геохимический способ поисков месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Геохимический способ поисков месторождений полезных ископаемых, заключающийся в том, что на местности отбирают пробы по заданной сети из представительного слоя рыхлых отложений, удаляют из проб обломки кристаллических пород и органические включения, высушивают пробы, выделяют из проб материал сверхтонкой фракции твердых частиц размером менее 10 мкм, проводят прецизионный анализ элементного состава выделенного материала, выявляют вторичные литохимические ореолы и потоки рассеяния в сверхтонкой фракции рыхлых отложений по аномальным содержаниям определяемых химических элементов в выделенном материале, а о наличии зон рудной минерализации, рудных тел и месторождений судят по наличию и параметрам вторичных литохимических ореолов и потоков рассеяния, отличающийся тем, что пробы отбирают из представительного слоя рыхлых отложений, залегающего ниже слоев, обогащенных органическим материалом, или характеризующихся интенсивным выщелачиванием металлов, или выносом сверхтонкой фракции твердых частиц, на месте удаляют из проб обломки кристаллических пород крупнее 1-2 см и органические остатки, высушенную пробу помещают в бункер, который встряхивают на вибрационной платформе и одновременно откачивают воздух, а частицы, вынесенные струей воздуха, улавливают на воздушные фильтры, откуда их собирают для прецизионного анализа содержания химических элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых, в частности месторождений цветных, редких и благородных металлов.

Известны литохимические методы поисков по вторичным ореолам и потокам рассеяния (см. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. Составители С.В.Григорян, А.П.Соловов, М.Ф.Кузин. - М., Недра, 1983. С.69-109). Сущность их заключается в том, что на местности по заданной сети отбирают пробы почв, приповерхностных почвообразующих рыхлых отложений или донных осадков постоянных или временных водотоков. Пробы отбирают с глубины 15-20 см, реже 40-60 см и глубже. Пробы высушивают и затем просеивают через сито размером 0,5-1,0 мм. Выделенную фракцию твердых частиц механически истирают до размера менее 0,1 мм и затем направляют на эмиссионный спектральный анализ либо другие виды анализов для определения содержаний химических элементов-индикаторов искомого оруденения. По аномальным содержаниям химических элементов-индикаторов оруденения выявляют вторичные литохимические ореолы и потоки рассеяния, по которым прогнозируют местоположение искомых рудных объектов - рудных тел и месторождений, а также их характеристики: состав оруденения и прогнозные ресурсы. Недостатком указанных методов является их низкая эффективность при применении на закрытых и полузакрытых территориях, т.е. на территориях, где коренные породы перекрыты почти сплошным или сплошным чехлом дальнеприносных рыхлых отложений. На таких территориях остаточные механические вторичные ореолы и потоки рассеяния могут отсутствовать в слое опробованных рыхлых отложений, а наложенные сорбционно-солевые ореолы и потоки рассеяния в выделенной фракции твердых частиц размером <0,5-1,0 мм проявлены настолько слабо, что тоже не создают геохимических аномалий, в результате чего искомые рудные объекты - зоны рудной минерализации, рудные тела и месторождения не могут быть обнаружены.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является способ геохимических поисков, получивший название «метод анализа сверхтонкой фракции рыхлых отложений» (МАСФ) (см. Временные методические указания по проведению геохимических поисков на закрытых и полузакрытых территориях. Авторы: С.В.Соколов, А.Г.Марченко, С.С.Шевченко, О.Н.Симонов, А.И.Стехин, О.И.Олешкевич, А.Н.Дедюхин, Т.Е.Теремецкая. - СПб., Изд-во ВСЕГЕИ, 2005. С.12-20 и 41-65). Сущность способа заключается в том, что для выявления вторичных литохимических ореолов на местности по заданной сети проводят опробование рыхлых отложений. В масштабах 1:1000000-1:500000-1:200000-1:500000 обычно применяют примерно прямоугольную сеть опробования 10×10, 5×5, 2×2 км и 500×500 м соответственно. Отступления от строгой регулярности сети вызваны необходимостью проведения пробоотбора в трансэлювиально-аккумулятивных и аккумулятивных элементарных ландшафтах, где вероятность выявления вторичных литохимических ореолов повышается за счет вторичного закрепления подвижных форм элементов на геохимических барьерах. Поэтому точки опробования преимущественно располагают на контурах болот, низин, водотоков и водоемов, а на возвышенных участках опробование также производят в зонах аккумуляции на относительно пониженных участках микрорельефа (мелкие ложбинки, подножия склонов и т.п.). В масштабах 1:25000-1:10000, в зависимости от геологического строения участка и предполагаемой формы ожидаемых рудных объектов, могут использоваться как квадратная (250×250, 100×100 м), так и прямоугольная (250×50, 200×40,100×20 м и т.п.) сети опробования. Пробы отбирают из следующих горизонтов почвенного разреза: В (иллювиальный горизонт), B_g (оглеенный иллювиальный горизонт) или G (глеевый горизонт), а в районах интенсивного техногенного загрязнения - из горизонтов С (почвообразующие рыхлые отложения) или G (глеевый горизонт). Глубина отбора проб зависит от фактического положения указанных горизонтов и обычно составляет 0,3-0,6, реже до 1-1,5 м. Масса отбираемой пробы, в зависимости от гранулометрического состава рыхлых отложений, составляет от 200-300 г (глинисто-суглинистые отложения) до 400-600 г (супесчаные и песчаные отложения). Для выявления литохимических потоков рассеяния проводят опробование донных отложений водотоков в масштабах от 1:1000000 до 1:200000. Пробы отбирают из донных осадков устьевых частей водотоков низких порядков с бассейнами водосбора, соответствующими масштабу проводимых геохимических работ: при съемке масштаба 1:1000000 - приблизительно 100 км ², 1:500000 - 25 км², 1:200000 - 4 км². В пробу отбирают по возможности тонкий суглинисто-глинистый или илисто-глинистый материал прибрежных донных отложений. Как правило, составляют сборную пробу из 3-5 частных проб, желательно отобранных вкрест водотока.

Первичная пробоподготовка заключается в просушивании проб. Далее в лабораторных условиях проводят выделение сверхтонкой фракции с размером твердых частиц менее 10 мкм или еще меньше с использованием специальных технологий. Масса выделенной фракции должна составлять не менее 0,5-1 г. Определение содержаний элементов-индикаторов оруденения проводят методом атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Методика анализа сверхтонкой фракции твердых частиц предусматривает разложение пробы смесью концентрированных кислот, выпаривание до сухого остатка с последующим его кислотным растворением и проведение аналитических определений содержаний элементов из растворов. По аномальным содержаниям определяемых химических элементов в сверхтонкой фракции рыхлых отложений выявляют вторичные литохимические ореолы и потоки рассеяния. Наличие и характеристики зон рудной минерализации, рудных тел и месторождений прогнозируют по наличию и параметрам вторичных ореолов и потоков рассеяния. По результатам сравнительного анализа поисковой эффективности разных геохимических методов, проведенного на известных рудных объектах и при производстве площадных геохимических работ в Карело-Кольском регионе, МАСФ показал себя как эффективный метод прогноза и поисков месторождений на закрытых и полузакрытых территориях.

Недостатками прототипа являются неточность выбора представительного почвенного горизонта для отбора проб и отсутствие эффективной технологии выделения сверхтонкой фракции твердых частиц. Традиционным способом выделения сверхтонкой фракции является отмучивание - способ получения глинистых фракций из глинистых суспензий путем сливания суспензий через определенные промежутки времени, отстаивания их, высушивания и сбора осевших частиц разных размеров: <1 мкм и 1-10 мкм (см. Геологический словарь. М.: Недра, 1978, Том 1: С.38 и Том 2: С.60), однако способ отмучивания является трудоемким и малопроизводительным. Эти недостатки затрудняют реализацию способа-прототипа при геохимических поисках месторождений полезных ископаемых.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности выбора представительного почвенного горизонта для отбора проб, снижение трудоемкости и повышение производительности выделения сверхтонкой фракции твердых частиц для определения содержания в ней химических элементов.

Технический результат достигается тем, что в геохимическом способе поисков месторождений полезных ископаемых, заключающемся в том, что на местности отбирают пробы по заданной сети из представительного слоя рыхлых отложений, удаляют из проб обломки кристаллических пород и органические включения, высушивают пробы, выделяют из проб материал сверхтонкой фракции твердых частиц размером менее 10 мкм, проводят прецизионный анализ элементного состава выделенного материала, выявляют вторичные литохимические ореолы и потоки рассеяния в сверхтонкой фракции рыхлых отложений по аномальным содержаниям определяемых химических элементов в выделенном материале, а о наличии зон рудной минерализации, рудных тел и месторождений судят по наличию и параметрам вторичных литохимических ореолов и потоков рассеяния, согласно изобретению пробы отбирают из представительного слоя рыхлых отложений, залегающего ниже слоев, обогащенных органическим материалом, или характеризующихся интенсивным выщелачиванием металлов, или выносом сверхтонкой фракции твердых частиц, на месте удаляют из проб обломки кристаллических пород крупнее 1-2 см и органические остатки, высушенную пробу помещают в бункер, который встряхивают на вибрационной платформе, и одновременно откачивают воздух, а частицы, вынесенные струей воздуха, улавливают на воздушные фильтры, откуда их собирают для прецизионного анализа содержания химических элементов.

Способ реализуется с помощью представленной на чертеже схемы установки для выделения сверхтонкой фракции твердых частиц.

Способ реализуется следующим образом.

На местности по заданной сети отбирают пробы из представительного слоя рыхлых отложений - почв, почвообразующих отложений или донных осадков постоянных или временных водотоков. Плотность сети при проведении поисковых геохимических съемок определяют аналогично прототипу.

Для отбора пробы при геохимических поисках по вторичным ореолам проходят шурф, закопушку или микроскважину до достижения представительного слоя рыхлых отложений, из которого отбирают пробу массой 300-400 г. В качестве представительного слоя выбирают почвенный или подпочвенный слой, который:

а) обогащен относительно соседних слоев глинисто-суглинистым материалом, то есть пелитовыми и алевритовыми частицами, что определяют по пониженной сыпучести, повышенной вязкости и слипаемости отложений. Именно в глинисто-суглинистом материале в наибольшей степени концентрируются сорбционно-солевые формы нахождения химических элементов, по которым выявляются наложенные вторичные ореолы в сверхтонкой фракции отложений;

б) залегает ниже верхних почвенных слоев, обогащенных органическим материалом (при его наличии): гумусовым веществом, торфом, перегноем, не полностью разложившимися растительными остатками, наличие которых устанавливается визуально. В этом слое химические элементы в преобладающей мере присутствуют в составе элементоорганических соединений, что затрудняет выделение сорбционно-солевых форм нахождения элементов, в которых формируются искомые геохимические аномалии;

в) на территориях развития подзолистых почв залегает ниже слоя элювиации (оподзоливания), который характеризуется интенсивным выщелачиванием металлов, в том числе индикаторов оруденения, в растворенной форме. Положение этого слоя устанавливается визуально по его относительно светлой окраске (светло-серой, белесой) в почвенном разрезе. Вынос элементов-индикаторов из слоя элювиации снижает эффективность обнаружения наложенных вторичных ореолов в сорбционно-солевых формах нахождения элементов;

г) на территориях с аридным климатом и интенсивной ветровой эрозией представительный слой залегает ниже поверхностного слоя, лишенного или почти лишенного органического материала. Сверхтонкая фракция поверхностного слоя, с одной стороны, интенсивно вовлекается в пылеобразование и выносится в атмосферу, с другой стороны, формируется за счет дальнеприносных пылевых выпадений, что делает непредставительными пробы, отобранные из указанного поверхностного слоя.

При проведении геохимических поисков по потокам рассеяния пробу массой 300-400 г отбирают из слоя донных осадков прибрежной части действующего водотока или из высохшего русла временного водотока. Представительным слоем для отбора пробы является тот слой, который:

а) относительно обогащен глинисто-суглинистым материалом, то есть пелитовыми и алевритовыми частицами, что определяют по пониженному количеству относительно крупных частиц (гальки, гравия, песка) и при этом по отсутствию или незначительному количеству илистой или торфяной составляющей;

б) залегает ниже активного поверхностного слоя донных осадков, сверхтонкая фракция которого, с одной стороны, интенсивно вовлекается в вышележащие слои воды за счет взмучивания и выносится из донных отложений вместе с заключенными в ней сорбционно-солевыми формами нахождения химических элементов, с другой стороны, в значительной мере формируется за счет осаждения дальнеприносной мути, что делает непредставительными пробы, отобранные из указанного поверхностного слоя осадков.

При невозможности обнаружить представительный слой, характеризующийся вышеуказанными свойствами, в первоначально намеченной точке опробования выбирают новую точку опробования на расстоянии, не превышающем 1/2 среднего расстояния между намеченными точками геохимической съемки, с обязательной фиксацией в журнале полевого опробования направления и расстояния смещения от первоначально намеченной точки. В случае, когда обнаружить представительный слой не удается, первоначально намеченную точку опробования пропускают с обязательной отметкой об этом в журнале опробования.

В обоих вариантах геохимических поисков как по вторичным ореолам, так и по потокам рассеяния, из отобранных проб на месте их отбора удаляют относительно крупные обломки кристаллических пород (галька, щебенка) размером крупнее 1-2 см, а также органические остатки (фрагменты корней, веток растений, травянистой растительности и т.п.). Невыполнение этой операции затрудняет последующее выделение сверхтонкой фракции из пробы и снижает воспроизводимость получаемых аналитических результатов. После удаления обломков кристаллических пород и органических остатков пробу помещают в полиэтиленовый пакет и направляют в лабораторию либо помещают в матерчатый мешочек, просушивают до воздушно-сухого состояния в комнатных условиях или на открытом воздухе в условиях, исключающих пыление и соприкосновение соседних проб между собой, после чего также направляют в лабораторию.

Пробы, поступившие в лабораторию, сушат в сушильных шкафах при температуре 50°С до достижения постоянного веса. Далее в лабораторных условиях проводят выделение сверхтонкой фракции твердых частиц размером менее 10 мкм. Для этого сухую пробу аккуратно, исключая ее пыление, переносят в бункер установки, предназначенной для выделения и сбора на фильтры пылевидной фракции твердых частиц размером менее 10 мкм. Схема установки приведена на чертеже. Бункер с пробой (2) устанавливают на управляемую вибрационную платформу (1), закрывают крышкой с фильтрами (3) с помощью зажимов (8) и удерживают стойками (9). В крышку вмонтирован пылеприемник, в который устанавливают фильтры типа АФА (10). Пылеприемник с помощью металлического патрубка (4) и гибкого шланга (5) соединен с пылесосом (6), который обеспечивает протяжку воздуха через фильтры. Установка находится на лабораторном столе (7). Пылеватые частицы, поступающие в воздушный поток во время встряхивания пробы вибрационной платформой, при работе пылесоса оседают на фильтрах. Время работы вибрационной платформы, амплитуда ее колебаний и скорость протяжки воздуха пылесосом подбираются экспериментально для каждого типа рыхлых отложений и должны обеспечивать выделение требуемой навески (как правило, не менее 0,5-1,0 г) для последующего аналитического определения содержаний химических элементов в составе выделенного материала сверхтонкой фракции твердых частиц размером менее 10 мкм. После окончания работы установки фильтры извлекают из нее, с них собирают пылеватые частицы сверхтонкой фракции, которые составляют навеску для анализа. Указанные операции допускают возможность практически полного извлечения сверхтонкой пылеватой фракции из проб рыхлых отложений, что обеспечивает представительность навески для анализа.

Аналитическое определение содержаний элементов-индикаторов оруденения проводят прецизионными методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой или другими инструментальными методами количественного анализа. Выделенный в навеску материал сверхтонкой фракции твердых частиц разлагают смесью концентрированных кислот, выпаривают до сухого остатка. Далее производят повторное кислотное растворение и определяют содержания элементов в растворах с последующим пересчетом на содержания химических элементов в сухой сверхтонкой фракции отложений. При обработке полученных аналитических данных рассчитывают среднефоновые содержания элементов, стандартные отклонения или стандартные множители фоновых содержаний и затем выделяют аномальные содержания индикаторных элементов. По выделенным геохимическим аномалиям химических элементов в сверхтонкой фракции рыхлых отложений выявляют вторичные литохимические ореолы и потоки рассеяния и проводят их интерпретацию. О наличии и характеристиках искомых зон рудной минерализации, рудных тел и месторождений, а также геохимически специализированных пород, способных вмещать месторождения и проявления полезных ископаемых, судят по наличию и параметрам вторичных ореолов и потоков рассеяния индикаторных химических элементов в сверхтонкой фракции рыхлых отложений.

Описанный способ геохимических поисков повышает по сравнению с традиционными геохимическими методами (см. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. Составители С.В.Григорян, А.П.Соловов, М.Ф.Кузин. - М.: Недра, 1983. С.69-109) эффективность геохимических поисков руд цветных, редких и благородных металлов на закрытых и полузакрытых территориях. При этом производительность описанного способа при его высокой поисковой эффективности сопоставима с производительностью традиционных способов, что позволяет применять геохимический способ поисков месторождений полезных ископаемых на основе анализа сверхтонкой фракции рыхлых отложений в тех же производственных масштабах.

Пример. Геохимический способ поисков месторождений полезных ископаемых на основе анализа сверхтонкой фракции рыхлых отложений был применен в масштабе 1:50000 в пределах Беломорской мобильной зоны в Северной Карелии на площади 670 км ². Пробы отбирались по сети 500×500 м. В сверхтонкой фракции рыхлых отложений определялись содержания 10 элементов (Cu, Ni, Ti, V, Zn, Pb, Mn, Co, Cr, Be) методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и 12 элементов (Au, Pt, Pd, Ag, As, Bi, Те, Sb, Mo, Sn, W, U) методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. По результатам геохимических поисков были оценены перспективы территории на цветные и благородные металлы, выделены и охарактеризованы перспективные участки. На участке одного из выявленных вторичных ореолов платины и палладия с содержаниями этих металлов в сверхтонкой фракции рыхлых отложений до 0,025 г/т и 0,02 г/т при фоновых содержаниях около 0,01 г/т и 0,006 г/т соответственно были затем проведены геологоразведочные работы с применением бурения, которые показали наличие в теле метаамфиболитов пространственно выдержанной платинометалльной минерализации в коренном залегании. Выявленные на площади вторичные ореолы никеля с содержаниями в сверхтонкой фракции до 0,13% при среднефоновом содержании около 0,003% позволили выявить специализированные массивы пород основного-ультраосновного состава, перспективные на обнаружение сульфидно-платинометалльного оруденения.

Положительный эффект заключается в том, что предложенный способ геохимических поисков позволяет повысить производительность и эффективность геохимических поисков месторождений цветных, редких и благородных металлов на территориях, где коренные породы и руды перекрыты чехлом дальнеприносных рыхлых отложений.