Скачать (420 Кб)

Месторождения на кончике пера

Кандидат геолого-минералогических наук Ю. П. Миронов
Химия и жизнь №10, 1982 г., с. 38-44

Все месторождения железа сложены железом. Это выражение столь банально, что вызывает улыбку. А вот мне - геологу - не смешно. И не смешно потому, что у месторождений железа пока не найдено ничего общего, точнее, не найдено ни одного повторяющегося параметра. Так, над созданием одних месторождений потрудились бактерии в болоте, чисто химическим путем образуются залежи железа при стоке пресных вод рек в соленые воды морей, вулканическим - в кратерах вулканов, а когда вулкан извергался под водой, рождались вулканогенно-осадочные месторождения. Другие же месторождения появились на контакте гранитного массива на глубине 2-3 километров. Что же у них общего? Ничего!

И вот одни геологи изучают вулканогенные месторождения, вторые - скарновые (на контакте гранитов и известняков), третьи - осадочные морские, четвертые - болотные руды. Множатся лаборатории, институты; все спорят, к какому типу относится именно вот это месторождение, а к какому вот это... И в конце концов мы читаем: "В связи с широким диапазоном условий их образования нельзя выделить какой-либо определенный тип структур, перспективных для поисков железа" (Ю. Г. Старицкий, В. Е. Попов, 1973).

И не получается ли, что геологи забыли банальную истину - все месторождения железа сложены железом?

Но попробуйте не согласиться с Ю. Г. Старицким и В. Е. Поповым и заявить, что есть такая структура. Десятки институтов встанут и грозно скажут - покажи. Уважаемые оппоненты, именно это я и хочу сделать.

Но сначала небольшое отступление. Среднестатистический человек за день пользуется сотнями предметов, большинство из которых сделано из железа. Как говорится, еще ни одной яичницы не поджарили на деревянной сковороде. Людям нужно много железа, и оно должно быть дешевым. И вот родилась удобная сказка, что все ресурсы Земли скоро будут исчерпаны. Она удобна тем, что все оправдывает.

Геологам дают много средств, и они их тратят, а в том, что стоимость тонны любого вида сырья с каждым годом повышается, они не виноваты, просто исчерпались ресурсы, и железа в Земле осталось мало. Наверное, сначала это кто-то высказал, чтобы оправдать себя, другие подхватили, и вот сказка стала жизнью.

А что в действительности? Скорее всего то, что геология подошла к рубежу, за которым без точного прогноза делать нечего. Ибо открыты не все месторождения, а только те, что лежали на поверхности, которые можно было пощупать руками, увидеть глазами, принести образцы в лабораторию и проанализировать. Работала огромная армия тружеников, честь ей и слава, она много искала и много находила. Но завтра уже нельзя будет просто искать (да и сегодня тоже), завтра надо предсказывать. Геологическая армия теперь сама по себе мало что сможет сделать, даже если каждый ее солдат в отдельности фанатично предан своему делу. За этой чертой армии нужны дальнобойные пушки, и выиграет мировое экономическое сражение тот, кто первым заведет тяжелую геологическую артиллерию.

Уже сейчас кое-что можно предсказывать так, как когда-то угадывали звезду на кончике пера. Конечно, подземные звезды предсказывать труднее, но все-таки можно. Мне кажется, что я нашел одну из таких прогнозных тропинок. Правда первым по такой тропинке отправился в путь Альфред Вегенер - он подметил что контуры материков взаимно дополняю друг друга. Именно его геометрические построения привели к созданию особой дисциплины - тектоники плит. Мы с вами не будем говорить о тектонике, а вот геометрией займемся вплотную.

Есть у месторождений железа своя геометрическая структура, и она (Fe-структура) повторяется в любом месторождении где бы оно ни было и какова бы ни был его родословная. Неважно, образовалось ли оно 500 миллионов лет назад или вчера неважно, на какой оно глубине; неважно жили ли здесь бактерии, или изливались лавы. Ведь везде появилось железо с его свойствами.

Зная геологию и сказав, что железо везде обладает одинаковыми свойствам: я содрогнулся от собственной храбрости. Но я уже опытный геолог, закаленный ползаниями по неровному лику планеты, спорами в аудиториях, в купе поезда и по лиственницами в палатках. Поэтому гон прочь трусливый шепоток самосохранения и продолжаю.

Если железо в земной коре залегает одинаково, то ведь и сера, и кислород тоже... и все элементы. Если это так, то должно же что-то повторяться в них. Допустим, что такой повторяющийся геометрический параметр имеется, но, увы, в месторождениях железа мы поначалу вряд ли его найдем. Ведь есть сульфидные, сложенные пиритом (FeS₂), и оксидные месторождения, сложенные магнетитом (Fe₃O₄). Повторяющиеся структуры серы, железа и кислорода слагают минералы железа, но их зримому проявлению в месторождениях пирита будет мешать сера, а в месторождениях магнетита - кислород. В самородных месторождениях сера не объединяется с другими элементами, залегает сама по себе. Давайте с нее и начнем. Обнаружив геометрию S-структуры, потом можно будет перейти к пириту. Зная структуру серы, мы докопаемся и до Fe-структуры, а узнав ее, сможем в этом смысле оценить магнетит, который состоит из железа и кислорода. Иначе говоря, мы доберемся до повторяющейся структуры кислорода в земной коре. Итак, действуем в следующем порядке: сера, пирит, магнетит, кислород.

КОНТУРЫ СЕРЫ

Взгляните на схемы двух месторождений самородной серы - хорошо известного месторождения Тарнобжег в Польше, которое нашло отражение даже в БСЭ (рисунок 1,а), и месторождение Сиране в Японии (рисунок 1,6). Обе залежи серы располагаются на контуре геологической структуры в форме полуокружности. В Польше - это поле развития пород триасового (сиреневый цвет на карте) и юрского возраста (синий цвет), а в районе месторождения Сиране выделяется прогиб, формировавшийся в карбоне (темно-серое) и в перми (светло-коричневое поле). Вокруг прогиба располагаются более молодые неогеновые породы (желтый цвет).

В самом деле, не примечательно ли, что рядом с месторождением серы красуется геологическая структура в форме полуокружности? Причем месторождение ютится на конце диаметра окружности. Этот "адский" элемент, при приближении к которому либо все горит, либо отравляется, оказался в земной коре неожиданно простым по форме - структуру серных месторождений оконтуривает полуокружность. При этом под структурой понимается поле развития каких-либо пород с внутренне однородным строением. Так, для месторождения Тарнобжег в качестве структуры серы выступает геологический прогиб триасово-юрского возраста, а для месторождения Сиране - геологический прогиб пермо-карбонового возраста.

Первый успех столь окрылил, что я бросился к карте и взял все (!) серные месторождения мира. И представляете, у всех структура полуокружности повторилась. Более того, оказалось, что, чем больше полуокружность, тем больше запасы месторождений. Значит можно подсчитывать запасы по карте, без специального бурения! Но эти крамольные слова надо произносить шепотом, и сейчас вы поймете почему. Километр скважины стоит столько же, сколько прокладка километра хорошей дороги, т. е. примерно сто тысяч рублей. Не зная точно, как располагаются месторождения, геологи устраивают скважины сериями, иначе говоря, сериями вколачивают в землю по сто тысяч рублей. Не берусь считать, во что обошлись эти серии. В таких подсчетах и компьютер захлебнется. Но что там какие-то серии, где скважины друг от друга отстоят довольно далеко. Я недавно работал на руднике, где по техническому проекту надо было бурить скважины через 12,5 метра. Но геолог рудника считал, что этого недостаточно, и при эксплуатационной разведке мы их бурили через 10 метров. Представьте, что вы сидите в своей малогабаритной кухне. И если кухня будет проткнута одной скважиной, то вашу спальню скорее всего, проткнут в двух местах. А таких "спален" под землей - не счесть.

Сера в земной коре хранится не только в серных месторождениях, она есть в цинковых рудах (ZnS), в барите (BaSO₄), в нефти, в газе... И не замечательно ли, что полуокружность серы проявляется и в этих сложных месторождениях. На рисунке 1,в показана геометрическая S-структура месторождения цинка, бария и пирита Мегген в ФРГ; а на рисунке 1,г видно, как она проявляется в Оренбургском месторождении газа. В таких месторождениях S-структура замаскирована, поэтому пришлось показать газовую типовую структуру в форме лампочки. Лишь после этого стало ясно, как полуокружность серы вписывается в контуры "газовой лампочки". Сравните конфигурацию геологических структур в месторождениях самородной серы (рисунок 1,а), в полиметаллическом (рисунок 1,в) и в газовом месторождении (рисунок 1,г), они же ничем не отличаются! Это может быть лишь потому, что везде есть сера, которая сама по себе залегает одинаково, хотя обстановка образования этих месторождений была весьма и весьма разная. Это проявилось в том, что геологическая S-структура сложена разными породами (или группами пород - формациями), но ее геометрия неизменна.

ЖЕЛЕЗО ВСЕГДА ОСТАЕТСЯ ЖЕЛЕЗОМ

В любых объятиях железо остается железом, даже в таких горячих и ядовитых, как у серы. Вы, конечно, поняли, что я говорю о пирите (FeS₂). Взгляните на рисунок 2, где показаны месторождения пирита (а - Гронг, б - Леккен в Норвегии, в - Рио-Тинто в Испании, г - Кызылташское в СССР). Неправда ли, всюду легко узнать полуокружность серы. Давайте мысленно отбросим ее и посмотрим на то, что осталось. Остается геологическая структура в виде пламени. Она симметрична - состоит из двух одинаковых кривых. На схеме 3 эта кривая показана в сдвоенном виде, чтобы лучше уловить геометрические особенности. В геологии и на самом деле бывают одинарные и сдвоенные структуры. Так вот, сдвоенная структура железа похожа на глубокую миску с плоским дном. Правда, у пирита две Fe-структуры объединились не по принципу "миски", а по принципу замкнутой формы пламени, но в других месторождениях есть и "миски".

И как тут не порадоваться - родословная месторождений разная, а формы опять одинаковые. "Железному" прогибу месторождения Гронг около 500 миллионов лет, а пламя Кызылташского месторождения, наоборот, появилось лишь один миллион лет тому назад и формируется до сих пор (месторождение показано на карте четвертичных отложений СССР). Более того, здесь поработал ледник (поле зеленого цвета на рисунке 2, г). Отложения ледника не смогли игнорировать пирит и расположились в соответствии с контурами структур серы и железа. Значит, и контуры ледников не случайны на этом свете. Глядя на такую картину, я сказал себе: "Вот она - железная геохимия и жизнь". Слово "железная" пояснять не надо, a вот слово "геохимия", пожалуй, стоит.

Переводится оно как геологическая химия. Сначала само собой подразумевалось, что геологическая химия обладает своей спецификой, что это непросто химия земной коры. Но потом этого "другого" найти не удалось, постепенно перспектива специфики растаяла, и остались химические и спектральные анализы пород. Геохимик делает анализы и говорит, что вот здесь есть "вспышка" олова, а там свинца, давайте бурить... А мы попробуем вернуть термину первоначальную геохимическую сущность. Пусть это будет не геохимия, а геологическая химия, отражающая связь между составом пород и их структурами.

Рис. 3. Очертания типовых железорудных месторождений

Будем считать, что формы геологических структур серы, железа и пирита нам известны. Отыщем на карте такие же геометрические формы. Для того чтобы отыскать два-три новых месторождения, хватит 20-30 минут. Ведь они всегда (без единого исключения) должны располагаться на стыке Fe-структуры и S-структуры. Этот стык на карте представляет точку, значит, с кончика пера можно взять координаты месторождения.

Но координат мало, нужны еще и запасы, нужно точно знать, бурить здесь или нет. При запасах железа в один миллион тонн бурить следует, наверное, только для выполнения плана по бурению, а вот при запасах в миллиард тонн железа можно забыть про этот план - миллиард окупит все.

Давайте попробуем по карте узнать размеры структур и масштабы оруденения. Например, Кызылташское месторождение - мелкое. Длина его двойной Fe-структуры всего 55 км (длина языка пламени). Месторождение Леккен среднее по масштабам, длина его Fe-структуры 210 км. Месторождение Гронг является крупным и длина его Fe-структуры 320 км.

В общем, статистический анализ дает вот такие данные: крупное месторождение - 300-600 км (длина Fe-структуры); среднее месторождение - 100-200 км; мелкое месторождение 0-100 км. Прямо-таки фантастика - геологические запасы руды можно выявить по карте! Тем, кто не верит, я предлагаю эксперимент. Каждый год открывают новые месторождения, данные об их запасах еще не попали в печать и на баланс полезных ископаемых СССР, то есть я не могу знать этих запасов. Оппонент поставит на карте точку, в которой запасы уже разведаны и ему известны, а я исключительно картографическим путем, не затратив ни одного рубля, за 15 минут высчитаю эти запасы. Кажется, что сделать это очень просто, но так только кажется, ибо на самом деле все сложнее. Мне пришлось рассчитать систему форм, показывающую, что любой элемент в земной коре залегает в нескольких геометрических разновидностях. Иначе говоря, приходится вести подсчеты не по контурам "миски" или полуокружности. Далее мы сравним результаты и... Ну, что будет дальше, покажет жизнь, а пока займемся кислородом.

КОНТУРЫ КИСЛОРОДА

Если на геологическую карту нанести контуры месторождений кислородных минералов железа (в основном магнетита), то сразу исчезнет полуокружность серы, и появятся самые настоящие ножи. Для месторождения Гара-Джебиле в Алжире (рисунок 4, а) и Дунбяньдао в Китае (рисунок 4 , в) они красные; для месторождения Бильбао в Испании (рисунок 4, б) - зеленые; Хайнань в Китае (рисунок 4, г) - темно-зеленые; Илимского в СССР (рисунок 4, д) - травянисто-зеленые.

У железорудных ножей выделяется ручка, очерчиваемая Fe-структурами, и лезвие, оконтуриваемое другой геометрической формой. Она похожа на волну, а в сдвоенном варианте - на монгольский лук (см. рис. 3). Именно это и есть структура кислорода. С моей точки зрения, месторождения железа оксидного типа располагаются на стыке Fe-структуры и О-структуры. Нож асимметричен, и по этой асимметрии можно определить, с какой его стороны лежит месторождение. Природа прямо-таки заботится о людях, чтобы они точно знали, где именно расположилось месторождение.

И снова обратимся к запасам. Крупное месторождение Гара-Джебиле в Алжире с запасами 1,71 млрд. т железа вытянулось в длину на 615 км (от месторождения до конца лезвия ножа). Среднее месторождение Дунбяньдао в Китае с запасами около 400 млн. т железа имеет лезвие ножа длиной 335 км. Мелкое месторождение Бильбао в Испании с запасами около 160 млн. т железа длиной всего 140 км. Эти цифры еще раз подтверждают зависимость между запасами месторождений и размером их типовых геологических структур.

РЕЛЬЕФ И МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Горы и долины - тоже геологические структуры, только современные. Месторождения существуют давно, но тем не менее они отражаются и в современном рельефе. Представим, что магнит зарыт в песок, а сверху мы посыпаем его железными опилками, которые расположатся вдоль контуров силовых линий магнитного поля. Безразлично, когда зарыт магнит - вчера или сто лет назад. До тех пор, пока магнит в песке, он будет воздействовать на железные опилки.

Любое месторождение - это аномальное скопление вещества одного типа с превышением над фоновым его содержанием иногда в два - десять раз (для железа), а иногда в тысячи раз (например, для висмута). Градиент, или скачок, в содержании вещества обязательно вызывает какие-то аномалии в окружающих физических полях. Значит, правомерно использовать аналогию с магнитом и полагать, что любое месторождение обладает неким полем, форма которого диктует геометрию типовых структур. И месторождение, образованное 500 миллионов лет назад, может влиять на нынешний рельеф, то есть горы и долины не должны его игнорировать.

Эту гипотезу можно тут же проверить. Взгляните на рисунок 5, а, там снова показано месторождение Тарнобжег в Польше, но на этот раз не на геологической, а на географической карте. Здесь абсолютные отметки около 200 м воспроизводят полуокружность S-структуры. На рисунке 5,б приведена замысловатая схема месторождения пирита Гроссето в Италии. Западная часть Средиземного моря - это впадина, так сказать перевернутая половина "миски", то есть геологическая Fe-структура. Полуокружность Тирренского моря (S-структура) со всех сторон окружена поднятием. Этот краевой вал породил Апеннинский полуостров и цепочку островов - Корсику, Сардинию, Сицилию.

К югу от Сардинии в Алжире залегает другое месторождение пирита Эль-Хамия. Его Fe-структура оконтуривает Сицилию, а геологическая S-структура окаймляет поднятие на северном побережье Африки. Вместе месторождения Грос-сето и Эль-Хамия дали взаимосвязанную систему прогибов и поднятий, четко отраженную на географической карте.

"Железную миску" представляет собой и Азовское море, обязанное своей формой Керченскому оксидному месторождению железа (рисунок 5, в). А знаменитое Соколовско-Сарбайское месторождение железа зримо проявилось в рельефе Южного Урала (рисунок 5, г).

Узнав что-то новое, любой человек хочет это объяснить. Чтобы объяснение было как можно более безукоризненным, я математически проанализировал кривые на карте, свойственные разным месторождениям. Математика поведала, что все они не что иное, как деформированные окружности. Нулевая деформация у самой окружности (по контурам месторождений нефти и газа ясно, что идеальная окружность свойственна водороду). Полуокружность (сера) - это средняя степень асимметрии. Кривая в виде железной миски - сильно деформированная окружность, а степень асимметрии контуров кислорода (лук) близка к предельной. И не получается ли, что все химические элементы в земной коре имеют форму окружности, но в разной степени деформированной? Иначе говоря, у элементов разная степень асимметрии. Если это так, то форма объектов и их химизм взаимно обусловлены.

Проверить это фантастическое положение можно, сравнив совсем разные объекты, но близкого химического состава. Давайте сравним контуры угольных месторождений (60-96% углерода) и листьев деревьев (45% углерода). Взгляните на рисунок 6, а - отлично видно, что листья боярышника каплевидны. Иногда лист членится, но его составляющие тоже каплевидны. Порой черешок расположен как бы с противоположной стороны, как у дуба, но общая каплевидная форма все-таки сохраняется. Каплевидны и кроны почти всех деревьев... Кружок на рисунке 6,6 показывает Воркутинское месторождение угля, которое лежит в основании "листа" пермского каплевидного прогиба (коричневый цвет на карте). Только здесь этот "листочек" длиной в 310 километров. Недалеко от Норильска залегают Кайерканское и Далдыканское месторождения угля. Здесь тоже выросли своего рода "листья". И вот что любопытно, реальные листья содержат не только углерод. Например, в листьях капусты довольно много фосфора и он тоже накладывает отпечаток на контуры капустного листа, но это уже другой, особый разговор.

НОВОЕ - ЭТО ХОРОШО ЗАБЫТОЕ СТАРОЕ

Статья подходит к концу, и пора подводить итоги. А они могут кое-кого шокировать. Но, как говорят, истина дороже. Итак, я полагаю, что каждый элемент в земной коре залегает в некой геометрической форме, и эта форма видна на карте. Молекулярные соединения порождают комбинации форм, и структура приобретает замкнутые контуры (природа геохимической связи между элементами). Месторождения тех или иных полезных ископаемых располагаются в одной и той же точке типовых структур, а запасы пропорциональны их размеру.

И чтобы еще раз напомнить, что новое - это хорошо забытое старое, стоит рассказать небольшую историю о бирюзе. В Средней Азии с горечью говорят, что единственный надежный критерий поисков на бирюзу - это древние выработки. Обладая массой приборов, нынешние геологи не могли понять, как их древние коллеги угадывали залегание бирюзы на глубине 50 м, хотя на поверхности никаких признаков бирюзы не было. Дудка (узкая щель) всегда точно вела к небольшому гнезду с бирюзой.

Когда не было геофизики, геохимии и геологических карт, все же кое-что было. Был рельеф. По-видимому, кто-то подметил особенности рельефа, связанные с тем или иным видом камней. По рельефу определяли тип полезного ископаемоего и координаты месторождений, а по размеру типовых структур - их запасы. Наверное так находили бирюзу, но секрет хранили под десятью замками, столь прочно, что в конце концов похоронили его вместе с теми, кто его знал. И сейчас, переоткрыв картину связи место рождений с морфологией земной коры, не стоит терять такого рода секреты во второй раз.

О ГЕОЛОГО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПОДРОБНЕЕ МОЖНО УЗНАТЬ ИЗ СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЙ:

Ли Сы-гуан. Вихревые структуры северо-западного Китая. М.: 1958, 130 с.

Миронов Ю. П. Геологические инварианты. В кн.: Методология геологических исследований, Владивосток, 1976, с. 141-150.

Уиссер Э. Связь оруденения с купольными структурами в Северо-Американских Кордильерах. В кн.: Проблемы эндогенных месторождений. Вып. 2. М.: Мир, 1964, с. 9-196.