ژئوشیمی در اکتشاف معدن – قسمت دوم
در قسمت اول ژئوشیمی در اکتشاف معدن دانستیم که روشهای ژئوشیمی را در مراحل مختلف کارهای پیجویی و اکتشاف منابع معدنی میتوان بکار بست. اساس این روشها پیجویی و ردیابی مناطقی است که در آنها غلظت یک یا چند عنصر معین است. به عبارت دیگر به کمک عملیات ژئوشیمی مناطقی که دارای این قبیل معیارها هستند مشخص میشود.
پس از آن با انواع روشهای ژئوشیمیایی آشنا شدیم و دو مورد اول را توضیح دادیم در ادامه این بحث به تشریح سایر روشهای ژئوشیمیایی میپردازیم:
-
- روش بررسی هالههای ژئوشیمیایی اولیه
- بررسی هالههای ژئوشیمیایی ثانویه
- روشهای هیدروشیمیایی
- روش گازسنجی
- روش بیوژئوشیمیایی
- روش ژئوبوتانی
روشهای بررسی هالههای ژئوشیمیایی ثانویه
- شیوههای مختلف در بررسیهای ثانویه
با توجه به آنومالیهای مختلف ثانویه شبکه و شیوه نمونهبرداری از آنها متفاوت است. متداولترین شیوههای هالههای ثانویه روشهای نمونهگیری از خاک و رسوبات بستر رودخانهها است که در ادامه این مطلب مورد بحث قرار میگیرد.
-
- روش فلزسنجی با نمونهگیری از خاک
آشنایی:
در این روش که معمولاً در مراحل اولیه پیجویی بکار میرود بر اساس یک شبکه نمونهگیری معین نمونههای متعددی از خاک ناحیه گرفته شده و عیار فلزات موجود در آنها تعیین و به کمک آنها آنومالیهای فلزی مشخص میشود.
شبکه نمونهبرداری:
شبکه نمونهبرداری باید به گونهای طرح شود که تمام منطقهای را که گمان کانسار در آن میرود همراه با هالههای ژئوشیمیایی آن بپوشاند. گرچه در پارهای از موارد گسترش هالههای کانسار در طرفین آن یکنواحت است اما اکثراً گسترش آن قرینه نیست بلکه در امتدادهای خاصی گسترش زیادتری دارد. بدیهی است گسترش هالهها به نوع کانسار و نیز شرایط زمین شناسی و جغرافیایی محل بستگی دارد.
نمونهبرداری:
برای نمونهگیری کافیست مقدار کمی نمونه پس از برطرف کردن خاک رویی و از اعماق ۱۰ تا ۲۰۰ سانتیمتر گرفته شود. در مناطقی که بوسیله قشر ضخیمی از خاکهای حمل شده از سایر نقاط پوشیده شده نمونهگیری سطحی فایدهای ندارد و برای این منظور باید گمانههای خاصی حفر کرد.
در پارهای از موارد مثل پیجویی مواد طلادار ممکن است میزان نمونه به ۵۰۰ و حتی ۱۰۰ گرم برسد. معمولاً نمونهای از اعماق ۱۵ تا ۳۰ سانتیمتر یعنی بلافاصله زیر قشر خاک نما کافیست. عمق کافی نمونهگیری را میتوان در سر زمین و به طریق تجربی بدست آورد.
به طوری که میدانیم محتوای فلزی خاک به دو عامل یکی به ترکیب شیمیایی سنگهای تشکیل دهنده آن و دیگری شرایط فیزیکی بستگی دارد. همچنین میدانیم که در نیمرخ خاک معمولاً دو افق غنی از فلز وجود دارد که اولی در بخش فوقانی حاوی گیاخاک و دومی در بخش غنی شده خاک و در اعماق ۵۰ تا ۷۰ سانتیمتر خاک واقع است. به عنوان مثال درصد فلز مس در اعماق مختلف دو نوع خاک در شکل زیر نشان داده سده اشت.
ذکر این نکته ضروری است که هرگاه ضخامت خاک ناحیه بیش از ۳۰ متر باشد اثر هالههای ژئوشیمیایی در قسمتهای سطحی ظاهر نمی شود و در چنین مواردی بایستی نمونهگیری را به کمک گمانه انجام داد.
بررسی نمونهها:
در صورتی که پیجویی ژئوشیمیایی به صورت جارویی یعنی به قصد تجسس تمام مواد موجود در ناحیه انجام میگیرد بهتر است اولین نمونهها به طور کامل تجزیه و درصد عناصر Zr , Nb , Ta , Mo , Ag , Sn , Sb , Ba , Ce , Y , W , Hg , Pb , Bi , Li , V , Cr , Mn , Co, Ni , Cu , Zn , Ge , As , Sr , آن را مشخص شود. بدیهی است پس از تجزیه چند نمونه عناصر قابل توجه انتخاب و در نمونههای بعدی فقط درصد عناصر مورد نظر مشخص میشود. نحوه تجزیه شیمیایی نمونهها را بعداً بررسی خواهیم کرد.
-
- روش نمونهگیری از رسوبات بستر رودخانهها
آشنایی:
رسوبات بستر رودخانهها در هر نقطه در حقیقت ترکیب طبیعی از کلیه موادی است که در قسمت بالا دست رودخانه قرار دارند. منشاء فلزات موجود در این رسوبات تخریب و فرسایش سنگهای بالا دست و نیز بخشی از آن در اثر نفوذ آبهای زیرزمینی است.
در اینجا نیز فلزات به شکل مخلوط مکانیکی انحلال و یا جذب با رسوبات همراهند. بدین ترتیب با نمونهگیری منظم بر اساس شبکه معین تجزیه و سپس نمایش آنها در روی نقشه میتوان جهت عمومی کانی سازی منطقه را پیدا کرد.
شبکه نمونهبرداری:
قبل از شروع عملیات نمونهبرداری بایستی شبکه نمونهبرداری را طراحی کرد. گرچه ممکن است در بعضی موارد در هر ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلومترمربع بک نمونه گرفته شود ولی معمولاً شبکه نمونهبرداری به گونه ایست که بطور متوسط در هر چند کیلومترمربع یک نمونه گرفته میشود.
در یکی از سادهترین روشهای طرح شبکه نمونهبرداری مسیر تمام رودخانهها (اعم از فعال و خشک) در روی نقشه رسم و در طول هر کیلومتر از مسیر اصلی ۲ تا ۳ نمونه گرفته میشود. در مورد کارهای پیجویی دقیق فواصل نمونهبرداری در طول مسیر ۵۰ تا ۱۰۰ متر است.
نمونهگیری:
گرچه نمونهگیری از رسوبات بستر رودخانه بسیار سادهتر از نمونهگیری از سنگ و خاک است ولی نکته مهمی که بایستی به آن توجه داشت تاثیر تاسیسات کشاورزی و صنعتی در حوالی رودخانه است که ممکن است ترکیب این رسوبات را به نحو قابل ملاحظهای تغییر دهد. نمونه حدود ۵۰ گرم از رسوبات وسط بستر رودخانه با اندازه کمتر از ۷۰ مش است. نمونه را میتوان از برکهها و یا موادی ریزی که در پشت تخته سنگهای رودخانه جمع میشوند نیز تهیه کرد.
بررسی نمونهها:
گرچه در بسیاری از موارد نمونههای گرفته شده از بستر رودخانه مستقیماً آزمایش میشود ولی اگر این رسوبات حاوی مواد سنگین و مقاوم باشند ابتدا آنها را خاک شویی کرده آنگاه محصول خاک شویی شده را تجزیه میکنند. در بعضی موارد نیز اکسیدهای منگنز و آهن را که به صورت قشری ذرات نمونه را احاطه کرده جدا کرده و محصول باقی مانده را تجزیه میکنند.
روش گازسنجی
آشنایی:
بعضی از موادمعدنی به طور طبیعی و خودزا و یا در اثر تحریک عوامل سطحی در اطراف خود گازها و ذراتی متصاعد میکنند که با بررسی آنها میتوان به وجود کانسار اصلی پی برد. بدین ترتیب در حالت کلی بایستی هالههای گازی را که اطراف این کانسارها را احاطه کرده در گدوهای ثانوی طبقه بندی کرد.
بخار جیوه از مدتها پیش به عنوان نشانهای دال بر وجود کانههای سولفوره تغبیر میشده و امروزه نیز از آن در پیجویی این کانسارها و نیز خود جیوه استفاده میشود. رادن و هلیم موجود در آبهای سطحی و زیرزمینی راهنمای مؤثری در جستجوی کانسارهای حاوی اورانیم به شمار میآیند.
وجود هیدروکزبورها در خاک نشانه میدانهای نفت و گاز و وجود گازهای SH و SO دال بر وجود مواد گوگرددار است.
الف) هالههای گازی با منشاء رادیواکتیو
در اثر تجزیه مواد رادیواکتیو در اطراف کانسارهای این مواد بعضی عناصر گازی وجود دارد. به عنوان مثال عناصر رادن و هلیم در اثر تلاشی اورانیم تشکیل میشوند. عناصر یاد شده در اثر تلاشی بعضی دیگر از مواد رادیواکتیو نیز تولید میشوند. گار آرگن نیز در اطراف موادمعدنی حاوی پتاسیم ۴۰ وجود دارد.
ب) هالههای گازی با منشاء غیر رادیواکتیو
از جمله مهمترین هالههای گازی با منشاء غیر رادیواکتیو هاله گازی جیوه است که در اطراف کانسارهای این فلز و یا کانسارهای سولفوره جیوه دار وجود دارد. گسترش هاله جیوه عمدتاً به محیط اطراف بستگی دارد.
ج) هالههای گازی ترکیبات شیمیایی
هاله گازی نظیر دی اکسید گوگرد، سولفورهیدروژن، دی اکسید کربن و دی اکسید ازت در این گروه جای میگیرد. هاله دی اکسید گوگرد نشانه وجود کانسارهای سولفوره است که در اثر اکسیداسیون کانیهای سولفوره بوجود میآید.
بخشی از هالههای دی اکسید کربن بدین ترتیب بوجود میآید که سولفورهای موجود در سنگهای کربناتی در اثر اکسیداسیون به اسیدسولفوریک تبدیل میشود و از تاثیر اسیدسولفوریک بر سنگهای کربناتی گاز دی اکسیدکربن بوجود میآید. وجود هاله گاز سولفورهیدروژن در بالای بعضی از کانسارهای طلادار در ایالات متحده گزارش شده.
طرز عمل:
در روش بررسی گازها بسته به شرایط زمینشناسی موجود یک شبکه نمونهبرداری یا گروه نیمرخهای نمونهبرداری انتخاب میشود. بسته به نوع گاز یا کانسار موجود کاوش ممکن است نمونه از خاک، هوا، آب محل و یا از همهی آنها گرفته شود. مثلاً در بررسی بخار جیوه از هر سه محیط یاد شده نمونهگیری میشود. معمولاً محتوای گاز نمونههای خاک چندین برابر بیش از نمونه هوا است.
برای بررسی بعضی بخارات نظیر بخار جیوه مستقیماً از اسپکترومترها سبک و قابل حمل در سرزمین استفاده میشود.
برای بررسی رادن. هلیوم معمولاٌ از آبهای سطحی و زیرزمینی نمونهگیری میشود. تجزیه این نمونه در بسیاری وارد راهنمای ارزشمندی در پیجویی مواد اورانیم دار بوده است. طریقه مخصوصی برای کشف ذرات رادیواکتیو در پیجویی اورانیم وجود دارد که به روش فنجان رادن معروف است.
تجزیه نمونههای گاز و بخار ممکن است در صحرا و به کمک اسپکترومترهای سیار و یا در آزمایشگاه انجام گیرد.
روش بیوژئوشیمیایی
آشنایی:
پیجویی فلزاتی نظیر نیکل، مس، کرم، سرب، مولیبدن، طلا و بعضی عناصر دیگر این نکته مهم و جالب را آشکار ساخته که رابطه ی بین محتوای فلزی کانسار و خاک اطراف آن از یک سو و گیاهانی که در خاک آنها میرویند از سوی دیگر وجود دارد.
همین بررسیها نشان داده است که درصد فلزات یادشده در گیاهانی که در محدوده هالههای تفرقی کانسار میرویند چند ده و حتی چند هزار برابر میزان آن در خاک و گیاهانی است که ئر مناطق معمولی روییده اند.
پیجوییهای بیوژئوشیمیایی نیز نظیر بسیاری روشهای ژئوشیمیایی دیگر بر مبنای گسترش هاله ثانویه و ارتباط بین گیاهان و محیط تغذیه آنها استوار است.
در حالت کلی میتوان گفت که هر گاه خاکستر گیاهان منطقه یک افزایش ناگهانی در غلظت بعضی عناصر و فلزات نشان دهد میتوان انتظار داشت که پی سنگهای منطقه نیز از عناصر و فلزات مزبور غنی باشند و احتمال دارد کانسار آنها در ناحیه وجود داشته باشد.
گرچه در حالت کلی در این کاوشها از هر نوع گیاهی میتوان استفاده کرد ولی بکار گرفتن گیاهان عمیق ریشه نتایج بهتری را در پی خواهد داشت. معمولاً خاکستر گیاهان حاوی عناصری مثلA1,C1,Na,Fe,Mg,Si,K,P,S,Ca, که کمتر اهمیت دارند میباشد. عناصری مثل Co,Ni,Ti,V,Pb,Sn,Zn,Mn, که اهمیت بیشتری دارند کمتر دراین خاکسترها مشاهده میشوند و بالاخره عناصری مثل Ra,Rb,Hg,Au, و عناصر مشابه آنها خیلی به ندرت ممکن است یافت شوند.
روش ژئوبوتانی
این طریقه را ممکن است بطور مستقل یا همراه با روش بیوژئوشیمیایی بکار برد. از مدتها پیش معدنکاران به رابطه بین موادمعدنی و پوشش گیاهی روی آنها پی برده و متوجه شده بودند که در مناطقی که عناصر خاصی وجود دارد گیاهان خاصی روییده و با رشد آنها زیادتر از حد معمول است.
مطالعات نشان داده است که بعضی از گیاهان و حتی باکتریها قادر به جذب مقدار قابل توجهی مس، روی، لیتم و منگنز میباشد.
معمولاً گیاهان خود را با عناصری که به مقدار زیاد در خاک وجود دارد تطبیق میدهند. افزایش میزان عناصر اخیر در خاک سبب معیوب شدن خاک میشود و قدرت رویش آن را کاهش میدهد و حتی ممکن است به کلی آن را عقیم سازد. نکته جالب آن است که در این شرایط خاک گیاهان خاصی در آن میرویند که میتوان آنها را به عنوان نشانهای دال بر بالا بودن میزان این عناصر دانست و بدین ترتیب به وضعیت کانیشناسی منطقه پی برد.
نکته مهم هنگامی کاربرد این روشها آن است که رابطه گیاه یا گیاهان منطقه با کانیها یا عناصر خاص منطقه کشف شود. بایستی توجه داشت که وقتی چنین ارتباطی روشن شود نمیتوان آن را بطور کامل تعمیم داد بلکه بایستی آن را برای شرایط اقلیمی خاصی در نظر گرفت. در حقیقت اشکال اساسی این روش آن است که نشانهای گیاهی که بتوان آن را برای تمام نقاط منظور کرد وجود ندارد.
بطور کلی میتوان روشهای ژئوبوتانی را برای مقاصد زیر بکار برد:
- الف) تهیه نقشههای سنگ شناسی در مناطق با پوشش انبوه گیاهی
- ب) بررسی آبهای زیرزمینی در اعماق کم
- ج) بررسی گنبدهای نمکی و جابجایی تکنونیکی جدید
- د) بررسی قیرهای طبیعی، نفت، بر، گوگرد و مواد دیگر
- ه) پیجویی کانسارهای فلزی
یادداشتهای سرزمین در پیجوییهای ژئوشیمیایی
آشنایی:
نمونهگیری ژئوشیمیایی در سرزمین بسیار ساده است و سریع انجام میشود و همین امر یکی از دلایل اهمیت این طریقه در بین سایر روشهای پیجویی است. گرچه تعداد نقاط نمونهگیری در روشهای ژئوشیمیایی زیاد است ولی اگر ضمن نمونهبرداری خصوصیات نقاط نمونهبرداری که شرح آنها خواهد بود نیز ثبت شود در مراحل بعدی بسیار مفید خواهد بود. بهتر به کاوشگرانی که در قسمتهای مختلف منطقه نمونهبرداری میکنند آموزش داده شود تا ثبت مشخصات را به روش استانداردی انجام دهند تا استخراج و تعبیر و تفسیر اطلاعات ساده تر انجام گیرد. در زیر یادداشتهایی را که بایستی در نمونهبرداری از خاک و سنگ و رسوبات بستر رودخانه تهیه شود شرح میدهیم.
نمونهبرداری از خاک:
هنگام نمونهبرداری از خاک بایستی موارد زیر به دقت بررسی و یادداشت شود:
- الف) مشخصات خاک از قبیل افق، ضخامت، رنگ و بافت
- ب) اثر لغزش، مواد آلی، خاکهای حمل شده و ریزه سنگها و آلودگیهای احتمالی
- ج) در صورتی که آزمایشی حهت تعیین فلزات و عناصر سنگین انجام شده بایستی قید شود
- د) موقعیت نقطه نمونهبرداری بایستی دقیقاً روی نقشه یا عکس هوایی مشخص شود. همچنین موقعیت نقطه مزبور بایستی در محل نیز علامت گذاری شود تا در صورت لزوم بتوان نقطه را پیدا کرد.
نمونهبرداری سنگها:
یادداشتهایی که در مورد نمونههای سنگ تهیه میشود بایستی کاملترین اطلاعات موجود را در خود ثبت نماید. این مشخصات عبارتند از:
- الف) نوع سنگ و تمام ویژگیهای سنگشناسی آن
- ب) دگرسانی
- ج) خصوصیات کانی شناسی
- د) شکستگی موجود در سنگ
نمونهبرداری از رسوبات بستر جویبار:
در مورد نمونههایی که از رسوبات بستر جویبار گرفته میشود مشخصات زیر باید بررسی و درج گردد:
- الف) مشخصات نمونه از قبیل دانهبندی، رنگ، اندازه ذرات و سایر خصوصیات
- ب) موقعیت نمونه نسبت به بستر جویبار
- ج) مشخصات جویبار از قبیل ابعاد شدت جریان و شیب بستر
- د) طبیعت رخنمونهای نزدیک محل نمونه برداری
- ه) مواد آلی و منابع احتمالی آلوده کننده آب
روشهای صحرایی و آزمایشگاهی تجزیه نمونهها
نمونههای مختلفی را در پیجوییهای ژئوشیمیایی گرفته میشود بایستی تجزیه و درصد عناصر مختلف موجود در آن را تعیین کرد. بعضی از این تجزیهها که مستقیماً در سرزمین انجام میگیرد بنام روشهای صحرایی موسوم است در صورتی که عدهای از آنها نیاز به تجهیزات بیشتری دارند و فقط در آزمایشگاه امکانپذیرند. در زیر این تجزیهها را به صورت جداگانه بررسی میکنیم:
روشهای صحرایی:
بعضی از روشهای ژئوشیمیایی را بدون آنکه نیازی به آمادهسازی آزمایشات رنگ سنجی بنا شده است. برای انجام تجزیه رنگ سنجی معمولاً از یک ماده شیمیایی موسوم به دی تی زون استفاده میکنند فلزات مختلف را با رنگهای متفاوت تولید میکند.
برای تعیین درصد فلزات آزمایشهای جداگانهای لازم است. معمولاً اساس کار به این ترتیب است که ابتدا محلولهای استانداردی را که غلظت فلز مورد نظر در مقیاس خاصی در آنها تغییر میکند تهیه میکنند.
طریقه دیگری که در تجزیه صحرایی نمونههای خاک و سنگ متداول است بنام روش مجموعه فلزات سنگین (CXHM-THM) و گاهی نیز بنام آزمایبش بلوم خوانده میشود. این آزمایش که بیش از یک دقیقه طول نمیکشد بر اساس فعل و انفعال دی تی زون در یک PH معین با گروه فلزات سنگین از قبیل مس، سرب، روی کبالت و قلع بنا شده.
دی تی وزن نسبت به روی بیش از همه حساس است بطوری که وجود آن به مقدار خیلی کم نیز از فعل و انفعال آن با دیگر فلزات جلوگیری میکند.
از آنجا که در آزمایش THM فقط آن بخش از فلزات به صورت محلول در میآیند که بصورت آزاد و نه چندان قوی جذب شده باشند لذا آنچه دراین روش تعیین میشود تنها قسمت ناچیزی (۵ تا ۲۰ درصد) از کل فلزات سنگین موجود در نمونه است. گرچه عوامل متعددی در تعیین میزان فلزات با این روش مؤثرند اما این آزمایش ساده در کشف آنومالیهای قوی ژئوشیمیایی موفقیت آمیز میباشد.
روشهای آزمایشگاهی:
موفقیت روشهای ژئوشیمیایی اصولاً مرهون پیشرفت در روشهای تجزیه مواد است. پیجوییهای ژئوشیمیایی از سال ۱۹۳۰ با استفاده از طیف نگاری نشری در آزمایشگاه شروع شد و بعدها استفاده از روشهای رنگ سنجی در صحرا متداول گشت.
امروزه مجدداً تجزیههای آزمایشگاهی اهمیت پیدا کرده اند و در پیجوییهای ژئوشیمیایی نقش مهمی را به عهده دارند. امروزه روشهای مدرن آزمایشگاهی بسیار حساستر از روشهای صحرایی است و در مقایسه از آنها ارزانتر است.
متداولترین روش تجزیه آزمایشگاهی اسپکتروفوتومتری اتمیک ابزورپشن (A.A.S) است که میتواند تا حدودی ۴۰ عنصر را در عیارهای پایین و با دقت بالا تجزیه کند. از مزایای دیگر این روش ارزانی، سرعت عمل و نیز فراگیری نسبتاً آسان آن است.
ذکر این نکته حائز اهمیت است که حدود ۷۰ درصد تجزیههای ژئوشیمیایی در کشور آمریکا با اتمیک ابزورپشن انجام میگیرد. طیف نگاری نشری نیز روس متداولی است که بیشتر در کشور اتحاد شوروی معمول است.
روش رنگ سنجی در آزمایشگاهنیز نظیر رنگ سنجی در سرزمین است با این تفاوت که در آزمایشگاه نمونهها را بهتر میتوان آماده سازی و نیز شرایط آزمایش را به نحو دقیق تری کنترل کرد. گرچه دقت روشهای رنگ سنجی کمتر از سایر روشها است لذا امروزه در مقیاس وسیعی در تجزیه نمونهها بکار میرود.
روشهای نمایش دادههای ژئوشیمیایی
دادههای ژئوشیمیایی در واقع نوعی از دادههای زمینشناسی اند و بنابراین بایستی همراه با اطلاعات زمینشناسی بکار گرفته شوند. بدیهی است اگر در ناحیه پیجوییهای ژئوفیزیکی، ژئوشیمیایی و زمینشناسی انجام گیرد.
نقشههای ژئوشیمیایی معمولاً به صورت چند برگ کاغذ شفاف که روی نقشه زمین شناسی یا حداقل نقشه عارضهای محل توجیه شده اند و در هریک از آنها نتایج تجزیه شیمیایی نمونههای مربوط به عنصر یا چند عنصر وابسته به هم در نقطه نمونهبرداری درج شده است.
در بعضی موارد در نقشه زمینشناسی محل نمونهبرداری را با علامت دایرهای مشخص میکنند و هر چقدر عیار عنصر زیادتر باشد قطر دایره را نیز در آن نقطه زیادتر رسم میکنند.
برای نمایش دادههای ژئوشیمیایی در روش نمونهگیری از رسوبات جویبارها در بعضی از موارد با توجه به درصد عناصر در قسمتهای مختلف مسیر و انشعابها آنها را با رنگهای مختلف و یا با ضخامت متفاوت نشان میدهند. اگر توزیع نقاط نمونهبرداری کافی باشد با توجه به نتایج تجریهها میتوان خطوط هم عیار عناصر مختلف را رسم کرد
تغییر و تفسیر دادههای ژئوشیمیایی
دادههایی که در پیجوییهای ژئوشیمیایی بدست میآید در حقیقت یک سری اعداد خام است که بایستی به شکل اطلاعات زمینشناسی تفسیر شود. یرای اینکه بتوان دادههای ژئوشیمیایی را بصورت اطلاعات زمینشناسی در آورد ابتدا بایستی دادههای مزبور را با استفاده از قوانین آمار تجزیه و تحلیل و سپس تعبیر و تفسیر کرد. تعبیر و تفسیر آماری دادههای ژئوشیمایی خود بحث جداگانه و مفصلی است که از موضوع این تحقیق به دور است.