Минеральные агрегаты, представляющие собой полезные ископаемые, залегают в земной коре в виде геологических тел различной формы. Форма, размеры и пространственная ориентировка тел полезных ископаемых среди вмещающих пород определяют их морфологию. Морфологические особенности месторождений полезных ископаемых зависят от условий их образования, а также от геологического строения тех участков земной коры, к которым они приурочены. Изучение морфологии и условий залегания тел полезных ископаемых имеет большое практическое значение, особенно для составления рациональных проектов разведки и эксплуатации месторождений.
Для месторождений твердых полезных ископаемых выделяют три основных морфологических типа тел: изометричные, плитообразные (плоские) и трубообразные.
Изометричные тела приблизительно равновелики в трех измерениях. К ним относятся штоки, гнезда и штокверки (рис. 1).
Штоком называется крупная (от 10 м) изометричная залежь сплошного или почти сплошного минерального сырья. Если размеры таких залежей не превышают 10 м, их называют гнездами. В качестве примера можно назвать штоки каменной соли, гнезда хромитов в ультраосновных породах. Основным элементом, определяющим форму и размеры изометричных тел, является их поперечное сечение.
Когда шток или гнездо сплющены в одном направлении, образуются линзы и чечевицы — тела, переходные по форме от изометричных к плитообразным.
Штокверк представляет собой более или менее изометричный объем горной 'породы, пронизанный различно ориентированными прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества. Границы промышленной залежи в пределах штокверка устанавливаются по данным опробования. В качестве руды в данном случае рассматривается масса горной породы, пересеченная прожилками, если она удовлетворяет требованиям кондиций. Примерами штокверков могут служить тела некоторых месторождений меди, олова, молибдена и других полезных ископаемых.
Плитообразные (плоские) тела характеризуются двумя большими и одним (мощность) значительно меньшим размером. Это самый распространенный в природе морфологический тип, к которому принадлежат пласты и жилы (рис. 2).
Пласт — это плитообразное тело, обычно осадочного происхождения, отделенное от других пород более или менее параллельными плоскостями напластования (подошвой, или почвой, и кровлей пласта). Пласты могут быть простыми, когда они однородны по составу и не включают прослоев вмещающих пород, и сложными, состоящими из чередующихся прослоев полезного ископаемого и вмещающих пород.
Рис. 1. Формы изометричных тел полезных ископаемых:
а — шток (план), б— штокверк, в — гнезда (разрез).
Следует отметить, что в структурной геологии чаще используется более общий термин — слой.
Пласты могут иметь раздувы и пережимы по мощности, простое или сложное выклинивание. Примерами могут являться пласты угольных, марганцевых, железорудных и других осадочных месторождений. Тела полезных ископаемых неосадочного происхождения, близкие по форме к пластам, принято называть пластообразными залежами.
Жилы представляют собой трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом полезного ископаемого. Их также считают плитообразными телами, поскольку, протягиваясь по простиранию и на глубину на десятки и сотни метров, они характеризуются значительно меньшим третьим измерением— мощностью, которая обычно изменяется от нескольких сантиметров до первых метров.
Залегание жил может быть наклонным, вертикальным, реже горизонтальным. В случае наклонного залегания породы, перекрывающие жилу, называют породами висячего бока, а подстилающие ее — породами лежачего бока. Поверхность, по которой минеральное вещество соприкасается с вмещающей породой, называют зальбандом. При резком уменьшении мощности жилы говорят о ее выклинивании или пережиме, при увеличении мощности — о раздуве.
Жилы так же, как и пласты, делят на простые и сложные. К простым относятся одиночные минерализованные трещины, к сложным — системы переплетающихся трещин, зон дробления, рассланцевания (см. рис. 2,б, в).
По деталям морфологии среди жил различают четковидные, камерные, седловидные, лестничные, разлистования и др. (рис. 3).
Рис. 3. Формы жильных тел полезных ископаемых:
о — четковидная, б — камерная, в — седловидная, г — лестничная
Для ветвящихся (сетчатых) жил типично наличие ответвлений (апофиз), отходящих от основной рудной жилы в сторону ее лежачего и висячего боков.
Такие формы свойственны многим месторождениям слюдоносных и редкометалльных пегматитов. Лестничная жила состоит из системы поперечных трещин в пластах или дайках хрупких пород, залегающих среди более пластичных образований.
Жила разлистования представляет собой систему жил и прожилков, возникающих вследствие выполнения минеральным веществом сложной сети тонких более или менее параллельных трещин, приуроченных к зоне рассланцевания. В камерных и четковидных жилах по их простиранию чередуются раздувы различной формы и пережимы. Седловидные жилы приурочены к замковым частям складчатых структур. Наиболее характерны тела жильной формы для месторождений цветных, редких и благородных металлов.
Основными геологическими элементами, определяющими размеры и условия залегания плитообразных тел, являются направление простирания и длина по простиранию, направление и угол падения, длина по нему, а также мощность.
Трубообразные (столбообразные) телаполезных .ископаемых вытянуты по одной оси. Поперечное сечение таких тел может быть изометричным, эллиптическим, линзообразным (рис. 4).
Рис. 4. Трубообразное тело:
а — геологический план, б — разрез кимберлитовой трубки (по А. П. Бобриевичу). 1 — наносы; 2—4 — кимберлит: 2 — измененный желтый, 3 — измененный зеленый, 4 — малоизмененный; 5 — карбонатные породы.
Морфология и условия залегания трубообразных тел определяются углом погружения (или ныряния), длиной по направлению погружения и площадью поперечного сечения. Угол погружения— это угол между осью трубообразного тела и горизонтальной плоскостью; он может изменяться от 0 до 900. Размеры поперечного сечения и длина оси достаточно изменчивы. На месторождениях полезных ископаемых трубообразные тела встречаются довольно редко. Наиболее типичные представители их — алмазоносные кимберлитовые трубки взрыва.
Таблица 1
Классификация форм тел полезных ископаемых
По геометрическому признаку
По соотношению с вмещающими породами
сингенетические
эпигенетические
Изометричные
Плитообразные
Трубообразные
Шток,гнездо Пласт, линза
Шток, гнездо, штокверк Жила, линза, чечевица
Труба, рудный столб
По возрастному соотношению с вмещающими породами различают две группы рудных тел (и месторождений) — сингенетические и эпигенетические.
Сингенетическимиявляются тела, сформировавшиеся одновременно или почти одновременно с вмещающими породами. Типичными примерами их могут служить пласты и линзы осадочных месторождений.
Эпигенетическиминазываются тела, образованные позднее вмещающих пород. К этой группе всегда относятся различного рода жилы (табл. 1).
Все описанные рудные тела могут либо выходить на дневную поверхность, либо залегать на той или иной глубине. В последнем случае их называют «слепыми», или скрытыми. В зависимости от глубины, на которой размещаются тела полезных ископаемых, их делят на поверхностные (до 100м) и глубокозалегающие.
По характеру залегания среди тел полезных ископаемых различают горизонтальные (угол падения до 10°) и наклонные. При угле падения более 45° тела называют крутопадающими.
По отношению к первичному напластованию или контактам вмещающих пород тела полезных ископаемых бывают согласные и секущие. Сингенетические тела всегда имеют согласное залегание.
Выклиниваниетел полезных ископаемых может быть простым, когда мощность уменьшается постепенно, тупым, если мощность уменьшается резко, и сложным, когда тело полезного ископаемого разделяется при выклинивании на многочисленные тонкие пропластки и прожилки.
Контактытел полезных ископаемых бывают резкими (четкими) и постепенными, если сплошная масса полезного ископаемого переходит в породу через зону вначале богатой, а затем постепенно убывающей вкрапленности. По форме выделяют контакты ровные и извилистые.
Тела полезных ископаемых любой формы иногда нарушены постминерализационными тектоническими деформациями, усложняющими первоначальную структуру месторождения и нередко вызывающими серьезные трудности при ведении горных работ. Во-первых, они приводят к изменению форм тел, ухудшают условия разработки или делают ее невозможной. Во-вторых, по зонам тектонических нарушений движутся грунтовые воды. В-третьих, в таких зонах полезное ископаемое смято и раздроблено, качество его ухудшено, проходка и крепление выработок затруднены.
Постминерализационные тектонические нарушения (деформации) делятся на складчатые и разрывные. Складчатые нарушения наиболее характерны для осадочных месторождений металлического и неметаллического сырья и угля. Если им подвержены жесткие непластичные полезные ископаемые (железные руды, известняки), то изменения мощности тела не отмечается. При складчатых деформациях пластичных полезных ископаемых (гипс, уголь, соль, графит) обычно происходит уменьшение мощности пластов на крыльях и увеличение в замках складок.
Наиболее распространенными на месторождениях разрывными нарушениями являются сбросы, взбросы и сдвиги. Они характерны как для эндогенных, так и для экзогенных месторождений. Обычно встречаются комбинации различных нарушений. По взаимоотношению простираний залежи и сместителя сбросы и взбросы делят на продольные, поперечные и диагональные.
При изучении разрывных тектонических нарушений часто важно определить направление движения отдельных блоков, что помогает обнаружить смещенную часть тела полезного ископаемого. Для этой цели используют такие геологические и структурные признаки как загибы пластов (пласты пластичных пород несколько изогнуты по направлению движения), борозды на зеркалах скольжения (глубина борозд уменьшается в направлении движения), ориентировка «слоистости» в глинке трения и др.
Контрольные вопросы и задания
1. Дайте характеристику основных морфологических типов тел полезных ископаемых.
2. Какие геологические элементы определяют форму, размеры и условия залегания изометричных, плоских и трубообразных тел полезных ископаемых?
3. Какие тела (месторождения) полезных ископаемых называются сингенетическими и эпигенетическими, согласными и секущими?
Какие существуют типы выклинивания и контактов тел полезных ископаемых?
4. Назовите основные виды тектонических нарушений первичного залегания тел полезных ископаемы