19.01.2021

Связь свойств руд с их генезисом


Происхождение полезных ископаемых в значительной степени определяет характеристики месторождений, влияющие на выбор способа и условия эксплуатации. Условия концентрации тех или иных элементов в отдельных участках земной коры связаны с процессами перехода их из подвижного состояния в неподвижное. Эти условия определяются темп же параметрами (свойствами элементов и физико-геологической обстановкой), что и условия обратного их перевода в подвижное состояние. С этой точки зрения геотехнологические методы добычи полезных ископаемых нередко представляют собой инверсию физико-химических процессов, приведших к образованию месторождений. Так, инфильтрационные месторождения урана связаны со сменой окислительной обстановки восстановительной. Метод выщелачивания основан на обратном процессе: создании в недрах окислительной обстановки и кислой среды.

Генезис месторождений обусловливает их принадлежность к той или иной рудной формации. Каждая формация характеризуется определенной совокупностью рудных и сопутствующих им минералов — парагенетической ассоциацией. Минералы парагенетической ассоциации обладают определенной общностью свойств, так как образуются в одинаковых условиях. Поскольку геотехнологические методы, как правило, основаны на избирательном извлечении полезных ископаемых из руд, необходимо при изучении месторождений исследовать парагенетические ассоциации и найти такое свойство полезного минерала, которое отличало бы его от свойств остальных минералов. И чем резче будет выражено это отличие, тем больше возможность нахождения рабочих агентов с высокой степенью избирательности.

Формирование свойств горных пород представляет собой сложный процесс, развивающийся в течение всей геологической истории месторождений.

Как было показано ранее наиболее значительным фактором является проницаемость руд. Проницаемость пород связана с их пустотностью, причем проводимость каналов в горной породе пропорциональна второй или третьей степени их раскрытости. Образование пустот происходит на всех стадиях петрогенеза.

Собственно магматические и пегматитовые месторождения в ненарушенном состоянии сложены монолитными породами с пористостью, едва достигающей десятых долей процента. Более высокой пустотностью характеризуются постмагм этические месторождения.

При образовании последних движение рудообразующих растворов происходит по пустотам и трещинам в горных породах. При этом поры и трещины заполняются вторичными минералами, т. е. монолитизируются. Таким образом, руды эндогенных месторождений, как правило, имеют ничтожную проницаемость.

Проницаемость руд обломочных месторождений (элювиальные и делювиальные россыпи), образующихся преимущественно вследствие процессов физического выветривания, обычно высокая и весьма неоднородная; с глубиной она постепенно уменьшается.

Остаточные месторождения, образующиеся в результате химического выветривания, обычно характеризуются низкопроницаемыми рудами, так как преобладающими минералами в них являются каолин, гидрослюды и другие глинистые минералы. Однако в ряде случаев химическое выветривание приводит к растворению и выносу части минералов без образования глин. Примером могут служить коры выветривания карбонатитов, представляющие собой рыхлые водопроницаемые зернистые породы.

Инфильтрационные месторождения, формирующиеся в результате осаждения минералов из раствора в пористой среде, обычно сложены проницаемыми песчаными и песчано-глинистыми породами и рудами. В зависимости от гранулометрического состава проницаемость может изменяться от долей до десятков квадратных микрометров, а для урановых и урано-ванадиевых месторождений составляет обычно 0,5—10 мкм2. В то же время вмещающие породы обычно имеют проницаемость ниже на 1—2 порядка, что создает благоприятные условия для выщелачивания урана из руд в естественном залегании.

Механические осадки — россыпи золота, платины, алмазов, рутила, циркона и других минералов связаны с аллювиальными отложениями, обычно представленными кварцевыми и кварц-полевошпатовыми песками. Процесс накопления россыпей связан с выносом легких и мелких фракций продуктов выветривания, поэтому аллювиальные россыпи характеризуются проницаемостью в десятки и сотни квадратных микрометров.

Проницаемость химических осадков зависит от соотношения в руде терригенного и хемогенного материалов. Как известно, окислы алюминия, железа, марганца, а также фосфаты выпадают в осадок одновременно с терригенным материалом, преимущественно песками. Поэтому руды перечисленных полезных ископаемых имеют определенную пустотность. В процессе накопления осадка и его диагенеза поры частично или полностью заполняются коллоидными частицами рудного вещества. Поэтому для осадочных месторождений железа и марганца проницаемость составляет обычно 0,1—1 мкм2. Карбонаты, сульфаты, галоидные соединения и все виды глин водоупорны.

Руды биохимического осадочного происхождения имеют различную проницаемость. Так, оболовые и желваковые фосфоритные руды представлены песками; в то же время осадочные руды урана, связанные с углистым веществом и костными остатками, сложены глинами и водоупорны.

Метаморфогенные месторождения представлены уплотненными в результате метаморфизма рудами и имеют ничтожную проницаемость.

Практически водоупорны и все биогенные залежи горючих полезных ископаемых: углей, сланцев, битумов.

Начальная проницаемость руд может существенно измениться под влиянием процессов эпигенеза, тектонических дислокации, регионального метаморфизма, разгрузки и выветривания. При диагенезе в результате сложных физико-химических процессов происходит перестройка структуры и состава пород в соответствии с теми термодинамическими условиями, в которые попадает порода. Результатом глубинного эпигенеза является литификация пород — уплотнение., уменьшение пористости, дегидратация. В общем, в результате процессов эпигенеза проницаемость пород снижается. Te же процессы сопровождают региональный метаморфизм. В результате первично рыхлые и проницаемые отложения переходят в полускальные и скальные водоупорные породы.

Если в течение геологической истории горные породы снова попадают в приповерхностные условия, происходит приспособление пород к новой обстановке: развиваются процессы выветривания, дезинтеграция пород, интенсивно происходит выщелачивание отдельных минералов, раскрытие трещин из-за упругого расширения. При этом большую роль играют микроорганизмы. В частности, редуцирующие бактерии в результате своей жизнедеятельности восстанавливают сульфаты, выделяя при этом углекислоту и сероводород. Появление углекислоты в поровых растворах приводит к активному растворению карбонатов, часто играющих роль цемента песчаников, что снижает их прочность и повышает проницаемость.

Проницаемость руд и горных пород в значительной мере определяется развитием трещиноватости. Одной из главных причин образования трещин служат тектонические движения. Трещины разлома распространяются на большую глубину. Вокруг основной трещины развиваются оперяющие и субпараллельные. Раскрытость трещин может быть различной в зависимости от их типа. Трещины отрыва и скола обычно раскрыты, в то время как трещины взброса и надвига имеют притертые стенки. Трещины складкообразования обычно развиваются в сводах антиклиналей, они более равномерны, чем трещины разлома. Образующиеся при формировании складок трещины, параллельные напластованию, обычно имеют незначительное раскрытие. Региональная тектоническая трещиноватость обычно образована тремя системами трещин: продольные и поперечные трещины отрыва и диагональные трещины скалывания. Эти трещины образуют равномерную редкую сеть, расстояние между ними обычно исчисляется метрами. Трещины кливажа обычно притерты, проводимость их незначительна.

Раскрытость трещин тесно связана с механическими свойствами пород и глубиной их залегания. В породах с сопротивлением сжатию, меньшим геостатического давления, происходит пластическая деформация или разрушение межтрещинных блоков, в результате чего трещины отрыва смыкаются и образуются менее проводящие трещины скалывания.

Проводимость трещин существенно изменяется под влиянием геохимических процессов. В одних случаях происходит их залечивание вторичными минералами, в других — расширение вследствие растворения (карст). Последний наиболее характерен для растворимых пород: карбонатов, сульфатов, галоидов. Однако растворение играет существенную роль и в породах, содержащих растворимые минералы только частично, например в песчаниках на карбонатном цементе. В результате растворения цемента вдоль трещин образуются участки рыхлых проницаемых песков. Неравномерное уплотнение выщелоченных участков ведет к образованию новых трещин, вследствие чего процесс декарбонатизации еще более ускоряется и захватывает все большие объемы.

Таким образом, изучение геологической истории формирования месторождений дает возможность установить важнейшие свойства слагающих их пород. Проведенный анализ позволяет выделить три типа руд по величине и характеру проницаемости: 1) пористые коллекторы; 2) трещинные и трещинно-карстовые коллекторы; 3) водоупоры.

К I типу относятся руды обломочных и инфильтрационных (эпигенетических) месторождений, также аллювиальные и морские россыпи, реже остаточные, хемогенные и биохимические осадочные месторождения; ко II типу — многие эндогенные месторождения в зонах пострудной складчатости, а также часть осадочных, метаморфогенных и метаморфизованных месторождений; к III типу — подавляющее большинство руд эндогенного происхождения, хемогенные руды ряда сидерит — мирабилит, большая часть метаморфогенных месторождений.





Яндекс.Метрика