Table of Contents
Поверхностная экспрессия минеральных систем
Минеральные залежи не распределены случайным образом по поверхности Земли. Они сосредоточены в конкретных геологических процессах, которые оставляют различные физические сигнатуры. Эти поверхностные выражения - от тонких изменений цвета почвы до драматических форм рельефа - являются основными инструментами, которые геологи используют для идентификации перспективных областей для исследования. Понимание этих особенностей требует знания о том, как образуются различные типы месторождений и как они взаимодействуют с окружающей средой вблизи поверхности посредством выветривания и эрозии.
Физические особенности, связанные с месторождениями полезных ископаемых, можно разделить на три широкие группы: рельефы и структурные установки, изменение ореолов и геохимические аномалии и конкретные минеральные явления, которые видны на поверхности. Каждая категория предоставляет различную информацию о типе, размере и степени основной минерализации.
Форма и структурные установки
Вулканические дуги и кальдеры
Вулканические дуги, связанные с субдукцией, являются одними из наиболее продуктивных условий для месторождений полезных ископаемых на Земле. В Андах Южной Америки, в юго-западной части Тихого океана и в Кордильерах Северной Америки находится огромное количество меди, золота, серебра и молибдена. Физические особенности, характеризующие эти условия, включают стратовулканы, коллапсированные кальдеры и обширные гидротермальные изменения, которые можно увидеть на спутниковых снимках.
Комплексы кальдеры, в частности, связаны с некоторыми из крупнейших известных месторождений полезных ископаемых. Коллапс вулканической кальдеры создает систему кольцевых переломов, которая служит каналом для минерализации жидкостей. Физическое выражение минерализованной кальдеры часто включает круговую топографическую депрессию, концентрические разломы и зоны интенсивного изменения, которые выпадают погодой иначе, чем окружающие породы. Геологическое общество Америки опубликовало обширные исследования, связывающие морфологию кальдеры с порфировыми медными и эпитермальными месторождениями золота.
Зоны разломов и трубы Бреччиа
Зоны разломов являются фундаментальными элементами управления расположением многих месторождений полезных ископаемых. Они обеспечивают проницаемые пути для гидротермальных жидкостей и создают пространство для осадков минералов. Физические особенности минерализованной зоны разломов включают слизеные линии, выгребные и скрещённые фрагменты горных пород, зацементированные рудными минералами. В засушливых средах зоны разломов часто выделяются как линейные хребты из-за силикизации горных пород вдоль плоскости разлома.
Трубы Бреччиа представляют собой особый тип с контролируемым разломом признаком, который образуется, когда жидкости под высоким давлением разрушают породу, а затем немедленно откладывают минералы в открытых пространствах. Эти трубы часто появляются в виде круговых или эллиптических вертикальных зон на поверхности, причем окружающая порода практически не изменяется. Геологическая служба США поддерживает подробные базы данных о месторождениях труб брекчии, особенно в регионе плато Колорадо, где они содержат значительную минерализацию урана.
Складки и стратиграфические ловушки
Минеральные отложения, содержащие осадок, в том числе содержащие свинец, цинк, медь и уран, часто контролируются складчатыми структурами. Антиклинные складки создают ловушки, где минерализующие жидкости могут накапливаться и осаждаться. Физическая экспрессия этих отложений включает удлиненные хребты и долины, отражающие основную геометрию складки. Во многих случаях гребень антиклина эродируется, обнажая минерализованный горизонт как устойчивое ложе, образующее топографическую высоту.
Особенно хорошо документирована связь складчатости и минерализации в свинцово-цинковых месторождениях Миссисипи в центральной части США и Купферсхеферских месторождениях Центральной Европы. Эти месторождения характеризуются упругими рудными телами, которые следуют контурам древней топографии морского дна, создавая отличительные линейные узоры, которые можно нанести на карту на поверхности.
Зоны изменения и их физическое выражение
Гидротермальное изменение изменяет минералогию, химию и физические свойства пород-хозяев. Эти изменения часто производят характерные цвета, текстуры и модели выветривания, которые видны на поверхности. Геологи используют эти зоны изменения для вектора в направлении центра минеральной системы, где обычно находится руда самого высокого качества.
Цвет меняется как руководство по исследованию
Наиболее непосредственно очевидная физическая особенность изменения — изменение цвета. Различные альтернативные минеральные ассамбляжи производят различные цвета, которые можно увидеть в обнажениях, почве и даже узорах растительности. Продвинутое аргиллическое изменение, связанное с высокосульфидирующими эпитермальными отложениями, производит ярко-желтые, оранжевые и красные цвета из-за присутствия алунита, ярозита и гематита. Пропилитическое изменение, которое является более дистальным, обычно производит зеленые цвета из хлорита и эпидота.
Окрашивание железом является одним из наиболее распространенных и видимых показателей отложений полезных ископаемых. Госсаны — выветренные, богатые железом колпачки сульфидных отложений — варьируются по цвету от глубокого красного до желтого и коричневого, в зависимости от присутствующих минералов оксида железа. Текстура сульфидных минералов также может быть диагностической: клеточные или коробочные текстуры указывают на прежнее присутствие сульфидных минералов, которые теперь окислены и выщелачены.
Рок-текстуры и твердость
Гидротермальное изменение часто изменяет физические свойства породы. Силицификация — введение кремнезема — делает породы более твердыми и более устойчивыми к эрозии, часто образуя хребты и скалы. И наоборот, ангильное изменение, которое производит глинистые минералы, ослабляет породы и делает их более восприимчивыми к эрозии, создавая углубления и долины. Контраст между устойчивыми к силикизации зонами и легко эродированными богатыми глиной зонами может производить поразительные топографические узоры, которые видны с аэрофотосъемки.
В порфировых медных отложениях зонирование изменений концентрично и предсказуемо. Ядро системы обычно богато кварцем и стабильно с полевым полем, сортируя наружу через филлические (серицит-хлорит), аргиллические и пропилитовые зоны. Каждая зона имеет четкое физическое выражение, которое может быть отображено в поле. Общество по добыче, металлургии и исследованию [FLT: 1] предлагает всеобъемлющие полевые руководства для распознавания этих моделей изменения.
Профили выветривания и пропущенные капсулы
Физические особенности минерального отложения на поверхности сильно зависят от климата и глубины выветривания.В тропических и субтропических регионах развиваются глубинные профили выветривания, а поверхностная экспрессия отложения может полностью отличаться от его непогодного аналога на глубине.Листучая шапка образуется, когда кислота, образующаяся при окислении сульфидов, просачивается вниз, растворяя подвижные элементы и оставляя после себя остатки неподвижных элементов, таких как железо, алюминий и кремний.
Особенно информативна текстура выщелоченного колпачка. Боксовые структуры — сети пересекающихся пластин или стержней оксида железа — сохраняют формы исходных сульфидных минералов. Размер и форма бокс-бокса могут указывать, какие сульфиды присутствовали. Например, кубическая коробка обычно указывает на пирит, а треугольная или шестиугольная бокс-бокс может указывать на халькопирит или борнит. Опытные полевые геологи используют эти особенности для оценки сорта и типа минерализации ниже зоны окисления.
Минерализованные выходы и поверхностные явления
Системы и фондовые заводы
Кварцевые вены, карбонатные вены и сульфидные венелеты являются одними из самых прямых физических особенностей минеральных отложений. Отдельные вены могут варьироваться от миллиметровых трещинных пломб до массивных кварцевых тел шириной в десятки метров. Ориентация, плотность и минералогия систем вен дают подсказки о структурных элементах управления минерализацией и количестве минерализирующих событий.
Запасные зоны — сети пересекающихся вен — указывают на высокую проницаемость и множественные эпизоды разрыва и осаждения минералов. Эти зоны часто образуют топографические максимумы из-за силикизации, и они выветриваются с характерной нерегулярной поверхностью, отражающей сеть вен. Во многих порфировых отложениях зона заготовки является первичным рудным хозяином, а ее поверхностное выражение характеризуется обильными кварцевыми венозными розетками с сульфидными минералами по их краям.
Депозиты и аллювиальные функции Placer
Физическое выветривание и эрозия освобождают минералы от их исходных пород, и эти минералы затем транспортируются и концентрируются водой, ветром или гравитацией. Месторождения - концентрации тяжелых, прочных минералов в отложениях потока - являются одними из наиболее доступных для распознавания месторождений полезных ископаемых. Физические особенности месторождения включают сортированные гравии, тяжелые минеральные концентраты (черные пески) и характерные рельефы, такие как точечные бруски, отложения лагов канала и террасные гравии.
Золотые россыпи добывались тысячи лет, и их поверхностное выражение хорошо понятно. «цвет» золота в сковороде безошибочно, но и другие минералы образуют россыпи: касситерит (олово), ильменит и рутил (титан), циркон и алмазы. Алмазные россыпи в южной Африке и Южной Америке связаны с конкретными гравийными террасами, которые можно проследить до кимберлитовых трубок-источников через индикаторные минеральные поезда.
Эвапоритовые месторождения и соляные корки
Эвапоритовые минералы — в том числе галит, гипс, ангидрит, калий и бораты — образуются в засушливых средах, где испарение превышает осадки. Физические особенности эвапоритовых отложений являются отличительными: белые или ярко окрашенные солевые корки, полигональные трещины высыхания и слоистые осадочные последовательности, которые показывают циклические закономерности осадков минералов. Соляные пятачки Бонневилля в Юте и Салар-де-Уюни в Боливии являются знаковыми примерами бассейнов эвапорита, в которых содержатся значительные минеральные ресурсы.
Поверхностная экспрессия эвапоритового месторождения включает в себя эфлоресцентные корки, солевые полигоны и особенности растворения, такие как воронки и карстовая топография.Сами минералы имеют характерные привычки: галит образует кубические кристаллы, гипс образует призматические или двойные кристаллы, а бораты часто образуют волокнистые или ацикулярные агрегаты. Международная минералогическая ассоциация поддерживает всеобъемлющую базу данных испарительных минеральных видов и их диагностические физические свойства.
Геофизические и геохимические выражения
Магнитные и гравитационные аномалии
Многие месторождения полезных ископаемых обладают физическими свойствами, существенно отличающимися от их пород-хозяев, и эти различия могут быть обнаружены геофизическими исследованиями. Магнитные аномалии вызваны колебаниями концентрации магнитных минералов — в первую очередь магнетита и пирротита. Отложения оксида железа-медного-золота (IOCG), такие как отложения в районе Олимпийской плотины Австралии, производят сильные магнитные аномалии из-за их высокого содержания магнетита. Аналогично, массивные сульфидные отложения часто производят магнитные максимумы, если они содержат пирротит.
Гравитационные аномалии отражают изменения плотности пород. Массивные сульфидные отложения обычно плотнее, чем их породы-хозяева, что приводит к положительным гравитационным аномалиям. И наоборот, отложения испарений и глубоко выветрившиеся зоны могут вызывать отрицательные гравитационные аномалии из-за более низкой плотности. Сочетание магнитных и гравитационных данных обычно используется для идентификации захороненных минеральных отложений, которые не имеют поверхностной экспрессии.
Радиометрические подписи
Отложения урана и тория производят отличительные радиометрические сигнатуры, которые могут быть обнаружены с помощью воздушно-капельных или наземных гамма-спектрометров. Физическое выражение радиоактивной минерализации на поверхности включает измененные породы с повышенным содержанием урана, вторичные урановые минералы, такие как карнотит (ярко-желтый) и уранинит (черный), и отличительные геохимические аномалии в почве и воде.
В районе плато Колорадо в США имеются обширные ураново-ванадиевые месторождения, обнаруженные с помощью радиометрических исследований. Эти месторождения связаны с расположенными в песчанике фронтовыми системами, которые производят характерные редокс-фронты с минералами ванадия и урана на уменьшенной стороне. Поверхностная экспрессия этих месторождений включает отбеленные, окисленные песчаники и вторичные урановые минералы в обнажениях и почвах.
Региональные и глобальные модели
Минеральные пояса и металлогенные провинции
Минеральные отложения распределены неравномерно; они сгруппированы в поясах и провинциях, отражающих тектоническую и магматическую историю региона.Физические особенности этих поясов включают линейные массивы вулканов, системы разломов и инвазивные комплексы, которые можно проследить на сотни или тысячи километров.В Центральных Андах Перу и Чили находится самая большая в мире концентрация порфировых медных отложений, а физическая экспрессия этого пояса включает цепь стратовулканов, кальдер и зон изменения, которые видны из космоса.
Концепция металлогенных провинций — регионов с характерным набором типов месторождений полезных ископаемых — имеет основополагающее значение для таргетинга разведки. Физические особенности, которые определяют провинцию, включают ее тектоническую настройку, возраст, типы горных пород и структурную историю. Например, архейские гринстоуновые пояса Канады, Австралии и южной Африки содержат орогенные месторождения золота, вулканогенные массивные сульфидные месторождения и связанные с коматиитом никельные месторождения. Эти пояса характеризуются линейными, сложенными поясами мафиозных и ультрамафиозных вулканических пород с отличительными магнитными и гравитационными сигнатурами.
Показатели минералов и дисперсионных поездов
Физическое и химическое выветривание рассеивает минералы и элементы от их источника, образуя дисперсионные поезда, которые можно проследить до месторождения. Показатели минералов - устойчивые, тяжелые минералы, которые характерны для конкретных типов месторождений - широко используются в разведке. Для разведки алмазов индикаторные минералы включают пироповый гранат, хром диопсид, ильменит и стеритический оливин. Эти минералы выживают при выветривании и транспортировке и могут быть идентифицированы в отложениях потока, ледниковой дождевой каше или образцах почвы.
Физические особенности дисперсионных поездов включают в себя нисходящие льды или нисходящие структуры в изобилии минералов, их размерах и форме. Минералы, расположенные ближе к источнику, больше и угловаты, в то время как более удаленные — меньше и более округлены. Ассоциация по исследованию минералов обеспечивает стандарты и протоколы для отбора и интерпретации индикаторов минералов в программах разведки.
Практическое признание поля
Признание физических особенностей, связанных с месторождениями полезных ископаемых, требует систематического наблюдения и знания геологических процессов.Наиболее успешные геологи-разведчики объединяют множество линий доказательств, включая рельефы, текстуры горных пород, цвета, минеральные явления и геофизические аномалии. Они также понимают, что поверхностное выражение месторождения зависит от климата, истории эрозии и глубины выветривания.
Методы определения физических особенностей, связанных с минералами, включают геологическое картирование, отбор проб грунта, отбор проб сточных отложений, геофизические исследования и выемку или траншею для выявления коренной породы. Дистанционное зондирование - с использованием спутниковых изображений и аэрофотосъемок - становится все более важным для выявления зон изменения и структурных особенностей на больших площадях. Сочетание полевых наблюдений и удаленных данных позволяет геологам идентифицировать перспективные районы и расставить приоритеты для последующего наблюдения за почвой.
Понимание физических особенностей, связанных с месторождениями полезных ископаемых, не только необходимо для экономической геологии, но и способствует более широкому пониманию геологической эволюции Земли. Эти особенности фиксируют движение жидкостей, тепловую историю коры и тектонические процессы, которые формировали нашу планету на протяжении миллиардов лет. Для всех, кто интересуется практическими аспектами геологии, обучение распознаванию и интерпретации этих особенностей открывает окно в одну из старейших и наиболее важных видов деятельности человечества: поиск и добыча минеральных ресурсов, лежащих в основе современной цивилизации.