Основы промышленной классификации россыпных месторождений

Основы промышленной классификации месторождений полезных ископаемых заложены в отечественной геологии В.М. Крейтером в 1940 г. в первом издании его труда "Поиски и разведка месторождений....", подчеркивавшим, что при значительном генетическом разнообразии различных видов минерального сырья, обычно лишь весьма ограниченное их число формирует структуру запасов того или иного вида сырья и обеспечивает его добычу из недр. В зарубежной литературе одним из первых авторов, акцентировавших внимание на этом вопросе, был А.М. Бэтман.

"Нет необходимости запоминать тысячи разнообразных месторождений по каждому полезному ископаемому, но промышленные типы все геологи-съемщики, поисковики и разведчики должны помнить всегда” — писал В.М. Крейтер, подчеркивая значение существенных признаков, определяющих значение того или иного типа месторождений в качестве промышленного, и динамику их во времени.

Известно, что классификации в естественных науках, призванные устанавливать систему соподчиненности классов объектов, основываются на существенных признаках, но как раз собственно генетические классификации месторождений подчас не содержат таких существенных признаков, определяющих промышленную значимость объекта, и поэтому наиболее важных для решения практических задач — прогноза, поисков и разведки месторождений.

Предложенное В.M. Крейтером условное отнесение к промышленным такие типы месторождений, которые дают не менее 1% мировой добычи (обычно более 2-3%) того или иного вида минерального сырья, не утратило своего значения и в настоящее время. Этот же принцип сохраняется и при выделении промышленного типа месторождений в рамках отдельной страны, а иногда и отдельных регионов.

Впоследствии принцип выделения промышленных типов месторождений развивался В.И. Смирновым, И.Д. Коганом, В.А. Перваго, Г.П. Воларовичем, А.Б. Кажданом, а также в нормативных документах ГКЗ бывш. СССР, а применительно к конкретным видам сырья — в методических разработках ВИМСа, ЦНИГРИ, ИМГРЭ, и др. В этих работах базисные критерии промышленной (геологоэкономической, геолого-промышленной) классификации В.М. Крейтера фактически сохранялись, обрастая дополнительными деталями, прежде всего совокупностью экономических и горно-геологических показателей. Этот подход можно проследить в работах В.А. Перваго, который следующим образом сформулировал важнейшие критерии, определяющие условия промышленного освоения месторождений (на примере месторождений цветных металлов).

1) Состав и соотношение основных минеральных компонентов, обуславливающих ценность месторождений с учетом стоимости основных и попутных извлекаемых компонентов,

2) Способ технологической переработки руд, зависящий от вещественного состава, структурных и текстурных особенностей руд, размеров выделений полезных компонентов, наличия примесей, усложняющих процесс обогащения и металлургического передела концентратов.

3) Условия эксплуатации, зависящие от морфологии рудных залежей и горно-технических особенностей месторождения.

Масштабность месторождения, т.е. количество запасов основного компонента, обуславливающих окупаемость затрат на его освоение, рентабельность эксплуатации, сроки существования предприятия, их годовую производительность.

Близкие принципы присутствуют и в других промышленных классификациях. В частности Ф.Р. Апельцин указывает, что "Ведущими признаками в промышленной классификации (вольфрамовых) месторождений остаются их морфологические черты, масштаб оруденения и качественные особенности руд, определяющие технологию их разработки, обогащения руд и переработки (вольфрамовых) концентратов... Одним из показателей промышленного значения разных типов (вольфрамового) оруденения является уровень их освоения промышленностью". Сочетания морфологических особенностей месторождений и параметров рудных тел, обуславливающих условия их эксплуатации, с формационными признаками, определяющими мннералого-технологические свойства руд, использованы в промышленной классификации месторождений золота, предложенной Г.П. Воларовичем и Ю.А. Фогельман.

Сегодня часто под промышленными типами месторождений понимаются месторождения, разрабатывавшиеся, разрабатываемые или представляющие интерес в обозримом будущем. Развивая существующие взгляды, мы считаем целесообразным выделять, наряду с собственно промышленными типами месторождений (в понимании В.М. Крейтера), также потенциально-промышленные и перспективные типы месторождений, которые могут переходить в промышленные месторождения по мере научно-технического прогресса в оценке, освоении и рациональном использовании недр.

К потенциально-промышленным типам месторождений относятся месторождения, с разведанными запасами, для которых разработаны технологические схемы обогащения, технико-экономическими расчетами доказана рентабельность их отработки, но они не вовлечены в промышленное освоение. В современных условиях России основным показателем отнесения месторождения определенного типа к потенциально-промышленному типу, является их постановка на государственный баланс. Среди россыпных месторождений типичный пример лейкоксеновые песчаники ярегского типа.

Перспективно-промышленные типы месторождений — это месторождения новых геолого-генетических типов, находящихся В стадии изучения, месторождения с нетрадиционными видами сырья, для которых не разработана технология переработки, либо месторождения, характеризующиеся сложными горно-геологическим условиями, не позволяющими применять традиционные способы отработки. Среди россыпных месторождений это россыпи мелкого и тонкого золота в песчано-гравийных месторождениях, титан-цирконий-фосфатные россыпи унечского типа, магнезитовые и апатитовые россыпи и пр.

Чрезвычайно важно определить также один из важнейших показателей качества минерально-сырьевой базы россыпных месторождений — степени концентрации запасов в месторождениях различной крупности. До настоящего времени нет единого подхода в определении критерий отнесения месторождений к той или иной категории крупности. В.П. Орлов указывает, что "....целесообразна оценка месторождения в виде двух характеристик: запасов и мощностей годовой добычи, исходя из нормативного срока обеспеченности, Второй способ классификации возможен по критерию сопоставления с годовой добычей данного полезного ископаемого в стране и мире". Понятие крупности месторождения динамично во времени, будучи обусловлено природными возможностями с одной стороны, и потребностями народного хозяйства, с другой, причем роль второго фактора является определяющей. Например, указывается, что крупные месторождения по своим запасам ориентировочно должны соответствовать 0.5 годовой добычи страны и около 0.1-0.15 мировой добычи. Уникальные же месторождения — это единичные объекты, число которых в мире не превышает одного-двух десятков. Запасы одного такого месторождения как минимум должны быть сопоставимы с годовой добычей мира или страны на дату открытия месторождения.

Применяя эти принципы для классификации по крупности россыпных месторождений, к числу уникальных промышленных и потенциально-промышленных россыпных месторождений России и других стран СНГ можно отнести Ярегское россыпное месторождение титана (лейкоксена) (запасы соответствуют 13-летней годовой мировой добыче), Центральное месторождение титано-цирконневых песков (соизмеримы с четырехлетней мировой добычей), Эбеляхскую россыпь алмазов, Кондерское платинометалльное россыпное месторождение, Томторское редкометалльное месторождение "ультрабогатых руд", Тирехтяхское россыпное месторождение олова (0.8 мировой годовой добычи). К этой же категории относились ныне в значительной мере отработанные золотоносные россыпи-гиганты Бодайбо в Ленском и Чай-Юрья и Берелех в Колымском районе. В перспективе в эту категорию может попасть Западная россыпь олова на шельфе моря Лаптевых. В качестве примеров крупных месторождений можно привести среди россыпей золота — Маракан, Омчак, Ат-Юрях, Рывеем, россыпей олова — россыпи Депутатской группы, Одинокое россыпное месторождение, среди титано-циркониевых россыпей — Туганское, Обуховское и др. месторождения.

В геологии россыпей представления о промышленных (промышленно-генетических, геолого-промышленных) типах россыпных месторождений развивались для золота А.П. Божинским, Ю.П. Казакевич, И.Б. Флеровым и В.И. Куторгиным, для олова С.Ф. Луговым с коллегами, для редких металлов — С.И. Гурвичем, В.В. Бурковым, Н.А. Солодовым и др., для титана и циркония — В.С. Трофимовым, С.И. Гурвичем, В.А. Блиновым и др., для россыпей алмазов и других видов ювелирного и поделочного сырья — Б.И. Прокопчуком, Е.А. Киевленко и др. В этих типизациях, В соответствии с типом сырья и требованиями промышленности, использовались разные подходы (от собственно минерального или генетического до формационного к возрастного).

Очевидно, что как и для всех месторождений минерального сырья, группировка промышленных типов россыпных месторождений должна базироваться на представлениях о геологических телах (различной природы), характеризующихся определенной формой, размерами, вещественным составом (качеством продуктивных песков) и условиями залегания. Однако, генетическая принадлежность россыпей позволяет судить лишь об общих чертах строения россыпной залежи, распределения и формы нахождения в ней полезного компонента и вероятных масштабах месторождения. Как правило, в пределах одного минерального типа россыпей ведущее место принадлежит либо морфологии россыпных залежей, которая определяет систему разведки и геометрию разведочной сети, либо технологическим свойствам рудных песков и особенностям самих полезных минералов, определяющим условия обогатимости руд и области применения полезного компонента.

Рассмотрим, как реализуются различные факторы — процессы и условия, определяющие свойства россыпей, в формировании промышленных и потенциально-промышленных типов россыпных месторождений различных сырьевых групп и минеральных типов (табл.3.1).

Минеральный состав россыпей играет роль ведущего классификационного признака в том случае, когда россыпи определенного вида сырья образованы несколькими россыпеобразующими минералами, в равной мере используемыми как источник минерального сырья (иридистая платина, иридосмин и другие минералы ЭПГ в платинометалльных россыпях, вольфрамит и шеелит в вольфрамовых россыпях, ильменит и лейкоксен в собственно титановых россыпях, различные ювелирные и ювелирно-поделочные камни (ЮПK) в россыпях этой сырьевой группы). Следует однако учитывать, что строго говоря, что в случае платинометалльных россыпей и россыпей ЮПК мы имеем дело с источниками нескольких видов сырья (платины, иридия и осмия в россыпях платинометалльной группы, различных самоцветов в россыпях ЮПК).

Соотношение полезных компонентов играет важную роль при определении промышленной значимости большинства комплексных россыпей, в которых учитываются несколько полезных компонентов, особенно в следующих случаях.

(а) В комплексных (редкометалльно-титан-циркониевых) прибрежно-морских россыпях (ПМР), в которых, на фоне довольно стабильного набора россыпеобразующих минералов, обладающих близкой миграционной способностью, именно соотношения основных (циркон, рутил, ильменит) и попутных (дистен, ставролит, силлиманит, хромит, фосфаты, золото, эпидот, гранаты, кварцевый песок и др.) полезных компонентов определяют суммарную стоимость товарного продукта и целесообразность отработки месторождения.

(б) В некоторых полиминеральных россыпях ближнего сноса, образованных за счет комплексных руд коренных источников — в оловянно-вольфрамовых россыпях, в редкометалльных россыпях в связи с карбонатитовыми массивами, являющихся источником Nb, TH, Y, Sc, P (Томтор).

(в) В случае, когда потенциальная промышленная ценность россыпи достигается, если образующий ее рудный минерал сопутствует другому, более ценному полезному компоненту (куларит в золотых россыпях).

Одним из ведущих, чаще всего главным классификационным признаком при выделении промышленных типов россыпных месторождений многих мономинеральных россыпей ближнего сноса (золота, олова, киновари, некоторых редкометалльных, пьезокварцевых) являются условия их залегания, определяемые принадлежностью их к тому или иному морфогенетическому типу, под которым понимаются "совокупности россыпей определенного генезиса, характеризующиеся сходными условиями залегания, геоморфологической позицией, возрастом, морфологией, строением". Иными словами, особенности строения и эволюции формы-коллектора, определяющие условия концентрации и сохранности полезного минерала, — наиболее существенный фактор появления россыпи того или иного масштаба и морфологии. Можно привести следующие примеры: россыпи долин унаследованного развития, россыпи приразломных впадин, россыпи структурно-карстово-эрозионных депрессий и других — для золота, россыпи зон тектонических уступов, россыпи долин унаследованного развития, россыпи долин пенепленов, россыпи грабен-долин — для олова, россыпи погребенной ложковой сети — для пьезокварца, и др.).

Второй по значению признак в промышленной классификации многих мономинеральных россыпей ближнего сноса — технологические свойства песков, определяющие степень и способы извлечения полезного компонента. Этот признак становится ведущим при определении промышленной ценности труднообогатимых россыпей, требующих применения нетрадиционных способов извлечения полезного компонента и особых технологических схем, включающих, в частности, додрабливание, цианирование, кучное выщелачивание и пр., например, для: (а) высокоглинистых россыпей (признак, присущий большинству россыпей золотоносных кор выветривания, россыпям структурно-карстово-эрозионных депрессий); (б) россыпей, образованных мелким и тонким золотом и/или касситеритом (аллювиальные россыпи долин-грабенов с мелким и тонким золотом (МТЗ) куранахского типа; признак присущ также многим оловоносным россыпям прибрежно-шельфовой зоны), (в) россыпей со связанным полезным компонентом (типа оловоносной россыпи Одинокая). Для некоторых редкометалльных россыпей в связи с карбонатитовыми массивами, в силу весьма дисперсного характера выделения полезных компонентов, вообще применима только гидро-металлургическая переработка в сочетании с предварительной радиометрической сортировкой (пример: монацит-пирохлоровая россыпь Томтор).

Этот фактор довольно важен и для некоторых типов комплексных редкометалльно-титан-циркониевых россыпей, когда в силу присутствия в них некоторых минералов и необычности форм их нахождения осложняется технология получения рудных концентратов. Например, в россыпях с высоким содержанием хромита (хромшпинелидов) и железистых минералов (гематита), как это имеет место в Лукояновской россыпи, вместо ильменитового концентрата удается получать только специфический ильменит-хромит-гематитовый продукт со содержанием TiO2, Cr2O3 и Fe2O3 соответственно 30, 10 и 30%. Обогащение песков специфических фосфатсодержащих комплексных ПМР предусматривает применение флотационно-гравитационной схемы, а получение собственно рудных концентратов возможно только после гидрометаллургической обработки коллективного фосфатно-рудного концентрата.

В последние годы получены данные, свидетельствующие о том, что процессы россыпеобразования не ограничиваются простейшими механизмами гравитационного перераспределения и концентрации минералов, а включают в себя подчас сложнейшие геохимические преобразования, затрагивающие как вмещающие осадки, так и сами россыпеобразующие минералы. Это позволило сделать вывод о многообразии явлений геохимической эволюции россыпей, как на сингенетической стадии, так и пострудных. В некоторых случаях эти процессы являются определяющими для возникновения крупного россыпного месторождения. Как было установлено при изучении редкометалльных россыпей в связи с карбонатитовыми массивами Е.М. Эпштейном с соавторами, А.Д Коноплевым и и другими исследователями, специфические эпигенетические процессы, протекающие в определенных условиях в ископаемых погребенных россыпях, приводят к дополнительному высвобождению, привнесу и перераспределению части рудных компонентов и способствуют формированию таких уникальных по богатству россыпей, как “ультрабогатые руды” Томторского месторождения. Иными словами, для образования уникальных промышленных россыпей процессы эпигенетического преобразования могут стать определяющим фактором, от которого зависит не только масштаб оруденения, но и технологические свойства рудных песков.

Справедливости ради следует отметить, что И а других типах россыпей этот фактор играет важную роль, например в лейкоксеновых россыпях типа Яреги, где сам минеральный профиль месторождения сформировался, как предполагает В.А. Калюжный, в результате эпигенетического преобразования первичных титановых минералов в самой россыпи в присутствии углеводородов. В меньшей мере, но также заметно влияние этого фактора проявлено и титановых россыпях ближнего сноса, поскольку гипергенные преобразования ильменита (вынос железа и степень лейкоксенизации), в том числе в уже сформированных россыпях, сопровождаются снижением его магнитной восприимчивости, что усложняет технологию обогащения рудных песков. Кроме того, степень лейкоксенизации ильменита определяет и его использование, либо для получения титановых пигментов сернокислотным способом, либо для получение путем плавки титановых шлаков.

Выше мы уже останавливались на одном из фундаментальных понятий геологии россыпей — представлении о существовании двух крупных генетических категорий россыпей — россыпей ближнего сноса (автохтонных, локальных), тесно связанных с коренным источником и наследующим черты его состава, зональности и пр., и россыпей дальнего переноса (дальнего сноса и пере отложения, аллохтонных, региональных), образующихся за счет региональных коренных источников, часто за счет геологических формаций, не являющихся россыпеобразующими в строгом смысле слова, путем многократного переотложения полезного компонента. Как правило, этот признак, который мы определяем в таблице 3.1 как "связь с коренным источником", является общим для того или иного сырьевого класса россыпей и тем самым как бы выводится за рамки промышленной классификации. Однако имеются исключения.

Например, главным классификационным признаком алмазоносных россыпей, определяющим не только локальную позицию отдельных россыпей, распределение их продуктивности и качество самих алмазов, но и региональную позицию алмазоносных россыпных площадей, является как раз связь россыпей либо с локальным первоисточником (кимберлитовой трубкой), либо с промежуточным коллектором, подчас утратившим связь с массивами-первоисточниками. Все остальные условия, за исключением крупности самих алмазов, являются второстепенными либо малосущественными.

Характеризуемый признак весьма важен также для таких россыпей, как хромитовые, среди которых известны два полярно противоположных типа концентраций, обладающих потенциальной промышленной ценностью: валунные элювиально-склоновые россыпи в полях рудоносных массивов и хромитоносные комплексные ПМР, хромшпинелиды которых, имеющие крупность — 0.25 мм, пережили несколько этапов переотложения,

В янтарных россыпях многократное переотложение янтаря на пути миграции от первичных янтареносных пород — также важнейшее условие для приобретения им необходимых качеств как ювелирно-поделочного сырья. Как второстепенный признак характер связи с коренным источником проявляется также в редкометалльных лопаритовых и в железистых титаномагнетитовых россыпях, для которых характерны два типа концентраций: для первых — в непосредственном обрамлении массивов агпаитовых нефелиновых сиенитов и на значительном удалении от них в комплексных ПМР, образовавшихся за счет перемыва ледниковых и водно-ледниковых отложений; для второго — вблизи интрузивных базитовых массивов и в прибрежной зоне за счет разрушения вулканогенно-осадочных пород.

Следует отметить, что для большинства россыпей информация о самом коренном источнике также выносится за рамки промышленной классификации, за исключением тех случаев, когда коренной источник несет прямую информацию о промышленном типе россыпей (как, например, в группе редкометалльных россыпей). Вместе с тем всегда учитывается, что процессы мобилизации рудного вещества в коренном источнике могут являться определяющими для возникновения масштабных россыпных объектов с промышленными концентрациями полезных минералов. Такую роль бесспорно играют процессы гипергенной переработки материнского массива, обеспечивающие ту или иную степень высвобождения россыпеобразующих минералов. Именно они придают геологическим формациям, содержащим полезные минералы в виде рассеянной минерализации, часто в виде акцессориев, свойства россыпеобразующих формаций. Известно, что для многих россыпей "предподготовка" вещества в корах химического выветривания является необходимым условием последующего россыпеобразования.

Гораздо меньше внимания уделяется иным мобилизационным процессам, которые придают геологическим формациям свойства россыпеобразующих. Далее будет показано, что появление россыпеобразующей платинометалльной минерализации в ультрабазитовых массивах связано со стадией флюидно-метаморфогенного преобразования дунитов, в которой происходит обособление ЭПГ в виде вкрапленности или сегрегаций самостоятельных платинометалльных минералов. Только после прохождения этой стадии, зафиксированной в определенных минеральных ассоциациях, массив приобретает свойства коренного источника, а связанные с ним россыпи могут оцениваться как потенциально промышленный тип платинометалльных россыпей.

Этот фактор россыпеобразования не оценен достаточно широко в литературе и заслуживает специального рассмотрения. Однако, можно привести и другие примеры, свидетельствующие о его роли. Например, породы углеродисто-терригенной (черносланцевой) формации, являющиеся источником куларитовых россыпей, приобретают россыпеобразующие свойства на определенной стадии метаморфизма, когда аутигенные фосфаты, обогащенные РЗЭ, дегидратируясь, через стадию рабдофанита превращаются в метаморфогенный монацит (куларит).

Качество россыпеобразующих минералов как отличительный признак промышленной ценности россыпных месторождений может проявляться с нескольких сторон. Во-первых, это свойства самого минерала, в частности крупность и качество его выделений (кристаллов, моноблоков, агрегатов). Этот признак может выступать в качестве существенного и даже определяющего в алмазных россыпях, в россыпях ювелирных и ювелирно-поделочных камней, в россыпях пьезокварца, где цвет, прозрачность и другие оптические свойства, отсутствие (или, наоборот, присутствие) особых включений, повышающих качество сырья, размер и цельность кристаллов, отсутствие дефектных зон и прочие важнейшие показатели промышленной ценности месторождения.

Во -вторых, это качество рудных концентратов, в первую очередь, содержания и соотношения в них основных компонентов и лимитирующих примесей, определяющие способ переработки и область применения концентратов, а также наличие полезных примесей, извлекаемых в самостоятельный продукт на стадии металлургической переработки концентратов. Приведем следующие примеры.

Содержание титана в титаномагнетитовом концентрате определяет области его применения: при низком содержании TiO2 (до 4-6%) он используется как железорудное и ванадиевое сырье, а при более высоком (более 15%) может использоваться также как титановое сырье. Особенно важно качество концентратов для ильменитовых месторождений — в зависимости от уровня содержаний вредных элементов-примесей (Cr, Р) и шлакообразующих компонентов они используются либо для получения пигментного диоксида титана, либо — титановой губки. Лейкоксеновые концентраты крупнейшего в мире россыпного месторождения титана Ярега медленно вовлекаются в промышленное освоение как раз из-за отсутствия эффективно технологии его переработки: этот концентрат непригоден ни для плавки на шлак из-за высоких содержаний кремнезема, ни для сернокислотной переработки на пигмент из-за трудной вскрываемости лейкоксена, ни для получения искусственного рутила из-за низких содержаний железа. Для концентратов россыпей, используемых в натуральном виде, прежде всего цирконовых, главным потребителем которых является стройиндустрия (производство керамики, огнеупоров и пр.), одним из важнейших показателей качества является их радиоактивность (содержание эквивалентного Th). Это же касается и других концентратов (титановых, редкоземельных); например, по экологическим соображениям не будет разрабатываться одно из крупнейших месторождений в коре выветривания карбонатитов Тапира в Бразилии, анатазовые концентраты которого отличаются повышенной радиоактивностью.

С другой стороны, присутствие некоторых элементов-примесей в россыпных концентратах повышает промышленную ценность месторождения. Таковы ванадий в титаномагнетитовых концентратах, тантал — в касситеритовых, скандий и ванадий — в ильменитовых, гафний и скандий — в цирконовых и др.

Влияние горно-геологических условий и способа отработки россыпей на промышленную ценность месторождений наиболее наглядно проявляется в россыпях золота, отработка которых производится открытым раздельным, дражным, гидравлическим, а также подземным способами; соответственно рассчитываются и параметры кондиций. Роль этого фактора в настоящее время возрастает в связи с выявлением россыпей, расположенных в прибрежной зоне шельфа ниже уровня моря (прежде всего, оловоносных на шельфе Восточной Арктики), также для глубокозалегающих россыпей, которые предполагается отрабатывать способом скважинной гидродобычи (прежде всего, комплексных титано-циркониевых россыпей). Применение новых способов отработки, в частности, подземного выщелачивания на россыпях золота, может в значительной мере изменить представления о промышленной значимости некоторых типов россыпей, в настоящее время относимых к непромышленным.

Таким образом, многообразие сырьевых (и минеральных) видов россыпей, определяет разное значение отдельных факторов, влияющих на промышленную ценность россыпного месторождения. Это весьма усложняет и, с нашей точки зрения, делает нецелесообразной создание единой промышленной классификации россыпных месторождений. С другой стороны, отчетливые представления о ведущей роли того или иного фактора в определении потенциальной промышленной ценности россыпей той или иной сырьевой группы или минерального вида позволяет прогнозировать динамику появления новых перспективных, потенциально-промышленных и промышленных типов россыпных месторождений.