«Экономические аспекты геологии»

Геологические особенности

Основные драгоценные камни, названные выше, имеют простой состав. Алмаз сделан из углерода; жемчуг — это карбонат кальция; рубин и сапфир — это оксид алюминия — разновидности минерала корунда; изумруд — это кремнезем и глинозем с небольшим количеством оксида бериллия. Ничтожные проценты хромита, железа, марганца и других веществ часто ответственны за цвета в этих камнях. Углерод также составляет графит и является основным элементом в угле. Карбонат извести — основной компонент известняка и мрамора. Глинозем — основной компонент боксита, руды алюминия, и природных абразивов, наждака и корунда. Кремнезем, вещество обычного кварца, также составляет ювелирный кварц, аметист, опал, агат, оникс и т. д.

Большинство мировых алмазов поступает из месторождений Кимберли и Трансвааля в Южной Африке, где они встречаются в сильно разложившейся вулканической породе, называемой «синяя земля». Это порода тусклого, жирного вида, состоящая в основном из серпентина. Первоначально это был перидотит, встречающийся в жерлах или пробках старых вулканов, проникающих в углеродистые отложения. Когда порода добывается и рассыпается на поверхности, она разлагается в течение шести месяцев или года, что позволяет промывать ее и механически сортировать на предмет содержания алмазов. Количество породы, обрабатываемой на одной из крупных шахт, примерно равно количеству, обрабатываемому при эксплуатации огромного порфирового медного месторождения Бингем, Юта; годовую добычу алмазов с той же шахты можно было бы перенести в большом чемодане.

Алмазы были явно сформированы при высоких температурах и давлениях внутри магматических пород. Было высказано предположение, что магматическая магма могла получить углерод путем плавления углеродистых отложений, через которые она проникала, но доказательство этого трудно получить. Искусственные алмазы небольшого размера были изготовлены в электрической печи в условиях высокого давления, не сильно отличающихся от тех, которые, как предполагается, присутствовали в природе.

Выветривание и транспортировка пород, содержащих алмазы, привели к развитию алмазоносных россыпей. Южноафриканские алмазы были впервые найдены в речных россыпях, что привело к поиску их источника и его окончательному открытию под слоем почвы, который полностью покрывал материнскую породу. Доля алмазов, добываемых сейчас из россыпей, очень мала.

Алмазы Бразилии поступают из россыпных месторождений. Это основной источник черного алмаза, так широко используемого в алмазном бурении.

Соединенные Штаты не производят алмазы в коммерческом масштабе. Небольшие алмазы были найдены в массах перидотита в округе Пайк, Арканзас, но они имеют очень небольшую коммерческую ценность. Несколько алмазов были найдены в ледниковых наносах Висконсина и прилегающих штатов, что указывает на возможный алмазоносный источник где-то на севере, который еще не был обнаружен (стр. 317).

Жемчуг — это конкреции карбоната извести органического происхождения, которые встречаются в раковинах определенных видов моллюсков. Их цвет или блеск придается органическим материалом или внутренней поверхностью раковины, против которой формируется жемчужина. Основной запас поступает из Индийского и Тихого океанов, но некоторые из них встречаются в пресноводных мидиях Северной Америки, в Карибском море и на западном побережье Мексики и Центральной Америки.

С начала истории основным источником рубинов была верхняя Бирма, где камни встречаются в известняке или мраморе вблизи контакта с магматическими породами, ассоциированными с высокотемпературными минералами. Выветривание породы привело к развитию россыпей, из которых извлекается большинство рубинов. Сиам также является важным производителем. В Соединенных Штатах рубины были найдены в пегматитах в Северной Каролине, но эти драгоценные камни имеют небольшое коммерческое значение.

Сапфиры имеют тот же состав, что и рубины, и встречаются в тех же местах. Большинство сапфиров лучшего качества поступает из Сиама, где они встречаются в песчаной глине россыпного происхождения. В Соединенных Штатах сапфиры извлекаются из аллювиальных отложений вдоль реки Миссури недалеко от Хелены, Монтана, где, как предполагается, они произошли из даек андезитовых пород. В округе Фергус, Монтана, они добываются из разложившихся даек лампрофира (основная магматическая порода). В Северной Каролине сапфир был найден в пегматитовых дайках.

Основным источником высококачественных изумрудов являются Анды в Колумбии. Здесь они встречаются в кальцитовых жилах в битуминозных известняках, однако об их происхождении известно немного. Единственное другое месторождение изумрудов, имеющее коммерческое значение, находится в Уральских горах в Сибири. Изумруды были обнаружены в пегматитовых дайках в Северной Каролине и Новой Англии, но объемы добычи там незначительны.

Турмалин представляет собой сложный водный силикат алюминия и бора с переменным содержанием магния, железа и щелочей. Это довольно распространенный минерал в зонах силикатизации в известняках вблизи контактов с изверженными породами, но ювелирные разновидности турмалина встречаются главным образом в пегматитовых дайках. Они обладают широким разнообразием цветов, причем наиболее ценными являются красные и зеленые камни. Основными американскими производителями являются штаты Мэн, Калифорния и Коннектикут.

Бирюза — это гидратированный фосфат меди и алюминия. Она встречается в виде прожилков вблизи поверхности в измененных гранитах и других изверженных породах. Обычно она ассоциирует с каолином и часто с кварцем; считается, что она образовалась в результате поверхностных изменений. В Соединенных Штатах она добывается преимущественно в Неваде, Аризоне и Колорадо.

В целом основные ювелирные минералы, за исключением жемчуга и бирюзы, встречаются как первичные компоненты в интрузивных изверженных породах, обычно пегматитового или перидотитового состава. Сапфир, рубин, изумруд и турмалин также образуются в результате контактного метаморфизма осадочных пород вблизи изверженных пород. Выветривание разрыхляет первичные породы, что позволяет отделять драгоценные камни от вмещающей породы. При эрозии и переносе драгоценные камни концентрируются в россыпях.

СОЛЬ

Экономические особенности

Основное применение соли связано с консервированием и приправкой пищевых продуктов, а также с химической промышленностью. Химической промышленности соль необходима для производства многих соединений натрия, а также в качестве источника соляной кислоты и хлора. Второстепенное применение соли заключается в изготовлении глазури и эмали для керамики и металлических изделий.

Благодаря широкому распространению соли в континентальных отложениях, а также доступности рассолов океанов и соленых озер в качестве других источников, большинство стран мира либо обладают собственными запасами соли, достаточными для удовлетворения основной части своих потребностей, либо могут получать ее из соседних стран. Однако некоторые виды морской соли, предпочтительные для рыбоперерабатывающих предприятий и других потребителей, поставляются в отдаленные пункты. Около одной пятой всей соли, потребляемой в мире ежегодно, производится в Соединенных Штатах; другими крупными производителями являются Великобритания, Германия, Россия, Китай, Индия и Франция.

Соединенные Штаты производят почти весь объем соли, потребляемой внутри страны, причем этот объем растет очень быстрыми темпами. Соль добывается в четырнадцати штатах, но более 85 процентов общего объема добычи приходится на Мичиган, Нью-Йорк, Огайо и Канзас. Запасы практически неисчерпаемы.

Экспорт и импорт соли составляют очень незначительную часть промышленности Соединенных Штатов, причем каждый из них эквивалентен менее чем 5 процентам внутреннего производства. Большая часть импортируемого материала представляет собой грубую морскую соль, полученную путем солнечного испарения, которая, по мнению рыбо- и мясопереработчиков, практически незаменима в их отрасли. Импорт этой соли поступает из Испании, Италии, Португалии, а также Британской и Голландской Вест-Индии; во время войны из-за нехватки судов он был ограничен главным образом Вест-Индией. Значительный тоннаж специально подготовленной печной соли, востребованной маслоделами, импортируется из Ливерпуля, Англия. Существуют также небольшие объемы импорта из Канады, вероятно, из-за географического положения. Экспорт отечественной соли направляется главным образом в Канаду, на Кубу и в Новую Зеландию, а меньшие количества — практически во все части света.

Соль извлекается из соляных пластов двумя способами. Около четверти соли, производимой в Соединенных Штатах, добывается через шахты таким же образом, как уголь, при этом куски соли дробятся и сортируются по размеру точно так же, как уголь подготавливается для рынка. Однако большая часть продукции Соединенных Штатов получается путем закачки воды в пласты для растворения соли и откачки полученного рассола на поверхность, где он затем выпаривается. Значительное количество соли также извлекается из природных рассолов, которые представляют собой результат растворения каменной соли подземными водами, а также из вод соленых озер и океана.

Геологические особенности

Обычная соль образует минерал галит, состав которого — хлорид натрия. В природе он редко встречается в абсолютно чистом виде, а обычно смешан с другими солевыми материалами, такими как гипс и ангидрит, а иногда с солями калия и магния. Общее содержание хлорида натрия в месторождениях каменной соли, где нет примесей глины, составляет, вероятно, от 96 до 99 процентов.

Первоисточником соляных отложений являются натрий и хлор изверженных пород. При выветривании этих пород сода, будучи одним из наиболее растворимых материалов, выщелачивается и выносится подземными водами, в конечном итоге большая ее часть достигает моря. Хлор проходит аналогичный путь; однако количество хлора в обычных изверженных породах настолько ничтожно, что для объяснения количества хлора, присутствующего в море, считалось необходимым прибегнуть к вулканическим эманациям или какому-либо подобному агенту. Океанская вода содержит около 3,5 процента растворенных веществ по весу, более трех четвертей которых составляют компоненты обычной соли. Среди других растворенных материалов основными являются магний, кальций, калий и SO4 (радикал серной кислоты).

При испарении морской воды она насыщается различными солями в зависимости от их присутствия и относительной растворимости. В общем случае после испарения 37 процентов воды начинает выпадать гипс, а после испарения 93 процентов начинает отлагаться обычная соль. После того как большая часть обычной соли выпадает в осадок, остаточная жидкость, называемая «маточным раствором», содержит преимущественно концентрированные соли магния и калия. Дальнейшее испарение приведет к их осаждению, главным образом в виде комплексных солей, подобных тем, что найдены в месторождении Штассфурт (стр. 113).

Фактические процессы концентрации и осаждения в морской или другой соленой воде гораздо сложнее, чем указано в приведенной выше простой схеме. Растворимость каждой из присутствующих солей и, следовательно, скорость, с которой каждая из них будет кристаллизоваться по мере испарения, зависят от видов и концентраций всех других солей в растворе. Температура, давление, закон действующих масс и кристаллизация двойных солей — все это факторы, которые влияют на характер и скорость процессов и увеличивают их сложность. В течение большей части общего процесса несколько различных солей могут кристаллизоваться одновременно. Очевидно, что гипс может выпадать в осадок в некотором количестве, а затем внешние условия могут измениться так, что испарение прекратится или воды опреснятся до того, как начнет кристаллизоваться обычная соль. Этот факт может отчасти объяснить, почему гипсовые пласты распространены шире, чем пласты обычной соли. В то же время гораздо большее количество хлорида натрия по сравнению с сульфатом кальция в морской воде может объяснить большую мощность многих отдельных соляных пластов.

Считается, что испарение соленых вод, будь то из океана или других водоемов, стало причиной почти всех важных месторождений обычной соли. Этот процесс продолжался с кембрийского периода через все последующие геологические эпохи и может наблюдаться в действии сегодня в различных местах. Образованные таким образом соляные пласты залегают в переслаивании со сланцами, песчаниками и известняками и часто ассоциируют с гипсом. В широком масштабе они всегда имеют линзообразную форму, хотя сильно различаются по протяженности и мощности.

Необходимые условия для формирования обширных соляных пластов включают аридный климат и водоемы, которые по существу являются замкнутыми — либо в виде озер, лагун, либо в виде заливов моря с ограниченным выходом, — где испарение превышает приток пресной воды из рек, а циркуляция из моря недостаточна для разбавления воды и поддержания ее состава на уровне морской воды. В таких условиях растворенные соли в замкнутом водоеме концентрируются, и может происходить осаждение. Изменение условий, при котором происходит привнос ила или песка, либо отложение известковых материалов, с последующим возобновлением осаждения соли, приводит к переслаиванию соляных пластов со сланцами, песчаниками и известняками.

Однако для формирования очень мощных пластов соли, и особенно мощных пластов довольно чистого состава, этого простого объяснения условий недостаточно. Месторождения Мичигана и Нью-Йорка встречаются в пластах мощностью до 21 фута, причем в разрезе мощностью в несколько сотен футов присутствует значительное число отдельных пластов. Под месторождениями калийных солей Штассфурта обнаружены пласты обычной соли мощностью от 300 до 500 футов, а в других местах известны и более мощные пласты. Когда мы исследуем объем солей, отлагающихся из заданного объема морской воды, мы обнаруживаем, что он настолько мал, что для формирования 500 футов соли на заданной площади потребовался бы эквивалентный объем воды глубиной 25 000 футов. Поэтому одной из загадок геологии было определение точных физических условий, при которых происходило отложение этих пластов.

Одна из наиболее известных теорий, «барная» теория, предполагает, что отложение могло происходить в заливе, отделенном от моря баром. Предполагается, что морская вода могла поступать через бар или по узкому каналу, так что испарение в заливе примерно уравновешивалось притоком морской воды. Таким образом, соли из очень большого количества морской воды могли накопиться в небольшом заливе. По мере продолжения процесса соли становились бы все более концентрированными и выпадали бы в осадок большой мощности. Окончательное полное отделение бассейна от моря, например, в результате относительного поднятия суши, могло привести к полному высыханию и отложению калийно-магниевых солей, подобных тем, что найдены в Штассфурте (стр. 113).

Другое предположение для объяснения мощности некоторых соляных пластов заключается в том, что соли в очень большом водном бассейне могли, по мере испарения воды и сокращения бассейна, отлагаться большой мощностью в нескольких небольших депрессиях бассейна.

Другие авторы полагают, что некоторые мощные соляные отложения сформировались в пустынных бассейнах (без обязательной связи с морем) в результате интенсивного выщелачивания небольших количеств соли из предыдущих отложений и ее переноса водой в пустынные озера, где она выпадала в осадок по мере испарения озер. За длительный период времени в озерах могли накопиться большие количества соли, что привело к образованию мощных отложений. Такие гипотезы также объясняют те случаи, когда пласты обычной соли не сопровождаются гипсом, поскольку можно легко представить, что наземные потоки переносили хлорид натрия без заметного количества сульфата кальция; в океанских же водах, насколько известно, всегда присутствуют как сульфат кальция, так и хлорид натрия, поэтому следовало бы ожидать, что гипс будет сопровождать обычную соль.

Частичным объяснением некоторых больших мощностей, обнаруженных в соляных пластах, является то, что эти пласты, особенно когда они пропитаны водой, обладают высокой пластичностью и не способны сопротивляться давлению. При деформации вмещающих пород соляные пласты текут подобно вязким жидкостям и становятся тоньше на крыльях складок и соответственно утолщаются в гребнях и мульдах.

Следует упомянуть соляные месторождения побережья Мексиканского залива в Техасе и Луизиане из-за их исключительных особенностей. Они встречаются в виде низких куполов в третичных и более молодых песках, известняках и глинах. Были обнаружены вертикальные мощности соли в несколько тысяч футов, но структура известна только по результатам бурения. В некоторых из этих куполов также найдены нефть, гипс и сера (стр. 110). Изверженные породы в окрестностях не известны. Некоторые полагали, что месторождения сформировались горячими водами, поднимавшимися по трещинам от подстилающих изверженных пород, а выгибание пород вверх объяснялось по-разному: силой расширения растущих кристаллов, гидростатическим давлением растворов и лакколитовыми интрузиями. С другой стороны, единообразная ассоциация других соляных и гипсовых отложений с осадочными породами и отсутствие изверженных пород позволяют предположить, что эти месторождения могли иметь по существу осадочное происхождение и были изменены последующей деформацией и преобразованием. Происхождение остается неопределенным.

Другими минеральными отложениями, сформированными примерно в тех же условиях, что и соль, являются гипс, поташ, бура, нитраты и минералы брома; при изучении происхождения соляных месторождений следует также учитывать эти минералы.

ТАЛЬК И МЫЛЬНЫЙ КАМЕНЬ

Экономические особенности

Мыльный камень — это горная порода, состоящая главным образом из минерала талька. В обиходе термины «тальк» и «мыльный камень» часто используются как синонимы. Мягкость, жирность на ощупь, легкость обработки, а также устойчивость к нагреванию и воздействию кислот делают этот материал полезным для многих целей. Мыльный камень нарезают на плиты для ванн, лабораторных столешниц и других строительных нужд. Более тонкие сорта нарезают на карандаши для грифельных досок и ацетиленовые горелки. Молотый тальк или мыльный камень используется в качестве наполнителя для бумаги, красок и резиновых изделий, а также в электрической изоляции. Тонкие сорта используются для туалетной пудры.

Пирофиллит (гидратированный силикат алюминия) по некоторым своим свойствам напоминает тальк и используется примерно так же. Тонкие английские глины (стр. 85) иногда используются взаимозаменяемо с тальком в качестве наполнителя для бумаги.

Соединенные Штаты производят почти две трети мирового объема талька. Другими крупными производителями являются Франция, Италия, Австрия и Канада (Онтарио).

Соединенные Штаты независимы от внешних рынков в отношении основной части своего потребления талька, но некоторый тщательно подготовленный тальк высокого качества импортируется из Канады, Италии и Франции. Италия является нашим основным источником талька для фармацевтических целей, хотя в последнее время эти потребности в значительной степени обеспечиваются высококачественным тальком из Калифорнии. В Соединенных Штатах Вермонт и Нью-Йорк являются ведущими производителями талька, а Виргиния — плит из мыльного камня. Запасы велики.

Геологические особенности

Тальк — это гидратированный силикат магния, как и серпентин, минерал, с которым тальк тесно ассоциирует. Оба являются обычными продуктами изменения магнезиальных силикатных минералов, таких как оливин, пироксен и амфибол. Тальк также образуется в результате перекристаллизации магнезиальных карбонатов.

Месторождения талька состоят из линз и полос в метаморфических известняках, сланцах и гнейсах древнего возраста. Сам тальк обычно сланцеватый, как и вмещающие породы, и в значительной степени является продуктом механического перетирания. В некоторых случаях тальк также образуется в результате изменения изверженных пород без перетирания — как в случае с крупными месторождениями талька и мыльного камня в Виргинии, которые являются результатом довольно полного изменения основных изверженных пород, таких как перидотиты и пироксениты.

Известно, что тальк образуется в результате выветривания магнезиальных силикатов в поверхностных условиях, но частое нахождение основных месторождений в высококристаллических породах, которые подверглись обширному глубинному метаморфизму, является указанием на то, что действовали процессы, отличные от выветривания. Высказывалось предположение, что причиной этого были горячие восходящие растворы, но без особых доказательств. Более правдоподобным объяснением для многих месторождений является то, что тальк образуется в результате динамического метаморфизма или скалывания нечистых магнезиальных карбонатов (как в высокомагнезиальных известняках), при этом процесс приводит к удалению углекислого газа и перекристаллизации остатка. Некоторые месторождения талька, например, в Онтарио, отчетливо показывают следы первичных плоскостей напластования известняка, пересекающих кливаж талька, и порода несет все признаки того, что она сформировалась таким же образом, как обычный сланец. Тальк и сланец — почти единственные минеральные продукты, которые обязаны своей ценностью главным образом динамическому метаморфизму.

ГЛАВА XIV

РАЗВЕДКА И ОСВОЕНИЕ

Общие отношения геолога к разведке и освоению

Экономический геолог более жизненно заинтересован в разведке и освоении, чем в любой другой фазе своей работы. Это ближе всего к его специальной области. Здесь присутствует захватывающий элемент приключения и случайности. Здесь есть возможность объединить все его знания геологии и экономики для практической цели. Результат, скорее всего, будет определенным в ту или иную сторону, что дает количественную меру точности научных рассуждений, которая придает остроту его усилиям. Недостаточно просто представить правдоподобные обобщения; за научными выводами быстро следует либо доказательство, либо опровержение. Постоянно помня об этой проверке, ученый чувствует необходимость в самой строгой верификации своих данных, методов и принципов.

Общий успех применения геологии в разведке и освоении подтверждается быстрым ростом спроса на такие услуги в последние годы и той большой ролью, которую они играют почти во всех систематических и крупномасштабных операциях. Иногда высказывается аргумент, что многие минеральные месторождения были найдены без геологической помощи и что, следовательно, геолог излишен. Ответ на этот аргумент заключается в том, что на одного геолога часто приходится сотни «практических» исследователей в поле, и что в пропорции к численности история выглядит совсем иначе. Сам факт того, что многие крупные горнодобывающие организации в результате своего опыта теперь оставляют эти вопросы разведки и освоения в значительной степени в руках геологов, является данью полезности этой науки. Также следует помнить, что не все применения геологии осуществляются геологами. Трудно найти старателя или исследователя, который не усвоил бы эмпирически некоторые элементы геологии, и локально этого может быть достаточно. Очень часто люди, которые гордятся званием «практических старателей», являются теми, у кого самый большой запас самодельных геологических теорий.

Во время бума разведки нередко спекулянты и промоутеры пытаются преуменьшить значение геологических соображений, когда они противоречат их планам. Броская фраза «поспорить с геологом» имеет широкую привлекательность из-за инстинктивного предпочтения практического в противовес теоретическому. Если бы публика остановилась, чтобы заметить характер поддержки, стоящей за геологом, включая, как это бывает, более крупных и успешных операторов, она не была бы так готова принять этот подтекст.

Можно упомянуть еще один аспект этого вопроса. Вряд ли найдется в мире нефтяное месторождение или горняцкий лагерь без заветной традиции о том, что до открытия минеральные возможности были оценены геологами неблагоприятно, — опять же подразумевая, что успех был обусловлен здравым смыслом мозолистого старателя. Эти традиции сохраняются вопреки благоприятным геологическим отчетам, опубликованным до открытия; они являются естественным выражением инстинктивного недоверия к любому знанию, которое выходит за рамки эмпирического опыта. Во многих случаях открытия были сделаны задолго до того, как геологи появились на сцене. В других случаях, возможно, один или два геологических отчета были неблагоприятными, в то время как многие были благоприятными. В совокупности не может быть сомнений в том, что в пропорции к масштабу использования геологические советы имели более чем свою долю успеха.

Даже при самых благоприятных условиях шансы против успеха отдельной буровой скважины или подземной разработки, скорее всего, будут выше, чем шансы на успех. Геолог может не изменить этот основной баланс; но если он сможет уменьшить неблагоприятные шансы хотя бы на несколько процентов, его наем оправдан на чисто коммерческих основаниях.

Вышеприведенные комментарии относятся к добросовестной геологической работе компетентных ученых. Геологическая профессия, как и многие другие, страдает от большого количества плохо подготовленных людей и многих тех, кто присвоил себе звание геолога без каких-либо реальных оснований, — которые могут сделать многое, чтобы дискредитировать профессию. Сама новизна области затрудняет проведение четкой границы между квалифицированными и неквалифицированными людьми. С дальнейшим развитием профессии это состояние, скорее всего, улучшится (см. стр. 427-428).

Настолько нова крупномасштабная прикладная геология в разведке и освоении, и настолько разнообразны научные методы подхода, что трудно наметить конкретный курс для студента, который подготовит его ко всем возможностям, которые у него могут появиться позже. По опыту автора, как в преподавании, так и в практике, единственный безопасный курс для студента — это широкая подготовка по чисто научным направлениям. С этим багажом он сможет позже адаптироваться к большинству специальных условий, встречающихся в полевой практике.

Частично исследованные территории против нетронутых

Выбирая район для работы, геолог-исследователь будет естественно учитывать различные факторы, упомянутые в последующих параграфах; но естественный первый импульс — отправиться туда, где никого еще не было, и держаться подальше от старых основных горнодобывающих лагерей, исходя из предположения, что такие земли были тщательно исследованы и что их геологические условия, влияющие на разведку, полностью поняты. Можно с уверенностью сказать, что очень немногие минеральные районы полностью поняты и исследованы. Многочисленные важные открытия последних лет были сделаны в расширениях старых шахт и старых районов; и если учесть масштаб даже самых обширных горных выработок по сравнению с огромным объемом пород, доступных для разведки, ясно, что так будет продолжаться еще долгое время. По мнению автора, экономический геолог имеет по крайней мере такие же шансы на успех в разведке в старых районах, как и в новых полях. Природа чрезвычайно изменчива и экономна в предоставлении мест, благоприятных для добычи полезных ископаемых; в добывающем районе геологические условия доказали свою правильность, и исследователь начинает здесь с этим общим прагматическим преимуществом. Исследователь здесь имеет еще одно большое преимущество: собрано много важной информации, которую можно встроить в его план операций. Он может начать, научно и практически, там, где остановился другой человек. Один из самых известных экономических геологов утверждал, что чем больше было сделано предыдущей работы, тем лучше, потому что это давало ему больше инструментов для работы. Не существует такой вещи, как «снятие сливок» с геологической проблемы; поиску новых знаний не видно конца.

Такое отношение к проблеме разведки также оказалось выгодным с деловой или финансовой стороны. Успешный спонсор минеральных предприятий однажды заметил, что его лучшая разведка проводилась с задней площадки личного вагона, — имея в виду, что этот способ передвижения доставил его в центр важной горнодобывающей деятельности, где шансы на большой финансовый успех показывали лучший процент, чем при более общей и разнообразной разведке.

Использование всей доступной информации

Эффективная научная разведка требует использования всей доступной информации, относящейся к конкретному району. Это может показаться слишком очевидным, чтобы требовать упоминания, однако наблюдение за методами исследователей, кажется, призывает к предупреждению против довольно распространенной тенденции идти в поле, не будучи подготовленным тщательным знанием предыдущей работы. Легко забыть или упустить из виду какое-то исследование, проведенное много лет назад; или предположить, что такая работа устарела и не имеет особого значения при применении новой мысли и метода, которые являются основой веры и уверенности каждого нового геолога-исследователя. Изучение отчетов по старому лагерю показывает, как часто молодые поколения игнорировали результаты старых. Многие из тех же элементарных истин переоткрываются последующими поколениями после больших усилий, которые можно было бы сэкономить с помощью надлежащего ухода и изучения предыдущей литературы и картографирования.

В отдаленных частях мира существующая информация, относящаяся к разведке, может быть минимальной. Однако во многих старых горнодобывающих лагерях и во всех цивилизованных странах тщательное исследование обычно выявляет значительный спектр полезной информации, относящейся к территории, подлежащей исследованию. В Соединенных Штатах естественный путь, которому следует следовать, — это тщательный поиск в отчетах Геологической службы США, Бюро горного дела, различных государственных служб, университетов и частных организаций (поскольку эти отчеты доступны), а также в технических журналах и отчетах технических обществ, чего-либо, относящегося к району, подлежащему исследованию. Даже если не удается найти конкретный отчет или карту, обычно можно найти общие карты или отчеты, которые могут быть полезны.

Сотрудничество в разведке

Конкуренция в разведке часто создает атмосферу подозрительности и скрытности, которая крайне неблагоприятна для совместных усилий. Отдельные лица и компании могут сильно навредить себе желанием играть в одиночку и неспособностью воспользоваться обменом информацией. Это действие может быть основано, особенно со стороны крупных горнодобывающих компаний, на предположении, что они знают все необходимое о проблеме и что постороннему нечего добавить. Финансовые и другие условия могут требовать такого отношения; но в значительной степени это результат темперамента, как ясно видно из разницы в методах, которым следуют разные группы и в разных горнодобывающих районах. С научной точки зрения это отношение вряд ли может быть оправдано, учитывая чрезвычайно узкие пределы человеческих знаний по сравнению с научной областью, подлежащей исследованию. Сумма знаний из всех источников — лишь малая часть того, что необходимо для наиболее эффективных результатов. Взаимный обмен информацией и обсуждение обычно оправданы на основе одного только личного интереса, не говоря уже о большем интересе для горнодобывающего района, страны или науки.

Национальные и государственные службы прилагают значительные усилия для получения записей бурения. В некоторых случаях они имеют законную власть требовать эту информацию, особенно в связи с оценкой для налогообложения и законами «о голубом небе». В большем числе случаев записи бурения получают путем добровольного сотрудничества с исследователями. Тем не менее значительное количество записей не передается в государственные органы, и некоторые из них теряются навсегда. Даже там, где записи передаются в государственную организацию, они в большинстве случаев не являются непосредственно доступными для исследователей.

Публичная регистрация всех записей бурения является весьма желательной процедурой в интересах развития минеральной промышленности в целом. Таким образом можно избежать огромного количества ненужного дублирования. Запись буровой скважины, даже если она пустая, может иметь огромное значение при интерпретации будущих разработок и должна быть зарегистрирована так же тщательно, как выписка из земельного кадастра. Имущественное право исследователя на такую информацию может быть и обычно защищается путем удержания записи от публичного ознакомления до тех пор, пока не пройдет достаточно времени, чтобы дать ему полную возможность использовать информацию в своих интересах.

Возможности для сотрудничества со специалистами государственных организаций практически безграничны. Эти организации, вероятно, обладают накопленными данными и опытом, охватывающими длительные периоды и обширные территории, которые частный исследователь обычно не может надеяться воспроизвести. При надлежащих ограничениях эта информация может быть доступна для общественного пользования. Хорошей иллюстрацией текущих совместных усилий такого рода является глубокая разведка нефти в известняке Трентон в Иллинойсе. Обнажения и другие конкретные признаки недостаточны для локализации этого бурения; но информация по широким геологическим и структурным линиям, которая была собрана ранее Геологической службой Иллинойса, достаточна для того, чтобы с помощью сравнительно небольшого количества неглубокого бурения можно было определить локус более благоприятных структурных условий. В этом случае Служба направляет первоначальную разведку, которая финансируется частным капиталом.

Экономические факторы в разведке

Подход к проблеме разведки очень часто определяется местными требованиями и условиями; но если подойти к проблеме издалека и сохранить широкую перспективу, первым шагом было бы рассмотрение того, что можно назвать экономическими факторами. Предположим, что геолог волен выбирать свою область разведки. Очевидным предварительным шагом является исключение из рассмотрения минеральных товаров, которые не пользуются устойчивым или большим спросом и сильно зависят от рыночных условий, или которые в остальном не очень хорошо расположены коммерчески. Фундаментальных факторов много и они сложны. Они включают текущую природу и будущие возможности иностранной конкуренции, внутреннюю конкуренцию, сорта, необходимые для удовлетворения конкуренции, стоимость транспортировки, стоимость добычи в местных условиях — включая соображения труда, климатических и топографических условий, — вероятность увеличения или уменьшения спроса на продукт, возможные изменения в металлургической или обогатительной практике (такие как те, которые сделали возможной добычу низкосортных порфировых медных руд), размер уже имеющихся запасов и законы о недрах в отношении собственности и регулирования. Большинство этих факторов обсуждается довольно подробно на других страницах. Изучив экономические условия, ограничивающие разработки хромита, никеля или олова в Соединенных Штатах, исследователь может колебаться, стоит ли двигаться в этих направлениях, — ибо он обнаружит, что прошлый опыт не дает больших надежд на количества и сорта, эквивалентные тем, что доступны в других странах, и что мало вероятности тарифов или других искусственных мер для улучшения внутренней ситуации. До и во время войны коммерческие условия могли показать желательность охоты за пиритом, но более недавние события в ситуации вызывают некоторые сомнения в этой процедуре. Идти вперед вслепую в таком случае, исходя из предположения, что рынок пирита каким-то образом сам скорректируется, не было бы обоснованной разведкой. Опять же, при рассмотрении разведки меди в этой стране следует учитывать уже большие запасы, разработанные далеко впереди вероятного спроса, что требует, чтобы любые новые открытия были очень выгодно расположены для конкуренции. В нефти, с другой стороны, очень краткий обзор экономических факторов ситуации указывает на желательность разведки. Сравнительная нехватка запасов свинца в настоящее время предполагает еще одну благоприятную область для разведки.

Короче говоря, прежде чем начнется фактическая полевая разведка, разумное рассмотрение экономических факторов может во многом способствовать сужению области и сосредоточению усилий на прибыльных направлениях. Если смотреть широко, этот результат обычно достигается естественным действием общих законов спроса и предложения; но существует много отдельных случаев неверно направленных усилий, под влиянием провинциальных условий, которых можно было бы легко избежать при более широком подходе к проблеме.

Геологические факторы в разведке

Переходя к геологическим аспектам разведки, процедура на ранних стадиях снова является процессом исключения. Нефть и уголь, например, встречаются в определенных отложениях определенных возрастов, и их не стали бы искать в районе гранита. Для каждого минерального ресурса существуют широкие геологические условия такого рода, особенно генетические, структурные и метаморфические условия, которые позволяют исключить из рассмотрения обширные территории и сосредоточиться на относительно небольших площадях.

После исключения неблагоприятных районов наступает охота за положительно благоприятными геологическими условиями — за определенным видом осадочной или изверженной породы, за определенной структурой, за правильным видом минералогических и метаморфических условий или за правильной комбинацией этих и других геологических элементов. Геологические соображения, используемые при разведке различных минеральных месторождений, настолько многочисленны и разнообразны, и они требуют такой большой корректировки и интерпретации в их местном применении, что было бы действительно опрометчиво пытаться сделать что-либо в виде исчерпывающего обсуждения. Едва ли практически возможно сделать что-то большее, чем наметить для иллюстративных целей несколько геологических факторов, наиболее часто используемых в разведке.

Минеральные провинции и эпохи

Минеральные месторождения могут быть сходными по своим минералогическим и геологическим характеристикам и отношениям на значительной площади. Они могут свидетельствовать о том, что развивались в одних и тех же общих условиях происхождения; возможно, они могут даже быть одного геологического возраста. Золото-серебряные месторождения Голдфилда, Тонопы, жила Комсток в Вирджиния-Сити и многие другие месторождения по всей территории Большого Бассейна на юго-западе Соединенных Штатов и в Мексике имеют групповые характеристики, которые привели геологов к тому, чтобы называть эту область «металлогенической» или «металлографической» провинцией. Золото-серебряные руды на западном склоне Сьерра-Невады, почти на всей протяженности Калифорнии, также составляют металлогеническую провинцию. Медные руды озера Верхнее на южном берегу озера Верхнее, серебряные руды на северном берегу, разнообразные мелкие месторождения медных, серебряных и золотых руд к востоку от озера Верхнее, никелевые руды Садбери и серебряно-никелево-кобальтовые руды района Кобальт — все они характеризуются сходными группами минералов (хотя и в сильно различающихся пропорциях), сходными геологическими ассоциациями, сходным возрастом и, вероятно, сходными условиями происхождения. Эта область является металлогенической провинцией. Свинцово-цинковые руды долины Миссисипи составляют еще одну такую провинцию. Нефтяные месторождения основных полей характеризуются общими геологическими условиями на огромных площадях (стр. 149), которые также могут рассматриваться как образующие минеральные провинции; для них использовался термин «нефтеносные провинции». Список можно было бы продолжать бесконечно. Знание таких групповых распределений минералов является ценным активом для исследователя, поскольку оно имеет тенденцию локализовать и направлять поиск определенных классов руд в определенных провинциях; также внутри провинции оно говорит исследователю, чего следует нормально ожидать в отношении видов и нахождений минеральных месторождений. При поиске минералов осадочного происхождения исследователь будет использовать стратиграфические методы при следовании за определенными осадочными горизонтами. При поиске руд, связанных с изверженными интрузиями, он естественно будет охотиться за интрузиями, а затем следовать по периферии интрузий в поисках доказательств минерализации, принимая во внимание возможные особенности зонального расположения минералов вокруг интрузивов (см. стр. 42-44) и предпочтение руд определенным легко замещаемым горизонтам, таким как известняки, или определенным плоскостям или зонам трещиноватости.

Точно так же, как минералы могут быть сгруппированы по провинциям, они могут быть сгруппированы по геологическим возрастам. Такие группировки особенно полезны в случае минералов, которые тесно связаны с определенными стратиграфическими горизонтами, такими как уголь, нефть и железо. Большее число продуктивных угольных месторождений Соединенных Штатов относится к каменноугольному периоду, и распределение отложений этого возраста довольно хорошо понятно из общего геологического картографирования. Клинтонские железные руды следуют одному общему горизонту в нижне-среднем палеозое. Железные руды озера Верхнее являются докембрийскими, и более трех четвертей их встречаются на одном горизонте в докембрии. Золотые месторождения Соединенных Штатов формировались главным образом в докембрии, раннем мелу и третичном периоде. Медные месторождения Соединенных Штатов формировались главным образом в докембрийское, меловое и третичное время. Хотя существует много исключений и модификаций для общих классификаций такого рода, они, по-видимому, выражают существенные геологические факты, которые могут быть очень полезны при локализации разведки.

Классификация минеральных земель

В последние годы получило значительное развитие практика классификации минеральных земель в заданных районах для целей разведки и оценки или для целей формулирования и администрирования государственных законов. Это делалось как частными интересами, так и правительством. Эти классификации учитывают все установленные геологические и экономические факторы. Классы обозначенных минеральных земель варьируются в зависимости от минерала, района и цели, для которой производится классификация.

Обычная процедура для целей коммерческой разведки заключается в разделении земель данной территории на три группы — (1) земли, которые определенно перспективны для разведки полезных ископаемых, (2) земли с сомнительными возможностями и (3) земли, в которых возможности полезных ископаемых настолько незначительны, что они могут быть исключены из практического рассмотрения. Каждый из этих классов может быть подразделен для специальных целей. Другая часто используемая классификация: (1) доказанные минеральные земли, (2) вероятные минеральные земли, обычно прилегающие к добывающим шахтам, (3) возможные минеральные земли и (4) коммерчески неперспективные минеральные земли.

Классификация государственных минеральных земель правительственными агентствами подробно обсуждается Джорджем Отисом Смитом и другими в бюллетене Геологической службы Соединенных Штатов. [37] Цели, методы и результаты этой классификации должны быть знакомы каждому исследователю. Нигде больше нет такого огромного массива информации практической ценности. Цитируя из этого отчета:

Изучение земельных законов показывает абсолютную необходимость какой-либо формы сегрегации земель на классы как предварительного условия для их распоряжения. Сельскохозяйственная запись не может быть сделана на землях, содержащих ценные минералы, ни угольная запись на землях, содержащих золото, серебро или медь; земли, включенные в пустынные записи или выбранные по Акту Кэри, должны быть пустынными землями; расширенные усадебные земли не должны быть восприимчивы к успешному орошению; россыпные заявки не должны приниматься из-за их ценности древесины или их контроля над водотоками; и земли, включенные в строительный камень, нефть или соляные россыпи, должны быть более ценными для этих минералов, чем для любой другой цели. Так через всю схему американских земельных законов проходит необходимость определения использования, для которого лучше всего подходит каждый участок.

Для этой цели Геологическая служба провела обширную классификацию угольных земель, земель нефти и газа, фосфатных земель, земель, несущих поташ и связанные с ним соли, металлоносных минеральных земель, разнообразных неметаллических минеральных земель и водных ресурсов. Объем работы может быть указан факторами, которые учитываются. Например, уголь исследуется в отношении его характера и теплотворных качеств (откуда происходит его ценность), количества, мощности, глубины и других условий, которые влияют на стоимость его добычи. Металлоносные минеральные земли рассматриваются в отношении общей геологии, вмещающей породы, интрузий и метаморфизма, структуры, обнажений и развалов жил, перспектив и шахт, образцов и истории региона.

Классификации такого рода часто оказывались полезными для крупных владельцев земли как основа для разумного решения проблем продажи, налогообложения и предоставления прав исследователям. Из-за отсутствия этой элементарной информации в некоторых кругах существовала робость в отношении сделок с крупными владениями из-за страха расстаться с возможным будущим минеральным богатством, — с результатом, что такие участки содержатся с большими затратами и практически исключены из области разведки. К той же причине можно отнести некоторые долгие задержки со стороны правительства в открытии земель для минеральной записи или в выдаче патентов на земельные гранты.

Обнажения минеральных месторождений

Многие минеральные месторождения были найдены, потому что они выходят на поверхность; открытия могли быть случайными, или им могли способствовать соображения геологических факторов. Все еще существуют обширные неисследованные районы, в которых минеральные месторождения, вероятно, будут найдены выступающими на поверхности. Однако для большей части мира поверхность была настолько тщательно изучена, что легкие поверхностные открытия были сделаны, и будущее, вероятно, увидит большее применение научных методов к земле, где обнажения не рассказывают очевидную историю. Минеральные месторождения могут не выходить на поверхность из-за покрытия выветрелой породой или почвой, ледниковыми отложениями или более молодыми образованиями (поверхностными изверженными потоками или отложениями), или обнажение месторождения может быть настолько изменено выветриванием, что дает мало подсказок непосвященным о том, что находится внизу. Минеральные месторождения, сформированные в более старые геологические периоды, в большинстве случаев были глубоко покрыты более поздними отложениями и изверженными породами. Такие месторождения находятся в пределах досягаемости разведки с поверхности только в местах, где эрозия частично или полностью удалила более позднее покрытие. Иллюстрация этого условия представлена в районе Большого Бассейна в Неваде, где рудные тела были покрыты более поздними лавовыми потоками. Рудоносные районы — это просто острова, обнаженные эрозией в огромном море лавы и поверхностных отложений. Вне разумного сомнения, гораздо больше месторождений покрыто таким образом, чем обнажено, и не будет преувеличением сказать, что подавляющая часть минерального богатства земли, возможно, никогда не будет найдена. Там, где рудоносный горизонт обнажен эрозией на поверхности, подземные операции могут следовать за этим горизонтом далеко ниже покрывающих пород; но, в конце концов, такие операции географически малы по сравнению с обширными площадями, над которыми покрывающие породы не дают никаких подсказок о том, что находится внизу. Одной из главных проблем экономической геологии на будущее является развитие средств для разведки на территориях такого рода. Начало было положено в различных районах путем использования разведочного бурения в сочетании с интерпретацией всех геологических и структурных особенностей. Открытие одного из крупнейших никелевых месторождений в районе Садбери в Канаде было сделано путем разведочного бурения для установления общих геологических особенностей в районе, настолько глубоко покрытом, что он давал мало подсказок о правильном месте для атаки.

Некоторые иллюстративные случаи

Использование обнажений в нефтяной разведке было отмечено на других страницах (стр. 146-147).

Обнажения угольных пластов могут быть найдены в складчатых или глубоко эродированных районах. По большей части, однако, и особенно в районах с горизонтально залегающими породами, присутствие угля выводится из стратиграфических доказательств и из общего характера геологического разреза, который был определен обнажениями ассоциированных пород или информацией, доступной в какой-то отдаленной точке. Структурное картографирование угольных пластов на основе обнажений и буровых скважин упоминалось (стр. 126-127).

Железные руды очень устойчивы к растворению. Там, где они твердые и компактные, они имеют тенденцию образовывать заметные обнажения, а там, где они мягкие, они могут быть довольно хорошо покрыты глиной и почвой. В оледенелых районах, таких как регион озера Верхнее, обнажения железной руды гораздо менее многочисленны из-за покрова дрифта. Некоторые из более твердых железных руд районов Маркетт, Гогибик и Меномини в Мичигане и района Вермилион в Миннесоте местами выступают через ледниковый дрифт, и эти руды были первыми и наиболее легко найденными. Гораздо большее число месторождений железной руды озера Верхнее, включая великие мягкие месторождения хребта Месаби в Миннесоте, не выходят на поверхность. С другой стороны, «железная формация», или материнская порода руды, твердая и устойчивая, и обнажения многочисленны. Гематитовые руды Бразилии имеют много общих черт с рудами озера Верхнее по возрасту и нахождению, но они не были покрыты ледниковыми отложениями. Обнажения железной руды большие и заметные, и поверхность на этой территории дает некоторое представление о том, как мог выглядеть регион озера Верхнее до того, как пришли ледники. Некоторые из мягких железных руд латеритного типа, как на Кубе, выходят на поверхность на огромных площадях, где их топографическое положение таково, что эрозия не смела их. На эрозионных склонах они встречаются редко. Клинтонские железные руды юго-востока Соединенных Штатов свободно выходят на поверхность.

Некоторые из свинцово-цинковых месторождений долины Миссисипи выходят на поверхность в виде различных смесей оксида железа, галенита, кремня и глины, хотя они редко выступают над общей поверхностью. Старые свинцовые хребты Висконсина и Иллинойса, найденные на поверхности столетие назад ранними исследователями и торговцами, послужили отправными точками для более глубокой разведки, которая локализовала цинковые месторождения. Эрозионные каналы свободно обнажили эти рудные тела, и в месторождениях Висконсина-Иллинойса большинство найденных до сих пор руд ограничены окрестностями этих каналов. Однако большее число свинцово-цинковых месторождений долины Миссисипи покрыто выветрелым материалом или останцами перекрывающих отложений, в результате чего для их локализации необходима подземная разведка.

Сульфидные месторождения в целом, включая те, что несут золото, серебро, медь, свинец, цинк и другие металлы, имеют много общих черт обнажения. Сульфид железа, обычно присутствующий в этих рудных телах, на поверхности окисляется до лимонита, в результате чего старатели ищут окрашенные железом породы. Эти окрашенные железом породы по-разному называют «госсан», «железная шляпа», «колорадо» или «eiserner Hut» (железная шляпа). Госсан, вероятно, будет сопротивляться эрозии и будет заметен на поверхности, — хотя это в значительной степени зависит от относительной устойчивости вмещающих пород и от того, является ли жильная порода твердым материалом, таким как кварц, или каким-то материалом, который выветривается быстрее, таким как известняк или изверженная порода. Госсан не часто несет большую ценность, хотя он может показывать следы минералов, которые предполагают, что может быть найдено внизу. Золото, серебро и свинец нелегко выщелачиваются из поверхностных обнажений. Медь и цинк выщелачиваются гораздо легче, и в обнажении могут обнаружить свое существование только следами окрашивания. Поэтому нередко случается, что медные и цинковые месторождения находятся путем нисходящей эксплуатации окисленных золотых, серебряных и свинцовых руд. Жилы в Бьютте сначала разрабатывались на серебро, а рудные тела в Бингеме, Юта, и Джероме, Аризона, сначала добывались на золото. Исключительно, медная руда в обогащенной, окисленной форме выходит на поверхность, как в Бисби, Аризона.

Не всегда верно, что ценные сульфидные месторождения имеют окрашенный железом выход на поверхность, поскольку в некоторых из них сульфид железа или пирит настолько редки, что поверхностные выходы могут быть представлены светлыми глинистыми и кремнистыми породами.

Серебро в выходе на поверхность часто представлено хлоридом серебра или кераргиритом, которые легко идентифицировать. Поиск таких поверхностных руд иногда называют «хлорированием».

Присутствие в выходе на поверхность темных оксидов марганца, ассоциированных с жильным кварцем, иногда указывает на наличие в глубине меди, цинка и других минералов, как, например, в Бьютте.

Обширные изменения вмещающих пород в виде окварцевания и серицитизации, а также присутствие таких минералов, как гранат, турмалин, диопсид и другие, которые, как известно, обычно отлагаются теми же горячими растворами, что формируют многие рудные месторождения, могут служить ключом к разведке на глубине. Однако эти характеристики вмещающих пород, вероятно, будут замаскированы в выходе на поверхность более поздним выветриванием, которое накладывает каолинитовое или глинистое изменение.

Топография и климат как вспомогательные средства при поиске выходов минералов на поверхность

Топографическое выражение минерального месторождения зависит от его твердости и устойчивости к эрозии по сравнению с прилегающими породами. Если оно более устойчиво, то будет выделяться на поверхности; если менее устойчиво, то образует понижение. Условия, определяющие устойчивость, чрезвычайно изменчивы, и никаких широких обобщений сделать нельзя; но в пределах локальной провинции определенная группа минеральных месторождений может характерно образовывать понижения или гряды, и поэтому топографические критерии могут быть весьма полезны при разведке. Даже при таких ограничениях вариации топографического фактора могут быть настолько велики, что требуют большой осторожности при его использовании. Сульфидные руды в кварцитах, вероятно, будут образовывать понижения в результате эрозии. В известняках они, скорее всего, будут выделяться в рельефе из-за более мягкого характера известняка, хотя это не всегда подтверждается. Кристаллические магнетит и гематит более устойчивы к эрозии, чем почти любой другой тип породы, и выделяются на поверхности с пропорциональной частотой.