Предпосылки применения геохимических методов при поисках фосфоритов

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Предпосылки применения геохимических методов при поисках фосфоритов

03.09.2020

В фосфоритах установлены прямые индикаторы — элементы, входящие в состав фосфатов и в наиболее распространенные минеральные фазы — Р, V, Sr, F, U, и косвенные химические элементы — As, Pb, Zn, Be, Zr, В, Mo, Ba, Ag, Sb. Положительная корреляционная связь устанавливается между фосфором и фтором, что объясняется вхождением их в состав фторапатита. Величина F/P2О5 в фосфоритах колеблется от 0,05 до 0,17, а содержание ванадия — от 30 до 1000 г/т. В большинстве месторождений содержание ванадия колеблется в пределах 50—90 г/т. В фосфоритоносных образованиях отмечается полярность (антагонизм) в поведении ванадия и фосфора. Бедные руды характеризуются более высокими концентрациями ванадия. Обогащены ванадием некоторые породы, ассоциирующие с фосфатными рудами. К ним относятся углисто-кремнистые и углисто-глинистые сланцы, горючие сланцы, осадочные формации, обогащенные органическим веществом (до 2% V2O5), которые по простиранию переходят в фосфориты.

Между содержанием стронция и фосфора наблюдается положительная корреляционная связь. Фосфориты обычно обогащены редкоземельными элементами; концентрации последних превышают средние содержания в осадочных породах в 2—6 раз. Резкой разницы в содержаниях суммы редких земель в фосфоритах обычно нет; эта величина колеблется в пределах от 0,03 до 0,13% при среднем содержании 0,08% и максимальном 0,5%.

В качестве важного элемента-индикатора фосфоритов выступает марганец (от 30 до 960 г/т). Осадочные образования, содержащие повышенные количества марганца, а также редкоземельных элементов, перспективны на обнаружение в них фосфора. В фосфоритах устанавливается тесная корреляция мышьяка с серебром. В ряде случаев оба элемента накапливались в породах, синхронно образованных с фосфатами, но имеющих большее пространственное распространение. Содержание серебра в фосфоритовых рудах колеблется от 0,1 до 2 (n*10в-4%).

К элементам, которые содержатся в фосфоритах в количествах, превышающих кларковые содержания, в осадочных образованиях относятся: Pb, В, Cr, а ниже кларковых — Ni, Co, Cu, Zn.

Радиоактивность фосфоритов является важнейшим геохимическим фактором, позволяющим применять радиометрию для их поисков. Содержание урана в фосфоритах колеблется в широких пределах (экв. %): в Марокко 0,006—0,03; США 0,001—0,15; Великобритании до 0,108; Египте 0,0007—0,05; в конкреционных разновидностях Польши 0,2; в остаточно-инфильтрационных корах выветривания Сенегала 0,01—0,3; в желваковых рудах ФРГ 0,1—0,23; в конкрециях прибрежных районов Океании, Африки, Калифорнии 0,0006—0,5. Содержания тория в фосфоритах обычно не превышает (5—10)*10в-4%, что отличает их от апатитовых рудных тел гидротермального класса.

В фосфоритах обычно отмечается четкая корреляционная зависимость между содержанием фосфора и урана. Эта закономерность присуща морским фосфоритам карбонатного и кремнистого состава (коэффициент корреляции 0,94—0,68). Для вторичных остаточных инфильтрационных и переотложенных руд прямая зависимость между Р2О5 и V нарушается. Поэтому наиболее богатые фоофором горизонты не всегда являются и наиболее радиоактивными. Применение литогеохимческой съемки при поисках фосфоритов, ориентирующейся на выявление вторичных ореолов рассеяния, основано на том, что содержание фосфора в элювиально-делювиальных образованиях над осадочными породами составляет обычно сотые доли процента, а над фосфоритовыми залежами оно резко повышено и достигает нескольких процентов. Литогеохимические методы поисков по вторичным ореолам рассеяния наиболее эффективны в районах, характеризующихся слабой обнаженностью. В этих условиях поиски по ореолам рассеяния характеризуются значительной информативностью, о чем свидетельствуют опытно-методические и производственные работы.

1. На площадях развития фосфатоносных образований в одном из регионов проводилась геохимическая съемка по сетке 100х20; вторичные ореолы фосфора (0,3—10%) оконтурили фосфоритоносные горизонты. Карстовые фосфориты образовали изометричные по форме ореолы с содержанием фосфора 0,3—1%.

2. Фосфориты, локализующиеся в карбонатных породах и перекрытые элювиально-делювиальными образованиями мощностью до 5 м, четко фиксируются вторичными ореолами P2O5 больше 2,5% (фоновые содержания 0,7%). Количественные содержания фосфора в делювиальных образованиях находятся в прямой зависимости от концентрации этого элемента в коренных породах.

3. Породы фосфоритоносной вулканогенно-кремнисто-карбонатной формации содержат до 2,8% Р2О5. В пробах, отобранных с глубины 0,3—0,5 м из делювиальных наносов мощностью 8—30 м, фиксируются содержания Р2О5 от 0,5 до 0,7%; на сглаженных водораздельных площадях, где мощность суглинков колеблется от 30 до 75 м, содержание Р2О5 обычно не превышает 0,3%.

4. В условиях геохимических ландшафтов тропиков пластовые тела фосфоритов, приуроченные к осадочным отложениям и перекрытые рыхлыми образованиями мощностью 3—5 м, фиксируются сложными по форме геохимическими аномалиями длиной около 100 км и шириной 2—30 км. Установлено, что обогащенные фосфором вмещающие породы выявляются при глубинах отбора проб 0,2; 0,4 и 0,6 м.

5. Карстовые вторичные фосфориты выявляются по вторичным ореолам рассеяния фосфора с содержанием 0,7—1 %.

Таким образом, поиски по ореолам рассеяния возможны в различных районах. Геохимическая съемка выявляет не только богатые рудные тела, но и фосфатные породы с низкими содержаниями Р2О5 (до 3%), которые не обнаруживаются радиометрическими методами. Последние в целом весьма эффективны, могут широко применяться для поисков фосфоритов (аэрорадиометрическая съемка, наземные полевые наблюдения с помощью радиометров и гамма-каротажа скважин). Этими методами были обнаружены месторождения фосфоритов в Анголе, Заире, Турции, Танзании, Сахаре, Казахстане, Сибири, Прибалтике. Физической предпосылкой применения аэрорадиометрического метода поисков является повышенное содержание в фосфоритах радиоактивных элементов. Эффективным оказалось применение аэрогаммасъемки с вертолета (высота полета 500 м) при выходе рудных тел на поверхность или перекрытых небольшими наносами (интенсивность гамма-излучения значительна и при мощности наносов до 15 м). Применение аэрогаммаспектрометрического метода для выявления залежей фосфоритов изображено на рис. 25. Наличие линейной зависимости между радиоактивностью фосфоритов и количеством Р2О5 позволяет по гамма-активности пород ориентировочно определять содержание фосфора. Валовые концентрации урана в фосфоритах определяются методом гамма-спектрометрии, а его распределение в минералах — по трекам деления и с помощью f-радиографии.

В фосфоритах обычно устанавливается повышенное против кларка содержание урана, пониженное — тория и калия. Оценочным критерием фосфоритов является величина U/Th. При раздельном определении U (Ra), Th, 40K, а также по величине U/Th выявляются фосфоритовые рудные тела, а некоторые залежи, не фиксируемые по суммарной радиоактивности, характеризуются аномальными значениями U/Th.

На рис. 26 приведены результаты наземных исследований на месторождении фосфоритов по геохимическому профилю, проходящему с целью проверки аэрогаммаспектрометрической аномалии. Залежи фосфоритов четко выявляются по характерным распределениям редких элементов и величине U/Th.

Зоны развития фосфоритоносной коры выветривания обычно оконтуривают при помощи радиометрии, и выявление вторичных фосфоритов служит поисковым признаком для обнаружения первично-осадочных руд. Измерения содержаний радона в почвенных эманациях при мощности элювиально-делювиальных образований до 3 м при проведении радоновой съемки позволяют оконтуривать фосфоритовые рудные тела. Содержание радона в почвенном газе увеличивается в местах, покрытых снегом или в замороженных почвах. Радиометрические методы оказывают существенную помощь при ориентировочной оценке качества фосфоритов. Применяя гамма-спектрометрическое профилирование, можно оконтуривать рудные залежи и сократить дорогостоящие горные работы.

В илисто-глинистой фракции донных русловых отложений, как в постоянных, так и во временных водотоках образуются достаточно протяженные потоки рассеяния Р, U, Sr, F. Формирование их происходит в результате сорбции элементов из водных растворов, а также переноса минерального вещества в тонкоизмельченном состоянии. Гидрохимические поиски фосфоритов основаны на изменении химического состава природных вод под влиянием рудных тел и связанных с ними ореолов фосфора, стронция, фтора. С помощью этого метода устанавливается геохимическая специфика исследуемого района, выделяются менее обширные площади для проведения детальных работ. Аномалии фосфора в водах часто превышают фоновые концентрации в 5—10 раз. Фосфор-ион более устойчив в водах, чем другие элементы и поэтому его относительно повышенные концентрации образуют ярко выраженные обширные ореолы.

Фосфоритоносные горизонты выявляют по водным ореолам стронция (обычно от 8 до 240 мг/л воды). Концентрации стронция в водах не зависят от глубины залегания водоносного горизонта, а также содержания сульфатов и определяются гидрохимической обстановкой существования бассейна седиментации. В природных водах формируются широкие ореолы названных элементов. Сложность интерпретации геохимических данных связана со значительным удалением аномалий элементов от точки отбора пробы.

Повышенное содержание урана в фосфоритах обусловливает увеличение его содержания в подземных водах, мигрирующих через фосфоритоносную толщу. Способность урана и продуктов его распада (радия, радона) растворяться и мигрировать в природных водах обусловливает возможность применения этого элемента для поисков фосфоритов. В основе поисков по первичным ореолам лежат данные о значительном отличии фосфоритов по содержанию примесей Р, F, TR, V от состава вмещающих их пород. Роль фтора увеличивается, когда фосфоритоносные пачки подвергаются воздействию гидротермальных растворов. В этом случае фосфориты преобразуются в обогащенные фторапатитом руды. Исходя из корреляционной зависимости между F и P в фосфоритах по количеству фтора можно ориентировочно оценивать содержание фосфора. Особенности распределения фтора в фосфоритах и вмещающих их породах одного из месторождений приведены на рис. 27. В фосфоритовых рудах содержание фтора достигает 2,8%, а в породах, вмещающих фосфориты, 0,008—0,04%, и только в кварцитах и доломитах вблизи фосфоритовых тел количество этого элемента увеличивается до 0,4%. Экспрессным дистанционным методом определения фтора в полевых условиях является нейтронно-активационный. Учитывая пространственную связь фосфоритоносных образований с горизонтами пород, обогащенных ванадием и имеющих большее пространственное распространение, чем сами руды, при геохимических исследованиях изучают ореолы ванадия. В то же время, учитывая антагонизм между фосфором и ванадием непосредственно в фосфоритах, ванадий может выступать в роли косвенного индикатора качества руд. В высококачественных рудных телах содержание ванадия меньше. Наоборот, количество редких земель обычно зависит от качества фосфоритов и мощности рудных тел. Кроме перечисленных элементов фосфориты выявляются аномалиями Sr, Be, Zr, Y, Yb, Ag, As. Для определения фосфора в породах применяют качественные реакции, основанные на образовании желто-коричневого осадка фосфорно-молибденовокислого аммония, получающегося при взаимодействии фосфата с раствором молибденовокислого аммония в азотнокислой среде. Фосфориты отличаются от вмещающих их пород по значению термолюминесценции. Интенсивность термолюминесценции фосфоритов, обусловленная присутствием главным образом апатита, значительно выше, чем во вмещающих осадочных породах. Фосфор в рудах оценивается по содержанию фтора нейтронно-активационным анализом; алюминий определяется по калию (эти элементы находятся в тесной корреляционной связи); железо — нейтронным гамма-каротажем.

Ядернофизические методы обладают рядом преимуществ при оценке фосфоритовых залежей вследствие фациальной изменчивости фосфоритов и трудности определения их мощности и качества химическими анализами. На месторождениях фосфоритов устанавливается минеральная и геохимическая зональность, обусловленная дифференциальным распределением минералов и элементов в пространстве. Минеральная зональность проявляется в том, что на некоторых месторождениях фосфоритовые горизонты подстилаются и перекрываются марганцевыми стяжениями. В последних, локализующихся над фосфоритовыми залежами, отмечают повышенные концентрации Р, Hg, U и редкоземельных элементов. Образование фосфатов в морских бассейнах активизируется и затухает относительно постепенно. Ореолы фосфатизации в перекрывающих руды образованиях прослеживаются до 80 м. В основу поисков скрытых горизонтов фосфоритов положена фосфатизация пород, вмещающих пласты фосфоритов, а также вертикальная геохимическая зональность. Геохимическая зональность проявляется в закономерном распределении элементов относительно верхних и нижних горизонтов фосфоритовых залежей. Аномалии фтора распространены в верхних частях месторождений и на флангах рудных зон, а ореолы его являются признаком слабоэродированных месторождений. Последние сопровождаются неконтрастными ореолами фосфора и поэтому выявляются с большим трудом.

Изменение фазового соотношения ртути также является критерием для поисков залегающих на глубине пластов. В фосфоритах установлены следующие температурные формы ртути: 210—220° С (первая среднетемпературная); 280—300°С (вторая среднетемпературная); 300—400° С (третья среднетемпературная); 518, 610° С — высокотемпературная. В надрудных зонах отмечено большое число форм ртути, которые возгоняются в более широком температурном интервале, чем в подрудных зонах.

Накапливающиеся с фосфатным веществом Cu, Ti, Cr, Ni уменьшаются в поверхностных зонах; Pb, Zn не имеют определенного места в вертикальном разрезе рудных зон и концентрируются вблизи контактов пластов фосфоритов. Для верхних горизонтов фосфоритовых залежей характерны высокие концентрации Ba, Sr, La, U, Ag. Аномальные содержания ванадия отмечены в горизонтах углисто-кремнистых сланцев, обычно подстилающих фосфоритовые горизонты. С глубиной устанавливается снижение радиоактивности фосфоритов. Единый ряд зональности представлен следующим чередованием элементов (снизу вверх): P—Sr—Be—Mo—V—Pb—As—Hg. В качестве показателя зональности используется отношение элементов (Mo*P*Be)/(As*Hg*Pb). Значение этого показателя изменяется в зависимости от расстояния до рудных тел: в 25 см от пласта он равен 0,08; в 10 м — 18,65, и в самом рудном теле — 295.

Указанные признаки важны для поисков неглубоко залегающих тел, доступных для обработки открытым способом. Так, над скрытыми пластами фосфоритов установлены аномалии Р, Pb, Mo, Mn, Sr, Y.

Для изучения зональности определяют ряды накопления элементов и выделяют наиболее контрастные для каждого стратиграфического горизонта. По данным Э.К. Буренкова, закономерности в пространственном распределении мультипликативных величин содержания элементов и коэффициентов зональности (B*Sr*Co*Cr)/(Ti*Nb*Cu*Zn) = К, изменяются в следующих пределах: для рудных горизонтов 48—7000, а для нерудных 0,1—13.

Между содержанием фосфора в породах и мультипликативным отношением (Co*B*Sr*Cr)/(Zr*Ti*Nb*Cu) наблюдается четкая корреляционная зависимость, что позволяет использовать эти показатели для выделения в разрезе перспективных на фосфор горизонтов. Зная коэффициент К, можно выделять наиболее перспективные фосфоритовые пласты, устанавливать направления их выклинивания, увеличения мощности и определять качество руд.

Для выявления богатых руд среди общей массы фосфатсодержащих пород изучают особенности распределения в фосфатах P2O5 и SiO2. В существенно фосфатных пластах устанавливается логнормальное распределение содержаний Р2О5 и SiO2 вследствие преимущественного нахождения этих элементов в слоях высококачественных фосфоритов. Фосфатонакопление может захватывать обширные площади, на которых наряду с локальными концентрациями богатых руд выделяются убогие руды. В разрезе стратиграфических горизонтов также отмечают богатые, бедные руды и фосфатсодержащие породы. Последние имеют значительно более широкое распространение и по своим размерам превышают мощности рудных тел. При геохимических исследованиях необходимо фиксировать породы, обогащенные фосфором (в 7—8 раз превышающие кларковые концентрации фосфора) и служащие признаком для обнаружения промышленных руд.

Методика работ. При поисках месторождений фосфоритов целесообразность применения того или иного геохимического метода определяется ландшафтно-геохимическими условиями ведения работ, степенью обнаженности территории. Применение метода геохимических поисков по потокам рассеяния, характеризующегося повышенной глубинностью, эффективно при поисках скрытых месторождений. Сочетание опробования донных отложений и гидрохимического способствует быстрому опоискованию значительных площадей. В зависимости от задач и детальности работ различают рекогносцировочные и поисковые съемки по потокам рассеяния. Первые проводятся в масштабах 1:200000—1:100000 с целью получения общей характеристики изучаемых территорий и выделения среди них площадей, перспективных для проведения более детальных работ. Вторые проводятся в масштабе 1:50 000 с целью выделения конкретных зон и участков, перспективных для проведения поисково-разведочных работ. Поиски по потокам рассеяния при небольшой мощности наносов дают ту же информацию, что и опробование водных потоков и взвешенных твердых частиц в воде, но с меньшими затратами времени и средств. Поскольку потоки рассеяния образуются за счет материала, поступающего в русло с определенной площади водотока, после проведения поисков по ним выделяют меньшие территории для проведения работ более трудоемкими методами. При поисках по речным потокам необходимо учитывать всю гидросеть, однако опробование крупных речных долин менее эффективно в связи с формированием в них слабоконтрастных аномалий. В районах со слаборазвитой речной сетью опробование донных осадков при поисках в масштабе 1:50 000 сочетается с металлометрической съемкой. Поиски по потокам рассеяния целесообразны в горно-таежных районах, где совместно развиваются механические и солевые потоки рассеяния. На равнинных территориях вследствие значительно меньшей расчлененности рельефа наблюдается ограниченное поступление вещества в потоки и формируются в основном солевые ореолы. Сеть опробования определяют с учетом протяженности дренажных систем и масштаба работ. Расстояние между пробами по рекам 100—200 м, при этом потоки длиной не менее 1 км выявляют по нескольким пробам. Предпочтительнее опробовать русловые отложения мелких пересыхающих рек, логов, имеющих небольшую водосборную площадь. Кроме того, практикуется равномерное расположение точек по исследуемой площади с отбором донных осадков из дренажных систем различного порядка. Пробы массой 200—300 г отбирают ниже уровня воды в русловых отмелях, на поймах, причем в их состав должен включаться преимущественно мелкий материал. Вместо неорганического материала донных осадков (илы, мелкая фракция) в ряде случаев эффективен отбор органического материала (обломки органического материала различной степени гумификации). В тундре опробуют корневую систему мхов. В озоленных пробах определяют фосфор и уран. Пробы следует отбирать у более удаленной от склона части речной долины. Для повышения надежности выявления фосфоритов опробуют железо-марганце-вые конкреции лимонитов, встречающихся в аллювиальных отложениях и концентрирующих различные примеси (Р, V, As). В горных районах, где в руслах дренажных систем отсутствуют илисто-глинистые осадки, целесообразно применять гидрогеохимические методы поисков. Использование последнего должно соответствовать характеру выявляемых объектов и форм проявления их в конкретной природной обстановке. При гидрохимических исследованиях используют воды потоков, озерные и грунтовые воды. Элементами-индикаторами при этом являются Р, Sr, Ru, Zn, Pb, U, Cu, F, Cl, SO4, Y, Br.

Сеть отбора проб при гидрохимических поисках определяется масштабом работ, а также наличием дренажных систем и выходов подземных вод. Экономически экспрессным методом выделения перспективных площадей на фосфориты является определение урана и фосфора. В связи с большой длиной водных потоков выщелачиваемых элементов при мелкомасштабных исследованиях пробы можно отбирать на значительном расстоянии друг от друга (0,5—1 км и более). При поисках в масштабе 1:50 000, а также при определении аномалий интервалы между точками отбора проб составляют 100—200 м. При поисках фосфоритов по урану отбор проб и хранение их можно осуществлять в зимних условиях. Образцы воды замораживают в пластмассовых бутылках, при этом растворенный в воде радон сохраняется. При отборе проб в летний период учитывают изменение концентрации элементов в водах во времени, а при интерпретации химического состава вод — минералого-геохимические свойства рудовмещающих пород. Уран, стронций, фтор могут поступать в подземные воды как из фосфоритов, так и из различных горных пород, через которые эти воды мигрируют. Анализ выделенных при помощи ЭВМ факторных ассоциаций элементов позволяет более однозначно судить о гидрохимических условиях фосфоритообразования и проводить разбраковку аномалий. Гидрогеохимический метод эффективен в корах выветривания, где воды обычно обогащены кальцием, но обеднены стронцием. В результате его применения и отбора проб донных осадков могут быть выявлены локальные площади, в пределах которых проводятся детальные работы другими методами.

Основной областью применения литогеохимических исследований по вторичным ореолам рассеяния являются поиски в масштабах 1:50 000 и 1:10 000 на перспективных площадях. Рекомендуемая плотность опробования приведена в табл. 1. Расстояние между профилями должно изменяться в зависимости от особенностей геологического строения территорий, выдержанности структур и мощности продуктивного фосфоритоносного горизонта. При работах в масштабе 1:50000 равномерная стандартная сеть может применяться на равнинных площадях, покрытых мощными отложениями, принесенными издалека. В результате этих исследований выявляются участки с аномалиями фосфора и элементов-спутников, в пределах которых необходимо дальнейшее сгущение сети опробования; на перспективных участках проводят бурение и опробование коренных образований. Элементы-индикаторы в пробах Р, Sr, JF, Cl, V, As, Sb, V, Ba определяют спектральными анализами, a F, As, Sb — специальными методами. Прежде чем определить содержание радона в почвах, образцы погружают на определенный период в воДу.

Для решения поисковых задач могут применяться минералогические критерии. Изучаются ассоциации фосфатов (апатита, фтор-апатита, карбонатапатита) с минералами марганца, ванадия, железа, редких земель, урана: глауконитом, сидеритом (показатели морских бассейнов нормальной солености), а также кальцитом, доломитом, кварцем, флюоритом (особенно в карбонатных образованиях). Благоприятным фактором является повышенное содержание в породах органического вещества, а также железа (пирита), обусловливающих в первом случае темную до черной окраску, хорошо прослеживаемую в полевых условиях. Весьма важен также парагенезис фосфоритов с осадочными марганцевыми образованиями, имеющих широкое пространственное распространение.

При поисках фосфоритов могут применяться шлиховое и шлихогеохимическое опробование. В шлихах устанавливают минералы из класса апатитов, характеризующиеся довольно высокой плотностью (3—3,2 г/см3), значительными концентрациями (до 10%), но средней устойчивостью к агентам выветривания. Зерна апатитов, фосфатов, концентрирующиеся в тяжелой фракции или сером шлихе, определяют по реакции с раствором молибденового аммония в азотной кислоте. Во втором случае минералогическое изучение шлихов сочетается с определением характерных для фосфоритов элементов. Этот метод дает количественную оценку содержаний элементов — фосфора, урана, ванадия и других, что способствует получению комплексной информации, касающейся концентрации большого числа элементов. Отмывка шлиха приводит к концентрированию элементов, встречающихся в шлиховых минералах, что обеспечивает значительное усиление полезных сигналов и контрастность аномалий. Для удешевления работ рекомендуются проводить минералогический анализ каждой второй пробы, а определение элементов — в неразделенном шлихе или в различных фракциях (немагнитной, электромагнитной). Следует обращать внимание на морфологию кристаллов апатита. В пластовых и конкреционных разновидностях фосфоритов встречаются изометричные индивиды, а в карстовых характерны разнообразные формы и размеры. Если в пробах устанавливают аномалии фосфора, а в шлихах апатит не фиксируется, изучают минералы-спутники — глауконит, корунд, флюорит.

Видовой состав минералов и их парагенные ассоциации позволяют более уверенно выявлять местоположение коренных источников. Далее всего от коренных выходов переносится глауконит, при приближении к рудным телам в шлихах увеличивается содержание флюорита, апатита, кальцита. Изучают обломки фосфоритов в русле рек. Степень окатанности обломков в большинстве случаев невелика, а переносятся они не далее 2—3 км от месторождений. Отбирают пробы мелкого песчаного или алевролитового материала с подсчетом числа характерных обломков под бинокуляром. Число характерных обломков определяют ориентировочно, иногда применяют точные расчеты, сопровождающиеся отбором специальных проб.

Эти методы наиболее эффективны в случае, если фосфориты отличаются по своему внешнему виду, окраске от обломков другого состава и уверенно обнаруживаются визуально. Во многих случаях фосфориты почти не отличаются от обычных осадочных пород и их трудно определять в полевых условиях. Изучают состав марганцевых конкреций, в случае обнаружения разновидностей, обогащенных фосфором, ртутью, можно судить о распространении фосфоритовой минерализации на глубине. В связи с тем что фосфатные минералы находятся в ассоциации с более легкими по плотности, целесообразно проводить намыв тяжелой фракции из рыхлых образований, где эти минералы вследствие дезинтеграции пород присутствуют в обособленном виде и концентрируются. Кроме того, отсутствие фосфоритов в русле рек не всегда свидетельствует об отсутствии рудных тел, залегающих на глубине. Этим определяется целесообразность совместного применения шлихового и геохимического методов.

Обычно, в пределах любой более или менее значительной площади (несколько листов карты масштаба 1:50 000) природные условия неодинаковы, поэтому в процессе поисковых работ необходимо применять несколько методов, рациональных в изменившихся условиях. В частности выделяют площади, покрытые продуктами выветривания местных пород карбонатной или песчаноглинистой формации. Поиски по ореолам рассеяния наиболее эффективны при локализации фосфоритов в карбонатных породах. Последние легко выщелачиваются и отличаются по составу от рудных тел. Элювиально-делювиальные образования в зонах развития фосфоритовой минерализации обогащаются фосфором, обусловливая формирование достаточно широких и контрастных аномалий.

При локализации фосфоритовых руд в песчаниках и песчаноглинистых породах в составе подвергнутых гипергенезу образований увеличивается содержание труднорастворимых минеральных фаз и уменьшается обогащение почв фосфором. Происходит разубоживание и рассеяние рудного вещества в зоне гипергенеза. Образуются ослабленные, слабоконтрастные аномалии. Для повышения контрастности аномалии и достоверной интерпретации данных в пробах определяют более разнообразный круг элементов и строят мультипликативные ореолы (Sr*Ba*As)/(B*Ni*Co). Ряд затруднений возникает при интерпретации аномалий фосфора в пробах, связанных не только с фосфоритом, но и с вмещающими образованиями с высоким содержанием этого элемента. Для разбраковки ореолов применяются элементы-корректоры. В частности, для аномалий, связанных с фосфоритами, характерно совмещение в пространстве таких элементов как Р, F, Sr, V, As, Sb, U, Ba.

При проведении геохимических работ необходимо учитывать геолого-геоморфологические особенности конкретных районов, их высотное положение, мощность и состав перекрывающих коренные породы рыхлых образований. В районах со значительными мощностями (10 м) рыхлых отложений низкие содержания фосфора в пробах еще не свидетельствуют об отсутствии фосфоритовых руд. Неглубоким отбором проб можно обнаружить месторождение главным образом в верхних частях склонов. В горно-таежных районах на склонах и вершинах с абсолютными отметками 550—1000 м с чехлом рыхлых отложений до 5 м фосфоритсодержащие образования выявляются ореолами с содержанием фосфора более 0,7%, а при концентрации этого элемента в пробах в количестве 2,5—3,0% почти однозначно выделяются фосфоритные руды.

В условиях, когда фосфориты перекрыты рыхлыми отложениями мощностью 10—12 м, применяют эманационную съемку и глубинный вариант поисков по вторичным ореолам рассеяния с проходкой буровых скважин и отбором проб из представительного горизонта или нижней части элювиально-делювиальных отложений. Значительные осложнения в интерпретации результатов геохимических исследований возникают в ситуации, когда часть фосфоритовых тел перекрыта делювиальными образованиями мощностью 70 м и толщей слабофосфатных продуктов выветривания. Покровные суглинки в условиях сглаженности мелкосопочного рельефа экранируют фосфоритовые горизонты. Опробование поверхностного слоя приводит к пропуску продуктивных тел. В этих условиях должно применяться бурение и последующее геохимическое опробование рыхлых делювиальных образований и слабофосфатных продуктов выветривания.

В результате литогеохимической съемки по вторичным ореолам выявляют большое число геохимических аномалий, оценку которых проводят на основе анализа их геологической позиции и продуктивности. На этапе рекогносцировочных поисков и при поисково-съемочных работах в масштабах 1:200 000 и 1:50 000 эффективна аэрогаммасъемка с регистрацией у-излучения при фиксированном энергетическом окне 1,7—1,8 МэВ. На результаты исследований может оказать влияние Y-излучение продуктов распада тория, рассеиваемое в почве и воздухе. При высоком фоне радиации применяют многоканальные анализаторы спектров естественного у-излучения с криогенными поликристаллическими детекторами, а также аэрогамма-спектрометрические измерения по раздельному определению содержаний урана, тория и калия. Это позволяет выполнять поисковые работы по содержанию в породах урана, тория и радия с высокой степенью точности и достоверности.

По результатам аэрогаммаспектрометрических съемок оконтуривают перспективные площади, исследование на которых ведется наземными средствами: 1) радиометрическая съемка; 2) эманационная, радоновая и газовая съемки; 3) при помощи подводного импульсного счетчика.

При наземных исследованиях радиометрическая съемка сопровождается геохимической. Регистрируемые при радиометрической съемке аномалии могут быть связаны с залегающими на глубине фосфоритами, обогащенными радиоактивными элементами (U+Th+K). Для разбраковки аномалий сравнивают замеренные в полевых условиях значения показателей счетчика с его показателями по эталонной капсуле, имеющей фоновую радиоактивность.

Для определения урана при наземных съемках применяют рентгенофлуоресцентные анализаторы (в случае нарушения равновесия между радием и ураном), а также полевой прибор — альфометр, регистрирующий у-излучение. Исследование радиоактивности фосфатных образований (масса проб 10 г) можно проводить, используя сцинтилляционную гамма-спектроскопию (детектором являются кристаллы NaI, активизированные Tl).

Эманационная съемка эффективна при прослеживании фосфоритов, локализующихся в карбонатных породах и перекрытых рыхлыми образованиями значительной мощности (5 м).

В районах с широко развитыми озерами при поисках фосфоритовой минерализации, обогащенной радиоактивными элементами, применяют метод изучения следов (треков) деления урана и продуктов его распада. Для измерения концентрации радона в озерах в зимнее время ставят специальные чашечки со свинцом, которые опускают на дно. Через несколько недель чашечки поднимают и определяют уровень концентрации радона. Озерный лед является преградой для продвижения радона из глубинных вод озера.

За рубежом применяется подводный импульсный счетчик для поисков желваковых и среднезернистых фосфоритов, основанный на регистрации повышенных содержаний урана в рудных телах. Уран определяют специальной пластиковой пленкой, которая подвергается разъеданию радоном и тем самым фиксируют этот элемент. Специальные чашечки с пленками устанавливают в углублениях валунных песчанистых глин для получения замеров. Этот метод можно применять для поисков рудных тел, перекрытых делювиальными образованиями мощностью от 20 до 160 м.

В болотистых районах поиски фосфоритов целесообразно проводить зимой. Приспособления для опробования ставят в январе и вынимают в начальный период таяния снега. Трековые пластмассовые детекторы размещают в скважинах глубиной 0,75 м, пробурённых по прямоугольной сетке с шагом от 30 до 1000 м.

По данным радиометрических исследований оконтуривают перспективные площади, на которых проводят детальные поиски. Следует учитывать тот факт, что радиометрические исследования фосфоритов основаны на суммарном гамма-излучении, при котором фиксируется общая радиоактивность. Последняя может обусловливаться не только фосфоритами, но и вмещающими углистыми сланцами, акцессорными элементами и минералами калия. Иногда встречаются слаборадиоактивные фосфориты. Поэтому при проведении радиометрических поисков для каждого типа фосфоритов необходимо установить число разновидностей, отличающихся по содержанию урана.

Результативность поисков, а также уверенное выделение перспективных зон увеличиваются при раздельном определении в породах U, Th, Ra и 40K. Используя уран-ториевые отношения, характерные для основных разновидностей фосфатсодержащих пород, можно оценить их качество в коренном залегании и тем самым сократить затраты по трудоемким процессам отбора, транспортировки, обработки и по аналитическому изучению части проб.

На поисково-разведочном этапе работ можно применять гамма-каротаж скважин, позволяющий проводить корреляцию разрезов, уточнять мощность и качество руд. Каротаж проводят точечным методом через 1 м, а при подсечении фосфоритовых руд расстояния между точками замеров сокращают до 0,1 м. Этот метод эффективен при плохом выходе керна. Если гамма-каротаж осуществить трудно, проводят исследование керна с помощью радиометров. Для каротажных исследований применяют сцинтилляционные скважинные спектрометры, позволяющие определять U, Th, К в горных породах при бескерновом бурении.

Проводят также гамма-опробование горных выработок для литологического расчленения и корреляции разрезов, а также выделения продуктивных горизонтов с количественной оценкой содержания Р2О5 и подсчет запасов.

На поисковом этапе работ в пределах перспективных площадей проводят геохимическое опробование коренных пород по профилям, ориентированным вкрест простирания известных или предполагаемых структур. Сеть опробования 250x25 м (масштаб 1:25 000), 100x10 м (масштаб 1:10 000). При смене пород опробование производят таким образом, чтобы каждая отдельно взятая проба массой 200 г включала мелкие сколки в количестве 5—6 штук только одной разновидности пород. Опробуют прежде всего участки коренных пород, представленные желваковыми, глауконитовыми кремнистыми и кремнисто-карбонатными разновидностями. При поисковых работах прослеживают простирание продуктивной толщи с опробованием пород на фосфор.

На разведочном этапе работ проводят геохимическое опробование пород в горных выработках и скважинах с целью оконтуривания пластов фосфоритов и выявления глубоко залегающих тел. Геохимические методы используют для корректировки направления разведочных работ. Изучают морфологию аномалий и закономерные изменения в их составе.

Особое внимание следует уделять элементам-индикаторам, образующим наиболее обширные устойчивые аномалии (фтор, входящий в состав фторсодержащих фосфатов). Следует учитывать, что фосфориты весьма разнообразны по внешнему виду, структурно-текстурным особенностям и трудно отличаются от вмещающих пород. В связи с этим в полевых условиях проводят качественное химическое опробование горных пород на содержание Р2О5. Для количественных определений содержаний фосфорного ангидрита в полевых условиях можно применять метод экспрессного гидростатического взвешивания.

При проведении поисковых работ на фосфориты геохимические исследования целесообразно совмещать с гранулометрическим анализом пород. При этом проводят ситовые анализы в стандартных условиях с выделением фракций от 1 до 0,001 мм (восемь интервалов). Фосфориты и фосфатсодержащие породы характеризуются неустойчивым, резко меняющимся составом минералов. При помощи метода термографии можно ориентировочно установить минеральный состав фосфоритов, а также определить содержание в них воды.

Термолюминесцентный метод можно использовать для экспрессной оценки содержания карбонатов в рудах; интенсивность пиков при 100, 200 и 310° С, ответственных за свечение кальцита, в фосфоритах достаточно выдержанная и четкая. В протолочках пород фосфаты находятся в сростках с легкими минералами. Эти сростки нередко смываются и концентрации фосфатов в минералогических пробах не происходит.

Эффективным методом исследования тонкозернистых фосфоритов, которые трудно изучать петрографическим способом, является у-облучение полированных образцов от источника 60Co. Подготовленные препараты (пластины толщиной 1—2 см) после y-облучения в темноте прикладывают на фотопластинку и выдерживают в течение недели. После получения контактного отпечатка четко проявляются зоны свечения апатита, кальцита, кварца. Полученные таким образом фотолюминограммы удобны для количественных минералогических подсчетов.

Существенное повышение достоверности и оперативности разведки месторождений фосфоритов происходит при помощи ядерной геофизики, позволяющей проводить дистанционное определение содержаний различных элементов в породах. Ядерно-физические методы позволяют выделять фосфоритовые пачки, дифференцировать их, определять границы и глубины залегания рудных тел, а также проводить количественную оценку содержаний не только Р2О5, но и Al2O3, SiO2. Результаты этих исследований могут быть использованы как для определения параметров рудных тел, так и для подсчета запасов фосфоритовых руд.

Наиболее полная и достоверная информация о локализации фосфоритовой минерализации устанавливается при совместном анализе данных радиометрии, магнитометрии, электроразведки и гравиметрии. По данным гамма-съемки пластовые фосфориты не всегда четко прослеживаются по простиранию, как правило, приурочиваются к контакту доломитов и известняков. Поэтому при выборе рационального направления поисково-разведочных работ на перспективных участках проводят дополнительные геофизические исследования методами магнито- и электроразведки.

В связи с тем что для фосфоритов весьма характерна горизонтальная или субгоризонтальная форма рудных тел, ореолы элементов вытянуты в плоскости фосфоритовых горизонтов и имеют незначительную мощность. При сравнительно глубоком залегании рудных тел эндогенные аномалии могут не фиксироваться. Это обстоятельство должно быть принято во внимание при интерпретации результатов геохимических исследований на участках, потенциально перспективных на фосфатные руды. Для корректировки разведочных работ определяют элементы, тесно коррелирующие с содержанием Р2О5. К ним наряду с F также относятся As, Sb, Ba, Sr и термальные формы возгонки ртути.

При обнаружении геохимических аномалий, пространственно совпадающих с повышенной радиоактивностью элювия коренных пород, можно предполагать наличие на глубине фосфоритовых залежей. На площадях, где фосфориты уже обнаружены, установленные закономерности локализации радиометрических аномалий в пространстве помогают проследить простирание фосфоритоносных образований и обнаружить смещенные части их пластов.

Кроме того изучают распределение марганца в осадочных породах, учитывая при этом, что горизонты марганцевых пород стратиграфически несколько обособлены от фосфоритовых залежей.

Для изучения зональности определяют фоновые, аномальные, дифференцированные и недифференцированные, а также над- и подрудные элементы. Показателями перспективных аномалий являются их интенсивность и поликомпонентность. Для оценки уровня эрозионного среза рудных залежей используют частные мультипликативные ореолы: (Sr*Ba)/(Ni*V); (Co*B*Cr*Sr)/(Zr*Ti*Nb*Cu).

Этапы и последовательность проведения работ. На первом этапе поиски фосфоритов базируются на геологических и геохимических предпосылках регионального характера. Последние основаны на том, что фосфоритам свойственны высокие содержания фосфора, фтора, радиоактивных элементов. Полевые исследования на этом этапе преследуют задачу уточнения геологического строения района, изучение литологии и геохимии осадочных образований. Изучают опорные разрезы вдоль речных долин. При полевом определении фосфатсодержащих пород применяют микрохимические методы. Используют геохимический метод и отбор проб донных осадков. На карте прогноза выделяют территории, перспективные на обнаружение фосфоритов.

На втором этапе проводят поисково-съемочные работы в масштабе 1:50 000. Геологической основой для постановки поисковых работ являются материалы геологосъемочных исследований в масштабе 1:200 000, проведенные на первом этапе. При поисках фосфоритов применяют аэрогаммасъемку, шлиховое опробование, изучают ореолы и потоки рассеяния. Особый интерес представляют шлихи, содержащие более 10% фосфатных минералов. Влитогеохимических пробах определяют фосфор, фтор, радиоактивные элементы. Тщательно опробуют перспективные горизонты осадочных пород, в которых анализируют распределение и соотношение радиоактивных элементов. Для разбраковки аномалий определяют величину U/TR. По результатам работ второго этапа выделяют конкретные районы, перспективные для постановки на них разведочных работ.

В третий этап проводят геохимические и геофизические исследования буровых скважин (отбор геохимических проб, дистанционное определение элементов в породах).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: