Методика биогеохимических, гидрогеохимических и атмогеохимических поисков Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых Д.Ю. Шишкина

Условия применения биогеохимического метода Наиболее важная особенность биогеохимического метода - повышенная глубинность, обусловленная характером развития корневой системы растений. Однако, по сравнению с другими методами, данный отличается повышенной трудоемкостью и более высокой стоимостью, которые обусловлены спецификой отбора и обработки фитогеохимических проб. Поэтому применение биогеохимического метода оказывается целесообразным и эффективным в условиях, когда нельзя использовать более экономичные литогеохимические методы поисков. 1.В условиях пустынных и полупустынных ландшафтов, несущих покров эоловых песков мощностью до 30 м. Растения, произрастающие в резко выраженных аридных условиях, имеют глубокую корневую систему, проникающую на глубину до 25 м. Опробование листвы деревьев в ряде случаев оказывается эффективным в условиях закрытых равнинных ландшафтов с мощностью аллохтонных отложений от 3 до 15 м. Следует иметь в виду, что глубинность биогеохимического метода обычно несколько превышает глубину проникновения корней в результате капиллярного поднятия грунтовых вод, связи корневой системы с трещинными водами и т. д. 2. На болотах и торфяниках, где отбор почвенных проб обычно затруднен. 3. В тропических и субтропических областях, где почвы и верхние горизонты коры выветривания подвергаются интенсивному промыву, сопровождающемуся выносом микроэлементов-индикаторов рудоносности. 2

Опробование растительности Проводится по профилям и маршрутам, задаваемым вкрест предполагаемого простирания рудных тел или рудоконтролирующих структур. Как правило, ведётся одновременно с литогеохимическим опробованием по вторичным ореолам. Пункты фитогеохимического опробования представляют собой участок местности площадью 25 м 2 для районов развития лесной растительности и от 1 до 5 м 2 для районов степей, полупустынь и пустынь. Для опробования выбираются 3-5 растений, наиболее типичных для данной местности. Так, при биогеохимических поисках в Ростовской области опробовались пырей и полынок, из деревьев – тополь; в горах Северного Кавказа – дуб, бук, граб, из трав – манжетка. У травянистых растений в пробу отбирается вся надземная часть, у деревьев – листья. Масса биогеохимической пробы составляет примерно г. Перед проведением всех анализов проба высушивается до воздушно-сухого состояния; для ПКСА необходимо озоление (сжигание) растительной пробы. 3

Оформление и интерпретация результатов Результаты биогеохимических поисков оформляются в виде карт и планов биогеохимических (фитогеохимических) аномалии и соответствующих разрезов, на которых представлены данные опробования растительности. Кроме моноэлементных карт могут составляться карты характерных индикаторных отношений между близкими по свойствам элементами, отношение которых в почвах и подстилающих породах резко изменяется при переходе от геохимического фона к ореолу минерального месторождения. При поисках медных месторождений таким отношением может быть Zn / Cu, для оловянных месторождений Zn / Sn, Zr / Sn, V / Sn, для месторождений редких металлов Mg / Li и т. д. 4

Геоботанические поиски При наземных поисках геоботанические признаки используются при самых различных масштабах, начиная со стадии рекогносцировочных поисков и до поисков, в детальных масштабах, проводимых в закрытых или полузакрытых районах. Эти поисковые признаки включают: необъяснимую с точки зрения изменения внешних условий местообитания смену растительных ассоциаций с отклонениями видового состава от типических; появление специфических растений-индикаторов; изменение внешнего облика растений (появление обычно не свойственных растению форм листьев, цветов и т. п., необычная раскраска, особенно пышное развитие и т. п.); отклонения в ритме развития растений (ранее или, наоборот, позднее цветение, ранний или поздний опад листьев и т. п.); признаки угнетения или необъяснимое другими причинами отсутствие растительности. 5

Применение гидрогеохимического метода наиболее целесообразно при поисках: рудных месторождений, погребенных под чехлом дальнеприносных отложений мощностью более 10 м, особенно на участках, где отсутствуют древние коры выветривания; рудных тел в труднодоступных высокогорных условиях; рудных тел глубоко погребенных под покровом ледниковых и других рыхлых образований в районах развития многолетней мерзлоты, в заболоченных и заселенных районах; глубоко залегающих (ниже местных базисов эрозии) рудных тел в платформенных областях; глубоко погребенных рудоконтролирующих тектонических нарушений, интрузий, гидротермально измененных пород, обогащенных рудными компонентами. 6

Отбор и анализ гидропроб: общие положения из источников подземных вод; из поверхностных вод (реки, ручьи, болота, мочажины, озера, пруды); из скважин, колодцев, канав, шурфов, штолен, шахт и других горных выработок. Ультрамалые концентрации микроэлементов, на которые ориентированы гидрохимические поиски, требуют высокой чистоты посуды и затрудняют хранение проб вследствие микробиологических и химических реакций, протекающих в воде, осаждения металлов взвесями и на стенках сосуда. Основная часть проб обрабатывается и подготавливается к анализу на месте отбора проб в полевых гидрохимических лабораториях. Здесь выполняются общие наиболее простые анализы проб на некоторые макрокомпоненты (SO 4 2-, HSO 3 -, O 2, Cl -, CO 2, H 2 S, Fe общ. ) и сумму некоторых микрокомпонентов (Cu, Pb, Zn). В стационарные лаборатории направляются только сухие остатки или концентраты, а также пробы воды для ее полного химического анализа. Наиболее перспективными являются методы концентрирования растворенных микрокомпонентов путем их перевода в твердую фазу непосредственно у водоисточника и последующего анализа воды. 7

Густота сети опробования природных вод при гидрохимических поисках различных масштабов МасштабЧисло пунктов опробования на 1 кв. км в зависимости от сложности геологического строения и ландшафтно- геохимических условий простыесредниесложные 1 : ,10,150,2-0,4 1 : ,11,71,5-2,0 1 : ,33, : Опробуются все водопункты при расстоянии между ними не более 100 м, если это невозможно выполнить, поиски данного масштаба проводиться не могут 8

Отбор проб Проба объемом 0,5-1 л отбирается в стеклянные или пластиковые бутылки. Посуду и пробки сначала моют раствором соляной кислоты, затем ополаскивают дистиллированной водой. Перед взятием пробы воды бутылки и пробки следует сполоснуть водой, отбираемой на анализ. После определения рН воду для консервации подкисляют безметальной соляной или серной кислотами. Мутные воды требуют отстоя и фильтрации. Опробование подземных водоносных горизонтов производится специальными пробоотборниками после предварительной промывки скважин и откачки воды. 9

В процессе пробоотбора из источников проводят следующие наблюдения: устанавливается геоморфологическое положение источника; описывается литологический состав и характер трещиноватости отложений, к которым приурочен выход поверхностных вод; особое внимание обращается на участки с рудной минерализацией; определяется тип водопроявления и, по возможности, питающий его водоносный горизонт; описываются условия выхода воды на поверхность; описываются физические свойства воды, отмечается наличие и примерный состав спонтанных газов; описываются осадки из источника и отбираются их образцы. 10

Опробование поверхностных водотоков Производится в местах наиболее спокойного течения, на участках возможного выклинивания подземных вод Небольшие водоемы и водотоки характеризуют единичными пробами; крупные – серией проб, отобранных по профилям. При опробовании производят: 1.описание гидрогеологических условий района; 2.измерение расходов потоков и температуры воды в них; 3.описание физических свойств отобранной воды. 11

Опробование буровых скважин Отбор проб из самоизливающихся скважин проводят непосредственно из струи. В случае отсутствия самоизлива необходима прокачка скважины. Отбор проб из несамоизливающихся скважин следует производить антикоррозийными и герметичными пробоотборниками. Комплекс наблюдений при гидрохимическом отборе буровых скважин включает: 1.характеристику геологического разреза; 2.измерение глубины установившегося уровня воды; 3.измерение дебита воды (в случае самоизлива и при откачках); 4.измерение температуры воды; 5.установление конструкции скважины (наличие обсадных труб, закрепленные ими интервалов) и технологии бурения (применение глинистого раствора или чистой воды для промывки); 6.обследование насосного оборудования с целью выявления возможного заражения вод рудными элементами. 12

Методы концентрирования микроэлементного состава воды 1. Для перевода рудных элементов из раствора в осадок непосредственно у водопунктов существуют разные способы: Способ ТПИ (Томского политехнического института) – соосаждение микроэлементов с гидроксидом алюминия в присутствии сульфида натрия. В течение мин гидроксид алюминия осаждается на дне сосуда вместе с сульфидами и гидратами оксидов металлов. Способ ВИТР-ЛТИ (Всесоюзного института методики и техники разведки и Ленинградского технологического института) – соосаждение микроэлементов с сульфидом кадмия в присутствии хлорида железа. 2. Применяется метод сорбции на активированном угле, ионно- обменных смолах и др. Сорбент на 3-4 дня погружается в водоисточник. 3. Полнота концентрирования микроэлементов достигается лишь при определении валового содержания в сухом остатке гидрохимических проб, полученном при выпаривании. Воду подкисляют серной кислотой, выпаривают на песчаной бане, остаток подвергают спектральному анализу. 13

Атмохимические съемки - метод геохимических поисков полезных ископаемых и геологического картирования, основанный на исследовании состава газообразных компонентов в подпочвенной и приземной атмосфере. Съемки выполняются преимущественно в масштабах 1: –1: при поисках месторождений нефти и газа, а также погребенных рудных месторождений в закрытых районах с мощностью чехла молодых осадков более 10 м. Наиболее широкое применение атмохимические методы получили при поисках радиоактивных руд (радоновая и тороновая съемки), нефтяных и газовых месторождений. Самостоятельными видами атмохимических съемок являются газортутные и гелиевые съемки. 14

Газортутные съемки проводятся с целью поисков погребенных рудных месторождений (прежде всего, ртутных). Наиболее распространены съемки по почвенному воздуху. Опробование выполняется из шпуров глубиной 0,4-0,7 м зондом с золотым сорбентом. Отсос газа в объеме 0,5-1 л проводится со скоростью 1 л /мин. После прокачки поглощенная сорбентом ртуть десорбируется нагреванием и потоком атмосферного воздуха вводится в ртутный фотометр. Глубинность газортутного метода при поисках колчеданных и полиметаллических месторождений достигает 300 м, ртутных и сурьмяных месторождений – 400 м. Рациональный масштаб поисковых съемок 1:50 000, плотность сети наблюдений 500×50 м. 15

Гелиевые съемки геохимический метод картирования крупных блоков земной коры, имеющий ограниченное поисковое значение, хотя содержание гелия нередко определяется при атмохимических поисках. В качестве самостоятельного вида работ гелиевые съемки выполняются в масштабах 1: – 1: В подземных условиях свободный подвижный гелий равновесно распределен во всех фазах вмещающей среды: минералах и породах, в подземных породах и свободных газах. На практике широко применяется водно-гелиевая съемка. Содержание гелия определяют с помощью магниторазрядных индикаторов типа ИНГЕМ. Результаты анализа выражаются в Па (1 мл/л Па) Приповерхностное поле гелия отражает современный газообмен в верхней части литосферы, происходящий по зонам повышенной проницаемости. При этом на фоне аномального поля гелия выделяются аномалии, связанные с его восходящей фильтрационной нагрузкой. Интенсивность гелиевых аномалий может на 3-5 порядков превышать местный геохимический фон. 16

Районирование бывшего СССР по задачам геохимических поисков (1) ИндексОписаниеS, %ОбъектыМетоды А-1Открытые горно- складчатые районы, приподнятые щиты преимущественно в условиях расчле- нённого рельефа 30Эндогенные, экзогенные и метаморфические месторождения, прежде всего, рудные, преимущественно субвертикального залегания, в.т.ч. слепые месторождения. Современные речные и прибрежно-морские россыпи Все методы, но важнейшие лито- химические А-2В т.ч.с абс. высотами более 3000 м 2,5Освоение месторождений затруднено Литохимические; в гумидной зоне в сочетании с био- и гидрогеохими- ческими 17

Районирование бывшего СССР по задачам геохимических поисков (2) ИндексОписаниеS, %ОбъектыМетоды Б-1Закрытые районы двухъярусной структуры с чехлом молодых осадков менее 500 м преимущественно в условиях сглаженного рельефа 13В чехле – экзогенные рудные месторождения, в т.ч. гидрогенные в условиях субгоризонтального залегания. Прибрежно- морские россыпи. В складчатом фундаменте - объекты, аналогичные А-1 Литохимические Лито- и атмохимические Б-2Районы развития мощных толщ осадочных отложений (более 500 м) в условиях равнин и внутренних акваторий 57Только в осадочной толще. Месторождения нефти и газа, серы, боратов, калийных солей, I-Br вод. Осадочные м-я Fe, Al, Mn, P, U, древние морские россыпи Au, Pt Нефть и газ – атомохимические Лито-, био- и гидрогеохими- ческие методы 18