ژئوشیمی در اکتشاف معدن – قسمت اول
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.
هنگامی آثار ژئوشیمیایی مربوط به یک توده ماده‌معدنی را میتوان در سطح زمین تشخیص داد که توده مزبور ابعاد قابل توجه داشته باشد و نیز چندان عمیق نباشد. در این صورت “علامت” ژئوشیمی در سطح زمین وجود خواهد داشت.
همچنین بایستی توجه داشت که علامت‌ها هنگامی قابل تشخیص‌اند که خواص ژئوشیمیایی ماده‌معدنی نسبت به خواص ژئوشیمیایی سنگهای اطراف که بنام زمینه خوانده می‌شود در حد قابل توجه متفاوت باشد. در این صورت یک آنومالی ژئوشیمیایی خواهیم داشت.
برای تغییر و تفسیر داده‌‌‌های ژئوشیمی و نیز تشخیص مناطقی که دارای آنومالی واقعی هستند بعضی اطلاعات زمین‌شناسی از منطقه لازم است به عبارت دیگر بسته به مرحله کار وجود نقشه زمین‌شناسی با مقیاس‌‌‌های مختلف برای انجام عملیات ژئوشیمی مورد نیاز است. امروزه بخش عمده‌ای از هر پروژه اکتشافی عظیم را عملیات ژئوشیمی تشکیل می‌دهد و سالیانه چندین میلیون نمونه ژئوشیمی گرفته و تجزیه می‌شود.
هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی
مطالعه هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی اولیه هم در پی‌جویی کانسار‌‌های رخنمون‌دار و هم در تجسس انواعی که فاقد رخنمونند متداول است. مطالعه این هاله‌ها در مراحل مختلف عملیات پی‌جویی اکتشاف و حتی زمین‌شناسی معدن ممکن است انجام گیرد بدیهی است مقیاس عمل و میزان نمونه‌گیری در هر یک از این مراحل متفاوت است مثلاًدر مرحله‌‌‌ی پی‌جویی کانسار‌‌های گرمابی فاصله نیمرخ‌ها ۲۰۰ تا ۵۰۰ متر و فاصله نقاط نمونه‌گیری در نیمرخ‌ها ۲۰ تا ۴۰ متر است.
در مرحله اکتشاف بسته به نوع عملیات اکتشافی فاصله متفاوت است اما از تمام کار‌‌های معدنی اکتشافی و گمانه‌ها به فاصله ۳ تا ۵ متری نمونه گرفته می‌شود. حتی در مرحله‌‌‌ی اکتشاف تفصیلی فواصل نمونه‌برداری ممکن است به 0/5 متر باشد.
در مراحل مقدماتی بعضی عملیات تخصصی انجام می‌گیرد تا اطلاعاتی در مورد زمینه، شدت، فرم و ابعاد هاله‌ها ژئوشیمیایی و نیز عناصر راهنما بدست آید. این اطلاعات برای عملیات بعدی بسیار مفید است و به کمک آنها میتوان عناصر و ترکیباتی را که بایستی در مورد نمونههای بعدی تعیین شود مشخص کرد.
در پی‌جویی کانسار‌‌های سرب و روی عنصر آرسنیک و آنتیمون بسیار مهم اند زیرا این عناصر در هاله‌‌‌های این کانسارها وجود دارند. همچنین سرب و مولیبدن عناصر راهنمای کانسار‌‌های اورانیم اند.
یکی از نکات مهم در مورد هاله‌‌‌های اولیه آنست که گسترش آن نسبت به ماده معدنی قرینه نیست بلکه گسترش آن در بالای ماده معدنی بیشتر از طرفین آن است. همچنین رابطه مستقیمی بین ابعاد هاله و درصد عناصر راهنمای یاد شده در کانسار و سنگهای اطراف موجود است.
مطالعه این هاله‌ها نیز در پی‌جویی منابع معدنی مؤثر است و بعضی از طریقه‌ها نظیر روشهای فلز سنجی، هیدروژئوشیمیایی، گازسنجی، بیوژئوشیمیایی و ژئوبوتانی بر اساس مطالعه این هاله‌ها استوار است.
عناصر ردیاب و نشانه
در پی‌جویی ژئوشیمیایی از دو تعریف ردیاب و نشانه زیاد استفاده می‌شود بنابراین در زیر به بررسی آنها می‌پردازیم:
- عناصر ردیاب:
عناصر ردیاب عناصری هستند که با توده ماده معدنی اصلی همراه‌اند ولی از عناصر نشانه آسانتر قابل تشخیص‌اند و گسترش آنها نیز بیش از عناصر نشانه است. علت سهولت تشخیص این عناصر ممکن است وسیع‌تر بودن هاله ژئوشیمیایی آنها و یا وجود روشهای تجزیه ای مناسب‌تر باشد.
در یک کانسار حاوی چند فلز مختلف ممکن است یکی از عناصر اصلی تشکیل دهنده به عنوان ردیاب آن کانسار بکار رود. بطور کلی ویژگی‌‌‌های یک عناصر ردیاب را میتوان به شرح زیر در نظر گرفت:
الف: داشتن تحریک ژئوشیمیایی قوی و در نتیجه هاله ژئوشیمیایی وسیع‌تر نسبت به عناصر مورد اکتشاف.
ب: وجود روش تجزیه آسانتر، ارزانتر و یا حساس‌تر برای آن عنصر نسبت به عناصر مورد اکتشاف.
- عناصر نشانه:
عناصر نشانه یا معرف به عناصری گفته می‌شود که در عین حال که یکی از تشکیل دهنده‌‌‌های اصلی کانسار است تا حدودی هم ویژگی‌‌‌های عناصر ردیاب را داراست. بنابراین از آن میتوان برای تعیین نوع کانی‌سازی نیز استفاده کرد. برای روشن شدن مطلب به شرح دو مثال در این مورد می‌پردازیم.
الف: در بسیاری موارد تشخیص اینکه کانسار به ویژه بعضی کانسار‌‌های سولفوره سرب و روی از نوع رسوبی همزمان و یا گرمابی است مشکل است.
ب: در محصولات حاصله از دگرسانی بعضی از سنگها بعضی عناصر نظیر آرسنیک، مس، استرنسیم، باریم، اندیم و بروفلوئور ممکن است وجود داشته باشد. تعیین عناصر ردیاب برای هر نوع کانسار مستلزم انتخاب مدل مناسب برای کانسار مورد جستجو است.
مراحل مختلف پیجوییهای ژئوشیمیایی
در بررسی‌‌‌های ژئوشیمیایی بدون توجه به روش کار و نیز صرف نظر از اینکه کاوش در مرحله پی‌جویی مقدماتی یا اکتشاف تفصیلی است مراحل مشابهی وجود دارد که میتوان آنها را به شرح زیر طبقه‌بندی کرد:
-
- الف: انتخاب روش‌ها و عناصری که بایستی مورد کاوش قرار گیرد تعیین حساسیت و دقتی که بایستی در عمل به کار رود و طرح شبکه نمونه‌برداری.
- ب: بررسی اولیه ونمونه برداری در سرزمین به همراه چند نمونه کنترلی و عمیق به منظور تعیین درجه تغیییرات و ارزیابی علایم ژئوشیمیایی موجود.
- ج: تجریه نمونه‌ها در سرزمین و در آزمایشگاه و انجام تجزیه‌‌‌های کنترلی با چند روش مختلف.
- د: بررسی آماری و ارزیابی زمین شناسی داده‌ها که بهتر است در ارتباط با کلیه‌‌‌ی داده‌‌‌های زمین‌شناسی و ژئوفیزیکی موجود انجام گیرد.
- ه: تعیین آنومالیهای اولیه ادامه نمونه‌گیری و تجزیه و ارزیابی در مناطق محدودتر با استفاده از شبکه نمونه‌برداری انبوه‌تر و فواصل کمتر و نیز بکار گرفتن روشهای ژئوشیمیایی دیگر.
- و: تحقیقات نهایی و منطقه‌ای همراه با تهیه تدارکات جهت نمونه‌گیری مجدد و نیز تجزیه مجدد نمونههای که قبلاً گرفته شده است.
روشهای ژئوشیمیایی
روشهای ژئوشیمیایی را میتوان بر اساس نحوه عمل و یا بر مبنای نوع موادی که مورد کاوش قرار می‌گیرد تقسیم‌بندی کرد.
-
- روش بررسی هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی اولیه
- بررسی هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی ثانویه
- روشهای هیدروشیمیایی
- روش گازسنجی
- روش بیوژئوشیمیایی
- روش ژئوبوتانی
روش بررسی ژئو شیمیایی اولیه
هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی اولیه به محدوده ای از سنگهای اطراف توده ماده گفته می‌شود که در نتیجه ورود یا توزیع دوباره بعضی عناصر در ضمن فرایند‌‌های تشکیل کانسار نسبت به این عناصر غنی (و یا فقیر) شده است فرایند‌‌های به وجود آورنده‌‌‌ی این هاله عمدتاً فعالیت‌‌های ماگمایی و دگرگونی عمیق است.
گرچه استفاده از روش بررسی هاله‌‌‌های اولیه مشکلات و پیچیدگی‌هایی را در بر دارد ولی در کاوش کانسار‌‌های فاقد رخنمون در توده‌‌‌های آذرین بسیار مفید است بدیهی است این روش نیز نظیر هر روش پی‌جویی دیگر محدودیت هایی دارد.
از جمله آنکه این بررسی‌ها هنگامی سود بخش است که هاله اولیه اطراف کانسار وسعت قابل توجهی داشته باشد و نمونه‌برداری از آن مقدور باشد. از آنجا که در این روش نمونههای مختلف سنگها برداشت و مطالعه می‌شود لذا این طریقه را روش لیتوژئوشیمیایی نیز می‌گویند.
گسترش هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی اولیه در مورد کانسار‌‌های مختلف متفاوت است و حتی در بعضی موارد اصولاً وجود ندارد. در اطراف رگه‌‌‌های فلزی و کانسار‌‌های مس پرفیری هاله اولیه به صورت دگرسانی در سنگهای اطراف دیده می‌شود. در پار‌‌های از موارد که دگرسانی چندان قوی نیست باز هم میتوان هاله ژئوشیمیایی را در اطراف کانسار تشخیص داد زیرا سنگهای اطراف کانسار از نظر بعضی عناصر غنی تر از سایر سنگها هستند.
روشهای بررسی هاله‌‌‌های ژئوشیمیایی ثانویه
آشنایی:
بررسی هاله‌‌‌های ثانویه از جمله مهمترین روشهای ژئوشیمیایی است. در اثر هوازدگی عناصر موجود در توده کانی در منطقه وسیعی از فضای اطراف آن از قبیل خاک، رسوبات بستر رودخانه، آب‌‌های زیرزمینی، آب‌‌های رودخانه، آب دریا، هوا، گیاهان وحتی حیوانات پراکنده می‌شود.
گسترش هاله ثانویه عناصر به بسیاری عوامل ودر درجه اول به تحرک آنها بستگی دارد. بعضی عناصر نظیر بریلیم، طلا، قلع، سلیسیم و تیتان به شکل عناصر یا کانیهای پایدار وجود دارند و در برابر عوامل هوازدگی شیمیایی بسیار مقاومند. این عناصر تحریک چندانی ندارند و فقط در اثر هوازدگی مکانیکی به صورت قطعات تخریب و در منطقه نه چندان وسیعی در خاک و رسوبات بستر رودخانه‌‌‌های اطراف پراکنده می‌شوند.
عومل مؤثر در گسترش هاله‌‌‌های ثانویه
در تشکیل و گسترش هاله‌‌‌های ثانویه فرآیند‌‌های مختلفی مؤثر است که میتوان آنها را به سه گروه مکانیکی، انحلال و زیستی تقسیم کرد:
الف) عوامل مکانیکی
قطعات حاصل از تخریب مکانیکی سنگها دراثر عوامل حمل و نقل نظیر نیروی ثقل، رودخانه‌ها، باد، یخچال‌ها و حیوانات به قسمت‌‌های مختلف حمل می‌شود و در پای تپه‌ها و کوه پایه‌ها تمرکز می‌یابد. بنابراین بررسی رسوبات کوهپایه‌ای و واریزه‌ها می‌تواند اطلاعات جالبی را در پیجوییهای ژئوشیمیایی بدست دهد.
آب‌‌های جاری مواد دانه ریز را به صورت معلق و مواد درشتر را در کف بستر حمل می‌کند. سیلاب‌‌های موسمی نیز قادر است ذرات درشت را در قسمت‌‌های پرشیب حمل کند و آنها را در قسمت‌‌های کم شیب‌تر نظیر مخروطه افکنه رسوب دهد. به هر حال آب می‌تواند محصولات حاصل از هوازدگی را تا فاصله زیادی از منشاء آنها حمل کند و در دوردست‌ها رسوب دهد.
ب) انحلال
در اثر هوازدگی بسیاری از عناصر موجود در کانیهای سنگ به حالت محلول در می‌آیند و بوسیله آب‌‌های سطحی و زیرزمینی تا مسافتهای طولانی حمل می‌شوند و در محلی جدا از منشاء اولیه خود رسوب می‌کنند. بسته به ماهیت عناصر، شرایط محیط و عوامل حمل و نقل گسترش هاله ای که به این ترتیب حاصل می‌شود ممکن است از نوار‌‌های باریک تا مناطق وسیع تغییر کند.
ج) عوامل زیستی
گیاهان به همراه مواد غذایی مورد نیاز عناصر مختلفی از خاک جذب می‌کنند. پس از خشک شدن و تجزیه گیاه ترکیبات قابل حل آن بوسیله آب‌‌های زیرزمینی حمل می‌شود اما ترکیبات کمتر محلول آن بر جای می‌ماند و بدین ترتیب خاک محل از این ترکیبات غنی می‌شود بدین ترتیب گیاهان نیز می‌توانند نقش مؤ.ثری در گسترش هاله ثانویه داشته باشند.
انواع آنومالی‌ها در هاله‌‌‌های ثانویه
همان گونه که دیدیم عوامل مختلفی در پراکنش عناصر و تشکیل هاله‌‌‌های ثانویه مؤثرند و انواع مختلفی از هاله‌ها را بوجود می‌آورند. مهمترین انواع آنومالیهای ثانویه به شرح زیر است:
- آنومالیهای برجا
- آنومالیهای حمل شده به طریق مکانیکی
- آنومالیهای ناشی از آب
- آنومالیهای رسوبات بستر رودخانه‌ها
- آنومالی‌ها رسوبات دریاچه‌ها
در زیر این آنومالی‌ها را به اختصار بررسی می‌کنیم:
الف) آنومالیهای برجا
این نوع آنومالی‌ها هنگامی تشکیل می‌شود که سنگها در محل و به حالت برجا هوازده شوند و آب‌‌های خارجی عناصری را از محل دور نکند بنابراین در چنین مواردی آنومالی بلافاصله در رودی توده اصلی قرار دارد. گرچه این نوع آنومالی در تمام نقاط دنیا وجود دارد اما معمولاً در مناطق فاقد یخچال دیده می‌شود.
ب) آنومالیهای حمل شده به طریق مکانیکی
این نوع آنومالی هنگامی بوجود می‌آید که قطعات خرد شده سنگها و کانی‌ها در اثر عوامل مکانیکی از محل سنگ اصلی حمل شده و در جای دیگر رسوب کند. مهمترین آنومالی‌هایی که به این نحو تشکیل می‌شود نهشته‌‌‌های یخچالی است. اما در واریزه‌ها، زمین لغزش‌ها و رسوبات بادی نیز ممکن است این آنومالی دیده شود. بدیهی است در مورد این آنومالی‌ها کانسار اصلی را بایستی در عکس جهت حرکت رسوبات جستچو کرد.
ج) آنومالیهای ناشی از آب
این آنومالی‌ها در اثر فرایند انحلال مواد بوجود می‌آید. آب قادر است بعضی از مواد عناصر را در خود حل و حمل کند و در اثر تغییر شرایط محیط دوباره آنها را در جای دیگر رسوب دهد و بدین ترتیب هاله‌ای از عناصر را در محلی جدا از کانسار اصلی بوجود آورد.
د) آنومالیهای رسوبات رودخانه
این آنومالی‌ها هنگامی به وجود می‌آید که سنگها و ترکیبات تشکیل دهنده کانسار فرسایش محصولات ناشی از آن به داخل رودخانه راه یابد و در کف آن رسوب کند. در مورد کانیهای مقاوم نظیر کاسی تریت و بریل عناصر در داخل قطعات کانی حمل می‌شوند و بنابراین این گونه آنومالی‌ها را در واقع بایستی جزو آنومالیهای حمل شده به طریق مکانیکی دسته‌بندی کرد.
عناصر کمتر پایدار به صورت ذرات ریز یا به صورت جذب توسط ذرات آلی حمل می‌شوند. از جمله ویژگی‌‌‌های این آنومالی‌ها آن است که معمولاً رسوب عناصر فلزی با رسوب اکسید‌‌های آهن و منگنز همراه است.
در رسوبات رودخانه ای هر چه قدر از منبع اصلی دورتر شویم به علت ورود ذرات سنگهای معمولی عیار عناصر مورد نظر در رسوبات کاهش می‌یابد.
ه) آنومالیهای رسوبات دریاچه‌ای
این آنومالی‌ها مشابه آنومالیهای رسوبات رودخانه ای است و در آن هم رسوبات آواری و هم رسوبات شیمیایی حاوی عناصر دیده می‌شود. همانگونه که می‌دانیم مواد دانه درشتی که توسط رودخانه حمل می‌شود به هنگام ورود رودخانه به دریاچه به صورت رسوبات دلتایی ته‌نشین می‌شود اما رسوبات نرم تر تا مسافتهای زیاد نسبت به ساحل حمل و در بخش‌‌های مرکزی دریاچه رسوب می‌کند.
محیط رسوبگذاری دریاچه تابع عوامل متعددی است که از آن جمله میتوان وسعت و عمق دریاچه، آب و هوای محیط، طبیعت و شدت جریان رودخانه‌‌‌های وارد شونده به دریاچه، جریان‌ها درون آب دریاچه و بسیاری عوامل دیگر را نام برد.
و) آنومالیهای گیاهی
از آنجا که گیاهان عناصر مختلف را از آب جذب و آنها را در شاخ و برگ خود متمرکز می‌کنند لذا در بالای یک توده کانسار شاخ و برگ گیاهان از بعضی عناصر قوی خواهند بود. تشکیل آنومالی گیاهی در بالای کانسار به عوامل متعددی وابسته است.
از جمله آنکه گیاهان گیاهان مختلف قادر به جذب عناصر مختلف اند و بنابراین آنومالی گیاهی ممکن است در بعضی گیاهان منطقه دیده شود و یا آنکه اصولاً مشاهده نگردد. د مورد یک گیاه واحد نیز ممکن است قابلیت جذب عنصری گیاه در طول فصول مختلف تغییر کند. همانگونه که بعداً خواهیم دید بررسی نوع و محتوای عنصری گیاهان روشهای خاص ژئوشیمیایی را تشکیل می‌دهد
شیوه‌‌‌های مختلف در بررسی‌‌‌های ثانویه: با توجه به آنومالیهای مختلف ثانویه شبکه و شیوه نمونه برداری از آنها متفاوت است. متداول ترین شیوه‌‌‌های هاله‌‌‌های ثانویه روشهای نمونه‌گیری از خاک و رسوبات بستر رودخانه‌ها است که در قسمت بعدی این مطلب مورد بحث قرار می‌گیرد.
برای مطالعه قسمت دوم این مطلب به این مطلب مراجعه کنید: ژئوشیمی در اکتشاف معدن – قسمت دوم
