Загальна характеристика роботи - Геохімічні пошуки металічних корисних копалин за вторинними сольовими ореолами на території Українського Щита

Геохімічні методи пошуків корисних копалин були широко застосовані на території України в 50-70 роках ХХ ст. На той час висока ефективність використання літогеохімічних пошуків за первинними та вторинними механічними ореолами розсіювання була обумовлена відкриттям більшості родовищ, розташованих поблизу земної поверхні. Але за умов сучасного високого антропогенного навантаження та переходу до пошуків корисних копалин глибинного залягання, використання наявних геохімічних методів стає малоефективним, а пошуки корисних копалин потребують значного збільшення об'ємів бурових робіт та зростання витрат.

Розвиток мінерально-сировинної бази України сьогодні потребує удосконалення існуючих геохімічних методів пошуків та розробки нових теоретичних основ як фундаменту для розвитку та створення системи новаторських, більш економічних та ефективних методів пошуків корисних копалин.

Актуальність теми. Територія України характеризується високим антропогенним навантаженням, яке спричиняє формування фонових полів підвищеного вмісту хімічних елементів та аномалій, що не пов'язані з рудними об'єктами. Це перешкоджає ефективному застосуванню традиційних геохімічних методів пошуків.

Моделювання утворення вторинних сольових ореолів розсіяння хімічних елементів і виявлення їх зв'язку з рудними тілами глибокого залягання та визначення їх прогнозної кількісної оцінки - одна з актуальних проблем пошукової геохімії, вирішення якої дозволить більш ефективно та з найменшими витратами проводити пошукові та геолого-розвідувальні роботи на території Українського щита (УЩ).

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відділі пошукової та екологічної геохімії Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення (ІГМР) ім. М. П. Семененка НАН України. Обраний напрямок досліджень узгоджений з проектами багаторічних програм НАН України, МОН України та Міністерства охорони навколишнього природного середовища України за 2002-2008 рр.: "Розробка тимчасових методичних положень з еколого-геохімічного картування території України" (ДР № 0197U006729), "Розробка нових геохімічних методів пошуку корисних копалин (вдосконалення результатів впровадження геохімічного методу пошуків за рухомими формами хімічних елементів)" (ДР № 0197U006729), "Теоретичні основи геохімічних методів пошуків родовищ рідкісних металів в докембрії УЩ" (ДР № 0102U002371), "Вивчення природного й техногенного аномального та фонового вмісту рухомих форм токсичних елементів у різних еколого-геохімічних ландшафтах України" (ДР № 0199U19213), "Геохімічні технології виявлення рудно-флюоритових формацій на території УЩ та його обрамлення" (ДР № 0207U00293), "Геохімічні основи розбраковки техногенних і природних аномалій" (ДР № 0199U19213), "Розробка раціонального комплексу методів пошуку скарново-вольфрамового зруденіння на Українському кристалічному щиті" (ДР № 0103U005517), "Оцінка радонового ризику при міському плануванні (моніторинг і стратегія)" (ДР № 0106U005129), "Розробка геохімічних критеріїв впливу зон тектонічних порушень на екологічну обстановку в Білорусі і Україні" (ДР № 0107U007441).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - розробити наукові основи визначення зв'язку вторинних сольових ореолів розсіяння хімічних елементів з рудними об'єктами на території УЩ, що дозволить найбільш ефективно та з найменшими витратами проводити локальне прогнозування та пошуки корисних копалин на території УЩ.

Досягненню цієї мети сприяло вирішення таких задач: 1) аналіз фізико-хімічних особливостей різних типів грунтів на території УЩ з метою встановлення основних закономірностей міграції різних форм хімічних елементів у поверхневих відкладах; 2) виявлення можливостей застосування геохімічних методів пошуків корисних копалин за сольовими ореолами розсіювання; 3) створення математичної моделі утворення сольових ореолів розсіяння з метою встановлення кількісного зв'язку сольового ореолу з рудопроявом; 4) встановлення можливості утворення вторинних сольових ореолів над рудопроявами на території УЩ.

Об'єкт дослідження - вторинні сольові ореоли над рудопроявами та їх прогнозна оцінка.

Предмет дослідження - вміст рухомих форм елементів-індикаторів у вторинних сольових ореолах.

Методи дослідження. Комплекс аналітичних методів: хімічний, спектральний, атомної абсорбції, іон-селективний та інші. Математичне моделювання геохімічних процесів: аналітичне і чисельне. Для задач моделювання запропонований комплексний ітераційний чисельно-аналітичний метод. Для визначення основних форм міграції хімічних елементів використано термодинамічні розрахунки.

Наукова новизна одержаних результатів. 1) За результатами термодинамічного аналізу та математичного моделювання вперше встановлено основні форми міграції хімічних елементів у різних типах грунтів над рудопроявами території УЩ і встановлено, що катіонні і аніонні форми є найбільш ефективними елементами-індикаторами геохімічних пошуків. 2) Вперше розроблена та реалізована стаціонарна трьохвимірна вісьсиметрична модель масопереносу в неоднорідному середовищі. 3) Вперше розроблено теоретичні основи визначення кількісного зв'язку інтегрального вмісту хімічного елементу на ділянці розвитку вторинного сольового ореолу з його інтегральним вмістом по площі рудопрояву. 4) На основі математичного моделювання встановлена ймовірна глибина надходження елемента-індикатора рудопрояву у вторинний сольовий ореол за умови перекриття осадовими породами різних типів. 5) Вперше встановлена горизонтальна геохімічна зональність розподілу вмісту рухомих форм хімічних елементів у грунтах. 6) На основі комплексної оцінки речовинного складу і фізико-хімічних властивостей осадових відкладів вперше проведено районування території УЩ за можливістю застосування геохімічних методів пошуків корисних копалин за сольовими ореолами розсіювання.

Практичне значення одержаних результатів. Визначення індикаторних форм хімічних елементів у сольовому ореолі можливо проводити експресними методами (іон-селективними) безпосередньо в польових умовах. Результати математичного моделювання кількісного зв'язку інтегрального вмісту хімічного елементу на ділянці розвитку вторинного сольового ореолу з його інтегральним вмістом по площі рудопрояву використовується для локального геохімічного прогнозування та пошуків корисних копалин. Розроблена схема районування для пошуків корисних копалин за вторинними сольовими ореолами дозволить визначати вірогідний тип вторинного ореолу на території пошуків.

Особистий внесок здобувача. Робота виконана автором самостійно. Ним особисто проведені геолого-геохімічні дослідження на опорних полігонах; безпосередньо автором проведена як обчислювальна, так і графічна обробка результатів аналітичних досліджень (3500 аналізів вмісту рухомих форм і 5100 аналізів валового вмісту хімічних елементів); з використанням методів термодинамічного і математичного аналізу (420 розрахунків) визначено основні форми міграції хімічних елементів у різних типах грунтів. Автором на основі одержаних результатів геолого-геохімічних досліджень проведено районування території УЩ за можливістю використання геохімічних методів пошуків за вторинними сольовими ореолами. Автором розроблено теоретичні основи визначення зв'язку вторинних сольових ореолів розсіяння хімічних елементів з рудними об'єктами (на прикладі 15 полігонів).

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації було обговорено під час роботи наукових і науково-практичних міжнародних і державних конференцій та нарад, у тому числі на ІІ Міжнародній конференції "Екологічний захист проти забруднення", Угорщина, 2002; Другій Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів", Дніпропетровськ, 2003; Міжнародній науково-практичній конференції "Агрономічні руди України", Київ, 2004; науково-практичній конференції "Розробка систем програмного забезпечення: виклики часу та роль у інформаційному суспільстві", Київ, 2005; "Проблемы комплексного освоения георесурсов", Хабаровск 2007.

Публікації. Головні висновки, викладені в дисертаційній роботі, опубліковані в 32 друкованих наукових виданнях: у одній монографії, 28 статтях, 4 матеріалах і тезах конференцій та восьми науково-дослідних звітах.

Об'єм та структура роботи. Дисертація загальним обсягом 345 сторінок, складається зі вступу, 6 розділів, висновків і списку використаних джерел з 233 найменувань, містить 158 рисунків та 29 таблиць.

Автор глибоко вдячний за консультації та допомогу своєму учителю - члену-кореспонденту НАН України, доктору геолого-мінералогічних наук, професору Е. Я. Жовинському; а також члену-кореспонденту НАН України, доктору геолого-мінералогічних наук, професору Р. Я. Бєлєвцеву; члену-кореспонденту НАН України, доктору геолого-мінералогічних наук, професору Ю. М. Сеньковському; члену-кореспонденту НАН України, доктору фізико-математичних наук Є. А. Булаху; доктору геолого-мінералогічних наук, професору Л. С. Галецькому; доктору геолого-мінералогічних, професору Г. В. Артеменко, доктору геологічних наук В. В. Доліну, доктору геологічних наук І. В. Кураєвій, доктору хімічних наук А. І. Самчуку; кандидату геологічних наук В. О. Сьомці; кандидату технічних наук Н. П. Іваненко.

Автор дякує усім своїм колегам по відділу - Островській Г. П., Жук О. А., Жук Г. Т., Коломійцю В. І., без допомоги яких неможливо було б виконати величезний обсяг аналітичних вимірів.

Зміст роботи

СТАН ПРОБЛЕМИ.

Розвиток мінерально-сировинної бази України за умов переходу до пошуків корисних копалин глибокого залягання та родовищ, що перекриті потужними товщами осадових порід, потребує значного збільшення обсягу бурових робіт та матеріальних витрат. Економічна ситуація, що склалася в Україні, ставить певні вимоги до геологічної науки і потребує розробки більш економічних та ефективних методів пошуків корисних копалин. У цьому аспекті особливої актуальності набуває розвиток нового етапу "майже забутих" геохімічних методів пошуків. Їх використання ускладнюється тим, що територія України характеризується високим рівнем антропогенного навантаження, яке спричиняє формування значних за площею фонових полів підвищеного вмісту хімічних елементів. Це істотно ускладнює застосування традиційних геохімічних методів пошуків, які базуються на визначенні закономірностей розподілу хімічних елементів у компонентах ландшафту та їх ореолів. Особливе значення серед останніх мають вторинні сольові ореоли розсіяння, які є, головним чином, реакцією ландшафту на слабкі сигнали, що поступають від рудних об'єктів глибокого залягання.

Наукові основи геохімічних методів пошуків були закладені роботами видатних вчених - В. І. Вернадського, В. М. Гольдшмидта, О. Є. Фєрсмана, О. П. Віноградова про міграцію, розсіяння і концентрацію хімічних елементів у геосферах Землі. Перші принципи геохімічних методів та поняття "ореол розсіяння" були сформульовані Н. І. Сафроновим (1936 р.). Наріжним каменем нового наукового напрямку стала монографія О. Є. Ферсмана "Геохимические и минералогические методы поисков полезных ископаемых" (1940). З цього часу починається розвиток металометричного (літохімічного) методу, орієнтованого на виявлення підвищеного вмісту хімічних елементів, які створюють пов'язані з родовищами ореоли розсіяння у пухкому покриві і грунтах. У створенні і розвитку пошукової геохімії значну роль відігравали роботи: В. Л. Барсукова, А. А. Бєуса, А. А. Бродського, О. П. Віноградова, І. І. Гінзбурга, С. В. Грігоряна, О. Н. Єрємєєва, Є. М. Квятковського, О. Л. Ковалевського, В. І. Краснікова, К. М. Лукашева, В. К. Лукашева, Л. М. Овчинікова, О. І. Перельмана, В. В. Полікарпочкіна, О. О. Саукова, Н. І. Сафронова, А. А. Смислова, О. П. Соловова, Л. В. Таусона, В. В. Щербіни, А. І. Фрідмана, В. З. Фурсова та інших дослідників.

При аналізі можливості застосування геохімічних методів значна увага приділяється ландшафтно-геохімічним дослідженням. У 1957 р. О. І. Перельман і Ю. В. Шарков здійснили схематичне ландшафтно-геохімічне районування території СРСР. Безпосередній засновник ландшафтно-геохімічних досліджень в Україні - Є. С. Бурксер (1955-1960) виконав перші дослідження з біогенної та водної міграції рідкісних металів, пов'язаних із кристалічними породами УЩ. У 1963 р. Б. Ф. Міцкевич здійснив дрібномасштабне ландшафтно-геохімічне районування України, зокрема території УЩ. У 1964-1965 рр. М. М. Комський, О. К. Кирилик, Б. Ф. Міцкевич та Б. О. Батієвський провели крупномасштабні ландшафтно-геохімічні дослідження в північно-західній частині УЩ і склали детальні карти геохімічних ландшафтів та умов застосування геохімічних методів пошуків, що відбивають особливості міграції хімічних елементів. У 1969 р. закінчено ландшафтно-геохімічне районування західної частини УЩ, що було виконано Л. С. Галецьким, О. М. Лепіліним, Л. В. Бочай та іншими.

У 1962 р. А. А. Бродський, Р. А. Голєва, З. Р. Крайнов, О. О. Сауков, П. А. Удодов розробили основи гідрогеохімічних методів пошуків і показали можливість виявлення рудних тіл глибокого залягання. У цей же час, О. П. Віноградовим, Д. П. Малюгой, З. М. Ткалічем, О. Л. Ковалевським та іншими (1969) була розроблена теорія біогеохімічних методів пошуків. У 1970-х роках починається розвиток атмогеохімічних методів та методу пошуків за потоками розсіяння (В. А. Соколов, 1973).

У 1980-2000 рр. першочерговим завданням геохімічних пошуків стає вивчення реакції ландшафту і його компонентів на слабкі сигнали, що надходять завдяки дальній міграції від рудних об'єктів глибокого залягання, і розробка на цій підставі основ типізації закритих територій з метою обгрунтування ефективного впровадження нетрадиційних геохімічних методів підвищеної глибинності.

Для пошуків корисних копалин дуже важливим показником є параметри літохімічних ореолів розсіяння, які були детально класифіковані (Н. І. Сафронов, О. П. Соловов, В. І. Красников, Ю. В. Шарков, Є. М. Квятковський та ін.). Застосування класифікації ореолів дозволило оптимізувати пошуки корисних копалин.

Кожен із запропонованих методів полягав, зрештою, у визначенні вмісту хімічних елементів в об'єктах геологічного середовища. Напрямки їх розвитку були узагальнені і детально охарактеризовані Ю. Є. Саєтом з виділенням окремих методів: грунтово-гідрогеохімічного (Н. І. Долуханова); частково-фазового (А. Д. Міллер, Г. О. Вострокнутова); сорбційно-сольового (С. П. Абдул); фазового аналізу (Л. В. Антропова, Н. О. Разенкова). Але, як пише Ю. Є. Саєт "методи передбачають вельми трудомісткі хімічні визначення окремих елементів, що відрізняються незначною продуктивністю й погано пристосовані до польових умов" (переклад автора).

Ефективність геохімічних методів пошуків за вторинними сольовими ореолами окремих елементів було показано на прикладі багатьох родовищах корисних копалин - йоду та брому (О. Д. Мілер, 1963), ртуті (В. З. Фурсов, 1978), фтору (Е. Я. Жовинський, 1979) та ін.

Ускладнення пошукових задач призводить до збільшення числа ознак навколорудного середовища та необхідності врахування просторових закономірностей їх розподілу. Перше рішення цих задач за допомогою методів математичного моделювання було викладено у працях В. С. Голубєва.

Математичні моделі процесів гіпергенного розсіяння запропоновані О. П. Солововим, Р. І. Дубовим, В. В. Полікарпочкіним. Головний недолік вищезгаданих досліджень при математичному моделюванні геохімічних полів полягає у розгляді одновимірної задачі в однорідному середовищі.

Ореоли рудних тіл мають смугасту структуру, яка зумовлена наявністю численних зон підвищених концентрацій, що пов'язані із зонами підвищеної проникності порід і контактами порід різного складу, тобто неоднорідністю поля міграції. Крім того, одновимірність задачі не дає можливості визначити кількісно розміри ореолів і це обмежує практичне застосування отриманих рішень.

Таким чином, існувала нагальна потреба у постановці та чисельній реалізації більш точної математичної моделі фізико-хімічних процесів в неоднорідному середовищі у трьохвимірному вигляді, результати якої мали б не лише теоретичний, а й практичний інтерес.

Прогнозні пошукові задачі на основі математичного моделювання ореольного середовища для визначення перспективності конкретного геологічного об'єкту в дисертації вирішені вперше. Було використано не статистичну модель, яка кількісно відображає найбільш часто поширені випадки, а детерміновані моделі, які відображають функціональні зв'язки між елементами геохімічної системи на основі фундаментальних законів, що описують поведінку речовини та енергії. Тут застосовані польові і лабораторні дослідження, аналітичні, чисельні та чисельно-аналітичні методи розрахунку.

Усі розробки, наведені в дисертації, мають наукову направленість і реальне практичне застосування. Прогнозні розрахунки кількісного зв'язку вторинного сольового ореолу і рудного тіла не мають аналогів у вітчизняній та закордонній науковій літературі. В дисертаційній роботі математичні моделі локальних об'єктів розглядаються як базові для вирішення пошукових задач.

Похожие статьи




Загальна характеристика роботи - Геохімічні пошуки металічних корисних копалин за вторинними сольовими ореолами на території Українського Щита

Предыдущая | Следующая