2. Формы тел полезных ископаемых

Каждое геологическое тело имеет три измерения в пространстве (в длину, в ширину, в глубину); в зависимости от соотношения величин этих трех измерений различают трн вида форм полезных ископаемых:

1) тела изометричные, имеющие примерно равные три измерения;

2) тела столбообразные, у которых один размер велик по сравнению с двумя другими — вытянутость в глубину большая, а длина и ширина значительно меньше;

3) тела штокобразные, у которых два измерения велики (протяженность в глубину и длину), а третье (мощность) мало.

Между этими тремя видами существуют переходные формы. Кроме того, в природе встречаются такие формы месторождений, которые нельзя уложить ни в одни из указанных видов, например совокупность мелких по размерам скоплений минерального вещества. Эти неправильные формы месторождений выделяются в особый четвертый вид — сложные тела.

Классификация форм тел месторождений полезных ископаемых представлена в табл. 1.

Изометричные формы тел месторождений полезных ископаемых не имеют большого распространения. Шток и гнездо отличаются друг от друга размерами. Размер штока в поперечнике определяется минимум десятками метров. Поперечник гнезда измеряется несколькими метрами. Примерами сингенетичных месторождений изометричной формы могут служить гнезда хромитов и платиноносных хромитов в ультраосновных породах (Нижне-Тагильское месторождение на Урале). Для эпигенетических месторождений характерны как штокообразные, так и гнездообразные формы рудных тел, но все же преобладают гнезда. Например, часто встречаются гнездообразные тела свинцово-цинковых руд в известняках, возникшие метасоматическим путем (Нерчинские месторождения в Забайкалье). Штоком называется крупная более или менее изометричная залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья (рис.1).

Рис. 1. Шток медной руды месторождения Цителсонели. 1 - четвертичные рыхлые отложения; 2- четвертичная лава; 3 — верхнемеловые туфы; 4 - огипсованные туфы; 5 - вторичные кварциты; 6- дайки кварцевых альбитофиров; 7 - рудное тело;8 - буровые скважины.

Примером могут служить штоки каменной соли, гидротермальные метасоматические рудные залежи и др.

Когда шток или гнездо сплющены в одном направлении и наблюдается переход от этих тел к плитообразным, возникают линзы и чечевицы. В отличие от изометричных тел линза имеет неодинаковую мощность: в центре мощность ее максимальная, а к краям она сходит на нет. Чечевица отличается от линзы относительно большей мощностью, но меньшими общими размерами.

Гнездом называется относительно некрупное локальное скопление полезного ископаемого. К ним принадлежат тела некоторых месторождений золотых, свинцово-цинковых, хромитовых, ртутных и других руд.

Столбообразные тела всегда эпигенетические. Встречаются они сравнительно редко. Характерными представителями их являются трубы и столбообразные жилы. Трубы имеют эллиптическое или округлое сечение, измеряемое в поперечнике сотнями метров, а на глубину они протягиваются иногда на несколько километров. Классическими примерами трубообразных тел, залегающих почти вертикально, являются магматические месторождения алмазов в Якутии и Южной Африке, приуроченные к соответствующим по форме интрузивам ультраосновных пород — кимберлитов. Столбообразные тела встречаются и среди рудных постмагматических месторождений: Клаймекс (Мо) в штате Колорадо и Месторождения в России — Ангаро-Илимское и Микояновское. Столбчатые жилы имеют в горизонтальном сечении небольшую длину и не значительную мощность, но по вертикали они прослеживаются на сотни метров, а иногда и более километра.

Основным элементом, определяющим размеры и форму изометричных тел, является их поперечное сечение.

Плоские тела полезных ископаемых характеризуются двумя протяженными и одним коротким размером. Наиболее характерными представителями их будут: для эпигенетических месторождений — жила, для месторождений сингенетических — пласт.

Пласт представляет собой плитообразное тело осадочного происхождения, имеющее однородный состав и ограниченное двумя более или менее параллельными (за исключением пережимов) поверхностями напластования. Пласты обычно занимают большую площадь: вытянуты по простиранию и падению на сотни и тысячи метров, имея сравнительно небольшую мощность, измеряющуюся метрами, реже десятками метров. В ненарушенных геологических разрезах подстилающие пласт полезного ископаемого породы являются более древними, а покрывающие — более молодыми, чем располагающийся между ними пласт. Пласты, как и жилы, имеют пережимы и раздувы, могут утоняться и выклиниваться.

Известны пластовые месторождения многих полезных ископаемых: марганцевых руд (Никопольское), фосфоритов (Каратаусское), солей (Соликамское), углей (Донбасс, Иркутский бассейн) и др.

Пласты наиболее типичны для осадочных месторождений руды, угля и нерудных полезных ископаемых. Метасоматические тела, развивающиеся по отдельным пластам осадочных толщ пород, приобретают характер пластообразных залежей. Пласт полезного ископаемого иногда разделяется на пачки, разобщенные прослоями породы; пачки в свою очередь могут распадаться на слои. В соответствии с этим различаются пласты простые (без прослоев породы) и сложные (с прослоями породы).

Рис. 3. Строение пласта полезного ископаемого (в разрезе). 1 — пачки и слои полезного ископаемого; 2 — прослои породы

Основными элементами, определяющими геологическую позицию и размеры пластов, являются направление простирания и длина по простиранию, направление падения, угол падения и длина по падению и, наконец, мощность пласта. Обычно пластовые залежи имеют большую длину, достигающую, например, в Донецком бассейне, нескольких десятков километров. По падению некоторые пласты, например золотоносных конглометров Витватерсранда в Южной Африке, разрабатываются до глубины более 3 км. Пласты разделяются на крутопадающие, с углами падения более 45°, и пологопадающие, с углами падения менее 45°. Мощность пластов полезных ископаемых изменяется от едва заметных пропластков до нескольких сот метров. Так, например, мощность рабочих пластов угля в Донбассе обычно 0,45—2,5 м (средняя 0,7 м), мощность пластов бурых углей третичных бассейнов Южного Урала достигает 150 м, а мощность залежи соли в Соликамске на Урале 500 м.

Тонкие пласты полезных ископаемых не разрабатываются. Поэтому, помимо геологического определения мощности, существуют промышленные понятия мощности пластов полезных ископаемых. Рабочей считается минимальная мощность, при которой пласт целесообразно эксплуатировать. Для углей она колеблется от 0,1 до 1 м. Эксплуатационной называется суммарная мощность полезного ископаемого и прослоев породы для рабочей части пласта. Полезная мощность определяется как сумма мощностей пачек полезного ископаемого, извлекаемых при добыче из пласта.

Месторождения пластовой формы бывают однопластовыми и многопластовыми. В последнем случае выделяется продуктивная толща пород, заключающая серию пластов полезных ископаемых. Число таких пластов в продуктивной толще может быть различно. Так, в Подмосковном бассейне только два рабочих пласта, в Донбассе — около 100, в Верхне-Силезском бассейне — 140. Богатство продуктивной толщи определяется коэффициентом продуктивности — отношением суммарной мощности пластов полезного ископаемого к общей мощности толщи.

Жилой принято называть тело, сформировавшееся в результате заполнения минеральным веществом трещины в каких-либо горных породах.

¤

Рис. 4. Оперенная жила и схема тектонического перемещения по стволу жилы

В том случае, если жила имеет не вертикальное, а наклонное падение, породы, которые залегают над жилой, называются висячим боком, а породы, залегающие под жилой, — лежачим боком жилы. Поверхность, по которой жильное минеральное вещество соприкасается с боковой породой, носит название зальбанда. Размеры жил самые разнообразные. Длина их измеряется десятками метров, первыми сотнями метров, реже километрами, а иногда и десятками километров. Наиболее протяженная золотосодержащая Материнская жила в Калифорнии прослежена с перерывами на 112 км.

Рис. 5. Жилы.

а — простая; 6— сложная. Точками покрыта площадь неизмененных околожильных вмещающих пород

Мощность жил изменяется от десятых долей метра до десятков метров. По падению жилы иногда выклиниваются довольно быстро, но могут протягиваться на значительную глубину, превышающую километр. Так, например, золото-кварцевые жилы месторождения Колар в Индии вскрыты на глубину около 3 км.

Мощность жил редко остается постоянной; обычно же она меняется как по простиранию, так и по падению жилы, то увеличивается в местах раздувов, то уменьшается в местах пережимов. Жила; характеризующаяся раздувами, следующими одни за другим, называется рубцовой или камерной. Если эти раздувы находятся близко друг от друга, жила считается четковидной.

Рис. 6. Четковидная жила • ^х Рис. 7. Камерная жила

Выклинивание жил может быть простым, тупым и сложным. При простом выклинивании мощность жилы постепенно уменьшается вплоть до нуля. При тупом выклинивании мощность жилы резко обрывается. При сложном выклинивании жилы разбиваются на ряд отдельных выступов, или так называемых пальцев. Такое сложное выклинивание очень характерно, например, для пегматитовых жил Мамского слюдоносного района.

Жилы мотут различным образом располагаться среди вмещающих пород, В соответствии с этим выделяются пластовые жилы, залегающие согласно с напластованием горных пород, и жилы секущие, располагающиеся несогласно с напластованием или сланцеватостью вмещающих пород. Как уже отмечалось ранее, жилы, залегающие в полостях отслоения антиклинальных складок, носят название седловидных. Классическим представителем их является система седловидных жил золоторудного месторождения Бендиго в Австралии (см. рис. 8).

Рис. 8. Седловидная жила

Сложные формы рудных тел широко распространены. Встречаются они преимущественно среди эпигенетических месторождений. Иногда наблюдаются сложно построенные пластовые тела и в сингенетических месторождениях.

В этом случае в них наблюдается чередование прослоев полезного ископаемого с прослоями пустой породы. Например, пласт Чиатурского марганцевого месторождения разделяется на 10—15 рудных и нерудных прослоев. Среди сложных по форме эпигенетических месторождений, возникших в большинстве случаев в комбинированных структурах, наиболее распространены штокверки и сложные жилы.

Штокверк состоит из сети пересекающихся между собой мелких рудных жил и прожилков, сопровождаемых вкрапленностью рудных минералов; общая форма распространения такого прожилково-вкрапленного оруденения неправильная, иногда изометричная либо вытянутая и напоминает раздробленную минерализованную зону (см. рис. 9). Штокверки характерны для многих гидротермальных месторождений олова, золота, меди, молибдена, вольфрама, бериллия и др.

Рис. 9 Схематический разрез штокверкового месторождения Альтенберг;

1 — гранит-порфир: 2 — штокверк в грейзенизированном граните; 3 — вмещающие породы по трещинам отрыва (и скола) в дайках гранит-порфиров

Сложные жилы по своему строению довольно разнообразны. Среди них преобладают сближенные параллельные жилы и, кроме того, выделяются ветвящиеся жилы, жилы разлистования и сетчатые жилы.

Ветвящаяся жила характеризуется наличием многочисленных ответвлений, так называемых апофиз, отходящих от основной рудной жилы в сторону лежачего и висячего боков, Подобные формы тел свойственны многим месторождениям слюдоносных и редкометалльных пегматитов.

Жила разлистования представляет собой систему жил, прожилков, линз и чечевиц, образованных вследствие выполнения минерализованными растворами сложной сети тонких более или менее параллельных трещин, приуроченных к зоне рассланцевания (рис.10). Примером месторождения с такими сложными телами является гидротермальное Ключевское медно-кобальтовое месторождение на Урале. В том случае, если мелкие жилки в вытянутой зоне рассланцевания ориентированы в разных направлениях, сложная жила называется сетчатой. Все упомянутые рудные тела могут выходить на дневную поверхность либо располагаться на глубине, не достигая поверхности. В последнем случае они называются «слепыми», или «скрытыми» телами.

Поверхность контакта жилы с вмещающими породами называется зальбандом. Прилегающие к жиле породы нередко бывают изменены и минерализованы; такие зоны метаморфизованных боковых пород создают ореол околожильного изменения, иногда содержащий промышленные концентрации ценных компонентов. Отходящие от жил в боковые породы прожилки, называются апофизами. Основными геологическими элементами, определяющими размеры и условия залегания жил, являются направление простирания и длина по простиранию, направление, угол падения и длина по падению, склонение, а также мощность. Длина жил полезных ископаемых колеблется в очень широких пределах, от коротких прожилков размером 1 м и менее до колоссальной протяженности в 200 км (например, Материнская жила золотых руд в Калифорнии).

Жилы, так же как и пласты, разделяются на крутопадающие (более 45°), и пологопадающие (менее 45°). По падению некоторые жилы выклиниваются неглубоко от земной поверхности, а другие, как, например, Садонская жила свинцово-цинковых руд на Кавказе, прослеживаются на расстоянии более 1,5 км; золотоносные кварцевые жилы Колар в Индии разрабатываются на глубине свыше 3,2 км. Склонением называется погружение линий ^;выклинивания жилы по ее простиранию; углами склонения — углы, образованные линиями склонения с линией простирания. У жил, так же как и у пластов, различают геологическую и рабочую мощность, т. е. такую наименьшую величину ее, при которой становится возможной эксплуатация жильного месторождения.

Жильные месторождения иногда состоят из одной жилы, а чаще из групп — пучков или семейств жил. Рудные поля, образованные жильными месторождениями, называются жильными полями.

Линзы и линзообразные залежи по морфологии принадлежат к образованиям, переходным между изометричными и плоскими телами.

Вытянутые по одной оси тела полезных ископаемых называются трубами, трубками, или трубообразными залежами. Морфология и условия их залегания определяются углом погружения, или ныряния, длиной по направлению погружения и поперечным сечением. Угол ныряния трубки полезного ископаемого измеряется между ее осью и горизонтальной плоскостью. Он может изменяться в широких пределах: от 90° у вертикальных труб до 0° у горизонтальных трубообразных залежей. Поперечное сечение и длина по оси труб также довольно изменчивы. Так, например, поперечное сечение алмазоносных трубок кимберлитов в Сибири колеблется от 100 до 1000 м.

Среди месторождений жидких и газообразных полезных ископаемых (нефть, вода, горючий газ), в соответствии с классификацией И. Брода и Н. Еременко, по морфологическим признакам могут быть выделены пластовые, массивные и линзовидные залежи.

Пластовые залежи жидких и газообразных полезных ископаемых приурочены к пласту-коллектору проницаемых пород, заключенному среди непроницаемых или слабопроницаемых пластов, в той или иной степени тектонически-дислоцированных. Такие залежи обычно являются наиболее крупными, достигая в длину по простиранию более 80 км при ширине до 70 км.

Массивные залежи представляют собой скопления жидкости или газа в выступах проницаемых пород (структурных, эрозионных, рифовых), перекрытых плохо проницаемыми осадками. Они могут быть, как мелкими, так и значительными по размерам, достигая 50 км³ (Ачалуки-Карабулак) и даже нескольких сот ку6ических километров (Меджид Сулейман в Иране, Киркук з Ираке, Абкаик в Саудовской Аравии и др.).

Линзовидные залежи связаны с локальными зонами пористых и трещиноватых пород, ограниченных со всех сторон непроницаемыми породами.