Глава 6. Основы геохимии и металлогении

6.1. Геохимия и металлогения: цели, задачи, положение в ряду наук о Земле. Принципы геохимического и металлогенического анализа на основе новейших геотектонических гипотез и теорий

В данном разделе вы познакомитесь:

1. С предметами геохимия и металлогения как наук о Земле.
2. Объектом их изучения является химия всего того, что находится ниже земной или так называемой дневной поверхности, т.е. недра Земли, а также условия распределения, концентрации и миграции различных рудных компонентов.


Итак, геохимия — наука, изучающая химические процессы земной коры — миграцию химических элементов, их концентрацию и рассеяние, химический состав Земли и ее оболочек, распространение, распределение и взаимные сочетания химических элементов в земной коре.

Геохимия изучает историю химических элементов в ходе геологических процессов, формы их переноса и нахождения в горных породах и минералах, поведение ионов в кристаллических решетках минералов и энергетику геохимических процессов.

Изучая условия накопления химических элементов во всем многообразии геологических процессов, геохимия характеризует физико-химическую обстановку образования месторождений полезных ископаемых, тем самым указывает пути их отыскания. Геохимические методы поисков месторождений широко внедряются в практику геолого-поисковых работ, облегчая и удешевляя их, и в сочетании с геофизическими методами позволяют отыскивать месторождения, не выходящие на дневную поверхность. Для выявления благоприятных районов и участков поисков новых месторождений необходимо знать металлогенические особенности данной территории. Они выражаются в отклонении количественного соотношения химических элементов от средних значений для данных горных пород и в преобладании тех или иных характерных геохимических процессов, в результате которых образовались горные породы и месторождения района.

При технологическом освоении новых видов минерального сырья или руд месторождений нового типа геохимия оказывает большую помощь, указывая, в каких формах находятся элементы, подлежащие извлечению (самостоятельные ли минералы, изоморфные ли примеси и в каких минералах, в сорбированном ли состоянии и т. д.).

Владея разнообразными химическими и физическими методами исследования, используя данные физической химии, энергий кристаллических решеток и термодинамические расчеты, геохимия в состоянии решать сложные вопросы генезиса месторождений, особенно таких, которые образовались в результате накладывавшихся друг на друга резко различных геохимических процессов.

Геохимия — наука комплексная; она занимает промежуточное положение между науками геологическими (минералогия, петрология, литология, учение о месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология и океанология) и химическими (неорганическая и физическая химия, химическая термодинамика, кристаллохимия, коллоидная химия).

Кроме того, геохимия в вопросах происхождения и состава нашей планеты соприкасается с астрономическими науками (космогония, метеоритика) с физическими науками (радиология, ядерная геология, геофизика) и с биологическими (биохимия, почвоведение и биология в ее разделах, касающихся биогеохимии).

Методы геохимических исследований

В отличие от наук элементарных — химии, математики и других, обладающих специфическими методами исследований, геохимия, будучи наукой комплексной, в своих исследованиях широко применяет геолого-минералогические и химические методы исследования.

Из физических методов широко используется спектральный и рентгено-спектральный анализы, рентгено-структурный анализ, электронография, радиометрия, изотопный анализ, спектрофотометрия, люминесценция, магнитохимические измерения величин магнитной восприимчивости, эффект Мёссбауэра, электронный парамагнитный резонанс и т. д.

Из специфических методов геохимических поисков следует назвать металлометрию, позволяющую построить ореолы рассеяния элементов вокруг месторождения, как в рыхлых, так и в кристаллических породах, а также в водах, омывающих месторождения.

Геохимические наблюдения сосредоточиваются на изучении минералогической и химической зональности, на изучении «тесного парагенезиса» минералов, образовавшихся из общей физико-химической многокомпонентной системы, на изучении последовательности выделения минералов, при метасоматических замещениях одного минерала другим, позволяющих выяснить химическую сущность этого явления.

Широкое распространение приобретает экспериментальное воспроизводство природных процессов при синтезе минералов и при изучении процессов их дальнейшего изменения, замещения или разрушения. Этими методами удается подтвердить выведенные из наблюдений парагенезиса возможные формы переноса химических элементов в данном процессе, состав рудоотлагающих растворов и выяснить условия образования изучаемых минералов.

Из химических исследований помимо обычных методов анализа, включая полярографию, фотоколориметрию и т. д., очень большое значение в решении геохимических вопросов имеют определения величины рН (щелочности или кислотности среды) и величины Eh (окислительно-восстановительного потенциала). Все большее значение приобретают методы, применяемые в изучении химии комплексных соединений и коллоидно-химические методы.

Из термических методов исследования помимо термографии, дающей кривые обезвоживания, температуры диссоциации карбонатов, точки превращения, в последнее время приобретают распространение исследования температур гомогенизации газово-жидких включений, температур декрепитации и т. д. Большое количество перечисленных методов дает возможность решать любые многочисленные задачи, применяя сразу несколько различных методов, обеспечивающих их взаимную проверку.

Металлогения

Металлогения — раздел учения о полезных ископаемых, характеризующий геологические закономерности размещения рудных месторождений в пространстве и во времени. Металлогения имеет свои объекты исследований — металлогенические пояса и провинции, зоны и области, рудные районы, зоны, узлы — и свои специфические задачи — выявление закономерностей распределения рудоносных площадей и рудных месторождений в пространстве и времени, изучение критериев связи оруденения с комплексом геологических условий, влияющих на процессы минерализации, систематизацию и изучение типовых особенностей рудоносных площадей; прогнозирование новых рудоносных площадей. К числу основных методов металлогенических исследований относятся региональный металлогенический анализ, применяемый при изучении более или менее обширных регионов, метод металлогенического анализа рудоконтролирующих факторов, применяемый при детальных исследованиях рудных районов, формационный анализ и др. Металлогения тесно связана с тектоникой, петрографией, литологией, учением о полезных ископаемых. В настоящее время в понятие металлогении не включается изучение закономерностей размещения горючих полезных ископаемых, условия образования которых специфичны, а также строительных материалов и т. п.

Принципы металлогенического анализа на основе тектоники плит

В каждый конкретный момент геологического времени активные зоны Земли, приуроченные к границам литосферных плит, концентрируют в своих пределах большую часть эндогенной активности планеты. Именно здесь формируются разнообразные магматические и метаморфические комплексы, причем индикаторные комплексы отражают геодинамическую природу активных зон. Здесь же проявляется мелко- и глубокофокусная сейсмическая активность. В пределах этих активных зон формируются многочисленные месторождения полезных ископаемых.

Геодинамические обстановки формирования полезных ископаемых


Рис. 34.1. Геодинамические обстановки (I–IV) образования основных рудных месторождений
1– терригенные отложения, преимущественно турбидиты; 2– мелководные шельфовые отложения; 3– базальты; 4– гранитоиды преимущественно мантийные и нижнекоровые; 5– гранитоиды преимущественно корового происхождения; 6– щелочные интрузии; 7– гипербазиты; 8– офиолитовые покровы; 9– гранито-гнейсовые купола; 10– зона бимодального и щелочного магматизма; 11– зона стандартных и литий фтористых гранитов; 12– зона гранит-гранодиоритов, базальтов и диорит монцонитов; 13– океаническая литосфера. А– разрез, Б– план, В– геодинамическая интерпретация

В процессе геологической истории и эволюции Земли активные зоны отмирают, а их фрагменты могут включаться в состав стабильных континентальных глыб, оставаясь как на их окраинах, так и попадая в центральные части крупных составных континентов в результате коллизионных процессов. В первом случае велика вероятность того, что эти образования будут включены в состав новообразованных активных зон.

Основные положения металлогенического анализа на основе тектоники литосферных плит можно свести к следующему.

Первичные скопления рудного вещества формируются в пределах активных зон земной коры определенного возраста, которые в соответствии с действием механизмов тектоники плит могут быть в дальнейшем разобщены и находиться в составе отдельных удаленных друг от друга террейнов.

При закрытии океанов различного типа террейны со свойственными им рудными месторождениями могут создавать новую мозаику структурно-вещественных комплексов и металлогенических зон.

В дальнейшем на такие аккреционные ансамбли накладываются более поздние металлогенические пояса, которые могут соответствовать активным континентальным окраинам и коллизионным зонам. Этот процесс сопровождается как частной регенерацией ранее сформированных скоплений рудного вещества, так и поступлением новых его порций из глубинных коровых и мантийных источников.

В связи с расколами континентов и сдвигами по разломам ранее сформированные металлогенические пояса могут быть раздроблены, а отдельные их фрагменты значительно разобщены. Однако при этом сохраняется возможность первоначальной реконструкции в пределах единой плиты.

Самостоятельное значение имеют рудообразующие системы, связанные с горячими точками и рифтами, где поступление рудного вещества происходит преимущественно из глубинных подастеносферных источников.

Современные подходы к металлогении горно-складчатых областей требуют различать месторождения автохтонного (образовавшихся на данном континенте) и аллохтонного (присоединенных к данному континенту в процессе аккреции) типов.




Контрольные вопросы

1. Чем отличаются науки геохимия и металлогения? Приведите примеры этих различий.
2. Назовите шесть основных геодинамических обстановок формирования эндогенных полезных ископаемых.




 
© 2008–2011,   С.Н. Коваленко, кафедра географии ВСГАО. Все права защищены.