Лекция 1 Понятие о полезных ископаемых и их месторождениях Основная терминология

Лекция 1 Понятие о полезных ископаемых и их месторождениях Основная терминология

Полезные ископаемые могут использоваться либо в естественном состоянии (высококачественный уголь, кварцевый песок), либо после предварительной обработки путем сортировки, дробления, обогащения (большинство руд).

Полезные ископаемые находят самое разнообразное применение в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время почти любая горная порода определенного качества и в определенных экономических условиях может быть использована для тех или иных целей, а поэтому «бесполезных ископаемых» почти не существует.

По характеру использования различают три рода полезных ископаемых: рудные, неметаллические и горючие.

При определении руды говорят о экономической целесообразности извлечения из неметалла; при определении неметаллического полезного ископаемого, так же как и горючего ископаемого, отмечается его пригодность для народного хозяйства при условии определенной качественной и количественной оценки. Следовательно, учение о полезных испопае-мых не только геологическая, но и экономическая дисциплина, включающая определение масштаба оруденения, понятия промышленного и непромышленного содержания металла в руде, оценку технологических свойств минерального сырья, анализ развития добычи полезных ископаемых в СНГ и за рубежом и др.

Анализируя данные о химическом составе земной коры, прежд всего поражает неравномерность распределения элементов в зем ной коре. Девять ведущих элементов слагают главным образом неметаллические полезные ископаемые. Из элементов, входящих в состав рудных месторождений, фигурируют здесь лишь желез (4,20%) и аллюминий (7,45%), причем оба элемента играют суще ственную роль и в составе неметаллических месторождений. Углерод, слагающий в основном месторождения углей и нефти, содержится в земной коре в среднем всего лишь в количеств 0,35%

Среднее содержание в земной коре цветных и редких металлов входящих в состав рудных месторождений, составляет сотые, тысячные и даже миллионные доли процента:

Медь 0,01 Свинец 0,0016

Цинк 0,02 Олово 0.00008

Кобальт 0,004 Золото 0,0000001

Крайне незначительное среднее содержание полезных элемен тов в изверженных породах не позволяет использовать их непосредственно как источник полезных ископаемых. Однако в земноь коре протекают геологические процессы, которые ведут к местное концентрации рудных элементов. Эти обогащенные рудными элементами участки и являются рудными месторождениями

По мере развития человеческого общества расширялся круг используемых химических элементов в настоящее время используются практически вся таблица Менделеева из них в количестве более 1 млн. т в год более 20 элементов: О, Р, С, Н, С1, N, В, А1, Fe, Ва, Са, K, Na, Мn, Сr, Сu, Ni, Рb…

Большое внимание в последние годы в отечественной и зарубежной печати привлекают вопросы обеспеченности человечества минеральным сырьем. Действительно, за последнее столетие добыча полезных ископаемых во всем мире резко возросла. Так, например, добыча железа увеличилась более чем в 120 раз, нефти в 100 раз, бокситов за 35 лет (с 1930 по 1965 г.) в 137 раз и т. д. Современная добыча полезных ископаемых за каждые 8—10 лет примерно удваивается.

Поскольку добыча полезных ископаемых непрерывно увеличивается, а запасы их в земной коре не возобновляются, то неизбежно встает вопрос о том, достаточное ли количество полезных минеральных веществ находится в доступной нам верхней части земной коры? На этот вопрос можно ответить утвердительно.

Кроме прироста запасов руд с помощью известных методов поисково-разведочных работ дальнейшее развитие минеральносырье-вой базы мира возможно следующими путями.

1. 
   Открытие месторождений, не выходящих на поверхность (слепые залежи), с помощью геохимических или технически совершенных геофизических методов.
   
2. 
   Открытие и освоение новых видов минерального сырья, например азота, из воздуха; ряда полезных элементов (К, Мg, Вг, В и др.) из морской воды; использование океанических марганцевых конкреций (Мn, Ni, Со, Сu, Fе); эксплуатация подводных морских россыпей (золото, алмазы, олово, тантало-ниобаты и др.). Запасы этого сырья в отличие от месторождений на континенте возобновляются.
   
3. 
   Развитие и совершенствование технологических методов (металлургия, обогащение, химическое извлечение) позволяют широко внедрять комплексную переработку руд с полным использованием всех их составляющих компонентов. При обогащении руд можно шире использовать бедные вкрапленные руды, в которых, по В. И. Красникову, сосредоточено до 65% металла (от общего его количества в данном типе руд).
   
4. 
   Громадный резерв будущего представляет верхний слой земной коры мощностью 2 км. Количество металлов нем в рассеянном (кларковом) состоянии многократно превосходит суммарные запасы всех известных месторождений, например для железа в 10 000 раз, меди в 600 000 раз, олова в 6 000 000 раз и т. д.
   

В соответствии с определением месторождения полезного ископаемого как сложного геологического тела и руды как агрегата минералов, изучение месторождений требует всестороннего геологического подхода. Для характеристики месторождения и выяснения условий его образования необходимо знать: геологические условия залегания, морфологические особенности рудных тел, вещественный состав и структуры руд и, наконец, генезис месторождения.

Рассмотренные элементы месторождений полезных ископаемых в основном определяют и методы их исследования. Главными методами, применяемыми в учении о полезных ископаемых, являются: наблюдение, опыт, гипотеза и экономический анализ.

Одновременно с геологическими методами наблюдения широко применяются и геофизические. С их помощью можно оконтурить вмещающие породы, установить геологические структуры месторождения, проследить границы рудных залежей в плане, определить глубину распространения рудоносных зон и форму геологи­ческих тел, с которыми связано оруденение.

За последнее десятилетие для поисков месторождений и их изучения стали широко применяться геохимические (металлометрические, гидрохимические, биогеохимические), а также аэрогеологические и аэрогеофизические методы. При камеральной обработке собранных материалов метод наблюдения имеет также широкое применение. При микроскопических исследованиях руд в отраженном свете (минераграфия) определяются качественный и количественный минеральный состав руд и их структурные особенности. При микроскопическом исследовании вмещающих горных пород выясняются их состав, строение и процессы изменения.

Опыт. Изучение руд с помощью опытов или экспериментальных исследований проводилось еще в прошлом столетии. Важное значение для выяснения генезиса постмагматических месторождений имели экспериментальные исследования Р. Горансона (1931 г.) по нагреванию при высоких давлениях и температуре в запаянных 22 чугунных бомбах порошка гранита с водой, показавшие ограниченную растворимость летучих соединений в магме.

Интересны исследования Ф. В. Сыромятникова и Н. И. Хитарова (1944 г.) по переносу нелетучих компонентов водным газом и паром. Этими экспериментами доказано, во-первых, что критическая температура минерализованных растворов значительно выше критической температуры чистой воды, и, во-вторых, установлена возможность переноса в газовой фазе заметных количеств кремнезема, молибдена и других компонентов. Большое значение имеют экспериментальные исследования Я. И. Ольшанского и В. В. Иваненко (1958 г.) о растворимости сульфидов железа, меди, серебра и кобальта в водных растворах при комнатной и повышенной температурах. Экспериментальные исследования о переносе и отложении металлов гидротермальными растворами продолжены Р. П. Рафальским (1973 г.) — учеником и последователем Я. И. Ольшанского.

На основании произведенных исследований были заново освещены сложные вопросы генезиса гидротермальных сульфидных месторождений.

В последние годы широко развиты экспериментальные исследования синтеза минералов, необходимых для различных отраслей народного хозяйства. В СНГ были получены при температуре 1200—1500°С и давлении до 30 000 кгс/см² синтетические алмазы, использующиеся в абразивной и других отраслях промышленности. Кроме того, у нас производят искусственные кристаллы пьезокварца, рубина и других минералов.

в сульфидной жиле вдоль диабазовой

дайки (дорудного сброса).

— сульфидная жила; 2 — диабазовая дайка;

явления наблюдались на колчеданных месторождениях Урала (им. III Интернационала и Левиха).

Знание минерального состава руд помогает определению их качества, выяснению содержания в них полезных и вредных примесей. Не менее важно для научных и практических целей выяснение закономерностей распределения компонентов в рудном теле, что позволяет наиболее рационально направлять разведочные и эксплуатационные работы на месторождении. Знание вещественного состава и структуры руд помогает выбирать наиболее рациональный метод их механического обогащения, металлургической плавки и химической переработки.

Для неметаллических полезных ископаемых кроме минерального и химического состава важно знать физические свойства сырья, например прочность и длину волокна асбеста, прозрачность слюды, электросопротивление мрамора, огнеупорность глин, полевого шпата, кварцита и т. д.

В рудах различают рудные и нерудные минералы. Рудные минералы содержат ряд металлов, используемых в промышленности, например магнетит содержит железо, халькопирит — медь, галенит — свинец и т. д.

Нерудные, или сопровождающие, минералы сопутствуют рудным минералам. Руда редко состоит только из одних рудных минералов, в ней всегда присутствует некоторое количество нерудных минералов. К сопровождающим минералам относятся: а) оливин, пироксен, амфибол, встречающиеся в магматических месторождениях; б) гранат, пироксен, амфибол, хлорит, эпидот — в скарновых месторождениях; в) кварц, серицит, хлорит, карбонаты, барит, флюорит — в гидротермальных жилах ¹ и др.

Парагенетические ассоциации элементов и минералов в рудах

В месторождениях полезных ископаемых часто наблюдаются закономерные ассоциации химических элементов и минералов, называемые соответственно парагенезисом элементов и минералов. Большое внимание парагенезису уделяли В. И. Вернадский и А. Е. Ферсман. А. Г. Бетехтин уточнил и развил это понятие, предложив под парагенезисами минералов понимать не просто ассоциации всех совместно находящихся минералов, а определенные группы совместно образовавшихся минералов. В табл. 9, составленной по материалам А. Г. Бетехтина и др. (Курс месторождений полезных ископаемых, 1964) и И. Г. Магакьяна (1950), приведены некоторые парагенетические ассоциации важнейших элементов и минералов, встречающихся в месторождениях полез­ных ископаемых различных генетических типов.

Парагенезис элементов и минералов, слагающих руды, имеет большое значение для поисково-разведочных работ и оценки месторождений полезных ископаемых. Если в дунитах, например, встречены шлиры хромита, то возможно нахождение в них и платины. Если габбро содержат пирротин и халькопирит, то в них может присутствовать и никельсодержащий сульфид — пентландит. В гранитных пегматитах, содержащих кристаллы сподумена, следует искать касситерит.

В месторождениях прожилково-вкрапленных руд наряду с сульфидами меди может находиться в промышленных количествах и молибденит, поэтому необходимо производить опробование таких руд на молибден. В колчеданных пиритных рудах помимо основных промышленных элементов (Сu, Au, Ag, Pt) постоянно присутствуют и другие элементы, поэтому необходима комплексная переработка таких руд. Для латеритов характерно наличие в железной руде ценных примесей — никеля и хрома, позволяющих использовать их как природно-легированные руды.

А. Г. Бетехтин доказал (1950 г., 1955 г), какое большое значение для познания процессов рудообразования имеет изучение закономерных парагенетических ассоциаций в рудах.

Рассмотрим физико-химические условия образования сульфидов и окислов железа. Парагенетические ассоциации минералов в рудах зависят от температуры и состава растворов. Температура оказывает существенное влияние на устойчивость окислов и сульфидов железа. В воздухе, т. е. в условиях высокого парциального давления кислорода при температуре свыше 800°С, происходит термическая диссоциация гематита с переходом его в магнетит.

ЗFe₂О_з=2Fe_з0₄+0

В земной коре с глубиной по мере понижения концентрации кислорода это превращение наступает при более низких температурах. Поэтому в парагенетических ассоциациях минералов, образующихся в глубинных условиях, гематит не встречается как ранний высокотемпературный минерал. На глубине образуется высокотемпературный магнетит в парагенезисе с пироксеном и гранатом. Но это не значит, что магнетит всегда является высокотем-пературным минералом. Известны случаи нахождения низкотемпературного магнетита как в гидротермальных месторождениях в парагенезисе с сульфидами, так и в неметаморфизованных или слабометаморфизованных месторождениях железа типа коры выветривания в ассоциации с сидеритом и хлоритом (месторожде­ния Халилово, Малкинское).

Таким образом, для магнетита в зависимости от температуры его образования возможны три парагенетические ассоциации:

1. 
   высокотемпературный магнетит в скарновых месторождениях в ассоциации с пироксеном и гранатом;
   
2. 
   среднетемпературный магнетит гидротермальных месторождений в парагенезисе с сульфидами и гематитом;
   
3. 
   низкотемпературный магнетит в месторождениях коры выветривания, ассоциирующий с сидеритом и хлоритом.
   

Следовательно, в зависимости от температуры растворов пара-генетические ассоциации минералов различны, поэтому нельзя по одному характерному минералу (в нашем случае по магнетиту или пирротину) судить о температуре образования руды. Лишь определенная парагенетическая ассоциация минералов может быть надежным температурным критерием.

Еще большее значение для последовательности выделения раз­личных окислов и сульфидов железа имеет изменение состава растворов и, в частности, изменение соотношений концентраций кислорода и серы в процессе рудообразования.

Наблюдения по парагенезисам и последовательности образования минералов, относящихся к системе Ре—5—О, А. Г. Бетехтин (Основные проблемы ..., 1955) сводит в следующую группу пара-генетических рядов:

1. 
   Fе₃0₄-Fе₂0₃; FеS->Fе_з0₄-(Fе₂0_з); FеS —РеS₂ —(Fе₃0₄ —Fе₂0₃); FеS₂ — Fе₃0₄ — Fе₂0₃; FеS₂ —Fе₂0₃.
   

в растворе; стрелки, направленные слева направо,— повышение в растворе концентрации кислорода (O₂).

Рассмотрим эти парагенезисы на конкретных примерах. Пара-генетические ассоциации минералов при различном давлении в этой группе таковы:

Ряд 1. В условиях очень низкого давления сероводорода при повышении концентрации кислорода в растворе вместо магнетита будет выделяться гематит, как, например, на Чатахском гидротермальном месторождении (Грузия). Во многих железорудных месторождениях в этих условиях происходит мартитизация магнетита.

Ряд 2. При повышении концентрации сероводорода вначале образуется пирротин, который затем по мере увеличения концентрации кислорода в растворе замещается магнетитом, что наблюдается в жильных месторождениях медно-никелевых руд. Магнетит после полного исчезновения пирротина иногда замещается более поздним гематитом.

Ряд 3. В условиях более повышенного давления сероводорода пирротин при повышении кислородного потенциала в растворах замещается пиритом или марказитом. Замещение пирротина вторичным пиритом — широко распространенное явление. Реже встречаются псевдоморфозы по пирротину пирита с магнетитом, а иногда и с более поздним гематитом.

Ряд 4. При еще более повышенном давлении сероводорода первоначально выкристаллизовавшийся пирит в случае повышения концентрации кислорода замещается магнетитом. Такие взаимоотношения пирита с магнетитом наблюдаются в колчеданных рудах Карпушинского месторождения на Урале.

Ряд 5. При высоком давлении сероводорода вначале выпадает пирит, а после него при условии резкого повышения концентрации кислорода — гематит. Таковы, например, случаи выделения гематита после пирита в некоторых гидротермальных месторождениях Средней Азии, расположенных неглубоко.

По данным А. Г. Бетехтина, рудоотложение представляет собой сложный процесс и сопровождается неоднократным изменением в растворах режима серы и кислорода. Поэтому последовательность выделения минералов в рудах обусловлена не столько падением температуры, сколько изменением соотношений концентраций компонентов в растворах в процессе рудоотложения. Этим объясняется тот факт, что большинство минералов, особенно в рудах гидротермального происхождения, имеют несколько генераций.

Вредные и ценные примеси в рудах и комплексная переработка последних

Помимо элементов, имеющих промышленное значение, в рудах нередко встречаются так называемые вредные примеси. Например, в железных рудах это сера и фосфор. Сера вызывает ломкость металла в горячем состоянии, фосфор — ломкость и хрупкость его в холодном состоянии. Повышенное содержание этих элементов в руде снижает ее качество. Раньше железные руды с высоким содержанием этих примесей не разрабатывались. В настоящее время железные руды с содержанием серы выше нормы подвергаются специальной предварительной обработке. Например, магнетитовые сернистые руды горы Магнитной предварительно обогащаются путем магнитной сепарации, в результате чего отделяются сульфиды, вместе с которыми выводится и сера; после этого концентрат из магнетита пригоден для нормальной плавки.

Фосфористые руды раньше также не использовались для плавки. В 1879 г. инженер Томас разработал метод плавки на основном поде, так называемый метод томасирования, позволивший из фосфорсодержащих чугунов выплавлять кондиционную сталь. Получаемый при этом так называемый томасов шлак — фосфористый продукт — идет на удобрение.

К числу нежелательных примесей в железных рудах относится цинк. Содержание цинка порядка 0,2% очень вредно потому, что цинк при плавке образует летучие соединения, которые разрушают кладку доменной печи. Нежелательной примесью такого же рода в железных рудах являются свинец и мышьяк.

Но в железных рудах присутствует и ряд ценных примесей. Полезной примесью является марганец, в тех или иных количествах содержащийся во всех железных рудах. Он улучшает свойства чугуна и стали — увеличивает их твердость и вязкость и парализует вредное влияние серы.

Ванадий — ценная примесь титаномагнетитовых руд и бурых железняков в осадочных месторождениях. Содержание его, изме­ряемое сотыми долями процента, уже является промышленным. Ванадийсодержащая сталь идет на изготовление ответственных частей авиационных и автомобильных моторов.

Никель содержится в составе силикатных минералов в месторождениях бурых железняков коры выветривания. Он легко восстанавливается и почти целиком переходит при плавке в чугун. Никель улучшает механические свойства металла и делает его более стойким по отношению к окислению. Содержание его в руде, измеряемое десятыми долями процента, является промышленным.

Полезными примесями в железных рудах являются кобальт, медь, титан и хром, однако содержание трех последних элементов не должно быть выше определенной нормы. Иногда в железных рудах (бурых железняках) встречается золото; если содержание последнего значительное, то руда добывается не на железо, а на золото.

Что касается руд цветных металлов, то в них при современной технологии производства почти не существует вредных примесей; все составляющие их компоненты могут быть использованы. Переработка руд с использованием всех составляющих их полезных элементов называется комплексной. Вопросу комплексного использования руд уделяется в настоящее время большое внимание как в СНГ, так и в зарубежных странах. Из руд колчеданных месторождений Урала, полиметаллических месторождений Алтая медно-никелевых месторождений Монче-Тундры и Норильска, золоторудных месторождений Урала, Сибири могут быть извлечены при комплексной переработке попутно с основными компонентами редкие металлы, рассеянные элементы, а также железо и сера в большом количестве.

Лекция 3 Критерии и методы определения температуры образования руд.
Минералогические методы Знание температур образования минералов, горных пород и руд имеет большое значение для решения ряда геологических проблем и определения условий образования месторождений полезных ископаемых.

Известны многочисленные методы и критерии определения температур образования минералов и руд (Ингерсон, 1958). Рассмотрим некоторые из этих методов.

Халькозин имеет также две модификации — гексагональную, образующуюся при температуре более 103°С, и ромбическую, образующуюся при температуре менее 103°С.

Пластинчатые срастания кубанита с халькопиритом образуются при температуре 450°С; эмульсионная структура сфалерита—халь­копирита — при температуре около 350°С. Температура распада решетчатой структуры борнита—халькопирита (А. А. Филимо­нова, 1952 г.) —270°С. Эти температуры распада твердых раство­ров, установленные экспериментальным путем, не являются строго постоянными, они колеблются в некоторых пределах в зависимости от состава руды.

Приведенные данные указывают предельную температуру, при которой может существовать минерал соответствующей окраски.

Ассоциации минералов в рудах. В зависимости от температуры образования характерных минералов — геологических термометров — можно разделить руды постмагматических месторождений на три группы.

Высокотемпературные минералы (выше 300°С): магнетит, гематит, молибденит, висмутовый блеск, пирротин, пентландит, вольфрамит, кубанит, касситерит, гранат, пироксен, амфибол, топаз.

Среднетемпературные минералы (300—200°С): халькопирит; сфалерит, галенит, теннантит, тетраэдрит, кварц, хлорит, серицит, барит, кальцит, доломит.

Низкотемпературные минералы (ниже 200°С): стибнит, реальгар, аурипигмент, киноварь, теллуриды, серебро, селениды, аргентит, прустит, стефанит, пираргирит, марказит, мельниковит, адуляр, халцедон, опал.

Следует заметить, что одного минерала недостаточно для суждения о температуре образования руды, но парагенетическая ассоциация нескольких минералов является уже достаточно убедительной. С помощью минералогических методов можно лишь приблизительно определить температуру образования руд. Для более точной температурной градуировки процессов рудообразования большое значение имеет изучение газово-жидких включений в минералах.

Использование газово-жидких включений в минералах Изучая жидкие и газовые включения в минералах с учетом геологических данных, можно определить температуру и давление, при которых происходило образование минералов, химический состав и некоторые физические свойства минералообразующих растворов, их агрегатное состояние, последовательность циркуляции растворов и вообще получить ценные данные в отношении генезиса месторождений. Однако не следует переоценивать значение метода, так как жидкости, сохранившиеся в минералах в. виде включений, не представляют исходных материнских растворов, а являются лишь остаточными, конечными растворами. Это не истинная среда минералообразования, как отмечает А. Г. Бетехтин.

Определение температуры по газово-жидким включениям производится следующим образом. Выпиливается и отполировывается тонкая пластинка из минерала, содержащего жидкие включения. Пластинка, вложенная в особый прибор (термокамера), помещается на столик микроскопа или бинокулярной лупы и подвергается медленному нагреванию до момента исчезновения газовых пузырьков. Температура, при которой произойдет гомогенизация включения, т. е. исчезновение газовых пузырьков в жидких включениях, и должна отвечать температуре образования данного минерала.

По Н. П. Ермакову (1950), наиболее вероятный процесс образования газовых пузырьков и причины их исчезновения следующие. Объем маточного гидротермального раствора, заполнившего образованные в процессе кристаллизации поры, при охлаждении должен сократиться больше, чем объем самих пор. Вследствие разницы в объемах капельки жидкости и вмещающей поры в твердом минерале при охлаждении создается вакуум, быстро заполняющийся парами жидкости, образующей пузырек. Чем больше была нагрета жидкость, тем сильнее сократится ее объем и тем большие размеры должен иметь пузырек газа (пара) в поре.

Искусственное нагревание кристалла приводит к увеличению его объема и объема находящихся в нем пор. Однако маточная жидкость в порах увеличивается в объеме несравнимо больше, чем сами поры. Это вызывает постепенное уменьшение размеров газовых пузырьков, увеличение в них давления и конденсацию пара. Когда объем капельки жидкости и объем вмещающей ее поры станут равными, пузырек газа исчезнет, и этот момент гомогенизации включения фиксирует температуру маточного раствора, захваченного минералом

Температура гомогенизации газово-жидких включений принимается как минимальная температура кристаллизации минерала. Для месторождений малых и средних глубин, в которых начальное внешнее давление значительно не превышает внутреннее дав­ление раствора, полученные данные близки к истинной темпера­туре кристаллизации минерала. Для месторождений больших глубин, в которых внешнее давление велико, для определения истинной температуры минералообразования приходится вводить поправку на давление и концентрацию раствора.

Температура гомогенизации, полученная экспериментально, всегда несколько ниже истинной вследствие влияния высоких концентраций легкорастворимых солей и значительных давлений, существовавших на глубине. Так, например, для высокотемпературных кварцев Памира, жидкие включения которых в момент гомогенизации содержали 25—45% солей, температура гомогени зации, измеренная А. И. Захарченко (1955), 380—420°С. Затем он ввел поправку по кривым Е. Ингерсона и установил, что темпе ратура формирования высокотемпературных кварцев 400—550^СС

Рис. 1. Жидкие включения в минералах. По Н. П. Ермакову

Описанный выше метод позволяет определять температур кристаллизации гидротермальных минералов, но не верхний тем пературный предел образования руды твердое вещество. Это обычно кристаллики галита, карбонатов, сильвина, гематита, альбита и других минералов.

Изучение текстур и структур руд производится различными методами: наблюдения в естественных или искусственных обнажениях и зарисовки строения руд; макроскопическое или с помощью лупы изучение штуфов руд и образцов керна из скважин; изучение и фотографирование приполированных штуфов руд; микроскопическое исследование полированных шлифов в отраженном свете, сопровождающееся иногда травлением и выполнением микрофото.

Наиболее строгое определение этих понятий, которого автор придерживается в данной работе, дали А. Г. Бетехтин и др..

Текстура руды определяется формой, размерами и расположением агрегатов минералов. Морфологической единицей текстурного рисунка является агрегат минералов.

Структура руды определяется формой, размерами и расположением зерен минералов, точнее, кристаллических индивидов. Морфологической единицей структурного рисунка является кристаллическое зерно.

Между структурой и текстурой руды существует принципиальное различие. Некоторые исследователи считают, что текстуры — это крупные срастания минералов, которые изучаются невооруженным глазом, а структуры — тонкозернистые срастания, кото­рые можно изучать под микроскопом. Это внешнее различие между текстурой и структурой не принципиальное, а в ряде случаев и неверное.

В понятие структуры и текстуры руды, по А. Г. Бетехтину, вкладывается определенный генетический смысл. Различные текстуры руд формируются при разных геологических процессах, при этом особое значение для формирования текстурного рисунка имеет способ отложения руд. Так, при кристаллизации магмы, инъекции магматических расплавов, при процессах метасоматического замещения вмещающих пород, выполнения рудоносными растворами открытых трещин или полостей, выпадения минеральных масс из водных растворов и осаждения их на дне водного бассейна образуются различные текстуры руд, характерные лишь для данного геологического процесса.

Классификация текстур руд и краткая характеристика отдельных текстурных типов

Однородные (равномерные) текстуры

На метаморфогенных месторождениях известны руды массивной текстуры, образовавшиеся в результате переотложения и перекристаллизации ранее отложенных рудных масс.

Эти текстуры характеризуются вытянутостью рудных агрегатов в определенном направлении, обычно по простиранию и падению рудного тела.

Полосчатость может возникнуть в результате ритмичных отложений минерального вещества. Таковы, например, так называемые бурундучные руды Кадаинского свинцово-цинкового рудника в Восточном Забайкалье.

Как разновидность полосчатой текстуры можно отметить псевдослоистую, образующуюся путем избирательного метасоматиче-екого замещения тонкослоистых осадочных пород, Псевдослоистая текстура наблюдается, например, на полиметаллическом свинцово-иинковом месторождении Текели в Средней Азии.

Жильные текстуры, или текстуры пересечений, характерны для руд, в которых развиты секущие поперечные или диагональные прожилки, сложенные различным минеральным веществом. Такие прожилки, образованные преимущественно халькопиритом, теннантитом и сфалеритом, наблюдаются в колчеданных рудах Урала, где они секут полосчатость.

Крустификационные текстуры образуются в рудах при заполнении минеральным веществом открытых трещин. Нередко эти текстуры обладают симметричной полосчатостью, т. е. в лежачем и висячем боках жилы наблюдаются одни и те же минеральные вещества, располагающиеся послойно, согласно с очертанием других слоев руды. Крустификационные текстуры характерны для постмагматических- (гидротермальных) месторождений. Поскольку крустификационные текстуры образуются путем выполнения открытых трещин, они являются показателем отложения руд на небольшой глубине и при малом давлении.

Частный случай крустификационной текстуры — текстура гребенчатая, в которой отдельные полоски имеют столбчатое или шестоватое строение, причем эти столбики или шестики располагаются перпендикулярно зальбандам жилы. Такое гребенчатое строение могут иметь кварц, кальцит и некоторые рудные минералы (сфалерит и др.)

По мнению А. Н. Заварицкого и некоторых его последователей, полосчатые колчеданные руды уральских месторождений образовались в результате одностороннего сжатия рудных масс, причем минералы, обладающие большей пластичностью (халькопирит, сфалерит), оказались податливыми, текучими и расположились в виде полос вдоль рудного тела согласно с его контактами.

Руды колломорфной текстуры образовались из коллоидных растворов. По представлениям Д. П. Григорьева (1953), колломорфные текстуры не являются обязательным критерием отложения минерального вещества из коллоидных растворов. Подобные текстуры могут образовываться и в процессе кристаллизации из истинных растворов. Обычно колломорфные текстуры наблюдаются под микроскопом, хотя в некоторых случаях их можно различить и невооруженным глазом. Они встречаются среди сульфидных руд, образовавшихся на малой или умеренной глубине, но особенно характерны для окисленных руд месторождений выветривания.

Эти текстуры развиты в рудах эндогенных и экзогенных месторождений.

К этой же подгруппе текстур относятся колломорфные текстуры, представляющие собой сложнопетельчатые и пятнистые агрегаты. Эти текстуры наблюдаются главным образом в сульфидных рудах гидротермального происхождения. Примером может служить колломорфная текстура золотоносного кварца с сульфидами Балейского месторождения Восточного Забайкалья.

Среди месторождений выветривания так же широко распространены неправильные, сложные текстуры, например корковая и натечная, представляющие собой корки или натеки минерального вещества в рудах, образующихся при поверхностных процессах (лимонитовые руды, малахит, смитсонит и др.).

Жеодовые текстуры образуются в результате выполнения минеральным веществом полостей в рудах и горных породах. Жеоды имеют концентрически-зональное, послойное строение. Иногда они достигают Огромных размербв.' Например, известна

Генетическое значение текстур руд

Текстуры руд отличаются большим разнообразием. Выше рассмотрены далеко не все типы текстур, а лишь некоторые наиболее .характерные из них.

При изучении того или иного месторождения можно встретить текстуры руд, для которых не подходят известные названия. Необходимо помнить, что самое существенное в изучении текстур руд — это не определение названия текстурного типа, а анализ возрастных взаимоотношений минеральных агрегатов, вскрываю-^:щих сущность генетического процесса. Это довольно трудная задача, осложняющаяся тем, что руды различного тенезиса могут иметь текстуры с одинаковыми морфологическими особенностями. Например, полосчатые текстуры могут наблюдаться в магматических, гидротермальных и метаморфизованных месторождениях, друзовая текстура — в скарновых, гидротермальных и экзогенных месторождениях. Поэтому изучение только текстур недостаточно для определения генезиса месторождения. Текстура руды в совокупности с морфологическими, минералогическими и геологическими критериями позволяет решать сложный и важный вопрос происхождения месторождения.

Очень важное значение для познания генезиса месторождений имеет установление возрастных взаимоотношений минералов и их агрегатов. Критерии, определяющие последовательность выделения минералов, довольно разнообразны.

Форма зерен — хорошо образованные идиоморфные кристаллы часто (но не всегда) выделяются первыми. Исключение представляют метакристаллы, которые возникают вследствие весьма значительной силы кристаллизации; они моложе окружающих их минералов.

Коррозия и замещение одного минерала другим являются надежным возрастным критерием: замещающий минерал моложе минерала замещаемого.

Секущие жилки — наиболее надежный возрастной признак. Минералы, слагающие жилки, моложе окружающего минерального вещества. Взаимные пересечения жилок разного состава могут указывать на несколько стадий минерализации.

Иногда, правда, жилка является не поздним, а более ранним образованием, чем руда. Например, среди осадочно-вулканогенной толщи образовался карбонатный прослой, пересеченный впоследствии кварцевой жилкой. После этого карбонатный прослой был метасоматически замещен сульфидами. В этом случае сульфидное тело прослоя моложе секущей кварцевой жилки.

При отложении одного минерала после деформации другого более молодым является минеральное вещество в трещинках и цементе брекчий, хотя и не всегда. Например, если карбонатные обломки брекчий избирательно замещены сульфидами — последние моложе цементирующей массы.
Лекция 5 Классификация месторождений полезных ископаемых

Классификация месторождений полезных ископаемых как природных объектов должна удовлетворять ряду принципов их обоснованного подразделения: наличия цели разделения; системности или соответствия рангов классифицируемых объектов, например нельзя сравнивать рудопроявления и месторождения; непрерывности классификационных ячеек; выдержанности оснований подразделений; невозможности вхождения одного и того же объекта в разные классификационные ячейки; непрерывности подразделений; предсказуемости свойств классифицируемых объектов и др. Исходя из них, существуют различные по целям и основаниям группировки месторождений, чему посвящена обширная литература. Из практически важных надо отметить подразделения месторождений по следующим критериям; форме рудных тел и рудоносных зон; степени сложности их строения — классификация Государственной комиссии по запасам (ГКЗ) I; видам минерального сырья

Важным способом характеристики особенностей рудной минерализации различных территорий является представление о геологических и рудных формациях.

1. 
   рудогенерирующие, в которых промышленные скопления руд представляются естественным компонентом;
   
2. 
   рудоносные — хотя и содержат рудные месторождения, но связь их с оруденением не определена;
   
3. 
   рудообразущие, являющиеся источником энергии при формировании месторождений;
   
4. 
   рудовмещающие — содержат продукты рудогенеза более древних, чем данная формация, эпох.
   

В рудные формации объединяются близкие по составу месторождения, формировавшиеся в сходных тектоно-магматических условиях, определяемых единством тектонического режима. Выделяемые формации могут быть конвергентными, поскольку они определяются главнейшими минеральными парагенезисами и геологической обстановкой, влиявшими на текстурно-структурные и другие особенности руд. Названия формаций определяются двумя главными характеристиками ─ составом ведущих минералов или элементов (металлов) и происхождением рудной массы (генезисом). Например, медно-никелевая, сульфидно-касситеритовая гидротермальная и т. д. Закономерное нахождение эндогенных рудных формаций выделяют в качестве генетических рядов, представляющих собой естественную ассоциацию рудных формаций, связанных с одной магматической формацией или определённым магматическим комплексом. В основу систематики рядов положен тектонический принцип и учёт источников рудного вещества.

Отдельная рудная формация и их ряды служат основной еденицей классификации месторождений полезных ископаемых и определяют металлогенический тип рудных районов и провинций. Один или несколько рядов рудных формаций, объединённых по их связи с определёнными типами магм и различными источниками вещества, выделяют в качестве генетических серий. Известны серии формаций, связанных с магмами: ультраосновного состава, базальтоидного, траппами, внутрикоровыми гранитоидами и т.д.

Для региональной оценки рудоносности используют понятие о металлогенической формации, под которой понимают комплекс парегенетически связанных горных пород магматического, осадочного и метаморфического происхождения и ассоциированных с ним месторождений полезных ископаемых, обусловленных единством происхождения в определённых структурно-формационных условиях.

Эти данные позволяют вычислить объём тел полезных ископаемых, а при умножении объёма на плотность позволяют определить запасы полезных ископаемых в весовом исчислении. При подсчёте запасов жидких и газообразных полезных ископаемых (нефть, подземные воды, горючий газ), помимо объёмного метода, применяется способ расчёта запасов по притокам в скважинах. Для некоторых месторождений полезных ископаемых, кроме того, подсчитывается количество содержащихся в них запасов ценных компонентов, например запасы металлов в рудах. Запасы полезных ископаемых в недрах измеряются в м₃ (строительные материалы, горючие газы и др.), в тоннах (нефть, уголь, руды), в килограммах (благородные металлы) или в каратах (алмазы). Величины запасов полезных ископаемых обладают различной достоверностью их подсчёта, зависящей от сложности геологического строения месторождений и детальности их геологической разведки.

По степени достоверности определения запасов они разделяются на категории. В СНГ действует классификация запасов полезных ископаемых с разделением их на четыре категории: А, В, C1 и C2.

К категории А принадлежат детально разведанные запасы полезных ископаемых с точно определёнными границами тел полезных ископаемых, их формами и строением, обеспечивающими полное выявление природных типов и промышленных сортов минерального сырья в недрах месторождения, а также геологических факторов, определяющих условия их добычи. К категории В относятся предварительно разведанные запасы полезных ископаемых, с примерно определёнными контурами тел полезных ископаемых, без точного отображения пространственного положения природных типов минерального сырья. В категорию C1 включают запасы разведанных месторождений сложного геологического строения, а также слабо разведанные запасы полезных ископаемых на новых площадях или на площадях, непосредственно прилегающих к детально разведанным участкам месторождений; они подсчитываются с учётом экстраполяции геологических данных детально разведанных участков месторождений.

К категории C2 относятся перспективные запасы, выявленные за пределами разведанных частей месторождений на основании толкования их геологического строения, с учётом аналогии сходных и подробно разведанных тел полезных ископаемых.

Из зарубежных наиболее распространена американская классификация запасов полезных ископаемых. В ней выделяются три категории запасов: 1) измеренные (measured), определяемые на основании замеров в горных выработках и буровых скважинах, 2) выверенные (indicated), подсчитываемые при распространении данных горных работ и бурения за их пределы, 3) предполагаемые (inferred), оцениваемые по общим геологическим данным. По правилам, существующим в странах СНГ, месторождения полезных ископаемых могут быть введены в эксплуатацию при условии, если они обладают определённым соотношением запасов полезных ископаемых различных категорий.