МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ УТВОРЕННЯ ВТОРИННИХ СОЛЬОВИХ ОРЕОЛІВ РОЗСІЮВАННЯ. - Геохімічні пошуки металічних корисних копалин за вторинними сольовими ореолами на території Українського Щита

Пошуки рудних родовищ за геохімічними даними стають все більш складними. Перехід від пошуків відкритих та неглибоко розташованих рудних тіл до пошуків похованого зруденіння ставить підвищені вимоги до критеріїв виявлення та інтерпретації геохімічних аномалій. Ускладнення пошукових задач призводить до збільшення числа ознак навколорудного середовища, до необхідності врахування різного роду взаємозв'язків цих ознак, просторових закономірностей їх розподілу. Тому доцільно використовувати методи математичного моделювання аномалій вторинних сольових ореолів для визначення перспективності конкретного геологічного об'єкту.

Моделі вторинних ореолів є більш складними, оскільки на зазначені вище процеси, що впливають на первинні ореоли, накладається комплекс процесів розсіювання речовини. Математичні моделі процесів гіпергенного механізму розсіювання запропоновані О. П. Солововим, Р. І. Дубовим, В. В. Полікарпочкіним.

Головний недолік математичного моделювання геохімічних полів на сьогодні полягає у розгляді одновимірної задачі в однорідному середовищі. Але, в цілому, ореоли рудних тіл мають смугасту структуру, яка зумовлена наявністю численних зон підвищених концентрацій, пов'язаних із зонами підвищеної тріщінуватості порід і контактами порід різного складу, тобто неоднорідністю поля міграції. Крім того, одновимірність задачі не надає можливості визначити кількісно розміри ореолів розсіяння хімічних елементів, що обмежує практичне застосування отриманих рішень.

Таким чином, існувала нагальна необхідність у постановці та численній реалізації більш точної математичної моделі фізико-хімічних процесів у неоднорідному середовищі у трьохвимірному вигляді, результати якої мали б не лише теоретичне, а й практичне значення. Сучасний стан і можливості обчислювальної техніки дозволяють вирішити цю проблему.

Але, треба зазначити, що геологічне середовище - відкрита природна система на рівновагу якої впливає значна кількість чинників. Тому, здійснення математичного моделювання вимагало зробити низку припущень, які дозволили зробити перший крок у вирішенні проблеми якісної оцінки сольових ореолів і зв'язку їх з рудопроявами до кількісної прогнозної оцінки.

Розроблена та реалізована стаціонарна трьохвимірна вісьсиметрична модель масопереносу в неоднорідному середовищі, яка враховує процеси дифузії та конвекції. На першому етапі система реалізована для задачі формування вторинного ореолу над рудним тілом. Припускається, що над рудним тілом певного діаметру знаходиться декілька шарів порід з різними фізико-хімічними властивостями. Концентрація на поверхні рудного тіла визначається за розчинністю речовини за даних умов. Концентрація на достатній відстані від рудного тіла вважається фоновою. На всіх інших границях заданий нульовий потік концентрації, тобто масообмін припускається відсутнім. Розв'язок рівняння проводиться за методом кінцевих різниць.

Геохімічний копалина сольовий ореол

Таблиця 1. Основні форми міграції деяких хімічних елементів у грунтових розчинах з різними значеннями рН, %

Хімічний елемент

РН

3

4

5

6

7

8

9

10

Залізо (ІІ)

Fe2+ (98)

Fe2+ (98)

Fe2+ (98)

Fe2+ (95)

Fe2+ (91)

Fe2+ (83)

Fe2+ (46)

FeCO3 (34)

FeCO3 (56)

Fe2+ (12)

Марганець

Mn2+ (98)

Mn2+ (98)

Mn2+ (98)

Mn2+ (96)

Mn2+ (91)

Mn2+ (73)

MnCO3 (21)

MnCO3 (71)

Mn2+ (27)

MnCO3 (93)

Мідь

Cu2+ (98)

Cu2+ (98)

Cu2+ (98)

Cu2+ (95)

Cu (OH)2 (61)

Cu2+ (35)

Cu (OH)2 (98)

Cu (OH)2 (99)

Cu (OH)2 (99)

Цинк

Zn2+ (97)

Zn2+ (97)

Zn2+ (97)

Zn2+ (95)

Zn2+ (85)

Zn2+ (48)

ZnCO3 (33)

Zn (OH)2 (40)

Zn (CO3)22- (27)

ZnCO3 (25)

Zn (OН)2 (75)

Zn (CO3)22- (19)

Свинець

Pb2+ (92)

Pb2+ (92)

Pb2+ (92)

Pb2+ (67)

PbНCO3+ (14)

PbCO3 (14)

PbCO3 (75)

Pb2+ (14)

PbCO3 (94)

PbCO3 (86)

Pb (CO3)22- (11)

PbCO3 (50)

Pb (CO3)22- (38)

Алюміній

Al3+(85)

AlSO4(10)

Al3+(80)

AlSO4(8)

AlOH2+(8)

Al3+(40)

AlOH2+(30)

AlOH2+(30)

Al(OH)2+(60)

Al(OH)2+(10)

Al(OH)4-(10)

Al(OH)4-(90)

AlOH2+(5)

AlOH3 (5)

Al(OH)4-(100)

Al(OH)4-(100)

Al(OH)4-(100)

Стронцій

Sr2+ (100)

Sr2+ (100)

Sr2+ (100)

Sr2+ (100)

Sr2+ (100)

Sr2+ (100)

Sr2+ (95)

SrCO3 (3)

Sr2+ (90)

SrCO3 (10)

Кальцій

Ca2+ (98)

Ca2+ (98)

Ca2+ (98)

Ca2+ (98)

Ca2+ (97)

Ca2+ (97)

Ca2+ (93)

Ca2+ (73)

CaCO3 (25)

Кадмій

Cd2+(100)

Cd2+(100)

Cd2+(100)

Cd2+(100)

Cd2+(100)

Cd2+(90)

CdHCO3 (5)

Cd2+(90)

CdOH (10)

Cd2+(40)

CdOH (30)

Cd(OH)2 (10)

Літій

Li+ (100)

Li+ (100)

Li+ (100)

Li+ (100)

Li+ (100)

Li+ (100)

Li+ (100)

Li+ (100)

Примітка. Тип грунтів, рН: 3 - 6 - дерново-глейовий, дерново-підзолистий, 7 - 8 - чорнозем звичайний, чорнозем середньосуглинистий, дерново-карбонатний, 9 - чорнозем південний, лугово-каштановий, 10 - солонці. В дужках вказано відсоток від суми молярних концентрацій

Для вирішення пошукової задачі була розроблена наступна методика. Обирали рудний об'єкт з відомими характеристиками - розрізом осадової товщі (потужність шарів, коефіцієнт конвекції, коефіцієнт дифузії осадових порід), діаметром рудного тіла, концентрацією рудного компоненту в ньому, фоновою концентрацією цього компоненту в літосфері, фоновим та аномальним вмістом його у вторинному сольовому ореолі.

При проведенні моделювання змінювали діаметр рудного тіла (м) та вміст рудного елемента на його поверхні (мг/кг), за якими отримували розрахункові дані - максимальне значення елемента у сольовому ореолі (мг/кг), інтегральний вміст елемента по площі аномалії сольового ореолу (мг/кг- м2) та інтегральний вміст елемента по площі рудного тіла (мг/кг- м2).

Для кожного з об'єктів було проведено серію обчислювальних експериментів (чотири значення діаметру рудного тіла та чотири значення концентрації хімічного елемента на його поверхні для кожного діаметру), тобто по 16 обчислювальних експериментів.

Для рудного тіла інтегральний вміст елемента по його площі визначається за формулою:

Де CSР - інтегральний вміст елемента по поверхні рудного тіла (мг/кг- м2), DР - діаметр рудного тіла (м), CР - концентрація на поверхні рудного тіла (мг/кг), CФ - фонова концентрація (середній вміст елемента в породах різного типу, мг/кг).

В геохімічних дослідженнях приблизне значення інтегрального вмісту елемента у вторинному сольовому ореолі визначається як сума по результатах проведеного геохімічного опробування:

Де - інтегральний фактичний вміст елемента по площі аномалії сольового ореолу (мг/кг- м2), N - кількість точок геохімічного опробування, - концентрація в точці "I" (мг/кг), LП - відстань між профілями (м), LM - відстань між точками (м).

Математичне моделювання проведено на п'яти рудопроявах різного типу зруденіння, по кожній ділянці проведені геохімічні дослідження, встановлені індикаторні елементи зруденіння. Для моделювання вибрано ділянки рудопроявів різної геохімічної спеціалізації: Жданівська ділянка - мафіт-ультрамафітовий масив є комплексним рудопроявом, головні рудні елементи - платиноїди, золото, срібло, мідь, нікель, кобальт. На цій ділянці проведено моделювання утворення вторинного сольового ореолу Ni. Східнолиповеньківська ділянка - мафіт-ультрамафітовий масив, головні рудні елементи - нікель, кобальт, хром, золото, срібло, мідь, на ділянці проведено моделювання утворення вторинного сольового ореолу Ni. Полохівська ділянка - родовище літієвих пегматитів, головні рудні елементи - літій, лужні метали, олово, берилій, тантал, ніобій; на ділянці проведено моделювання утворення вторинного сольового ореолу Li. Пержанська ділянка - флюорит-рідкісноземельний тип зруденіння, рудні тіла супроводжуються контрастними вузькими ендогенними ореолами розсіювання Be, Pb, Mo, Li, Ag, Zn, TR, Sn, Nb, Zr та інших металів. На ділянці проведено моделювання утворення вторинного сольового ореолу за трьома елементами окремо - F, Zn, Cu. Селищанська ділянка - скарново-вольфрамове зруденіння, рудні тіла супроводжуються ореолами розсіювання Ni, Zn, Сu. На ділянці проведено моделювання утворення вторинного сольового ореолу Cu.

Особливості моделювання утворення вторинного сольового ореолу та система розрахунків показані тут на прикладі Жданівської ділянки. Геологічна будова Жданівського мафіт-ультрамафітового масиву є досить складною і диференційованою: центральна і західна частини представлені амфіболітизованими перидотитами з поодинокими малопотужними тілами дунітів і піроксенітів, а північно-східна - діафторованими піроксенітами і апопіроксенітовими горнблендитами. Піроксеніти мають таку саму рудну спеціалізацію, що й перидотити. Проте, тут вміст хрому дещо більший за вміст нікелю, але часто ці значення подібні, %: Сr - 0,1-0,5; Ni - 0,1-0,3; Со - 0,01-0,03; Cu - 0,003-0,3; вміст благородних металів становить, г/т: Аu - 0,005-0,3; Ag - 0,03-1,9; Рt - 0,003-0,27; Рd - 0,001 -1,15.

На ділянці були проведені геохімічні дослідження, визначено рухомі форм хімічних елементів (Fe, Cu, Co, Ni, Zn, Li, F), встановлено їх фоновий і аномальний вміст. Побудовані карти розподілу рухомих форм хімічних елементів та зроблено висновки: найбільший кореляційний зв'язок мають Co - Ni - Fe. Елементом-індикатором для виявлення ультрамафітового масиву може бути Ni.

Товща осадових порід перекриття складається з таких порід (згори донизу): пісок середньозернистий, глини з прошарками пісків, глини строкаті, ділянками запісочені. При моделюванні зроблено припущення, що глибина залягання рудного тіла становить 27,5 м, а вміст Ni на поверхні рудного тіла змінний, мг/кг: у першому випадку 1000,0; у другому - 5000,0; у третьому - 10000,0; у четвертому - 15000,0.

Змінюючи діаметр рудного тіла для кожного з випадків (1,0; 2,0; 5,0; 10,0 м), проводимо серію розрахунків, і в результаті одержуємо наступні параметри - максимальний вміст Ni у сольовому ореолі (мг/кг), інтегральний вміст Ni по площі рудного тіла (мг/кг- м2) та інтегральний вміст елементу по площі аномалії сольового ореолу (мг/кг- м2).

В результаті обробки даних за програмами "Surfer" і "Exel" по кожному з експериментів було побудовано графіки формування вторинного сольового ореолу нікелю при різному діаметрі рудного тіла і різній концентрації рудного елемента на його поверхні.

Розрахунки утворення вторинного сольового ореолу при діаметрах рудного тіла 2, 5 і 10 м показали, що у всіх випадках утворюються відкриті сольові ореоли.

Результати проведених експериментів дозволили встановити залежність інтегрального вмісту елемента по площі аномалії сольового ореолу (CSАM) від інтегрального вмісту елемента по площі рудного тіла (CSP). Залежність має лінійний характер (рис. 2).

Припускаючи, що кількість точок геохімічного опробування достатня для отримання точного наближення фактичного інтегрального вмісту Ni (CSАФ) до розрахункового інтегрального вмісту Ni (CSАM), використовуємо залежність:

Математичні розрахунки проведені для кожної з п'яти вищезгаданих ділянок.

За результатами геохімічного опробування грунтів та встановлення вмісту рухомих форм елементу у сольовому ореолі за допомогою математичних розрахунків можливо визначити наявність рудного тіла на глибині та концентрацію рудного елементу по його поверхні.

Моделювання можливої глибини утворення вторинних сольових ореолів над рудопроявами було проведено на прикладі свинцево-цинкового рудопрояву діаметром 4 м з непромисловим вмістом цинку 1 %. Зроблено припущення, що рудопрояв перекриває товща глин чи пісків різною потужності, м: 100, 50, 20, 5. Встановлено, що при потужності пісків 100 м над рудним тілом навіть з таким незначним вмістом цинку вже фіксуються аномалії у вторинному сольовому ореолі, а для глин гранична потужність, при якій фіксуються аномалії, не перевищує 35-40 м. У дійсності осадові породи над низкою поліметалічних родовищ УЩ представлені глинами зі значною кількістю прошарків піску; тому можна припустити, що вторинні сольові ореоли можуть утворюватись за значно більшої глибини залягання рудного тіла - 100 і більше метрів.

Було проведено розрахунки визначення морфологічних особливостей вторинних сольових ореолів при надходженні елемента-індикатора з рудного тіла та при точковому техногенному забрудненні, в результаті чого встановлено різний морфологічний тип ореолів - у першому випадку напрям розповсюдження ореолів - до денної поверхні (максимальна концентрація рудного елемента утворюється біля рудного тіла), у другому - на глибину (максимальний вміст елементів-забруднювачів на поверхні, а на глибині вміст зменшується).

Лабораторні експериментальні дослідження підтвердили розрахунки математичного моделювання щодо морфології сольових ореолів природного та техногенного походження.

Похожие статьи




МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ УТВОРЕННЯ ВТОРИННИХ СОЛЬОВИХ ОРЕОЛІВ РОЗСІЮВАННЯ. - Геохімічні пошуки металічних корисних копалин за вторинними сольовими ореолами на території Українського Щита

Предыдущая | Следующая