Биогеохимические методы поисков

Биогеохимические методы поисков основаны на выявлении вторичных ореолов рассеяния элементов-индикаторов руд в живых организмах и их остатках, называемых биогеохимическими ореолами. В настоящее время практическое значение имеет только метод, использующий в качестве объектов опробования наземные растения и их остатки (торф, лесную подстилку, гумусовый горизонт почв).

Основными факторами, влияющими на формирование биогеохимических ореолов рудных месторождений в растениях, являются:

1) доступность для растений минеральных и химических форм элементов-индикаторов, находящихся в корнеобитаемой зоне почв и почвообразующих породах; 2) величина поверхности контакта корневых систем растений с лито-, гидрои атмохимическими ореолами рассеяния; 3) наличие и величина антиконцентрационных физико-биологических барьеров против высоких концентраций рудных элементов в питающей среде, 4) степень обводненности почв; 5) климат.

Биогеохимические поиски возможны только по биообъектам, у которых антиконцентрационные барьеры либо отсутствуют, либо имеют высокие предельные уровни, существенно превышающие местный биогеохимический фон. В конкретных природных условиях выявляется относительно большое количество массивных биологических объектов, в которых содержание большинства элементов-индикаторов не превышает их минимально аномальных значений. По наличию и величине антиконцентрационных барьеров выделяют четыре группы биообъектов (рис. 23): 1) безбарьерные; 2) практически безбарьерные, с предельными концентрациями, превышающими фоновые содержания в 30—300 раз; 3) близфонобарьерные, с предельными концентрациями, превышающими местный фон приблизительно в 10 раз; и 4) фонобарьерные, с предельными концентрациями элементов-индикаторов, равными или близкими к фону, не превышающими их минимально аномальных содержаний для соответствующих видов и частей растений.

Рис. 23. Нормированные концентрационные кривые, соответствующие основным группам биообъектов:

Группы биообъектов: 1 — неограниченной аккумуляции, безбарьерный (количественно-информативный); 2 — практически безбарьерный, высокоинформативный; 3 — близфонобарьерный, малоинформативный;

4 — фонобарьерный, пассивный к высоким концентрациям и питающей среде (неинформативный). Пунктиром показаны приближенные границы между концентрационными кривыми различных типов Использование первых двух групп биообъектов, дающих соответственно количественную и приближенно-количественную информацию об элементах-индикаторах на горизонте питания растений, обеспечивает наиболее эффективное ведение биогеохимических поисков. Использование биообъектов третьей группы позволяет получить лишь качественную информацию, искаженную антиконцентрационными барьерами, которая, как правило, не может интерпретироваться количественно. Использование фонобарьерных биообъектов не дает никакой поисковой информации, и проведение биогеохимических поисков с их опробованием лишено смысла.

Согласно статистическим данным по 20 элементам-индикаторам, относительное количество фонобарьерных видов и частей растений, неинформативных в поисковом отношении, равно приблизительно половине (47%) изученных наземных биообъектов растений, число которых для различных элементов-индикаторов изменяется от 50 до 250. Для некоторых элементов (Си, Pb, Ag, Cd, W, Be, Li, Cs, и Ba) относительное количество таких неинформативных видов и частей растений близко к половине или превышает 50%, а для U, F, Мп и Fe превышает 80% изученных биообъектов. Элементами-индикаторами, наиболее благоприятными для использования при поисках, так как они имеют наименьшее (30%) относительное количество неинформативных видов и частей растений, являются Zn, Mo, Au, Bi, Rb и As.

В связи с преобладанием барьерного типа в накоплении практически всех элементов-индикаторов месторождений полезных ископаемых при поисках следует использовать небольшое число наиболее информативных безбарьерных и практически безбарьерных частей широко распространенных растений. Биогеохимические поиски по таким биологическим объектам рекомендуются для практического использования в объемах, определяемых результатами районирования территории по применимости различных геохимических методов.

Опыт группирования 50—500 биообъектов Сибири показал, что многие из них являются безбарьерными или практически безбарьерными, т. е. количественно-информативными, одновременно на большое число элементов-индикаторов. Такими биообъектами, например, являются корни древесных, кустарниковых и травянистых растений, низшие растения — мхи и лишайники, и внешние слои коры (корка) в нижних, удобных для опробования частях стволов древесных растений. Анализ информации о количественных барьерных характеристиках надземных частей различных видов растений позволил выделить биообъекты, наиболее эффективные для использования при поисковых работах в Сибири.

Большое значение имеют формы нахождения элементов индикаторов, контактирующих с корнями растений при формировании биогеохимических ореолов рудных месторождений. Одни формы обусловливают отсутствие или ослабление биогеохимических ореолов (из-за недоступности растениям элементов-индикаторов, входящих в некоторые труднорастворимые и устойчивые минералы), другие, наоборот, способствуют образованию более контрастных биогеохимических ореолов (в связи с интенсивным накоплением в растениях элементов-индикаторов). По имеющимся данным, растениям обычно недоступны прочно связанные формы элементов-индикаторов, находящиеся в относительно крупных (> 0,03—0,1 мм) кристаллах, зернах или прочных агрегатах, труднорастворимых в кислотах минералов.

Интенсивность и эффективные размеры биогеохимического ореола зависят также от мощности аллохтонного или склонового рыхлого покрова, глубины зоны полного или значительного выщелачивания литохимических ореолов и глубины проникновения корневых систем изучаемых растений. С увеличением мощности покровных образований зависимость химического состава растений от состава руд и их лито-, гидрои атмохимических ореолов ослабевает. Глубинность биогеохимических поисков в конкретных геологических и ландшафтных условиях ведения поисковых работ имеет определенную величину, которую необходимо предварительно установить в ходе опытно-методических работ. Для обеспечения максимальной глубинности биогеохимических поисков предпочтительно опробование многолетних древесных, кустарниковых и травянистых растений, имеющих глубоко проникающие корневые системы. Минимальная глубина корневых систем таких растений увеличивается с повышением аридности климата; так, в зоне многолетней мерзлоты она равна 0,5—2 м, в зоне умеренного климата 3—10 м, а в зоне аридного климата достигает 5—20 и даже 30—70 м.

Ореолы рассеяния в торфах обусловливаются первичным накоплением элементов-индикаторов в растениях-торфообразователях, а также вторичным сорбционным накоплением их в отмерших растениях и в торфе за счет диффузии и капиллярного подъема почвенных растворов и грунтовых вод или прямого влияния гидрохимических ореолов рассеяния рудных месторождений. В некоторой степени сходна природа биогеохимических ореолов в растительной подстилке, т. е. в слое растительных остатков, образующемся под пологом живых растений, а также в гумусовом горизонте почв. В результате вторичного обогащения элементами из водных растворов ореолы рассеяния некоторых элементов-индикаторов в торфе и растительной подстилке имеют большую контрастность, чем в живых растениях или почве. Следует, однако, иметь в виду, что во многих случаях пробы растительной подстилки намного разнороднее, чем пробы живых растений, из-за многообразия исходных видов растений, различной степени разложения растительных остатков и выщелачивания из них элементов-индикаторов, переменного количества неорганического материала и существенного влияния других трудноконтролируемых факторов. Это иногда обусловливает невозможность обеспечить необходимую стандартизацию отбора проб растительной подстилки и усложняет интерпретацию полученных результатов.

Кроме того, при изучении биогеохимических ореолов в торфах и растительной подстилке следует помнить, что основные растения-торфообразователи — это мхи и лишайники, являющиеся безбарьерными по отношению к большому комплексу рудных элементов. Растительная же подстилка (опад) состоит преимущественно из листьев и хвои деревьев и кустарников и надземных частей трав, которые являются обычно неинформативными или малоинформативными биообъектами по отношению к большинству рудных элементов. Лишь для ограниченного числа элементов-индикаторов, например золота, свинца и цинка, эти биообъекты являются безбарьерными или практически безбарьерными. Исходя из этих данных, торф и его живой мохово-лишайниковый покров можно считать высоко информативными на большой комплекс элементов индикаторов в отличие от растительной подстилки, информативной лишь на ограниченное число элементов.

Сравнительно сложные в отношении интерпретации получаемых данных биогеохимические поиски следует проводить только в таких условиях, когда они имеют существенно большую геологическую и экономическую эффективность, чем литохимические поиски.

В сравнении с литохимическими ореолами, связь биогеохимических ореолов с оруденением более опосредована. Поэтому применение биогеохимического метода (вместо литогеохимического) можно рекомендовать только в определенных условиях:

• 1) при наличии выщелоченных с поверхности (закрытых) литогеохимических ореолов;
• 2) на площадях с погребенными вторичными ореолами при наличии чехла дальнеприносных отложений до 10 м в условиях умеренного климата;
• 3) то же при мощности чехла дальнеприносных отложений 50—80 м в условиях сухих степей и полупустынь;
• 4) на заболоченных территориях при неглубоком (до 10 м) залегании рудоносных пород;
• 5) на площадях развития крупноглыбовых (курумовых) осыпей.

Соответственно, применение биогеохимического метода нецелесообразно:

• 1) в активно денудированных районах, где первичные и вторичные ореолы обнажаются на поверхности;
• 2) при залегании первичных и вторичных ореолов на большой глубине, заведомо не доступной для корневой системы растений;
• 3) на площадях лишенных безбарьерных видов растений;
• 4) при поисках руд, элементы-индикаторы которых входят в состав труднорастворимых веществ и недоступны для растений.