6.5. Геофизические и геохимические методы

Геофизика, как обобщающая наука, изучающая Землю и околоземное пространство с помощью естественных и искусственных физических полей занимает среди точных и естественных наук (астрономии, физики, математики, географии, геологии, химии) уникальное стыковое положение. Она использует достижения этих фундаментальных наук или родственных им научно-прикладных дисциплин (например, космонавтики, геодинамики, информатики, электроники, автоматики и др.), ставя перед ними немало проблем теоретического и прикладного плана.

Хотя иногда геофизику отождествляют с Физикой Земли, однако последняя наука изучает лишь Землю, как планету и ее оболочки: литосферу, астеносферу, мантию, ядро. Глобальная геофизика как обобщающая фундаментальная наука включает не только Физику Земли, но и геофизику космоса и атмосферы, гидросферы, а также науки, изучающие конкретные физические поля Земли: гравиметрию, магнитометрию, геоэлектрику, сейсмологию, сейсмометрию, термометрию, ядерную геофизику. Из этих фундаментальных геофизических наук выделяются научно-прикладные разделы. Так, геофизика воздушной оболочки включает физику космоса и атмосферы, метеорологию, климатологию и др. Геофизика водной оболочки (гидросферы) состоит из гидрофизики, океанологии, физики моря, лимнологии (изучение озер), гидрологии (изучение рек), подземной гидросферы, гляциологии (изучение ледников) и др. Из геофизики литосферы выделились разведочная или прикладная геофизика с методами, имеющими большое практическое значение при поисках и разведке полезных ископаемых и называемыми гравиразведкой, магниторазведкой, электроразведкой, сейсморазведкой, терморазведкой, ядерно-геофизической и геофизические методы исследования скважин (ГИС).

Геофизические методы исследований –это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для изучения верхних слоев Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геологических, гидрогеологических, мерзлотно-гляциологических и других изысканий и основанный на изучении естественных и искусственных полей Земли.

Геофизические методы исследований широко применяют на современном этапе геологических исследований, в обязательном порядке в комплексе с геолого-тектоническими, геохимическими, минералогическими и другими методами, особенно для изучения глубинных частей Земли, вплоть до ее ядра. Объектами геофизических исследований являются:

1. природные объекты в верхних горизонтах земной коры (горные породы и руды), в частности особенности их физических полей (гравитационных, магнитных, электрических и др.), отражающих строение и состав месторождений, залежей, пород, руд и т.д.;

2. их расположение в земной коре, мантии и определяющее геологическое строение и структуру этих блоков Земли;

3. различные физические процессы и явления, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные объекты зарождаются, изменяются, исчезают, а также формируется внутреннее сложное строение Земли;

4. причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов и сопровождающих их физических полей, что неизбежно приводит нас к пониманию закономерности развития Земли в целом.

Физико-математические основы геофизики были заложены в XVII веке. Магниторазведка в качестве метода возникла раннее других геофизических методов и это было связано с применением компаса для разведки магнитных руд в Швеции в 1640 г. В 1687 г. И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и с этого началась развиваться теория гравитационного поля Земли. В 1753 г. М.В. Ломоносов сформулировал идею о связи значений силы тяжести на земной поверхности с внутренним строением Земли и разработал идею газового гравиметра. Его же работы в области сейсмологии, атмосферного электричества можно считать первыми, относящимися к геофизическим исследованиям Земли. Первыми работами по электроразведке являются проведенные в 1830 г. наблюдения Р. Фокса (Англия) за естественной электрической поляризацией сульфидных залежей. В 1894 г. проведены первые систематические разведочные работы Курской магнитной аномалии, а также съемки на Урале и в районе Кривого рога.

Применение геофизических методов расширилось в 1920-х годах, когда гравиметрические и сейсмические исследования доказали свою эффективность в обнаружении соляных куполов и связанных с ними нефтяных залежей на побережье Мексиканского залива. Несколько позже стали развиваться терморазведка и ядерная геофизика, геофизические исследования скважин. Начиная со второй половины XX века огромную роль играют физические, информационные и другие модели в геофизике, а также обработка и интерпретация геофизических данных. Это особые направления развития геофизических методов, связанные с внедрением в геофизику современных компьютерных систем. Правильная интерпретация результатов всех геофизических методов возможна лишь на хорошей геологической основе, физической базе, математических теориях. На сегодня велико значение геофизических методов для изучения геологического строения дна морей и океанов, а также глубоких недр и Земли в целом.

Систематизация геофизических методов исследований

Геофизические исследования земных недр основываются на ряде физических методов. Принципиальное отличие геофизических методов от чисто геологических состоит в том, что вся информация о поисковых объектах извлекается в результате интерпретации параметров инструментальных измерений, а не путём непосредственных наблюдений.

Геофизические методы основаны на изучении физических полей и физических свойств пород и минералов, их слагающих. Они используются для выявления месторождений полезных ископаемых, картографирования и расчленения геологических структур, например, соляных куполов и антиклиналей (где аккумулируется нефть), для картографирования рельефа дна океана различными сигналами (широко используется акустические методы, сейсморазведка), структуры и разрезов океанической и континентальной земной коры (сейсморазведка, гравиразведка), определения мощности рыхлых отложений, коренных пород, толщины ледниковых покровов и плавающих в океанах льдов, при археологических исследованиях и т.п.

Геофизические методы подразделяются на два системно образующих блока:

1) методы измерения естественных земных физических полей– гравитационного, магнитного и электрического, теплового;

2) методы измерения искусственно создаваемых физических полей.

Геофизические методы дают наилучшие результаты, когда физические свойства исследуемых и картографируемых пород существенно отличаются от физических свойств граничащих с ними или вмещающих их пород.

Физические поля Земли и геофизические аномалии

Остановимся на краткой характеристике физических полей Земли, их параметров, а также физических свойствах среды, обеспечивающих возможность выявления аномальных объектов в ней.

Каждое физическое поле численно характеризуется своими параметрами. Так, гравитационное поле определяется ускорением свободного падения или силы тяжести ( ) и его градиентами (gx,gy,gz) и др.; геомагнитное поле – полным вектором напряженности и различными его элементами (вертикальным, горизонтальным и др.); электромагнитное – векторами магнитной () и электрической () составляющими; упругое – скоростями () распространения различных упругих волн; термическое - температурами (ТоС); ядерно-физическое - интенсивностями естественного ( ) и искусственно вызванных ( , ) гамма- и нейтронных излучений.

Принципиальная возможность проведения геологической разведки на основе различных физических полей Земли определяется тем, что распределение параметров полей в воздушной оболочке, на поверхности акваторий или Земли, в горных выработках и скважинах зависит не только от происхождения естественных или способа создания искусственных полей, но и от литолого-петрографических и геометрических неоднородностей земной коры, создающих аномальные поля.

Аномалией в геофизике считается отклонение измеренного параметра поля от нормального, за которое чаще всего принимается поле над однородным полупространством. При этом возникновение аномалий связано с тем, что объект поисков, называемый источником аномалий, или возмущений, или аномалосоздающим объектом, либо сам создает поле в силу естественных причин, например, возбуждается естественное постоянное электрическое поле, либо искажает поле, вследствие различий физических свойств, например, отражение сейсмических или электромагнитных волн от контактов разных толщ. Интенсивность аномалий определяется контрастностью физических свойств, относительной глубиной объекта, а также уровнем помех.

Если геологические и геохимические методы являются прямыми методами близкого действия, основанными на непосредственном изучении минерального, петрографического или геохимического состава вскрытых выработками горных пород, то геофизические методы являются косвенными, дальнего действия. Они обеспечивают равномерность, объемный, интегральный характер получаемой объективной информации с теоретически неограниченной глубинностью. При этом производительность экспериментальных геофизических работ значительно выше, а стоимость в несколько раз меньше по сравнению с разведкой с помощью неглубоких (до 100 м) и в сотни раз меньше глубоких (свыше 1 км) скважин. Повышая геологическую и экономическую эффективность изучения недр, геофизические методы исследования являются важнейшим направлением ускорения научно-технического прогресса в геологии и горном деле.

Выявление геофизических аномалий – сложная техническая и математическая проблема, поскольку оно проводится на фоне не всегда однородного и спокойного нормального поля среди разнообразных помех геологического, природного, техногенного характера (неоднородности верхней части геологической среды, неровности рельефа, космические, атмосферные, климатические, промышленные и другие помехи), т.е. всегда наблюдается интерференция полей разной природы. При этом бывает как простое наложение (суперпозиция) параметров полей, так и их сложные, нелинейные взаимодействия.

Измеряя те или иные физические параметры по системам обычно параллельных профилей или маршрутов и выявив аномалии, можно судить как о свойствах пород, так и получить сведения о геологическом строении исследуемого массива.

Аномалии определяются, прежде всего, изменением физических свойств горных пород по площади и по глубине. Так, гравитационное поле зависит от изменения плотности пород (Ϭ); магнитное поле - от магнитной восприимчивости (κ) и остаточной намагниченности (); электрическое и электромагнитное поля - от удельного электрического сопротивления пород (), диэлектрической () и магнитной (μ) проницаемостей, электрохимической активности (Ϭ) и поляризуемости (η); упругое поле - от скорости распространения (V) и затухания () различных типов волн, а последние, в свою очередь, - от плотности упругих констант (модуль Юнга () и коэффициент Пуассона (δ) и др.; термическое поле - от тепловых свойств: теплопроводности (), теплоемкости (С) и др.; ядерные - от естественной радиоактивности, гамма-лучевых и нейтронных свойств. Физические свойства горных пород меняются иногда в небольших пределах (например, плотность меняется от 1 до 6 г/см³), а иногда в очень широких пределах (например, удельное электрическое сопротивление изменяется от 0,001 до 1015 Ом•м). В зависимости от целого ряда физико-геологических факторов одна и та же порода может характеризоваться разными свойствами, и наоборот - разные породы могут не отличаться по некоторым свойствам.

Основные направления геофизических исследований

Геофизические методы исследования всех типов включают в себя следующие этапы: сбор первичного материала в полевых условиях, обработку и геологическую интерпретацию полученных данных или сразу же в полевых условиях или (и) в центрах по обработке геофизической информации. На всех этапах применяются современная компьютерная техника и космические средства передачи информации. Поэтому для изучения земной коры в первую очередь, а тем более нижележащих геосфер и оболочек, геология не может обходиться без помощи косвенных методов, разработанных другими науками, особенно без геофизических методов. Очень часто применяется комплекс геологических, геофизических, геохимических и других методов, способствующих эффективному и более быстрому решению той или иной геологической задачи.

Геофизические методы основаны на использовании физических характеристик отложений (удельного сопротивления, природной радиоактивности, остаточной намагниченности горных пород и т.д.) при их расчленении на слои и сопоставлении.

Направления геофизических исследований достаточно разнообразны.

Сейсмология изучает землетрясения как природные, так и техногенные, механизмы их возникновения и последствия, распространение сейсмических волн, все виды движений земной коры, которые регистрируются сейсмографами на суше, под землей, на дне океанов и морей. Такое направление сейсмологии, как инженерная сейсмология, занимается выбором сейсмически безопасных мест для строительства проектируемых сейсмостойких сооружений.

Сейсмические методы широко используются для изучения внутреннего строения Земли в целом и ее структуры на разных глубинах. Использование цифровых сейсмографов сыграло огромную роль в изучении земных недр и позволило регистрировать землетрясения. По данным об изменениях скоростей волн была составлена трехмерная схема строения мантии. Морская геофизика проводит исследования в морях и океанах, решая самые разнообразные задачи.

Гравиметрия занимается изучением гравитационного поля Земли. Локальные вариации этого поля, связанные с плотностными неоднородностями в пределах земной коры, используются для определения положения рудных тел. Гравиразведка в этом отношении достаточно эффективный метод.

Геомагнетизм исследует магнитное поле Земли (его источники и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. Принято считать, что магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в жидком внешнем ядре, его напряженность изменяется с периодичностью от 100 до 10 000 лет, а полярность подвержена обращениям (инверсиям). Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков.

Магниторазведка достаточно эффективный метод как расчленения толщ, так и выделения блоков с повышенными значениями магнитных параметров, что может быть связано с теми или иными месторождениями полезных ископаемых таких как, железных и железо-титанистых руд, сульфидных, золотых и т.д.

Изучение остаточной намагниченности горных пород называют палеомагнитным методом; он основан на том, что магнитные минералы, выпадая в осадок, распластовываются в соответствии с магнитным полем Земли той эпохи которая, как известно, постоянно менялась в течении геологического времени. Эта ориентировка сохраняется постоянно, если порода не подвергается нагреванию выше 580 С (т.н. точка Кюри) или интенсивной деформации и перекристаллизации. Следовательно, в различных слоях направление магнитного поля будет различным. Палеомагнетизм позволяет т.о. сопоставлять отложения значительно удаленные друг от друга (западное побережье Африки и восточное побережье Латинской Америки).

Геоэлектрикаизучает изменяющуюся с глубиной электропроводность Земли путем наблюдений за изменениями магнитного поля. Взаимодействие вариаций магнитного и электрического полей, обусловленных как естественными, так и искусственно индуцированными токами, используется в магнитотеллурическом зондировании при разведке полезных ископаемых и для изучения строения нижней части коры и верхней мантии. Это предопределило бурное развитие электроразведки. Расчленение пород в буровых скважинах на основании измерений удельного сопротивления горных пород и пористости называетсяэлектрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности –гамма–каротаж.

Геотермическиеисследования основаны на измерении теплового потока и теплопроводности, а также радиоактивности вблизи поверхности, которые затем экстраполируются на глубину. Тепловое излучение Солнца оказывает незначительный эффект на недра Земли. Точно так же энергия, высвобождаемая при землетрясениях и приливном трении, мала по сравнению с геотермальными потерями тепла. Предполагается, что главный источник тепла в Земле обусловлен радиоактивным распадом долгоживущих радионуклидов, а также высвобождением гравитационной энергии и распадом короткоживущих радионуклидов. Современный тепловой поток Земли подвержен большим изменениям. На материках он зависит от радиоактивности коренных пород, причем на долю мантии приходится примерно половина общего теплового потока. В океанах он вдвое больше, чем на материках, и обусловлен, главным образом, конвекцией в мантии.

Реология занимается изучением остаточных деформаций и течения вязких и пластичных материалов. Применительно к Земле это обычно означает исследование вязкости внутренних слоев и ее изменений во времени, а также глубинных движений вдоль разломов, перемещений литосферы относительно астеносферы, субдукции литосферных плит, трещинообразования в горных породах, крипа и т.п.

Мы осветили только некоторые важнейшие методы геофизических исследований. Все эти направления не только развиваются самостоятельно, но и тесно переплетены друг с другом взаимно дополняя друг друга и не только дополняя, но и дополняя другие методы исследования такие как геохимические, минералогические и другие. Геофизические методы исследования важнейший блок всего комплекса методов изучения Земли, ее внутренних и внешних оболочек, планет земной группы и космического пространства.

Геохимические методы поисков применяются для изучения геохимических полей и выявления, оконтуривания и оценки геохимических аномалий, создаваемых полезными ископаемыми в лито - , гидро - , био - и атмосфере.

Общие принципы геохимических методов – массовое опробование, ускоренный анализ проб, наглядное изображение результатов. Основные операции – отбор проб, обработка (подготовка) проб, анализ проб, математическая обработка результатов анализа и их графическое оформление.

По условиям локализации объектов опробования выделяют: 1) литогеохимические, 2) гидрогеохимические, 3) биогеохимические, 4) атмогеохимические.

Литогеохимический метод наиболее распространен и применяется при поисках месторождений полезных ископаемых, создающих отчетливые аномалии в коренных и рыхлых породах. Особенности применения методики зависят от степени обнаженности района.

Опробование по первичным ореолам рассеянияна поверхности на хорошо обнаженных участках проводится по коренным породам в обнажениях и элювиальных высыпках и глыбовых развалах. Отбор сколков пород размером до 30-40 мм (до 30-40 г весом) проводится пунктирной бороздой с помощью молотка или зубила в пределах площадки размером 1×1 м.

В слабо обнаженных участках с мощностью рыхлого покрова 0,2-10 м опробование проводится по вторичным ореолам рассеяния – т.е. по поверхности элювия, делювия или низам рыхлого разреза. При небольшой мощности рыхлых отложений коренные породы могут вскрываться копушами с помощью молотка, лопаты, кайла. При повышенной мощности рыхлый разрез проходится мотобуром.

Для усиления контрастности выявляемых аномалий (обычно при поисках ценных минералов со значительным удельным весом) нередко применяется комбинация шлихового и литохимического опробования – промывкой грунта отбирается «серый шлих» весом 100-200 г, часть его анализируется с целью изучения минерального состава, а часть идет на спектральный анализ.

При отсутствии достаточно густой сети водотоков (засушливые районы, маловодные водоразделы) донное опробование может успешно проводиться по руслам долин и оврагов временных (обычно сухих) ручьев, берегам озер, степным мочажинам.

При проходке скважин опробуются керн и шлам.

Геохимические пробы пподвергаются полуколичественному спектральному анализу и его разновидности (золото-спектральный и др.). Он дает приближенно-количественное определение порядка содержаний элементов (например, для цветных металлов, меди и других, шаг значений 1×10^-3%, 3×10^-3%, 5×10^-3%, 7×10^-3%, 10×10^-3%, 30×10^-3%, 50×10^-3%, 70×10^-3%, 100×10^-3%, 300×10^-3%, 500×10^-3%, 700×10^-3%, 1%, более 1%). Применяются также атомно-абсорбционный, фотометрический, нейтронно-активационный и др. методы анализа.

Математическая обработка результатов литогеохимических проб основана на выборе статистических группировок (выборок) и вычислении определенных показателей – фоновых и аномальных содержаний, кларков концентраций, коэффициентов корреляции, вариации, дисперсии и др.

Примеры крупнейших открытий в СССР с помощью литогеохимического метода – гигантское узбекское месторождение золота Мурунтау (запасы около 4 тыс.т золота), выявленное в конце 1960-ых годов при изучении очень крупной по площади аномалии золота и мышьяка. Здесь с античных времен известны и разрабатывались небольшие разрозненные кварцевые жилы с богатым золотом, не считавшееся в советские времена перспективными промышленными объектами. После выявления высококонтрастной аномалии, не объяснимой известными жилами, возникла задача её объяснения, и поисковыми работами были выявлены мощные зоны неконтрастных руд (окварцованных метасоматитов с убогой сульфидной вкрапленностью). Другой пример – месторождение Кумтор (700 т золота), открытое в 1978 г. в Киргизии при геологической съемке по первичному ореолу золота на выходе коренных пород среди ледника. Здесь рудой являются пиритизированные черные рассланцованные алевролиты, причем вкрапленники пирита столь мелкие, что почти не различимы глазом. Если бы не геохимическая аномалия, эти невзрачные с точки зрения поисковика руды, внешне не отличимые от обычных терригенных пород, вряд ли привлекли бы внимание.

Из месторождений, недавно открытых геохимическим методом, можно выделить крупнейшее месторождение Эскондида в Чили, запасы меди которого составляют 28 млн.т при среднем содержании меди в руде 1,59%.

В Китае за 1990-ые гг. в результате проведения региональных геохимических работ масштаба 1:1 000 000 - 1:200 000 (с широким использованием методических разработок бывшего СССР в области прикладной геохимии) с последующей заверкой выявленных аномалий и детальных поисков на выделенных перспективных площадях были установлены 579 месторождений, в т.ч. 54 крупных и 165 средних.

Гидрогеохимический метод(выявление геохимических аномалий в подземных и поверхностных водах) основан на исследовании химического состава в реках, ручьях, озерах, болотах, родниках, скважинах, колодцах, шахтах и т.д. Принципиальную основу этого метода составляют способность воды к растворению пород, ее участие в химических превращениях минералов и свойства воды как подвижной среды. Связь между химическим составом воды и наличием вблизи водоисточника залежей полезных ископаемых не вызывает сомнений и является одной из причин возникновения гидрохимических аномалий, имеющих поисковое значение.

Наиболее эффективно применение гидрогеохимического метода для поисков месторождений полезных ископаемых, находящихся в следующих условиях:

1) на участках, перекрытых мощным чехлом приносных отложений, где неэффективны другие виды геохимических поисков;

2) в резко расчлененных высокогорных районах, где из-за специфических условий дренажа подземных вод метод становится не только более глубинным, но и возможна более точная интерпретация гидрогеохимических аномалий;

3) в платформенных условиях при вероятном залегании тел полезных ископаемых ниже местных базисов эрозии.

Наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются месторождения минеральных солей – различных природных хлоридов и сульфатов, а также йодных, бромных, литиевых и других рассолов. Из рудных месторождений наиболее благоприятными объектами для гидрохимических поисков являются сульфидные, главным образом колчеданно-полиметаллические, и, особенно, богатые дисульфидами медноколчеданные месторождения. Природные воды обогащаются рудными элементами в основном при окислении сульфидных руд, в ходе которого неустойчивые сульфиды проходят стадию легкорастворимых сульфатов, прежде чем превращаются в устойчивые вторичные минералы.

С помощью гидрогеохимического метода в СССР открыты крупные месторождения – Гайское медноколчеданное, Соликамское калийных солей. Имеется опыт применения своеобразного гидрогеохимического метода (снеговая съемка) при поисках углеводородов на Ямале.

Биогеохимические поискиместорождений полезных ископаемых основаны на исследовании химического состава живого вещества, как правило, состава растений. Между химическим составом живых организмов и составом среды обитания существует бесспорная зависимость, в предельных случаях проявленная сменой их видового состава, усиленным или угнетённым развитием и появлением морфологических особенностей. Современные биогеохимические поиски связаны с химическим анализом вещества, наблюдения над видовым составом и морфологическими особенностями растительности составляют предмет геоботанических исследований.

В результате исследований неизменно подтверждалось наличие биогеохимических аномалий в химическом составе растений, произрастающих над месторождениями меди, цинка, серебра, свинца, урана, молибдена, никеля, бора, золота и других полезных ископаемых. Обычно эти биогеохимические съёмки проводились путем опробования одного или нескольких господствующих видов растений, озоления растительного вещества и спектрального анализа полученной золы.

Для характеристики геологической роли биогенной миграции микроэлементов предложена величина отношения между содержаниями элемента в золе растения и в почве, на которой оно произрастает. Этот показатель получил название коэффициента биологического поглощенияи обозначается

A_x:А_x = С₂ / С₁,

где C₂– содержание элемента в золе растения, % или г/т;

С₁– содержание этого элемента в почве.

Применение биогеохимических поисков целесообразно в тех случаях, когда они обладают преимуществом перед более простыми литохимическими и гидрогеохимическими поисками. Биогеохимический метод является одним из наиболее эффективных методов в следующих ландшафтно-геохимических и климатических зонах:

1) гумидной зоне при замедленной денудации, если широкое развитие получили процессы выщелачивания элементов-индикаторов из элювиально-делювиальных отложений и кор выветривания;

2) гумидной и умеренно влажной зонах, если вторичные литохимические ореолы перекрыты дальнеприносимыми отложениями мощностью до 40 м, а в отдельных случаях—до 80 м;

3) пустынь или полупустынь аридной зоны, если вторичные литохимические ореолы или непосредственно рудные зоны перекрыты дальнеприносимыми отложениями мощностью до 20—40 м;

4) заболоченных равнин и торфяников при неглубоком (2-10 м) залегании потенциально рудовмещающих коренных пород;

5) на участках, покрытых сплошным моховым покровом, где отбор литохимических проб затруднен и связан с большими затратами;

6) на участках, покрытых плотным растительным покровом;

7) на участках, перекрытых крупноглыбовыми курумовыми осыпями, густо поросшими деревьями и кустарниками;

8) на болотах (при условии их промерзания и возможности зимнего отбора проб).

Опытно-методические работы проводят над известными рудными телами и безрудными участками и включают в их состав ботанические и биогеохимические исследования. При ботанических исследованиях определяют основные виды растений, произрастающих в данном районе, и составляют гербарий. С помощью биогеохимических опытных работ решают следующие задачи:

1) определение влияния фенологических фаз развития и возраста на содержание элементов-индикаторов в наиболее распространенных растениях района;

2) установление закономерностей распределения элементов-индикаторов по частям растений;

3) выявление особенностей связи между металлами в растениях;

4) установление у основных растений района физиологических барьеров поглощения элементов-индикаторов;

5) определение растений, наиболее пригодных для опробования;

6) выявление комплекса элементов-индикаторов, определение содержаний которых необходимо проводить в пробах;

7) установление морфологических и биохимических особенностей биогеохимических ореолов в зависимости от состава и размеров рудных тел и вторичных литохимических ореолов, от мощности рыхлых отложений, ландшафтно-геохимических условий;

8) определение в конкретных ландшафтно-геохимических условиях глубинности метода при отборе в пробы основных растений;

9) сопоставление результатов биогеохимических поисков с литохимическими;

10) установление различий в распределении основных элементов-индикаторов в одних и тех же растениях, произрастающих в различных ландшафтно-геохимических условиях.

Поступление повышенных содержаний каких-либо элементов в растениях вызывает нарушение ранее существовавших связей между элементами в организме. В результате этого в растениях накапливается в аномальных концентрациях (повышенных или сниженных) ряд прямых и косвенных элементов-индикаторов. Примером является многократно отмечавшееся в районах развития золотых руд и россыпей накопление золота в стволах деревьев. Нередко фиксируемые в бурых и каменных углях аномально высокие содержания золота, платины, серебра свидетельствуют также о том, что избирательное накопление драгоценных металлов в растениях имело место и в геологическом прошлом. Известны также многочисленные случаи обогащения золы деревьев и трав цветными и редкими металлами вблизи месторождений. Торфяники - эффективный концентратор урана.

При отборе проб необходимо уделять внимание ботаническим признакам, указывающим на возможное нахождение месторождений полезных ископаемых. Такими признаками могут быть: 1) физиологические и морфологические изменения растений; 2) появление локальных и универсальных растений-индикаторов; 3) смена растительных ассоциаций, не объяснимая с точки зрения измерения экологических условий; 4) существенные отклонения в форме развития растений (раннее или позднее цветение, ранний или поздний опад листьев и т. п.); 5) признаки угнетения или не объяснимое другими причинами отсутствие растительности.

Наиболее типичными объектами опробования являются мхи, однотипные травы, ветви, хвоя, торф. Наиболее благоприятна для опробования осень.

В настоящее время получил распространение рентгенорадиометрический экспресс-анализ проб растений, используемый при поисках хромитов, силикатно-оксидных никель-кобальтовых руд и др.

Атмогеохимические (газовые) поискиместорождений полезных ископаемых основаны на исследовании состава подземной атмосферы – химического состава газов, насыщающих горные породы вблизи дневной поверхности. Если газовый пробоотбор ведется с малой глубины (не более 1 – 3 м), принято говорить об исследовании подпочвенного воздуха. При поисках углеводородов и других глубоко залегающих полезных ископаемых газовые съемки выполняются с глубиной пробоотбора 20-600 м.

Атмосферу в основном слагают три газа – азот (около 78%), кислород (около 21%) и аргон (около 1%), в сумме составляющие 99,94% ее массы. В переменных количествах в атмосфере присутствуют пары воды; содержание CO₂– около 0,03%, содержание остальных газов 10^-4– 10^-6%и менее. Низкий геохимический фон и высокая подвижность химических элементов в газовой фазе создают благоприятные условия для формирования атмохимических ореолов рассеяния любых месторождений полезных ископаемых.

Основной объем атмогеохимических работ приходится на долю поисков нефтегазовых залежей. Природная нефтяная залежь представляет собой смесь жидких и газообразных углеводородов (УВ), метанового, нафтенового и ароматического рядов с примесью сернистых, азотистых, кислородных соединений и зольных остатков. Содержание углеводородов в нефтяных газах достигает 80‑95%, а геохимический фон не превышает 2‑4×10^-4%. Такая огромная разность концентраций определяет процесс рассеяния УВ в окружающих породах. Любые горные породы обладают газопроницаемостью благодаря наличию в них пор и трещин. Под действием лито- и гидростатического давления движение УВ в порах и трещинах происходит в сторону дневной поверхности.

Пробы подземного воздуха при поисках УВ анализируются на СН₄и другие углеводороды, гелий, СО₂, Н₂, Н₂S, радон.

Средние содержания элементов в стратиграфических толщах, магматических комплексах и фациях метаморфизма характеризуют местный геохимический фон, на котором выделяются положительные и отрицательные аномалии. В последние годы широкое применение в различных направлениях научных исследований (геотектоника, металлогения) получил анализ распределения в магматических породах (прежде всего в базальтах) элементов из группы лантаноидов и некоторых других микроэлементов. По их соотношениям судят о геодинамической обстановке образования этих пород (срединно-океанический хребет, островная дуга, континентальный рифт и др.).

Кроме того, широкое развитие получил анализ соотношения изотопов серы, кислорода, углерода и др. Эти данные позволяют судить об источниках вещества, расшифровывать сложные геологические процессы.