Полезные ископаемые и их месторождения

Лекция №1

Первые представления об условиях образования полезных ископаемых 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 (см. Нептунизм). Век спустя Гераклит и несколько позже Зенон утверждали, что полезные ископаемые образовались под воздействием огня (см. Плутонизм). В средние века Г. Агрикола исследовал условия образования Полезные ископаемые и впервые классифицировал месторождения по форме залегания. М.В. Ломоносов положил начало изучению генезиса полезных ископаемых в развитии. Этому были посвящены также работы плутониста Дж. Геттона и нептуниста А. Вернера. Из русских геологов значительный вклад в геологию полезных ископаемых внесли Д.И. Соколов, Г.Е. Шуровский, К.И. Богданович, В.А. Обручев и др.

В советское время дифференциация исследований полезных ископаемых по генезису привела к созданию крупных научных направлений: рудообразование (А.Г. Бетехтин, Ю.А. Билибин, А.Н. Заварицкий, Д.С. Коржинский, В.М. Крейтер, В.А. Николаев, В.И. Смирнов, С.С. Смирнов, А.Е. Ферсман и др.), твёрдые горючие ископаемые (А.А. Гапеев, И.И. Горский, Ю.А. Жемчужников, А.К. Матвеев, П.И. Степанов), геология нефти (Н.Б. Вассоевич, И.М. Губкин, С.И. Миронов, М.Ф. Мирчинк и др.), геология нерудных полезных ископаемых (П.М. Татаринов и др.).

За рубежом к концу 19-началу 20вв. в теории формирования месторождений полезных ископаемых сложилось несколько научных школ: американская (В. Линдгрен) — анализ геологических структур, контролирующих процесс формирования и локализацию скоплений полезных ископаемых, моделирование природных физико-химических условий их формирования; немецкая (Г. Шнейдерхен) — изучение минерального вещества месторождений; французская (Л. де Лоне, Л. Эли де Бомон) — региональный анализ металлоносности; японская (Т. Като, Т. Вэтанаба) — исследование вулканогенного рудообразования. В учение о геологии угля внесли вклад В. Готан, Г. Потонье, Р. Тиссен и др.; нефти и природных газов — В. Гассоу, Х. Хёфер, Дж. Уайт и др.

Современное состояние учения о полезных ископаемых позволяет прогнозировать нахождение определённых типов полезных ископаемых на конкретной территории. Теория формирования полезных ископаемых требует дальнейших исследований (уточнения источников вещества, дающего начало полезным ископаемым, форм их миграции, геологических и физико-химических параметров концентрации, а также глубины распространения полезных ископаемых).

Полезные ископаемые - минеральное сырьё, природные минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые могут быть эффективно использованы в сфере материального производства.

Прежде чем перейти к рассмотрению представлений о месторождениях, нужно уяснить самое понятие «месторождение ПИ». Это понятие геолого-экономическое. Помимо чисто геологических и генетических оно включает такие характеристики, как 1) качество ПИ (концентрация полезных и вредных компонентов в сырье), 2) количество сырья (запасы руд и полезных компонентов), 3) рентабельность разработки, определяемая соотношением цены на сырье и получаемые из него товарные продукты и затрат на их получение, 4) востребованность сырья в настоящее время и в перспективе.

Месторождениемназывают природные скопления минералов любого состава и происхождения, которые при современном уровне развития техники, технологии и цены данного минерала выгодно (или стратегически необходимо) добывать в настоящее время или в ближайшем будущем. Рудой называют минеральное образование, в единице объема или массы которого котором заключено количество полезного компонента, извлекаемое рентабельно (или стратегически необходимое).

В условиях эффективной рыночной экономики практически любое месторождение следует рассматривать, как комплексное, многокомпонентное. То есть наряду с основным полезных компонентом целесообразно попутное извлечение других ценных минералов и горных пород.

Месторождением полезного ископаемого называется участок земной коры, в котором в результате тех или иных геологических процессов произошло накопление минерального вещества, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования. Полезные ископаемые бывают газообразные, жидкие и твердые. К газообразным относятся горючие газы углеводородного состава и негорючие инертные газы; к жидким — нефть и подземные воды; к твердым принадлежит большинство полезных ископаемых, которые используются как элементы или их соединения (железо, золото, бронза и др.), кристаллы (горный хрусталь, алмаз и др.), минералы (ископаемые соли, графит, тальк и др.) и горные породы (гранит, мрамор, глина и др.).

По промышленному использованию месторождения полезных ископаемых разделяются на рудные, или металлические; нерудные, или неметаллические; горючие и гидроминеральные (табл. 1).

Рудные месторождения в свою очередь подразделяются на месторождения черных, легких, цветных, редких, радиоактивных и благородных металлов, а также рассеянных и редкоземельных элементов.

К нерудным месторождениям относятся месторождения химического, агрономического, металлургического, технического и строительного минерального сырья.

Месторождения горючих полезных ископаемых принято разделять на месторождения нефти, горючих газов, углей, горючих сланцев и торфа.

Гидроминеральные месторождения разделяют на подземные воды (питьевые, технические, минеральные) и нефтяные, содержащие ценные элементы в количестве, достаточном для их извлечения (бром, йод, бор, радий и др.).

Минеральное сырье используется для нужд промышленности как непосредственно, без предварительной переработки, так и для извлечения из него ценных, необходимых народному хозяйству природных химических соединений или элементов. В последнем случае оно называется рудой.

Руда представляет собой минеральный агрегат, в котором содержание ценного компонента (или компонентов) достаточно для промышленного извлечения. Количество минерального сырья в недрах называется его запасами. Качество минерального сырья, идущего на переработку, определяется содержанием в нем ценных компонентов. Для промышленной оценки некоторых видов полезных ископаемых, кроме того, имеет значение наличие в них вредных компонентов, затрудняющих переработку и использование руд. Чем выше содержание ценных и чем ниже концентрация вредных компонентов, тем больше ценность руды.

Минимальные запасы и содержание ценных компонентов, а также допустимое максимальное содержание вредных примесей в минеральном сырье, при которых возможна эксплуатация месторождения полезных ископаемых, называются промышленными кондициями. Промышленные кондиции не являются строго определенными и раз навсегда заданными.

Во-первых, они с развитием потребностей человечества в минеральном сырье исторически меняются.

Во-вторых, промышленные пределы уменьшаются благодаря совершенствованию техники добычи и переработки минерального сырья. В-третьих, промышленные кондиции на минеральное сырье различны для разных природных условий нахождения месторождений полезных ископаемых и определяются при помощи экономических расчетов.

Чем выше ценность минерального сырья, тем ниже промышленный кондиционный минимум по требованиям к запасам и к содержанию ценных компонентов. Однако оно всегда больше среднего содержания ценных элементов в горных породах земной коры (их кларков).

Минеральные ресурсы. Совокупность полезных ископаемых, заключённых в недрах (государства, континента или всего мира), составляет понятие минеральные ресурсы, которые являются основой для развития важнейших отраслей промышленного производства (энергетика, чёрная и цветная металлургия, химическая промышленность, строительство).

В зависимости от области промышленного применения среди минеральных ресурсов выделяют главнейшие группы: а) топливно-энергетическую (нефть, природный газ, ископаемый уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды); б) рудные, являющиеся сырьевой основой для чёрной и цветной металлургии (железная и марганцевая руды, хромиты, бокситы, медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и др.); в) горно-химическое сырьё (фосфориты, апатиты, поваренная, калийные и магнезиальные соли, сера и её соединения, барит, борные руды, бром и йодсодержащие растворы); г) природные строительные материалы и большая группа нерудных П. и., а также поделочные, технические и драгоценные камни (мрамор, гранит, яшма, агат, горный хрусталь, гранат, корунд, алмаз и др.); д) гидроминеральные (подземные пресные и минерализованные воды).

Подобная группировка минеральных ресурсов условна, т.к. области промышленного применения одних и тех же П. и. могут быть различными (например, нефть и газ — не только экономичные виды топлива, но и важнейшее технологическое сырьё для химической промышленности).

Минеральные ресурсы имеют количественную оценку, выражаемую запасами полезных ископаемых, выявленных и разведанных; при этом величина разведанных запасов минерального сырья изменяется в зависимости от размеров добычи П.и., степени разведанности (прироста разведанных запасов), а также от развития геологических знаний о строении земной коры и возможных концентрациях П. и. в различных её частях.

По информации Госгеолслужбы Украины, в следующем, 2007 году, в соответствии с заданиями по приросту запасов и ресурсов полезных ископаемых предприятия геологической отрасли Украины должны обеспечить следующие показатели прироста запасов и ресурсов: нефть и конденсат 1,2 млн тонн; природный газ 6 млрд кубических метров /плановый показатель может быть увеличен; метан угольных месторождений 100 млн кубических метров; каменный уголь 20 млн тонн; бурый уголь 4 млн тонн; торф 2 млн тонн; уран 0,2 усл.ед. /плановый показатель может бать увеличен/; золото /запасы/ 3 усл.ед.

В отличие от многих природных ресурсов, минеральные богатства земли невозобновимы. Поэтому всё более важной становится проблема наиболее эффективного и комплексного использования минерального сырья, в том числе резкое уменьшение его потерь при добыче и переработке. При разработке комплексных руд необходимо добывать не только основные компоненты. Например, из многих железных руд можно извлекать также кобальт, никель, титан, ванадий, фосфор и др. ценные элементы. Почти все редкоземельные и рассеянные элементы, необходимые в новой технике, не образующие в природе самостоятельных месторождений, могут быть получены лишь при комплексной переработке руд цветных металлов. Важное экономическое значение имеет использование попутного нефтяного горючего газа, а также серы и гелия, содержащихся в природном газе многих месторождений.

На доступных современной технике глубинах вероятность открытия новых месторождений сокращается, поэтому наряду с увеличением глубин, с которых добываются П.и., в возрастающих объёмах вовлекаются в разработку месторождения с пониженным содержанием П.и., в том числе с бедными или труднообогатимыми рудами. Начата добыча П.и. в промышленных масштабах в недрах Мирового океана. Кроме месторождений нефти и газа, прогнозные запасы которых весьма значительны, представляют интерес подводные месторождения титана, олова, скопления железо-марганцевых конкреций (содержащих никель, кобальт, медь), широко распространённые на дне Тихого и Индийского океанов. Важным резервом минерального сырья являются воды Мирового океана.