Краткая характеристика геохимических методов

	Донное опробование		Химические барьеры – сорбция

Наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются месторождения минеральных солей – различных природных хлоридов и сульфатов.

Гидрохимический метод включает следующие операции: отбор проб воды; предварительный анализ проб на месте их отбора; геологическую и гидрогеологическую документацию; химический и спектральный анализы воды в лабораториях; обработку и интерпретацию результатов опробования. В зависимости от поставленной задачи гидрохимические исследования делятся на: региональные (1:200000-1:100000); собственно поисковые (1:50000—1:25000) и детальные (I : 10000 и крупнее). Региональные исследования обычно способствуют выяснению общей геохимической и гидрогеохимической характеристики региона и выделению наиболее перспективных территорий, поэтому рассматриваемый этап имеет особое значение в гидрогеохимических исследованиях. В пробах, отобранных на это этапе, должно определяться содержание максимального числа индикаторов полезных ископаемых, вероятных для изучаемого региона. При собственно поисковых исследованиях проводятся работы: на перспективных площадях для выявления гидрогеохимических ореолов и выделения участков для постановки детальных работ. Детальные исследования ведутся для оконтуривания месторождений, а в определенных случаях – отдельных тел полезных ископаемых, на перспективных участках, выявленных предыдущими исследованиями.

По материалам региональных гидрохимических исследований. составляются карты общего химического и микрокомпонентного состава вод. На карте общего химического состава выделяются генетические типы вод и приводится их химический состав. Эта карта составляется на гидрогеологической основе с учетом ландшафтно-геохимических условий. На карте микрокомпонентного состава выделяются участки, различающиеся по комплексу микрокомпонентов, а в их пределах – площади с аномальными содержаниями одного или нескольких элементов-индикаторов. Итогом изучения распределения элементов-индикаторов в водах, опробованных при региональных исследованиях, является выделение участков, перспективных для поисков различных полезных ископаемых.

Атмохимический (газовый) метод основан на исследовании состава подземной атмосферы – химического состава газов, насыщающих горные породы вблизи дневной поверхности. Любые горные породы обладают газопроницаемостью благодаря наличию в них пор и трещин. Под действием литостатического давления движения газов в порах и трещинах происходит в сторону дневной поверхности в форме эффузии. Если газовый пробоотбор ведется с малой глубины (1 – 3 м), принято говорить об исследовании подпочвенного воздуха. Современные газовые съемки выполняются с глубиной пробоотбора 20 – 600 м. Реже исследуется газовый состав приземной атмосферы, хотя именно в этом варианте существенно возрастает оперативность атмохимической съёмки. Атмосферу в основном слагают три газа — азот (около 78%), кислород (около 21%) и аргон (около 1%), в сумме составляющие 99,94 % ее массы. В переменных количествах в атмосфере присутствуют пары воды; содержание CO2 — около 0,03%, содержание остальных газов 10^-4 – 10^-6 % и менее. Низкий геохимический фон и высокая подвижность химических элементов в газовой фазе создают благоприятные условия для формирования атмохимических ореолов рассеяния любых месторождений полезных ископаемых. Среди газов рудных месторождений выделяются три основные группы: газы, сингенетичные процессу рудообразования; газовые компоненты зон тектонических нарушений; газы гипергенных процессов. Газы всех трех групп в сумме определяют формирование многокомпонентных атмохимических ореолов рассеяния рудных месторождений. При поисках рудных тел атмохимические методы следует использовать на участках, перекрытых толщей молодых отложений. Основной объем работ при поисках месторождений полезных ископаемых приходится на долю поисков нефтегазовых залежей (рис. 3.7).

Данные, полученные при атмохимических поисках, изображаются в виде графиков, разрезов по скважинам и карт содержаний газовых компонентов.

Биогеохимический методпредставляет собой одну из модификаций фитогеохимических исследований, разработанную применительно к месторождениям благородных металлов (фитогеохимический метод поисков начал использоваться в производственных масштабах в 50-х годах прошлого столетия).Основан на зависимости химического элементарного состава растений и их золы от состава горных пород, почв, подземных, поверхностных вод и атмосферы. Между химическим составом живых организмов и составом среды обитания существует зависимость, в предельных случаях проявленная сменой их видового состава, усиленным или угнетённым развитием и появлением морфологических особенностей. Он отличается относительно высокой поисковой информативностью и основан на использовании в качестве эффективных биообъектов для опробования некоторых частей и органов древесных растений, отличающихся наиболее широким распространением в природных ландшафтах (растения – доминанты тайги, лесотундры, тундры) [35]. Современные биогеохимические поиски связаны с химическим анализом вещества, наблюдениями над видовым составом и морфологическими особенностями растительности.

В природе растение входит в состав некоторой сложной экосистемы, постоянно с ней взаимодействует (рис.3.8) и в процессе этого взаимодействия приобретает определенные свойства как внешние (форма, цвет…), так и внутренние (строение, химический состав…). По наличию тех или иных свойств у растения в ряде случаев можно достаточно точно определить и свойства среды, в которой оно произрастает, не затрачивая средств на более энерго- и трудоемкие методы. Примером успешного применения растений – индикаторов является их использование при поиске месторождений полезных ископаемых.

При отборе проб необходимо уделять внимание ботаническим признакам, указывающим на возможное нахождение месторождений полезных ископаемых. Такими признаками могут быть: физиологические и морфологические изменения растений; появление локальных и универсальных растений-индикаторов; смена растительных ассоциаций, не объяснимая с точки зрения измерения экологических условий; существенные отклонения в форме развития растений (раннее или позднее цветение, ранний или поздний опад листьев и т. п.); признаки угнетения или необъяснимое другими причинами отсутствие растительности. Отобранные биогеохимические пробы в полевых условиях сушатся и измельчаются. В случае сильного запыления пробы нужно промыть дождевой или чистой речной водой. Ввиду опасности “вымывания” элементов промывание следует проводить как можно быстрее. Затем в лаборатории пробы подвергаются озолению в специальных печах. Полученную золу прокаливают в муфельных печах в течение 4 – 6 ч при температуре 500 – 600 °С. В таких условиях в пробах выгорают органические вещества. Прокаленная зона растирается и передается для проведения спектрального анализа.

При анализе результатов исследований рассчитывают коэффициент биологического поглощения A_Х, как величину отношения между содержаниями элемента в золе растения и в почве, на которой оно произрастает:

А_Х = С₂ / С₁,

где: C₂ – содержание элемента в золе растения, %;

С₁ – содержание этого элемента в почве.

Бактериально-геохимический метод основан на использовании физического закона Фика о выравнивании концентраций, обусловливающего восходящую пленочно-капиллярную миграцию ионов металлов от глубинных источников – руд и россыпей. В гипергенной зоне происходит накопление привносимых снизу металлов на различного рода природных геохимических барьерах, приводящих к образованию геохимических аномалий. Одним из наиболее эффективных таких барьеров, служит бактериальный, развитый непосредственно на дневной поверхности в зоне развития наземного мохового покрова (тайга, лесотундра, южная подзона тундры). Данный барьер представляет собой сообщества эволюционно формируемых штаммов металлофильных бактерий, защищающий мхи от попадания в них повышенных концентраций “вредных” металлов из питающей водной среды – Au, Ag ,U, Pt, Pd ,Ni и др. Иначе говоря, на поверхности Земли в указанных природных условиях существует бактериальная пленка, на которой, как на рентгеновском снимке, отражаются скрытые на глубине скопления повышенной концентрации многих металлов,в том числе основных рудогенных химических элементов интересующих нас месторождений. Этот метод отличается сверхвысокой разрешающей способностью (глубинность исследований), позволяющей в самых сложных природно-поисковых условиях искать не только скрытые, и скрыто - перекрытые (под аллохтонами) рудные объекты, но даже и россыпи на любых глубинах. Открывается также возможность выявления и оконтуривания в условиях закрытых ландшафтов кимберлитовых трубок (по комплексу типоморфных высококларковых элементов).

Литогеохимический метод предполагает изучение вторичных и первичных ореолов рассеяния химических элементов в породах. В результате опробования пород на фоне нормального для данного района содержания определенных химических элементов выявляются участки с повышенным (аномальным) их содержанием. При этом устанавливаются характер и форма ореолов, потоков их рассеивания, выявляются перспективные площади для поисков коренных месторождений. По первичным ореолам рассеяния могут быть обнаружены рудные тела, как выходящие на поверхность, так и скрытые коренными породами, по вторичным – рудные тела, вскрытые эррозией, как выходящие на поверхность, так и скрытые под толщей рыхлых наносов.

Технология литогеохимического метода предусматривает следующие операции: выбор места и плотности сети опробования, что зависит от конкретных задач поисков и характера ореола рассеяния; отбор и обработку проб (при исследовании первичных ореолов рассеяния пробы весом 100-150 г отбирают из коренных невыветрелых пород, а вторичных – из илисто-глинистых аллювиальных отложений в русле водотока или в береговой его части пробы весом 15-20 г; отобранные и занумерованные пробы измельчают до 0,1 мм и отправляют в лабораторию на анализ); анализ проб: в практике лабораторий применяют химический, радиометрический, ядерный, рентгеновский, спектральный и другие методы; обобщение и интерпретация результатов опробования: при выполнении этой операции данные анализов наносятся на геологические карты, при маршрутных поисках составляют геохимические профили, а при площадных – геохимические карты в изолиниях содержаний тех или иных химических элементов.

Одной из разновидностей литогеохимического метода по потокам рассеяния является фациально-литогеохимический метод, где используются смешанные пробыиз двух генетических составляющих аллювиальных образований, отбираемых из материала русловой и пойменной фаций. Благодаря этому достигаетсяболее высокая информативность и надежность поисков.

Шлиховой метод основан на изучении шлихов ореолов механического рассеяния. Сущность этого метода заключается в систематическом отборе шлиховых проб рыхлых отложений, изучении состава шлихов, прослеживании шлиховых ореолов рассеяния и выявлении по ним коренных и россыпных месторождений полезных ископаемых. Шлиховой метод включает следующие последовательно выполняемые процессы: выбор места взятия шлиховых проб, что обусловлено геоморфологическими и геологическими факторами и зависит от масштаба поисков (например, при масштабе поисков 1:200000 количество проб колеблется от 6 до 24 на 100 км² обследуемой площади); отбор проб, который для рыхлых отложений производят непосредственно из русла реки (рис. 3.9) или выработки (закопушки, шурфы, канавы), а в террасовых отложениях – из каждой литологической разности пород. Борт террасы предварительно должен быть очищен от насыпавшегося сверху материала; обогащение проб (получение шлиха): при наличии воды процесс выполняют на месте отбора, а при отсутствии путем продува струей воздуха или транспортировки к водным источникам; анализ шлихов, который выполняют в лабораторных условиях, определяя качественное и количественное соотношение составляющих пробу минералов; оформление документации опробования (ведение журнала опробования), в которой необходимо отразить следующие данные: дату и место взятия пробы, ее номер, краткую геоморфологическую характеристику (например, наименование и высота террасы и т.д.), характер проб рыхлых отложений, объем пробы, результаты визуального определения шлиховых материалов и лабораторного анализа; обобщение результатов опробования (составление шлиховых карт).

Валунно-ледниковый методприменяют для поисков месторождений на площадях развития ледниковых отложений, которые распространены в северных регионах РФ. При этом методе изучают состав ледниковых отложений и закономерности их переноса.

Ледник при своем движении разрушает горные породы, в том числе и полезные ископаемые, и передвигает этот материал в направлении своего движения. Площадь рассеяния и дальность переноса рудных валунов зависят не только от размеров коренного месторождения, но в большей степени - от направления и условий движения ледника, доледниковых и современных форм рельефа поверхности, механической прочности руды и вмещающих пород и т.д.

Поиски проводят в несколько этапов. Вначале на месте нахождения первого рудного вещества изучают геоморфологические условия, определяют возраст оледенения, к которому относится валун, состав валунного материала. Затем по следам движения ледника на породах, находящихся в коренном залегании, устанавливают направление его движения и соответственно направление сноса обломочного материала. Все места обнаружения обломков или валунов-спутников наносят на топографическую карту и определяют контуры ареала рассеяния. Эти материалы сопоставляют с геологической картой и устанавливают возможный источник образования рудного тела.

Обломочный метод основан на изучении аллювиальных, делювиальных ореолов механического рассеяния с целью обнаружения в указанных отложениях обломков руды или сопутствующих минералов и дальнейшего их прослеживания вплоть до коренного залегания месторождения. При этом методе исследование начинается с аллювиальных отложений, затем поисковик, передвигаясь вверх по реке, осматривает русловые, донные и доступные террасовые отложения. Места обнаружения галечного материала, содержащего руды и сопутствующие минералы, фиксируются на карте и в дневнике с указанием размера, степени окатанности обломочного материала, минерального состава и частоты нахождения обломков.

При прохождении маршрута исследуют всю речную систему, относящуюся к основной водной артерии. В случае резкого уменьшения рудных обломков выше по течению реки, что может быть признаком близкого расположения коренного месторождения, тщательно изучают делювиальные и элювиальные отложения, покрывающие склоны долин и водораздел. После этого маршруты прокладываются вкрест простирания предполагаемых ореолов механического рассеяния.