Климатические условия могут определять место поиска определенных поверхностных минералов. Бокситы и латеритные железные руды, например, как известно, тяготеют к тропическому климату. При разведке этих минералов климатический фактор должен применяться в сочетании с уже упомянутыми топографическими соображениями, и оба они, в свою очередь, — в сочетании с характером вмещающей породы, определяемым общими геологическими съемками. Сочетание климатических, топографических и других физико-географических условий может также использоваться при разведке определенных типов остаточных глин.
Размер и глубина рудных тел, определяемые по выходу на поверхность
Там, где рудное тело тверже окружающей породы, оно выделяется в виде заметных выходов и, вероятно, сужается с глубиной. Там, где оно мягче окружающих пород и выходит на поверхность в топографическом понижении, оно, возможно, скорее будет расширяться с глубиной. Эти особенности обусловлены общими фактами: там, где рудное тело твердое и устойчивое, процесс эрозии вглубь, вероятно, будет замедляться в местах, где прилегающие породы занимают большую часть поверхности, то есть там, где рудное тело уже. Этот принцип часто смутно осознается в предположении, что исключительно крупный выход рудной жилы может быть «слишком хорош, чтобы быть долговечным». Опять же, такое обобщение должно применяться к конкретному случаю с большой осторожностью.
Попытки прогнозировать глубину жил по их протяженности на поверхности имеют лишь частичный успех. В самом общем смысле большая протяженность по горизонтали предполагает протяженность в глубину на том основании, что сечение, обнаженное на поверхности, с такой же вероятностью является сечением со средними размерами, как и сечение вдоль вертикальных линий.
Вера — первый пункт в кредо старателя, и трудно поколебать его убеждение, что любой рудный выход должен расширяться и улучшаться с глубиной. Как выразился франко-канадский старатель в районе Кобальт: «жильный кальцит не может идти вверх, он должен идти вниз». Хотя у ученого могут быть основания сомневаться в этом рассуждении, он нечасто находится в положении, позволяющем предложить определенные отрицательные доказательства.
Использование россыпей при прослеживании выходов минералов
Выходы рудоносных пород иногда могут быть обнаружены путем прослеживания россыпного месторождения до его источника, или путем отслеживания обломков руды в «наносах» на склонах гор до места их происхождения, или путем обнаружения обломков руды в ледниковых отложениях. Присутствие рудного минерала в россыпи естественно ставит вопрос о том, откуда он взялся. Если это молодая россыпь, может быть сравнительно легко проследить русла потоков до верховьев, которые поставляют основную массу осадочного материала, и там обнаружить жилу в коренном залегании. Проблема осложняется множественностью притоков и большими размерами водосборных площадей. В таких случаях тщательное промывание и опробование гравия через частые интервалы может показать, какие из нескольких притоков привносят наибольшее количество ценных компонентов, и тем самым может дополнительно локализовать область поиска. Многие важные горнодобывающие районы, включая Бьютт, Бисби, регион Мозер-Лод в южной Калифорнии, алмазные месторождения Африки и другие, были найдены путем прослеживания россыпей таким образом. В случае более древнего россыпного месторождения, где топография и дренаж сильно изменились с момента его формирования или где месторождение было перекрыто более поздними осадками, проблема, конечно, гораздо сложнее.
Гораздо меньшие признаки, чем промышленно ценное россыпное месторождение в рыхлых поверхностных породах, могут положить начало поискам коренного месторождения. Один фрагмент руды в «наносах» естественно направляет внимание вверх по склону, а повторение фрагментов в определенном направлении может безошибочно привести к источнику. Фрагменты могут даже сами по себе не иметь ценности, а состоять из обломочного материала выщелоченного выхода — например, оксидов железа или марганца, которые из-за своего красного или черного цвета заметно выделяются в обломках пород.
В районе озера Верхнее крупные угловатые обломки железной руды или железистой формации в ледниковых отложениях немедленно вызывают вопрос об источнике. Если обломки окатанные и мелкие, они обычно указывают на очень удаленный источник. Общее направление движения ледника известно в большинстве мест, и, прослеживая обломки в этом направлении, можно найти выход; или цепочку обломков можно проследить до точки, где они прекращаются, и эта точка может послужить для обнаружения коренной породы, содержащей рудное тело, даже если она не выходит на поверхность.
Несколько лет назад было высказано интересное предположение относительно алмазов, спорадически находимых в конечных моренах в Висконсине и других штатах Среднего Запада. Алмазы такого размера и качества, что они определенно указывают на существование настоящего алмазного месторождения где-то на севере. Местоположения этих находок алмазов были нанесены на ледниковую карту, и были проведены линии в общем северном направлении вдоль известных линий движения ледника. Было обнаружено, что эти линии сходятся в точке вблизи Гудзонова залива. Данных было слишком мало, а базовая линия слишком коротка для такой длинной проекции, и указанный источник алмазов можно рассматривать лишь как чистую спекуляцию. Однако с нахождением дополнительных алмазов в ледниковых отложениях, что кажется весьма вероятным, уточнение этого метода со временем могло бы принести результаты.
Использование магнитных съемок при прослеживании минеральных пластов
Магнитные съемки часто полезны при прослеживании железосодержащих пород под поверхностью, при обнаружении выходов таких пород и при установлении линий их связи. Этот метод широко используется для кристаллических железных руд в районе озера Верхнее, в Канаде, в Адирондаке и в других местах в оледенелых частях Соединенных Штатов. Он не столь полезен для бурых железняков и клинтонских руд юго-востока Соединенных Штатов, которые лишь слабо магнитны и обычно могут быть обнаружены другими методами.
Там, где руда сильно магнитна и ассоциирована с другими породами, которые немагнитны, природа магнитного поля, определенная наземной съемкой с помощью вертикальных и горизонтальных игл, может дать некоторое представление о форме и размере рудного тела. Однако обычно магнитные руды ассоциированы с более бедными магнитными породами, в результате чего магнитная съемка, если она случайно не приводит к выходу руды, указывает лишь на общую область, в пределах которой может быть оправдана подземная разведка. В гематитовых железных рудах озера Верхнее магнетизм менее выражен, чем в магнетитах; а в мягких гидратированных гематитах, подобных тем, что встречаются в районе Месаби, он может вызывать лишь незначительное возмущение магнитной стрелки. Это возмущение обычно достаточно для определения положения железосодержащей формации, хотя и не положения самой руды.
Там, где железистая формация была сильно метаморфизована и стала устойчивой к выветриванию и эрозии, так что она не концентрируется в руду, она, вероятно, обладает более сильным магнитным притяжением, чем более богатые руды. По этой причине область сильного магнитного притяжения обычно считается не особенно благоприятной для обнаружения значительных месторождений гематита. Однако это притяжение может быть очень полезным при прослеживании формации до места, где она менее метаморфизована, менее устойчива к эрозии, менее склонна к выходу на поверхность, и все же более перспективна для обнаружения железной руды. Например, на восточном конце Месаби и на восточном и западном концах района Гогиби магнитные съемки с большой легкостью прослеживают железистую формацию до точек, где притяжение низкое, а условия для разведки более благоприятны.
Магнитная стрелка также использовалась при поиске никелевой руды в районе Садбери в Онтарио, но без большого успеха из-за разнообразия пород, отличных от никелевых, которые в той или иной степени магнитны, и из-за слабых магнитных свойств самой никелевой руды. В ходе крупномасштабной разведки этого типа, проведенной несколько лет назад, был обнаружен благоприятный магнитный пояс, и была пройдена шахта до уровня грунтовых вод, но не до коренной породы. Спустя годы расширение этой шахты всего на несколько футов позволило обнаружить одно из крупных рудных тел района.
Экспериментальные работы по использованию магнитной стрелки на медных месторождениях дали некоторые интересные и многообещающие результаты, но это исследование все еще продолжается, и результаты не были опубликованы.
Использование электрической проводимости и других свойств пород при разведке
Помимо магнетизма, породы и руды обладают другими свойствами, поддающимися наблюдениям на расстоянии, такими как электрическая проводимость, прозрачность для рентгеновских лучей, диэлектрическая проницаемость, упругость и плотность. Все эти качества интересовали геологов в той или иной связи, но ни одно из них еще не было эффективно использовано при разведке минеральных ресурсов. Единственным из этих свойств, которое до сих пор казалось многообещающим с точки зрения практических результатов, является электрическая проводимость. Полученные результаты пока еще незначительны, и этот вид исследований находился в некотором роде под сомнением из-за экстравагантных заявлений изобретателей. Тем не менее, была проведена значительная научная работа физиками, геологами и инженерами, дополненная специальными исследованиями проводимости горных пород и земли в военное время в связи с наземными телефонами и перехватом разговоров противника, что, по-видимому, указывает на отчетливую возможность практических результатов в будущем — возможно, не столько в локализации конкретных рудных тел, сколько в локализации общих типов формаций и структур, — что может послужить дополнением к другим методам поиска.
Передача и отражение звуковых волн в горных породах также более или менее исследовались в связи с их возможным военным применением. Кажется вполне возможным, что эти явления могут оказать некоторую геологическую помощь в будущем, но экспериментальная работа находится еще на очень ранней стадии.
Использование структуры и метаморфизма при разведке
Необходимость тщательного использования структурных данных при разведке вряд ли требует обсуждения. Ссылки на структурные особенности делались в связи с углем, нефтью, железной рудой и другими минералами. Эту фазу изучения вряд ли можно проводить слишком интенсивно. Прослеживание складчатой или сброшенной жилы в особенно сложной системе жил требует применения всех методов и принципов структурной геологии.
Точно так же важность применения принципов метаморфизма, воплощенных в метаморфическом цикле (стр. 27-28), почти самоочевидна. Определенные виды метаморфизма указывают на природу минеральных месторождений, с которыми они ассоциированы. Не стоит искать минералы, которые, как известно, вызваны главным образом поверхностными процессами, в породах, измененных преимущественно глубинными процессами. Присутствие метаморфизма, указывающего на высокие температуры и давления, в некоторой степени ограничивает виды минералов, которые можно ожидать найти. С другой стороны, минералы, которые, как известно, первично образовались на больших глубинах, при условии, что они устойчивы к поверхностному выветриванию, могут быть найдены в месторождениях, являющихся результатом поверхностных изменений или катаморфических процессов; то есть они могут концентрироваться как остаточные материалы в зонах выветривания или как россыпи.
Бурение при разведке
При отсутствии отчетливых выходов, а также когда выходы найдены, бурение является широко используемым методом подземной разведки перед проходкой шахт или строительством туннелей. Бурение более полезно при локализации и доказательстве минеральных месторождений большого объема, таких как месторождения угля, железа и нефти, чем минеральных месторождений малого объема и высокой стоимости, таких как месторождения золота и серебра. Однако оно не всегда используется при разведке месторождений первого класса и не всегда исключается при разведке месторождений второго класса. С разработкой более совершенных механических устройств, лучших методов контроля и определения направления буровой скважины, а также более квалифицированной интерпретации проб из скважин, использование бурения быстро распространяется на минеральные поля, где оно ранее считалось неприменимым.
Геолог принимает активное участие в буровых работах, определяя места бурения скважин, определяя угол наклона скважин, идентифицируя и интерпретируя пробы, изучая напластование, кливаж и другие структуры, как они показаны в пробах, и определяя положение этих структур в недрах, определяя, когда достигнут горизонт, наиболее перспективный для минералов, и определяя, когда скважина должна быть остановлена. При заданных поверхностных условиях проблема размещения и направления буровой скважины для получения максимальных результатов при затраченных средствах требует тщательного рассмотрения многих геологических факторов — и, что более важно, их расположения в правильной перспективе и взаимосвязи. Ошибочное рассуждение по любому из основных факторов, или чрезмерный акцент на любом из них, или неспособность развить точное трехмерное представление о подземных структурных условиях может привести к неудаче или дополнительным расходам. Успех или неудача определяются быстро и однозначно. Геолог обычно нанимается компанией, финансирующей бурение; но в знак признания важности его работы некоторые крупные подрядные буровые компании теперь нанимают своих собственных геологов. Техника геологической интерпретации и руководства бурением стала довольно сложной и внушительной, что привело к введению специальных университетских курсов по этим предметам.
Желательность публичной регистрации данных бурения обсуждается на другой странице (стр. 305-306).
Количественные аспекты геологической разведки
В последние годы наблюдается тенденция к сведению геологических факторов при разведке к некоторому количественному базису. Хотя эти факторы могут быть очень изменчивыми и очень сложными, их суммарный эффект часто может быть выражен в виде количественных средних значений. На различных рудниках и в горнодобывающих районах, где операции имеют широкий масштаб, были разработаны локальные количественные факторы, которые полезны при прогнозировании результатов предполагаемых разведочных работ на неразработанных участках. Цифры такого рода могут быть полезными и практическими руководствами при планировании любой конкретной разведки, ее стоимости и вероятного исхода.
Количественные методы проиллюстрированы в общем обзоре разведки железных руд озера Верхнее в более позднем разделе.
Было обнаружено, что кривые добычи из нефтяных скважин и нефтяных районов имеют некоторые общие характерные черты, которые часто используются при прогнозировании будущей добычи и срока службы данной скважины, объекта или района. При ассоциации с углем процентное содержание фиксированного углерода в угле может быть ориентиром для наличия и природы нефти (см. главу VIII).
Геологический персонал Голландской Ост-Индии оценил запасы олова на одном из этих островов с помощью фактора или коэффициента, основанного на опыте другого острова.
В районе Кобальт в Канаде аналогичным образом был разработан коэффициент для будущих открытий и добычи, основанный на прошлом опыте.
Гувер [39] провел статистическое исследование нескольких сотен металлических рудников в различных частях мира и обнаружил, что менее 6 процентов рудников, приносивших прибыль, когда-либо получали ее от руды, добытой ниже 2000 футов; и что из рудников, выплачивавших дивиденды, 80 процентов не приносили прибыли ниже 1500 футов, а большинство из них закрывались выше 500 футов.
Шведским геологом была предпринята попытка оценить ресурсы железной руды континентов с помощью железного коэффициента. Этот коэффициент был получен путем деления известных ресурсов железной руды сравнительно хорошо изученных частей мира на количество квадратных миль, в которых они встречались, а затем умножен на площадь континентов, ресурсы которых подлежали определению.
Применение количественных методов такого рода еще не стало очень общим, и в некоторых случаях их использование невозможно; там, где они применялись, многие из них были очень грубыми, а другие были частично опровергнуты опытом. С ростом знаний и опыта такие методы становятся более точными и полезными, и, вероятно, будут шире использоваться в будущем.
Происхождение минеральных месторождений как фактор разведки
При разведке геолог стремится установить происхождение минерального месторождения. Это часто вызывает удивление у обывателя или «практика», и геолога могут обвинить в том, что он позволил своей любви к теории увлечь себя. Широко распространенная фаталистическая концепция выражена в изречении корнуоллцев о руде: «Где она есть, там она и есть». Тем не менее, понимание происхождения любой конкретной руды, ее «почему», начинает признаваться наиболее эффективным средством достижения обоснованных практических выводов. Установив приблизительное происхождение руды, можно сразу сделать вывод о целой группе практических соображений, основанных на опыте работы с рудами аналогичного происхождения в других местах. Происхождение руды является первостепенным интересом геолога, и именно это дает ему наиболее эффективный и отличительный инструмент в разведке. Многие другие фазы разведочных работ могут быть освоены эмпирически любым, кто знаком с местными условиями; но когда человек без глубокой геологической подготовки пытается войти в эту специфическую область, его недостаток знаний и перспективы часто приводит к фантастическим гипотезам, которые могут исказить выводы, на основе которых он планирует свою разведку.
Научный исследователь, не принимая причудливых теорий местного наблюдателя, совершит ошибку, если не признает остаток твердого факта, на котором они построены. Многие практические исследователи являются проницательными наблюдателями эмпирических фактов, даже если их объяснения могут демонстрировать недостаток понимания вовлеченных процессов. Любое проявление превосходства, нетерпимости или отсутствие сочувствия со стороны геолога по отношению к неадекватным объяснениям и описаниям, данным ему практиком, вероятно, указывает на слабость или ограниченность его собственных мыслительных процессов. Дело геолога — отсеять факт от вывода, а не отбрасывать всю структуру из-за того, что некоторые выводы ошибочны.