Первинні геохімічні ореоли

Під первинними геохімічними (ПГО) чи ендогенними ореолами розуміють зони рудовміщуючих порід, які обволокують рудні тіла і характеризуються підвищеним вмістом хімічних елементів привнесених в процесі рудоутворення або створення геохімічних аномалій.

Вони є природним продовженням рудних тіл у вміщуючих породи і значно розширюють масштаби зруденіння, збільшуючи ймовірність їх знаходження. Характерною особливістю цих ореолів є поступове зменшення вмісту рудоутворюючих елементів і зміна їх складу від рудних тіл і рудопідвідних тріщин у вміщуючи породи. Границя між рудним тілом і його ПГО належить до розряду економічних категорій, і тому немає геохімічного сенсу. В свою чергу, зовнішній контур ПГО також має досить умовний характер і визначається можливостями сучасних аналітичних засобів надійного знаходження мінімально-аномальних значень ПГО.

У відповідності з теорією фізико-хімічних процесів, міграція елементів у гірських породах при постмагматичному рудоутворенні відбувається як шляхом дифузії через нерухомі порові розчини, так і у зв’язку з інфільтрацією разом із розчином.

У природних умовах ці процеси завжди відбуваються сумісно, але у різній мірі. Тому розрізняють дифузійні, інфільтраційні і змішані ендогенні геохімічні ореоли. При формуванні гідротермальних родовищ переважно відбувається поступовий рух розчинів до поверхні. Це підтверджується значною витягнутістю ореолів по вертикалі від крутопадаючих рудних тіл, що досягає сотні метрів (рис. 9.1).

Рисунок 9.1 Схема будови простішого ореолу первинного розсіювання магматичного родовища (за М.І.Сафроновим)

1 – рудне тіло; 2 – границя найближчої зони ореолу розсіювання за вмістом 3-5 фонів; 3 – теж саме для середньої зони; 4 – теж саме для дальньої зони; 5 – площа ореолу розсіювання елементів ближньої зони; 6 – тож саме для середньої зони; 7 – теж саме для дальньої зони.

Багатостадійність процесу рудоутворення відбиває його складний пульсаційний характер, причому кожна з порцій розчину несе риси кількісно-лужної диференціації. Це обумовлює складний генезис ореолів, який включає дорудну, рудну і пострудну стадії. Все це обумовлює прояв одного із найважливіших параметрів ореолів – їх зональність, яка має об’єктивний, і як підкреслюють Л.М.Овчінніков і С.В.Григорян [4], універсальний характер. На прикладі первинних ореолів сульфідних родовищ, вони встановили таку вертикальну зональність (у напрямку до рудного тіла):

Ва- (Sb-As-Hg) – Ag – Cd – Pb – Zn – Au – Cu – Bi – Ni – Co – Mo – U – Sn – Be – W

Вона, в значній мірі, відповідає збільшенню іонних потенціалів і радіусів гідратованих іонів цих елементів.

Первинні ореоли нерідко просторово тісно пов’язані з зонами змінених вміщуючих порід. Але за часом і характером процесів, які їх створюють, вони, як правило, відрізняються. По-перше, утворення зон змінених порід супроводжується істотним перерозподілом (привносом і виносом) породоутворюючих елементів. Тоді як утворення первинних ореолів пов’язано тільки із привносом рудоутворюючих елементів. По-друге, зміна вміщуючих порід може відбуватися на різних стадіях рудоутворення, тоді як формування ореолу звичайно сингенетичне рудоутворенню. Між тим, просторове положення і морфологія зон змінених порід контролюється тими ж структурами і літологічними факторами, що і рудні тіла. Причому в характері змін порід нерідко спостерігається певна зональність, яка обумовлена зміною фізико-хімічної природи метаморфізуючих процесів. Так, найбільш важливими ознаками ендогенного зруденіння є скарни, грейзени, серецитизовані, хлоритизовані, окварцовані і доломітизовані породи. Серед них із виверженими породами кислого складу часто пов’язані грейзенізація, окварцювання, серецитизація, каолінізація, з гранодіоритами – скарнування, ороговикування; з основними і ультраосновними породами – серецитізація, оталькування, листвинізація. Таким чином, у результаті досить складної взаємодії гідротермальних розчинів з вміщуючими породами створюється складний ореол розсіювання хімічних елементів, змінюється мінеральний склад і фізичні властивості порід.

Характерними особливостями ендогенних ореолів слід вважати:

1) за своїми розмірами ореоли в декілька разів перевищують розміри рудних тіл, тим самим полегшуючи їх пошуки. Протяжність ореолів визначається концентрацією і міграційною здатністю елементів, розмірами рудних тіл, проникливістю порід, їх літолого-структурними особливостями;

2) склад ореолів в загальних рисах відповідає складу рудних тіл. У багатьох випадках спостерігається зональність у розподілі хімічних елементів, яка особливо чітко простежується по вертикалі;

3) постмагматичні рудні тіла і рудовміщуючі тріщини, в більшості випадків, супроводжуються ореолом гідротермально змінених порід. Їх характер і ступінь змін може служити додатковим пошуковим критерієм;

4) білярудні зміни порід супроводжуються змінами їх фізичних властивостей, що може бути використано для застосування відповідних геофізичних методів для пошуків ореолів розсіювання рудних тіл;

5) ендогенні ореоли можуть створюватися як навколо рудних тіл, так і навколо безрудних тріщин по яким рухаються гідротермальні розчини. В першому випадку ореоли розсіювання рудних елементів є прямою пошуковою ознакою, у другому – лише побічною, але теж корисною, як шляхи міграції цих розчинів, які в більш сприятливих умовах можуть створювати рудні тіла.

Враховуючи особливості формування і розміщування ендогенних ореолів можливо декілька розширити їх загальноприйняте поняття. Під ендогенним (первинним) геохімічним ореолом слід розуміти ділянку або зону із аномальною зміною складу і вмістом хімічних елементів, мінералів, фізичних властивостей порід, внаслідок гідротермальних процесів, контактному метасоматозу, особливостям магматичної кристалізації. Їх перспективність значною мірою залежить від сприятливої чи несприятливої геологічної обстановки для рудоутворення. Таке розуміння ендогенного ореола значно розширює можливості використання різних пошукових методів і включає в пошуки не тільки рудні тіла і їх ореоли, але і змінені білярудні вміщуючі породи. Тому до пошукових робіт необхідно залучати не тільки геохімічні методи, але і структурно-літологічний, мінералогічний аналіз, геофізичні методи. В іншу – геофізичні методи, літолого-структурний аналіз, атмогеохімічні, гідрогеохімічні, іноді глибинні металометричні пошуки. Їх роль у різних умовах різна. Так, коли ендогенні ореоли зв’язані із зонами контактів порід, які відрізняються за магнітною сприйнятливістю або густиною, провідними методами пошуків можуть бути магніторозвідка або гравіметрія, а при приуроченості ореолів до мінералізованих зон тектонічних порушень – електророзвідка методами природного поля, заряду, ВП, і інші. При розміщенні зруденіння у зонах активного окислення і гіпергенного вилуговування – гідрогеохімічна зйомка, електророзвідка, глибинна металометрична зйомка.

У будь-якому випадку найбільшу цінність мають прямі пошукові ознаки зруденіння, а при їх відсутності потрібно намагатися отримати найбільш повну інформацію про його побічні ознаки.

Літогеохімічні методи пошуків первинних ореолів, в залежності від детальності і умов використання, поділяються на пошукові, детальні і розвідувальні-експлуатаційні. Пошукові дослідження мають на меті виділення, в межах певних територій, загальна перспективність яких була встановлена попередніми роботами, ділянок і зон підвищеної перспективності – геохімічних аномалій і ореолів. Детальні дослідження проводяться в межах перспективних ділянок в масштабі 1:10 000 і більш детальних з метою оконтурення ореолів і їх оцінки. Розвідувально-експлуатаційні роботи проводяться з метою пошуків рудних тіл в процесі їх розвідки і експлуатації на флангах і глибоких горизонтах родовищ.

Пошукові літогеохімічні дослідження проводяться в масштабі 1:50 000¸1:25 000 в межах територій з доброю відслоненістю шляхом опробування корінних порід. Пошукові роботи на закритих з поверхні територіях виконують переважно у тих випадках, коли інші геохімічні роботи малоефективні (розубожені ореоли з поверхні, відсутність кори звітрювання, велика потужність відкладів). У цьому випадку, опробування проводять по керну свердловин.

При проведенні пошукових робіт важливе значення має правильний вибір сітки опробування, який забезпечує можливість обґрунтованого вирішення пошукових задач. Їх проведення в масштабі 1:50 000¸1:25 000 можливе, як при застосуванні методики вивчення тенденцій розподілу хімічних елементів (вивчення трендів поверхні), так і методом статистичної оцінки даних при виділенні геохімічних аномалій. Оскільки в обох випадках відстань між точками відбору проб менша ніж відстань між профілями, масштаб робіт визначають останні, тобто 500 м при масштабі 1:50 000 і 250 м при масштабі 1:25 000. У першому методі відстань між точками повинна забезпечити необхідну точність оцінок середніх значень в вікні осереднень і складає 6¸10 точок на 1 см² в масштабі звітної карти, тобто 50 м при пошуках 1:50 000 і 20 м при масштабі 1:25 000. При цьому допускається відхилення від стандартної сітки відбору проб на 30 % при роботі в районах з нерівномірною відслоненістю корінних порід. Стосовно другого метода, то у цьому випадку, сітка точок відбору проб повинна бути стабільною, а розміри забезпечувати впевнене виявлення первинних ореолів біля мінімально промислово цікавих родовищ не менше як у двох точках по профілю і не менше ніж двома профілями. З практичного досвіду цій вимозі відповідає (при пошуках гідротермальних родовищ свинцю, цинку, міді, урану, молібдену і ін.) крок 50¸100 м.

Відбір проб слід виконувати методом пунктирної борозни, шляхом відбору 5¸10 штуфних проб вагою 20¸50 г приблизно через рівні інтервали (від 0,5 до 5 м – у залежності від структурно-текстурних особливостей порід). Відібрані проби об’єднуються в одну пробу вагою 200¸300 г. Якщо планується виділення мономінеральних фракцій, її вага збільшується до 3¸5 кг. Інколи відбір геохімічних проб супроводжується радіометричними чи каппаметричними вимірами для одержання додаткової інформації про тектонічні особливості, зміни фацій, метасоматичних чи гідротермальних змін порід.

Якість опробування контролюється повторним відбором не менш 3 % проб, який виконує начальник загону-геолог або геофізик, хто не приймав участь в первинному відборі проб. За даними первинного і повторного відбору розраховується помилка робіт.

Обробка проб включає:

а) дроблення проб на щокових (до 0,5 мм), на валкових (до 0,1 мм) подрібнювачах;

б) перемішування і зменшення проб до 20-50 г;

в) перетирання проби до 200 меш. (стан пудри)

Перетерту пробу разом з етикеткою пакують в паперовий пакет і передають в лабораторію. Подрібнювачі після обробки кожної проби ретельно очищують (продувкою, щітками, вологими ганчірками тощо).

Аналіз проб рекомендується виконувати наближено-кількісним спектральним методом за допомогою дифракційних спектрографів, або рентген-радіометричним методом. Аналізу підлягає, при пошукових роботах, досить широке коло елементів здатних у даних геологічних умовах створювати родовища.

Для оцінки якості аналізу проб частина з них аналізується повторно. До них відносяться:

а) всі окремі проби з аномальним вмістом хімічних елементів;

б) проби з центральних частин аномалій (3¸4 проби);

в) всі проби, в яких результати первинного аналізу викликають недовіру;

г) проби з рудною мінералізацією або взяті із зон рудопроявлень;

д) контрольні проби.

Якість аналізу вважається задовільною, якщо підтверджується (не виходить за межі допустимих значень) не менше 2/3 проб. Точність спектрального аналізу визначають, як правило, за 3¸5 елементам.

Обробка даних і їх зображення залежить від методики робіт і їх цілей.

При вивченні трендів поверхні геохімічного поля (тенденцій розподілу елементів) будується карта відбору проб в масштабі досліджень на розвантаженій геологічній основі. На ній зберігаються відомості, які відносяться до оцінки металоносності: тектоніки, характеру і масштабу гідротермальних і приконтактних змін порід, рудопроявів, геофізичних аномалій тощо. Після цього виконується усереднення даних способом “ковзаючого вікна” [1].

Якщо задачею пошукових робіт є виявлення сингенетичних геохімічних аномалій і тенденцій розподілу хімічних елементів, то осереднення повинно відбуватися з врахуванням меж певних геологічних тіл. Якщо ж задачею досліджень є пошук епігенетичних, по відношенню до корінних порід аномалій, то осереднення виконується без врахування геологічних границь.

Зображення даних пошукових робіт, які мають на меті виявлення геохімічних аномалій, виконується на тій же картографічній основі і включає ряд етапів.

На першому етапі фактичний матеріал групується по типам і фаціальним різновидам порід. Ці вибірки підлягають статистичній обробці, на основі якої отримуються відомості про оцінки середнього, модального, дисперсії, коефіцієнта варіації, асиметрії, аксцесу, а також значення фона, мінімально аномальних концентрацій елемента, показника відносного (коефіцієнт концентрації, кларк концентрації) і абсолютного (сумарний вміст, коефіцієнт накопичення) вмісту елементів в пробах. Статистичній оцінці підлягають і фізичні властивості порід.

Геохімічні карти, в залежності від цільового напрямку, будуються для окремих елементів, або груп елементів у двох варіантах: у вигляді карт концентрацій і в вигляді карт геохімічних аномалій. Вони відрізняються за повнотою даних, які використовуються. На перших картах приводяться величини коефіцієнтів концентрації елементів, на іншій – або відносні (наприклад, значення які перевищують мінімально-аномальні концентрації), або абсолютні значення. На другу карту виносять всю геохімічну інформацію, на першу – тільки аномальну (звичайно в логарифмічному масштабі з трикратним (3, 10, 30, 100 і т. д.), або десятикратним (1, 10, 100, 1 000 і т.д.), зростанням концентрацій. Їх можна будувати багатоелементними. При їх створенні рекомендується групувати елементи згідно їх парагенетичних зв’язків між собою або за певними типами рудопроявів. Наприклад:

а) група елементів - показників загальної мінералізації йод, бром, хлор, фтор, сірка, селен, телур і ін;

б) показників пегматитового процесу: літій, рубідій, цезій, берилій, ніобій, тантал, скандій;

в) показників кварц-рудного рудоутворення: олово, вольфрам, молібден, бор;

г) показників гідротермального процесу: мідь, цинк, свинець, кадмій, індій, талій, германій, вісмут, миш’як, сурма;

д) показників рідкісноземельної мінералізації: ітрій, рідкісноземельні елементи, цирконій, гафній, торій, уран;

е) показників епімагматичного рудоутворення: нікель, кобальт, хром, платиноїди.

Карти можливо будувати як для окремих груп елементів, так і зведені – для ряду груп. В першому випадку кожному елементу надається певний колір різної інтенсивності – в залежності від їх концентрації. В другому – той чи інший колір надається для певної парагенетичної групи елементів, а в ній певні (аномальні) елементи позначаються хімічними знаками.

На карту геохімічних аномалій слід виносити відомості про форму знаходження елементів в аномальних точках, дані про рудну мінералізацію, характерні вторинні зміни порід. Крім того, вони, як правило, будуються на розвантаженій геологічній основі, де крім контурів геологічних утворень, виносяться відомості про диз’юнктивні порушення, розломи, а також геофізичні аномалії.

На основі цих даних вирішують різноманітні задачі як пошукового, так і геологічного характеру. Серед них виділяють:

а) характер і масштаби приконтактних метаморфічних і гідротермальних процесів;

б) наявність геохімічних аномалій різних генетичних типів;

в) металоносність і рудоутворюючі прояви;

г) оцінка глибини ерозійного зрізу геологічних утворень і ін.

Вибір перспективних ділянок здійснюється шляхом комплексного аналізу всієї інформації, яка відноситься до їх оцінки: геохімічних, геофізичних, мінералого-петрографічних, структурно-геологічних. Суміщення в просторі аномальних проявів цієї інформації і проявлення їх в сприятливих для формування і розміщення рудопроявів істотно підвищує імовірність вибору перспективних ділянок.

Детальні літогеохімічні дослідження на цих ділянках проводять в масштабі 1:10 000 і більш детальних і мають на меті оконтурення і оцінку геохімічних аномалій як на поверхні, так і, по можливості, на глибину.

Опробування порід проводять по інструментально розбитій мережі профілів і точок. Профілі розміщують вхрест рудоконтролюючих структур і рудних зон. Відстань між профілями, як правило, визначається масштабом робіт, типом зруденіння, особливістю розподілення рудоутворюючих елементів в первинному ореолі, з таким розрахунком, щоб дана перспективна зона була пересічена не менше як 2¸3 профілями.

Відстань між точками відбору проб змінюється від 20 м до відбору проб методом пунктирної борозни, коли інтервали опробування притикаються один до одного. Ці інтервали повинні відноситися до певних типів порід або їх фаціальним різновидам. В їх межах відбирається від 3 до 5, чи до 10 часткових проб вагою 30¸40 г, які потім об’єднуються в збірну пробу. В процесі опробування, якщо це необхідно, відбирають штуфні проби для вивчення фізичних властивостей і мінералогічних досліджень. Часто детальне літогеохімічне опробування супроводжується геофізичними дослідженнями, а також геохімічною зйомкою того ж масштабу.

При детальних роботах, на відміну від досліджень масштаби 1:25 000, аналізується обмежене число елементів і перш за все елементи – індикатори рудного процесу і елементи які утворюють зональність первинного ореолу. До останніх відносять ртуть, миш’як, сурма, талій, фтор, свинець, цинк, молібден і ін. За отриманими даним будуються поелементні карти ізоконцентрації на геологічній основі, профілі змін концентрацій елементів у різних перетинах. Більш повна кількісна характеристика ореолів може бути одержана шляхом оцінки сумарного вмісту метала в перетині ореола, продуктивності ореола, середнього градієнта, зональності, коефіцієнта міграційної здатності, оцінки коефіцієнтів кореляції [4]. Їх оцінка, при залученні геолого-геофізичних даних, дозволяє провести необхідний аналіз перспективності і намітити місця для гірських робіт і буріння з метою пошуків рудних тіл.

Досить близько до детальних літогеохімічних пошуків відноситься розвідувально-експлуатаційні дослідження, які виконуються на родовищах з метою збільшення їх запасів за рахунок флангів і більш глибоких горизонтів. Опробуванню, у цьому випадку, підлягають гірські виробки і свердловини переважно методом пунктирної борозни шляхом точкового відбору 5¸10 сколів вагою 50-100 г приблизно через однакові інтервали (0,5¸2 м). Ці сколи об’єднуються поінтервально у збірні проби, які характеризують певні різноманітності ореолів. Масштаб опробування визначається щільністю гірських виробіток і свердловин і звичайно не більше 1:10 000. Аналіз зібраного матеріалу виконується по обмеженій кількості компонентів, які характеризують рудний процес – рудоутворюючим елементам і їх супутникам. За цими даними будують поелементні або мультипликативні карти, перетини, розраховують кількісні оцінки первинних ореолів.