Геохимические методы поисков глины

Глины весьма разнообразны по своему происхождению, условиям залегания и вещественному составу. Различают бентонитовые, огнеупорные и каолиновые разновидности. Все они представляют собой землистую горную породу, образованную в основном из алюмосиликатов (пирофиллита, серицита, каолинита, галлуазита, монтмориллонита) с примесью кварца, полевого шпата и слюды. Глины могут быть морского, озерного, ледникового, речного, элювиального, делювиального (осадочные месторождения) и гидротермального происхождения.

Основные методы поисков глин (месторождений) вытекают из их генетических особенностей. Наиболее надежным методом поисков является собственно геологический (нахождение глинистых пород). Бентонитовые глины состоят из Na- и Са-монтмориллонита (60—90%). каолинита (3%), гидрослюд (10—30%). Различают следующие месторождения: а) вулканогенно-осадочные; б) гидротермальные; в) осадочные. Первые образуются при преобразовании вулканических пеплов, туфов или другого пирокластического материала. Гидротермальные или поствулканические месторождения формируются в результате изменения пирокластических и вулканических пород основного или среднего состава под влиянием горячих газов, паров воды и гидротермальных растворов. Осадочные месторождения формируются путем переотложения и изменения продуктов размыва кор выветривания интрузивных и метаморфических пород в прибрежно-морских и озерных условиях. Образование монтмориллонитовых зон в корах выветривания определяется составом материнских пород.

Благоприятными поисковыми критериями на обнаружение бентонитовых глин являются районы активной вулканической и тектонической деятельности, платформенные территории, зоны дробления, к которым приурочены коры выветривания, а также наличие соляных озер.

Ведущим глинистым минералом бентонитов является монтмориллонит натриевого состава (до 85%) с примесью кристобалита, карбонатов, гипса, кварца. Элементами-индикаторами являются: фтор, литий, натрий, калий, мышьяк, сурьма и ртуть.

При проведении поисковых работ в масштабе 1 : 50000 основное внимание уделяют общегеологическим критериям, нахождению выходов бентонитовых тел в обнажениях, в виде высыпок в делювии, а также мелких окатышей в ручьях. Основная цель геохимических исследований на этом этапе — определение состава глинистых образований.

При определении принадлежности глин к бентонитам рекомендуют использовать гранулометрический анализ с целью определения состава минералов во фракциях. Глинистые минералы идентифицируют дефрактометрическими и термическими анализами. Подразделение их на щелочные и щелочноземельные производят по результатам анализа катионного обмена. Для определения количественного содержания монтмориллонита в полиминеральных смесях рекомендуют применять люминесцентно-адсорбционный метод анализа с использованием органических красителей и люминофоров. Метод предусматривает титрование навески глины в суспензии раствором красителей — люминофоров известной концентрации. При этом учитывается, что у монтмориллонита величина обменной емкости OE катионов достигает 100 ммоль на 100 г глины. По величине OE определяют процентное содержание монтмориллонита в пробе. Учитывая приповерхностные изменения глин, необходимо осуществлять опробование свежих, слабо измененных пород в глубоких горизонтах ниже уровня грунтовых вод. При оценке качества сырья и прогнозировании новых площадей следует учитывать состав и распространение магматических пород, в результате изменения которых образуются бентонитовые глины. По эффузивам основного состава образуются маложелезистые светлые щелочноземельные разновидности, по ультраосновным породам— нонтрониты.

Огнеупорные глины преимущественно генетически связаны с континентальными осадочными образованиями. Различают первичные (элювиальные, выщелоченные) и вторичные (лагунно-озерные и аллювиальные) огнеупорные глины. Галлуазитовые огнеупорные глины образуются в результате выветривания стекловатых вулканических пород. Они представлены преимущественно жилообразными телами в стекловатых андезитовых потоках. Широко развиты огнеупорные глины осадочного типа, образующиеся в корах выветривания. Учитывая широкое развитие огнеупорных глин, при их поисках используют обычно геологические методы. Геохимические и геофизические исследования при этом играют вспомогательную роль. Первые, в частности, могут быть использованы для выяснения качества глин путем анализа термическим и химическим методами. Месторождения каолина имеют осадочное и гидротермальное происхождение. Первые состоят из каолинита, кварца, слюды, калиевых полевых шпатов, монтмориллонита, вторые образуются при изменении вулканических пород.

Различают первичные каолины, образовавшиеся в результате выветривания метаморфических и осадочных (главным образом, полевошпатовых) пород, и вторичные, формирующиеся при пере-отложении глинистого вещества первичных каолинов. Элювиальные каолины содержат реликтовые (кварц, ортоклаз, мусковит, парагенит, биотит, циркон, рутил) и вновь образованные (галлуазит, гидрослюды, монтмориллонит) минералы. Высокое содержание каолина высшего сорта наблюдается в том случае, когда породами субстрата являются граниты или маложелезистые светлоокрашенные слюдисто-полевошпатовые образования. Каолины по гранитам имеют выдержанный гранулярный состав (10—30% фракции меньше 0,005 и 40—70% фракции больше 0,56). Особенно благоприятны грейзенизированные граниты, измененные в процессе пневматолиза и обогащенные литием, способствующим улучшению керамических свойств каолина. Минералами- и элементами-индикаторами каолинов этого типа являются циннвальдит, турмалин, калий, натрий, фтор, литий, редкоземельные элементы, титан и фосфор. На конкретных месторождениях степени концентрации и рассеяния элементов колеблются в зависимости от фациальных и физико-химических условий образования каолинов, состава материнских пород, являющихся источником сырья, характера современных процессов выветривания.

В общем случае сингенетичные ореолы окаймляют каолиновые залежи, охватывая площадь их развития. По форме (линейно-вытянутые, изометричные) ореолы повторяют залежи каолинитов. Вторичные ореолы рассеяния формируются над проявлениями каолина, выведенными действием денудационных процессов на уровень эрозионного среза. Для них характерны остаточные (открытые и закрытые, разубоженные) ореолы. В целом поиски каолиновых месторождений по вторичным ореолам рассеяния (открытым и закрытым) могут дать положительные результаты с учетом геологических и ландшафтно-геохимических условий.

В районах с плохой обнаженностью рекомендуют проводить литохимическую съемку, направленную на выявление вторичных ореолов калия, натрия, лития, фосфора, фтора и титана. При мощности наносов до 5 м пробы необходимо отбирать с глубины 30—40 см из иллювиального горизонта и горизонта, переходного к материнской породе. На анализ направляют фракцию 1 мм и менее. Учитывая, что размеры залежей каолинов колеблются от 400х500 м, сеть опробования при литохимической съемке должна быть не менее 500х50 и 250х25 (масштаб 1:50000). Помимо спектрального анализа на широкий круг элементов проводят флюоресцентный анализ и пламенную фотометрию. Оптимальную поисковую сеть рассчитывают по формуле р= 1—e_s/m, где S — площадь ожидаемого ореола в единицах ячейки сети наблюдений; m — число точек, которым должен быть зафиксирован ореол; р — вероятность подсечения ореола.

Для повышения эффективности и достоверности герхимических исследований результаты литохимической съемки следует представлять в виде карт изолиний комплексных полиэлементных показателей типа v1 = (Al*Fe*Ti)/Si; v2 = K*Na*Li. В этом случае в компактном виде изображается геохимическая информация о проявлении каолинов.

Качество сырья оценивают методом гранулометрического анализа. Основным промышленным продуктом является отмученный каолин с размером фракций 20 мк. Оптимальный размер промышленной фракции определяют индивидуально для каждого месторождения. Ориентировочно для определения качества каолинов учитывают состав материнских пород. В каолинах, возникших при выветривании гнейсов, сланцев, жильных образований, по сравнению с каолинами по гранитам, уменьшается процентное содержание грубых фракций.

При прогнозировании и оценке месторождений каолинов учитывают вертикальную минералогическую зональность. Наличие в верхней части профиля выветривания гидрослюд и монтмориллонита при развитии каолинов по кварцевым порфирам свидетельствует о небольшом эрозионном срезе продуктивных залежей.

Палыгорскитовые глины — это тонкодисперсные горные породы, сложенные преимущественно одноименным глинистым минералом (до 70—80%). Различают следующие месторождения: а) эндогенные, гидротермально-эпитермального типа; б) гипергенные (коры выветривания); в) хемогенно-осадочные. Последние образуются в прибрежно-морских и озерных условиях путем осаждения в стадию диагенеза из природных иловых слюд.