i

Aktuální číslo:

2022/6

Téma měsíce:

200 let G. J. Mendela

Hledat a lépe poznat ložiska nerostných surovin

Magnetotelurika, 3D metody pomáhají identifikovat potenciální oblasti rudního obohacení
 |  30. 5. 2022
 |  Vesmír 101, 377, 2022/6

Dobré tipy jsou nad zlato. V případě nerostných surovin to může být sofistikovaná kombinace regionálních magnetotelurických a seismických dat.

Současné snahy o lepší využití obnovitelných zdrojů energie a přechod ke klimaticky neutrální ekonomice kladou zvýšené nároky na identifikaci a charakterizaci ložisek nerostných surovin a jejich efektivnějšího využívání. Vznik, stavba a složení ložisek nerostných surovin zahrnuje řadu procesů pod povrchem Země, které probíhají na různých škálách (časových i prostorových). Ložiska surovin, která se často nacházejí v nejstarších částech pevninské zemské kůry – kratónech –, jsou sama o sobě pouze malou částí rozsáhlého minerálního systému. Zahrnují často hluboce uložené zdroje fluid, kovů a energie potřebné k hydrotermální cirkulaci. Další významnou roli hrají možné cesty toku fluid, mechanismy usazování zodpovědné za tvorbu vlastních ložisek a v neposlední řadě výrony fluid.

Dříve se snahy o pochopení těchto systémů soustředily na nalezení a vyhodnocení jednotlivých formací – potenciálních ložisek – pomocí technik, které zobrazují mělké struktury. Tyto mělké, kovy obohacené geologické struktury se značně podobají těm méně obohaceným. Rozdíly ve stupni obohacení mohou být například důsledkem rozdílného vývoje střední a spodní kůry, který upřednostňoval vyšší koncentraci kovů v hlubších vrstvách. Regionální geofyzikální modelování petrofyzikálních vlastností může identifikovat rysy ve středních a spodních vrstvách kůry, které naznačují ekonomicky využitelné oblasti obohacené o kovy (tj. podpovrchová ložiska nerostných surovin). Původní metody průzkumu tudíž potřebovaly zdokonalit tak, aby zahrnuly průzkum rozsáhlejších oblastí. To umožní identifikovat takové znaky podpovrchových ložisek kovů, které jsou dány strukturami a procesy ve větších hloubkách. Tyto hloubkové metody regionálního rozsahu zahrnují modely celých ložisek s cílem je charakterizovat v oblastech s podobnou povrchovou geologií. Současné projekty nikoli lokálního, ale velkého rozsahu, např. MetalEarth [1] a D-Rex [2], využívají doposud nedoceněné geofyzikální metody. Jednou z nich je magnetotelurika, která studuje elektrické proudy v Zemi vybuzené přirozenými změnami zemského magnetického pole.

Tyto velké 3D modely umožňují objasnit komplexní strukturu kůry a složitý tektonický vývoj. Tím můžou naznačit cesty přenosu fluid a geometrii ložisek jako celku. Výsledkem je zlepšená identifikace oblastí potenciálně obohacených o kovy. Tvorba regionálních modelů je založena na sběru geofyzikálních dat v třech rozměrech, která jsou citlivá na různé fyzikální vlastnosti. Navíc tato data zahrnují hloubky od zdrojových oblastí ve svrchním plášti až po podpovrchová ložiska nerostných surovin. Integrace takto různorodých datových souborů je složitá a vyžaduje zdokonalení existujících metod jejich zpracování, tzv. 3D inverzních metod, s využitím umělé inteligence a víceparametrické analýzy.

Magmatické a hydrotermální procesy jsou běžně považovány za hlavní hybatele vývoje kratónů a jsou odpovědné za stabilizaci mělkých zdrojů nerostných surovin. Nicméně v podmínkách starých kratónů je velmi obtížné rozpoznat známky dávného výskytu těchto procesů na základě geofyzikálních dat, která odrážejí jejich současný stav. Ví se, že stoupající magmatická metamorfická fluida využívají oblasti porušené kůry, známé jako křehce duktilní zlomové systémy. Tzv. oportunistická migrace kapalin a s nimi spojených plynů může mít za následek významný (větší než 100 km) laterální (boční) tok ve svrchním plášti a spodní kůře. Ten může být důležitější než jejich přenos směrem vzhůru do svrchní kůry podél hranic kratónů nebo batolitů (intruzivních magmatických těles plutonických hornin) nebo přes strukturálně porušené oblasti kůry. Navíc může krátce trvající pohyb fluid bohatých na kovy v omezených oblastech způsobit výrazné podpovrchové obohacení kovy. Stavba kůry představuje zřejmě primární faktor lokace struktur obohacených kovy; nicméně přesný mechanismus není jasný. Proto je pochopení vlivu magmatických a hydrotermálních procesů na elektrickou vodivost starých geologických struktur podstatné pro porozumění vývoji těchto formací i mechanismů přenosu hmoty mezi rezervoáry v plášti a mělkými ložisky nerostných surovin. Nedávný regionální geofyzikální průzkum v Kanadě, který studoval procesy odpovědné za obohacení kovy a tektonický vývoj pásu zelených břidlic Abitibi Greenstone (viz obr. 1), ukázal na přednosti tohoto velkorozměrného přístupu.

Magnetotelurická metoda

je geofyzikální elektromagnetická metoda sloužící ke zjišťování elektrického odporu hornin v hloubkách od prvních desítek metrů až po první stovky kilometrů. Na rozdíl od většiny ostatních geoelektrických metod, využívajících uměle vybuzené pole (cívkou, anténou), tato metoda používá jako zdroj indukce v zemském tělese změny přírodního elektromagnetického pole Země. Při samotném měření se registrují dvě elektrické (Ex, Ey) a tři magnetické (Hx, Hy, Hz) složky elektromagnetického pole (obr. 2). Z velmi přesných měření polí indukovaných těmito změnami dovedeme následně spočítat elektrický odpor hornin pod studovanou oblastí. Hloubkový dosah metody je závislý na frekvenci registrovaných změn – čím nižší frekvenci změn měříme, tím hlubší je jejich dosah. Zdrojem těchto přírodních změn jsou především jevy související s interakcí slunečního větru se zemskou magnetosférou a dále ionosférické a meteorologické jevy, jako jsou např. tropické bouře.

Tento a podobné pásy v kanadské geologické oblasti Superior Province patří k nejlépe dochovaným a umožňují určit vliv gelogických a tektonických procesů na umístění tavenin a fluid bohatých na kovy v rámci kůry. Kombinace 3D magnetotelurického modelování a seismické reflexní metody napříč pásem Abitibi Greenstone odhaluje detaily kůrových magmatických a hydrotermálních systémů (obr. 1). Téměř svisle orientované oblasti s nízkým elektrickým odporem uvnitř svrchních 15 km s vysokým odporem jsou v souladu s výsledky reflexní seismiky. Tyto oblasti lze interpretovat jako rozsáhlé křehce duktilní zlomové zóny, které představují dávné cesty přenosu tavenin a tekutin. V hloubce 20–28 km jsou tyto kanály propojeny s oblastmi nízkého odporu, které sahají 50–80 km od severu k jihu a 20–40 km od východu na západ. Ve spodních vrstvách kůry a svrchních vrstvách pláště pak dominuje na východ protáhlá oblast s nízkým odporem. Oblast orientovaná z východu na západ leží pod povrchovými projevy výrazných deformací, které jsou značně obohacené zlatem. Většina struktur s nízkým odporem zřejmě představuje navzájem propojené oblasti s vysokým obsahem grafitu a sulfidů. Ty vymezují zbytkové zdrojové oblasti a cesty přenosu v kůře, obohacené v důsledku toku fluid. Kombinace regionálních magnetotelurických a seismických dat byla použita k sestrojení 3D modelu v měřítku zemské kůry, který objasňuje přenos hmoty a metalogenních procesů, kontrolovaných horotvorným vrásněním. Tyto procesy vyústily ve vznik jedněch z největších známých ložisek zlata. 

Text vychází s finanční podporou Geofyzikálního ústavu AV ČR.

Literatura

[1] G. J. Hill et al., Earth Planet. Sci. Lett. 2021. DOI: 10.1016/j.epsl.2021.116853.

[2] M. Smirnov, Regional to deposit scale exploration (D-Rex project in Fennoscandia), 2021 Nov. 1–6 Sinoprobe 2021 International Symposium, Invited talk.

[3] E. A. Roots et al., Gondwana Research, 2022. DOI: 10.1016/j.gr.2021.12.004.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Geologie

O autorech

Graham Hill

Jochen Kamm

Maxim Smirnov

Doporučujeme

Slavný všude, jen ne u nás

Slavný všude, jen ne u nás

Marek Vácha  |  30. 5. 2022
„Nikdy si nepsal deník a jeho dopisy vrhají na jeho vnitřní život jen málo světla. Jakožto kněz musel být obzvláště obezřelý při vyjádření svých...
Nejstarší Evropanka

Nejstarší Evropanka uzamčenovideo

Ve čtvrtek 14. září 1950 se v lomu pod návrším Zlatý kůň u Berouna chystají k odstřelu vápence. Je určen pro výrobu cementu. Zahřmí výbuch...
Prolévat luteránskou krev

Prolévat luteránskou krev uzamčeno

Petr Vorel  |  30. 5. 2022
Když se řekne „křížová výprava“, vybaví si čtenář nejspíš tažení středověkých rytířů k Božímu hrobu do Palestiny. Anebo zbabělé křižáky, prchající...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné