Полезные ископаемые — не только уголь, нефть и металлические руды. К этому широкому понятию относят природные вещества и материалы, которые человек может извлекать и использовать: от соли и строительного камня до подземных вод. Чтобы понимать описания месторождений и геологических карт, важно различать сами объекты и способы их классификации.
Единственного деления, которое отвечало бы на все вопросы, нет. Геологи могут группировать сырьё по происхождению, химическому составу или форме залегания, а инженеры и экономисты — по назначению, способу добычи и промышленной ценности. Поэтому полезно сначала разобраться в основных терминах, а затем смотреть, по какому признаку построена конкретная классификация.
Основные термины: минерал, горная порода, сырьё
Минерал и горная порода — не одно и то же
Минерал — природное вещество с определённым химическим составом и характерными свойствами, возникшее в результате геологических процессов. К минералам относятся, например, кварц, кальцит и галит. В природе минералы могут образовывать отдельные кристаллы, скопления зёрен или входить в состав горных пород.
Горная порода — природное агрегатное тело, состоящее из одного или нескольких минералов, иногда с примесью органического вещества или вулканического стекла. Гранит, например, обычно включает кварц, полевые шпаты и слюду; известняк часто состоит преимущественно из кальцита. Поэтому минерал и порода — понятия разного уровня: первый может быть частью второй.
Разговорное выражение «полезный минерал» не всегда точно описывает объект добычи. Карьер может разрабатывать не отдельный минеральный вид, а целую породу, например гранит или строительный известняк. В других случаях ценное вещество составляет лишь небольшую долю руды и должно быть отделено при обогащении.
Что называют полезным ископаемым
Полезным ископаемым обычно называют природное минеральное образование земной коры, которое может быть использовано в хозяйственной деятельности. Понятие связано не только с составом вещества, но и с его практической пригодностью. Одно и то же геологическое образование может представлять интерес для одной отрасли и быть малополезным для другой.
Термин «ископаемое» указывает на получение вещества из земных недр, а слово «полезное» — на возможное применение. Но полезность не является неизменным свойством породы: она зависит от свойств сырья, доступных технологий, затрат на добычу и требований к охране окружающей среды. Поэтому границы понятия со временем могут меняться.
Слово «минерал» пришло в научный язык из европейской терминологии и восходит к латинским словам, связанным с рудником и добычей. Однако современное геологическое понятие минерала значительно точнее бытового значения: минералами не называют любые куски земли или породы. При чтении старых и популярных текстов важно учитывать, что слова «минерал», «руда» и «ископаемое» могли употребляться менее строго.
Почему полезные ископаемые залегают по-разному
Месторождения формируются в ходе процессов, которые могут идти в недрах или на поверхности Земли. Одни вещества кристаллизуются из магмы и горячих растворов, другие осаждаются из воды, третьи возникают при изменении уже существующих пород. На формирование месторождения обычно влияют температура, давление, состав среды, движение флюидов и длительность геологических процессов.
Магматические, гидротермальные и осадочные процессы
При остывании магмы минералы кристаллизуются не одновременно: состав и условия охлаждения влияют на то, какие минералы образуются и где они концентрируются. В отдельных геологических обстановках могут возникать скопления рудных минералов. Горячие растворы, циркулирующие в трещинах и порах пород, способны переносить вещества и осаждать их при изменении температуры или химического состава среды.
Осадочные месторождения формируются на поверхности или в водоёмах, когда частицы накапливаются, вещества выпадают из раствора либо органический материал погребается под новыми слоями осадка. Так возникают, в частности, залежи некоторых солей и строительного сырья. Каменный уголь образуется из растительных остатков, накопившихся и преобразованных при погребении; его формирование связано с длительными изменениями органического материала.
Нефть и природный газ преимущественно связаны с преобразованием органического вещества в осадочных толщах при погружении и нагреве. Образовавшиеся углеводороды могут перемещаться по породам и накапливаться в коллекторе, если сверху его ограничивает непроницаемая покрышка. Поэтому залежь углеводородов — не обязательно пустота или «озеро» под землёй: нефть и газ часто занимают поры и трещины в породе.
Метаморфизм и выветривание
Метаморфизм — изменение горных пород под воздействием температуры, давления и химически активных веществ без полного плавления. При этом одни минералы могут исчезать, а другие — образовываться, меняя свойства и состав породы. Такие преобразования участвуют в формировании ряда промышленных минеральных материалов и рудных концентраций.
На поверхности породы разрушаются и изменяются под действием воды, воздуха и перепадов температуры. Выветривание может вымывать одни компоненты и оставлять другие, из-за чего в некоторых условиях формируются обогащённые коры выветривания. Геологическое происхождение важно для понимания строения месторождения, но само по себе не говорит, насколько удобно или выгодно его разрабатывать.
Основные способы классификации
Классификация полезных ископаемых зависит от задачи. Геологу может быть важно происхождение сырья, геохимику — его состав, а производителю — назначение и способ переработки. Одно месторождение поэтому может одновременно относиться к нескольким группам, и это не противоречие.
| Признак | Примеры групп | Для чего полезно деление |
|---|---|---|
| Агрегатное состояние | Твёрдые, жидкие, газообразные | Для описания добычи, хранения и транспортировки |
| Назначение | Топливные, рудные, нерудные, строительные | Для связи сырья с промышленным использованием |
| Происхождение | Магматические, осадочные, метаморфические и другие | Для объяснения условий образования и поиска месторождений |
| Степень изученности | Оценённые по-разному запасы и ресурсы | Для указания надёжности геологических сведений |
Деление по назначению
Топливное сырьё включает уголь, нефть, природный газ и некоторые другие виды горючих полезных ископаемых. Рудное сырьё добывают ради металлов: например, железные руды служат источником железа, а медные — меди. К нерудному сырью относят материалы, используемые не как источник металла, в том числе соли, фосфатное сырьё и промышленные минералы.
Строительные полезные ископаемые — это, например, песок, гравий, глина и камень, применяемые в строительстве и производстве материалов. Границы между группами зависят от применения: одно сырьё может иметь несколько назначений. Известняк, например, используют как строительный камень, сырьё для цементной промышленности и в иных технологических процессах, если его свойства этому соответствуют.
Деление на рудные и нерудные полезно, но не означает, что у нерудного сырья нет промышленной ценности. Оно указывает прежде всего на то, что основным объектом извлечения не является металл. Кроме того, термин «руда» обычно связан с горной породой или минеральным сырьём, из которого металл можно извлечь в технически и экономически приемлемых условиях.
Деление по агрегатному состоянию
Твёрдые полезные ископаемые добывают в карьерах и шахтах либо извлекают другими способами, в зависимости от залегания и свойств. К ним относятся уголь, руды, каменная соль и многие виды строительного сырья. Жидкие и газообразные полезные ископаемые требуют скважинной добычи и специальных систем сбора и транспортировки.
Эта классификация описывает физическое состояние сырья при добыче, а не обязательно его происхождение. Например, нефть и газ часто связаны с одними и теми же осадочными бассейнами, но остаются разными по состоянию и свойствам ресурсами. Для практической работы это различие важно при выборе оборудования, оценке рисков и проектировании инфраструктуры.
Запасы, ресурсы и промышленная ценность
В геологических описаниях слова «запасы» и «ресурсы» не следует считать полными синонимами. Оба понятия относятся к оценке природного сырья, но могут различаться степенью изученности и надёжностью оценки. Конкретный смысл терминов зависит от применяемой системы классификации и правил учёта.
Оценка месторождения строится на данных геологической разведки: изучают форму и размеры залежи, состав сырья, его качество и распределение. Чем меньше данных, тем больше неопределённость в оценке. Даже значительный объём предполагаемого сырья не означает автоматически, что его можно добыть с приемлемыми затратами или без неприемлемого воздействия на окружающую среду.
Понятие промышленной ценности включает больше, чем наличие нужного элемента или минерала. Учитываются содержание полезного компонента, глубина и строение залежи, возможность обогащения, доступ к энергии и транспорту, а также экологические и социальные ограничения. Поэтому одна и та же концентрация вещества может быть перспективной в одном проекте и не иметь практической ценности в другом.
- Ресурсная оценка описывает потенциальное количество сырья с учётом имеющейся геологической информации.
- Запасы обычно предполагают более определённую оценку выявленного месторождения, но конкретные критерии зависят от системы учёта.
- Экономическая извлекаемость требует отдельной оценки технологии, затрат, инфраструктуры и ограничений.
Как читать классификацию полезных ископаемых
Перед тем как сравнивать два списка, стоит выяснить, для кого и для чего они составлены. Учебная классификация может показывать происхождение сырья, отраслевой справочник — его применение, а документы по учёту месторождений — степень изученности. Один объект закономерно может быть обозначен в каждом из таких перечней по-разному.
Полезно проверять и масштаб описания. «Железная руда» — группа сырья, «магнетит» — минеральный вид, а конкретное месторождение — геологический объект с определённым строением и оценёнными характеристиками. Смешение этих уровней приводит к ошибочным сравнениям, например когда общую группу материалов сопоставляют с одним месторождением.
Наконец, классификации и правила учёта могут обновляться. Если речь идёт о правовом статусе запасов, лицензировании или государственной статистике, важны действующие документы соответствующей страны и дата их применения. В общем геологическом справочнике корректнее говорить о принципе деления, а не переносить одну систему на все государства и периоды.
Частые вопросы
Все ли минералы являются полезными ископаемыми?
Нет. Минерал — геологическое понятие, а полезное ископаемое связано с возможностью практического использования природного сырья. Минерал может встречаться в породе в слишком малом количестве или не иметь подходящего применения. И наоборот, полезным ископаемым может быть целая горная порода, а не отдельный минеральный вид.
Является ли гранит минералом?
Нет, гранит — горная порода. Обычно он состоит из нескольких минералов, в том числе кварца и полевых шпатов. При этом гранит может рассматриваться как полезное ископаемое, если его добывают и используют, например, как строительный или облицовочный камень.
Почему у одного сырья бывает несколько классификаций?
Потому что разные классификации отвечают на разные вопросы. По происхождению сырьё описывают через геологические процессы, по назначению — через отрасли использования, а по состоянию — через физические свойства. Эти признаки могут сочетаться: например, твёрдое нерудное сырьё одновременно имеет определённое геологическое происхождение.
Означает ли крупный ресурс, что его обязательно будут добывать?
Нет. Геологическая оценка показывает, сколько сырья может находиться в недрах и насколько хорошо оно изучено, но не гарантирует разработку. Для решения о добыче оценивают качество сырья, технологию извлечения, затраты, инфраструктуру и возможные последствия для людей и окружающей среды. Эти условия могут изменяться, поэтому промышленная ценность не всегда постоянна.