Полезные ископаемые и их классификации

Лекция №

Полезные ископаемые и их классификации

Поле́зные ископа́емые – минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства (например, в качестве сырья или топлива).

Полезные ископаемые находятся  в земной коре в виде скоплений  различного характера (жил, штоков, пластов, гнёзд, россыпей и пр.). Скопления полезных ископаемых образуют  месторождения, а при больших площадях распространения – районы, провинции и бассейны.

Область науки и технологии, посвящённая добыче полезных ископаемых, именуется горным делом.

Классификации полезных ископаемых

Классификации их могут быть различными. Часто  используют по технологии использования. Применяется также генетическая классификация, в основу которой положены возраст и особенности происхождения; при этом обычно выделяют ресурсы докембрийской, нижнепалеозойской, верхнепалеозойской, мезозойской и кайнозойской геологических эпох. 

По  физическому состоянию полезные ископаемые делятся на твёрдые (уголь, руды, нерудные п. и.), жидкие (вода, минеральные воды, нефть, рассолы) и газообразные (газ природный, горючие и инертные газы).

По технологии использования: 

1.     Топливно-энергетическое сырье – нефть, уголь, газ, уран, торф, горючие сланцы и т.д. 

2.     Черные лимитирующие и тугоплавкие металлы – железо, хром, марганец, кобальт, никель, вольфрам и т.д. 

3.     Цветные металлы – цинк, алюминий, медь, свинец и т.д. 

4.     Благородные металлы – серебро, золото, металлы платиновой группы и т.д. 

5.     Технические ресурсы и строительные материалы – песок, глина, щебень и т.д.

6. Химическое и агрономическое сырье – фосфориты, апатиты и т.д.

Выделяют три группы полезных ископаемых:

Металлические полезные ископаемые служат для извлечения из них металлов.

Неметаллические полезные ископаемые объединяют строительные материалы (естественные и искусственные), рудоминеральное неметаллическое сырье (слюды, графит, алмазы) и химическое минеральное сырье (калийные соли, фосфаты, сера).

Горючие ископаемые используются как энергетическое и металлургическое топливо; продукты их переработки служат сырьем для химической промышленности.

Генетическая классификация: эндогенного и экзогенного происхождения, в отдельную группу выделяют метаморфогенные месторождения полезных ископаемых, которые образуются в результате преобразования при определенных физико-химических условиях эндогенных и экзогенных месторождений.

Эндогенные месторождения разделяются, учитывая характер физико-химической системы, породившей руду, на три категории:

- магматические месторождения, к ним относятся месторождения, образовавшиеся при процессах дифференциации и кристаллизации магмы непосредственно во вмещающих изверженных породах.

- пегматитовые месторождения. Пегматиты и находящиеся в них полезные ископаемые принадлежат к самостоятельной группе позднемагматических образований, формирующихся в самых завершающих ступнях отвердевания интрузивных массивов и располагающихся близ их кровли. Пегматиты образуют дайкообразные, линзообразные залежи и жилы. Характерными особенностями их являются: крупные и гигантские разметы зерен минералов; особая структура и текстура; сложные минеральные ассоциации.

- постмагматические месторождения. Эти месторождения всегда возникают позже тех пород, которые их вмещают. Они образуются под воздействием остаточных магматических расплавов. Постмагматические месторождения делятся на контактово-метасоматические (скарновые) месторождения и гидротермальные. Скарновые месторождения образуются на контактах интрузивных и вмещающих (чаще всего карбонатных) пород в результате воздействия газовых и гидротермальных растворов. Среди скарнов из рудных месторождений наиболее крупные по запасам – магнетитовые месторождения железных руд. Однако в общем балансе железорудных месторождений скарновый тип имеет подчиненное значение. Гидротермальные месторождения развиты значительно шире других генетических типов эндогенных месторождений и являются очень важными в практическом отношении. Гидротермальные месторождения создаются циркулирующими под поверхностью земли горячими минерализованными газо-жидкими растворами. Скопления полезных ископаемых гидротермального генезиса возникают как вследствие отложения минеральных масс в пустотах пород, так и в связи с замещением последних.

Экзогенные месторождения полезных ископаемых возникают в результате геологических процессов, протекающих в поверхностной зоне земной коры. Среди них выделяют:

- месторождения выветривания. Верхняя часть земной коры, где происходят процессы выветривания, называются корой выветривания. Накопление вещества полезного ископаемого в коре выветривания происходит двумя путями. Во-первых, вследствие растворения и выноса приповерхностными водами пустых горных пород, вещество полезного ископаемого накапливается в остатке. Во-вторых, в связи с растворением этими водами ценных компонентов горных пород, их инфильтрацией и переотложением в нижней части коры выветривания.

- осадочные месторождения. Образование осадочных месторождений происходит по схеме: разрушение → перенос → отложение → диагенез. Осадочные месторождения образуются в поверхностных условиях, в водной среде, при температуре до 500 С°, при низком и среднем давлении. Выделяют механические осадочные месторождения, химические осадочные месторождения и биохимические осадочные месторождения. Механические осадочные месторождения образуются за счет материала, возникшего при физическом выветривании. При переносе взвешенное вещество осаждается последовательно в зависимости от формы, размера частиц, их удельного веса, скорости и массы водного потока; этот процесс называется механической дифференциацией осадков. Среди механических осадков выделяют месторождения обломочных пород и россыпи. Химические осадочные месторождения образуются в поверхностных условиях на дне морских, озерных водоемов и болот за счет минеральных веществ, находившихся ранее в растворенном состоянии в воде. Источником для образования месторождений является морская вода, а также продукты химического выветривания горных пород и руд. Растворенные вещества отлагаются на дне водоемов в виде химических осадков путем кристаллизации из истинных растворов или коагуляции из коллоидных растворов. Биохимические осадочные месторождения возникают в результате жизнедеятельности организмов, которые концентрируют в себе большое количество тех или иных элементов. К этому генетическому типу относятся месторождения известняков, диатомитов, серы, фосфоритов и каустобиолиты.

Метаморфогенные месторождения. Они разделяются на:

- метаморфизованные месторождения образуются при процессах регионального и термального контактового метаморфизма за счет ранее существовавших месторождений полезных ископаемых. При этом форма, состав и строение тел полезных ископаемых приобретают метаморфические признаки, но не изменяется промышленное применение минерального сырья. К этому типу относятся месторождения металлических полезных ископаемых – железа, марганца, золота и урана, реже неметаллов – апатита, графита наждака и других.

- метаморфические месторождения возникают в процессе метаморфизма горных пород, не представляющих до этого промышленной ценности, за счет перегруппировки минерального вещества. Представлены преимущественно неметаллическими полезными ископаемыми. Известны метаморфические месторождения мраморов, кварцитов, яшм, андалузита, ставролита, графита и других.

Геологические условия  образования и региональные закономерности размещения месторождений.

П. и. формировались в течение  всей истории развития земной коры, вследствие эндогенных и экзогенных процессов. Вещества, необходимые для образования П. и., поступают в магматических расплавах, жидких и газообразных растворах из верхней мантии, земной коры и поверхности Земли.

Магматогенные (эндогенные) месторождения подразделяются на несколько  групп. Так, при внедрении в земную кору и остывании магматических  расплавов образуются Магматические месторождения. С интрузивами основного состава связаны руды Cr, Fe, Ti, Ni, Cu, Со, группы платиновых металлов и др.; к щелочным массивам магматических пород приурочены руды Р, Та, Nb, Zr и редких земель. С гранитными пегматитами генетически связаны месторождения слюды, полевых шпатов, драгоценных камней, руд Be, Li, Cs. Nb, Ta, частью Sn, U и редких земель. Карбонатиты, ассоциированные с ультраосновными – щелочными породами, представляют собой важный тип месторождений, в которых накапливаются руды Fe, Cu, Nb, Ta, редких земель, а также апатита и слюд. В контактово-метасоматических месторождениях, особенно в скарнах (См. Скарны), находятся руды Fe, Cu, Со, Pb, Zn, W, Mo, Sn, Be, U, Au, скопления горного хрусталя, графита, бора и др. П. и. Большое количество П. и. концентрируется в пневматолитовых месторождениях и гидротермальных месторождениях. Среди них главное значение имеют месторождения руд Cu, Ni, Со, Zn, Pb, Bi, Mo, W, Sn, Li, Be, Ta, Nb, As, Sb, Hg, Cd, In, S, Se, Au, Ag, U, Ra, а также кварца, барита, флюорита, асбеста и др.

Седиментогенные месторождения, возникающие при экзогенных процессах, подразделяются на осадочные, россыпные и выветривания. Осадочные месторождения формируются на дне морей, озёр, рек и болот, образуя пластовые залежи во вмещающих их осадочных горных породах. Россыпи, содержащие ценные минералы (золото, платину, алмазы и др.), накапливаются в прибрежных отложениях океанов и морей, а также в речных и озёрных отложениях, на склонах долин. Месторождения выветривания связаны с древней и современной корой выветривания, для которой характерны инфильтрационные месторождения руд урана, меди, самородной серы и остаточные месторождения никеля, железа, марганца, бокситов, магнезита, каолина.

В обстановке высоких давлений и температур, которые господствуют в глубоких недрах, преобразуются  ранее существовавшие месторождения  с возникновением метаморфогенных  залежей (например, железной руды Криворожского бассейна и Курской магнитной аномалии, золотые и урановые руды Южной Африки) либо образуются вновь в процессе метаморфизма горных пород (месторождения мрамора, андалузита, кианита, графита и др.).

Крупные, географически и  геологически обособленные территории, с приуроченными к ним определёнными группами месторождений, называют провинциями П. и. Закономерности размещения П. и. в пределах провинций зависят от принадлежности региона к геосинклиналям, платформам и зонам тектоно-магматической активизации, от их геологического возраста, эпохи формирования П. и., полноты проявления стадий геологического развития данного участка земной коры, характера распространённых в пределах провинции тех или иных формаций горных пород, глубины эрозионного среза и др.

Рудные провинции выделяются по принципу оконтуривания площадей развития месторождений определённой эпохи. Они подразделяются на рудные области, а последние – на рудные районы с развитыми в их границах месторождениями определённых рудных формаций. На территории рудных районов обособляются рудные поля с совокупностью месторождений, объединяемых общностью происхождения и геологической структуры. Рудные поля состоят из рудных месторождений, охватывающих одно или несколько сближенных рудных тел, пригодных для разработки одним рудником.

В соответствии с характером формаций горных пород и ассоциированных  с ними руд различают типы провинций. Например, фемические, или уральского типа, с преобладающим развитием формаций базальтоидной магмы и свойственными им месторождениями руд Fe, Ti, V, Cr, платиноидов, Cu. Им противопоставляются сиалические, или верхоянского типа, провинции с преобладанием формаций гранитоидной магмы и связанными с ними месторождениями руд Sn, W, Be, Li.

Иногда провинции выделяют по сочетанию специфических для них месторождений П. и. и их географическому положению (например, оловянная провинция Дальнего Востока, Украинская графитоносная провинция, Тунгусская графитоносная провинция, золотоносная провинция Колымы, свинцово-цинковая провинция долины Миссисипи в США, Средиземноморская бокситовая провинция и др.).

Важнейшие рудные провинции  отвечают основным этапам геологического развития Земли и металлогеническим эпохам: альпийской (внутренняя часть Тихоокеанского геосинклинального пояса, Средиземноморский геосинклинальный пояс), киммерийской (внешняя часть Тихоокеанского геосинклинального пояса), герцинской (Урало-Монгольский складчатый геосинклинальный пояс), каледонской (например, Норвегия, Западный Саян), рифейской (южная окраинная часть Сибирской платформы), протерозойской (Восточно-Европейская и Сибирская платформы).

В пределах угленосных провинций  различают угольные бассейны, районы и месторождения. В нефтегазоносных провинциях (или бассейнах) выделяют области, районы, зоны нефтегазонакопления и нефтяные, газовые или нефтегазовые месторождения.

Учение о П. и. Первые представления об условиях образования П. и. появились ещё до н. э. Греческий философ Фалес (7 в. до н. э.) выдвинул гипотезу о том, что первоисточником всего живого и мёртвого является вода. Век спустя Гераклит и несколько позже Зенон утверждали, что П. и. образовались под воздействием огня. В средние века Г. Агрикола исследовал условия образования П. и. и впервые классифицировал месторождения по форме залегания. М. В. Ломоносов положил начало изучению генезиса П. и. в развитии. Этому были посвящены также работы плутониста Дж. Геттона и нептуниста А. Вернера. Из русских геологов значительный вклад в геологию П. и. внесли Д. И. Соколов, Г. Е. Шуровский, К. И. Богданович, В. А. Обручев и др.