Предпосылки применения геохимических методов при поисках серы

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Предпосылки применения геохимических методов при поисках серы

03.09.2020

Исходя из минерального состава сероносных отложений, можно выделить следующие элементы-индикаторы осадочных месторождений: S, Sr, Ba, Mn, Zn, As, Sb, Cu, V, Ho, U, Р, Cl, F, К, Na, Li.

Обычно отмечается прямая зависимость между интенсивностью серной минерализации и количеством Sr в породах. Минимальное содержание этого элемента отмечают в известняках и глинах, находящихся за контурами рудных тел. Барий выявляют в первичных (минимальные содержания) и вторичных (максимальные содержания) серных рудах. Во всех случаях в сере Sr больше Ba. Величина Sr/Ba больше 10 характерна для первичных руд и — 1,7 — для вторичных. В глинах содержание Ba, связанного с карбонатом кальция, больше, чем во вторичных рудах. Месторождения серы, залегающие в сульфатно-карбонатных породах, сопровождаются гипсоносными образованиями, характеризующимися аномальными концентрациями Ba, Sr. В зонах развития гипсов, образованных в период предсерной перекристаллизации, аномальные концентрации этих элементов не установлены.

Повышенная марганценосность сероносных образований (до 0,3%) обычно обусловлена вкрапленностью самостоятельного минерала марганца — гауерита, образовавшегося при высокой концентрации H2S, и является поисковым признаком. Экзогенные месторождения серы обогащены Se, содержание которого в рудах достигает 10 г/т, и ртутью (40 г/т), которая зафиксирована в битумах, фосфатах и сульфидах серных залежей.

Кроме того элементами-индикаторами серных месторождений являются F, Cl, обусловливающие агрессивность растворов, а также перераспределение и миграцию элементов вокруг залежей серы. Из последних обычно выносятся Ca, Mg, но привносится С, связывающийся в карбонатах. В процессе серообразования из вмещающих пород выносились элементы группы железа, а привносились Ba, В, Ga, Pb, Р, Ti и др. Многие элементы пород субстрата в сернокислой среде обладали значительной подвижностью, что обусловило формирование вокруг серных залежей различных минеральных новообразований (гипс, ангидрит). Глинистые породы при воздействии на них кислых растворов обогащались А, Ca, Mg, к.

Для месторождений вулканогенной серы элементами-индикаторами являются: Hg, As, Sb, Ba, Sr, Cu, Zn, Pb, Se; из них наиболее информативны Hg, As, Se.

Гидрогеохимический метод поисков месторождений серы основан на выявлении их ореолов и потоков рассеяния.

Размеры ореолов, на которых обнаруживаются водоисточники с повышенным содержанием прямых (сульфат-ион, сероводород) и сопутствующих индикаторов, неодинаковы для различных компонентов и зависят от их устойчивости в воде. По мере удаления от продуктивных тел и сопровождающих их ореолов изменение химического состава вод постепенно уменьшается. Наиболее показательными поисковыми признаками серы являются углеводородные газы с высоким содержанием COa и H2S, фиксирующиеся в скважинах, а также присутствие хлоридных и щелочноземельных рассолов, выходящих на дневную поверхность в виде источников. Показателем серных залежей являются сероводородные воды замедленного водообмена.

Наличие водоупорных толщ в подошве и кровле продуктивного горизонта в связи с отсутствием водообмена является неблагоприятным условием для образования серы.

В ряде районов наблюдается совмещение в пространстве сероносных и битуминозных образований. Последние имеют значительно большее пространственное распространение, чем сернокислые залежи, и позволяют уточнить контуры перспективных на серу площадей. Поисковым признаком самородной серы является обогащенность битумов серой (от 6,8 до 12,1%) по сравнению с фоновым содержанием, не превышающим 6,6%.

В результате циркуляции подземных вод в отложениях экзогенной серы наблюдается окисление сероводорода, который мигрирует от продуктивных залежей в перекрывающие их горизонты гипсоангидритовых и рыхлых образований. Поэтому над рудными телами фиксируются положительные аномальные значения окислительно-восстановительного потенциала и щелочно-кислых свойств вмещающих пород. Около залежей серы величина Eh колеблется от 20 до 200 мВ (при фоновых значениях 5—10 мВ).

Месторождения серы, перекрытые делювиальными образованиями, сопровождаются вторичными ореолами Ba, Sn, Cl, Br, Na, Cu, Pb. Размеры вторичных ореолов, достигая 200 м, значительно превышают размеры залежей серы. В зольном остатке битумов отмечены аномалии V, Ni, Co, Cu, U, Ga, Pb, Zn. Серые залежи в районе вулкана Менделеева сопровождаются хлоридно-натриевы-ми, сернокислыми и сульфатными водами, в которых присутствуют Na, Cl, SO3, Pb, Zn, Hg, Sn, As. Выделяются следующие зоны (по мере удаления от залежей серы): а) практически неизмененных липаритов; б) вторичной опалитизации; в) слабо проявленного серного оруденения в кварцитах, г) залежи серы. В рудных телах и окружающих их измененных породах ртуть возгоняется при: 250, 290—300, 340—360, 520—620° С. По мере удаления от выходов залежей серы наблюдается переход к более низкотемпературным формам ртути. Количественные показатели этих закономерностей следующие: серная руда 290, 620° С в 2,5 м от рудных тел 290, 380° С, в 5 м 290, 360° С, в 25 м 250, 360, 520° С, в 100 м 250, 340° С. В этом же направлении уменьшается общее валовое содержание ртути в породах. В надрудных зонах ртуть имеет большее число форм и возгоняется в более широком температурном спектре чем в подрудных зонах.

Предпосылками применения геофизических методов при поисках вулканогенной серы являются различия в плотности, магнитных и электрических свойствах серных руд и вмещающих пород. Серные руды характеризуются дефектом плотности (до 0,8 г/см3), низкой (нулевой) магнитной восприимчивостью, повышенным электрическим сопротивлением, отрицательными значениями естественного электрического поля.

По данным Г.Т. Саксеева, в изотопном составе углерода в карбонатных породах месторождений серы отмечены следующие закономерности: а) пониженное количество изотопа углерода 12C при коэффициенте а13С 27% и величине 12С/13С, равной 88,5—89,5, характерно для первичных известняков, развитых за контурами залежей серы; б) повышенные концентрации легкого изотопа 12C при коэффициенте о13С, колеблющемся от 32 до 65%, и величина 12С/13С больше 90,5 характеризуют вторичные известняки, генетически связанные с гипсоангидритами и залежами по ним серы; в) в промежуточных между двумя первыми типами пород — в надгипсовых карбонатных образованиях (кальцитизированных известняках без серы), развивающихся в контурах серных месторождений, значение о13C колеблется от 11 до 57%.

Метод изотопного анализа углерода в карбонатных породах может применяться при поисковых работах на серу.

Наличие вторичного кальцита в известняках является поисковым признаком для обнаружения гипсоангидритов и связанных с ними сероносных образований. Ассоциация первичных известняков с эпигенетическим кальцитом при благоприятных условиях также является показателем присутствия серных залежей. Изотопный состав серы, а также величина 32S/34S зависят от условий восстановления сульфатов, их концентрации, температуры и скорости реакции. Среди сульфатов выделяют три разновидности: 1) первичные, соответствующие сульфатам моря; 2) остаточные, обогащенные изотопом 34S, рассматриваемые как остаток после биологического фракционирования бактериями; 3) вторичные «облегченные», образованные в результате окисления серы и имеющие близкий к ней изотопный состав, но более обогащенные изотопом 32S, чем сульфаты моря. При наличии сульфатов третьего типа можно надеяться на обнаружение биогенных сульфитов и серы. Отсутствие второй и третьей разновидностей сульфатов среди пластов гипсоангидритов и ассоциирующих с ними известняков свидетельствует о том, что залежей серы среди них нет и не было в прошлом.

О пространственном положении залежей серы можно судить по данным минералого-геохимической зональности, проявляющейся на экзогенных месторождениях серы. От периферии залежей к центру наблюдается смена следующих зон: а) гипсовая, гипсоангидритовая; б) серно-гипсовая; в) собственно продуктивная целестин-кальцит-серная залежь. Обычно наиболее высокие концентрации серы фиксируют на контакте центральной и серно-гипсовой зон. Наблюдается определенная закономерность в изменении минерального состава рудных тел по вертикали. Снизу вверх уменьшается количество целестина в парагенезисе с самородной серой, а также ангидрита; противоположная тенденция характерна для барита. Мономинеральные скопления последнего обнаруживаются в кровле залежи серы, а целестина — ее подошве. Ангидрит обычно фиксирует корневые части месторождений.

Геохимическая зональность отражает минеральную и тесно с ней связана. В ангидритах и гипсах, подстилающих рудную залежь, отмечены максимальные концентрации стронция, противоположная тенденция характерна для бария, содержание которого увеличивается снизу вверх. Так, величина Sr/Ba в верхних частях осерненных известняков одного из месторождений значительно меньше единицы, с глубиной она постепенно возрастает и у подошвы залежей достигает 10 и более.

Установлены определенные закономерности в изменении содержания серы по вертикали: в основании рудных залежей (бессерный гипс) и в верхних горизонтах (неосерненные известняки) почти одинаковое количество серы. Максимальные ее концентрации наблюдаются в центральной части рудной залежи и у контакта с вмещающими породами. Сочетание высоких и резко пониженных содержаний серы в породах характерно для эпицентров рудных залежей.

Надрудные «шляпы», образующиеся при окислении серы вблизи земной поверхности, служат поисковым признаком серы, залегающей на глубине. В зонах выветривания сульфаты и вторичные гипсы обогащены легким изотопом серы, увеличению концентрации которого способствует деятельность хемосинтезирующих тио-фильных бактерий. В этом случае поисковым признаком серы является наличие гипсов и известняков с аномальным соотношением стабильных изотопов серы, а при слепых и глубокозалегающих серных залежах — изотопный состав серы и углерода пород и руд. Вмещающие серу известняки над гипсами, с гипсами и под ними содержат углерод с о13C от 3 до -6%. По этим показателям они четко отличаются от осадочных и других карбонатов с о13C до 3%. Известняки над серной залежью часто не содержат серы, между тем по изотопному составу углерода они идентичны вмещающим оруденение известнякам. Более широкое развитие безрудных сероносных известняков по сравнению с серными рудами позволяет широко использовать при поисках геохимические методы.

Методика работ. В большинстве случаев экзогенные месторождения серы перекрыты элювиально-делювиальными образованиями и не выходят непосредственно на дневную поверхность, что затрудняет их поиски при обычной площадной геологической съемке. Для обнаружения таких месторождений могут применяться геохимические методы по потокам и ореолам рассеяния. Обычно потоки рассеяния (и гидрогеохимический метод) используют на первых стадиях поисков, а ореолы рассеяния — в следующий этап на площадях, выделенных по геологическим и геохимическим данным. Наиболее широкое применение для поисков серы имеет гидрогеохимический метод, заключающийся в изучении степени минерализации и ионного состава поверхностных и подземных вод путем отбора проб, анализируемых в полевой или стационарной лаборатории. Особое внимание уделяют закономерностям распределения в водах SO42-, F, Cl, Br, I и присутствию нефтяных вод, сернистых нефтей, битумов и сероводородных источников. Выявляют зоны замедленного водообмена участков размыва и дробления водоупорной гипсоангидритовой толщи.

Методика гидрогеохимических исследований серы существенно не отличается от применяемой на других типах месторождений. Основными объектами изучения являются открытые водотоки, подземные воды глубокой циркуляции, выходящие на поверхность, или вскрываемые скважинами; последние опробуют отдельно. Из поверхностных водотоков рекомендуется опробовать ручьи, питание которых происходит за счет подземных вод.

Зоны с развитием сульфатных сероводородных вод при высоких аномальных содержаниях сульфат-иона на геохимических картах отмечают особым знаком. Eh определяют в полевой обстановке с глубины 0,1—1,0 м при проходке горных выработок. В мелкой фракции проб массой 50—100 г определяют градиент AEh, равный разности величин Eh на глубинах 0,1 и 1,0 м.

Почвенно-гидрогеохимический метод, сопровождаемый отбором делювиальных и битуминозных образований, заключается в проведении водных вытяжек из пород, определении элементов-индикаторов и AEh. Иногда целесообразно проводить микробиологические исследования — определять в водах и породах сульфатредуцирующие и тионовые бактерии.

На стадии детальных поисков (масштаб 1:50000) выделяют площади распространения выходов гипсов, замещенных серой и кальцитом, участки выполнения серой пустот растворения карбонатных отложений. Особое внимание следует обращать на выходы горизонтов пород с прослоями кальцита и серы мощностью 1—2 см, выдержанных по простиранию.

При анализе многокомпонентной смеси минералов содержание их рассчитывают: воды — по количеству, выделившейся при 100— 200° С, серы — по окислению и выделению SO2 при 200—400° С, пирита — по площади экзоэффекта окисления при 500° С, доломита и кальцита — по раздельному учету CO2, выделившемуся при диссоциации MgCO3 при 750° С и CaCO3 при 900° С.

Термографический метод можно применять для экспрессных исследований минерального состава сероносных пород и руд, что позволяет сократить число и объем химических анализов. Пробы массой 400 мг необходимо изучать на дериватографе, позволяющем производить равномерное нагревание образцов до 1000°С и одновременно из одной навески регистрировать дифференциальнотермическую кривую, изменение массы, скорость изменения массы и температуру.

Этим методом можно определять содержание гипса, кальцита, доломита, глинистых минералов, пирита, серных и сернокальциевых руд. Термографический анализ целесообразно применять для массовых экспрессных исследований минерального состава сероносных пород, руд и тем самым сократить число химических анализов. Для определения количественного содержания гипса в рудах при присутствии сульфатных минералов (ангидрита, целестина, барита) термографический анализ предпочтительнее химического.

Показателем вертикальной геохимической зональности рудных тел является величина Sr/Ba. Для верхнерудных зон этот показатель меньше 1, среднерудных тел — равен 1 и в подошве залежей — 10. Отметим, что бессерные известняки с облегченным изотопным составом углерода отмечаются в кровле и на флангах рудных залежей.

На дневной поверхности в зоне кислородного выветривания при окислении серы образуются квасцы и происходит осветление вмещающих пород и руд, а также образуются вторичный гипс, тенардит, эпсомит, копианит, сульфурит, гидротроилит. Находки этих минералов на современном эрозионном срезе могут указывать на наличие серы на глубине.

Для поисков месторождений вулканогенной серы можно использовать состав вод вулканических образований, конденсатов фумарол, а также почвенных газов с определением в них Hg, As, В, CO2l, SO4 и SO3. По отношению газов и пара в фумаролах можно судить о фазовом состоянии залежи.

При проведении поисково-разведочных работ на месторождениях серы геохимические методы по первичным ореолам применяют с целью: а) выявления залежей серы; б) определения уровня среза рудных тел и перспектив их на глубину и в) оценки прогнозных запасов. Надежность решения перечисленных задач во многом зависит от сложности геологического строения месторождения, размеров и морфологии залежи серы, их взаиморасположения и условий залегания. Поиски и оценка рудных тел по первичным ореолам заключаются в опробовании коренных пород по разведочным выработкам с последующим анализом проб и оконтуриванием аномалий. Особое внимание уделяют элементам-индикаторам, образующим контрастные ореолы: Ba, Sr, F, Hg, As, Se. Интерпретация геохимических данных может быть количественной и качественной. При последней выделяют положительные и отрицательные аномалии по резко различному содержанию элементов. Особый интерес представляют отрицательные ореолы Na, Mg и положительные Zn, Pb, Cu в подстилающих рудные залежи известняках. Геохимическое изучение керна буровых скважин можно применять при поисках погребенных залежей серы.

При поисково-разведочных работах сочетают геохимические и геофизические методы. Применяют магниторазведку, симметричное электропрофилирование, метод естественного поля, ВЭЗ. Бурение подтверждает контуры месторождений, прогнозируемых геохимическими и геофизическими методами.

В поисковых целях используют состав углерода и серы карбонатов, а также самородной серы. Известняки и кальциты, обогащенные легким изотопом 12C, слагают значительные по объему толщи и поэтому их достаточно легко обнаруживают при поисковых работах. Поисковым признаком месторождения серы являются облегченные сульфатные «шляпы». Значение 13C = -1,5% и ниже для карбонатного углерода свидетельствует о наличии вмещающих серу известняков.

Для этих же целей изучают изотопный состав серы. Обычно измеряют соотношение наиболее распространенных изотопов 32S и 34S, а также о34S как разность между изотопным составом серы изучаемого образца и серы, принимаемой за стандарт.

Для интерпретации данных изотопных исследований целесообразно комплексное изучение особенностей геологического, минералогического состава изучаемых месторождений. Изотопные методы позволяют получать сведения о стадийности минералообразующих процессов, о длительности перерывов между стадиями, а также о глубинах формирования месторождений.

В геохимических исследованиях можно широко использовать количественный термографический анализ пород и руд экзогенных серных месторождений.

Этапы и последовательность работ. На первом этапе при проведении геологосъемочных работ в масштабе 1:200 000 особое внимание уделяют установлению благоприятных геохимических признаков серного оруденения — присутствию сероводородных источников, газопроявлений, наличию нефти и битума, обогащенных сернистыми соединениями. Отмечают присутствие парагенных сере минералов — целестина, барита, потоков и ореолов меди, свинца, цинка, хлора, брома, ртути, фтора. Выделяют площади, имеющие прямые и косвенные признаки сероносных проявлений для постановки специализированных поисково-съемочных работ в масштабах 1:50 000—1:25000. Во второй этап проводят геологическую съемку, сопровождаемую отбором гидрогеохимических и литогеохимических проб. Основная цель геохимических исследований на этом этапе — выделение конкретных зон и участков, перспективных для постановки на них поисково-разведочных работ. Особое внимание обращают на зоны серной минерализации, характеризующиеся сочетанием резко контрастных участков по развитию окислительно-восстановительных процессов и геохимическим барьерам. Фиксируют аномалии сероводорода в подземных водах, выходы карбонатных образований (мергелей, известняков), а также глин, гипсов, ангидритов, находок друз шпатового вторичного гипса, развитию ореолов сернокислого выветривания. Отмечают благоприятные минералогические признаки — присутствие кальцита, целестина, гипса, халцедона, окисленной серной нефти, а также кальцитизацию, окремнение пород и окварцевание (алунитизацию). Особо важное значение имеют оценка и разбраковка вторичных ореолов в рыхлых образованиях.

На третьем этапе проводят поисково-разведочные работы в масштабах 1:10 000—1:2000, проходку скважин колонкового бурения и геохимическое опробование коренных пород.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: