CC BY
17
© В.А. Ермолов, Т.В. Тищенко, В.В. Мосейкин, Ю.В. Кириченко, 2012
УДК 622.142
В.А. Ермолов, Т.В. Тищенко, В.В. Мосейкин, Ю.В. Кириченко
ОБОСНОВАНИЕ ГЕОИНДИКАТОРОВ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО ОРУДЕНЕНИЯ ДЛЯ КВАЛИМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ НЕДР
Изучены типоморфные особенности золотоносного пирита для сурьмяно-го месторождения и предложен геоиндикатор оруденения. Рассмотрены и установлены закономерности изменения физико-механических свойства горных пород золоторудного месторождения, расположенного в районе БАМа. Определены наиболее значимые показатели и предложен гео-индикатор оценки физико-механических свойств для прогноза оруде-нения.
Ключевые слова: прогнозные ресурсы, рудные объекты, геоиндикационная система, золоторудная минерализация.
Введение
Оптимальное направление поисковых, поисково-оценочных и разведочных работ на эксплуатируемых месторождениях обеспечивается локальным прогнозированием оруденения на основе геологических критериев с количественной оценкой прогнозных ресурсов. Вывод о наличии прогнозных ресурсов основывается на оценке полученных геологических данных, а также геофизических и геохимических аномалий, природа которых установлена, как правило, единичными горными выработками [3].
Наиболее ответственный этап прогнозирования - выявле-ние критериев и признаков локализации оруденения. В.М. Крейтер под критериями прогнозирования понимал такие гео-логические факторы, которые прямо или косвенно указывают на возможность обнаружения в тех или иных условиях тел полезных ископаемых.
Таким образом, локальный прогноз рудных объектов различного масштаба должен базироваться на всестороннем комплексном изучении закономерностей рудонакопления, а также на выделении, прежде всего, комплекса факторов и признаков формирования объектов различного ранга и оценки их значимости в этом процессе. В этой связи представляется необходимым также оценивать значимость этих факторов (признаков) как критериев прогнозирования
геолого-промышленных объектов различного масштаба. На этом основании можно выделить комплексы и ведущие критерии (геоиндикаторы), информативность и значимость которых наиболее значима как при локальном прогнозе, так и собственно геолого-промышленной оценке объектов различного уровня [5].
Геоиндикационная система месторождений определяется как множество композиций, построенное на основе информа-ционной взаимосвязи отдельных первичных параметров (эле-ментов) месторождения, характеризующих качество полезных ископаемых в соответствии с изменением их состава и свойств, а также количественных соотношений между ними [6].
1. Обоснование геоиндикатора оруденения на осно-ве ти-поморфных признаков пирита. На завершающих этапах детальной разведки месторождения сурьмяных руд было обращено внимание на то, что при выклинивании крутопа-дающих слабо золотоносных кварц-антимонитовых и антимонит-кварцевых жил на глубине нередко отмечается появление среди вмещающих пород тон-копрожилкового окварцевания с сульфидной вкрапленностью. Горизонты сланцевых толщ, послойно обогащенные вкрапленным пиритом, арсенопиритом, тонкими кварцевыми прожилками, оказались подчиненными элементам складчатости. Опробованием установлена их золотоносность. Пластообразные залежи прожил-ково-вкраплен-ного типа явились на месторождении объектом самостоятельной разведочной оценки. Проведенное авторами мине-ралого-геохимическое изучение пирита рудовмещающих толщ позволило осветить некоторые особенности структурного контроля золоторудной минерализации.
Геолого-структурную позицию рассматриваемого месторождения в региональном плане определяет его приуро-ченность к зоне глубинного разлома, по которому происходит сочленение двух крупных структур - Центрального антиклинория и Питского синклинория.
В геологическом строении рудного поля преимущественным развитием пользуются отложения удинской свиты верхнего протерозоя. С породами этой свиты пространственно связаны почти все проявления золоторудной минерализации в районе. Рудовмещаю-щими являются породы нижнеудинской подсвиты, причем оруде-нение тяготеет к горизонтам пород кварц-серицитового и кварц-хлорит-серицитового состава.
В структурном отношении месторождение приурочено к ядру синклинали, вытянутой в северо-восточном направлении и входящей в состав брахиформных складок, тяготеющих к зоне глубинного разлома. Рудное поле разделено на три круп-ных блока: юго-западный, центральный и северо-восточный.
Золоторудные тела юго-западного участка представляют собой две пластообразные зоны, приуроченные к антиклиналь-ной складке третьего порядка. Морфология рудных залежей в основном определяется характером сланцев, вмещающих ору-денение, представляющих собой филлитовидные породы, под-вергшиеся процессам метасоматических изменений: карбона-тизации, серицитиза-ции, хлоритизации и окварцеванию (в виде сети тонких прожилков по трещинам отрыва и скола), а также несущие интенсивную послойную вкрапленность сульфидов (в основном пирита, арсенопи-рита). Мощность пластов срав-нительно постоянна, лишь некоторое ее изменение наблюда--ется в местах перегибов, соединяющих замковую часть складок с крыльями. На крыльях рудные тела постепенно сменяются без-рудными сланцами.
На рассматриваемом участке замковая часть антикли-нальной складки эродирована. В центральной части выявлено субширотное нарушение (типа сбросо-сдвига), по которому рудные тела разорваны и смещены по горизонтали на 90 м. Это нарушение делит участок на два блока - северный и южный (рис. 1).
Сурьмяные рудные тела установлены лишь в южном блоке. Они представляют собой жильные зоны, состоящие из одной или нескольких субпараллельных антимонит-кварцевых (а также кварц-антимонитовых) жил. Ориентировка этих зон северо-восточная, падение - субвертикальное. Рудные тела с глубиной выклиниваются.
Основным рудным минералом пластообразных золото-носных залежей является пирит, присутствующий почти постоянно в сланцах. Учитывая, что рудоносные тела морфологически не обособлены и их выделение в разрезе сланцевых пород возможно лишь по результатам опробования, возникла необходимость в более глубоком изучении минералого-геохимических
л 51.0 (ее&брньш йлол)
Рис. 1. Геолого-структурная позиция оруденения: 1 - сланцы глинистые, углисто-глинистые тонкозернистые; 2 - алевросланцы глинистые, углисто-глинистые мелкозернистые («искристые»); 3 - сланцы углисто-глинистые с прослоями кварц-серицит-хлоритовых, содержащие густую вкрапленность пирита, арсенопирита (золоторудные залежи); 4 - оквар-цевание (тонкие кварцевые прожилки); 5 - сурьмяные жилы (кварц-антимонитовые и антимонит-кварцевые); 6 - кварцевые жилы (а), системы прожилков (б); 7 - разведочные канавы; 8 - разведочные скважины, из них «а» - изученные
свойств пирита, определении его индикационной роли в отношении потенциальной оценки золотоносности отдельных интервалов разреза толщ. Важная роль минералого-геохими-ческого изучения этого минерала в расшифровке генетической природы оруденения показана в целом ряде работ [3, 4].
На месторождении выделяется несколько морфолого-генетических разновидностей пирита: тонкоглобулярный и сферо-идально-колломорфного строения, метаморфогенно-гид-ротермальный, гидротермальный (в кварцевых жилах). Их разделение порой является весьма затруднительным, так как все наблюдаемые типы пирита по своей сути отражают единый последовательный ряд изменений дисульфида железа в терригенно-осадочных толщах при направленной эволюции процессов рудообразования. По данным изотопный состав серы пирита из сингенетичных прослоев в филлитах (53^ составляет от +2,8 до +4,7 %) близок к 53^ этих сульфидов рудных жил, что не позволяет исключить из числа возможных источников серы первичные сульфиды сланцевых толщ.
Объектом изучения явился пирит преимущественно мета-морфогенно-гидротермального типа, извлеченный из протолочек, отобранных как из рудоносных пластообразных зон, так и непродуктивных толщ. Всего исследовано 16 проб из двух скважин 627 и 629 (линия 31). Исходный вес проб составлял 200-300 г. После дробления породы (до 1-2 мм) она промывалась до получения черного шлиха. Исследование монофракций пирита (классы +0,5; -0,5+0,25; -0,25+0,1 и 0,1 мм) включало в себя изучение формы и размеров выделений, их электрических свойств, элементов-примесей. Получены следующие основные результаты.
Форма и размер зерен. По мере приближения к рудной зоне усложняются формы выделений пирита. Если вне рудных зон среди сланцевых пород доминируют выделения неправильной и простых форм (куб, октаэдр), то в рудных зонах уже больше сложных форм, их комбинаций (пентагондодекаэдры, кубоктаэдры, их сочетания). Преобладающий размер выделений зерен в рудных зонах (особенно в центральных частях) существенно более мелкий (класс -0,25+0,1 мм), чем во вмещающих толщах (преобладает класс -0,5+ +0,25 мм). Изучение пирита золотоносных залежей показывает, что метаморфогенно-гидротермальные растворы циркулировали в пределах рудовмещающах структурных зон длительное время. Это подтверждается сложным внутренним строением пирита: колло-морфно-сфероидальные зародыши внутри зерен указывают на быструю кристаллизацию из пересыщенных растворов, а последующее обрастание гранями правильной кристаллографической формы объясняется их медленным ростом из слабоконцентрированных
растворов. Зональная смена сложных форм пирита простыми по мере удаления от рудных тел свидетельствует о направленном падении концентраций растворов.
Для количественной оценки влияния формы и размера зерен пирита на наличие золотоносных залежей целесообразно использовать следующие показатели:
F
- коэффициент сложности формы пирита Кф=, где Fc - содержание сложных форм пирита, Fп - содержание простых форм пирита;
у
- коэффициент размера зерен пирита Кр = —, где ум - выход
Ук
мелких классов, ук - выход крупных классов пирита.
Элементы-примеси. Спектральный полуколичественный анализ монофракций пирита показал, что в рудных зонах исследуемые сульфиды существенно обогащены рядом элементов (табл. 1).
Та же тенденция, но менее контрастно, проявлена и для ряда других элементов: меди, свинца, цинка (рис. 2).
Соотношение элементов-примесей пирита в различных зонах оценивается коэффициентом концентрации элементов в рудных и
нерудных зонах Кк Ср1/^Сн1, где Ср1 - среднее содержание
элементов-примесей в пирите в рудных зонах, Сн 1 - среднее содержание элементов-примесей в пирите в нерудных зонах (вмещающих породах).
Электрические свойства. Изучались знак и величина термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) зерен минерала на специально сконструированной установке при разности температур между зондом и образцом около 20°.
Таблица 1
Элементы-примеси в пиритах различных зон
Элементы-примеси Рудные зоны, % Вмещающие толщи, %
Мышьяк 1,0 0,01-0,1
Сурьма 0,02 0,005-0,01
Кобальт 0,005-0,007 0,001-0,003
Никель 0,005-0,009 0,001-0,003
Молибден 0,02 0,001-0,008
¿¿ониг* цеекии шы юшш> ¡ЫЛМ'Р /ер/ Ттяс •>£> - 3 д с пиритоб, "¡б. /внцтмцш шнекг-яы/тееи, %
■а -л -4 с * ё а А да Л т Си Рв
шаг? 0./1
пп-п-• гг<п-п г\ ■ г«.- т». № ю 0 щ ш ¡¡№ (¡003 0,0/ 0,92
№ А1-4 0,25 го /с .V УЧ 0,01 <?т о,т (¡т (¡Ш
п п-п-л П-П-П' ЯЛ? /УЧ"»«-. о,/о и № J V 0,04 {¡Ш ¡¡02 ¡¡003 $007 (ЯП) цт {¡Ш в,т 0,002 0,07 0,0/
ШшМ. те о.оо & 10 0,Ш! 4т 41т цт (007
№ ■ щ ¿>0/ Чтоог цоег цт 0,00/
Ыт
■ ,_ _ , __ 31.2 фд ¿о № А 0,1 о,ш? ¡¡ж От о.т
_ $0.7 0.29 <0 0,С6 3,М7 цж цт 0,№ цт
гпгз 61г 0,25 го/11 УЧ 0,07 Ц007 4т тм ¡¡Ш 0,00!
пп п. ■п-п-п о.ов >0 },в 1,вг $№ цог 0,0/ врг
№ 033 /О 0,06 ¡¡ш 9,01! т от (¡т.у ¡¡ш
.-- - ¡37,4 0,50 го 'О А Ц01 цш в,ош ¡¡№5 4т т1 цт
то 040 га /а 0// цт (¡т 4007 от е,т
Ь.П-П-П 009 Ю и т ¡¡т (т цоа от
щ? 0.35 /О ¡,007 7073 11017/ 0.0/ от О.Ш
- "" от 035 го- го- /\ во/ ООО/ цт 0,№ 0.07 от
Рис. 2. Изменение свойств пирита в разрезе скважин 627 и 629
Замеры производились на 30-50 зернах пирита с последующей статистической обработкой результатов. Итоги исследований величин и знака ТЭДС представлены кривыми распределения этого параметра по рудным и нерудным горизонтам разреза (рис. 2) вместе с другими минералого-гео-химическими характеристиками минерала.
По данным термоэлектрических исследований в изученных пробах обнаружены две разновидности пирита: пирит ^-типа (дырочный) проводимости с модальным значением величины - ТЭДС 7-8 тЬ , присутствующий во всех горизонтах разреза и являющийся
более ранним; пирит h - типа проводимости (электронной) с модальным значением величины ТЭДС 2-4 mb, присутствующий только в рудных зонах и являющийся, вероятно, более поздним.
Анализ состава и количества примесей в пиритах, проведенный на валовых пробах без предварительного термоэлектрического опробования, позволяет заключить, что р - проводимость пиритов связана с присутствием As и, частично, Sb; h -проводимость - с наличием Со и Ni [5, 6, 7].
Наличие пирита с электронной проводимостью в породах может служить одним из признаков промышленного оруде-нения на данном месторождении и заслуживает внимания вви-ду большой экспрессности термоэлектрического опробования минерала.
Соотношение значений ТЭДС характеризуется коэффици-
T
ентом удельного ТЭДС К = —i— , где Ti - средние значения ТЭДС
T
max □
i-х пород, Tmax - максимальное значение ТЭДС пиритов на месторождении.
Для количественной оценки влияния параметров (фор-мы и размера зерен, концентрации элементов-примесей, значений ТЭДС) на наличие золотосодержащего орудене-ния используется геоиндикатор типоморфности пирита GI^=log(K^K ■ Kk • Kt). В результате исследований уста-новлено,
что при Glmm > 2 породы благоприятны для золото-носносного ору-денения; при GImM = 1 - 2 - относительно благо-приятны; GImM < 1 -неблагоприятны.
Таким образом, рассматриваемое месторождение имеет сложную и длительную историю формирования, запечатленную в его своеобразной структуре. Основную роль в локализации золотого оруденения имеют горизонты филлито-видных сланцев, испытавшие наложение процессов мета-морфогенно-гидротермальных изменений и послойно обогащенные сульфидами (в основном, пиритом, арсенопири-том). Сурьмяные руды связаны с кварцевыми жилами, секу-щими смятые в антиклинальные складки сланцы в их крыль-ях.
Пирит рудной зоны отличается от вкрапленного пирита вмещающих толщ по ряду признаков: форме и размеру выделений, элементам-примесям, электрическим свойствам.
Специализированное минералого-геохимическое изучение вкрапленного пирита может оказать существенную помощь в расшифровке структурных особенностей стратифицированных толщ при изучении золотоносности пород на стадии их поисковой оценки.
2. Обоснование геоиндикатора на основе физико-механических свойств горных пород. Физико-механи-ческие свойства горных пород и руд имеют существенное зна-чение в локализации гидротермальных оруденений. Особое значение приобретает их изучение на месторождениях, где рудные тела располагаются в различных вмещающих породах, что имеет место на ряде золоторудных месторождений Вос-точной Сибири, в частности, на геологических объектах в рай-оне БАМа. Так, например, на одном из месторождений данно-го района (рис. 3) в геологическом строении рудного поля принимают участие три разновозрастные группы пород: архей-ские гранито-гнейсы, протерозойские известняки и гранитоиды кембрийского комплекса, сопровождаемые дайковыми и жиль-ными березитами. Рудные тела месторождения представлены двумя типами, связанными между собой взаимными переходами. Первый (основной) тип представлен сульфидно-кварце-выми жилами, залегающими чаще всего на контакте известня-ков с гра-нитоидами. Ко второму типу относятся зоны сульфи-дизации и прожилково-вкрапленного оруденения.
Основные рудоконтролирующие структуры, с которыми пространственно связаны вышеупомянутые типы рудных тел, представлены мощными зонами милонитизации и рассланцева-ния северо-западного, реже северо-восточного простирания.
Процесс минерализации на месторождении протекал в несколько этапов. В начальный этап, совпадающий с моментом заложения зон рассланцевания, изменения вмещающих горных пород выразились в хлоритизации, карбонатизации гранито-гнейсов и гранитоидов, окварцевании известняков. Дальнейшая эволюция гидротермальной деятельности привела к широ-кому проявлению процессов серицитизации, березитизации, лиственитизации и хло-ритизации, которые преимущественно развивались в зонах рас-сланцевания и повышенной трещино-ватости. В последующем в пределах измененных пород локализовались жилы и прожилки сульфидно-кварцевого состава, а также наложенная обильная сульфидная вкрапленность.
Рис. 3. Схема строения рудного поля (по материалам Г.А. Феофилактова): 1 - известняки; 2 - гранито-гнейсы; 3 - плагио-граниты; 4 - зоны катаклаза и интенсивной трещиноватости; 5 - зоны тонкого рассланцевания и милонитизации; 6 - кварц-сульфидные золотоносные жилы и их номера; 7 - разломы достоверные (а), предполагаемые (б); 8 - устья штолен; 9 - элементы залегания слоистости; 10 - элементы залегания зон катаклаза и милонитизации; 11 - предполагаемые надвиги и взбросы
Физико-механические свойства вмещающих горных пород и их влияние на рудолокализацию были изучены в пределах северовосточной части месторождения. Изначально отбира-лись монолиты пород и руд, из которых были выпилены кубы с гранями 5 см и плоскопараллельные пластины толщиной 1 см, послужившие основным материалом для исследований. Для образцов определялись следующие параметры: плотность (р, г/см3), эффективная пористость (Пэф, %), проницаемость по газу (К, мД), скорость прохождения поперечных и продольных волн (Ур, м/сек; Vs, м/сек), модуль Юнга (£И05, кг/см2), модуль сдвига О105, кг/см2), коэффициент Пуассона (О), сопротив-ление одноосному сжатию (Ясж, кг/см2) и свободное водонасы-щение в течение 45 суток [1]. Проведено 585 анализов раз-личных физико-механических свойств для 9 разновидностей пород и руд.
В результате исследований выяснилось, что вмещающие породы обладают различными физико-механическими свойст-вами, которые находятся в соответствии с их вещественным составом и характером гидротермальных изменений (табл. 2). Было установлено, что кембрийские плагиограниты представ-ляют собой лейкократо-вую среднезернистую породу, состоя-щую на 60 % из плагиоклаза, на 25 % из кварца и на 15 % из биотита, причем плагиоклаз частично замещается соссюритом, серицитом и эпидотом. Они характеризуются наиболее высо-кими, из измененных пород, значениями плотности, сопротив-ления одноосному сжатию и низкими значениями эффектив-ной пористости и проницаемости. Кроме того, их значительная упругость (Е = 6105 кг/см2) и малая хрупкость (а = 0,29) по-зволяют отнести плагиограниты в разряд наиболее прочных и малопроницаемых пород, а, следовательно, менее благопри-ят-ных для локализации оруденения. Этот вывод достаточно хорошо согласуется с данными изучения удельной трещиновато-сти пород месторождения: для плагиогранитов установлено низкое среднее значение этой величины - около 20 трещин на 1 м погонной длины.
Лейкократовые граниты по сравнению с плагиогранитами отличаются более высоким содержанием кварца (до 30 - 50 %) и меньшим содержанием биотита (до 2 %). Это отличие пород в минералогическом составе сказалось и на физико-механи-ческих свойствах.
о Таблица 2
Физико-механические свойства пород и руд золотосодержащего месторождения
Порода (руда) р, г/см3 Пэфф., % Е105, кг/см2 о
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Плагиограниты 13 2,79 2,86 8 0,27 0,45 6 4,9 6,7 6 0,25 0,32
Лейкократовые граниты 8 2,62 2,67 4 0,3 0,34 4 4,8 5,6 4 0,24 0,26
Гранито-гнейсы (содержание хлорита до 25%) 14 2,69 2,78 12 0,46 0,70 4 4,3 6,15 4 0,12 0,29
Известняки 28 2,65 2,82 23 0,24 0,48 10 5,1 8,68 10 0,15 0,36
Гранито-гнейсы (содержание хлорита >25%) 11 2,67 2,70 8 0,23 0,35 4 4,5 5,9 4 0,24 0,31
Кварц-серицитовые мета-соматиты 16 2,65 2,84 16 0,46 1,18 13 2,3 3,9 13 0,16 0,24
Кварц-серицитовые мета-соматиты с сульфидами 7 2,4 2,81 7 0,15 0,27 3 3,8 5,5 3 0,25 0,36
Листвениты 4 2,75 2,84 4 0,08 0,24 4 2,3 5,8 4 0,21 0,34
Сульфидная руда 5 3,99 4,12 5 0,55 1,4 3 11,7 12,3 3 0,32 0,34
Продолжение табл. 2
Порода (руда) о-105, кг/см2 К, Дарси Rck., кг/см2
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Плагиограниты 6 1,96 2,57 5 <0,01 - 4 1518 2230
Лейкократовые граниты 4 1,93 2,22 4 <0,01 - 3 1385 1684
Гранито-гнейсы (содержание хлорита до 25%) 4 1,84 2,5 6 <0,01 0,18 4 1700 1928
Известняки 10 2,04 3,55 8 <0,01 0,03 6 800 1153
Гранито-гнейсы (содержание хлорита >25%) 4 1,91 2,3 5 <0,01 0,028 3 1103 1491
Кварц-серицитовые метасо-матиты 15 0,99 1,57 - - - - - -
Кварц-серицитовые метасо-матиты с сульфидами 3 0,84 2,02 7 <0,01 - 3 1648 1752
Листвениты 4 0,95 2,16 4 <0,01 - 3 2260 2640
Сульфидная руда 3 4,43 4,59 5 <0,01 0,65 - - -
Примечание: 1 - количество анализов; 2 - min значение; 3 - max значение
Лейкократовые граниты характеризуются меньшими значениями плотности, сопротивления одноосному сжатию, более низким модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. Это свидетельствует о большей хрупкости данных пород по сравнению с плагиогранитами, благодаря отсутствию в них темноцветных минералов, которые увеличивают механическую прочность и более высокому содержанию кварца.
Архейские гнейсо-граниты обладают нечетко выраженной полосчатостью, обусловленной ориентированным расслоением линзочек кварцевых агрегатов. Внешне - это зеленовато-серая нерав-номернозернистая порода, состоящая из кварца (16 %), плагиоклаза (68 %) и хлорита (16 %). Такой состав гнейсо-гранитов объясняется тем, что в пределах месторождения они в значительной степени изменены дорудными процессами хло-ритизации. Хлорит практически полностью заместил темно-цветные минералы и частично развивался по плагиоклазу, при-чем содержание его в породе колеблется от 16 до 35 %. От-четливо выражена альбитизация плагиоклазов.
В отличие от других гранитоидов для гранито-гнейсов с содержанием хлорита от 16 до 25 % отмечаются более низкие значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона, что ука-зывает на их большую хрупкость. Эта особенность наряду с от-носительно высокой пористостью и скоростью свободного во-донасыщения, позволяют охарактеризовать породу как наибо-лее благоприятную для локализации прожилкового и вкрап-ленного оруденения. Следует также отметить, что при более интенсивной хлоритизации, когда содержание хлорита в гра-нито-гнейсах превышает 25 %, происходит резкое уменьшение их эффективной пористости почти в 2 раза, проницаемости в 5 раз, а также скорости свободного водонасыще-ния (табл. 3). Следует указать и на минимальную прочность интенсивно хло-ритизированных гранито-гнейсов по сравнению с другими гра-нитоидами, что характеризует их как породу, благоприятную для развития трещиноватости.
Значительная анизотропия физико-механических свойств установлена для известняков, которая отчетливо отразилась на константах: модуль Юнга изменяется от 5,1105 кг/см2 до 8,68105 кг/см2, коэффициент Пуассона - от 0,15 до 0,36. Такие колебания величин этих параметров, возможно, объяс-няются полосчатой текстурой породы, а именно, выраженным
Таблица 3
Результаты изучения свободного водонасыщения пород месторождения
№ пробы Водонасыщение, %
Порода 1 3 5 10 15 30 45
сут. сут. сут. сут. сут. сут. сут.
1и 0,12 0,12 0,14 0,15 0,15 0,15 0,15
Известняк 2и 0,11 0,13 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
3и 0,17 0.17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17
1П 0,07 0,08 0,09 0,09 0,11 0,11 0,11
Плагиогранит 2П 0,13 0,14 0,14 0,16 0,16 0,16 0,16
3П 0,09 0,11 0,14 0,14 9,14 0,14 0,14
Гранито-гнейс с со- 1Г 0,15 0,15 0,17 0,18 0,18 0,18 0,18
держанием хлорита 2Г 0,16 0,16 0,18 0,20 0,20 0,20 0,20
до 25 % 3Г 0,14 0,14 0,19 0,19 0,22 0,22 0,22
Гранито-гнейс с со- 1ГХ 0,10 0,10 0,11 0,13 0,13 0,13 0,13
держанием хлорита 2ГХ 0,10 0,10 0,11 0,13 0,13 0,13 0,13
более 25 % 3ГХ 0,09 0,09 0,10 0.12 0,12 0,12 0,12
чередованием темных прослоев углистого вещества и карбонатного материала. Видимо, в различной геологической обстановке известняки по-разному могли реагировать на возникаю-щие тектонические напряжения. В одном случае, они вели себя как пластичное тело, деформируясь с формированием плика-тивных структур, в другом - как хрупкое, образуя открытые полости. Так, на месторождении известны жильные рудные те-ла №12, №14 -№16, локализующиеся в блоках известняков, зажатых в массивах гранитоидов. Мощность таких блоков со-ставляет десятки метров, падение вертикальное.
Образование подобных структур, очевидно, связано со значительными глыбовыми движениями по разломам, вследст-вие чего происходит отторжение пластин известняков от известняковых массивов с последующим их перемещением в крупные зоны раз-двигов.
По-видимому, созданная таким образом «гетерогенная среда» способствовала развитию тектонических деформаций. Достаточ-но резко выраженная анизотропия физико-механических свойств пород контактирующих пород во всех случаях служила благопри-ятным фактором для более интенсивного проявления трещинова-тости и дробления в одной из них, чаще всего в известняках, ко-торые отличаются минимальной прочностью по сравнению
Рис. 4. Разрез по квершлагу 14 (зона лиственитизации):
1 - гранито-гнейсы ( с содержанием хлорита до 25%); 2 - зона лиственитизации; 3 - зона контакта гранито-гнейсов с известняками; 4 - известняки; 5 - объемный вес (р); 6 - эффективная пористость (Пэфф.); 7 - проницаемость по газу (к); 8 - коэффициент Пуассона (о); 9 - модуль Юнга (Е); 10 - предел прочности при сжатии (Ясж.). Цифры с буквенным обозначением - номера образцов; цифры без буквенных обозначений - метраж
с другими породами. Таким образом формировалась наиболее проницаемая среда для циркуляции рудообразующих растворов.
Следует отметить, что на физико-механические свойства пород активно повлияли метасоматические преобразования, связанные с гидротермальной деятельностью.
Так, процесс лиственитизации (рис. 4) наиболее интенсивно проявился в гранитоидах, на участках, расположенных и находящихся в непосредственной близости от контакта с известняками. По составу листвениты представляют собой породу с характерной зеленоватой окраской, состоящую из карбонатов (50 %), кварца (30 %), фуксита (8 %) и серицита (12 %). Такой тип гидротермального изменения вызывает резкое уменьшение эффективной пористости
и проницаемости породы, некоторое увеличение плотности и коэффициента Пуассона, а также значительное возрастание сопротивления одноосному сжатию. Все это указывает на то, что листве-ниты, обладая весьма высокой прочностью и малой проницаемостью, не могли служить благоприятной средой для рудообразова-ния.
Противоположный вывод можно сделать из данных, полученных при изучении кварц-серицитовых метасоматитов, кото-рые широко представлены на месторождении, особенно вдоль крупных зон рассланцевания и милонитизации в гранитоидах (рис. 5). С увеличением содержания серицита до 65 % и квар-ца до 35 % в ме-тасоматитах резко возрастает пористость, что наряду с благоприятными упругими свойствами (низкими зна-чениями коэффициента Пуассона и модуля Юнга) дает воз-можность оценить их как образования, наиболее благоприят-ные для локализации прожилкового, а также вкрапленного ме-тасоматического оруденения.
Следует отметить, что при наложении сульфидной минерализации на зоны гидротермально-измененных пород существенно уменьшается их пористость и проницаемость, а упругость, как правило, возрастает.
Очевидно, такое резкое изменение этих свойств объясняя-ется тем, что агрегаты кварца и вкрапленность сульфидов раз-вивалась по серицитизированной основной массе породы, вы-полнив значительную часть пор. Весьма интересными оказа-лись результаты изучения рудных образцов кварц-сульфидных жил, в частности, мономинеральных агрегатов массивного пи-рита. Микроскопические исследования данных руд показали, что они состоят из округлых зерен пирита с диаметром от 0,1 до 3 мм. Причем следует заметить, что большая часть участков сочленения смежных «окатышей» оказалась незаполненной рудным материалом. Видимо, только наличие такого рода откры-тых пространств и своеобразие внутренней структуры пиритовых прожилков объясняет относительно высокие значения пористо-сти (до 1,4 %) и проницаемости (до 0,65 Дарси) этих руд.
Для выявления наиболее значимых показателей физико-механических свойств горных пород месторождения на основании факторного анализа с использованием метода главных компонент установлено определяющее влияние на наличие оруденения в породах следующих показателей: р, Е, RсЖ, П, К, Ж.
Рис. 5. Разрез по квершлагу 15 (зона кварц-серицитовых метасоматитов): 1 -
гранито-гнейсы (с содержанием хлорита до 25%); 2 - зона кварц-серицитовых метасоматитов; 3 - зона контакта гранито-гнейсов с известняками; 4 - известняки; 5 - количество трещин на 1 пог.м (по данным А.А. Матвейчука); 6 - эффективная пористость (Пэфф); 7 - модуль Юнга (Е); 8 - модуль сдвига (G)
При этом показатели р, Е, Rсж. Являются факторами негативно влияющими на оруденение, а П, К и W благоприятными для орудене-ния. В этой связи предложен геоиндикатор оценки оруденения на основе физико-механических свойств в виде мультипликативной модели
GI = (1)
ЛхЕ^сж,
где П, К, W, р, Е, R^. нормированные средние значения показателей физико-механических параметров по группам пород.
Переход от натуральных единиц измерения частных показателей к безразмерным значениям выполнялся с помощью нормирования к диапазону О"5" 1 по формуле
(2)
где Лу - частные ненормированные показатели физико-механических свойств для определенного типа горной породы, в натуральных единицах измерения; т - число пород.
Значения геоиндикатора GI для различных литотипов горных пород месторождения приведен в табл. 4.
Таким образом, в составе пород месторождения наиболее благоприятными для образования трещинных полостей и локализации оруденения являются архейские гранито-гнейсы и протерозойские известняки, которые характеризуются значительной анизотропией упругих свойств, малой прочностью и высокой проницаемостью.
Значительные рудные тела локализуются в разрывных нарушениях, развивающихся вдоль контактов гранитоидов и известняков, в пределах которых наиболее отчетливо проявлена физико-механическая анизотропия пород.
Гидротермальные преобразования типа лиственитизации приводят к уменьшению эффективной пористости пород (Пэфф=0,14 %) и одновременному увеличению прочности ^сж=2429 кг/см2), что создает практически непроницаемую среду для рудоконтроли-рующих растворов.
Таблица 4
Литотипы пород Значения GI Условия рудообразования
Плагиограниты 0,020 Неблагоприятные (01 = 0 - 0,5)
Лейкократовые граниты 0,018
Листвениты 0,019
Известняки 1,851 Весьма благоприятные (01 >1)
Гранито-гнейсы (с содержанием хлорита до 25%) 3,502
Гранито-гнейсы (с содержанием хлорита > 25%) 0,675 Относительно благоприятные (01 =0,5 - 1)
Кварц-серицитовые метасоматиты с сульфидами 0,715
Кварц-серицитовые метасоматиты 3,406 Весьма благоприятные (01 >1)
Серицитизация и хлоритизация гранитоидов благоприятствуют локализации жильного и прожилково-вкрапленного орудене-ния, поскольку формируют участки в этих породах, характеризующиеся низкими показателями упругости (Е = 2,3 - 3,9 105 кг/см2), прочности (Rax. = 1103 - 1491 кг/см2) и высокой эффективной пористостью (Пэфф. до 1,18 %).
Таким образом, установленные закономерности изменения физико-механических свойств горных пород различного генезиса и состава позволяют дать прогнозную оценку оруденения на месторождении для его оптимальной разведки и разработки.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анистратов К.Ю., Волков А.М., Ермолов В.А., Сельменев А.И. Обоснование технологических сортов кимберлитовых руд // Проблемы горнопромышленной геологии (Материалы первых Ершовских чтений по горнопромышленной геологии); М. - 1990. - С. 73-78.
2. Букринский В.А Вопросы геометризации физико-технических показателей месторождения для моделирования на ЦВМ. - М.: МИГРЭ, 1966. - 127 с.
3. Ермолов В.А. Геолого-экологическое моделирование пространственно-качественной структуры месторождений полезных ископаемых // Геология и разведка. - 1997. - №5. - С. 20 - 26.
4. Ермолов В.А. Геолого-экологическое обеспечение управления качеством руд при разработке рудных месторождений: Автореферат дис. ... доктора техн. наук: 05.15.15 / МГГУ. - М., 1996. - 35 с.
5. Ермолов В.А., Тищенко Т.В., Гладышев В.В. Критерии и геоиндикаторы прогноза оруденения при разработке рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 7. - С. 131 - 140.
6. Тищенко Т.В. Научно-методические основы геоиндикационного моделирования месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень - 2006 - №8 - С. 98-102.
7. Ермолов В.А., Тищенко Т.В. Локальный прогноз оруденения при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень, Труды научного симпозиума «Неделя горняка - 2011» -2011 - отдельный выпуск 1. - С. 98-120.
8. Ермолов В.А., Тищенко Т.В. Комплексные оценки оруденения при разработке рудных месторождений // Научный вестник МГГУ. - 2011. - № 3 (12). - C. 17-35. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Ермолов В.А. - профессор доктор технических наук, Тищенко Т.В. - доцент, кандидат технических наук, Мосейкин В.В. - профессор доктор технических наук,
Кириченко Ю.В. - профессор доктор технических наук, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru
