Основы прикладной термобарогеохимии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
 «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Геолого-географический факультет 

В. Н. Труфанов, М. И. Гамов, Л. К. Дудкевич,  
Ю. Г. Майский, А. В. Труфанов

ОСНОВЫ 
ПРИКЛАДНОЙ 
ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ

Учебник по дисциплине 
«Основы термобарогеохимии»
программы подготовки бакалавров 
по направлению 130100 «Прикладная геология»

Под редакцией доктора геолого-минералогических наук,
профессора, заслуженного  деятеля науки 
Российской Федерации В. Н. Труфанова

Ростов-на-Дону

Издательство Южного федерального университета

2008

УДК 550.4(075.8)
ББК 26.30я73

УДК 550.4(075.8)
ББК 26.30я73
       Т 80
       
        

Труфанов В. Н.
Основы 
прикладной 
термобарогеохимии: 
учебник / В. Н. Труфанов, М. И. Гамов, Л. К. Дудкевич,  
Ю. Г. Майский, А. В. Труфанов. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 
2008. – 280 с.
ISBN 978-5-9275-0491-6
В учебнике даны основы нового направления в системе наук 
о Земле – прикладной термобарогеохимии, основанного на комплексных исследованиях флюидных включений в минералах, породах и рудах. Рассмотрены теоретические и методологические 
принципы прикладной термобарогеохимии, современные методы исследований расплавных, газовых, многофазовых и газовожидких включений, конкретные примеры применения этих 
методов для генетической типизации и прогнозирования месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых, 
контроля качества минерального сырья, обнаружения флюидоактивных зон и оценки газового режима горнопородных массивов.
Предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Прикладная геология», по дисциплинам подготовки бакалавров «Основы термобарогеохимии», «Лабораторные методы исследований», «Основы учения о полезных 
ископаемых».

© Труфанов В. Н.,  2008
© Гамов М. И.,  2008
© Дудкевич Л. К., 2008
© Майский Ю. Г.,  2008
© Труфанов А. В.,  2008
© Южный федеральный университет,  2008
©  Оформление. Макет. Издательство 
    Южного федерального университета,  2008

Т 80

ISBN 978-5-9275-0491-6

Учебник подготовлен и издан в рамках национального проекта «Образование» 
по «Программе развития федерального государственного 
образовательного учреждения высшего профессионального образования 
“Южный федеральный университет” на 2007–2010 гг.»

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Южного федерального университета

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ..................................................................................................................... 6

Глава 1
         ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
         ПРИКЛАДНОЙ ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ ......................................... 8
         1.1.    Методы и задачи прикладной термобарогеохимии .................. 8    
         1.2.   Основные принципы отбора проб 
                  и представительность анализов ..................................................... 11
         1.2.1. Магматические  породы ........................................................................ 13
         1.2.2. Метаморфические породы ................................................................... 13
         1.2.3. Пегматиты ................................................................................................. 13
        1.2.4. Скарны ....................................................................................................... 15
         1.2.5. Гидротермальные  жилы ...................................................................... 15
         1.2.6. Осадочные породы, угленосные отложения ................................... 17
         1.2.7. Подготовка проб к анализам ................................................................ 18
         1.3.   Объемно-статистический анализ флюидных включений 
                  в минералах ............................................................................................. 19
         1.4.   Оптико-политермические методы исследований 
                  флюидных включений ........................................................................ 22
         1.5.    Вакуумная  декриптометрия  систем  «минерал-флюид» .......... 25
         1.6.   Определение давления среды минералообразования ............ 37      
        1.7.    Расчет энергетического показателя флюидоносности 
                  (флюидоактивности) ............................................................................ 40
         1.8.   Определение вещественного состава включений .................... 41 
         1.9.   Определение  температуры  минералообразования методом  
                  вакуумной декриптометрии ............................................................ 43
         1.10. Вариационно-статистическая обработка декриптограмм ...... 45
         1.11. Определение газового состава флюидных включений ......... 53

Глава 2
         ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ 
         ГЕНЕТИЧЕСКОЙ  ТИПИЗАЦИИ ЭНДОГЕННЫХ 
         МЕСТОРОЖДЕНИЙ, КРУПНОМАСШТАБНОГО 
         И ЛОКАЛЬНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ 
         СКРЫТОГО ОРУДЕНЕНИЯ ..................................................................... 65
          2.1.  Термобарогеохимические критерии типизации 
                  месторождений ....................................................................................... 65
          2.2.  Термобарогеохимические критерии крупномасштабного 
                  прогнозирования скрытого оруденения ..................................... 81
          2.3.  Термобарогеохимические критерии локального 
                  прогнозирования рудных тел ......................................................... 85
         2.3.1. Основные закономерности строения ореолов  
                  пропаривания .......................................................................................... 86
        2.3.2. Некоторые  особенности  проведения  вакуумно-декрипто                  метрического анализа околорудноизмененных пород ................ 88

2.3.3. Особенности  интерпретации  вакуумных декриптограмм 
                   около-рудноизмененных пород .......................................................... 90
          2.3.4. Обработка данных вакуумно-декриптометрического  
                   опробования  околорудноизмененных пород ................................ 91
          2.3.5. Полиметаллические  месторождения  Северной  Осетии ........ 94
          2.3.6. Баритовые месторождения ............................................................... 100
          2.4.    Методика  расчета  предполагаемых глубин  формирования  
                   месторождений  по  термобарогеохимическим данным ......... 107

Глава 3
          ОЦЕНКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МИНЕРАЛЬНОГО 
          СЫРЬЯ МЕТОДАМИ  ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ ....................... 121  
          3.1.    Оценка качества формовочных песков ......................................... 123
          3.2.    Минералого-технологическое  картирование  рудных тел ..... 125

Глава 4
          ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ 
          ДЛЯ РЕШЕНИЯ ВОПРОСОВ ПАЛЕОГЕОТЕРМИИ, 
          ПАЛЕОГИДРО-ГЕОЛОГИИ И НЕФТЯНОЙ ГЕОЛОГИИ ....... 129
          4.1.    Палеогеотермические  реконструкции  ....................................... 132
          4.2.    Палеогидрогеохимические  реконструкции ............................... 141
          4.3.    Использование включений при решении некоторых задач 
                    нефтяной геологии .............................................................................. 146

Глава 5
          ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ 
          ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ ..... 152
          5.1.    Некоторые теоретические и методические аспекты 
                   термобарогеохимии ископаемых углей ........................................ 152
          5.2.    Отбор проб и подготовка их к анализу ........................................ 154
          5.3.    Влияние экспериментальных факторов 
                   на термобарические  характеристики  ТГИ ................................ 155
          5.4.    Влияние петрографического состава ТГИ 
                    на характер  термобарограмм .......................................................... 157
          5.5.    Особенности вакуумной декриптометрии углей 
                    различных генетических типов ...................................................... 160
          5.6.    Результаты вакуумной декриптометрии ТГИ 
                    разной степени метаморфизма ........................................................ 160
          5.7.    Зависимость между выходом смолистых веществ в  вакууме 
                   и термобарогеохимическими характеристиками углей .......... 165
          5.8.    Зависимость выхода летучих от термобарогеохимических 
                    характеристик угля ............................................................................. 167
          5.9.    Сравнительная  термобарогеохимическая  характеристика  
                    углей и минеральных включений .................................................. 169
          5.10.  Природа газов, выделяющихся из углей в процессе  нагрева ..... 170

5.11.  Термобарогеохимические  критерии  прогнозирования 
                   некоторых технологических свойств углей ................................ 173
Глава 6 
          ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ТЕРМОБАРОГЕО          ХИМИЧЕСКИЕ  КРИТЕРИИ  ПРОГНОЗИРОВАНИЯ  
          ФЛЮИДОАКТИВНЫХ ЗОН В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ ........... 175
          6.1.    Природа угольного метана ................................................................ 175
         6.2.    Формы нахождения метана в углях ............................................... 189
          6.3.    Закономерности формирования и локализации 
                    метанообильных зон в углепородных массивах ........................ 194
          6.4.    Свойства углей и вмещающих пород в метанобильных зонах 
                    флюидизации ....................................................................................... 199
          6.5.    Критерии прогнозирования и методы обнаружения  
                    метанообильных зон ......................................................................... 205

Глава 7
          ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ 
          ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ 
          ГОРНО-ПОРОДНЫХ МАССИВОВ ПРИ ПРОХОДКЕ 
          ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК ................................................................. 213
         7.1.     Краткий обзор и анализ ранее проведенных работ, 
                   выбор направления и методов исследования ........................ 214
         7.2.     Методика работ .................................................................................. 217
         7.2.1.  Анализ геолого-структурных и минералого-петрографические 
                   особенностей горно-породного массива ....................................... 217
          7.2.2. Проведение термобарогеохимических и газово                    хроматографических исследований ............................................... 219
          7.2.3. Газовое опробование скважин ........................................................ 221
          7.2.4. Определение возможных масштабов эмиссии вредных 
                    и токсичных газов в подземную выработку ............................... 221
          7.2.5. Расчет потребных объемов вентиляционного воздуха ........... 222
          7.3.    Геолого-структурные и минералого-петрографические 
                   особенности горно-породного массива на трассе пересечения 
                   с газопроводом хр. Безымянного ................................................ 223
          7.4.    Результаты термобарогеохимических и газово                     хроматографических исследований горно-породного массива ...... 237
          7.4.1. Результаты по скважине № 1с .......................................................... 237
          7.4.2. Результаты по скважинам № 2с, 3с ................................................ 247
          7.4.3. Результаты по скважине № 7с .......................................................... 259

Выводы ........................................................................................................................ 263

Заключение ................................................................................................................ 267

Литература ................................................................................................................ 269

ВВЕДЕНИЕ

Термобарогеохимические методы исследования минералов, пород и 
руд в настоящее время находят широкое применение при решении ряда 
актуальных проблем геологии, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Использование этих мето дов дает возможность с 
высокой степенью достоверности ре ставрировать физико-химические 
условия формирования геологи ческих объектов, проводить возрастные 
корреляции «немых» осадочных и метаморфических толщ, устанавливать в них ореолы «пропаривания» и газовые аномалии различной природы, вы являть температурный режим, химический и газовый состав 
флюидных компонентов в зонах околорудноизмененных пород, а также 
решать некоторые задачи оценки качества и прогнозирования глубинных 
источников минерального сырья. Исследования в области при кладной 
термобарогеохимии имеют большой резонанс в связи с решением проблем региональной металлогении и геодинамики. 
В последние годы открываются новые перспективы внедрения методов прикладной термобарогеохимии в гидрогеологию, топливно-энергетические отрасли промышленности химическую техно логию, металлургию, материаловедение, радиационную экологию и другие современные направления науки и техники. Переход термобарогеохимии на 
межотраслевой уровень означает качественно новый этап в ее развитии, 
требующий обстоятельного научно-методологического и методического 
обес печения.  
Вместе с тем пока еще недостаточно разработаны специальные методики применения существующих способов изучения флю идных консерватов для прогноза, поисков и оценки различных видов минерального сырья. Имеющиеся в литературе разрознен ные сведения по этому вопросу не 
систематизированы, хотя и представляют большой интерес в связи с новизной полученных данных. К числу таких работ относятся сборники научных докладов и сообщений, сделанных разными авторами на Международных совещаниях по термобарогеохимии, монографии Н. П. Ер макова 
и Ю. А. Долгова [34, 35], В. Н. Труфанова [98–100], А. В. Пизнюра с сотрудниками [86], Е. Роддера [60–61, 82–83] и др. 
Исследования в области прикладной термобарогеохимии и особенно вакуумной декриптометрии более 30 лет проводятся в Ростовском 
государственном университете, преобразованном в 2006 г. в Южный 
федеральный университет [71, 72, 88, 90, 91, 98–112 и др.]. Они включают разработку ориги нальной аппаратуры – вакуумных декриптографов 
типа ВД, различных методик применения этих приборов для анализа 
минералов, пород и руд, теоретических основ и практических способов 
интерпретации получаемых результатов. Созданные приборы и некоторые апробированные методики вакуумно-декриптометрических ис

следований используются в ряде геологи ческих партий и экспедиций, в 
отраслевых и академических институтах, при проведении спецкурсов в 
вузах геологического профиля. Курсы лекций по термобарогеохимии реализуются в МГУ, Санкт-Петербургском горном университете, в Томском политехническом университете, в Новосибирском государственном 
университете, в ряде высших учебных заведений ближнего и дальнего 
зарубежья (Львов, Ташкент, Алма-Ата, Вашингтон, Краков и др.). 
Вместе с тем в настоящее время отсутствуют учебники по прикладной термобарогеохимии, что создает определенные трудности при чтении этого курса для студентов геологических направлений и специальностей. Этот недостаток становится особенно ощутимым в связи с переходом на многоуровневую систему образования в нашей стране. 
Очевидна настоятельная необходимость обобщения имею щихся результатов и унификации методов прикладных термобаро геохимических 
исследований, систематизации разнообразных приемов интерпретации 
экспериментальных данных, конкретиза ции способов их практического 
применения. Именно с этой целью написана настоящая книга, рассчитанная на широкий круг студентов – будущих геологов, интересующихся проблемами прикладной термобарогеохимии. 
Учебник является  коллективным трудом  группы  сотрудников Геотехцентра-Юг и кафедры месторождений полезных ископаемых ЮФУ. 
Авторы в полной мере отдают себе отчет, что при исследовании конкретных геологических объектов необходимы детализация и дальнейшее 
усовершенствование разработанных методов, и будут весьма признательны за все предложения и рекомендации в этой области. 
Введение и заключение написаны авторами совместно, первая глава  – 
Ю. Г. Майским и А. В. Труфановым, вторая глава –  В. Н. Труфановым и  
А. В. Труфановым, третья – Ю. Г. Майским и В. Н. Труфановым, четвертая и 
пятая – В. Н. Труфановым, шестая – М. И. Гамовым, седьмая – Л. К. Дудкевич и В. Н. Труфановым. В качестве приложений в учебнике представлены 
наиболее типичные примеры применения методов прикладной термобарогеохимии при исследованиях рудных и нерудных месторождений, систематизированных В. Н. Труфановым и Л. К. Дудкевич. После каждой главы 
приводится перечень вопросов для самостоятельной работы студентов. 
В книге использованы некоторые результаты термобарогеохимических исследований рудных место рождений, проведенных ранее А. Г. Грановским, Н. В. Грановской и В. Г. Рыловым; нефтяных и газовых месторождений – Э. С. Сианесяном, угольных месторождений – Н. И. Славгородским. 
При составлении общегеологической характеристики опи санных в 
книге месторождений использованы полевые материалы сотрудников  
ОАО Севкавгеология и Южгеология К. В. Давыдова, М. В. Григоренко,  
В. А. Лихачева, Г. В. Зеленщикова, Ю. В. Неваленного,  Н. С. Кандаурова. 
Всем упомянутым лицам авторы выражают благодарность. 

Глава 1

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
ПРИКЛАДНОЙ ТЕРМОБАРОГЕОХИМИИ

Методы исследований геохимических систем флюидных вклю чений 
в минералах, породах и рудах, разработанные Н. П. Ерма ковым [33–34],  
Ю. А. Долговым [26–35], Г. Г. Леммлейном [54], А. И. Захарченко [39],  
В. А. Калюжным [40, 44], В. Ф. Лесняком [55], В. Н. Труфановым [98–100], 
Э. Рёддером [60, 61] и другими отечественными и зарубежными учеными, имеют ряд преимуществ по сравнению с иными способами изучения 
рудообразующих сред:
1) использование в качестве тест-объектов «законсервированных» в 
минералах частичек истинных минералообразующих растворов;
2) высокую чувствительность и разреша ющую способность определения температур и давлений среды минералообразования; 
3) воз можность применения практически к любым минералам, породам 
и рудам, что позволяет получать данные по большому числу объектов; 
4) широкое использование различных автоматизированных устройств и приборов, исключающих субъективные ошибки экспериментов, и т. д.;
5) возможность обработки данных на ПЭВМ и др. 
Универсальность методов прикладной термобарогеохимии позволяет ис пользовать их для определения условий формирования месторождений самого различного генетического типа. Вместе с тем имеющиеся к настоящему времени экспериментальные данные и некоторые 
теоретические положения, касающиеся вопросов исследования флюидных включений в минералах, позволяют определить и ряд ограничений 
существующих методик термобарогеохимического анализа для решения 
прикладных задач, кото рые рассмотрены в последующих разделах. 

1.1. Методы и задачи прикладной термобарогеохимии

В историческом плане развитие термобарогеохимии прошло несколько этапов, каждый из которых определялся научно-техническим 
уровнем общества и конкретными теоретическими и практическими 
задачами, которые стояли перед геологической службой. Не затрагивая 
спорадических, хотя нередко весьма детальных наблюдений флюидных 
включений в минералах, которые известны со времен Аль-Бируни  и которые имели в основном познавательный характер, можно констатировать, что до капитальных работ Н. П. Ермакова [33, 34], проведенных 

в 50–70-е годы прошлого столетия, включения минералообразующих 
сред изучались как в нашей стране, так и за рубежом главным образом с 
теоретических позиций. 
Н. П. Ермаковым впервые было обращено внимание исследова телей 
на прикладное значение термобарогеохимического анализа природных 
объектов, и начиная с 70-х годов это направление в области изучения 
флюидных включений становится все более значимым и доминирующим, 
что», несомненно, обусловлено возрастающими трудностями в прогнозировании, поисках и оценке скрытых источников минерального сырья. 
Развитие термобарогеохимии неизбежно пошло по пути расширения 
и усложнения объектов исследований, и если на первых этапах в качестве 
таковых выступали индивидуальные газово-жидкие и другие включения 
в монокристаллах, то в дальнейшем возникла необходимость проводить 
термобарогеохимический анализ минеральных ассоциаций, рудных тел, 
место рождений и даже крупных металлогенических провинций. 
В научно-методическом плане важным шагом вперед является также переход от раздельного изучения минералов и находящихся в них включений 
к комплексному исследованию природных систем «минерал-флюид» в их 
диалектическом единстве и противоре чии. Одна из возможных классификаций таких систем разработа на В. Н. Труфановым [98] и приведена на рис. 1.1. 
Она основана на фундаментальных трудах Н. П. Ермакова и Ю. А. Долгова 
[34, 35], современных достижениях физики минералов, физической химии, 
оптической и электронной микроскопии и наглядно иллюстрирует чрезвычайную сложность объектов изучения при кладной термобарогеохимии.  
В качестве примера на рис. 1.2 изоб ражены фотографии некоторых характерных разновидностей систем «минерал-флюид» относительно «закрытого» 
типа, полученные с помощью оптического и электронного микроскопов, которые показывают не только поликомпонентность их агрегатно-фазового состава, но и весьма широкий диапазон структурно-морфологических параметров. 
Естественно, что для изучения таких объектов и получения необходимой информации приходится привлекать специфический арсенал 
современных физических и химических методов, на описании которых 
мы остановимся в последующих разделах. Здесь же необходимо лишь 
отметить, что для решения задач прикладной термобарогеохимии приходится анализировать не только одиночные включения в минералах, но 
и многие тысячи таких вакуолей и, следовательно, неизбежно привлечение методов вариационной статистики, а также использование автоматизированных приборов и устройств. Именно поэтому для прикладных 
термобарогеохимических исследований наиболее эффективным является метод вакуумной декриптометрии, хотя широко используются и другие методы – гомогенизации, криометрии, водных вытяжек и т. д. 
Важно подчеркнуть также тот факт, что любая физико-химическая 
система, в том числе и система «минерал-флюид», характеризуется опре

деленным энергетическим уровнем образова ния (в соответствии с минералогическим правилом Гесса - Ферсмана). Эта энергия (U) слагается в основном из внутренней энергии кристаллической решетки минерала (Ucr) и 
энергии, аккумулированной флюидной фазой при ее консервации (Uf):

Рис. 1.1. Структурно-генетическая классификация природных систем 
«минерал-флюид»

Рис. 1.2. Типоморфные разновидности включений в рудном кварце:
а – многофазовое с минералами-«узниками» (ув. 200х); б – газово-жидкое 
с ореолом сателлитных вакуолей (ув. 1200х); в – ультрамикроскопическое 
(под электрон. микроск. ув. 200х)