Практическая геохимия

Роль геохимии исключительно многообразна, но наиболее важны три вопроса: а) поиски месторождений П.И.; б) выявление новых видов минсырья; в) решение практических вопросов сельского хозяйства и здравоохранения.

12.1. Роль геохимии в познании вопросов генезиса и поисков месторождений П.И.

При поисках М.П.И. используются различные методы: геологические, минералогические, геохимические, петрографические и др. Роль генетических вопросов исключительно велика, а следовательно исключительно велика роль геохимии во всех этих вопросах. Иногда роль геохимии занижается и отдается предпочтение геологическим и минералогическим аспектам. А между тем 3 (три) основных вопроса постоянно перед глазами любого исследователя М.П.И.: а) откуда и под влиянием каких причин химические «Э» вступают в рудные процессы; б) в каких основных формах мигрируют «Э»; в) какие причины ведут к концентрации «Э».

12.1.1. Месторождения П.И. после образования не остаются постоянными. Они изменяются, образуются ореолы рассеяния «Э». Поэтому надо пытаться изучить процессы изменения вещественного состава руд в виде залежей, месторождений и особенно процессы гипергенеза. Ореолы рассеяния – важнейший источник информации поискового характера.

12.1.2. Лабораторные методы исследования – ключ к пониманию процессов концентрации и рассеяния «Э». Химический состав пород, руд, их баланс, подсчет кларков «Э» и т.д.

Например, хорошо известно, что в гидротермальных месторождениях высоки кларки халькофильных «Э» и низки кларки сидерофильных «Э»; для осадочных руд, наоборот, высоки кларки сидерофильных «Э» (Fe, Mn, Сr) и пониженные халькофильных «Э» (Zn, Hg, а также Na, K, Si и др.).

12.1.3. Очень важный момент: существует связь месторождений П.И. с типами интрузий: а) с ультраосновными и основными типами Г.П. связаны месторождения группы платины, хрома, титана, меди и никеля, алмазов, корунда, талька и др.; б) с гранитами связаны М.П.И. – олова, вольфрама, молибдена и др., редких «Э». Особо богаты редкими «Э» ПЕГМАТИТЫ. – в) с щелочными породами связаны месторождения фосфора, циркония, ниобия и других «Э».

12.1.4. Существуют представления (Н.И. Гинзбург) в соответствии с которыми если материнская магма обогащена определенными «Э», то и все пегматитовые тела (продукция конечной стадии кристаллизации) так же будут обогащены этими «Э». «Э» повышенной концентрации не только образуют самостоятельные минералы, но и входят в качестве изоморфной примеси в состав других минералов.

12.1.5. Важнейший геохимический метод практического значения – составление геохимических карт и профилей с показом кларков химических «Э».

12.1.6. Важное значение имеют методы, основанные на изучении явлений миграции «Э» в зоне гипергенеза. «Э» мигрируют в трех формах: а) твердой; б) жидкой и в) газообразной. Образуются ореолы рассеяния («ОР»): от максимальных значений содержание «Э» вблизи рудного тела с убыванием по мере удаления от него. Выделяются ореолы (ОР) различного типа – механические, водные, газовые. Механические ОР – для платины, касситерита, вольфрамита, киновари и др. (концентрации определяются шлиховым методом) (аналогичны приемы и для обломочно-речного и валунно-ледникового методов).

Водные «ОР» - принципиально то же самое - улавливание повышенных концентраций «Э», но непосредственно в воде. Например, воды сульфидных месторождений специфичны: они в зоне окисления содержат большое количество ионов SO₄, Zn, Cu, Fe и др. Водные ореолы рассеяния широко используются при поисках нефти и газа. Анализируются содержания микроэлементов (сидерофильной и халькофильной группы органических кислот углеводородов (чаще всего ароматических)) содержащиеся в водах метана и его гомологов и т.д.

Глубинные месторождения ПИ могут проявляться на дневной поверхности в виде аномалий в распределении «Э». В последние годы стали сравнительно чаще использоваться наземные геохимические съемки, своего рода фиксация следов углеводородного «дыхания» недр на дневной поверхности (в природных сорбентах – илах, снеге, растительности и т.д.).

Вся дневная поверхность нашей страны некоторыми учеными разделена на провинции (А.И. Перельман, Ю.В. Шаркова и др.). В основу деления положены такие параметры как щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные особенности почв и вод, а в пределах провинций разделение велось по рельефу.

Газовые «ОР» изучаются применительно к поискам нефти, газа, радиоактивных руд (В.А. Соколов и др.). Известны такие методы как: а) газовый; б) битумный (люминисцентный, экстракционный); в) бактериологический; г) газовый каротаж; д) битумный каротаж (два последних по глинистому раствору, шламу, керну); е) эманационная съемка для радиоактивных «Э».

12.1.7. Биогеохимические методы поисков МПМ хотя широко не используются, но известны давно. Характер растительности меняется при поступлении в почву и воздух различных «Э». Известны, например, цветы (галмейская фиалка) растущие на почвах обогащенных Zn, салянка (почва обогащена NaCl) и т.д.

12.1.8. Роль геохимии в выявлении новых видов минерального сырья.

Многие «Э» и, в первую очередь, редкие и рассеянные совсем не образуют в Земной коре самостоятельных минералов (или образуют очень редко). Их находят попутно: рений находят в молибденовых месторождениях; гафний в циркониевых, кадмий и индий в полиметаллических рудах, германий в золе каменного угля и т.д. Именно эти ассоциации и позволяют геологам и геохимикам прогнозировать целые провинции редких и рассеянных «Э» и направлять их поиски в конкретные геолого-геохимические условия.

Теоретически неисчерпаемым источником получения различных «Э» являются обычные горные породы, содержащие их в форме крайнего рассеяния.

12.1.9. Геохимия в сельском хозяйстве и здравоохранении.

Главное – обоснование ресурсов и направления поисков того комплекса «Э» без которого не могут развиваться растения. Это не только такие широко распространенные «Э» как С, О₂, N, H, S, P, K, Fe, но и различные «микро Э» - J, B, Mn, Zn, Cu, и др. Отсюда задача геохимии: познание закономерностей распространения концентраций «Э» в ГП, почвах, водах, форм их миграции в биосфере. Это в свою очередь требует развития аналитической службы страны: ведь нужно для сельского хозяйства и особенно здравоохранения изучать концентрации не в кг, г, мг, а в сотых, тысячных и даже миллионных долях %. Обычные методы минералогии, петрографии уже не удовлетворяют, нужно совершенствовать такие методы как спектральный, полярографический, люминесцентный, массспектрометрический и др. Сейчас многие из этих методов, даже уже оправдавших себя на практике несколько забыты, а точнее ощущается недостаток финансирования этих важных научно-прикладных направлений. Но можно не сомневаться, что уже в самые ближайшие годы XXI века придется очень активно работать над этими проблемами. Человечество не сможет обойтись без результатов применения самых новейших (нанотехнологий в том числе) методов, способов и приемов в такой важнейшей науке современного естествознания как геохимия.

Заключение

В настоящем учебнике в краткой форме изложены материалы, позволяющие составить представление как о самых общих особенностях строения планеты Земля, так и составе отдельных ее частей (геосфер). Характеризуются особенности состава и свойств указанных объектов: распределение химических элементов, миграция последних, их ассоциации. Рассматриваются основные геохимические процессы в недрах Земли и ее наружных оболочках (гидросфера, атмосфера): магматизм, метаморфизм, гидротермальная деятельность, гипергенез. Особое внимание уделено вопросам образования различных полезных ископаемых. Анализируются теоретические и прикладные проблемы использования геохимических данных. Представлена тематика лабораторных работ по изучаемому курсу. Лабораторные работы в основном посвящены проблемам аналитических методов исследования отдельных составляющих природной геохимической системы п о р о д а – О В – в о д а – н е ф т ь (г а з) с уделением основного внимания тем методам, которые наиболее широко используются при решении нефтегазовых проблем.

Приводится перечень вопросов по этапам трехступенчатой аттестации знаний студентов. Впервые для курса «Геохимия» составляем так же перечень тестовых вопросов (95), дающих возможность компьютеризации проверки знаний, как при аттестации, так и решении контрольных задач.

Литература

 

1. Белоусов В.В. Земля, её строение и развитие. – Изд-во АП СССР, 1963, 247 с.

2. Вернадский В.И. Очерки геохимии. – Избран. труды, т. 1, изд-во АН СССР, 1962, 392 с.

3. Вернадский В.И. Биосфера. – Избран. труды, т. V, изд-во АН СССР, 1960, 374 с.

4. Виноградов А.П. Закономерности распределения химических элементов в земной коре. – Геохимия, №1, 1956, с. 44-51.

5. Войткевич Г.В. Происхождение и химическая эволюция Земли. – М., изд-во «Наука», 1973, 168 с.

6. Геология и геохимия нефти и газа. – Изд-во МГУ, издательский центр «Академия», 2004, 415 с. (авторы – Баженова О.К., Бурлин Ю.К., Соколов Б.А., Хаин В.Е.).

7. Гольдшмидт В.М. Кристаллохимия. – Химтеоретиздат, 1937, 62 с.

8. Заварицкий А.Н. Введение в петрохимию. – Изд-во АН СССР, 1944, 246 с.

9. Краткий справочник по геохимии. – М., изд-во «Недра», 1977, с. 184 (авторы – Войткевич Г.В., Мирошников А.Е., Поваренных А.С., Прохоров В.Г.).

10. Ниггли П. Магма и ее продукты. – Госгеолиздат, 1946, 90 с.

11. Сауков А.А. Эволюция факторов миграции элементов в геологической истории. – Изд-во АН СССР, серия геол., №2, 1961, с. 241-258.

12. Сауков А.А. Геохимия. – Изд-во «Наука», 1966, с. 487.

13. Ферсман А.Е. Геохимия. – Избран. труды, т. I-IV, изд-во АН СССР, 1959.

Содержание

 

Введение.............................................................. 3

1. Определение науки – геохимия. Периодический закон Д.И. Менделеева......... 5

2. Строение Земли........................................................... 12

3. Химический состав Земной коры............................................15

3.1. Наиболее распространенные элементы Земной коры............................15

3.2. Минералогический состав Земной коры...................................... 21

3.3. Происхождение Земли.....................................................21

3.4. Общий химический состав Земли............................................22

3.5. Состав атмосферы.........................................................22

3.6. Состав гидросферы........................................................22

4. Миграция химических элементов........................................... 27

5. Ассоциация элементов в Земной коре........................................30

6. Геохимия магматических процессов.........................................33

7. Геохимия метаморфических процессов...................................... 36

8. Геохимия гидротермальных процессов...................................... 40

9. Геохимия гипергенных процессов........................................... 44

10. Геохимия отдельных элементов............................................52

10.1. Геохимия кислорода......................................................52

10.2. Геохимия железа.........................................................55

10.3. Геохимия ртути..........................................................57

11. Историческая геохимия................................................... 59

11.1. Постоянство и изменяемость факторов миграции............................. 59

11.2. Эволюция Кларков элементов..............................................59

11.3. Эволюция энергетики Земли...............................................61

11.4. Изменение климатических условий.........................................62

11.5. Человечество как геохимический фактор.................................... 63

11.6. Ограниченность запасов элементов и пути их расширения..................... 64

11.7. Источники энергии будущего.............................................. 66

12. Практическая геохимия...................................................67

Заключение............................................................72

Литература............................................................ 73

Содержание............................................................74

Приложения...........................................................75

Приложение 1

Перечень лабораторных занятий по курсу

«Геохимия» для студентов второго курса по специальности «Геология нефти и газа»

 

 

№ п/п	Тема занятий	Кол-во часов
1.	Техника безопасности при проведении лабораторных работ по «Геохимии»
2.	Исследовательский геохимический комплекс, методы изучения составляющих природной системы порода – ОВ-вода-нефть (газ)
3.	Определение элементного состава нефтей, битумоидов и углеводородных фракций.
4.	Групповой состав рассеянного органического вещества (РОВ). Определение содержания битумоидов в породах.
5.	Кероген. Методика выделения. Определение влаги и золы
6.	Самостоятельная работа по 2-5 занятиям (выполнение контрольных работ)
7.	Расчет типа органического вещества по данным элементного состава керогена.
8.	Определение группового состава битумоидов методом жидкостной адсорбционной хроматографии. Определение битумоидных и углеводородных коэффициентов bхбнмп: bхбов, bувхб, bувнмп, bувов.
9.	Определение показателя преломления, плотности, молекулярной массы УВ фракций хлороформенного битумоида и отбензиненной нефти.
10.	Определение структурно-группового состав УВ фракций методом n-M, n-d-M.
11.	Самостоятельная работа по 7-8 занятиям
12.	Определение группового состава бензиновых фракций нефти
13.	Газо-жидкостная хроматография в геологии. Устройство и принцип работы хроматографа. Знакомство с аппаратурой (газожидкостный хроматограф «Хром-5», газо-адсорбционный хроматотермограф ХГ-1Г).
14.	Расчет хроматограммы н-алканов в нефти. Построение кривой распределения н-алканов.
15.	Анализ природных газов на хроматографе ХГ-1Г. Компьютерные расчеты в программе Zlab.
16.	Термические методы исследования керогена (Пиролиз – ДИП, пиролиз – ГЖХ).
	ВСЕГО	34 часа

 

Приложение 2