Как ищут алмазы

Как ищут алмазы

Содержание алмазов даже в наиболее обогащенных ими горных породах не превышает стотысячных долей процента. Как же геологам удается находить месторождения этого минерала на бескрайних просторах Земли?

Алмазы распространены не повсеместно, и поэтому очень важно правильно выбрать районы, где планируются поиски новых месторождений. Давно известно, что месторождения алмазов размещаются на территориях, характеризующихся спокойным, почти горизонтальным залеганием пластов горных пород, и не встречаются на тех площадях, где слои земные перемяты и собраны в крутые складки. Регионы первого типа по геологической терминологии называются платформами, а регионы второго типа - складчатыми или геосинклинальными областями.

Для обнаружения месторождений алмаза в предварительно намеченном районе платформенной области используются различные способы, которые применяются обычно не поодиночке, а по нескольку сразу. Комплекс дополняющих друг друга поисковых методов выбирается с учетом особенностей геологического строения района и результатов ранее проведенных на его территории геологоразведочных работ.

Арсенал разработанных к настоящему времени способов обнаружения алмазных месторождений достаточно разнообразен, но все они распадаются на три основные группы. К первой группе относятся методы поисков, которые могут быть охарактеризованы как собственно геологические, ко второй - геофизические, к третьей - геохимические.

Наиболее эффективны и широко применяются геологические и геофизические методы.

Среди геологических методов поисков алмазных месторождений ведущая роль принадлежит шлиховому и мелкообъемному опробованию, которым подвергаются речные отложения, а также рыхлые массы выветрелых пород, слагающих склоны речных долин и гор. Рассмотрим вкратце основные принципы, преимущества и недостатки каждого из этих методов.

Шлиховое опробование производится с целью извлечения из рыхлых отложений (песков, глины и т. п.) шлиха: минералов, обладающих высокой плотностью и значительной механической прочностью. Этот старинный поисковый метод, применявшийся еще во времена землепроходцев, не требует сложного оборудования и дает хорошие результаты при использовании простейших приспособлений: шлихового лотка или специального ковша и обычной лопаты. Заменителем шлихового лотка может служить алюминиевая миска или тазик, с помощью которых каждый турист, краевед или любитель природы может без особого труда узнать, какие руды, благородные металлы и драгоценные камни содержатся в протекающей поблизости речке.

Техника взятия шлиховой пробы очень проста. Сначала выбирают удобное место на берегу реки - песчано-галечную косу, отлогий незаросший участок берега. Лопатой снимают верхний слой речных отложений до глубины примерно 0,2 м. При дальнейшем углублении образовавшейся лунки песок, глину и мелкие камешки складывают в шлиховой лоток. Наполненный рыхлым материалом лоток погружают в воду, где сначала отмучивают глинистые и илистые частицы, а затем с помощью колебательных и вращательных движений лотка добиваются смыва легких и проседания тяжелых минералов.

По истечении нескольких минут, когда почти все легкие частицы будут смыты, при наклоне лотка в его приподнятой части отчетливо выделяются и хорошо различаются невооруженным глазом разноцветные полоски, сложенные различными тяжелыми минералами. Непосредственно к желто-серой песчаной массе не смытых до конца легких частиц обычно примыкает красновато-розовая (иногда бледно-розовая) кайма мелких зерен граната. За гранатовой чаще всего располагается черная до иссиня-черной полоса, сложенная мельчайшими частицами рудных минералов, среди которых преобладают магнетит (FeFe₂O₄) и ильменит (FeTiO₃). Если речные отложения на данном участке содержат золото, то позади черной полосы рудных минералов внимательный наблюдатель заметит нитевидную кайму или отдельные блестки мелких золотинок.

В каждом шлихе присутствуют и другие минералы. Среди них могут оказаться такие, присутствие которых говорит о наличии в бассейне реки коренных месторождений редких или цветных металлов, а также минералы, способные образовывать крупные россыпные месторождения. Точное определение минералогического состава шлиха требует специальных знаний и опыта. В тех случаях, когда имеются подозрения о наличии в шлихах каких-либо ценных минералов, шлихи необходимо передать на заключение в ближайшую геологическую организацию.

Алмаз в шлиховых пробах встречается исключительно редко, поскольку объем одной такой пробы составляет всего 5-10 л зернистого материала, а далеко не каждый кубический метр среднеалмазоносных речных отложений или выветрелого кимберлита содержит хотя бы один кристаллик алмаза. Значит, как коренные, так и россыпные месторождения алмаза искать по появлению кристаллов этого минерала в шлихах практически невозможно. И вот здесь на помощь геологам приходят уже упоминавшиеся минералы-спутники алмаза: кроваво-красный пироп, смоляно-черный ильменит и изумрудно-зеленый пироксен (хром-диопсид).

В кимберлите все эти минералы находятся в виде крупных (часто до 1 см и более) выделений. Они почти не изменяются при выветривании породы, а, оказавшись в реке, постепенно раскалываются и истираются. Следовательно, на сравнительно небольшом (порядка 10 км) удалении от кимберлитовой трубки шлихи наряду с тонкозернистой минеральной массой будут содержать достаточно крупные (1-5 мм) угловатые зерна пиропа и ильменита. Хром-диопсид значительно уступает по механической прочности двум предыдущим минералам-спутникам и поэтому появляется в шлихах, отмытых вблизи (менее 1-2 км) от выхода кимберлита.

Поиски кимберлитовых трубок с помощью шлихового опробования по ореолам рассеяния минералов-спутников алмаза в принципе не представляют особых трудностей. Сначала проводится систематическое шлиховое опробование рек в пределах территории, которая по комплексу геологических данных оценивается как перспективная. Шлиховые пробы берутся с интервалом около 1 км. Опробование, как правило, ведется в направлении от устья к истокам рек. Продвигаясь от устья к верховьям реки, геолог улавливает сначала редкие мелкие, а затем все более многочисленные и крупные зерна пиропа и ильменита. Но вот "кровавый след" обрывается: очередная и следующие за ней пробы оказываются пустыми и даже при самом внимательном изучении в них не удается обнаружить минералов-спутников алмаза. Значит, источник этих минералов остался на склоне долины или в русле реки ниже по течению. Тогда в промежутке между последней шлиховой пробой, содержащей минералы-спутники, и первой пустой пробой отмывается еще один шлих. В зависимости от полученных результатов следующая шлиховая проба промывается выше или ниже предыдущей. Таким образом, устанавливается верхняя (по течению) точка поступления минералов-спутников алмаза в русловые отложения реки.

Здесь шлиховые пробы отбираются с обоих склонов долины. На том склоне, где обнаруживаются минералы-спутники, проводится систематическое шлиховое опробование для определения местонахождения кимберлитовой трубки. С этой целью шлиховые пробы отбираются по нескольким линиям, каждая из которых параллельна склону и располагается выше предыдущей.

Если выход рудного тела имеет округлую или близкую к изометричной форму, то площадь (ореол) рассеяния обломков руды расширяется вниз по склону, напоминая по очертаниям вытянутый остроугольный треугольник, в вершине которого находится коренной источник рудных минералов. Проследив ореол рассеяния пиропа и ильменита в рыхлых отложениях на склоне речной долины, геологи безошибочно устанавливают местоположение кимберлитовой трубки или дайки.

Ввиду того что кимберлиты далеко не каждой трубки алмазоносны, а объем шлиховой пробы слишком мал для улавливания хотя бы одного кристалла алмаза даже в обогащенных этим минералом осадках, поиски алмазных месторождений не ограничиваются промывкой шлиховых проб, но обязательно сопровождаются еще и мелкообъемным опробованием. Мелкообъемным это опробование называется в известной мере условно, поскольку объем каждой пробы составляет 1-3 м³. Оно называется так для отличия от бесспорно крупнообъемного (десятки-сотни кубических метров) опробования, которое применяется для определения содержания и качества алмазов при детальных поисках и разведке месторождений.

Промывка даже мелкообъемных проб достаточно трудоемка. Песчано-галечный материал при этом загружается в специальное приспособление, состоящее из набора металлических сит. Сита располагаются одно над другим. Сверху находится сито с крупными ячеями, внизу - с самыми мелкими. Агрегат приводится в колебательное движение, а сверху на него направляют поток воды, благодаря чему зернистый материал перемещается вниз и разделяется на несколько классов (по размерам частиц). Глинистые, пылевидные и тонкие песчаные частицы проходят сквозь нижнее сито и уносятся водой.

Следующая операция имеет целью обогащение разделенного на классы зернистого материала. Для этого применяется агрегат, в котором под действием пульсирующих колебаний воды происходит просадка тяжелых минералов на дно специальных камер. Обломки горных пород и минералов с плотностью менее 2,9 г/см³ скапливаются в верхних частях камер и удаляются. Получающийся в итоге обогащения концентрат не превышает нескольких процентов от объема исходного материала и пригоден для извлечения из него алмазов.

Если в мелкообъемных пробах из речных отложений того или иного участка найдены алмазы и геологическая обстановка не исключает наличия здесь значительных по величине россыпных месторождений, то проводится крупнообъемное опробование для оценки содержания полезного ископаемого. Опробованию подвергаются также все вновь находимые кимберлитовые трубки и дайки.

В середине XX в. разработаны способы поисков коренных месторождений алмазов, при которых используются физические свойства кимберлитов, такие как магнитность, электропроводность и некоторые другие. Наиболее широко применяются способы, основанные на магнитных свойствах материнских пород алмаза.

Выше при описании кимберлитов отмечалось, что напряженность магнитного поля над трубками взрыва нередко достигает многих десятков, сотен, а в отдельных случаях и нескольких тысяч гамм. Если такие тела залегают среди мощных толщ известняков, доломитов, песчаников и других практически немагнитных пород, то они легко могут быть обнаружены с помощью современных магнитометров. Сконструировано несколько моделей магнитометров, одни из которых предназначены для проведения аэромагнитной съемки, а другие для наземной магниторазведки.

Поиски кимберлитовых трубок способом аэромагнитной съемки проводятся в районах, где по данным шлихового и мелкообъемного опробования предполагается наличие коренных месторождений алмаза. Самолет с установленным на нем аэромагнитометром летает строго параллельными курсами, отстоящими на равные расстояния друг от друга. Чем детальнее проводятся работы, тем меньше расстояние между линиями маршрутов, тем ниже летит самолет и жестче требования к соблюдению постоянства высоты полета. В гористой местности такой полет требует от пилота особого мастерства, поскольку самолет должен буквально "выписывать" профиль гор и долин в непосредственной близости от скал.

Аэромагнитометр непрерывно измеряет напряженность магнитного поля и поэтому улавливает даже небольшие участки, отличающиеся интенсивностью и направленностью намагничения горных пород. Такие участки называются магнитными аномалиями. Каждую аномалию наносят на карту и сбрасывают вымпел, что облегчает поиск этой точки на местности. Важным достоинством аэромагнитного способа является высокая производительность, благодаря чему за короткое время удается охватить обширные территории.

Наземная магниторазведка проводится путем измерения напряженности магнитного поля в большом числе точек на поверхности земли. Этот способ точнее, но значительно менее производителен.

Как наземные, так и аэромагнитные аномалии необходимо заверять, т. е. определять состав магнитовозмущающих горных пород. Хорошо, если аномалия приурочена к скальному выходу. Однако в большинстве случаев вызывающие магнитную аномалию породы скрыты под плащом рыхлых осадков, и чтобы добраться до них, приходится копать глубокие канавы, шурфы (вертикальные горные выработки вроде колодца) или бурить скважины.

В сильно заболоченной местности, в районах, где кимберлиты захоронены под мощными толщами более молодых осадков, и в других случаях, когда шлиховой способ неприменим или малоэффективен, магниторазведка является основным поисковым методом. Геофизики научились по особенностям магнитного поля довольно хорошо отличать аномалии над кимберлитовыми трубками от аномалий, вызываемых другими магнитными породами.

При несомненных достоинствах магнитометрический способ поисков алмазных месторождений имеет и весьма существенный недостаток. Дело в том, что алмазоносность кимберлитов в первом приближении обратно пропорциональна их магнитности; поэтому как наземная, так и воздушная магниторазведка хорошо обнаруживает слабоалмазоносные и пустые кимберлиты, но малоэффективна для выявления богатых коренных месторождений алмазов.

Геохимические способы обнаружения кимберлитов основаны на обогащенности их некоторыми химическими элементами, которые мало распространены в большинстве других горных пород.

Установлено, что концентрация никеля, хрома, кобальта, марганца и цинка в кимберлитах в 10-50 раз выше, чем в известняках, доломитах, песчаниках и многих других породах.

При выветривании и разрушении кимберлитов эти элементы попадают в рыхлые отложения, залегающие как непосредственно над кимберлитовой трубкой, так и на удалении до нескольких сотен метров вокруг нее. Площадь ореолов рассеяния, в пределах которых почва обогащена "кимберлитовыми" элементами, во много раз больше, чем площадь трубки. Благодаря крупным размерам такие ореолы легко обнаруживаются при геохимическом опробовании по относительно редкой сети.

Геохимическая проба представляет собой примерно 100 г глинистого или другого грунта, в котором с помощью анализа (обычно спектрального) определяют содержание интересующих геолога химических элементов. На участках, где установлены повышенные концентрации никеля, кобальта и других элементов, сеть опробования сгущается для более точного определения местонахождения коренного источника.

Геохимический способ поисков позволяет обнаружить кимберлитовые тела, скрытые под многометровыми толщами рыхлых осадков. Однако этот способ не получает широкого распространения ввиду того, что геохимические аномалии даже типично "кимберлитовых" элементов бывают связаны и с другими горными породами. Кроме того, пока не установлены какие-либо признаки для отличия геохимических аномалий, развитых над богатыми алмазами и неалмазоносными кимберлитами.

Когда, наконец, поиски увенчались успехом и с помощью того или иного способа геологам удалось обнаружить новую кимберлитовую трубку, сразу же встает вопрос о ее ценности. До самого последнего времени оценка коренных месторождений алмазов относилась к числу наиболее сложных, дорогостоящих и трудоемких видов геологоразведочных работ.

Большинство трубок, как уже отмечалось, с поверхности перекрыто рыхлыми наносами, толщина которых измеряется многими метрами, а в некоторых случаях достигает первых десятков метров. Залегающий под наносами кимберлит, как правило, изменен процессами выветривания и обогащен алмазами по сравнению с невыветрелым кимберлитом, слагающим более глубокие горизонты трубок. Значит, неискаженное содержание алмазов в каждой вновь находимой трубке может быть установлено только по таким пробам, которые отбираются из невыветрелых кимберлитов.

Для отбора этих проб на каждой трубке приходится выкапывать несколько шурфов глубиной до 20 м. Извлеченный из нижних частей шурфов кимберлит составляет крупнообъемную пробу, масса которой достигает 100 т и более.

Промывка и обогащение крупнообъемных проб достаточно трудоемки и производятся на специально строящихся для этой цели небольших обогатительных фабриках. Каждая фабрика обслуживает поисково-опробовательские работы на обширном участке алмазоносной территории, в пределах которого обычно находятся и кимберлитовые трубки и россыпи алмазов. Обработка поступающих на фабрику проб включает примерно те же операции, что и на алмазодобывающих предприятиях.

Очевидно, что завоз оборудования и постройка даже относительно небольших фабрик в сотнях километров от населенных пунктов и путей, сообщения - нелегкая задача. С немалыми затратами средств и времени сопряжена также доставка на обогатительные фабрики 100-200-тонных проб кимберлита, который приходится возить за десятки километров по горной и таежной местности в условиях полнейшего бездорожья.