Методы поисков месторождений полезных ископаемых

По характеру пространства, на котором проводятся поиски месторождений полезных ископаемых, различают дистанционные, наземные и подводные методы.

Дистанционные методы поисков

Среди них выделяются аэрометоды и космогеологические методы.

Геологические аэрометоды включают аэровизуальные наблюдения, аэрофотосъемки и десантные операции [Аэрометоды…, 1971]. Носителями регистрирующих и передающих систем дистанционных методов используются фотоаппараты, геофизические приборы, самолеты, вертолеты. Различаются фотометрические методы, обеспечивающие получение яркостной картины наблюдаемых на поверхности Земли природных образований — полей, дистанционные геофизические и геохимические методы исследований, основанные на дистанционной регистрации соответствующих полей. Аэровизуальные наблюдения рекомендуется применять перед началом наземных поисковых работ для общей рекогносцировки, а также во время полевой работы и после её завершения для проверки составленных полевых карт. Аэродесантные операции применяются для выполнения специальных наземных исследований.

Дистанционные фотографические съемки производятся с помощью специальных фотоаппаратов с высокой разрешающей способностью. Используются черно-белые, цветные, спектрои многозональные фотопленки. Масштабы аэрофотосъемок отвечают 1:200 000. .1:15 000. При аэрофотосъемке ведущим методом работы считается геологические дешифрирование — выяснение по аэрофотоснимкам данных о геологическом строении снимаемой территории. Эти новые материалы, в свою очередь, используются для выработки комплекса поисковых критериев и определения направления наземных поисковых работ. Иногда на основе изучения аэрофогоматсриалов обнаруживается само полезное ископаемое или выявляются геометрические, цветовые и иные признаки, указывающие на его присутствие. Аэрофотоснимки дают информацию о положении рудоконтролирующих и рудовмещающих структур и геологических тел, их форме и условиях залегания.

К числу хорошо освоенных дистанционных геофизических методов относятся аэромагнитная, аэрорадиометрическая, аэрогравиметрическая съемки и аэроэлектроразведка разных масштабов. Они обеспечивают уточнение и дополнение геологических карт наземного картирования и способствуют обнаружению новых рудных скоплений. Аэромагнитная и гравиметрическая съемки и поиски обычно проводятся в масштабах 1:200 000… 1:50 000. Выбор масштаба дистанционных исследований зависит от целевого задания, геоморфологии и сложности геологического строения изучаемой территории. По признаку площадного распространения гравимагнитных аномалий выделяют три их типа: континентальные, региональные и локальные. Аномалии вызываются особенностями конкретного разреза земной коры и наличием контрастных геологических тел. Конграстность их связана с различиями в среде физических свойств горных пород в геологическом разрезе. Прежде всего, это касается зон контактов пород с различными магнитными петроплотностными свойствами, которые обнаруживаются как зоны градиентов напряженности гравимагнитных полей.

Аэрогаммасьемка применяется для непосредственных поисков месторождений урановых руд и для оценки радиоактивных пород на больших площадях. Съемка выполняется в три этапа:

> измерение гаммаизлучения пород на высоте полета и выделение аномалий;

> анализ выявленных аномалий;

> наземная проверка этих аномалий и их геологическая интерпретация. Масштабы работ отвечают 1:50 000…1:10 000.

В последние десятилетия получило распространение изучение при аэрогаммасъемке энергетического спектра регистрируемого гаммаизлучения. Оно позволяет с самолета (вертолета) определять природу радиоактивности горных пород (U, Th, К) и рудопроявлений на снимаемой площади. Весьма эффективным поисковым методом является аэрогаммаспсктрометрия, изучающая структуру радиоактивного поля, создаваемого горными породами и рудами в нижних частях атмосферы. Радиоактивные руды урана и тория этим методом довольно легко распознаются с воздуха по характеру излучения. Для месторождений редкоземельных элементов, олова, бериллия, бокситов характерны повышенные количества тория. Уран накапливается на месторождениях молибдена, тантала, ниобия, фосфоритов. Накопление калия свойственно медно-молибденовым, полиметаллическим, золотым, золотосеребряным, золото-сурьмяным месторождениям. Поэтому диагностика урановой, ториевой, калиевой природы радиоактивных аномалий позволяет прогнозировать и направлять поиски на конкретное оруденение.

Аэрогаммасъемка проводится в два этапа — фоновая съемка по редкой сети маршрутов через 4−5 км и детальная съемка между маршрутами по сети через 0,25 км.

Космогеологические методы обеспечивают интегральные представления о яркостной картине поверхности Земли в соответствующих диапазонах электромагнитного спектра, регистрируемого специальными приборами. В качестве носителей регистрирующих и передающих систем используются искусственные спутники Земли, автоматические межпланетные станции, пилотируемые космические корабли, долговременные орбитальные станции. По высоте орбиты космические методы делятся на три группы:

> низкоорбитальные, высотой 200−400 км (искусственные спутники Земли, долговременные орбитальные станции);

> среднеорбитальные, высотой 500−1500 км (искусственные спутники Земли);

> высокоорбитальные, высотой 30 000 90 000 км (искусственные спутники Земли).

Дистанционные космогеологические методы разделяются на фотометрические и дистанционные геофизические и геохимические. Фотометрические методы обеспечивают получение яркостной картины наблюдаемых полей. Эти методы включают черно-белое, цветное и инфракрасное (ИК) фотографирование, телевизионные космические снимки, радарную, радиолокационную, радиотепловую, лазерную, ультрафиолетовую, спектрометрическую съемки и исследование электромагнитной радиации Земли. По характеру исследований они разделяются на три категории: описание ресурсов, поиски ресурсов и контроль окружающей среды.

Основным видом космических наблюдений является фотографическая съемка в диапазоне видимого излучения поперечных электромагнитных волн. Используются черно-белые, цветные, спектрои многозональные фотопленки. Масштабы фотосъемок отвечают 1:1 000 000… 1:100 000. Другой разновидностью фотометрических методов являются фотоэлектронные телевизионные и спектрометрические съемки.

Телевизионные съемки обладают повышенной обзорностью, пониженной разрешающей способностью. Они позволяют выявлять глубинные структуры земной коры — планетарные, трансконтинентальные, региональные линеаменты и глубинные разломы, тектонические глыбы, разнообразные по масштабу и своей природе кольцевые структуры (рис. 1−4). Последовательная детализация данных дистанционных методов наиболее эффективно осуществляется при использовании материалов различных фотосъемок с четырехкратным разрывом в их масштабе. Использование космических снимков при минсрагсничсских исследованиях направлено на выявление рудоконтролирующих структур:

У сводово-глыбовых поднятий, возникших в процессе активизации и определивших минерагеническую зональность концентрического типа (рис. 3, 33);

> линейных сквозных зон, секущих структурный план регионов различного строения, и несущих систему рудоконтролирующих структур (рис. 4, 28);

> очаговых структур магматического происхождения, обладающих радиально-концентрическим строением и контролирующих размещение отдельных рудных узлов и рудных полей (рис. 3, 32).

При выявлении по аэрокосмическим материалам площадей, перспективных на обнаружение полезных ископаемых, существенное значение имеют геометрические особенности изображения того или иного геологического объекта.

Основными методическими приемами использования комплекса аэрокосмических материалов являются: последовательная детализация аэрокосмических материалов от мелкомасштабных к детальным; использование комплекта аэрокосмических материалов разных видов, но близких или одинаковых масштабов, а также дистанционных материалов одного вида, но различных по сезонным условиям съемки; комплексная интерпретация аэрокосмических фотосъемочных, геофизических, геохимических и других материалов.

Спектрометрические съемки производятся с помощью сканирующих систем в узких зонах видимой (и инфракрасной) частей спектра. Инфракрасные съемки проводят фотоэлектронными системами — тепловизорами-теплолокаторами, преобразующими невидимое изображение в видимое на люминисцирующих экранах. Наблюдения выполняют в диапазонах двух «окон» инфракрасного спектра — от 1,8 до 5,3 и от 7,5 до 14 мкм (1 мкм =110 м), в пределах которых инфракрасные лучи относительно слабо поглощаются в атмосфере. Инфракрасные съемки выявляют элементы ландшафта различной теплоемкости — участки многолетней мерзлоты, тепловые потоки в водах (в диапазоне первого «окна» 1,8…5,3 мкм) и объекты с отчетливо повышенной температурой — зоны вулканической и гидротермальной деятельности, глубинные аномалии линеаментов, кольцевых разломов (в диапазоне второго «окна» 7,5… 14 мкм). Они широко используются при дешифрировании космофотоснимков и способствуют выявлению глубинных активных структур земной коры.

Радарные или радиолокационные съемки используются для выявления геоморфологических элементов местности, тектонических зон и дают дополнительную информацию по характеру растительного покрова, оценке водоносных структур и вещественного состава пород. Они основаны на изучении радиоволн длиной от 1 до 100 см, отражаемой от земной поверхности и регистрируемых на борту космического корабля или спутника. Работы выполняются в масштабах 1:200 000−1:10 000, а качество снимков практически не зависит от погодных условий.

Космомагнитная и косморадиометрическая съемки. Эти геофизические методы обеспечивают уточнение геологических карт и способствуют выявлению полезных ископаемых.

Космофотоснимки могут принадлежать к таким уровням генерализации, как глобальному, региональному, локальному, детальному. Генерализация — это естественный при фотосъемке с больших высот отбор элементов ландшафта и природных объектов, соответствующих масштабу космофотоснимка. Трансформированные космофотоснимки — это снимки, исправленные за угол наклона за счет кривизны поверхности земли, приведенной к заданному масштабу, и имеющие сетку меридианов и параллелей.

Дешифрирование космофотоснимков базируется на принципах геологического дешифрирования аэрофотоснимков с учетом основной их особенности — высокой генерализации, влияющей на отбор дешифровочных признаков. Задачами дешифрирования являются:

• 1) изучение характера тектоники, морфологии структурных форм, их взаимоотношений, генезиса и относительного возраста;
• 2) выявление и прослеживание на территории литолого-стратиграфических комплексов пород, анализ их пространственных и временных соотношений;
• 3) изучение и анализ геоморфологических особенностей территории — генезиса форм рельефа и их возраста;
• 4) изучение ландшафтной оболочки Земли и степени отражения в ней геологических объектов;
• 5) уточнение, детализация составленных геологических карт или создание их новых вариантов.

Различают качественные и количественные методы дешифрирования. Количественное прогнозирование производится на дешифровочных признаках. Они позволяют определять элементы залегания пород, размеры геологических тел, амплитуды перемещения по дизъюнктивам. Дешифровочные признаки подразделяются на геометрические и фотограмметрические. К первой группе прямых дешифровочных признаков относятся форма, размеры и взаимное расположение геологических тел, а ко второй — цвет объектов и фототон. К косвенным дешифровочным признакам относятся рельеф, гидросеть, почва, растительность, природные территориальные комплексы.

Рельеф является универсальным индикатором новейших тектонических и современных геологических процессов, дизъюнктивных нарушений, пликативных структур. В результате получается следующая дешифровочная информация: от предварительного определения вещественного состава пород до особенностей тектоники участка и от изучения форм рельефа до их относительного возраста. На космофотоснимках дешифрируются ассоциации пород, соответствующие конкретным формациям и фациям. Отражению на космофотографиях основных литологостратиграфических комплексов пород способствует их твердость или устойчивость к выветриванию и выражению в рельефе. Наиболее существенным индикационным признаком различных типов пород является характерный рисунок их поверхности. Он отображает определенные взаимоотношения между окраской пород, формой рельефа, рисунком гидросети, распределением элювия, растительностью и трещиноватостью пород. Выявляются элементы региональной тектоники:

> выделяются структурные комплексы и этажи,.

> изучаются разрывы,.

> исследуются складчатые формы,.

> устанавливается характер развития региона или крупных структур,.

> определяется глубинное строение территорий (рис. 1−4, 32, 33, 36).

В открытых районах без растительности большую помощь оказывают цветные фотоснимки. На них месторождения полезных ископаемых обнаруживаются по индивидуальной окраске или цвету элювия-делювия. Хорошим примером может служить отображение медновкрапленных руд месторождения Саиндак в Пакистане (рис. 36). Другим примером являются зелено-серые меденосные песчаники Казахстана, выявленные среди красноцветных безрудных пород. В случае обнаружения полезного ископаемого в элювии по окраске анализ цветных фотоматериалов позволяет оконтуривать возможную область его сноса.

Структурные критерии дешифрирования служат определяющими при выделении участков на поиски месторождений руд в платформенных и складчатых регионах. К разрывным структурам чаще приурочены дайки, кварцево-сульфидные жилы, зоны прожилково-вкрапленной минерализации. Кварцевые жилы выделяются светлыми полосами-линиями по свалам кварца. Вдоль рудоносных даек наблюдаются оторочки контактово-измененных пород. На космофотоснимках видны зоны выклинивания разрывов. На их продолжении могут располагаться трещины с цепочками рудных тел или структуры типа «конского хвоста». Такие структурные обстановки благоприятны для нахождения рудных месторождений. Складчатые структуры дешифрируются в форме диапировых куполов, изгибов складок, гребней складок, флексур. В закрытых районах они выделяются по аномалиям в строении ландшафтов и по морфоструктурам. В складчатых регионах анализ рисунка слоистости и пластовых фигур иногда позволяет определять форму складок в плане и выявлять падение слоев. Это даст возможность отстраивать карты отдешифрированных маркирующих горизонтов. Неоструктурные элементы выявляются по аномалиям в рисунке гидросети, в строении долин, в облике денудационного рельефа, по почвенным и геоботаническим признакам. Тогда появляется возможность составления схем неотектонических структур в том или ином регионе (см. рис. 32, 33).

Для многих типов рудных месторождений устанавливается пространственная связь с разломами глубинного заложения и интрузивами, фиксируемыми на космофотоснимках. На мелкомасштабных космоснимках выделяются линеаменты (рис. 2, 4). На более детальных космофотоснимках отражается сложное строение зон линеаментов, состоящих из серии кулисообразных разломов и оперяющих их трещин. Нередко разломы прослеживаются дальше, чем показано на тектонических картах. С ними могут быть связаны проявления рудоносных интрузивов, поясов даек, рудоносных метасоматитов (рис. 5). Анализ положения рудных объектов по отношению к отдешифрированным по космоснимкам структурным элементам позволяет выявлять рудоносные структуры и отдельные месторождения. Такие рудоносные площади обычно тяготеют к узлам пересечения продольных рудоконтролирующих, диагональных и поперечных рудоконцентрирующих глубинных разломов, к резким коленообразным изгибам структур. В других случаях материалы космических фотосъемок позволяют с высокой точностью отдешифрировать контуры рудоносных интрузивных тел, зон минерализованных метасоматитов, рудоносных магматических куполов, еще не вскрытых эрозией.

Например, космические поиски полиметаллических руд в Калифорнии (США) показали высокую их эффективность. Анализ космических данных по этому региону проводился такими методами:

• 1) общим обзором земной поверхности, способствующим восприятию регионального геологического строения и взаимоотношений пород;
• 2) идентификацией многочисленных техногенных и геоморфологических деталей;
• 3) выделением слабых аномалий, благоприятных на полезные ископаемые;
• 4) корреляцией отражательных способностей пород с закартированными литологостратиграфическими подразделениями или зонами гидротермально измененных пород;
• 5) выделением площадей, рекомендуемых для поисков рудных месторождений. В результате на фотокосмоснимках были выявлены кольцевая структура диаметром 8 км и ряд линейных линеаментов.

Кольцевая структура расположена внутри плутона кварцевых монцонитов. Палеозойские осадочные породы откартированы по серо-зеленому и синему тонам, а зона интрузива — по коричневому, палеозойские метаморфиты — по белому. Зафиксированные аномально яркие отражения, видимо, обусловлены прослоями глинистых пород, известняков и доломитов, измененных гидротермальными процессами. По высоким значениям коэффициента отражения на снимках определялись зоны проявления метаморфизма, метасоматоза и оруденения. На основе этих данных были выделены новые рудоперспективные участки, на которых затем при поисковых работах были обнаружены месторождения полиметаллических руд.

Другим хорошим примером успешного прогноза полезных ископаемых дистанционными космическими методами, выполненные А. А. Поцелуевым, Ю. С. Ананьевым, В. Г. Житковым и др. [2007 г.] являются Рудно-Алтайские рудные регионы. Проводились прогнозные исследования на полиметаллические руды в Зыряновском и Лениногорском рудных районах. Детальное дешифрирование космофотоснимков различного масштаба с полевыми ревизионными наблюдениями позволило выделить линейные, кольцевые, дуговые и другие очаговые, блоковые структуры, несущие признаки рудных объектов.

Выполненный анализ и интерпретация материалов космических снимков позволили выделить разномасштабные структуры, контролирующие положение рудных узлов и рудных полей известных месторождений. Дополнительно намечены новые рудоперспективные площади на поиски скрытого оруденения. Исследования показали, что наряду с общими факторами структурного контроля оруденения, включающие линейные и кольцевые структуры, в каждом исследованном районе выявлены индивидуальные черты, обусловленные особенностями геологического строения. Но общими для Зыряновского и Лениногорского рудных районов оказались следующие признаки оруденения:

• 1) связь с крупными кольцевыми структурами диаметром 100 км и более. Месторождения располагаются в 25−40 км от их центров;
• 2) связь с кольцевыми структурами меньшего размера, которые приурочены к малым интрузиям. Диаметр этих структур в Зыряновском районе не превышает 20 км, а месторождения располагаются в 1−3 км от их центров, а в Лениногорском — до 20…80 км;
• 3) связь с линейными структурами и зонами повышенной линеаризации меридиональной, северо-восточной и северо-западной ориентировки и участками их сопряжения. В Лениногорском районе также проявилась связь с субширотными структурами.

Особенностью Зыряновского района является линейно-блоковое строение и наличие очаговых структур. Для Лениногорского района характерны «тектонические линзы-блоки». По материалам среднего пространственного разрешения космоснимков для Лениногорского района установлена связь оруденения с такими структурами:

> крупными кольцевыми структурами диаметром 100 км и более;

> кольцевыми структурами диаметром 20…80 км;

> меридиональными, широтными, северо-западными, север-северо-западными, северо-восточными линейными структурными участками наибольшей плотности линеаментов;

> участками концентрации тел малых интрузий в обрамлении крупных тектонических линз-блоков.

Кроме того, данные дистанционного зондирования высокого разрешения дали новую геологическую и прогнозно-поисковую информацию: рудные объекты связаны с северо-восточными, широтными, северо-западными линейными структурами; линейно-вытянутыми телами эффузивно-осадочных пород между основными тектоническими линзами; участками смены простирания слоистости с северо-западного на широтное; кольцевыми структурами, дуговыми элементами вулканно-плутонической природы. Эти выявленные закономерности выступают в качестве прогнозно-поисковых критериев перспективных на полиметаллическое оруденение участков ранга «рудный узел — рудное тело» .

Итак, информация, заложенная в материалах аэрокосмических съемок, позволяет существенно расширять продуктивные на оруденение площади, намечать новые участки, перспективные на поиски разнообразного эндогенного и экзогенного оруденения. Анализ возможностей дистанционных методов показывает, что они могут успешно использоваться при составлении геологических и специализированных сгрукгурно-формационных карт. Такие карты уточняют условия ведения поисковосъемочных, поисковых и оценочных работ, а также служат новой основой для определения и уточнения благоприятных на то или иное оруденение предпосылок, признаков промышленной рудоносности и для выделения новых рудоперспективных площадей.