Зональность магматических месторождений
Магматические месторождения, например, медно-никелевых руд ликвационного типа в процессе их образования испытывают гравитационную дифференциацию. Это приводит к возникновению донных залежей сульфидных руд, где по их мощности можно различать верхнюю зону вкрапленных и брекчиевидных руд и нижнюю зону массивных сульфидных руд.
Наиболее полная дифференциация наблюдается в некоторых интрузивных массивах щелочных пород. В результате резкой дифференциации магматического расплава обособляются слои, имеющие форму пластов (псе в до стратификация), падающих к центру массива. Рудные залежи с содержанием редких металлов выдержаны по простиранию и падению на сотни метров при очень небольшой и почти постоянной мощности. Это дает возможность применять минералогическое опробование по типам разрезов 14, 5].
Зональность скарновых месторождений
Многие скарновые месторождения железа, меди, вольфрама, молибдена обладают хорошо выраженной зональностью. На Турьинских медных рудниках Урала Д. С. Коршинским описаны следующие зоны по направлению от изверженных пород к известнякам: 1) кварцевые диориты; 2) осветленные кварцевые диориты; 3) окодоскарновая пироксен-плагиоклазовая порода; 4) пироксен-гранатовый скарн; 5) мономинеральный гранатовый скарн; 6) мономинеральный салитовый (пироксеновый) скарн; 7) мраморизованный известняк. К последним трем зонам приурочено медное оруденение [13].
На Гумошевском моднорудном месторождении (Средний Урал) в контакте кварцевых диоритов с мраморизованными известняками И. И, Бугаевым [2] установлены следующие зоны: 1) кварцевый диорит; 2) околоскарновый десилицированный кварцевый диорит; 3) пироксен-плагиоклазовая порода; 4) пироксен-гранатовый (андрадит-гроссуляровый) скарн; 5) гранатовый (андрадитовый) скарн; 6) мрамор. Наиболее высокое содержание меди наблюдается в скарнах.
Подобных примеров в геологической литературе описано немало. Зная порядок взаимного расположения отдельных зон относительно контактовой поверхности, можно его использовать при разведке бурением и для направления забоев подготовительных горных выработок по зоне с наибольшим оруденением.
Главные факторы первичной зональности жильных месторождений
Первичную зональность жильных месторождений можно рассматривать в зависимости от масштаба ее проявления. Изучение первичной зональности рудных поясов и рудных узлов выходит за рамки деятельности рудничного геолога. Поэтому ниже особое внимание обращено на первичную зональность собственно рудных тел (рудных жил).
Первичная зональность рудных жил по их мощности, простиранию и падению объясняется закономерным изменением минерального и химического состава руд в указанных направлениях. Зональность жил по мощности может быть симметричная и асимметричная. Она вызвана определенной последовательностью отложения нерудных и рудных минералов на стенках жильной трещины. Зональность но мощности может также полниться в результате сложного и длительного процесса рудообразования, когда, например, уже сформировавшаяся жила дробится при тектонических подвижках и цементируется более молодым минеральным веществом иного состава.
Наиболее важной для рудничного геолога является первичная зональность рудных жил по падению, по вертикали. Необходимо изменениям мощности и состава жил давать определенную количественную оценку. Вскрытие рудных жил на двух горизонтах уже дает рудничному геологу фактический материал для сравнения средних значений мощности и содержания металла по двум указанным уровням. Тем более это необходимо, когда число рабочих горизонтов составляет пять — семь. Экстраполяция полученных графиков на проектные горизонты дает геологу объективные данные о поведении жилы при дальнейшей углубке шахты.
На Березовском золоторудном месторождении на Урале буровые скважины, заданные вдоль по дайкам березитов, пересекают десятки отдельных кварц-сульфидных жил. По каждому этажу высотой 50 или 100 м можно определить частоту встречи жил и среднее содержание золота на основании отдельно взятых проб из каждой жилы. Экстраполяция этих величин на нижележащие горизонты позволяет геологу уверенно прогнозировать оруденение перед углубкой шахт.
При разведке штокверковых прожилково-вкрапленных месторождений вольфрама, молибдена или олова вывод аналогичных показателей по этажам дает геологу незаменимый материал для оценки месторождений.
Примеры первичной зональности рудных жил
Вскрытие многих жильных месторождений глубокими шахтами даст много примеров первичной зональности. Почти во всех свинцово-цинковых месторождениях с глубиной наблюдается увеличение содержания сфалерита и соответственно уменьшение галенита. На Садонском месторождении (Северный Кавказ) содержание свинца снижается на 1 % на каждые 100 м, а отношение цинка к свинцу возрастает от 1,85:1 на верхних горизонтах до 2,57:1 на нижних горизонтах горных работ. Аналогичное явление установлено П. П. Буровым для Алтая, Г. С. Лабазиным для Салаира, К. Л. Пожарицким для Садона, В. И, Смирновым для Теттохе [13].
Рудные столбы
Понятие о рудных столбах появилось в золотой промышленности. Распределение золота в жильных месторождениях отличается большой неравномерностью. Участки богатых золотом руд по простиранию и падению жил сменяются бедными рудами, за которыми при продолжении горных выработок снова могут быть вскрыты богатые руды.
Рудными столбами1 принято называть участки шил, отличающиеся повышенной концентрацией ценного металла. Иногда рудный столб может отличаться от рядовой руды проявлением особой («продуктивной») минеральной ассоциации [10]. Ясно выраженной связи между концентрацией металла в рудных столбах и мощностью жил обычно не наблюдается.
В специальной литературе рудные столбы делятся на два типа; морфологические и концентрационные [13]. Первые обусловлены раздувами жил. Не всегда, однако, раздувы жил отличаются богатой концентрацией металла. Вот почему единственно достоверным признаком рудного столба служит повышенная концентрация цепного металла, что обычно выявляется систематическим опробованием забоев горных выработок.
По генезису следует различать рудные столбы первичные (андрогенные или гипогенные) и вторичные (экзогенные или гипергенные).
Первичные рудные столбы возникают при резком изменении физикохимических (температура, давление), литологических (влияние боковых пород) или структурных факторов (морфология и тектоника жильных трещин), определяющих движение гидротермальных руд о образующих растворов. Все эти факторы нередко действуют одновременно. Вторичные рудные столбы появляются в зоне гипергенеза в результате окисления неустойчивых первичных минералов (например, сульфидов) и переотложения ценного металла водами поворхностного происхождения. Главными факторами локализации вторичных рудных столбов являются морфология и тектоника жильных трещин.
В процессе эрозии первичные рудные столбы постепенно попадают в зону гипергенеза и на них может накладываться вторичное обогащение.
Это приводит к образованию участков, отличающихся исключительным богатством ценного металла.
Геометризация рудных столбов, по данным опробования, на маркшейдерских планах и вертикальных продольных проекциях рудных жил позволяет определить их примерные размеры и морфологию. Горизонтальное протяжение рудных столбов (по штрокам) определяется размерами в несколько десятков метров (от 10 до 50 м, реже до 100 м). Протяжение рудных столбов по вертикали обычно больше; они нередко прослеживаются на два-три смежных рабочих горизонта. При этом, как правило, рудные столбы обладают определенным склонением. Оси рудных, столбов обычно отвечают склонению самой рудной жилы и морфологии жильной трещины. В крупных жильных месторождениях размеры отдельных рудных столбов могут составлять от первых сотней метров по простиранию до 500—700 м по склонению.
Наряду с крупными рудными столбами в некоторых жилах встречаются и более мелкие участки с весьма богатой концентрацией ценного металла, размеры которых иногда определяются первыми метрами. Такие участки получили наименование «кустов», «бонанц», «гнезд», «карманов». Высокую концентрацию металла представляют собой золотые самородки, встречающиеся в кварцево-сульфидных жилах. Иногда два-три и более самородков заключены в объеме руды, не превышающем 1 м3. При размыве рудных жил золотые самородки переходят в элювиальные россыпи.
Опыт разработки крупных золотых рудников показывает, что из общей длины штреков по всем рабочим горизонтам протяжение рудных столбов занимает от 15 до 25%, иногда повышаясь до 40%. То же самое соотношение существует между площадью рудных столбов и всей площадью рудной жилы, вскрытой штреками на продольной проекции. Отсюда следует, что успешная эксплуатация жильных месторождений со столбовым оруденением зависит прежде всего от организации интенсивной скоростной и дешевой проходки штреков по рудным жилам на нескольких горизонтах. При этом хорошо налаженная геологическая документация с опробованием штреков обеспечивает своевременную подготовку блоков с промышленным содержанием ценного металла для их эксплуатации.
Литологический и структурный контроль первичных рудных столбов
Влияние физик о-механических свойств и химического состава боковых горных пород на процессы рудоотложения и на положение первичных рудных столбов известно давно; в специальной геологической литературе этот вопрос можно проследить более чем за сто лет. Особенно благоприятными для образования и размещения первичных рудных столбов являются толщи сложного строения с частой сменой горных пород, отличающихся по физико-механическим свойствам (крепость, пористость) и химическому составу. Во многих случаях можно считать установленным, что боковые породы с преобладанием железо-магнезиальных силикатов (порфириты, змеевики) являются более благоприятными для отложения в жильных трещинах первичных рудных столбов, чем породы кислого состава. Особенно выделяются в этом отношении боковые породы с большим содержанием углистого вещества (углистые сланцы). Приведем несколько примеров.
На Ононском оловорудном месторождении (Забайкалье) кварцевые жилы с касситеритом пересекают перемежающуюся толщу слюдяных сланцев и биотит-амфиболовых гнейсов. Рудные столбы с повышенной мощностью жил приурочены исключительно к гнейсам. При переходе в слюдяные слайды жилы теряют оруденение и снижается их мощность. Рудные столбы имеют южное склонение, угол и направление которого совпадают с углом и направлением падения пластовых пород [8].
На Середовинском золоторудном месторождении (Средний Урал) кварц-сульфид на я жила пересекает волнистую контактовую поверхность гранитов и порфиритов. По наблюдениям П, П. Желобова, содержание золота в блоках жилы среди порфиритов заметно выше содержания металла в жиле в пределах блоков, где боковыми породами являются граниты.
Давно известны углистые пиритизированные сланцы золоторудного месторождения Балларат (Австралия), получившие местное наименование «индикаторов» золотого оруденения. Кварц-сульфидные жилы в местах пересечения ими углистых сланцев имеют резко повышенное содержание золота. Примеров благоприятного влияния углистых пород на локализацию золотого оруденения много и в различных районах СССР. Наиболее ярким примером может служить Кумакское золоторудное месторождение [1].
Кварцевые жилы с содержанием шеелита и арсенопирита на месторождении Кти-Теберда (Севорный Кавказ) пересекают толщу метаморфических сланцев и амфиболитов. Участки жил с повышенной концентрацией оруденения ясно приурочены к амфиболитам [6].
На одном из месторождений вольфрама в Восточной Сибири установлено влияние боковых пород на интенсивность оруденения. Кварцевые жилы, секущие мраморы, содержат шеелит. Эти же кварцевые жилы, переходя из мраморов в сланцы, теряют оруденение [15].
Структурный контроль имеет огромное влияние на размещение первичных (а также и вторичных) рудных столбов. Еще М. В. Ломоносову были хорошо известны некоторые структуры рудных жил, благоприятные для высокой концентрации металлов. В своей работе «О надежде рудокопов» он писал: «Когда две жилы в одну сойдутся, то бывает из них сложенная рудами высоких металлов обильнее, нежели каждая из одинаковых; и напротив того, ежели какая жила раздвоится, станет скуднее» [9].
Наиболее часто структурный контроль первичных рудных столбов проявляется на участках искривления поверхности рудоносных трещин, а также пересечения и сопряжения трещин. Перегибы жильных трещин по простиранию или падению обычно сопровождаются мелкими производными трещинами в боковых породах. Дополнительная трещиноватость боковых пород благоприятно отражается на повышении концентрации металла в главной жильной трещине.
Рудные столбы любого генезиса часто приурочены к линиям пересечения жил, особенно, если это жилы разного минерального состава. При этом замечено, что чем меньше угол пересечения (или сопряжения) между жилами, тем благоприятнее этот узел для отложения высокой концентрации металла. Особенно надежными для встречи рудных столбов являются участки параллельного залегания жил с непосредственным контактом между ними.
Примечания
1. В английской литературе — ore shoots, в немецкой — Erzmitteln, во французской - Colonnes mineralisees.