование связано с эпохами и стадиями активизации: Prt, Pz 1, Pz 2, Mz 1. • М-ния обычно представлены трубками и трубообразными телами сечением от неск. м. до неск. сот и тыс. м. известна трубка Мвауди в Танганьике сеч. 1625 на 1070 м. - это жерло вулкана

• В кимберлитах встречаются: хромиты, ильмениты, шпинель, магнетит, флогопит, апатит, графит, алмаз, пироп, энстатит, диопсид, хром-диопсид. • В алмазах установлены включения: оливина, диопсида, граната. В этих же минералах имеются включения алмаза. • На Земле обнаружено более 8000 кимб. трубок, из них алмазоносны 2 -3%. Наиболее алмазоносны кимберлиты с низкими содержаниями Ti и K и пониженными глинозема, но содержащие с повышенной хромистостью пиропы и диопсиды.

• Архангельская алмазоносная провинция • Кимберлитовые трубки здесь прорывают слаболитифицированные песчано-глинестые отложения венда и перекрываются карбонатнотерригенными комплексами среднего карбона. Размер в среднем 300 на 400 м. , округлые и овальные сечения. Мощность перекрытия 130160 м. Возраст трубок - верхний девон. Состав: кимберлитовые ксенотуфобрекчии, автолитовые брекчии нескольких генераций. В туфах до 90% кимберлитового материала; в туффитах-до 50%.

• Лампроиты-новый источник промышленных алмазов • В конце 70 х годов открыты руды в ламроитах. Ведущей странойстала Австралия. • Лампроит богатая калием и магнием основная или у основная лампрофировая порода вулканического или интрузивного гипабиссального происхождения. Главные минералы: оливин, клинопироксин (диопсид), флогопид (обычно титаносодержащий), лейцит, амфобол (типичен калиевый рихтерит) ортопироксен, санидин и стекло. • Акцессории: апатит, нефелин, шпинель, перовскит, ильменит, алмаз. • Ксенолиты и ксенокристаллы, образованы в верхней мантии (вкл. Ol, Рух, Gr, шпинель) • Хар ны: высокие отношения K 2 O/Na 2 O (>3) • высокие концентр. Rb, Sr, Ba, T. . . , Zr, Nb, Pb, Th, U и легких редкоземельных эл тов.

• Лампроиты-новый источник промышленных алмазов • В конце 70 х годов открыты руды в ламроитах. Ведущей странойстала Австралия. • Лампроит богатая калием и магнием основная или у основная лампрофировая порода вулканического или интрузивного гипабиссального происхождения. Главные минералы: оливин, клинопироксин (диопсид), флогопид (обычно титаносодержащий), лейцит, амфобол (типичен калиевый рихтерит) ортопироксен, санидин и стекло. • Акцессории: апатит, нефелин, шпинель, перовскит, ильменит, алмаз. • Ксенолиты и ксенокристаллы, образованы в верхней мантии (вкл. Ol, Рух, Gr, шпинель) • Хар ны: высокие отношения K 2 O/Na 2 O (>3) • высокие концентр. Rb, Sr, Ba, T. . . , Zr, Nb, Pb, Th, U и легких редкоземельных эл тов.

• Лампроитовая магма возникла в п-се частичного плавления верхней мантии лерцолитового или гарцбургитового состава бедной гранатом и клинопироксеном Она являлась транспортером кристаллов алмаза из глубин к поверхности. Это была агрессивная среда для алмаза, возникли округлые кристаллы. • Лампроиты и кимберлиты сходны в генетическом отношении, особенно близки оливиновые лампроиты и слюдистые кимберлиты. Отмечаются низкие значения Sm/Nd и высокие U/Pb и низкие концентрации Al, Fe, Ca и Na.

• В составе лампроитов отсутствуют первичные карбонаты, редки гранат и ильменит; преобладают хромшпинелид; в осн. массе присутствует амфобол. Бедность метокристалами и глубинными - ксенолитами-причина: меньшая глубина зарождения лампроитовых расплавов по сравнению с кимберлитовыми. • Лампроитовые тела имеют большие размерытрубки, штоки, силы и дайки. Типична форма «бокал шампанского» • Кимберлитовый и лампроитовый магматизм проявился согласно с I 3 планетарными циклами тектонической активности в фанерозое. Глобальный характер этого магматизма характерен для девонской, юрской и меловой эпох. Наиболее поздняя эпоха соответствует палеогеновой (ЮАР, Танзания)

Открытие магмавыводящих трещин под влиянием растягивающих литосферу напряжений, скорее всего, происходит за счет эффектов гидроразрыва вышележащих пород под воздействием избыточных давлений ∆p·∆ h·∆g, в столбе поднимающихся магм т. е. в случае, когда высота участков трещин, наполненных магмой, приблизительно равна или превышает 2 километра.

• • Диатремы возникали на пересечениях глубинных разломов платформ и щитов, как газовые «свищи» , проникающие до кровли мантии Земли. Газы, в основном СО, CО 2, СН 4, Н 2, являлись отходами в зонах серпентизации на границе верхней мантии и коры, через которые осуществлялась дегазация недр в допалеозойское время, по правилу Клиффорда. • Устойчивость диатрем долговременна, т. к. они являются критическими точками пересекающихся разломов, тогда как сами разломы могут закрываться. Отсутствие диатрем на дне океанов объясняется проникновением в разломы массы воды, хотя там присутствуют источники газов в виде черных и белых «курильщиков» на разломах и стыках литосферных плит.

• Существует 6 гипотез (в порядке их распространенности): • 1. Ассимиляция кимберлитовой магмой углеродосодержащих пород. • 2. Выкристаллизовываются в кимберлитовой магме, как естественные раннемагматические акцессорные минералы. • 3. Алмазы кристаллизуются на мантийных глубинах, захватываются кимбер. расплавом и выносятся к поверхности. • 4. Сплавы алмазоносных пород возникают благодаря переплавлению железистых пелагических океанических осадков, затянутых на большие глубины по древним зонам подвига плит под континенты (экзогенный механизм образования алмазов).

• 5. Образуются в кимберлитах в постмагматическую стадию в связи с пневматолитовыми или гидротермальными процессами (Кумдыкольское м-ние, Кокчетавский массив, Казахстан). • 6. Газовая концепция. Алмаз образуется при мгновенном нагреве без повышения давления (свыше 1000 Сº в сек. ) как ювенильных, так и коровых углеводородных газов, при медленном нагреве образуется графит. (углистые хондриты) • Алмазоносные кимберлитовые магмы при достижении критического уровня газовой составляющей магмы прорывают слоистую оболочку платформ на глубинах 1 -4 км. • Крупные м-ния содержат дес. млн. карат(1 кар. -0, 2 г). Среднее содержание алмазов не превышает 0, 5 кар. на 1 м 3 породы. Для трубки Гриба-0, 7 -0, 8 кар.