Геология полезных ископаемых

ГЕОЛОГИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, геологическая наука, исследующая условия образования и закономерности распределения в пространстве и времени твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Выделяют 4 объекта исследования: металлические (руды металлов), неметаллические (горно-химическое, агрохимическое, индустриальное, пьезооптическое, камнесамоцветное сырьё, природные строительные материалы и сырьё для их производства), горючие (нефть и газ, уголь, горючие сланцы, торф) и гидроминеральные полезные ископаемые. По объектам исследования выделились в самостоятельные направления: геология нефти и газа, угольная геология, рудная геология, геология неметаллических полезных ископаемых и гидрогеология.

Основные методы исследования: детальное геологическое картирование, аэрокосмический, палео-, структурно-, литолого-фациальный, стадиальный, формационный, структурно-петрофизический анализы, комплекс минералого-геохимических методов (изотопной геохронологии, минераграфический, микрозондовый, спектральный и др.), трёхмерное компьютерное моделирование, геоинформационных систем технологии (ГИС-технологии), статистические методы и др. Геология полезных ископаемых при изучении состава полезных ископаемых опирается также на данные и методы минералогии, кристаллографии, геохимии, литологии и петрологии; в исследовании пространственных закономерностей размещения и строения месторождений полезных ископаемых - структурной геологии, геофизики, тектоники, региональной и исторической геологии.

Геология полезных ископаемых в 16-19 веках. Первые научные представления о происхождении полезных ископаемых основывались на господствовавших в течение 16-18 века гипотезах нептунистов, связывающих образование горных пород, в том числе и полезных ископаемых, с водной стихией, и плутонистов, объясняющих эти процессы подземным жаром Земли. Первый наиболее фундаментальный труд о природе полезных ископаемых был написан Г. Агриколой, придерживавшимся нептунистических взглядов, объяснявшим образование рудных тел процессом загустения циркулировавших по трещинам горячих насыщенных металлами растворов. С позиций плутонистов рассматривал происхождение полезных ископаемых Р. Декарт, представлявший Землю остывшей звездой с раскалённым ядром, из которого в результате вихревого движения материальных частиц извлекаются рудные минералы и отлагаются в трещинах остывших пород вблизи поверхности. Пик спора между гипотезами нептунизма (А. Г. Вернер) и плутонизма (Дж. Геттон) - середина 18 и 19 века. С позиций плутонистов французский учёный Ж. Фурно (1853) и английский учёный Т. Белт (1861) разработали теорию происхождения месторождений из магматических расплавов. На базе нептунистических представлений выделилось инфильтрационное направление в объяснении рудообразования - французские исследователи Л. де Лоне (впервые предложивший в 1897 термин «гидротермальные месторождения») и Ж. Эли де Бомон сформулировали гидротермальную теорию. Оригинальные концепции рудообразования выдвинули также Б. Кота и Ф. Зандбергер (Германия), Ч. Р. Ван Хайз (США), Ф. Б. Пошепни (Чехия), Ж. ле Конт (Франция) и др. К концу 19 века спор нептунистов с плутонистами потерял актуальность в связи с тем, что выявилась полигенная природа полезных ископаемых. Американский геолог В. Линдгрен создал в 1913 году классификацию рудных месторождений, не потерявшую доныне своего значения. В конце 19 века нефть стали рассматривать как полезное ископаемое, высказаны первые предположения о её происхождении и закономерностях скопления (Д. Уайт, США; Г. Гефер, Австрия; Т. Хант, Канада; Г. Потонье, Германия).

Начало систематическому изучению полезных ископаемых в России положено созданием Петром I в 1700 году Приказа рудокопных дел, в 1717 - Берг-мануфактур-коллегии (с 1722 Берг-коллегия) и учреждением в 1724 году Российской АН. Одной из первых сводок о минеральных богатствах служит написанная В. Н. Татищевым многотомная «История Российская с самых древнейших времён» (1768-1848). Подробные сведения о 25 уральских и сибирских горных заводах даны В. И. Генниным. Теоретической основой учения о полезных ископаемых в этот период стали труды М. В. Ломоносова, высказавшего первые в российской науке представления о происхождении полезных ископаемых. В них развивались новые для того времени идеи о различных механизмах образования месторождений - экзогенном и эндогенном («Первые основания металлургии или рудных дел», 1763; «О слоях земных», 1763; «Слово о рождении металлов от трясения земли», 1757, и др.). В 1773 году было открыто Санкт-Петербургское горное училище (позже Санкт-Петербургский горный институт). С 1825 года стал издаваться «Горный журнал». Важными центрами подготовки исследователей месторождений стали Санкт-Петербургский и Московской университеты. Крупный вклад в развитие учения о полезных ископаемых внесли Д. И. Соколов (о месторождениях золота) и Г. Е. Щуровский (о рудных и угольных месторождениях). Во 2-й половине 19 века сформировались первые представления о природе нефти и возможности залегания её в пустотах пород (Д. И. Менделеев, 1876), о связи скоплений нефти с трещинами и разломами в породах (В. Г. Абих, 1847; Н. А. Соколов, 1896, и др.), зародилась антиклинальная теория поисков нефти и газа (Абих). Большое значение в становлении геологии полезных ископаемых сыграл Геологический комитет (Геолком), положивший начало планомерному изучению природных ресурсов России. Организованные им экспедиции (на Кавказ, Дальний Восток, в Среднюю Азию) дали богатейший фактический материал по региональной геологии, рудоносности и нефтегазоносности ранее не исследованных территорий, послуживший фундаментом последующих теоретических моделей рудо- и нефтеобразования. Были открыты Донецкий и Кузнецкий угольные бассейны, крупные месторождения руд золота, платины, полиметаллов на Урале, Алтае, в Забайкалье и в других регионах. В работах Геолкома принимали участие А. П. Карпинский, А. П. Павлов, Л. И. Лутугин, К. Богданович, В. А. Обручев и др., разработавшие принципы разномасштабного картирования и выявившие условия формирования основных типов месторождений полезных ископаемых.

К началу 20 века в геологии полезных ископаемых сложилось несколько научных школ: немецкая, отличающаяся детальным изучением вещества (Х. Шнейдерхён, П. Рамдор и др.); американская, развивающая структурное физико-химическое и термодинамическое направления (В. Линдгрен, У. Х. Эммонс и др.); японская, уделяющая большое внимание субмаринному вулканогенному рудообразованию (Т. Като, Т. Ватанабэ, Т. Тацуми и др.); французская, акцентирующая внимание на региональном анализе в образовании месторождений полезных ископаемых (Л. де Лоне, Ж. Эли де Бомон, П. Рутье, П. Лаффит и др.), и российская, отличающаяся геолого-историческим подходом к изучению месторождений полезных ископаемых.

Геология полезных ископаемых в 20 веке. Этот период характеризуется превращением учения о полезных ископаемых из эмпирической в фундаментальную научную дисциплину. Разработка принципов изотопной геохронологии, становление методов поисковой геохимии, прикладной геофизики и др. позволили выработать научный подход к поиску месторождений, на базе новых идей тектоники плит создать геодинамические модели практически всех типов полезных ископаемых. В промышленный оборот были вовлечены новые виды полезных ископаемых - урановые руды, пьезооптическое сырьё, диэлектрические природные материалы, инертные газы; расширился список добываемых цветных, редких и редкоземельных элементов, химического сырья и строительных материалов. В связи с этим кардинально изменилось содержание понятия «полезное ископаемое», объединившее практически все химические элементы периодической системы. Произошла дифференциация исследований по видам минерального сырья.

Теоретические основы геологии нефти и газа, заложенные А. Леворсеном (США) и И. М. Губкиным (учение о нефти, 1932), развивались в СССР в работах М. И. Баренцева, К. Р. Непикова, А. А. Бакирова и др. С именем А. А. Трофимука связаны открытие и изучение новых нефтегазоносных Волго-Уральской и Западно-Сибирской провинций. Работы А. Д. Архангельского (1925) по органическому веществу осадочных пород стали основополагающими для нового направления исследований - геохимии органического вещества пород и нефтематеринских толщ, которое развивали в России В. А. Успенский (1952), К. Ф. Родионова (1981), в США Дж. Хант (1979), во Франции Б. Тиссо (1971) и др. В теории преобразования органического вещества наметилось два направления: учение о «главной фазе», развитое в трудах российских геологов Н. Б. Вассоевича (1969), С. Г. Неручева (1969), А. Э. Конторовича (1976) и др., в котором основными факторами преобразования органического вещества в нефть принимаются термокаталитические процессы, протекающие при температурах 80-150 °С; учение о «циклах нефтегазообразования» (Т. А. Ботнева, Н. А. Ерёменко, С. П. Максимов и др.), согласно которому процессы образования углеводородов могут протекать в широком интервале температур на разных стадиях литогенеза под действием различных источников энергии, в том числе при участии собственной энергии органического вещества. Изучение коллекторов нефти и газа, начатое П. П. Авдусиным (1938), было продолжено для терригенных коллекторов Т. Т. Клубовой (1957) и А. А. Ханиным (1963), для карбонатных - Е. М. Смеховым (1961) и др. Особенно плодотворным при изучении коллекторов и покрышек стало применение геофизических методов исследования скважин (В. Н. Дахнов, 1962; В. М. Добрынин, 1970, и др.). Закономерности изменения свойств коллекторов на больших глубинах рассмотрены в работах О. А. Черникова и др. Необходимость комплексного изучения коллекторов и покрышек в земной коре была показана И. О. Бродом в учении о природных резервуарах. В развитии теории миграции углеводородов в земной коре большую роль сыграли работы В. А. Соколова. Возможность миграции углеводородов на молекулярном уровне раскрыта в работах П. Л. Антонова (1937) и др. Миграции углеводородов в истинных и коллоидных водных растворах посвящены труды отечественных геологов М. Ф. Двали (1942), А. Ю. Намиота (1976), Э. Б. Чекалюка (1977), американского учёного Л. Прайса (1984) и др. Миграция струй жидкой нефти рассмотрена В. П. Савченко (1958), И. В. Высоцким (1981), американскими исследователями М. Хаббертом (1963), К. Магарой (1978) и др. Принципиальное значение приобрели экспериментальные работы и теоретические исследования (1940-50) М. А. Капелюшникова, Т. П. Жузе, М. Ф. Двали и др., доказавших возможность миграции жидких углеводородов в газорастворённом состоянии. В развитии представлений об аккумуляции существенную роль сыграла теория дифференциального улавливания, предложенная в 1950-х годы в СССР С. П. Максимовым, в США В. Гассоу. Детальное исследование форм скоплений нефти и газа и закономерностей их размещения в недрах привело к развитию учения о нефтегазоносных провинциях и бассейнах, основы которого заложили в СССР Брод (1951) и Бакиров (1954), в США Леворсен (1954), продолжили исследования (в том числе разработка принципов нефтегеологического районирования) в 1970-85 годах российские учёные И. В. Высоцкий, Г. Х. Дикенштейн, С. П. Максимов, И. И. Нестеров, В. Б. Оленин, В. В. Семенович, Б. А. Соколов и др. Использование в нефтегеологическом районировании теории органического происхождения нефти позволило перейти к прогнозной оценке ресурсов нефти и газа в нефтегазоносном бассейне. Региональные исследования в СССР проводились (1975-85) под руководством А. Э. Конторовича, В. Д. Наливкина, С. Г. Неручева, Н. А. Крылова, Ю. Т. Афанасьева, С. П. Максимова, М. К. Калинко, В. И. Ермакова; обобщающие работы (1970-85) осуществлялись под руководством Трофимука, Бакирова, Семеновича и И. П. Жабрева. Особенности распространения нефтегазоносных бассейнов в акваториях и их классификации изложены в трудах российских геологов Калинко (1964), Л.Э. Левина (1970), Жабрева (1981), Ю. К. Бурдина (1981) и др., американских учёных К. О. Эмери (1969), Х. Д. Хедберга (1970), А. Бейли (1975) и др.

Крупный вклад в угольную геологию внёс П. И. Степанов, создавший представление о генетических типах угольных бассейнов, зонах и узлах угленакопления. Ю. А. Жемчужников разработал методы петрографического изучения состава углей под микроскопом и на этой основе предложил способ корреляции угольных пластов по составу содержащихся в них спор. Интенсивное развитие методов петрографического изучения состава углей связано с именами Л. И. Лутугина, М. Д. Залесского, Е. Г. Погребицкого, Г. Ф. Крашенинникова, разработка формационного анализа угленосных комплексов - с именами Г. А. Иванова, П. П. Тимофеева, систематизация характеристик угольных бассейнов мира - с именем А. К. Матвеева.

В области рудной геологии существенный вклад был сделан В. А. Обручевым и М. А. Усовым, разработавшими основы генетической классификации месторождений с выделением магматогенной, седиментогенной и метаморфогенной серий рудных образований. А. Н. Заварицкий обосновал существование магматических рудных месторождений ликвационного, раннемагматического и позднемагматического классов. С 1920-х годов формируется новая ветвь учения о полезных ископаемых - металлогения, исследующая глобальные и региональные условия формирования и размещения месторождений полезных ископаемых в связи с процессами осадкообразования, тектоники, магматизма и метаморфизма. В её развитие большой вклад внесли В. И. Вернадский, В. А. Обручев, А. Е. Ферсман, С. С. Смирнов, Ю. А. Билибин, В. И. Смирнов, Д. В. Рундквист, А. Д. Щеглов и др. На протяжении 20 века продолжалась дискуссия о происхождении пегматитовых месторождений. Ферсман рассматривал их как продукты остаточных магматических расплавов закрытой системы, Заварицкий связывал с метасоматозом, А. А. Маракушев - с ликвацией гранитной магмы. К концу века стало ясно, что это полигенная группа месторождений, которая может образовываться не только отмеченными выше способами, но и в результате метаморфогенных процессов. В середине 20 века был выявлен новый генетический тип рудных образований - карбонатитовые месторождения апатита, а также редких и редкоземельных элементов, их изучением занимались А. И. Гинзбург, М. И. Бородин, Е. М. Эпштейн и др. Большие научные споры связаны с происхождением скарновых месторождений. Равноправно рассматриваются три представления: о стадийном гидротермально-метасоматическом генезисе руд (П. П. Пилипенко); об их диффузионно-инфильтрационном метасоматическом образовании (Д. С. Коржинский) и о стратиформном эксгаляционно-осадочном формировании на океаническом дне большинства относимых к скарновым редкометалльных и железорудных месторождений (А. А. Ковалёв). Представление А. Н. Заварицкого (1950) и С. Н. Иванова (1960) о субмаринной вулканогенной природе колчеданных месторождений было позднее развито В. И. Смирновым (1965), Г. С. Дзоценидзе, Г. Н. Котляром, обосновавшими их комплексное гидротермально-осадочное и гидротермально-метасоматическое происхождение. Процессы рудообразования в коре выветривания изучались И. И. Гинзбургом (1947), С. С. Смирновым (1951), Ф. В. Чухровым, Е. М. Шмариновичем и др. Крупный вклад в осадочный рудогенез внесли: Н. М. Страхов - по месторождениям руд железа, марганца и алюминия (бокситы); Ю. А. Билибин (1955), Н. А. Шило (1981), Н. Г. Патык-Кара, М. А. Великанов и др. - по россыпям и россыпеобразующим формациям. В 1980-х годах выделены и описаны эпигенетические и осадочно-катагенетические месторождения руд полиметаллов, урана, ванадия, редких земель и других полезных ископаемых, образованных потоками грунтовых вод и низкотемпературных гидротермальных растворов (А. М. Лурье, В. Е. Бойцов, Л. Ф. Наркелюн, В. С. Домарев, В. М. Попов, Ю. В. Богданов и др.). Разработаны основы теории метаморфогенного рудообразования (Я. Н. Белевцев, К. О. Кратц и В. С. Соболев).

Развитие геологии неметаллических полезных ископаемых, обособившейся в самостоятельное научное направление в середине 20 века, связано с именами российских геологов: В. П. Петрова, П. М. Татаринова, И. Ф. Романовича, Е. Я. Киевленко, А. Е. Корякина, Н. П. Ермакова, Б. Я. Меренкова и др. Большой вклад внесли также К. С. Курнаков, М. Г. Валяшко - по генезису солеродных бассейнов; А. В. Казаков и В. И. Синяков - по теории фосфоритообразования.

Современное состояние геологии полезных ископаемых. К началу 21 века установлено, что в процессе постоянного циклического круговорота минеральных масс в эволюционном развитии Земли формируются все известные типы месторождений полезных ископаемых, принадлежащие к трём основным сериям: эндогенной, экзогенной и метаморфогенной, разделяющимся на группы, классы и генетические типы. Для каждого генетического типа месторождений созданы геолого-генетические модели и разработаны прогнозно-поисковые комплексы. Сформировано учение о рудных формациях. Активно разрабатывается единая флюидодинамическая теория образования месторождений полезных ископаемых - металлических, неметаллических и углеводородных, согласно которой перевод полезных компонентов из рассеянного состояния в твёрдых породах во флюиды, их последующие миграция и концентрация в месторождениях осуществляются различными типами флюидных систем по общим законам саморазвития земной коры. В учении о рудных месторождениях весьма значительным стало применение геодинамических критериев прогноза.

Научные организации, международное сотрудничество, печать. Исследования в области геологии полезных ископаемых ведутся в научных организациях РАН (Геологии рудных месторождений, петрографии и геохимии институт, Геологии и минералогии институт СО и др.) и Министерства природных ресурсов (Нефтяной геологоразведочный институт, Геологический нефтяной институт и др.). Научная работа по теории формирования месторождений полезных ископаемых, методики их поисков, разведки и оценки осуществляется в вузах (МГУ, Российский государственный геологоразведочный университет, Московский горный университет, Санкт-Петербургский горный институт, Уральская горно-геологическая академия и др.).

Международное сотрудничество ведётся в рамках Международной ассоциации по генезису рудных месторождений (IAGOD, 1964), Международных геологических конгрессов (с 1878), регулярно созываются международные конгрессы и симпозиумы по геологии и геохимии нефти и газа.

Научные российские журналы в области геологии полезных ископаемых - «Уголь» (М., 1925), «Разведка и охрана недр» (М., 1931), «Геология нефти и газа» (М., 1957), «Геология рудных месторождений» (М., 1959), «Литология и полезные ископаемые» (М., 1963), «Нефть России» (М., 1994), «Минеральные ресурсы России. Экономика и управление» (М., 1991); зарубежные - «Economic Geology» [Lancaster (USA), 1905], «Mineralium deposita» (В.; N. Y., 1966).

Лит.: Матвеев А. К. Геология угольных бассейнов и месторождений СССР. М., 1960; он же. Угольные месторождения зарубежных стран. М., 1966-1974. [Т. 1-3]; Еременко Н. А. Геология нефти и газа. 2-е изд. М., 1968; Курс месторождений неметаллических полезных ископаемых. М., 1969; Хант Дж. Геохимия и геология нефти и газа. М., 1982; Справочник по геологии нефти и газа / Под редакцией Н. А. Ерёменко. М., 1984; Романович И. Ф. Месторождения неметаллических полезных ископаемых. М., 1986; Геология и геохимия нефти и газа / Под редакцией В. И. Ермолкина. 2-е изд. М., 1993; Баженова О. К. и др. Геология и геохимия нефти и газа. 2-е изд. М., 2004; Месторождения металлических полезных ископаемых. 2-е изд. М., 2005; Старостин В. И., Игнатов П. А. Геология полезных ископаемых. 2-е изд. М., 2006.