Поиски глин и каолинов

Прежде чем приступить к поискам глин или каолинов, необходимо тщательно проанализировать имеющийся материал по геологии и полезным ископаемым района намечаемых поисков. При анализе следует выяснить, имеются ли в районе поисков геологические образования, среди которых возможно наличие крупных скоплений глин или каолинов, какое положение занимают эти образования в стратиграфическом разрезе, в каких пунктах территории поисков они достигают наибольшего развития и находятся в наиболее благоприятных транспортных, горнотехнических и экономических условиях. Особое внимание необходимо обратить на действующие или ранее работавшие в районе поисков горные предприятия по добыче глин и каолинов, кустарные разработки их местным населением. He меньшее внимание должно быть уделено и разработкам залежей углей, бокситов и других полезных ископаемых, генетически или парагенетически связанным с глинами и каолинами.

При проектировании поисковых работ необходимо четко знать области использования глин или каолинов, а также требуемое количество запасов не только в суммарном выражении, но и для каждой возможной области их применения.

Основой успешного проведения поисковых работ на глины и каолин являются геолого-литологические карты, отражающие развитие глин или каолинов на территории намечаемых поисков, мощность благоприятных для образования глин или каолинов образований, их литологический состав и основные элементы тектоники районов.

Для поисков месторождений, связанных с корой выветривания, необходимо иметь геолого-петрографическую карту материнских пород. При отсутствии таких карт первой стадией поисковых работ должна быть геологическая съемка, по результатам которой и имеющимся по району поисков других материалов полезно составить прогнозную карту, а также карты отдельных перспективных стратиграфических горизонтов и изонахит коры выветривания.

Геологические предпосылки и поисковые признаки. Наиболее благоприятными участками для формирования и сохранения залежей каолиновых глин и каолинов в древних корах выветривания являются структуры древних и молодых платформ — щиты, антеклизы, антиклинали и куполовидные поднятия, а также области возрожденной складчатости. Отмечается развитие каолиновых кор выветривания и в геосинклиналях, где они приурочены преимущественно к жестким глыбам и антиклинальным структурам. Залежи остаточных элювиальных каолинов и глин тяготеют к зонам сочленения крупных антиклинальных и синклинальных структур, нередко осложненных глубинными разломами. Новейшие тектонические структуры как пликативные, так и дизъюнктивные, образовавшиеся после формирования залежей полезного ископаемого, следует рассматривать как фактор, препятствующий или способствующий сохранению месторождений от размывов. В пределах отрицательных новейших структур обычно происходит захоронение и консолидация кор выветривания, в то время как положительные структуры лишены площадных кор выветривания и могут содержать лишь линейные.

В некоторых регионах (например, на Кольском полуострове) проявления каолинов связаны исключительно с линейной корой выветривания, развивающейся по ослабленным зонам, контактам, разломам. Залежи здесь имеют вид отдельных карманов, следующих вдоль линий тектонических нарушений. Наличие коры выветривания двух типов предопределяет дифференцированный подход к поискам каолина и глин в продуктах выветривания. На каолин перспективны только линейные коры выветривания, и задача поисков их месторождений сводится к выявлению этих кор, распределение которых определяется с одной стороны дизъюнктивной тектоникой, а с другой — характером выветривающихся пород. Наиболее глубокие карманы каолиновой коры выветривания возникают в зонах разломов среди гнейсов, слюдяных и хлоритовых сланцев, особенно при крутом их залегании. При прочих равных условиях линейные коры выветривания лучше сохраняются там, где пенеплен наименее деформирован, т. е. поиски на каолин должны проводиться на равнинных частях щита. Площади горных массивов, сформированных в неотектонический этап развития, на каолин не перспективны. В площадной коре выветривания могут быть встречены отложения формовочных глин.

В общем виде основные поисковые признаки, используемые для обнаружения месторождений первичных каолинов, сводятся к следующему: 1) наличие древних пенепленов, на которых развиты древние коры выветривания преимущественно мезозойского возраста; 2) приуроченность месторождений главным образом к крыльям древних антиклинальных структур (в зонах их сочленения с синклинориями), характеризующихся развитием докаолиновой разломной тектоники; 3) связь высококачественных первичных каолинов с гранитоидными лейкократовыми породами, главным образом микроклиновыми и плагиоклазовыми гранитами и связанными с ними аплито-пегматитовыми и мигматитовыми образованиями; 4) преимущественная приуроченность каолиновых залежей к районам, не затронутым эрозионной деятельностью; 5) условия умеренно-теплого гумидного климата.

Для прогноза гидротермальных месторождений каолинов наиболее важными являются следующие факторы: 1) приуроченность их к областям молодой (альпийской) складчатости и вулканизма; 2) формирование залежей каолинов в областях молодого вулканизма при обязательном наличии кайнозойских эффузивных и субвулканических пород кислого состава; 3) наличие региональных глубинных разломов, вдоль которых формируются липаритовые и дадитовые фации; эти разломы обычно проявляются в виде гряд и зон; 4) наличие тектонических нарушений и трещиноватость вулканических толщ, которые служат подводящими каналами для поствулканических термальных растворов; 5) высокая пористость отдельных горизонтов кислых эффузивных пород (чаще всего туфов).

Благоприятными условиями для образования месторождений осадочных вторичных каолинов являются (по В.И. Сивоконю): 1) наличие внутриплатформенных, внутрищитовых и прилегающих к щитам впадин, выполненных континентальными осадками, иногда с бурыми углями, 2) наличие древних каолиновых кор выветривания около указанных впадин или наличие продуктов пере-отложения этих кор, чаще всего каолин-кварцевых песков; 3) приуроченность залежей каолинов к юрской, нижнемеловой, палеогеновой и неогеновой эпохам.

Особых поисковых признаков, присущих огнеупорным и формовочным глинам, нет. Их следует искать на участках широкого развития глинистых отложений карбона, мела, юры, палеогена и неогена, а формовочные глины, кроме того, могут быть встречены и в других стратиграфических подразделениях, начиная от низов кембрия до неогена включительно. Однако среди пермских отложений встречены лишь немногочисленные месторождения легкоплавких формовочных глин монтмориллонит-бейделлитового или гидрослюдисто-монтмориллонитового состава на Украине и в Поволжье. В отложениях триаса месторождения формовочных глин вообще не обнаружены. Четвертичные образования, несмотря на обилие глин, также не заключают формовочных глин высокого качества, что объясняется преобладанием в них гидрослюд, примесью пылеватых и песчаных частиц. He богаты качественными глинами и отложения девона.

При поисках месторождений глин основное значение имеют изучение всех естественных и искусственных обнажений по берегам рек, склонам балок и оврагов, а также сведения об их разработке. Признаками, указывающими на наличие глин, служат также заболоченность местности, ее малорасчлененный рельеф, наличие родников по берегам рек, склонам балок и оврагов. Условиями, благоприятными для образования формовочных бентонитовых глин, являются щелочная или слабощелочная среда осадконакопления, спокойная гидродинамика бассейна, равнинность прилегающей суши, общая тектоническая вялость региона. В общем случае осадочные месторождения бентонитовых глин следует искать в районах существования внутриконтинентальных полуморских бассейнов, в той части разреза их отложений, которая соответствует стадии максимального развития трансгрессии, т. е. стадии стабилизации тектонических движений.

Общие поиски на глины, как правило, проводятся путем проходки маршрутов, которые располагаются по берегам рек, склонам оврагов, и балок, т. е. на участках наиболее вероятного выхода глин на дневную поверхность. Обязательно при этом обследуются все имеющие на площади поисковых работ искусственные обнажения. Если естественных и искусственных обнажений нет или их недостаточно, а также в тех случаях, когда склоны балок и оврагов, берега рек оползли, проходятся расчистки, неглубокие шурфы или буровые скважины. Следует иметь в виду, что нередко естественные обнажения и старые искусственные выработки вследствие оползания и загрязнения глин не дают действительного представления об их мощности и качестве. В этих случаях имеет смысл (на некотором расстоянии от выхода глин) пройти шурф или буровую скважину. При слабой обнаженности территории поисков перед проходкой наземных маршрутов целесообразно произвести аэровизуальные наблюдения. Полет по намеченным маршрутам на небольшой высоте, с тщательным осмотром предположительно перспективных толщ позволит уточнить положение участков наибольшей обнаженности и найти пути подхода к ним.

Густота маршрутов и количество точек наблюдения на них зависят от многих природных факторов, из которых главнейшими являются обнаженность района поисков, наличие на его площади карьеров, шахт, штолен и других искусственных выемок, геологическое строение района, предполагаемый тип месторождения, которое можно выявить в результате поисков, условия залегания глиносодержащих толщ. Каких-либо рекомендаций по числу точек наблюдения, необходимых для освещения общими поисками обследываемой территории, дать нельзя. В общем случае их должно быть достаточно для того, чтобы охарактеризовать мощность глинистых отложений, установить их стратиграфическую приуроченность, по возможности разделить на отдельные литологические слои или пачки, определить глубину залегания глин. Для этих целей И.М. Огинский считает достаточным 2—3 наблюдения на 1 км2 опоискованной площади. Приемы проведения общих поисков на глины в остальном не отличаются от приемов крупномасштабной геологической съемки.

Месторождения каолинов обычно находятся в закрытых, слабо обнаженных районах. В результате отсутствия или малочисленности выходов каолина на дневную поверхность поиски их чаще всего осуществляются методом площадной съемки или маршрутов с широким использованием проходимых выработок — шурфов, дудок и буровых скважин. При выборке системы расположения точек наблюдения необходимо учитывать рельеф местности, а при поисках первичных каолинов кроме того, — элементы залегания коренных материнских пород и их состав. При поисках каолинов, связанных с площадной корой выветривания, точки наблюдения целесообразно располагать по квадратной или другой равномерной сети выработок. Каолины, связанные с линейной корой выветривания, а также с аллювиальными отложениями рекомендуется искать методом маршрутов, располагаемых вкрест тектонических зон или древних долин, к которым они приурочены. При определении плотности точек наблюдения необходимо учитывать возможный генетический тип месторождения и масштабы залежей.

В.И. Сивоконь рекомендует очень крупные залежи каолинов площадного типа, а также залежи, приуроченные к отложениям крупных озерных бассейнов, вскрывать по квадратной или ромбовидной сети от 800х800 до 1200х1200 м. Мелкие залежи линейного типа могут прослеживаться профилями через 200—300 м, со сгущением точек наблюдения в профилях в 2—4 раза в зависимости от формы залежи и ее ширины в разрезе.

Общие поиски глин и каолинов необходимо производить на основе топографических планов и геологических карт соответствующего масштаба. Общие поиски огнеупорных и формовочных глин обычно проводятся на картографической основе масштаба 1:100 000—1:50 000, поиски каолинов — на основе карт и планов масштаба 1:50 000—1:25 000.

Для поисков глин и каолинов целесообразно широко применять геофизические методы. Разнообразие генетических типов месторождений глин и каолинов, различие в минеральном составе полезного ископаемого, характера вмещающих пород обусловливают различную эффективность отдельных методов геофизических исследований в разных условиях. Это обстоятельство обусловливает необходимость уже на стадии общих поисков выбрать наиболее рациональный комплекс геофизических работ.

Как показывает опыт, при поисках глин и каолинов наилучшие результаты дают методы вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и симметричного электропрофилирования в различных их модификациях и сочетаниях. На стадии общих поисков на каолиновые глины обнаружение наиболее крупных их залежей возможно методом ВЭЗ и двухразностного электропрофилирования. При поисках глинистых отложений, залегающих на коренных карбонатных породах, в основном используется метод ВЭЗ и симметричного электропрофилирования. В относительно сложных геологических условиях (в которых, например, находится Даш-Салахлинское месторождение бентонитовых глин) применяется комплекс исследований, включающий электроразведку (ВЭЗ, среднего градиента, КЭП) и магнитометрию. Электроразведка методом КЭП применяется для выявления, трассирования и определения угла падения тектонических трещин и зон, выполненных каолинами, огнеупорными и тугоплавкими глинами.

Для установления мощности вскрышных пород, предварительного оконтуривания крупных тектонических зон и площадей развития коры выветривания гранитоидов среди основных пород могут применяться вертикальное электрозондирование, гравиметрия, магнитометрия и др.

Детальные поиски проводятся на перспективных участках, выявленных в результате общих поисков или в известных районах развития глин и каолинов, чаще всего на площадях, прилегающих к разведанному месторождению. Необходимость в постановке детальных поисков возникает и в том случае, когда общими поисками выявлено несколько перспективных участков развития глин и для выбора наиболее благоприятного из них требуется проведение дополнительных исследований.

При выборе участков для постановки детальных поисков необходимо учитывать не только геологические факторы, но и горноэкономические и транспортные условия освоения выявленных месторождений.

Методика проведения детальных поисков принципиально не отличается от методики проведения общих поисков. Перспективные участки или зоны пересекаются более плотной сетью маршрутов, сопровождающихся проходкой большего числа горных выработок или буровых скважин.

При поисках глин, в зависимости от сложности геологического строения, плотность точек наблюдения (обнажений, выработок) должна составлять 5—10 на 1 км2. Поэтому расстояния между линиями маршрутов обычно изменяются от 0,5 до 1 км, а расстояния между точками наблюдения на них не превышают 0,5 км. При выявлении точек, в которых глины по своему качеству, мощности пластов и условиям залегания представляют промышленный интерес, расстояния между маршрутами и точками наблюдения на них целесообразно сократить вдвое. Все выработки необходимо проходить на полную мощность полезного ископаемого. Детальные поиски глин проводятся, как правило, на основе топографических планов и геологических карт масштаба 1:50 000—1:25 000, на которые инструментально привязываются все точки наблюдений.

При детальных поисках месторождений каолинов и огнеупорных глин иногда для уточнения формы залежи и ее размеров точки наблюдения располагаются на двух взаимно перпендикулярных линиях. Обе линии продолжаются до полного выклинивания залежи. При поисках первичных каолинов все выработки должны проходиться до их углубления на 1—2 м в материнские коренные породы. Детальные поиски каолинов обычно осуществляются в масштабе 1:25 000—1:10 000.

При поисках глин и каолинов с помощью буровых скважин очень важно правильно выбрать диаметр бурения. Практика показывает, что оптимальным конечным диаметром, обеспечивающим получение ненарушенного керна, является диаметр 101—130 мм. На стадии детальных поисков применяются все виды геофизических исследований, оправдавшие себя на стадии общих поисков. Кроме того скважины перед их закрытием должны быть подвергнуты гамма-каротажу, а керн — радиометрированию.