Биогеохимическии метод

БИОГЕОХИМИЧЕСКИИ МЕТОД

В результате исследований неизменно подтверждалось наличие биогеохимических аномалий в химическом составе растений, произрастающих над месторождениями меди, цинка, свинца, урана, молибдена, никеля, бора, золота и других полезных ископаемых. Обычно эти биогеохимические съёмки проводились путем опробования одного или нескольких господствующих видов растений, озоления растительного вещества и спектрального анализа полученной золы.

Для характеристики геологической роли биогенной миграции микроэлементов Б. Б. Полонов предложил величину отношения между содержаниями элемента в золе растения и в почве, на которой оно произрастает. Этот показатель получил название коэффициента биологического поглощения и обозначается Ax:

Аx=С2 / С1,.

где C2 — содержание элемента в золе растения, %; С1 — содержание этого элемента в почве.

3.1. Условия применения.

Основные положения. Применение биогеохимического метода поисков целесообразно в тех случаях, когда он обладает преимуществом перед более простым литохимическим методом поисков по вторичным ореолам рассеяния. Можно считать, что биогеохимический метод является одним из наиболее эффективных методов в следующих ландшафтно-геохимических и климатических зонах:

1) гумидной зоне при замедленной денудации, если широкое развитие получили процессы выщелачивания элементов-индикаторов из элювиально-делювиальных отложений и кор выветривания;

2) гумидной и умеренно влажной зонах, если вторичные лито-химические ореолы перекрыты дальнеприносимыми отложениями мощностью до 40 м, а в отдельных случаях—до 80 м;

3) пустынь или полупустынь аридной зоны, если вторичные литохимические ореолы или непосредственно рудные зоны перекрыты дальнеприносимыми отложениями мощностью до 20—40 м; 4) заболоченных равнин и торфяников при неглубоком (2— 10 м) залегании потенциально рудовмещающих коренных пород; 5) на участках, покрытых сплошным моховым покровом, где отбор литохимических проб затруднен и связан с большими затратами;

6) на участках, покрытых растительным покровом, и со слепыми литохимическими ореолами рассеяния, верхняя граница которых находится на глубине не менее 1 м от дневной поверхности;

7) на участках, перекрытых крупноглыбовыми куррумовыми осыпями, поросшими деревьями и кустарниками;

8) на болотах (при условии их промерзания и возможности зимнего отбора проб).

В зависимости от поставленной задачи биогеохимические исследования делятся на региональные (1:200 000—1:100 000); собственно поисковые (1:50 000—1:25 000) и детальные (1:10 000).

Региональные работы. Они способствуют выяснению общей геохимической и биогеохимической характеристики районов ", при их проведении возможно обнаружение биогеохимических ореолов части месторождений. Основным же заданием на этом этапе должно быть проведение опытно-методических исследований, обеспечивающих эффективное ведение поисков биогеохимическим методом на последующих этапах.

Собственно поисковые работы Эти исследования должны привести к обнаружению биогеохимических ореолов новых месторождений полезных ископаемых и установлению общих закономерностей. их размещения. При проектировании глубинного геологического картирования с прогнозированием полезных ископаемых биогеохимические поиски должны предшествовать бурению, а их данные — учитываться для определения мест заложения скважин.

Детальные работы. Основная задача этих исследований выявление и оконтуривание биогеохимических ореолов месторождений, отдельных рудных зон и тел.

3.2. Опытные работы.

Опытные работы должны проводиться над рудными телами и безрудными участками и включать ботанические и биогеохимические исследования. При ботанических исследованиях определяют основные виды растений, произрастающих в данном районе, и составляют гербарий. С помощью биогеохимических опытных работ решают следующие задачи: 1) определение влияния фенологических фаз развития и возраста на содержание элементов-индикаторов в наиболее распространенных растениях района; 2) установление закономерностей распределения элементов-индикаторов по частям растений; 3) выявление особенностей связи между металлами в растениях; 4) установление у основных растений района физиологических барьеров поглощения элементов-индикаторов; 5) определение растений, наиболее пригодных для опробования; 6) выявление комплекса элементов-индикаторов, определение содержаний которых необходимо проводить в пробах; 7) установление морфологических и биохимических особенностей биогеохимических ореолов в зависимости от состава и размеров рудных тел и вторичных литохимических ореолов, от мощности рыхлых отложений, ландшафтно-геохимических условий; 8) определение в конкретных ландшафтно-геохимических условиях глубинности метода при отборе в пробы основных растений; 9) сопоставление результатов биогеохимических поисков с литохимическими; 10) установление различий в распределении основных элементов-индикаторов в одних и тех же растениях, произрастающих в различных ландшафтно-геохимических условиях.

3.3. Отбор и обработка проб.

Общие положения. Сеть пробоотбора при проведении биогеохимических исследований, ориентировка профилей и последовательность укрупнения масштаба работ должны соответствовать требованиям, предъявляемым к производству литохимических поисков по вторичным ореолам. Один вид растений должен опробоваться подряд не менее чем на пяти точках по профилю. При опробовании травянистых растений (соотношение между отдельными частями в которых всегда примерно одинаково) в пробу лучше брать всю надземную часть, кроме прикорневых листьев, загрязненных частичками почвы. При опробовании многолетних кустарников и деревьев в пробы всегда следует брать только одну и ту же часть растения (с кустарников и лиственных пород деревьев целесообразно отбирать в пробы листья, а с хвойных — прирост последнего года с хвоей).

Учет биологических барьеров при выборе растений для опробования. В настоящее время очень большое внимание при проведении биогеохимических поисков стало уделяться биологическим барьерам поглощения элементов, а соответственно — «барьерным» и «безбарьерным» растениям. Изучение анализов многих десятков тысяч биогеохимических проб показывает, что физиологический барьер накопления металлов, обычно являющихся индикаторами оруденения, начинает действовать после получения растением такой их «порции», которая превышает аномальное содержание этих же элементов в растении для данного ландшафта. Однако в связи с этим следует еще раз подчеркнуть, что для каждого растения необходимо определять фоновое и аномальное содержания в каждом геохимическом ландшафте. Поступление повышенных содержаний каких-либо элементов в растениях вызывает нарушение ранее существовавших связей между элементами в организме. В результате этого в растениях накапливается в аномальных концентрациях (повышенных или сниженных) ряд косвенных элементов-индикаторов.

Основные особенности отбора проб. .При отборе проб необходимо уделять внимание ботаническим признакам, указывающим на возможное нахождение месторождений полезных ископаемых. Такими признаками могут быть: 1) физиологические и морфологические изменения растений; 2) появление локальных и универсальных растений-индикаторов; 3) смена растительных ассоциаций, не объяснимая с точки зрения измерения экологических условий; 4) существенные отклонения в форме развития растений (раннее или позднее цветение, ранний или поздний опад листьев и т. п.); 5) признаки угнетения или не объяснимое другими причинами отсутствие растительности.

Обработка проб. 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 необходимости определения в биогеохимических пробах легколетучих элементов (Hg, As, Sb и др.) пробы растворяют в кислоте (предварительно проверенной на отсутствие определяемых в пробах элементов) и анализируют раствор.

Комплекс элементов, подлежащих обязательному определению при региональных биогеохимических исследованиях, аналогичен таковому в изучаемых литохимических пробах, отбираемых при поисках по вторичным ореолам соответствующего масштаба. Элементы, определяемые в биогеохимических пробах при среднеи крупномасштабных поисках, устанавливаются после проведения опытных работ. Схема обработки проб показана на рис. 4 приложения.

3.4. Изображение результатов анализа и оценка аномалий.

Для исключения влияния сроков опробования растений на содержание в них металлов в пределах всего района поисков следует выделить площадь отбор проб в пределах которых можно произвести в одну фенологическую фазу развития опробуемых растений (для которых заранее устанавливается, какая их часть берется в пробы). Размеры таких площадей зависят в каждом конкретном случае от скорости смены фенологических фаз у опробуемых видов растений, от проходимости участка и от сезона пробоотбора.

В пределах выделенных площадей устанавливаются непосредственно участки сопоставимых проб. Практически выделение таких участков проводится при последовательном наложении сделанных на кальке карт геохимических ландшафтов и смены фенофаз опробуемого растения (для каждого растения делаются свои карты участков сопоставимых проб). Обычно в пределах площади, включающей до 10 000 точек отбора проб, выделяется от 30 до 70 различных участков сопоставимых проб.

Выделение аномалий. В процессе математической обработки отдельно для каждого вида растений, произрастающих на определенных участках сопоставимых проб, устанавливаются аномальные содержания элементов в золе. Для выявления биогеохимических аномалий на планшет особыми значками или цветом выносятся содержания, значительно меньшие фонового, аномальные для двух и девяти коррелирующихся проб, а также для единичных проб. Затем выделяют «отрицательные» и «положительные» аномалии для каждого элемента на отдельном планшете. Потом составляется сводная карта аномалий с выделением на ней отдельных аномальных зон (рис. 5 приложения).

Оценка аномалий. Перспективность каждой аномалии рассматривается в зависимости от особенностей геологического строения, распределения элементов-индикаторов и изменения корреляционных зависимостей между ними. Все аномалии должны быть осмотрены на местности для отбраковки заведомо не связанных с месторождениями полезных ископаемых и для выяснения особенностей геологического строения аномальных участков.

На перспективных аномалиях обязательно проведение проверочной глубинной или поверхностной (в зависимости от мощности перекрывающих отложений) литохимической съемки по рыхлым отложениям. После дополнительных геохимических и геофизических исследований задаются горные или буровые выработки для вскрытия рудных зон в коренном залегании.

Данные биогеохимических съемок до сих пор остаются на уровне качественных результатов, что не дает ответа на основной вопрос — о преимуществах биогеохимического метода поисков, определяющих целесообразность его применения взамен других геохимических методов.