Структурная геология

Основные формы залегания тел полезных ископаемых

Условия залегания. Все известные месторождения полезных ископаемых являются результатом проявления различных процессов, происходивших в земной коре. Принято различать две группы таких процессов: 1) процессы экзогенные, происходящие на поверхности Земли под влиянием внешних сил (главным образом воды, воздуха и солнца), при которых образуются месторождения выветривания и осадочные; 2) процессы эндогенные, определяемые внутренними глубинными силами Земли, при которых возникают магматогенные месторождения полезных ископаемых, связанные с деятельностью магм, и метаморфогенные, связанные с процессами глубинного метаморфизма.

Экзогенные и эндогенные процессы могут приводить к образованию двух групп месторождений: сингенетических, возникающих одновременно с вмещающими их породами, типичным примером которых являются осадочные месторождения и некоторые магматические, и эпигенетических, возникающих после образования вмещающих пород, к которым относится подавляющее большинство магматогенных месторождений и очень многие из месторождений выветривания (различные россыпи, бокситы и др.).

Условия залегания и локализация месторождений полезных ископаемых определяются четырьмя группами геологических факторов:

• тектоническими,
• литологическими,
• магматическими,
• стратиграфическими.

Однако формы рудных тел и условия их залегания определяются главным образом тектонической структурой месторождения и литологическим составом вмещающих его пород, в особенности для месторождений эпигенетических, к которым относится главная масса эндогенных месторождений.

Поэтому всегда необходимо детальное изучение тектонических структур, предопределивших формы и условия локализации оруденения месторождений полезных ископаемых.

Выявление формы тел полезных ископаемых, установление их мощности, размеров по простиранию и падению, определение их элементов залегания составляют первоочередную задачу геолога. При изучении формы тел полезных ископаемых приходится сталкиваться с вопросом о границах или контактах этих тел с вмещающими их породами. Контакты могут быть:

1. а) резкие, когда рудное тело четко отделяется от вмещающей породы, независимо от того сложено оно массивными (сплошными) или вкрапленными рудами;
2. б) нерезкие, постепенные, когда рудное тело через вкрапленность переходит сперва в оруденелые, а затем в слабоминерализованные пустые породы;
3. в) невидимые, когда оруденение представлено мелкой вкрапленностью, невидимой невооруженным глазом.

Главнейшие формы. Тела полезных ископаемых, как и любые другие геологические тела, характеризуются тремя измерениями в пространстве; в зависимости от соотношения величин этих трех измерений различают четыре типа тел полезных ископаемых (рудных тел):

• изометрические – одинаково развитые во всех трех направлениях;
• трубообразные (столбообразные) – вытянутые в одном направлении;
• плитообразные (пластообразные) – вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего коротким;
• сложные – формы которых не укладываются ни в один из первых трех типов, иногда представляя собой их комбинацию.

Изометрические тела (рис. 1). Характерными представителями их являются штоки и гнезда . Друг от друга эти формы отличаются лишь размерами: гнездо в поперечнике измеряется единицами метров, шток – минимум десятками метров.

Рис. 1. Изометрические рудные тела:
а – шток (план); б – почка (план); в – карман (мешок) в разрезе; г – залежь, линза и чечевица (план)

Штоки и гнезда наиболее свойственны сингенетическим месторождениям, в особенности осадочным. Однако они характерны также для сингенетических магматогенных месторождений. Наблюдаются штоки и в складчатых структурах эпигенетических эндогенных месторождений. Карманы (мешки) и почки образуются в тех случаях, когда штокообразное тело возникает, например, в известняках путем замещения известняков другим минеральным веществом; карманы по размерам приближаются к штоку, почки аналогичны гнездам. Эти формы рудных тел характерны для контактовых структур.

Линзы, чечевицы и залежи возникают в том случае, если шток или гнездо сплющены в одном направлении, представляя собой переходные формы к плитообразным (пластообразным). Залежи имеют менее правильную форму по сравнению с линзами и более крупные размеры.

Термин «залежь» нередко употребляется, кроме того, в общем смысле: «штокообразная залежь», «линзообразная залежь».

Все эти формы характерны для многих сингенетических месторождений, в особенности для сингенетических месторождений осадочного и магматогенного происхождения, а также и для многих эпигенетических месторождений, являясь часто встречающимися формами рудных тел в магматогенных, складчатых и контактовых структурах.

Штокверки также относятся к изометрическим телам. Штокверк состоит из сети пересекающихся между собой мелких рудных жилок и прожилков, сопровождаемых вкрапленностью рудных минералов; общая форма распространения такого прожилково-вкрапленного оруденения по своим очертаниям является изометричной и напоминает шток. Штокверки характерны для трещинных и комбинированных структур многих месторождений золота, олова, молибдена, меди и др.

Трубообразные (столбообразные) тела встречаются сравнительно редко. Классическими представителями трубообразных тел являются месторождения алмазов Кимберли в Южной Африке и якутские в РФ. Трубы в Южной Африке имеют эллиптическое или округлое сечение с размерами, измеряемыми сотнями метров, а на глубину они протягиваются на несколько километров.

К трубообразным телам относятся также седловидные жилы , по форме и условиям залегания напоминающие факолиты. В этих телах минеральные массы выполняют пустоты, образовавшиеся в сводах антиклиналей при складкообразовании, предшествовавшем оруденению: классическим представителем седловидных жил является золоторудное месторождение Бендиго в Австралии (см. рис.), отдельные тела которого прослежены на 22 км. Подобные рудные тела характерны для некоторых месторождений флюорита, сурьмы и ртути в Средней Азии, золоторудных месторождений Сибири, полиметаллических месторождений Горного Алтая и Центрального Казахстана, характеризующихся складчатыми структурами.

Трубообразные рудные тела, как это легко видеть, всегда эпигенетические, возникают позже вмещающих пород.

Плитообразные (пластообразные) тела являются самым распространенным видом тел полезных ископаемых и делятся на жилы и пласты.

Жилой (рис. 2) принято называть минеральную массу, выполнившую трещину в каких-либо горных породах. Следовательно, жилы представляют явно эпигенетические образования. Если жила имеет наклонное залегание, то породы, которые залегают над жилой, называют висячим боком, а породы, залегающие под жилой, – лежачим боком жилы. Поверхность, по которой жильное минеральное вещество соприкасается с боковой породой, носит название зальбанда. Жилы имеют простирание и падение, которые иногда выдерживаются на всем протяжении, но могут и меняться.

Рис. 2. Жильные рудные тела:
а – схематический разрез рудной жилы; б – седловидные кварцево-золотые жилы; в – рубцовая жила; г – камерная жила; д – лестничная жила

Размеры жил самые разнообразные. В большинстве случаев длина их измеряется десятками или первыми сотнями метров, а мощность – первыми единицами или десятыми долями метра. Но есть жилы, которые имеют длину, измеряемую по простиранию километрами, и мощность в десятки метров. Если мощность жилы по какому-либо направлению уменьшается, говорят о пережиме жилы, если она сходит до нуля – о выклинивании ее, а если мощность увеличивается – о расширении, или раздуве жилы.

Жила, в которой раздувы следуют один за другим, носит название рубцовой . Если раздувы находятся друг от друга очень близко, то жилу называют чётковидной . Иногда (часто в известняках) жилы имеют большие раздувы штокообразной формы, тогда их называют камерными .

По падению жилы иногда выклиниваются довольно быстро, но могут протягиваться на значительную глубину, превышающую километр. Иногда выклинивание жилы бывает сложным: она, выклиниваясь, разветвляется на несколько отростков.

Часто встречаются лестничные (см. рис. д ), или ступенчатые жилы, которые состоят из целой серии коротких рудных жилок, располагающихся перпепдикулярно к зальбандам (стенкам) вмещающей их дайки изверженной породы или пласта породы.

Широко распространенной формой плитообразных рудных тел являются прожилковые и жильные зоны (так же как для изометрических тел штокверки). В отличие от простых плитообразных жил они характеризуются значительно большей мощностью при более бедном оруденении в связи с включением в рудный контур вмещающих пород.

Жилообразные рудные тела характерны преимущественно для трещинных структур эпигенетических эндогенных месторождений; встречаются они в виде эпигенетических рудных тел и в магматогенных и складчатых структурах месторождений полезных ископаемых.

Рудные тела любой формы, но главным образом жильные редко бывают одинаково богаты рудой на всем своем протяжении. Обычно в них первичные рудные минералы имеют тенденцию концентрироваться на некоторых участках, называемых рудными столбами , в отличие от убогих частей рудных тел. Рудные столбы значительно изменяются по форме и величине. Если они имеют небольшие размеры, их называют кустами, гнездами, карманами . Размеры рудных столбов обычно измеряются десятками и первыми сотнями метров по простиранию и падению. В очень редких случаях они достигают первых километров.

Наличие рудных столбов имеет громадное практическое значение и требует тщательного их изучения, обычно при помощи химических анализов.

Пластом называют плитообразное тело осадочного происхождения, отделенное от других пород иного состава поверхностями напластования. В противоположность жилам пласты представляют сингенетические образования, причем в ненарушенных геологических разрезах подстилающие пласты являются более древними, а покрывающие — более молодыми по возрасту, чем пласт, заключающий полезное ископаемое и располагающийся между ними. По протяжению в длину пласты нередко прослеживаются на километры и десятки километров. Мощность их может измеряться от частей метра до сотен метров. Пласты, как и жилы, могут испытывать утонения, пережимы, раздувы и выклинивания. Чрезвычайно широко распространены осадочные пластовые месторождения неметаллических и отчасти металлических полезных ископаемых (различные россыпи, осадки солей, железных руд, торфа и пр.; образованные в прибрежных и глубинных условиях водных бассейнов месторождения железа, марганца, глин, песков, углей и т. д.; сюда же следует отнести месторождения нефти, газа и других битумов).

Пластообразные залежи отличаются от пластов меньшей выдержанностью мощности, прерывистостью, меньшими размерами в длину и ширину. Они характерны для магматогенных структур (для сингенетических собственно магматических месторождений), для складчатых и контактовых структур эпигенетических месторождений.

Плащеобразные залежи сходны с пластообразными и характерны для месторождений выветривания железа, каолина и т. п.

Рудные тела сложной формы и неправильные рудные тела возникают в большинстве случаев в комбинированных структурах, образуя, например, ветвящиеся формы, или состоят из совокупности более мелких по размерам скоплений минерального вещества. В этих случаях с практической точки зрения лучше говорить об общих формах месторождения. Примером может служить рудное тело сложной формы, носящее название «конского хвоста», когда от нескольких крупных трещин, выполненных рудным веществом, отходят многочисленные мелкие трещины, тоже рудоносные.

Рудные жилы иногда могут располагаться самым различным образом на фоне интрузивных массивов и вмещающих пород в сложных взаимоотношениях с серией разновозрастных даек интрузивных пород.

Относительный возраст рудных жил и даек устанавливается по их взаимному пересечению.

Рассмотренные выше примеры позволяют получить общее представление о главнейших видах форм тел полезных ископаемых, которые отличаются исключительным разнообразием и обстоятельно рассматриваются в курсах «Месторождения полезных ископаемых» и «Структуры рудных полей».

Элементы залегания. Для ориентировки пространственного положения тел полезных ископаемых введены понятия об их элементах залегания. Помимо понятий о простирании и падении тела полезного ископаемого, ничем не отличающихся от понятий о простирании и падении пласта, здесь используются понятия о склонении и скатывании (нырянии). Существо всех этих понятий применительно к линзовидному телу полезного ископаемого хорошо видно из рисунка.

Угол склонения заключается между линией простирания аг и осью линзы рудного тела аб (линия склонения, ныряния или скатывания). Угол склонения ( баг ) может колебаться от 0 до 90°. Склонение отсутствует, когда ось рудного тела аб совпадает с линией простирания аг. При 90° линия склонения аб совпадает с линией падения ае ( ав – направление падения) и теряет свое значение. Угол бад между осью рудного тела аб и ее проекцией на горизонтальную плоскость ад называется углом скатывания, или углом ныряния, этот угол аналогичен известному нам углу наклона в любом направлении, кроме перпендикулярного к простиранию (т. е. угла падения).

Для рудных тел, залегающих вертикально, линии склонения и скатывания (ныряния) совпадают. Для сложных ветвящихся форм трудных тел могут быть определены несколько линий склонения, соответствующих осям удлинения каждой из погружающихся ветвей. Изучение склонения тел полезных ископаемых имеет важное значение, так как способствует точному определению их пространственного расположения и правильному направлению разведочных работ на глубину.