изометричная форма рудного тела
Тема 3. Формы рудных тел полезных ископаемых
Формы тел полезных ископаемых определяются тектоническими и литологическими особенностями участков земной коры, где происходит образование месторождений полезных ископаемых. На рудных полях выделяются дорудные, внутрирудные и пострудные тектонические нарушения. Дорудные разломы, складки и магматические тела определяют формы залегания и размеры скоплений полезных ископаемых, а также условия и способы их отработки. Внутрирудные разломы и складки развиваются в период рудообразования и также влияют на морфологию оруденения, а пострудные тектонические нарушения приводят к нарушению первичного залегания рудных тел.
Среди форм рудных тел полезных ископаемых выделяются четыре группы [7,8]: изометричные, плитообразные (уплощенные), столбообразные (вытянутые в одном направлении), сложные.
1. Изометричные рудные тела, имеющие приблизительно одинаковые размеры в различных направлениях.
Шток (рис. 1) – близкая к изометричной залежь сплошного минерального вещества.
Штокверк (рис. 2) – участок горной породы, пронизанный мелкими прожилками и насыщенный вкрапленностью рудного вещества.
Гнездо – скопление полезного ископаемого незначительных размеров и близкого к изометричному очертания.
2. Плитообразные рудные тела, вытянутые в двух направления. Пласт, пластообразная залежь – плитообразное тело больших размеров по падению и простиранию, но незначительное по мощности, залегающее согласно с вмещающими породами.
Жила – плитообразное тело, вытянутое по падению и простиранию, приуроченное обычно к трещинам, секущим вмещающие породы; известны простые (рис. 3), сложные (переплетающиеся, сетчатые) (рис. 4), камерные (с раздувами), седловидные (в шарнирах складок) (рис. 5), лестничные (выполняющие поперечные трещины в дайках), типа «конского хвоста» (в виде пучков мелких жил) и другие жилы.
|
Линза, линзообразная залежь (рис. 6) – переходное от изометричного тело, имеющее максимальную мощность в центре и выклинивающееся к периферии.
3. Столбообразные рудные тела, вытянутые в одном направлении. Трубка, труба, трубообразная залежь (рис. 7) – вытянутое в одном направлении и близкое к изометричному в поперечном сечении тело, приуроченное к вулканическим или тектоническим структурам.
4. Сложные по морфологии рудные тела представляют собой комбинации жил и пластов или других рудных тел. Часто формируются при пересечении секущих и согласных разрывных нарушений или на контактах интрузивов.
Пострудные складки, разломы и дайки магматических пород часто интенсивно нарушают рудные тела. При этом иногда месторождение становится непригодным к эксплуатации. Складки, как правило, деформируют осадочные пластичные руды (уголь, соли), превращая вытянутые протяженные пласты в сложно изгибающиеся, часто «гафрированные» залежи, усложняя их отработку. В этом случае мощность пластов в сводах складок увеличивается, уменьшаясь в крыльях.
Разломы, особенно сбросы, смещают рудные жилы и пласты (рис. 8). При этом амплитуды смещений могут достигать нескольких десятков и даже сотен метров, что часто не дает возможности отыскать смещенное крыло рудной залежи. Характерны также малоамплитудные перемещения по мелким тектоническим швам.
Форма полезных ископаемых
Форма полезных ископаемых (рудных тел) определяется двумя обстоятельствами. Во-первых, природными геологическими условиями их образования и послерудного преобразования. Во-вторых, геолого-экономическими погружениями, которые устанавливают, исходя из требование промышленности к данному виду минеральною сырья, горно-геологическим условиям отработки объекта, местоположению месторождения и др. Последние называют кондициями, по которым из рудоносных зон при подсчете запасов руд оконтуривают рудные тела. Контуры рудных тел только в редких случаях являются четкими, совпадающими с геологическими границами. Как правило они постепенные и определяются по результатам опробования.
Среди бесконечного разнообразия форм рудных тел можно выделить следующие главные типы: пласты, линзы, жилы, трубы или столбы, штокверки, штоки, тела неправильной формы, гнезда (карманы) и комбинированные залежи ( рис. 2.10 ).
Основными элементами пластов являются элементы залегания (азимут и угол падения, длины по падению и простиранию и мощность). В зависимости от угла падения выделяют пологие (меньше 45°) и крутые (больше 45°). Различают несколько экономических категорий мощностей: рабочую — минимальную, при которой рентабельно разрабатывать, эксплуатационную — сумму всех прослоев с рудным веществом и без него, входящих в рабочую часть пласта, и полезную, представляющую собой суммарную мощность пачек полезного ископаемого, извлекаемого при добыче.
Линзы представляют собой плоские тела дискообразной или лентообразной формы Они типичны для осадочных и вулканогенно-осадочных месторождений, но могут встречаться и в метасоматических и магматических объектах. Как и пластовые тела, они бывают полого- и крутопадающими.
Как и в пластовых телах, в жилах измеряют элементы залегания, длины по простиранию и падению, мощность и склонение. В морфологическом отношении различают типы жил: простые и сложные, четковидные, камерные, седловидные, ленточные и оперенные.
Месторождения представлены либо одной крупной жилой сложного строения, либо серией сближенных мелких жил. Выделяют жильные рудные поля, включающие несколько сближенных месторождений.
Трубы, трубки и трубообразные и столбообразные залежи представляют собой удлиненные по одной оси рудные тела. Они часто имеют форму удлиненных, опрокинутых вершиной на гущину конусов. Важными элементами этого типа тед является угол ныряния, который измеряется между осью тела и горизонтальной плоскостью, и диаметр залежи на разных гипсометрических уровнях. Наиболее типичны такие формы для алмазоносных трубок, полиметаллических и золото-серебряных залежей в вулканических аппаратах и рудных столбов в узлах пересечений вертикальных трещин на гидротермальных месторождениях.
Комбинированные залежи представляют собой сложные формы рудных тел, состоящие из нескольких простых морфологических элементов. Наиболее распространены грибообразные и медузообразные залежи. Они имеют верхнюю пологую, иногда дискообразную часть «шляпку», одну или серию подводящих жилообразных «ножек». Эти залежи характерны для субмаринных вулканогенно-осадочных месторождений и остаточных залежей в корах выветривания. Кроме того, возможны и другие сочетания: пластовых и жильных форм, штоков и жил, трубообразных, линзовидных и ярильных элементов и ряд других.
Рис. 2.12. Перекрытое чехлом мезозойских и кайнозойских отложений залегание алмазоносной кимберлитовой трубки имени XIII съезда КПСС, Малоботуобинскии район (Якутия). (По А. Д. Харькиву и др.).
Морфология и условия залегания тел полезных ископаемых
Месторождения полезных ископаемых локализуются в земной коре в виде конкретных геологических тел различной формы. Формы месторождений, а также отдельных рудных тел, являются предметом изучения морфологии, т.е. науки о формах. Применительно к месторождениям твердых полезных ископаемых наука морфология исследует условии залегания, форму и размеры рудных тел. Эти пространственно-морфологические параметры в совокупности дают полное, объемное представление о рудных телах, их изменениях в пространстве и являются важными горно-геологическими характеристиками, которые в значительной мере определяют схему вскрытия и выбор рациональных систем разработки месторождений.
По форме рудных тел месторождения полезных ископаемых подразделяются на три морфологических типа:
1. Изометрические рудные тела, характеризующиеся относительно одинако-выми размерами по трем направлениям в пространстве (рис.25а).
2. Плитообразные рудные тела, вытянутые в двух направлениях при малых размерах по третьему направлению (рис.25б).
3. Трубообразные рудные тела, имеющие удлинение по одному направлению при незначительных приблизительно равных размерах по двум другим (рис.25в).
Кроме того, в практике геологоразведочных и эксплуатационных работ часто фиксируются рудные тела сложной морфологии, являющиеся комбинациями указанных выше морфологических типов.
Контактами тел полезных ископаемых называют их границы с окружающими (вмещающими) породами. В случае наклонного или горизонтального залегания верхний контакт является висячим, а нижний лежачим. По характеру контакты бывают четкими (резкими), когда граница между полезными ископаемыми и вмещающими породами видна невооруженным глазом, и постепенными, если сплошная масса полезного ископаемого переходит в породу через зону постепенно убывающей вкрапленности. В этом случае граница между полезным ископаемым и породой устанавливается по результатам опробования. По форме контакты бывают ровными и сложными (извилистыми).
Рис. 25. а) изометричные тела; б) плитообразные (пласт, линза, чечевица); в) трубообразные тела.
Мощность полезного ископаемого – это расстояние между кровлей (висячим контактом) и подошвой (лежачим контактом). Мощность может быть истинной (кратчайшее расстояние) и видимой (любое расстояние между кровлей и подошвой). Помимо геологического определения мощности существуют понятия промышленной мощности полезного ископаемого. Рабочей считается минимальная мощность, при которой полезное ископаемое целесообразно эксплуатировать. Этот вид мощности также иногда называют минимальной выемочной или кондиционной. Эксплуатационной называется суммарная мощность полезного ископаемого и породы, прихватываемой в процессе разработки. Полезная мощность определяется как сумма мощностей про-пластков полезного ископаемого в пределах эксплуатационной мощности.
По характеру залегания тела полезных ископаемых могут иметь горизонтальное, наклонное (моноклинальное), складчатое или складчато-разрывное залегание.
Выдержанность оруденения является характеристикой степени прерывистости (или непрерывистости) полезного ископаемого в пределах его рабочего контура (или мощности). С этой точки зрения выделяются четыре типа залежей:
— выдержанные – в пределах тела полезного ископаемого по всей его площади (и мощности) участки, не содержащие промышленных концентраций полезного ископаемого, практически отсутствуют;
— относительно выдержанные – в пределах рабочего контура присутствуют участки с непромышленным оруденением или вообще безрудные, но общая площадь таких участков не превышает 25% всей площади тела полезного ископаемого;
— невыдержанные – внутри рабочего контура участки с нерабочей мощностью (или пустыми породами) занимают от 25 до 50%;
— крайне невыдержанные – площадь некондиционных участков или пустой породы составляет более 50% от площади всей залежи.
По возрастному соотношению с вмещающими породами различают две группы рудных тел (и месторождений): сингенетические и эпигенетические. Сингенетическими являются тела, сформировавшиеся одновременно или почти одновременно с окружаю-щими породами (рис. 26 – 1г, 3а). Эпигенетическими называются тела, образовавшиеся позднее вмещающих пород (рис.26 – 2а, б, в, г, д, 3в, г).
По соотношению с условиями залегания вмещающих пород и элементов структур выделяют тела согласные и секущие.
Секущие – тела полезных ископаемых, пересекающие вмещающие породы, или имеющие условия залегания, заметно отличающиеся от условий залегания вмещающих пород и элементов структур. Секущие тела всегда являются эпигенетическими по отношению к вмещающим породам.
Среди согласных тел следует различать полностью согласные, когда тела полезных ископаемых имеют те же условия (и элементы) залегания, что и вмещающие породы. Как правило, это тела, сингенетические по отношению к вмещающим породам (практически все осадочные месторождения).
Эпигенетические тела по этому признаку разделяются на три группы:
— согласные или почти согласные с элементами слоистости вмещающих пород (минерализованные пласты, тела гидротермально-осадочных и инфильтрационных месторождений);
— несогласные с напластованием окружающих пород, но согласные с контактными поверхностями пород различного состава или генезиса (тела в стратифицированных интрузиях, скарных, остаточные месторождения выветривания и др.);
— несогласные с напластованием окружающих пород или залегающие в неслоистых породах, но согласные с условиями залегания или положением рудовмещающих структур (тектонические трещины определенного порядка, пересечение трещин друг с другом или с замковыми частями складок и др.).
Глубина распространения оруденения – расстояние от земной поверхности до нижней границы оруденения. Размах оруденения – разность между глубиной распространения и глубиной залегания.
Рис. 26. Формы тел полезных ископаемых: 1) изометричные тела: а – шток (план); б – штокверк; в – гнезда; г – линзы и чечевицы (переходная форма к плитообразным телам); 2) жильные тела: а – четковидная; б – камерная; в – седловидная; г – сетчатая; д – лестничная; 3) плитообразные (плоские тела): а – простой пласт; б – сложный пласт; в – простая жила; г – сложная жила.
Рудные тела. Их форма, понятие о рудных столбах
Техногенный источник
С развитием техники все более важным источником металлов и других ценных компонентов становятся техногенные месторождения – отвалы пород вскрыши недровых месторождений, хвосты обогащения руд, металлургические шлаки и т.д. По мере постоянного понижения содержаний полезных компонентов в недровых рудах отходы деятельности человека становятся всё более конкурентоспособными для их вовлечения в повторную переработку.
Месторождение ПИ любого состава и генезиса обычно представляет систему сближенных в пространстве рудных тел, реже – единственное рудное тело. Под ним понимается скопление ценных минералов, обладающее определенной геометрической формой и имеющее промышленное значение.
Рудное тело (или рудная залежь) – это ограниченное со всех сторон скопление п. и. Границы рудного тела могут быть:
1) естественными, видимыми невооруженным глазом (геологические контакты, разломы и др);
2) условные, «невидимые», которые устанавливают по данным опробования.
По отношению к земной поверхности рудные тела могут быть открытыми, т. е. выходящими на поверхность, и закрытыми (слепыми) или перекрытыми.
По способу отложения минералов различают три основных типа рудных тел: 1) руды выполнения открытых трещин, пустот, пор, 2) руды накопления на (или вблизи) поверхности Земли и на дне водоемов, 3) метасоматические руды в недрах Земли.
Первые и вторые слагают тела с четкими геологическими границами (например, кварцевая жила, заполняющая трещину в песчаниках, или сплошная колчеданная залежь, отложенная «черными курильщиками», подстилаемая и перекрываемая вулканогенно-осадочными породами). Третьи возникают вдоль ослабленных зон за счет обменных химических (в сущности, электрохимических) реакций между компонентами растворов, расплавов, газов и вмещающими породами. Метасоматические рудные тела обычно имеют нечеткие границы, определяемые только опробованием, и сложены обычно прожилково-вкрапленными агрегатами ценных минералов, содержащимися в измененных (окварцованных, хлоритизированных, ослюденных, карбонатизированных, альбитизированных, калишпатизированных, сульфидизированных и т. д.) вмещающих породах.
Форма рудных тел устанавливается для подсчета запаса руды и рационального проектирования горных работ, и определяется факторами контроля оруденения. Такими факторами могут являться складчатые и разрывные структуры, вещественный состав вмещающих пород и др.
Любое тело имеет 3 измерения – протяженность по простиранию и падению и мощность. В зависимости от соотношения этих величин различают рудные тела 1) изометричные, имеющие близкие размеры по всем направлениям (штокверки, рудные гнезда), 2) плитообразные со значительной протяженностью в двух измерениях и сравнительно малой в третьем (пласты, залежи, жилы, линзы), 3) тела со значительной протяженностью в одном направлении и небольшими размерами по двум другим (трубки, столбы, ленты).
По характеру взаимоотношений с вмещающими породами рудные тела также систематизируют на 3 группы. 1) рудные тела, согласные с напластованием вмещающих пород – согласные тела. 2) секущие слоистость пород – секущие тела. 3) тела на контакте интрузивных пород со слоистой толщей – контактовые тела. Многие рудные тела имеют признаки одновременно двух, а то и всех трех групп.
Согласные рудные тела залегают в осадочных, вулканических и расслоенных интрузивных породах и имеют пластообразную форму. Размеры в плоскости напластования в сотни и тысячи раз превышают мощность тела. Таков пласт платиноносных хромитов на месторождении Бушвельд в ЮАР, который при средней мощности до 1 м протягивается слабо наклонно, почти горизонтально на десятки километров в расслоенной интрузии ультраосновного-основного-среднего-кислого состава. Там же в ЮАР более 100 лет разрабатываются пласты золотоносных конгломератов на месторождении Витватерсранд, давших половину общепланетарной добычи золота. Другие примеры согласных тел – пласты каменной соли, угля, бокситов, осадочных и инфильтрационных железных, марганцевых, урановых, медных руд, россыпные месторождения золота, платины и др. Многие пластовые залежи металлических руд не имеют явных отличий от вмещающих осадочных пород. Таковы стратиформные залежи вкрапленных свинцово-цинковых (штат Миссури) и сурьмяно-ртутных (Кадамджай в Киргизии) руд в известняках, золотоносные джаспероиды в битуминозных мергелях и доломитах (штат Невада), медистые, ураноносные, ванадиеносные и сереброносные песчаники и сланцы (штат Юта, Замбия, Заир, Удокан в Сибири, Джезказаган в Казахстане), отличающиеся от обычных безрудных пород только наличием вкрапленности рудных минералов и неявными цветовыми оттенками, иногда окремнением по массе. На россыпях в подавляющем большинстве случаев отбить рудный пласт от безрудных пород можно только опробованием.
Другие примеры согласных рудных тел – линзовидные залежи колчеданных полиметаллических руд в вулканогенных и осадочных толщах, медно-никелевых сульфидных (Норильск) и титаномагнетитовых руд в расслоенных интрузиях базитов (Качканар), горизонты с апатитовой и редкоземельной рудой в концентрически-зональных массивах карбонатитов и ультраосновных-щелочных пород (Хибинские горы на Кольском полуострове).
Согласные лентовидные залежи типичны для некоторых месторождений колчеданно-полиметаллических, жильных золото-кварцевых руд.
Нередки и золото-кварцевые жилы, локализованные между пластами вмещающих осадочных пород, обычно на перегибах пластов (флексуры, крылья и замки складок) в виде седловидных тел, часто расположенные многоярусно (Бендиго – 20 жил на вертикальный интервал 1380 м).
Нередко рудные тела вместе с вмещающими породами смяты в складки. Иногда это является доказательством доскладчатого возраста рудных тел. А иногда оруденение приспосабливается к полостям отслоения в сформировавшихся складках (кварцевые жилы, некоторые скарны).
Секущие рудные тела (обычно жилы, прожилки, реже трубки) секут под углом вмещающие их осадочные и интрузивные породы обычно по трещинам и разрывам. Как особую разновидность, выделяют лестничные жилы в виде параллельных тел, поперечных к вмещающей дайке или пласту песчаников, образующих подобие лестницы (Березовское месторождение золота). К секущим телам относятся также вертикальные алмазоносные кимберлитовые трубки взрыва, рвущие горизонтально залегающие пласты осадков и базальтов на платформах (Якутия, ЮАР и др.). Часто секущие трубообразные тела осложняют строение согласных пластовых залежей хромитов, титаномагнетитовых, полиметаллических руд. Обычно они приурочены к пересечениям разрывов, по которым происходило позднее перераспределение рудного вещества либо наоборот, подъем рудоносных растворов, формировавших пласт. Горняки очень любят такие рудные трубы, часто именно к ним приурочены самые высокие содержания на месторождении.
Контактовые тела – обычно это скарны и скарноиды с магнетитовым, медным, оловянным, вольфрамовым, бериллиевым оруденением. Обычно имеют неправильную, сложную гнездообразную форму, местами пластовую, а нередко комбинацию и той и другой.
В строении горизонтальных и наклонных тел выделяют лежачий (нижний) и висячий (верхний) бок, иногда называемые также кровлей и подошвой рудного тела. Контакты жил часто именуют зальбандами. Именно в них часто сосредоточены наивысшие, в том числе ураганные, бонанцевые содержания металлов (золота, серебра и т.д.).
Самым частым вариантом формы гидротермальных месторождений металлов и неметаллов являются жилы и прожилки. В их составе резко преобладают жильные минералы – кварц, реже слюда, альбит, калишпат, графит, хлорит, карбонаты. Редко встречаются жилы, где преобладают рудные минералы, обычно они образуют вкрапленность, гнезда, прожилки.
Нередко жилы и другие рудные тела раздроблены, нарушены и смещены послерудными разрывами.
Максимальная длина промышленных жил достигает 4 км, мощность – 20-30 м (Купол на Чукотке), а глубина –3,5 км (Колар в Индии). Обычно размеры жил намного меньше – мощность 1-2 м и менее, длина по простиранию и падению – десятки и сотни метров.
Обычно мы видим не одну жилу или прожилок, а их сложные системы, зоны окварцевания. В промышленном отношении мощные зоны окварцевания (нередко именуемые минерализованными зонами дробления) часто более предпочтительны, чем единичные жилы, даже если в них содержание металла на массу более низкое, но зато за счет выдержанности мощности минерализованной зоны их легче и выгоднее разрабатывать.
На большинстве месторождений металлов выделяются участки, более богатые, чем месторождение в целом. Обычно их называют рудными столбами. Главные причины образования рудных столбов следующие: 1) изменение формы, строения и элементов залегания рудоносных разрывов (изгибы, ветвления, пересечения с другими нарушениями, тупиковые выклинки, участки наиболее интенсивного дробления пород, полости отрыва вдоль сместителей)., 2) изменение по простиранию или падению разрыва состава вмещающих пород (появление пород с хорошими коллекторскими свойствами, химически активных и т.д.). 3) появление структурных экранов, препятствующих движению раствора (глинка трения, милониты вдоль надвигов и сдвигов, непроницаемые пласты и т.д.). Кроме того, следует учитывать неравномерное развитие вдоль плоскости разрыва напряжений естественных физических полей, в первую очередь электрического, напрямую влияющего на движение и осаждение металлов в природных электролитах.
Особую промышленную роль в добыче металлических руд играют большеобъемные месторождения, относящиеся к морфологическим типам 1) штокверков и 2) порфировых руд.
Первые представляют собой сложную сеть разнонаправленных (обычно комбинацию секущих и согласных жил и прожилков), как правило, кварцевых, сульфидно-кварцевых по составу. Внешние границы штокверков могут иметь куполообразную, пластообразную, цилиндрическую, линейную форму. Внутри их распределение жил и прожилков подчиняется сети разрывов, даек, плоскостей напластования и др. Наибольшее значение штокверки имеют для добычи золота, урана, молибдена, вольфрама.
Вторые представляют собой разновидность штокверков, локализованных в интрузивных массивах, обычно среднего и умеренно кислого состава (диориты, монцониты, сиениты, гранодиориты и т.д.), частично или сплошь содержащих вкрапленность и прожилки рудных минералов (сульфиды меди, молибдена, иногда зерна самородного золота). Доля металлоносных жил и прожилков обычно не превышает 15-25 % от общего объема штокверка. Разработка их ведется на всю массу. Несмотря на то, что при этом происходит неизбежное разубоживание среднего содержания металлов за счет примешивания вмещающих пород, разработка их выгодна, т.к. низкое содержание компенсируется огромными масштабами, возможностью разработки открытым способом с применением мощной техники и в итоге очень высокой производительностью труда по сравнению с жильными месторождениями.
Лекция 4. Зональность оруденения
Природные минеральные соединения разного генезиса имеют разнообразный минеральный состав. Выделяются они не одновременно, а отдельными сообществами. Например, на свинцово-цинковых месторождениях Рудного Алтая главные минералы галенит (PbS) и сфалерит (ZnS) возникают одновременно с халькопиритом (СuFeS2), блеклой рудой (Cu12[Sb,As,Pb,Ag]4S13) и аргентитом (AgS). Такие сообщества минералов, образовавшиеся в близких физико-химических условиях, обычно называют парагенетической минеральной ассоциацией. Период образования сопряженных в пространстве и времени минеральных ассоциаций в сходных физико-химических условий, называют стадией минерализации. Обычно каждая стадия минерализации отделена от предыдущих и последующих стадий периодом трещинообразования и деформации ранее отложившихся минералов. В результате ранее образованное минеральное вещество пересекается или его обломки цементируются, коррозируются агрегатами поздних ассоциаций.
Руды большинства месторождений образуются в несколько стадий минерализации. Отдельные ассоциации могут быть развиты не во всех рудных телах месторождения. Часто та или иная минеральная ассоциация избирательно тяготеет к кровле или подошве рудного тела, его флангам, верхним или нижним горизонтам месторождения, а в других частях отсутствует или представлена скудно. Таким образом, оруденение развивается зонально. Различают вертикальную (в разрезе) и горизонтальную (в плане) зональность. Кроме того, зональность оруденения может проявляться локально (в пределах рудного тела, рудного поля) и регионально (в пределах рудного узла, металлогенической зоны).