Геология

НЕДРА УРАЛА: ОТКРЫТИЕ XX ВЕКА

Реконструкция народного хозяйства страны в первые годы Советской власти, индустриализация и бурное развитие производительных сил требовали всестороннего изучения природных ресурсов в различных районах СССР, выработки научных рекомендаций быстрого и рационального их использования. И особо важную роль должен был сыграть старейший горнорудный регион России - Урал с уникальными природными богатствами, включающими ценнейшие минеральные полезные ископаемые. Это хорошо тогда понимали руководители государства и ученые.

В конце 20-х - 30-е годы тут создали такие промышленные колоссы, как Магнитогорский, Березниковский и Соликамский комбинаты, Уралмаш. Появились новые шахты и доменные печи. Здесь активно росла добыча железа, меди, золота, начали добычу алюминия, никеля, хромитов, калия, серы, асбеста, талька, нефти и угля, различных редких элементов, развивали реконструированную на новой технической основе металлообрабатывающую промышленность.

В 1932 г. в Свердловске (ныне Екатеринбург) и Новосибирске состоялись выездные сессии АН СССР, способствующие сближению науки и производства. Затем был создан Уральский филиал АН СССР, первым председателем которого стал минералог академик А.Е. Ферсман(*).

Урал, как один из ведущих промышленных регионов страны, нуждался в изучении геологического строения, обобщении результатов геологических и геофизических работ предшествующих лет. Для решения этих сложных вопросов в составе Уральского филиала АН СССР в 1932 г. организовали Геохимический институт. Его приоритетными направлениями исследований стали теоретическая геохимия и общие закономерности распределения химических элементов в земной коре. Но подлинное развитие наук о Земле здесь началось в конце 30-х годов, когда институт преобразовали в Горно-геологический (его возглавил академик Л.Д. Шевяков), в 1962 г. разделенный на Институты геологии и горного дела. В 1966 г. решением Президиума АН СССР первый из них получил сегодняшнее название - Институт геологии и геохимии.

За 1933-1936 гг. сотрудники института выполнили и опубликовали ряд работ по геохимии магм основного типа, изучению минералов Ильменских гор, а также комплексному использованию углей Челябинского бассейна. Кроме того, тогда здесь создавали новые методы поиска и разведки полезных ископаемых. В результате до 1940 г. были открыты крупнейшие в СССР Сибайское медно-колчеданное месторождение, Каменск-Уральские, Алапаевско-Режевские и Северо-Уральские залежи бокситов, оценены перспективы топливно-энергетической базы региона (Челябинский, Кизеловский и другие угольные бассейны).

В годы Великой Отечественной войны (1941-1945) деятельность института переориентировали на скорейшую мобилизацию минеральных ресурсов для нужд обороны - превращения Урала в важнейшую минерально-промышленную базу страны. Так, материалы по изучению ниобия в Вишневых горах были переданы тресту "Уралредмет" для пробной эксплуатации. На основе прогноза, составленного сотрудниками института; начали добычу осмистого иридия и циркония на Среднем Урале. Многие местные железо-медные и железорудные месторождения обследовали на содержание кобальта. Тогда же организовали поиск ртути в регионе, благодаря чему трест "Уралзолото" развернул работы на Аятском, Исовском и Егоршинском месторождениях.

В 1945-1955 гг. были достигнуты крупные успехи в геологическом изучении бедных железных руд Урала, об огромных запасах которых к тому времени уже знали, но промышленность их не использовала. Вместе с тем удалось выявить основные черты структуры Качканарского массива и установить связь содержащихся в нем титано-магнетитовых руд с его полосчатослоистыми комплексами. В дальнейшем на этой базе построили горно-обогатительный комбинат.

Выявлены также неизвестные ранее поисковые признаки медно-колчеданных месторождений, исходящие из анализа глубокого метаморфизма - его в ряде зон претерпели вулканиты доскладчатого этапа развития Уральской синклинали (образования со складками, направленными выпуклостями к центру Земли). Это способствовало открытию новых и увеличению знаний о запасах старых месторождений (Сибирского, Гайского, Учалинского).

Стали ясны структурные закономерности размещения многих коренных месторождений золота, а также перспективы нефтегазоносности восточного склона Урала и приуральской части Западно-Сибирской низменности. Одновременно была положительно оценена угленосность Северо-Сосьевинского буроугольного бассейна (в настоящее время его границы расширены; кроме ранее известных юрских углей, сейчас он включает значительные по запасу верхнетриасовые угли и бокситы Челябинского типа).

В 1955-1970 гг. главной задачей института стало углубление научных основ поиска важнейших полезных ископаемых, для чего понадобилось изучать историю развития земной коры в нашем регионе и закономерностей образования и размещения в ней железных, алюминиевых и медно-колчеданных руд, а также золота. В итоге было показано: промышленные месторождения гипергенных (возникших на поверхности Земли) руд никеля, легированных хромом и никелем железных руд, бокситов приурочены к крупным структурным зонам - глубинным разломам, унаследованным мезозойскими структурами. Вместе с тем были получены существенные результаты по исследованию вулканизма Урала, которые можно транспонировать на все другие палеовулканические области. На этой основе обнаружены и охарактеризованы общие закономерности и приуроченность месторождений меди, железа и редких элементов(**) к определенным по составу ассоциациям вулканических пород. А проведенные параллельно геохимические исследования ультрабазитов (изверженных горных пород, обогащенных магнием) выявили среди них массивы, перспективные для поисково-разведочных работ на хромиты. Наконец, установлена связь нижнемезозойских (триасовых) угленосных впадин и наиболее мощной коры выветривания того же периода со структурами фундамента (т.е. с глубинными разломами), что позволило определить площади, перспективные на уголь, бокситы и железные руды, генетически связанные с древней корой выветривания.

В области гидрогеологии наиболее значительным оказался поиск метода защиты североуральских бокситовых рудников от поверхностных и подземных вод, а также гидрохимических основ выявления медно-колчеданных месторождений на Южном Урале. Кроме того, обобщение обширного материала привело к составлению гидрогеологической карты Урала и прилегающих областей, ставшей базой для прогнозов залегания крупных объемов подземных вод.

Основная проблема, над которой институт работал в 1970-1975 гг. под руководством академика А.В. Пейве и члена-корреспондента АН СССР С.Н. Иванова, - создание новой геотектонической и петрологической основы для понимания металлогении Урала. Была предложена соответствующая гипотеза и создана первая в мире тектоническая карта на геодинамической основе, опередившая подобные разработки в развитых странах мира на 20-30 лет.

Сотрудники института член-корреспондент АН СССР AM. Дымкин и Ю.А Полтавец в 1975-1980 гг. разработали теорию полигенности формирования железных, медно-колчеданных и полиметаллических руд, позволившую применить нетрадиционную методику разведки. Была доказана многоэтапность образования рудных залежей, возможность обнаружения их на глубинах до 1000-1500 м. А из специальных гидрогеологических исследований сделан вывод о значительном распространении принципиально нового для уральского региона типа термальных углекислых вод, похожих на всемирно известные "Ессентуки".

Позднее наши ученые разработали модель формирования промышленных скоплений в земной коре золота, происходившего в мантии оруденения и полихронно-гетерогенного его развития, а также критерии разведки и локального прогноза месторождений. Установлен неизвестный ранее для нашего региона тип месторождений золото-серебро-теллуридного состава, приуроченных к зонам тектономагнетической активизации пермского периода. Доказано: уникальное по запасам хромовых руд главное рудное поле Кемпирсайского массива одновременно является крупнейшим в стране объектом по запасам осмия, иридия и рутения, находящихся в извлекаемой форме (на 30%) из сульфидов, сульфоарсенидов, арсенидов и твердых растворов (более десятка минеральных видов и разновидностей), в том числе в виде минералов иридиевого ряда ксингцхонгита - первая подобная отечественная находка (до этого встречались только в Китае).

На примере исследования дифференцированных рудоносных пород габбро Волконского, Качканарского, Серебрянского массивов показано, что в связи с медно-сульфидными и медно-сульфидно-титаномагнетитовыми рудами, формирующимися на переходной стадии развития Уральского складчатого пояса, происходит образование золото-палладиевого оруденения, имеющего самостоятельную промышленную ценность. Минералы благородных металлов представлены здесь теллуридами палладия, серебра и палладийсодержащим золотом в ассоциации с халькопиритом и борнитом. Содержание благородных металлов нарастает по мере увеличения в руде меди. На активной палеоконтинентальной окраине Урала в связи с вулканоплутоническими комплексами зоны тектономагматической активизации был обнаружен неизвестный ранее тип золото-мышьякового полигенного и полихронного оруденения.

Сотрудники института в 80-е годы впервые установили широкое развитие суффозионно-карстовых явлений(***) в Зауралье. Образующиеся при этом провалы и просадки - причина деформаций и разрушений зданий, плотин, других инженерных сооружений, к тому же способствующие проникновению загрязненных поверхностных вод в продуктивные водоносные горизонты.

Среди наиболее существенных работ нашего института, выполненных в последнем десятилетии XX в., нужно отметить следующие.

Выявлена и обоснована защитная экологическая роль подземной гидросферы. Максимальную функцию тут выполняет тонкая, мощностью 50-400 м, зона пресных вод, по своей значимости являющаяся аналогом озонового слоя в стратосфере. Достаточно давно, к сожалению, она подвергается интенсивному региональному техногенному загрязнению (ныне им охвачено до 30-40% ее объема) и разрушению. И дальнейшая деградация этой защитной "пленки" усугубит экологическую катастрофу в ряде районов Урала(****).

Выделен неизвестный для нашего региона тип медно-колчеданных месторождений, залегающих среди вулканогенно-осадочных толщ Тагило- Магнитогорского прогиба, формировавшихся в субмаринных грабеновых (т.е. опущенных по разломам земной коры) структурах на океанической коре. Это показывает: и тут, вроде бы на давным-давно изученных и освоенных территориях, могут быть выделены новые перспективные для разработки площади.

Впервые определена общая картина эволюции хромит-платинового рудообразования в альпинотипных комплексах. Оказалось: в широко распространенных на Урале мезозойских никеленосных корах выветривания присутствуют платиновые металлы в повышенных, иногда в больших количествах. Максимальные концентрации их связаны со скоплениями минералов марганца. Поскольку эти коры - сырьевая база развитой кобальт- никелевой промышленности Урала, то они представляют огромный интерес для попутного получения платиновых металлов(*****).

* Подробнее см.: С.Н. Пширков. "Мозг" седого Урала. - Наука в России, 1998, N 2.

** См.: А.А. Кременевский. Стратегические редкие металлы России. - Наука в России, 1999, N3.

*** Суффозия - вынос мелких минеральных частиц и растворенных веществ водой, фильтрующихся в толще горных пород.

**** Подробнее см.: Л. И. Леонтьев и др. Экологические проблемы Урала. - Наука в России, 1999, N 1.

***** Подробнее см.: Н.П. Лаверов, В.В. Дистлер. Платиновые металлы и стратегические интересы России. - Наука в России, 1999, N 4.

Академик В.А. КОРОТЕЕВ, директор Института геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого Уральского отделения РАН