Геохимические методы

Геохимические ореолы включают в себя литогеохимические, гидрогеохимические, биогеохимические и атмогеохимические. Литогеохимические ореолы могут быть первичные, связанные с тонкой рудной вкрапленностью в коренных породах, и вторичные – в элювиально-делювиальных, аллювиальных и иных отложениях. Те и другие могут быть открытыми и погребенными. Гидрогеохимические ореолы проявляют себя как в открытых водотоках, так и в подземных грунтовых, трещинных и пластовых водах. Рудное вещество в них находится в виде истинных или коллоидных растворов. Биогеохимические ореолы представляют собой области распространения растений и их остатков с аномальным содержанием химических элементов, свойственных определенным типам месторождений. Для изучения этих ореолов используют специфические виды растений. Размеры биогеохимических ореолов рассеяния обычно соответствуют параметрам литогеохимических ореолов. Атмогеохимические ореолы представляют собой локальное обогащение почвенного воздуха и приповерхностного слоя атмосферы паро- и газообразными соединениями, содержащими те или иные компоненты определенных типов месторождений. Образуются они в результате химических преобразований минеральных скоплений.

Геохимические методы получили широкое развитие только во второй половине 20-го века. В настоящее время они используются на всех стадиях геологоразведочных работ, благодаря своей эффективности, оперативности и относительно низкой стоимости. Наибольшим распространением пользуются литогеохимические исследования.

А. Литогеохимические методы состоят в изучении первичных и вторичных ореолов и потоков рассеяния химических элементов в горных породах. Самым популярным из них является так называемая металлометрическая съемка.

Поиски по первичным ореолам направлены на выявление геохимических аномалий, включающих как сами рудные тела, так и связанные с ними первичные ореолы химических элементов, возникшие в процессе образования месторождений.

Поиски по вторичным ореолам рассеяния предназначены для выявления аномально повышенных содержаний типоморфных элементов в рыхлых отложениях, образовавшихся в результате разрушения коренного месторождения и его первичных ореолов. Как правило, они сопровождаются механическими ореолами рассеяния рудных минералов, а также гидрогеохимическими солевыми в форме растворенных или связанных с породами водных соединений. Ореолы, образующиеся в элювиально-делювиальных отложениях и корах выветривания на месте ранее существовавших рудных тел или их первичных ореолов, называются остаточными. Ореолы, в контуре которых нет первичных концентраций элементов, называют наложенными.

К категории вторичных ореолов принято также относить литогеохимические потоки рассеяния. Они характеризуют аномалии, локализованные вдоль узких современных или древних водотоков. По фазовому состоянию мигрирующего вещества потоки подразделяются на механические и солевые, а по доступности обнаружения – на открытые и закрытые. Наиболее важное поисковое значение имеют открытые потоки рассеяния, формирующиеся в отложениях современной гидросети на участках с достаточно пересеченным рельефом. Для изучения потоков рассеяния предназначен метод донных осадков.

Металлометрические исследования проводятся маршрутным или площадным способами. При маршрутной съемке отбирают пробы через определенные интервалы по линиям, перпендикулярным геологическим структурам или геоморфологическим элементам. При площадной металлометрической съемке разбивают опорную магистраль (базисную линию), а затем перпендикулярно базису – профили. По линиям профилей через постоянные интервалы берутся пробы. Глубинное литохимическое опробование коренных пород выполняется пот керну буровых скважин и в подземных горных выработках.

Изучение донных илов применяется для поисков полезных ископаемых, не дающих устойчивых соединений при окислении, а образующих хорошо растворимые соли, поступающие в виде растворов в водные потоки. Илисто-глинистые донные осадки способны адсорбировать многие металлы, благодаря чему концентрация металлов в них в десятки и сотни раз выше, чем в водах потоков. Эффективность этого метода проверена на поисках месторождений цинка, меди, никеля, молибдена и др. Он является важным дополнением или даже заменой шлиховому методу в районах, где аллювиальные отложения представлены илисто-глинистым материалом (степные и полупустынные области).

Ведущим методом исследования литогеохимических проб является полуколичественный спектральный анализ, который быстр, сравнительно дешев и отличается высокой чувствительностью, хотя и низкой точностью. Обработка результатов предполагает графическое изображение выявленных ореолов и расшифровку зональности их строения. Различают горизонтальную, вертикальную и осевую зональность. Результатом интерпретации результатов должно быть определение положения рудных тел в изученной зональности и прогноз новых рудных тел.

Б. Гидрогеохимические методы заключаются в изучении распространения химических элементов в подземных и поверхностных водах. Циркуляция вод и диффузионное перемещение в них компонентов рудной минерализации создают вокруг рудных тел ореол измененного химического состава подземных вод. На оконтуривание этих ореолов и направлены гидрогеохимические методы. Их рекомендуется применять в районах с большим количеством водоисточников и с избыточным увлажнением. Наиболее эффектны гидрогеохимические методы для поисков месторождений, руды которых легко окисляются с образованием легкорастворимых соединений.

Пробы воды объемом 0.5-1.0 л отбираются из колодцев, озер, болот и т.п. с последующим выпариванием сухого остатка и проведением спектрального анализа.

В. Биогеохимические методы состоят в изучении ореолов рассеяния химических элементов в растениях. Установлено, что многие растения всасывают через корни соли, содержащие тяжелые металлы, и накапливают их в корнях, стволах и листьях. В настоящее время выделяются собственно биохимические, или фитогеохимические, и геоботанические методы.

Собственно биохимический метод состоит в отборе проб растительности – корней, стволов, листьев, их сжигании и анализе. Его целесообразно применять, если литогеохимическая съемка по каким-то причинам невозможна – при широком развитии процессов выщелачивания в коре выветривания; на заболоченных равнинах и торфяниках при неглубоком залегании коренных пород; если литогеохимические ореолы перекрыты мощными аллохтонными отложениями. В целом метод до сих пор рассматривается как экспериментальный и не получил широкого распространения.

Геоботанический метод заключается в изучении участков развития определенных видов растений, связанных с геохимическими особенностями почв. Он основан на приуроченности определенных видов растений к почвам, обогащенным теми или иными металлами, своего рода металлолюбивых форм. Наряду с этим имеет место сокращение и исчезновение растительного покрова на почвах, обогащенных, например, медью, мышьяком, серой и др., разнообразные морфологические изменения. В настоящее время известно около 60 таких растений-индикаторов руд. В качестве примера вспомним тектонический контакт между известняками и вулканитами на р. Шата в окрестностях Сухого Лога. На известняках там растут березы, а на вулканитах – сосны. Смещение контакта более молодым разломом р. Шата ярче подчеркивает эту особенность в распределении местной растительности. Наиболее широко известной металлолюбивой формой является кустарниковое растение под названием качим Патрэна, которое произрастает на всех выходах меденосных пород на Рудном Алтае.

Метод предусматривает специальное картирование территорий по растениям-индикаторам, концентрирующим определенные химические элементы, а также по ареалам развития растительных ассоциаций, произрастающих на площадях распространения различных типов пород. Особенности растительного покрова фиксируются на космо- и аэроснимках, что открывает перспективы развития геоботанических методов, и дистанционных съемках.

Г. Атмогеохимические методы заключаются в изучении распределения газов в атмосфере, почве и подпочвенных рыхлых отложениях с целью выявления газовых ореолов скрытых на глубине месторождений, а также прослеживания разломов, которые могут быть рудоконтролирующими. В этой группе различают несколько методов.

При газовой съемке фиксируются поля и аномалии газовых компонентов, имеющие поисковое значение (углекислый газ, метан, азот, сероводород, сернистый газ, гелий, аргон, радон). Аномалии этих газов обычно контролируют тектонически проницаемые зоны и могут быть связаны с месторождениями.

Газортутная съемка выявляет аномалии паров ртути и может использоваться как для поисков собственно ртутных месторождений, так и полезных ископаемых, в которых ртуть является попутным компонентом.

При поисках радиоактивных элементов может использоваться метод радиоактивных эманаций, или эманационный.

Опыт поисковых работ говорит о достаточно высокой эффективности атмогеохимических методов, в первую очередь, для поисков месторождений полиметаллов, колчеданных руд, медно-никелевых и радиоактивных руд, ртути, ископаемых углей, нефти, газа [Баранников].