Геологический факультет МГУ:Геохимические методы поисков

Материал из GeoWiki - открытой энциклопедии по наукам о Земле.

Страничка курса

Содержание курса

1. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых.

2. Геологический факультет МГУ, каф. геохимии, комн. 712, тел. 939-20-34.

3. Доктор геолого-минералогических наук Матвеев Алексей Алексеевич.

4. Курс читается на 5-ом семестре для студентов специальности 011300.

5. Общий объем курса - 64 часа лекции.

6. Формы контроля — экзамен в зимнюю сессию.

7. Аннотация. Курс посвящен изложению, теоретических основ геохимических методов, методики и техники геохимических съемок различной детальности при поисках и разведке рудных месторождений, нефти, газа и других видов минерального сырья. Рассматриваются принципы количественной интерпретации поисковых геохимических данных и оценки прогнозных ресурсов соответствующих категорий. В курсе характеризуются параметры геохимического поля и его локальных аномалий, приводятся необходимые сведения о современных аналитических методах и аппаратуре, применяемых при геохимических поисках.

8. Содержание курса.

Введение. Учение о геохимических поисках месторождений полезных ископаемых как самостоятельный раздел геологических наук. Роль и место геохимических методов на этапах и стадиях геологоразведочного процесса. Содержание курса и его связь со смежными дисхщплинами. Роль Н.И.Сафронова, А.П.Соловова, В.А.Соколова, А.И.Перельмана и других русских ученых в создании геохимических методов поисков. Широкое применение геохимических методов поисков в России и за рубежом. Выдающиеся открытия, сделанные с помощью этих методов.

Раздел 1. Общие принципы геохимических методов поисков. Закон В.И.Вернадского о всеобщей рассеянии. Кларки элементов в геосферах, кларки концентрации. Схема геолого-геохимического цикла. Взаимосвязанность процессов концентрации и рассеяния элементов, внутренние и внешние факторы миграции. Многообразие форм и видов нахождения химических элементов в природе. Преобладание рассеянного состояния вещества над концентрированным.

Понятие о геохимическом поле. Ожидаемый вид графика C_x = f(x) > 0. Аксиоматические понятия о местном геохимическом фоне, о «явных» и слабых геохимических аномалиях. Показатель контрастности слабых аномалий. Месторождение полезного ископаемого как частный случай геохимической аномалии. Первичный ореол месторождения. Гипергенное поле рассеяния. Вторичные ореолы и потоки рассеяния месторождений полезных ископаемых в геосферах. Поисково-разведочное значение первичных ореолов, вторичных ореолов и потоков рассеяния.

Этапы и стадии геологоразведочного процесса. Региональные, поисковые, детальные и разведочные геохимические съемки. Требования к плотности сети наблюдения, определяющие масштаб съемок. Масштабы геохимических съемок, принятые в России. Геохимические поиски месторождений полезных ископаемых на шельфе. Геологическая карта как основа прогноза. Направленность поисковых геохимических съемок к обнаружению признаков реальной рудоносности.

Параметры геохимического поля, критерии выделения слабых аномалий. Понятие о параметрических и непараметрических геохимических показателях. Случайные (стохастические) и пространственно-упорядоченные (детерминированные) распределения химических элементов в геологических образованиях. Показатель площадной продуктивности геохимической аномалии P (м²%), его независимость от масштаба съемки для конкретных объектов и достаточно больших фиксированных территорий. Пропорциональность количественных показателей гипергенных геохимических аномалий своему коренному оруденению.

Роль крупных месторождений в горнодобывающей промышленности. Десятичная классификация месторождений по запасам, соотношение между численностью месторождений различных классов крупности. Месторождения различной геометрической формы, соотношения между их объемами, запасами, линейными и площадными размерами. Принцип геометрического и геохимического подобия генетически однотипных объектов различных классов крупности. Зависимость между кларками элементов в литосфере и промышленными запасами в месторождениях одинаковой крупности. Вероятностные результаты поисковых работ. Задача Бюффона и формула Шурыгина.

Взаимосвязанность и взаимообусловленность геохимических аномалий в геосферах. Последовательность этих связей и преимущества литохимического метода поисков.

Учение Б.Б.Полынова о геохимических ландшафтах. Элементарные ландшафты. Классификация ландшафтов на основе биоклиматической зональности. Коэффициенты водной миграции и талассофильности элементов, элементы с контрастной миграционной характеристикой. Типы геохимических барьеров и их роль в образовании геохимических аномалий. Последовательность решения поисковой задачи: поток рассеяния -вторичный ореол рассеяния - коренное оруденение. Оценка аномалий. Цифры прогнозных ресурсов рудных объектов как показатель результатов работ и основание для перехода к следующей, более детальной стадии геохимических исследований.

Раздел 2. Литохимические методы поисков.

2.1. Потоки рассеяния рудных месторождений. Ежегодный слой денудации. Идеальный поток рассеяния в русле 1-го порядка. Продуктивность потока рассеяния. Зависимость содержаний и продуктивности потока рассеяния от положения рудного объекта в бассейне водосбора. Коэффициент пропорциональности k'. Принципы выделения геохимических узлов и зон, необходимость обязательного учета положений точек начала (R_o русло реки как временный базис денудации, преобладание в составе аллювия материала ближайших склонов. Склоновый коэффициент аллювия α' > 1,0. «Кажущаяся» продуктивность потока рассеяния и оценка его истинной продуктивности. P'_ист = λ'P'_max - Оценка прогнозных ресурсов металлов категории P_з как критерий перехода к следующей стадии работ.

2.2. Вторичные ореолы рассеяния.

Стадии выветривания горных пород и профиль рыхлых образований. Генетическая классификация рыхлых образований и отложений. Подвижное (динамическое) равновесие между выветриванием и денудацией. Классификация вторичных ореолов рассеяния по фазе, генезису и признаку доступности для обнаружения. Вторичные остаточные ореолы рассеяния в современных элювио-делювиальных образованиях и древних корах выветривания и наложенные ореолы рассеяния в аллохтонных отложениях. Характеристика важнейших типов вторичных ореолов рассеяния.

Механический ореол рассеяния. Три типа подвижности частиц в зоне выветривания. Вывод функции рассеяния для тонкого рудного тела. Параметры остаточного ореола M и σ, их геолого-геохимический смысл. Взаимоотношения между идеальными и реальными ореолами, коэффициент остаточной продуктивности k и его зависимость от местных ландшафтно-геохимических условий. Методы подсчета площадной продуктивности. Оценка прогнозных ресурсов рудных объектов по категориям P₂и P₁.

Смещение ореола на склоне и по восстанию рудной зоны. «Парадокс крутых склонов». Солевой ореол рассеяния сульфидного месторождения. Закрепление солевого ореола. Роль климатических условий.

Наложенные литохимические ореолы рассеяния. Испарительная, сорбционная и биогенная аккумуляция рудных элементов у поверхности. Методы усиления слабых геохимических аномалий.

Решение прямых задач поисковой геохимии. Линейка и круговая палетка Дубова.

2.3. Первичные ореолы рудных месторождений.

Поиски слепых рудных тел по их первичным ореолам на флангах и глубоких горизонтах разведываемых и эксплуатируемых месторождений. Ряды зонального отложения элементов типоморфного комплекса и методы их выявления. Исследование геохимической зональности рудных месторождений на ЭВМ, программа Ню-2. Оценка рудного пересечения в метрике эталонного месторождения, прогноз оруденения на глубину.

Генетически однотипные месторождения различной крупности как геометрические и геохимические фигуры подобия. Коэффициент подобия æ < > 1,0, его оценка цо наклонам графиков ν_z = f(z), по соотношениям длин, линейных и площадных продуктивностей. Соотношения между полными запасами Q₁ = æ³Q₂, учет уровня эрозионного среза и доли забалансовых руд. Оценка слепых рудных тел по их надрудным первичным ореолам. Метод В.Л.Барсукова.

Раздел 3. Гидрохимические методы поисков.

Гидрохимические поиски рудных месторождений по катионам металлов и по сульфат-иону путем опробования поверхностных водопунктов. Поиски погребенных месторождений в закрытых районах при наличии водоносного горизонта в основании чехла. Поиски скрытых экзогенных месторождений путем опробования глубоких горизонтов межпластовых вод. Гидрохимические поиски месторождений типа зон пластового окисления («роллов»). Гидрохимические поиски месторождений бора, брома, йода и различных солей. Поиски смокеров. Методы анализа, применяемые при гидрохимических поисках.

Раздел 4. Атмохимические (газовые) методы поисков.

Образование газовых ореолов рассеяния путем эффузии и диффузии газов через горные породы. Влияние природных факторов на концентрацию газов в перекрывающих отложениях и в приземной атмосфере. Газы нефтяных и угольных месторождений, газы рудных месторождений. Типы и виды газовых съемок. Гелиевая съемка. Газо-ртутные съемки. Методика и техника отбора газов при разных видах съемок. Полевые интерферометры. Принципы хроматографического анализа газовых смесей и устройство хроматографов. Аэрогазовые съемки.

Раздел 5. Биогеохимический метод поисков.

Собственно биогеохимический и геоботанический методы поисков. Коэффициент биогенного поглощения элементов. Растения-концентраторы рудных элементов. Биологические барьеры. Методика и техника биогеохимических съемок в закрытых районах. Области эффективного применения биогеохимического метода поисков.

Раздел 6. Геохимические поиски нефтяных и газовых месторождений.

Роль геохимических методов при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений. Основные методы поисковых геохимических исследований, газовая съемка и газовый каротаж. Прочие методы. Содержание органического вещества (ОВ) и углеводородов (УВ) в горных породах. Состав нефтей и газовый состав атмосферы. Диффузия и эффузия УВ, масштабы этих процессов и роль геологического времени. «Кольцевые» аномалии и роль разрывных нарушений. Гидрохимические показатели нефтегазоносности. Четырехстадийное производство геохимических поисков нефти и газа (ГПНГ). Региональные геохимические съемки масштаба 1:100000 - 1:500000. Лазерные атмохимические автомобильные и воздушные съемки. Прогнозно-рекогносцировочные съемки масштаба 1:200000. Поисково-оценочные съемки масштаба 1:50000. Детальные съемки масштаба 1:25000 и безмасштабные работы. «Карбонатная» съемка и перспективы развития литохимического метода поисков нефти и газа. Примеры результатов ГПНГ.

Раздел 7. Практика геохимических поисков в рудных районах.

Связь между геологической изученностью, размерами исследуемой территории, масштабом геохимических съемок и средой, подвергаемой опробованию в поисковых целях. Этапы и стадии геологоразведочного процесса и современные стадии геолого-геохимического изучения территории России. Последовательность и методы геохимических съемок в рудных районах. Сплошное производство мелкомасштабных съемок, очередность выполнения среднемасштабных съемок и выборочное производство детальных работ. Поисковые геолого-геохимические модели рудных объектов различных иерархических уровней. Мелкомасштабное обобщение поисковых геохимических данных с целью металлогенического анализа и количественного прогноза обширных территорий.

Районирование территорий по категориям трудности для опоискования. Вероятные резервы оруденения в полузакрытых районах.

Методы анализа геохимических проб. Общие требования к анализу, выбор определяемых элементов и точности аналитического метода в зависимости от масштаба съемок. Эмиссионный спектральный анализ. Химико-спектральный анализ на золото. Атомно-абсорбционный анализ, его преимущества и недостатки. Фотометры для анализа на ртуть. Фотонейтронный анализ на бериллий, полевые бериллометры. Рентгенорадиометрический, нейтронно-активационный и другие ядерно-физические методы анализа.

Заключение.

Необходимость рационального сочетания геологических, геофизических и геохимических методов исследования с горными работами и бурением при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Перспективы дальнейшего развития методики и техники геохимических исследований. Вопросы организации и экономики геохимических поисков и разведки в геологической службе России.

Литература по курсу:

Основная:

1. Матвеев А.А. Геохимические поиски месторождений полезных ископаемых. Краткий курс лекций. Учебное издание.- М.: Изд-во МГУ, 2003. 110 с.
2. Перельман А.И., Касимов КС. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.
3. Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. Учебник для вузов.- М.,Недра, 1985. 294 с.
4. Соловов А.П., Матвеев А.А. Геохимические методы поисков рудных месторождений. Учебное пособие.- 2-е изд.- М.:Изд-во МГУ, 1985. 232 с. задачник
5. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. Коллектив авторов. Под ред.А.П.Соловова.- М.: Недра,1990. 335 с.

Дополнительная:

1. Григорян СВ. Первичные геохимические ореолы при поисках и разведке рудных месторождений.- М.:Недра,1987. 408 с.
2. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений.-М.:Недра,1983. 181с.
3. Летувнинкас А.И. Антропогенные геохимические аномалии и природная среда. Учебное пособие.- Томск: Изд-во НТЛ, 2002. 290 с.
4. Методические рекомендации по литохимическим методам поисков рудных месторождений по потокам рассеяния. - М.: ИМГРЭ, 1992. 164 с.//Авт.: Хорин Г.И., Бородин В.П., Матвеев А.А.
5. Методические рекомендации по литохимическим методам поисков рудных месторождений по вторичным ореолам рассеяния. - М.: ИМГРЭ, 1993. 192 с. //Авт.: Хорин Г.И., Бельчанская Л.Н., Бородин В.П. и др.
6. Методические рекомендации по мелкомасштабному обобщению поисковых геохимических данных с целью металлогенического анализа и количественного прогноза (на примере Северо-Востока России).- М.:ИМГРЭ, 2000 .//Авт.: А.А.Матвеев, Ю.Н.Николаев, В.П.Бородин и др. 108 с.
7. Перельман А.И. Геохимия. Учебник для геол. спец. вузов.- 2-е изд.-М.:Высшая школа,1989. 528 с.
8. Прогнозно-поисковая геохимия на рубеже XXI века.//Сб. научных статей (к 90-летию со дня рождения А.П.Соловова).- М.: 1998. 118 с.
9. Сафронов Н.И. Основы геохимических методов поисков рудных месторождений.- Л.: Недра, 1971. 216 с.