Биогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

Они основаны на исследовании химического состава живого вещества, как правило, состава растений.

Современные биогеохимические поиски связаны с химическим анализом вещества.

Наблюдения над видовым составом и морфологическими особенностями растительности составляют предмет геоботанических исследований (они к геохимическим не относятся). Развитием биогеохимического метода поисков рудных месторождений занимались С.М. Ткалич, А.П.Виноградов, В.В. Поликарпочкин, А.Л. Ковалевский и др. В результате исследований неизменно подтверждалось наличие биогеохимических аномалиях в химическом составе растений, произрастающих над месторождениями Сu, Zn, Pb, U, Мо, Ni, B, Au и др. полезных ископаемых.

Обычно эти биогеохимические съемки проводились путем опробования одного или нескольких господствующих видов растений, озоления растительного вещества и спектрального анализа полученной золы.

Связь между химическими составами почвы и произрастающей на ней растительности имеет сложный характер. В составе земной биомассы общий объем животных организмов весьма незначителен, а кларки биосферы достаточно близко характеризуют средний химический состав растительности. Согласно химическому составу геосферы (мы это записывали в таблице – химический состав геосфер) – 10 элементов (O, C, H, Ca, K, Na, Si, Mg, P, S) – в сумме составляют – 99, 96% биосферы, а первые 3 макроэлемента – О, С, Н слагают 98, 5% всей биомассы. На долю всех остальных 82 микроэлементов приходится всего 0, 04% живого вещества. Более 50% массы живого вещества составляет вода, в которой связаны значительные количества кислорода и водорода.

Газообразные элементы биосферы, заимствованные из атмосферы, возвращаются в неё в процессе биологического круговорота вещества.

Для характеристики геологической роли биогенной миграции микроэлементов Б.Б. Полынов предложил величину отношения между содержаниями элемента в золе растения и в почве, на которой оно произрастает. Этот показатель получил название коэффициента биологического поглощения и обозначается Ax;

Ax =

где С₂ – содержание элемента в золе растения в %;

С₁ – содержание элемента в почве в %.

Таблица 7.2 - Содержание элементов в золе растений и коэффициенты биологического поглощения

	Элемент	%	Ах	элемент	%	Ах
	Mn		6, 86	Mo		9, 23
	Zn		19, 6	Sn		1, 85
	Ti		0, 2	As		1, 58
	Cu		9, 09	Be		0, 80
	Pb		3, 73	Ag	0, 6	12, 5
	Ni		1, 54	Hg	0, 25	7, 58
	Co		2, 74	Sb	0, 10	0, 50

Из таблицы 7.2 видно, что для рудных элементов, кроме Ti, Be, Sb коэффициент Ах – больше 1, что указывает на их способность к накоплению в верхних горизонтах почв в результате минерализации ежегодного растительного опада.

В золе растений, произрастающих над рудными телами, на старых рудничных отвалах при высоких содержаниях металлов в почвах отмечались содержания рудных элементов, в десятки и в сотни раз превышающие их средний уровень.

К наибольшей концентрации металлов способны определенные виды растений, в золе которых содержания отдельных металлов могут достигать нескольких %: более 20% Zn, до 8% Ni, более 1% Cu, Pb, As, Be. Однако такие растения – концентраторы не имеют повсеместного распространения, и как правило, мало пригодны для проведения биогеохимических поисков.

Наилучших результатов поисковых биогеохимических съемок следует ожидать при опробовании таких видов растений, зола которых в области биогеохимического фона характеризуется устойчиво низкими, но определимыми содержаниями элементов-индикаторов, быстро возрастающими до аномальных в близи месторождений.

Это определяет необходимость тщательной оценки параметров местного фона Сф, (стандартного множителя – величина, которого зависит от технической точности геохимических исследований) и С_А (нижнего аномального содержания рудных элементов) в золе местных видов растений, а также выбора одного-двух из них для поискового опробования.

Зависимость между содержаниями рудных элементов в среде обитания и в золе растений определяется их видовой принадлежностью, она изменяется для различных органов растения в связи с возрастом и вегетативными фазами развития.

Установлены два основных типа этих зависимостей (рисунок 7.3). Первый тип отвечает приближенно линейному возрастанию содержаний рудного элемента в золе растения, пропорциональному увеличению его содержания в почве. Эти растения благоприятны для опробования при биогеохимических поисках месторождений данного элемента.

Рисунок 7.3 – График зависимости содержания рудных элементов в золе растений (С₂) от их содержания в почве (С₁).

1 – пропорциональное биологическое поглащение;

2 – наличие биологического барьера.

Второй тип характеризуется пропорциональной зависимостою между содержанием металла в почве и в золе растениия только при его малых содержаниях. При аномально высоких содержаниях металла в почве наступает прогрессивное снижение коэффициента биологического поглащения (Ах), вплоть до отрицательной корреляции С₁ и С₂. Эта зависимость объясняется наличием у таких растений защитных физиологических барьеров, препятствующих избыточному поступлению тех или иных химических элементов в организм.

Растения, у которых такие барьеры обнаруживаются уже вблизи фоновых содержаний рудных элементов, непригодны для проведения биогеохимических поисков.

Уровень повышенных содержаний металлов, при котором проявляется существование биохимического барьера, различен для отдельных видов и органов растений, он ниже для листьев и веток и существенно выше для коры и корней растений.

Вторым признаком, определяющим возможную эффективность биогеохимического метода поисков, является глубина, на которую развивается корневая система растений. Как правило, эта глубина минимальна в районах устойчивой мерзлоты, имеет умеренную величину в условиях гумидного климата и максимальна в районах аридной зоны, изменяясь от 0, 2-1, 0 м в северной зоне до 20 м в южной. Для отдельных видов растений с глубокопроникающими корнями она достигает больших величин, например, у песчаной полыни 25 м, у саксаула 37 м, у верблюжьей колючки 40 м.

Согласно действующей «Инструкции по геохимическим методами поисков» (М., 1985г.) проведение биогеохимических методов поисков рудных месторождений в горных активно денудируемых районах любых климатических зон, а также в других районах, для которых характерны выходящие на поверхность первичные и вторичные литохимические ореолы – не целесообразно.

Нецелесообразны биогеохимические съемки в закрытых районах, где мощность аллохтонных отложений, перекрывающих рудоносный субстрат, заведомо превышает глубину проникновения корневой системы растений.

Согласно «Инструкции» применение биогеохимического метода целесообразно в закрытых районах гумидной зоны с мощностью чехла 2-10 м.

Применение биогеохимического метода поисков предпочтительно в закрытых рудных районах в ландшафтах пустынь и полупустынь аридной зоны. Глубокая корневая система, растений и разреженный растительный покров позволяют предположить разрыв между содержаниями рудных элементов в золе растений и в верхних горизонтах дальнеприносных отложений, опробуемых при наземных литохимических съемках. При мощности чехла до 40-50 м и фоновых содержаниях металлов в литохимических пробах возможно появление над погребенными рудными месторождениями отчетливых биогеохимических аномалий.

Открыто было это месторождение в результате поисковых литохимических съемок по вторичному остаточному ореолу рассеяния Рb, оконтуривающего выход рудного тела к современной дневной поверхности.

Преобладающая часть рудной зоны перекрыта на 40-50 м неоген-четвертичными отложениями на поверхности, которых вторичный наложенный ореол рассеяния при стандартных литохимических съемках не был обнаружен.

Литохимический ореол рассеяния оконтуривает только небольшую южную часть залежи, где чехол аллохтонных отложений отсутствует.

Биогеохимический ореол рассеяния по изоконцентрате 0, 005% Рb оконтуривает всю залежь, при этом над погребенной северо-западной частью месторождения содержание Рb в биогеохимических пробах составило 0, 07% при фоновых содержаниях в почве около %.

Площадь биогеохимической аномалии в5-6 раз превышает общую площадь выхода рудного тела на поверхность коренных пород.

Максимальное содержание Рb в биогеохимическом ореоле рассеяния в открытой части литохимического ореола составило 1% (при 1, 25% Рb в почве)

В поисковых целях опробовалась полынь, озоление проводилось в муфеле при Т-500-550^о.

Наиболее часто применяемыми (безбарьерными) биообъектами являются корни древесных, кустарниковых и травянистых растений: низшие растения – мхи и лишайники, а так же внешние слои коры (корка) в нижних удобных для опробования частях стволов древесных растений.

Для доказательства применимости биогеохимического метода поисков рудных месторождений часто указывают на сильную положительную корреляцию между аномальными содержаниями металлов в почве и растениях. Между тем, именно этот признак говорит о нецелесообразности применения биогеохимического метода, поскольку те же более надежно интерпретируемые поисковые данные с меньшими затратами могут быть получены литохимическим методом.

Таким образом, следует считать, что основным критерием эффективности биогеохимических поисков является отсутствие статистически значимой корреляции между аномальными содержаниями металлов в растениях и пробах наземной литохимической съемки над погребенными рудными месторождениями.

Такие условия могут возникать в закрытых рудных районах, в частности, в ландшафтах аридной зоны: на заболоченных территориях: при наличии морено-ледниковых отложений и др. особых случаях.

За последние годы этот метод хорошо себя зарекомендовал в рудных районах Бурятии и Сибири, где большая часть территории покрыта эоловыми отложениями (перенесенные ветром) мощностью от 2 до 50 м. По ландшафтным условиям район относится к горно-таежной зоне.

Поисковые биогеохимические съемки в Бурятии проводились в масштабе 1: 50000 по сети 500х500 м, частично 200х200 м; опробовались кора и шишки сосны; спектральный анализ растительных проб выполнялся после их озоления.

В результате проверки одной из биогеохимических аномалий при содержании Мо в золе 0, 01% было выявлено месторождение молибденовых руд (штокверковое Жарчихинское месторождение), проведенная до этого литохимическая съемка отметила незначительную аномалию, которая легко могла быть пропущена.

При биогеохимических съемках пробоотбор должен быть стандартизирован по признакам постоянства вида, органа и фенологической фазы опробуемых растений. Биообъекты выбираются из числа наиболее распространенных видов, с глубокой корневой системой и «безбарьерных» к содержаниям рудных элементов в корнеобитаемом слое.

Таблица 7.3 - Типы минерализации Жарчихинского месторождения (Бурятия)

Масса воздушно-сухих проб растительности обычно устанавливается 30-40 г, что обеспечивает выполнение спектрального анализа после их озоления.

Разработана градация типов руд по применимости биогеохимических методов поисков: весьма благоприятные, благоприятные, неблагоприятные, биохимические аномалии отсутствуют.