Раздел 7. Минеральные ресурсы

7.1. Строение земной коры

Все доступные для современного уровня технического развития минераль­ные ресурсы и основное количество энергетических ресурсов сосредоточены в теле нашей планеты.

В целом Земля имеет центрально симметричное строение и представля­ет собой геоид радиус которого по экватору 6378 км, а по меридиану 6356 км (R_ср = 6371,11 км). На современном уровне наших знаний принято считать, что Земля имеет внутреннее ядро, внешнее ядро, мантию и земную кору (литосферу) (рис. 2.1, см. вкл.).

Земля окаймлена двумя оболочками: атмосферой и гидросферой, Мировой океан нанимает 361,1 млн км², или 70,8 % поверхности земли, суша — 149,1 млн км², или 29,2 %.

Объем земли без атмосферы составляет (083,4 х х 10¹⁸ м³, а масса земли — 5976 х 10²¹ кг.

Объектом промышленного освоения сегодня являются приповерхностные слои литосферы. Все остальное пока технически недоступно, а потому представ­ляет собой минерально-сырьевую базу будущих поколений.

Содержание основных химических элементов в земной коре приведено в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Удельное количество разных элементов в земной коре

Химический элемент	Осадочная оболочка континентов	Гранитная оболочка	Базальтовая оболочка континентов	Земная кора (без осадочной оболочки)
Кислород Кремний Аллюминий Железо Магний Кальций натрий Калий Титан Фосфор	18,4 23.0 6,2 3,6 2,1 9,4 1,3 1,7 0,4 0,07	48,0 30,8 8,0 3,5 1,2 2,5 2.2 2,7 0,33 0 08	-16,0 26,1 8,1 6,7 3,0 5,1 2,4 1,4 0,7 0,1	46,1 26,7 8,1 6,0 3,0 5,0 2,3 1,6 0,06 0.09
Всего	96,47	99,31	99,0	99,19

Кристаллические химические соединения элементов, слагающие земную кору, называются минералами. Ассоциации минералов образуют горные породы. Изучением минералов занимается минералогия, а горных пород петрография, в задачу которой входит исследование породообразующих минералов.

Выделяют три основные группы пород: изверженные (магматические), оса­дочные и метаморфические.

Изверженные породы образуются при кристаллизации расплавов (магмы), под­нимающихся с больших глубин. Магма изливается на поверхность при извержении вулканов, Значительная часть расплавов кристаллизуется внутри земной коры.

Осадочные горные породы образуются в морях как продукт разрушения и переотложения ранее существовавших горных пород.

Метаморфические горные породы формируются в результате преобразова­ний изверженных и осадочных пород, когда на них оказывают воздействие высо­кие температура и давление.

Земная кора на 95 % состоит из изверженных пород, представленных преи­мущественно гранитами. На континентах на глубине 15 - 30 км граниты залегают сплошным слоем. В 100 т гранитных пород содержится в среднем 8 т алюминия, 5 т железа, 540 кг титана, 80 кг марганца, 30 кг хрома, 18 кг никеля, 9 кг меди, 4,5 кг вольфрама, 1,8 кг свинца. Осадочные отложения залегают на поверхности нашей планеты. В них содержатся нефть, газ, уголь, соли.

До настоящего времени общество вовлекает в эксплуатацию те элементы зем­ной коры, которые в природных условиях сконцентрированы в виде минеральных и других ресурсов. Все эти ресурсы можно систематизировать по классам, груп­пам и видам.

Согласно представлениям академика М.И. Агошкова, ресурсы земных недр разделяются на шесть основных групп.

1 группа. Месторождений полезных ископаемых. В эту группу входят два основных вида.

Вид 1.1. Месторождения твердых, жидких или газообразных полезных ископаемых однородного состава, представленные одной залежью или группой близко рас­положенных залежей с одинаковым или аналогичным химико-минералогическим однокомпонентным (мономинеральным) или многокомпонентным составом по­лезных ископаемых, для первичной переработки которых возможно применение единой технологии.

По условиям залегания, предопределяющим существенное различие в спосо­бах разработки, можно выделить месторождения, которые залегают:

а) в недрах земной суши вблизи ее поверхности или на глубине;

б) в прибрежной части земной суши;

в) на дне и под дном водоемов, рек, морей.

К первому виду относится основная часть месторождений руд черных, цвет­ных, благородных, редких, радиоактивных металлов, угля, горючих сланцев, горно-химического сырья, строительных и технических материалов, нефти, би­тумных сланцев, природного газа.

Вид 1.2. Комплексные месторождения твердых, жидких и газообразных полез­ных ископаемых, представленные группой близко расположенных залежей с су­щественно различным химико-минералогическим составом. Разработку таких ме­сторождений возможно, а иногда и технически необходимо вести совместно, из единой сети горных выработок, в одном шахтном или карьерном поло переработ­ку же добытых полезных ископаемых различного состава целесообразно выпол­нять раздельно или по разным схемам.

Условия залегания, которые предопределяют способ разработки этого вида ме­сторождений, аналогичны перечисленным выше в пунктах а), б), в) первого вида.

Число и роль комплексных месторождений в горной промышленности со вре­менем все более возрастает; также увеличивается многообразие их по сочетанию различных видов полезных ископаемых.

Среди твердых полезных ископаемых известны комплексные месторож­дения, представленные близко расположенными залежами руд цветных метал­лов – свинцово-цинковых, бокситов и черных металлов - железа и марганца; месторождений рудных ископаемых с находящимися в непосредственной близо­сти от них залежами нерудных ископаемых, в частности строительных матери­алов в виде пластов кварцитов, даек крепких и изверженных пород массивов по­род гранитно-гнейсового типа, которые представляют собой во многих районах страны остродефицитный ценный материал для получения строительного щебня. Значительно число рудных месторождений, вмещающие породы которых содер­жат пласты мела, известняка, песка, глины. Классическим примером такого типа комплексных месторождений являются, например Лебединское и Стойленское месторождения Курской магнитной аномалии.

К числу комплексных месторождений жидких и газообразных полезных ис­копаемых относятся многие газоконденсатные и нефтегазоконденсатные место­рождения.

2. группа. Горные породы вскрыши, размещаемые при открытой разработке месторождений в породных отвалах, часть которых может быть использована для получения строительных материалов. К этой же группе можно отнести раздель­но складируемые в отвалах добытые забалансовые по качеству полезные ископае­мые. В отвалах вскрыши и забалансовых полезных ископаемых заключено огром­ное количество продуктов недр, использование которых представляет задачу са­мой близкой перспективы.

2. группа. Отходы горно-обогатительного и металлургического производства в виде отвалов горных пород от проходки подземных выработок (подобные отвалам пород вскрыши), отвалы хвостов обогатительных фабрик и промывочных установок золотосодержащих, оловоносных и других песков, отвалы металлургических шлаков. В практике значительные массы таких отходов, отвалов, приобретающие со временем промышленную ценность и вовлекаемые в разработку, иногда именуют «техногенными месторождениями». Особое место в этой группе ресурсов занимают отработанные воды обогатительного и металлургического производств, содержащие полезные компоненты. Промышленное использование - переработка их в некоторых случаях может быть экономически целесообразной.

2. группа. Глубинные источники пресных, минеральных и термальных вод. В связи с усилением дефицита поверхностных источников пресных вод стали эффективно эксплуатироваться подземные источники воды, часто имеющие огром­ные статические запасы и притоки. Что касается выгодности и перспектив исполь­зования глубинных минеральных и термальных вод, то пояснений к этому но тре­буется .

2. группа. Внутреннее — глубинное тепло недр земли представляет в перспек­тиве один из неиссякаемых и, возможно, наиболее дешевых источников тепло­вой энергии; использование его находится пока в самой начальной стадии, требу­ет развития многоплановых научных исследований и постановки производствен­ных экспериментов.

VI группа. Природные и созданные человеком (техногенные) полости в зем­ных недрах, пригодные для размещения промышленно-хозяйственных и лечеб­ных объектов, захоронения отходов производства и других целей. Использование этой группы ресурсов недр также находится в начальной стадии, имеет большие перспективы и требует широкого развития научных исследований.