Геология для горного дела

ГЕОЛОГИЯ
ДЛЯ
ГОРНОГО ДЕЛА

Н.В. КОРОНОВСКИЙ
В.И. СТАРОСТИН
В.В. АВДОНИН

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, стереотипное

Допущено Учебно-методическим объединением по образованию 
в области горного дела в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 21.05.04 «Горное дело»

УДК 622(075.8)
ББК 26.3я73
 
К68

Короновский Н.В.
Геология для горного дела : учебное пособие / Н.В. Короновский, 
В.И. Старостин, В.В. Авдонин. — 2-е изд., стереотип. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 576 с. — (Высшее образование: Специалитет). 
ISBN 978-5-16-011719-5
В учебном пособии изложены основные сведения по общей геологии, месторождениям и разведке полезных ископаемых. Рассмотрены вопросы, касающиеся внутреннего строения Земли, ее геофизических полей и способов 
изучения ее глубин. Описаны методы определения относительного и абсолютного возраста горных пород, основные минералы, осадочные и изверженные 
горные породы, главные эндогенные и экзогенные геологические процессы, 
техногенное воздействие на геологическую среду. Представлены методы поиска 
и разведки полезных ископаемых, описаны последние достижения в области 
геологии, геохимии, экспериментальные и расчетные физико-химические данные, относящиеся к генезису месторождений.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности 21.05.04 «Горное дело».

К68

ISBN 978-5-16-011719-5

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Подписано в печать 03.10.2019. 
Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 36,0.
ППТ20. Заказ № 00000
ТК 483500-1065143-010216

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

© Короновский Н.В., Старостин В.И., 
Авдонин В.В., 2016

Р е ц е н з е н т ы:
В.В. Дьяконов — канд. геол.-минерал. наук, доцент, зав. кафедрой месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М. Крейтера инженерного факультета (Российский университет дружбы народов);
С.И. Шерман — д-р геол.-минерал. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ (Иркутский государственный университет)

А в т о р ы:
Николай Владимирович Короновский — д-р геол.-минерал. наук, заслуженный 
деятель науки РФ, заслуженный профессор МГУ, лауреат Ломоносовской премии, академик РАЕН, почетный разведчик недр РФ, зав. кафедрой динамической геологии геологического факультета (МГУ им. М.В. Ломоносова);
Виктор Иванович Старостин — д-р геол.-минерал. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заслуженный профессор МГУ, лауреат Ломоносовской премии, академик РАЕН, зав. кафедрой геологии, геохимии и экономики 
полезных ископаемых геологического факультета (МГУ им. М.В. Ломоносова);
Виктор Васильевич Авдонин — д-р геол.-минерал. наук, заслуженный деятель 
на уки РФ, профессор кафедры геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых геологического факультета (МГУ им. М.В. Ломоносова)

УДК 622(075.8)
ББК 26.3я73  

ПРЕДИСЛОВИЕ

В учебном пособии рассмотрены вопросы общей геологии, такие, как строение, состав и форма Земли, определение возраста 
горных пород, процессы выветривания, карстообразования, магматизма, геологическая деятельность ветра, поверхностных и подземных вод, ледников, океанов и морей, природных явлений — 
землетрясений, цунами. Кратко представлены пути решения проблемы сейсмостойкого строительства.

Книга содержит новейшие достижения в области геологии, геохимии, экспериментальные и расчетные физико-химические данные, относящиеся к генезису месторождений. В ней рассмотрены 
вопросы происхождения полезных ископаемых и общие условия 
их формирования в процессе развития земной коры, характеристика основных генетических подразделений полезных ископаемых: 
серий, классов и групп. Описаны магматические, карбонатито- 
вые, пегматитовые, альбититовые, грейзеновые, скарновые, гидротермальные, выветривания, осадочные, экзогенные эпигенетические и метаморфогенные месторождения. С позиции тектоники литосферных плит дан анализ эволюции эндогенного и экзогенного рудогенеза в истории Земли. Охарактеризованы наиболее 
продуктивные нижнепротерозойский и фанерозойский периоды 
рудообразования.

В пособии изложены основы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, краткая характеристика главных геолого-промышленных типов месторождений и рассмотрены основные проблемы поисков полезных ископаемых. С учетом современных представлений дан материал, посвященный разведке месторождений полезных ископаемых. Приведены основные сведения 
по разработке месторождений, классификации запасов, кондициям. Подробно изложены фундаментальные основы ведущих методов подсчета запасов, кратко — геолого-промышленная оценка 
месторождений. Завершает учебное пособие глава об инженерногеологических исследованиях при разведке месторождений полезных ископаемых.

Авторы благодарят сотрудников библиотеки геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова Н.В.Бакшееву и М.Д.Рябухину за помощь в поисках 
необходимой литературы, заведующую лабораторией В. А. Зайце
3

ву и ведущих научных сотрудников В. Н. Вадковского и А. А. Най- 
марка за ценные советы и замечания, а также старшего научного 
сотрудника Г. В. Брянцеву за помощь в подготовке рукописи к 
изданию.

Авторы будут признательны за все замечания, сделанные для 
дальнейшего совершенствования учебного пособия. Просьба присылать их по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, 
МГУ им. М. В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, Н. В. Короновскому.

ВВЕДЕНИЕ

Геология — одна из древнейших наук. Уже во II тыс. до 
н.э., в так называемый крито-микенский период, широкое 
развитие получила добыча руд, из которых выплавлялись 
различные металлы, хотя искать руды научились еще в конце нового каменного века — неолите. Древние «металлурги» 
изготовляли различные сплавы из золота, серебра, меди, 
олова, свинца, железа и других металлов, а умение их находить ценилось чрезвычайно высоко. Но большинство руд было 
открыто случайно.

Первые геологические знания развивались благодаря существовавшим горным разработкам, остатки которых найдены во многих местах на Земле.

Геологические знания постепенно набирали силу, и на 
рубеже XVIII и XIX вв. геология как наука сделала огромный рывок вперед. Стремительно растущая горная промышленность требовала все новых и новых полезных ископаемых 
и во все возрастающих количествах.

Но где искать новые месторождения? Как заглянуть в более глубокие горизонты Земли? Каковы закономерности разнообразных геологических процессов?

Ответы на эти и многие другие вопросы дает геология — 
наука о строении Земли, ее происхождении, возрасте, разнообразных процессах, происходящих как на поверхности, 
так и в ее глубинах. Несмотря на то что Земля имеет радиус 
6 371 км, самая глубокая скважина в мире, пробуренная в 
нашей стране на Кольском полуострове, достигла чуть больше 12 км. И проникнуть глубже в обозримом будущем вряд 
ли получится.

5

Ч А С Т Ь  I

ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ

ГЛАВА 1

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ЗЕМЛИ

1.1. Форма Земли

Диаметр Земли на экваторе 12 756 км; масса 5,98 • 1024 кг; средняя плотность 5,51 г/см3; период вращения 23 ч 56 мин 4,1 с; 
период обращения вокруг Солнца 365,26 сут; эксцентриситет орбиты 0,017; площадь поверхности — 510 млн км2; объем — 
1,083- 1012 км3.

Форма Земли зависит от совместного действия гравитационных и центробежных сил. Равнодействующая этих сил называется 
силой тяжести. Многочисленные геодезические измерения позволили доказать, что Земля представляет собой эллипсоид. Современные параметры эллипсоида Бесселя: экваториальный радиус — 
6 378,245 км; полярный радиус — 6 356,863 км; полярное сжатие 
а = 1/298,25. Однако в плоскости экватора наибольший и наименьший радиусы отличаются на 213 м. Следовательно Земля — это 
трехосный эллипсоид, или сфероид, чем и определяется воображаемая форма Земли. Реальная форма Земли лучше описывается 
фигурой геоида (землеподобная) — эквипотенциальной поверхностью невозмущенного океана, продолженной на континенты 
(рис. 1.1). Сила тяжести в каждой точке поверхности геоида направлена перпендикулярно к ней. В настоящее время построена 
карта геоида, приведенная к сжатию 1/298,25, с помощью как 
наземных гравиметрических, так и спутниковых наблюдений. На

Поверхность рельефа

Рис. 1.1. Поверхность рельефа, сфероид и геоид

6

карте ясно видны впадины и выпуклости на поверхности Земли с 
амплитудой в десятки метров. Аномалии геоида обусловлены неравномерным распределением масс с различной плотностью внутри Земли.

1.2. Внутреннее строение Земли

Геологам относительно хорошо известно внутреннее строение 
Земли, благодаря сейсмологическому методу, позволяющему заглянуть в недоступные места планеты. Сейсмические волны (от греч. 
«сейсма» — сотрясение) возникают в Земле от землетрясений, 
ядерных и крупных промышленных взрывов и пронизывают всю 
Землю, преломляясь и отражаясь на разных границах смены состояния вещества.

Сейсмологический метод — один из геофизических методов, 
но для целей познания глубин Земли является самым важным.

Волна — это распространение некоторой деформации в упругой среде, т.е. изменение объема или формы вещества. При упругой деформации в горной породе возникает напряжение, которое 
стремится вернуть его к первоначальной форме или объему. Известно, что отношение напряжения (т) к деформации (е) называется модулем упругости р:

т

м> =  - -е

Выделяют два типа сейсмических волн: объемные и поверхностные, из названий которых видна область их распространения.

Объемные волны бывают продольными и поперечными (рис. 1.2, 
а, б). Они были открыты С. Д. Пуассоном (1828), а идентифицированы английским сейсмологом Р. Д.Олдгемом (1901).

Продольные волны — это волны сжатия, распространяющиеся в 
направлении движения волны. Они обозначаются латинской буквой Р (от англ, «primary» — первичный), так как скорость их распространения выше, чем других волн, и они первыми приходят 
на сейсмоприемники. Скорость продольных волн вычисляют по 
формуле

где К — объемный модуль упругости, или модуль всестороннего 
сжатия; р — модуль сдвига; р — плотность среды.

Таким образом, продольная волна изменяет объем и форму 
тела.

Поперечная волна, обозначаемая буквой S (от англ, secondary — 
вторичный), — волна сдвига, при которой деформации в веще7

стве происходят поперек направления движения волны. Скорость 
поперечных волн вычисляют по формуле

Поперечная волна изменяет только форму тела и обладает меньшей скоростью по сравнению с продольной, приходит на сейсмоприемник позднее волны Р и поэтому называется «вторичной». 
Таким образом, ^всегда больше У8.

Поверхностные волны, как следует из названия, распространяются в поверхностном слое земной коры. Различают волны Лява и 
Рэлея: в первых колебания осуществляются только в горизонтальной плоскости поперек направления движения волны (рис. 1.2, в), 
волны Рэлея подобны волнам на поверхности воды, в них частицы вещества совершают круговые движения (рис. 1.2, г).

Проследим распространение объемной волны от очага землетрясения или взрыва. При встрече с каким-либо слоем, отличающимся рядом признаков от вышележащего, волна отражается и 
достигает сейсмографа на станции. То же происходит и при морских сейсмических исследованиях. В других случаях волна может 
преломляться на границе слоев, замедляясь или ускоряясь в зависимости от плотности слоя.

Когда происходит сильное землетрясение, сейсмические волны распространяются во все стороны, пронизывая земной шар 
во всех направлениях. Сейсмические станции принимают сигналы от волн разного типа, как преломленных, так и отраженных. 
Проходя через слои пород разного состава и плотности, они изменяют свою скорость, а регистрируя эти изменения внутри земного шара, можно выделить главные границы, или поверхности 
раздела (рис. 1.3). Сейсмограммы фиксируют время пробега сейсмических волн внутри Земли (рис. 1.4). Внутренняя структура 
Земли, согласно данным сейсмических исследований, представлена на рис. 1.5.

Земная кора ограничивается снизу четкой поверхностью скачка 
скоростей волн Р и 5, впервые установленной югославским геофизиком А. Мохоровичичем (1909) и получившей его имя: поверхность Мохоровичича, или Мохо (М).

Вторая глобальная сейсмическая граница раздела, находящаяся на глубине 2900 км, была выделена немецким геофизиком Бено 
Гутенбергом (1913) и названа его именем. Эта поверхность отделяет мантию Земли от ядра. Примечательно, что ниже этой границы волны Р резко замедляются, теряя 40% своей скорости, а 
волны £ исчезают. Так как для поперечной волны скорость пропорциональна модулю сдвига, а модуль сдвига в жидкости равен 
нулю, то и вещество, слагающее внешнюю часть ядра, должно 
обладать свойствами жидкости.

8

Рис. 1.2. Типы сейсмических волн:

А — объемные волны: а — продольные; 6 — поперечные; Б — поверхностные 
волны: в — Лява, г — Рэлея. Стрелками показано направление движения волны

На глубине 5 120 км снова происходит скачкообразное увеличение скорости волн Р, а исследованиями определено, что там 
появляются и волны 5, т.е. эта часть ядра — твердая.

Таким образом, внутри Земли устанавливаются три глобальные сейсмические границы, разделяющие земную кору и мантию 
(граница М), мантию и внешнее ядро (граница Гутенберга), внешнее и внутреннее ядро.

9

Эпицентр землетрясения

Внутреннее твердое ядро
Продольные волны Р

Внешнее жидкое ядро

Поперечные волны л

/^ н е т  Р- волн
нет Р-волн

нет л-волн

Рис. 1.3. Прохождение продольных (Р) и поперечных (о) волн через Землю.
Поперечные волны не проходят через жидкое внешнее ядро, а у продольных волн есть «зона тени» в 35°, так как в жидком ядре волны преломляются

Ниже поверхности М скорости сейсмических волн увеличиваются, но на некотором уровне, различном по глубине под океанами и материками, вновь уменьшаются, хотя и незначительно,
причем скорость поперечных волн уменьшается больше. В этом
слое отмечено и повышение электрической проводимости, что

км/с
р, г/см3

.-1 3

2 900
5120
6 370 км

Рис. 1.4. Скорости сейсмических волн и плотность внутри Земли.

Сейсмические волны:

/ — продольные; 2 — поперечные; 3 — плотность

10