КУРС ЛЕКЦИЙ

по учебной дисциплине «Геология полезных ископаемых»

федерального компонента цикла ОПД по специальности 011100

«Геология»

cОДЕРЖАНИЕ

С.

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ 7

Лекция 1. Введение 7

МОДУЛЬ 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И 14

РАЗМЕЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекция 2. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых 14

Лекция 3. Геологические условия формирования месторождений по- 19

лезных ископаемых

МОДУЛЬ 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 28

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекции 4, 5. Магматические месторождения 28

Лекция 6. Карбонатитовые месторождения 38

Лекция 7. Пегматитовые месторождения42

Лекция 8. Альбитит-грейзеновые месторождения 47

Лекция 9. Скарновые месторождения51

Лекции 10, 11. Гидротермальные месторождения 56

Лекция 12. Колчеданные месторождения 72

Лекция 13. Месторождения выветривания 76

Лекция 14. Россыпные месторождения 80

Лекции 15, 16. Осадочные месторождения 84

Лекция 17 (проблемная). Эпигенетические и осадочно - катагенетиче- 93

ские месторождения: современные генетические гипотезы

Лекция 18. Метаморфизованные и метаморфические месторождения 106

Рекомендуемая литература 112

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Геология твердых полезных ископаемых» относится к базовой дисциплине при подготовке студентов по специальности «Геология» и изучается на 3 курсе в 5 семестре. Еѐ значение в образовательном процессе определяется необходимостью подготовки высококвалифицированных кадров для геологической отрасли, способных использовать данные о генезисе полезных ископаемых для прогнозирования месторождений.

Цель преподавания дисциплины - получение студентами сведений об общих закономерностях формирования месторождений полезных ископаемых в процессе развития земной коры

Задачи изучения дисциплины :

- приобретение теоретических знаний об условиях возникновения, эволюции и размещения месторождений твердых полезных ископаемых;

- изучение основных генетических подразделений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых;

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данного предмета : «Химия», «Общая геология», «Структурная геология», «Минералогия», «Историческая геология с основами палеонтологии», «Петрография магматических и метаморфических пород», «Литология».

Основные компетенции студента при освоении данной дисциплины разработаны с учетом его будущей практической работы на геологических предприятий, научных учреждениях. Студент, изучивший данную дисциплину, должен знать :

- генетические типы полезных ископаемых, площади распространения полезных ископаемых, геодинамические обстановки месторождений, периодичность, длительность и глубинные уровни формирования месторождений, морфологию тел полезных ископаемых, минералого-геохимические, текстурноструктурные характеристики руд, этапы и стадии формирования руд, парагенетические минеральные ассоциации и генерации минералов, источники рудного вещества и способы его отложения, модели формирования месторождений основных генетических классов; уметь :

- на основе имеющихся геологических материалов - карт, разрезов, образцов руд и вмещающих пород, результатов их анализов создавать геологические модели месторождений полезных ископаемых;

- определять генетический тип потенциального месторождения;

- использовать принцип аналогии при прогнозировании полезных ископаемых.

иметь представление:

-о важнейших экономических показателях, определяющих промышленную ценность месторождений;

- о рудоконтролирующих структурах;

- о геологическом строении уникальных месторождений твердых полезных ископаемых.

Объем дисциплины и виды учебной работы показаны в таблице 1.

Таблица 1. Виды учебной работы по дисциплине «Геология полезных ископаемых»

Лекции по дисциплине «Геология полезных ископаемых» подразделяются на 3 модуля (раздела), которые показаны в таблице 2.

Таблица 2 Модули дисциплины

Трудозатраты студентов на изучение этих модулей неравнозначны, они существенно возрастают при освоении третьего модуля, который является главным структурным элементов данной дисциплины.

В предисловии к каждой лекции, помимо еѐ названия и трудозатрат студента в часах, приводится перечень главных вопросов, на основании которых выделяются темы дисциплины, затем кратко рассматриваются эти вопросы. В конце лекции приводятся проектные задания студентам по самостоятельной работе и рубежные тесты для самоконтроля знаний по каждой теме.

МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ

Лекция 1(2 часа) . Введение

Исторический обзор, цели и задачи дисциплины. Основные термины и понятия (полезное ископаемое, месторождение полезного ископаемого, промышленное разделение месторождений полезных ископаемых, руда, кондиции, запасы месторождений).

Курс – «Геология твердых полезных ископаемых» - является составной частью «Учения о полезных ископаемых», которое включает, помимо данной дисциплины, «Промышленные типы рудных месторождений», «Промышленные типы нерудных месторождений», «Промышленные типы горючих полезных ископаемых», «Металлогению».

Полезные ископаемые являлись важнейшим элементом среды обитания человека с момента его появления на нашей планете. Они обеспечивали человека материалами для создания жилищ, предметов и орудий быта, определяли развитие ремесел, сельского хозяйства, военной техники, удовлетворяли эстетические и культурные потребности. Вовлечение минеральных веществ в хозяйственную сферу определяло общую эволюцию человеческой цивилизации. Россия обладает мощной минерально-сырьевой базой. Однако нарастающие темпы развития современного производства требуют выявления значительных дополнительных ресурсов, сосредоточенных в крупных и высококачественных месторождениях. Потребность обнаружения новых и нетрадиционных видов минерального сырья требует дальнейшего расширения и углубления геологических исследований.

В теоретическом курсе «Геология твердых полезных ископаемых» будут рассмотрены общие закономерности формирования полезных ископаемых в процессе развития земной коры, а также частные примеры различных генетических типов месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.

Основные термины и понятия . Студент, изучающий данную дисциплину, должен знать формулировки ряда основополагающих терминов: полезное ископаемое, руда, месторождение полезных ископаемых, промышленные кондиции.

Полезное ископаемое - минеральные массы, извлекаемые из недр земли и используемые человеком. Полезные ископаемые бывают твердыми, жидкими, газообразными. В данном курсе будут изучаться твердые полезные ископаемые. Среди них выделяются:

1)металлические (рудные) - это полезные минеральные массы из которых извлекаются металлы (из бурых железняков извлекается Fe из бокситов –Al, галенит-сфалеритовых руд - Pb, Zn) ,

2)неметаллические (нерудные) - это минералы, горные породы, которые используются целиком (соли, графит, слюда, барит, алмазы, гранит, мрамор, глина, песок и т.п.)

3) горючие – используются для получения энергии (угли, горючие сланцы, торф).

Разделение достаточно условно. Так, некоторые полезные ископаемые могут быть отнесены как к рудным, так и нерудным (магнезит – минерал используется как огнеупорное сырье и из него извлекают металл Mg). Урановые руды рассматриваются как рудное полезное, хотя их используют для получения энергии.

Руда - э то минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного извлечения. Термин относится обычно к рудным полезным ископаемым и части нерудных полезных ископаемых, если их используют не целиком, а извлекают элементы, химические соединения, минералы. Например, габбро с гнездами магнетита – железная руда (из этого агрегата минералов извлекается Fe) или агрегат минералов – барит с кальцитом и кварцем может называться рудой, когда из него извлекают ценный минерал барит. Термин руда – древнерусское название крови. Для наших предков рудокопов руда – это кровь земли. С незапамятных времен полезные ископаемые добывали в горах. Здесь рудные тела часто выходят на поверхность и доступны для разработки. Так возникла сфера деятельности – горнорудное производство – название, используемое во всем мире применительно к любым видам работ по поискам, разведке, извлечению и переработки полезных ископаемых, где бы они не производились – в горах, на равнинах или в глубинах морей и океанов.

Полезные ископаемые неравномерно распределены как по поверхности, так и на глубину, при их скоплениях образуются месторождения.

Месторождения – это отдельные участки земной коры, где в результате тех или иных геологических процессов накопилось минеральное вещество, которое по качеству, количеству, условиям залегания экономически выгодно добывать и использовать.

Промышленные кондиции – требования, которым должно удовлетворять минеральное сырье, прежде чем его скопления будут названы месторождением. К промышленным кондициям относят кондиционные запасы, кондиционные содержания полезных и вредных компонентов, кондиционную мощность и др. Кондиционные запасы минерального сырья – его количество, достаточное для рентабельного производства. Для рудных полезных ископаемых запасы исчисляются в весовых категориях (тысячах тонн, десятках тонн, тоннах, килограммах и т.п.), а для неметаллических – обычно в объемных единицах (например, м³ ). Кондиционное содержание полезных компонентов – это их минимальное содержание, при котором возможна эксплуатация месторождения. Существуют кондиции на вредные примеси в рудах (например, допустимое максимальное содержание серы в железных рудах), мощность пластов (например, минимальная мощность угольных пластов, при которой рентабельна их разработка) и другие. Кондиции меняются в связи с технико-экономическим прогрессом (в начале 20 века кондиционное содержание Cu составляло 5%, а сейчас 1-2 и менее %). Они различны для разных полезных ископаемых (таблица 2).

Таблица 3 Примеры промышленных кондиций полезных ископаемых

Кондиции изменяются и для различных регионов. Требования к сырью более низкие для экономически обжитых районов с развитой инфраструктурой, чем для труднодоступных областей, например, Центральной Сибири, Чукотки, Аляски, Гималаев. В старых горнорудных районах выгодно разрабатывать мелкие месторождения золота с содержанием его всего 1-2 г/т и массой первые килограммы (например, Урал). Для необжитых территорий нужны объекты, в которых находится десятки, и даже сотни тонн золота в рудах с концентрацией 5-

10 г/т.

История горнорудного производства. Американский этнолог Генри Люис Морган писал, что с того момента, когда варвар научился получать и применять металл, девять десятых борьбы за цивилизацию было выиграно. Первые государства на земле возникли в эпоху раннего металла.

В каменный век (8-4 тысячелетие до нашей эры) использовался кремень, кварцит, обсидиан для ножей, оружия, камни для жилища, минеральные пигменты для наскальной живописи, золотые самородки из россыпей для украшений, изготавливаются керамические изделия.

Бронзовый век (4-1 тысячелетие до нашей эры) – начался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. В очагах цивилизации изготавливались сплавы меди с оловом, свинцом, сурьмой, серебром, которые в отличие от чистой меди были прочными с сохранением ковкости. Для украшений и ритуальных предметов помимо золота использовались драгоценные цветные камни (изумруды, горный хрусталь и др.), которые находили в песках и галечниках. В качестве топлива уже применялась нефть.

В железный век (2 тысячелетие до нашей эры) в Египте, Месопотамии разработан способ получения железа из руды. Каменный уголь практически использовался еще до нашей эры, но в Европе уголь начал играть существенную роль сначала в Англии, а затем лишь с 17 века в других странах.

Основы рудной геологии и создание горнорудной промышленности относятся к средневековому периоду. Для Китая отмечается высокая цивилизация уже с 11 веке до нашей эры. В Европе интеллектуальный всплеск приходится на середину 14 века - середину 18 века – эпоху Возрождения . В этот период строятся города из камня. Развивается кузница Европы в Рудных горах (Саксонских Альпах), снабжавшая серебром, оловом, железом, медью, красками все страны этого региона. Появляются первые научные идеи о рудообразовании. Крупнейший ученый этой эпохи – Агрикола (Георгий Бауэра). Его работа «О горном деле и металлургии» в 12 книгах служила в течение нескольких столетий после его смерти основным энциклопедическим справочником по горному делу. Из фрайбергского серебра изготавливали монеты – талеры, которые быстро распространились по разным странам мира. В Америке талер был переименован в доллар. Несколько позже в России, чтобы делать монеты удобными для расчетов, их рубили на части зубилом, а новую денежную единицу назвали рублем.

В богатой Российской империи добывались строительные материалы

(главным образом известняки Подмосковья), соли Урала и бассейна Камы, сера (низовья Волги), разрабатывались болотные железные руды. Период зарождения современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых в России связан с активной деятельностью Петра Первого и Михаила Ломоносова. Петр лично осматривал месторождения соли в Величке, железа под Тулой, каменного угля Донбасса и вел записи в особой тетради «О познании всяческих руд».

С середины 18 века бурное развитие плавильных заводов привело к почти полному уничтожению лесов в Южной и Западной Европе, Англии. Возникла проблема замены древесного угля каменным. Проблема была успешно решена англичанином Генри Кортом, создавшим печь для получения чугуна и стали, которая отапливалась каменным углем.

В России в 1773 году открыто Санкт-Петербургское горное училище, которое существует и поныне как горный институт. Здесь и в Московском университете закладываются основы знаменитой русской школы геологоврудников.

Новый период истории (начиная с середины 19 века до наших дней) характеризуется созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела и лавинного ускорения научно-технического прогресса. Усовершенствованы технологии отливки чугуна и стали, получены новые сплавы металлов, ранее не востребованных. Создаются сети железных дорог, мощные крейсеры и линкоры, новые отрасли - электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Получают новые строительные материалы, разрабатывают новые химические, индустриальные и строительные типы нерудного сырья (удобрения, формовочные пески и глины, цементное сырье и др.). Активно разрабатываются угольные, нефтяные и газовые месторождения. По данным американского исследователя Д.Кука за период 1943-1985 г.г. в мире было открыто 150 крупных и уникальных месторождений меди, свинца, золота, серебра, урана, молибдена, никеля.

С современным этапом связана деятельность широкой плеяды выдающихся ученых: С.Эммонса, Ч. Ван Хайза, А.Бэтмана, Ч.Парка, Г.Шнейдерхена,

В.А.Обручева, А.Е.Ферсмана, М.А.Усова, А.Г.Бетехтина, П.М.Татаринова, С.С.Смирнова, Н.М.Страхова, А.Д.Щеглова, А.Митчелла, Г.Кинга и др. Геологическая школа России является одной из лучшей в мире. Большой вклад в науку о рудных и нерудных полезных ископаемых внесли Х.Абдуллаев,

Я.Белевцев, Ю.Билибин, И.Гинзбург, А.Заварицкий, Д.Коржинский, В.Крейтер,

В.Котляр, В.Кузнецов, И.Магакьян, В.Смирнов, Г.Твалчрелидзе, Л.Овчинников, Е.Радкевич, Н.Шило, П.Иванкин и др.; в сфере месторождений нефти и газа – Н.Вассоевич, И.Губкин, С.Миронов, А.Трофимук; в области угольных месторождений - А.Гапеев, И.Горский, Ю.Жемчужников, А.Матвеев, А.Егоров и многие другие ученые, перечислить которых в рамках лекции невозможно.

Литература: [1] ^[1] , с.5-15; [7], с. 7 – 81

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Проанализировать историю освоения полезных ископаемых, составить перечень выдающихся исследователей полезных ископаемых, выучить основные термины учения о полезных ископаемых.

Вопросы для самоконтроля знаний :

1. В чем отличие рудных, нерудных и горючих полезные ископаемых?

2. Что называется месторождением полезных ископаемых?

3. Какие бывают кондиции полезных ископаемых?

4. Чем определяются запасы полезных ископаемых?

МОДУЛЬ 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекция 2 (2 часа). Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых

Площади распространения полезных ископаемых. Морфология тел полезных ископаемых. Минералого-геохимические, текстурно-структурные характеристики руд. Этапы и стадии формирования руд, парагенетические минеральные ассоциации и генерации минералов.

Вопрос 1. Площади распространения полезных ископаемых. В зависимости от масштабов проявления выделяют провинции полезных ископаемых, области (пояса, бассейны), районы (узлы), рудные поля, месторождения, рудные тела.

К провинциям относятся крупные структурные элементы земной коры (синеклизы, антиклизы, пассивные и активные окраины континентов, рифтовые системы, складчатые пояса, дно океана и т.п.)

Область полезных ископаемых - составной элемент провинции, имеет изометрические очертания, характеризуется набором определенных по происхождению и составу месторождений.

Рудные пояса – вытянутые линейные области, приуроченные к прогибам, глубинным разломам, зонам субдукции, рифтовым системам. Их размер - от сотен до тысяч км.

Бассейны – площади непрерывного распространения пластовой минерализации. Их площади – сотни квадратных километров.

Рудный район – местное скопление месторождений в пределах провинций, областей, поясов, бассейнов.

Рудное поле – небольшой участок земной коры (единицы, десятки квадратных километров), в пределах которого располагаются сближенные, одновременно образующиеся и генетически родственные месторождения. Рудное поле может состоять и из одного крупного месторождения с серией разобщенных залежей.

Месторождение – одно или несколько тел полезных ископаемых, объединенных общностью происхождения и приуроченных к локальной геологической структуре. Его размеры – единицы – десятки квадратных километров.

Рудное тело – скопление промышленных руд, имеющих общий контур и определенную форму.

Вопрос 2. Морфология тел полезных ископаемых. Главные формы рудных тел – пласты, линзы, жилы, трубы или столбы, штокверки, штоки, тела неправильной формы, гнезда (карманы), комбинированные залежи.

Пласты – плоские, пластинообразные тела полезных ископаемых, образующиеся в водных бассейнах синхронно с вмещающими осадочными породами (уголь, соли, фосфориты, сидериты). Морфологически на них похожи пластообразные метасоматические тела, формирующиеся по осадочным породам (например, медистые песчаники, вкрапленные галенитовые руды в горизонтах доломитов). Кроме того, выделяют пластообразные тела магматического происхождения, например, хромитовых руд в расслоенных ультраосновных плутонах. Они образуются при магматической дифференциации, механизм которой будет рассмотрен в разделе магматические месторождения.

Линзы – плоские тела дискообразной или лентообразной формы. Типичны для вулканогенно-осадочных месторождений, формирующихся в субмаринных условиях (например, линзы пирита, халькопирита в туфах кислого состава), а также могут быть образованы метасоматическим или магматическим способом.

Жилы – в подавляющем большинстве трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом. Жильные тела могут иметь и метасоматическое происхождение. Для жил выделяют элементы: зальбанды – контакты жилы


29-04-2015, 01:06