Лекция 5. Общие принципы методики поисков МПИ

Методика поисков включает комбинацию методов поисков и последовательность их проведения.

Главные принципы методики поисков – получение характеристик геологических (в том числе аэро- и космофотогеологических), минералогических, геохимических и геофизических аномалий, создаваемых полезными ископаемыми или структурами, вмещающими МПИ. Аномалии выявляют и оконтуривают при изучении соответствующих полей (минералогических, геохимических, геофизических и т.п.). Характер последних связан с особенностями конкретных физико-географических и горно-геологических условий района работ.

Изучение полей и выделение аномалий производится профильными маршрутными пересечениями и путем площадной съемки.

Маршрутные пересечения производятся в начальную стадию поискового изучения. Сначала перспективные объекты пересекаются (картируются) вкрест простирания, затем прослеживаются по простиранию. Обычная длина поискового маршрута не должна превышать 4 км. Выбор линии маршрута зависит от представлений о перспективности района на те или иные виды ПИ определенного генетического и морфологического типа (россыпные месторождения ищут в долинах, рудные – обычно на склонах и водоразделах).

Маршрутный метод дает самые общие сведения об объекте. Результаты наблюдений интерполируются на большие расстояния между точками наблюдений и экстраполируются за их пределы. Точность и достоверность таких построений невелика, трактовка их многовариантна.

Площадная съёмка ставится там, где маршрутами выявлены обнадеживающие признаки оруденения (масштабные высыпки и коренные выходы минерализованных пород, отдельные точки минерализации с повышенным содержанием полезных компонентов и др.). Съемка проводится по равномерной сети наблюдений, с более ограниченной интерполяцией данных, следовательно, с повышенной достоверностью.

Поисковая сеть – совокупность точек наблюдения, выполненных тем или иным поисковым методом для выявления МПИ или их признаков. Главные параметры поисковой сети – плотность и ориентировка. Плотность диктуется масштабом исследований и определяется расстояниями между профилями и точками по профилю, ориентировка – азимутом профилей. Общее правило расчета поисковой сети – в среднем на 1 см² карты соответствующего масштаба приходится не менее 1 точки наблюдения любым поисковым методом. Более точный расчет связан с конкретными особенностями каждого метода и типа искомого объекта.

При геологической съемке масштаба 1:50 000 геологические и поисковые наблюдения ведутся обычно сети в среднем 500×500 м, а геохимическая съемка – по сети 500×50 м. В случае, если ведутся поиски маломощных рудных тел (например, золото-кварцевых жил), геохимическая сеть сгущается до 200×20 м и даже 100×10 м. Донное опробование по потокам рассеяния при данной съемке проводится по водотокам с шагом 200 м.

Вышеприведенные принципы осуществляются при обычных геологических съемках. Вместе с тем практический опыт успешного изучения территорий в регионах России и бывшего СССР показывает, что равномерное распыление средств, сил и внимания на обширные территории не эффективно и не приводит к поисковым открытиям даже при неоднократном повторении площадных работ. Иными словами, необходима тщательная и квалифицированная предварительная разбраковка района работ, с выделением участков разной степени перспективности. Поисковые работы концентрированно проводятся на выделенных наиболее перспективных участках, за счет разрежения их на менее перспективных. Такая концентрация исследований на целенаправленном прослеживании рудоконтролирующих структур иногда именуется геолого-минерагеническим картированием (ГМК). Масштаб такой съемки различен – от 1:500 000 до 1:1 000. При ГМК опускаются геологические задачи, второстепенные для целей поисков – стратиграфические и др., как правило, превалирующие при обычной геологической съемке. Соответственно уменьшается объем картографических работ, не связанных напрямую с задачами поисков и прогноза. За счет концентрации наблюдений и опробования на локальных участках резко возрастает плотность поисковой сети и соответственно вероятность обнаружения сначала перспективной аномалии, а затем и самого МПИ.

Сводная классификация методов поисков приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1.

Классификация современных методов поисков МПИ

Классы методов 1-4 являются средством наведения на цель наиболее дорогостоящих, но и наиболее надежных горно-буровых работ. Последние являются техническим средством заверки результатов всех предшествующих методов, а с другой стороны имеют самостоятельное поисковое значение в тех случаях, когда все другие методы не могут выявить отчетливые аномалии.

Космическое зондирование (фото- и геофизическая съемка из космоса) дает в высшей степени ценную информацию, нередко недоступную для любого другого метода (в том числе аэрометодов). Преимуществом космометодов является естественная, объективная генерализация изображения поверхности Земли, получение снимков и других материалов на обширной территории в условиях одного времени суток, равной освещенности, с минимальными плановыми искажениями. «Большое видится на расстоянии» - по этому принципу выявлены многие рудоконтролирующие структуры, не наблюдаемые на земле и с воздуха, в первую очередь кольцевые, а также зоны наиболее крупных глубинных разломов.

Качественный КФС отражает наиболее крупные черты рельефа и ланшафта, связанные в первую очередь с геологическими, а не географическими и народно-хозяйственными факторами. Поэтому на КФС «просвечивают» глубинные структуры, энергия которых интегрируется в формах макро- и микрорельефа поверхности и отображается в космических фотообразах. Для усиления контрастности фотоизображения эндогенных объектов применяют спектрозональные снимки. Если на черно-белых КФС различия в оттенках фотополей разных породных комплексов могут быть незначительны, то на спектрозональных они могут быть окрашены в разные цвета. Например, кровли невскрытых соляных куполов в пустынях Ирана (имеющих важное значение для прогноза нефти) на черно-белых снимках имеют слабые тоновые отличия от вмещающих пород, а на спектрозональных снимках, полученных в 1970-ые годы американскими геологами со спутников Лэндсат, они выделяются голубым цветом на желтом фоне. Космоматериалы выявляют наиболее крупномасштабные перспективные структуры и успешно используются при поисках нефти, газа, солей, металлов. Наиболее употребимые при поисках масштабы КФС – от 1:1 000 000 до 1:80 000.

Недостаток космофотометодов – недостаточная детальность изображения. Он восполняется аэрофотометодами. Обычно при поисках используют АФС масштаба 1:33 000 –1:10 000.

На АФС и при аэровизуальных наблюдениях с различной детальностью (в зависимости от рельефа, обнаженности, залесенности, хозяйственной освоенности территории) различаются локальные деформации толщ – складчатые, разрывные, карстовые; литологические неоднородности, контакты пород. Нередко ярко проявлены потенциально рудоносные зоны гидротермальных изменений пород, особенно магматических. В зонах окисления минерализованные породы на открытой, незалесённой местности часто выглядят, как факелы - яркие поля желтого, бурого, красного, розового цветов, что прекрасно наблюдается с воздуха. По рисунку гидросети, прямолинейным и кольцевым элементам ландшафта выявляются неотектонические нарушения, купольные структуры. На АФС хорошо читаются суффозионные просадки местности над гипсами, солями, сульфидными рудами, рощицы близ старинных разработок в степи, цепочки древних карьеров и отвалов, безошибочно фиксирующие рудные зоны.

На КФС и АФС различных масштабов с предельной чёткостью проявляется значение горно-эксплуатационного фактора – расположение старинных и современных разработок вдоль дешифрируемых элементов геологического строения (разломов, складок, кольцевых структур, вулканических куполов и депрессий, маркирующих горизонтов, элементов древней и современной гидросети и т.д.). Это позволяет выявить рудоконтролирующую роль этих элементов, обосновать задачу их целенаправленного поискового прослеживания, а кроме того, уточнить расположение некоторых разработок (особенно старинных, по которым отсутствуют достоверные данные).

При аэровизуальных маршрутах нередко выявляются наиболее крупные элювиальные развалы кварца, грейзенов, альбититов, полосы развития минерализованных пород, намечаются выходы коренных пород, которые необходимо изучить наземными маршрутами.

Аэродесанты применяются в слабо изученных, трудно доступных для наземного и водного транспорта районах. Обычно они осуществляются в режиме кратковременной вертолетной заброски поисковой группы на предварительно намеченный (желательно хорошо обнажённый) участок, приоритетная привлекательность которого определена при дешифрировании АФС, аэровизуальных маршрутах, анализе геологической карты. Несмотря на такой сугубо рекогносцировочный характер изучения, слаженная оперативная работа группы квалифицированных исполнителей на удачно выбранном участке даёт вполне ощутимую практическую пользу.

Наземные маршруты – первая стадия собственно поисковых работ. В маршрутах используются прежде всего минералогические группы методов. Следует иметь в виду, что от наблюдательности, квалификации, старательности исполнителя зависит, в какой ранг по перспективности попадет участок работ, привлечет ли он поисковое внимание, или будет надолго забыт. Именно в маршрутах и площадными съемками выявляются точки минерализации, минералогические, геохимические и геофизические аномалии, рудопроявления.

Приоритетными геологическими объектами являются зоны разрывных нарушений, аэро – космофотолинеаменты, кольцевые структуры, контакты и апикальные части интрузивных массивов и их отдельных фаз, дайки, вулкано-тектонические структуры, изограды метаморфизма, участки минерализованных (сульфидизированных, окварцованных, хлоритизированных, альбитизированных, графитсодержащих, битуминозных и др.) пород.

Наиболее простыми для обнаружения в маршрутах объектами являются металлоносные кварцевые жилы, создающие контрастно выделяющиеся на местности крупнообломочные ореолы. Вместе с тем следует помнить, что даже в пределах достоверных рудных полей лишь незначительная часть обломочного кварцевого материала дает промышленные содержания, поэтому даже в этом самом простом варианте поисков необходимо тщательное изучение и описание состава и облика жильного кварца (текстуры, структуры, второстепенные жильные минералы, сульфиды и другие рудные минералы, их количество, габитус, вторичные изменения и т.д.). Особое внимание уделяется контактам – «зальбандам», обычно наиболее богатым частям кварцевых жил.

Нужно иметь в виду, что наиболее приметные крупные обломки белого кварца, которые в безлесной расчлененной местности «светятся» на солнце и видны иногда за несколько километров) не обязательно самые продуктивные. Чаще наоборот, они именно потому такие белые и крупные, что не подверглись дроблению и рудной минерализации. При этом истинная мощность кварцевой жилы, сформировавшей на склоне развал плитообразных обломков размером до 2-3 м, может быть не велика – 20-30 см, но создается впечатление, что весь склон сложен кварцем.

Часто рудные тела избирательно подвергаются наибольшему выветриванию, и отличить их от вмещающих пород можно лишь по неявным признакам (полосы осветленных, ожелезненных пород, пестро окрашенные глины, мелкодресвяная и песчаная кварцевая сыпучка, слабое позеленение в песчаниках, связанное с тонкой вкрапленностью малахита в медистых песчаниках и скородита по игольчатому арсенопириту во вкрапленных рудах золота).

Таким образом, рядом со сверкающими обломками жильного кварца может находиться невзрачная с виду полоса желтоватых или зеленоватых пород с рассеянными по её поверхности песчано-дресвяными обломочками буроватого кварца и (или) других гидротермальных минералов, которая представляет собой окисленный выветрелый выход на поверхность мощной минерализованной зоны дробления с высоким содержанием ценных металлов, имеющей несомненные промышленные перспективы.

Нередко выход кварца с видимыми – весьма эффектными выделениями видимого золота, но с незначительными размерами жил, «успешно» отвлекает внимание от темно-серых, зеленоватых, желтовато-красноватых пород с нитевидными прожилками кварца и тонкой (иногда не видимой визуально) вкрапленностью сульфидов (пирита, пирротина, арсенопирита и др.), слагающих очень крупную залежь прожилково-вкрапленных руд золота. Такая ситуация типична на крупнейшем российском месторождении – Сухой Лог в Иркутской обл. (около 2 тыс.т золота), где мелкие кварцевые жилы с видимым золотом известны с XIX века, но промышленное значение вмещающих жилы сульфидизированных черных алевролитов выявилось только в конце 1970-ых – 1980-ые гг.

Опробование – непременная составная часть поискового маршрута. При маршрутной заверке минералогических, геохимических, геофизических аномалий опробуются все разности гидротермальных и метасоматических пород, и продукты их выветривания и окисления. Главный способ опробования в маршрутах – точечное (штуфное). В пробу весом 1-3 кг набираются сколки и рыхлые комки потенциально рудоносных пород, равномерно с площадки 2×2 м – 10×10 м. Нежелательно набирать пробу из одного куска руды, даже наиболее привлекательного по виду (за исключением случаев, когда нужно набрать «сигнальную» пробу с наивысшим содержанием для привлечения внимания к участку). Стандартная плотность такого опробования – 1 проба на 1 км маршрута, но иногда необходимо сгущать её до 1 пробы на 10-20 погонных метров маршрута.

Коренные выходы рудных (и потенциально рудных) тел опробуются бороздовыми и задирковыми пробами.

Бороздовая проба отбирается вкрест рудного тела мощностью более 0,3 м и обычно имеет прямоугольное сечение площадью 10×3 см (при опробовании на россыпные минералы – 20×5 см). Длина её определяется мощностью рудного тела, но не более 1-2 м. При большей мощности линию бороздового опробования делят на секции аналогичной, по возможности равной длины. Для кварцевых жил рекомендуется длина бороздовых проб не более 0,3-0,5 м, независимо от мощности жил. Помимо самих жил обязательно опробуются околожильные породы, хотя бы по 1 бороздовой пробе с каждого бока, длиной, равной мощности жилы.

Задирковые пробы берутся по маломощным (до 0,3 м) телам по их простиранию, на длину 0,5-1,0 м. Глубина задирки 3–5 см.

Древним и весьма эффективным «экспресс-анализом» в поисковых маршрутах является протолочно-шлиховой метод - промывка элювиально-делювиального мелкозема из-под выходов жил, минерализованных зон, из материала кор выветривания. Просеянный, отсортированный от крупных обломков рыхлый грунт (а иногда и протолочка – искусственно раздробленный молотком или в ступе материал коренных пород) сносится к ближайшей воде и промывается. Золото, платина, касситерит, вольфрамит, молибденит и другие ценные тяжелые минералы при навыке легко обнаруживаются после промывки. При отсутствии промывочного лотка его можно заменить котелком, кастрюлькой, тарелкой, крупной консервной банкой, дугообразно изогнутой пластиной бересты и т.д.

Отобранные в маршруте пробы – точечные, штуфные, бороздовые, шлиховые, геохимические, минералогические и т.д., а также данные радиометрии отмечаются в полевой книжке с указанием номера, вида и веса пробы, состава опробованного вещества, привязки пробы.

Часто самым информативным способом маршрутов, особенно в слабо изученных районах, является обломочно-речной метод - обследование береговых кос, островов и русел водотоков на предмет наличия валунов и обломков руды. Чем крупнее обломок руды, чем меньше его окатанность, чем ближе он к вершине водотока, тем ближе источник сноса. В омытых водой аллювиальных обломках нередко легче установить рудную природу образца, чем на склоне и водоразделе, где породы и руды покрыты коркой выветривания.

Расстояние между точками наблюдения в поисковом маршруте (фиксированные точки с географической привязкой – т.е. с указанием расстояния и азимута до ближайшего ориентира, показанного на топокарте) зависит от масштаба картирования и колеблется от 10-20 м до 0,2-0,5 км. На точке наблюдения, после определения её положения на топокарте и аэрофотоснимке (в современной практике – замера координат на приборе типа GPS) описывается геоморфологическая ситуация, степень обнаженности, наличие или отсутствие прямых и косвенных поисковых признаков (коренных выходов или крупнообломочных ореолов рассеяния гидротермалитов, метасоматически измененных пород, обломков и вкрапленности ценных минералов, аномалий любого рода, зон дробления и т.д.). При наличии коренных выходов, естественных или искусственных, точки наблюдения следует располагать именно на них. Расстояние между точками наблюдения также непрерывно осматривается, общие результаты наблюдений отражаются в полевой книжке.

Наблюдения в ходе вышеописанных поисковых работ нередко суммируются на минералогических картах, на которых особыми значками показаны точки находок ценных минералов и их характерных минеральных спутников. Размер и форма знаков отражают концентрацию минералов, размеры и морфологию их индивидов. Минералогическое картирование в совокупности с геохимической съемкой позволяет выявить закономерности зонального развития перспективных минералого-геохимических ассоциаций, наметить наиболее продуктивные «эпицентры» рудных полей, предсказать выявление новых, ранее промышленных типов оруденения.

Многие крупные и даже уникальные месторождения были открыты именно в ходе маршрутов – богатейшие россыпи Колымы (по находкам самородков на поверхности), медно-никелевые руды Норильска (по выходам сульфидных минеральных агрегатов), богатые золото-сурьмяные руды Сарылахского месторождения (по крупным обломкам антимонита), нефть Усинского месторождения (по выходам известняков с обильными выделениями битума) и др.

Речной шлиховой способ, как разновидность минералогической группы поисков, является одним из древнейших. Он позволяет быстро оценить перспективность обширных неизученных территорий. Пример гигантской рудной провинции, открытой промывочным лотком – золотой Северо-Восток России. Другой пример – оконтуривание площадей выхода алмазных трубок в Якутии с помощью пироповой шлиховой съемки. Подробное рассмотрение шлихового метода приведено в лекции 6.

Подводные поиски включают батиметрическое эхолотирование, видеосъемку, драгирование дна, бурение скважин с плавучих платформ и со льда, отбор проб воды и газа в устьях подводных источников, геофизические исследования - прежде всего сейсморазведку. Примеры крупных открытий на дне морей – морские россыпи касситерита в Индонезии и Малайзии, полиметаллические месторождения Атлантис-2 в Красном море, впадина Логачева в Срединно-Атлантическом хребте, Хуан-де-Фука в Тихом океане, обширные поля железо-марганцевых конкреций в Индийском и Тихом океанах, месторождения углеводородов на шельфе.

Крупное Приразломное нефтяное месторождение на шельфе Баренцева моря было выявлено в начале 1980-ых гг. путем геологического картирования фаций донных осадков с помощью драгирования. При этом было обращено внимание на обширный выход песков среди сплошного развития тонкозернистых илов. Ареал развития песков был интерпретирован как область устойчивого неотектонического поднятия, возможно, отражающего глубинную деформацию в осадочной толще. Это предположение затем подтвердилось сейсмической съемкой, выявившей крупную купольную структуру, и первая же поисковая скважина дала исключительно мощный дебит нефти.

Геохимические и геофизические группы методов подробно рассмотрены в лекциях 7 и 8.

Кратко остановимся на поисках МПИ на других планетах. Как известно, Луна, Марс и Венера изучались (Марс изучается и в настоящее время) автоматическими планетоходами, а Луна посещалась американскими астронавтами. Важным источником информации о строении и составе планет, комет, астероидов являются дистанционные методы – наблюдения в телескопах, с космических зондов.

Наша ближайшая космическая соседка, Луна, привлекает внимание наличием в своих недрах легкого изотопа гелия. Промышленное освоение Луны в свете её гелиевых перспектив может стать новой перспективной задачей российской космонавтики. Глава ракетно-космической корпорации "Энергия" Николай Севастьянов заявил: "Мы говорим сейчас о термоядерной энергетике будущего и новом экологическом типе топлива, которое нельзя добыть на Земле. Речь идет о промышленном освоении Луны для добычи гелия-3".

Гелий-3 способен вступать в термоядерную реакцию с дейтерием, и этот процесс многие считают потенциальным источником дешевой энергии. Использование "лунного реагента" выгодно отличается от часто упоминаемого дейтерий-тритиевого синтеза тем, что в ходе реакции образуются свободные протоны, а не нейтроны. Последние, могут значительно больше времени провести вне реактора, а потому более опасны.

Легкий изотоп гелия составляет менее одной миллионной от общего количества этого вещества на Земле, однако с 1948 года его регулярно выделяют и используют для исследований в области сверхнизких температур. Напротив, большие количества гелия-3 содержатся в аморфном лунном грунте - реголите, где образовались под воздействием солнечного ветра.

Доставка ощутимых количеств минерала на Землю может потребовать существенных усилий и времени, однако в сообщении руководителя ракетно-космической корпорации о сроках, когда это станет возможным, не упоминается. При этом Севастьянов заметил, что прежде нужно "наладить транспортное сообщение между Землей и Луной с помощью кораблей "Союз".

Гигантские скопления метана и других углеводородов обнаружены с помощью космических зондов на дальних планетах Солнечной системы, например, на Титане – спутнике Сатурна. Их наличие здесь, при температуре -180 градусов Цельсия, едва ли можно объяснить биологическими причинами. Понятно, что такие резервы углеводородов не скоро будут освоены человечеством, но сам факт их образования в абиогенных условиях позволяет по-другому взглянуть на генезис нефти и газа на Земле.