علوم الأرض12 فصل أول

طرائق الاستكشاف الجيولوجي

الخامات المعدنية Ore Minerals

أدت الزيادة في عدد سكان العالم وما تبعها من تطور في النشاط الصناعي إلى ضرورة البحث عن مزيد من الخامات المعدنية في صخور القشرة الأرضية؛

• لسد الطلب المتزايد عليها.
•  وإدخالها في عجلة التنمية.
• والنهوض بالاقتصاد العالمي.

الخامات المعدنية Ore Minerals هي تجمعات معدنية توجد بأشكال وحجوم متعددة في صخور القشرة الأرضية بتراكيز تسمح باستثمارها اقتصاديا، وقد تكون هذه الخامات المعدنية خامات فلزية أو خامات لافلزية.

5. تستخدم طرائق الاستكشاف الجيولوجي للبحث عن الخامات المعدنية؛ بغرض استثمارها اقتصاديًا مثل : خام الحديد، وخام النحاس، وخام الفوسفات.

5. ويمتاز الأردن بوجود كثير من الخامات المعدنية بما فيها:

• الخامات الفلزية، مثل خامات الحديد والنحاس واليورانيوم.
• الخامات اللافلزية مثل: الفوسفات، والصخر الجيري النقي، والصخر الزيتي.

يمثل الشكل المجاور صخور  جيرية في وسط الاردن تحتوي على خام اليورانيوم.

أتحقق : أوضح المقصود بالخامات المعدنية.

هي تجمعات معدنية توجد بأشكال وحجوم متعددة في صخور القشرة الأرضية بتراكيز تسمح باستثمارها اقتصاديا، وقد تكون هذه الخامات المعدنية خامات فلزية أو خامات لافلزية.

 

الاستكشاف الجيولوجي Geological Exploration

تمر عملية الاستكشاف الجيولوجي بمرحلتين أساسيتين للبحث عن الخامات المعدنية والتوصل إلى أماكن توزعها:

1. المرحلة الأولى تسمى عملية التنقيب Prospecting: وهي عملية مباشرة وغير مباشرة تحدد عن طريقها الأماكن المحتملة لتوزع الخامات المعدنية.

وذلك باستخدام الصور الجوية والخرائط الجيولوجية، وجمع عينات من الصخور والتربة من سطح الأرض، ودراسة خصائصها الفيزيائية والكيميائية.

 

2.  المرحلة الثانية فتسمى الاستكشاف Exploration: وهي عملية يتوجه فيها الجيولوجيون إلى المناطق التي حددتها عمليات التنقيب للبحث التفصيلي عن الخامات المعدنية التي يمكن أن تكون موجودة فوق سطح الأرض، أو تحته؛ لتحديد قيمتها الاقتصادية.

 في هذه العملية تعرف خصائص الصخور، والتراكيب الجيولوجية المختلفة، واحتمالية توافر المياه الجوفية في المنطقة؛ وذلك لتجنب مشكلات عديدة يمكن مواجهتها أثناء عملية استخراج الخامات المعدنية.

يتم الاستكشاف بطريقتين هما:

1. الاستكشاف الجيوفيزيائي.

• يهدف الاستكشاف الجيوفيزيائي إلى البحث عن الخامات المعدنية في المنطقة قيد الدراسة التي تحمل صفات فيزيائية مغايرة عن الصخور المضيفة لها.

• يعتمد الاستكشاف الجيوفيزيائي على الخصائص الفيزيائية لتلك الخامات، إذ تحدد هذه الخصائص طريقة الاستكشاف الجيوفيزيائي المراد استخدامه للكشف عنها.

 

يبين الجدول التالي بعض الخصائص الفيزيائية للخامات المعدنية وطرق الاستكشاف الجيوفيزيائي المستخدمة في الكشف عنها.

** ( الجدول للمطالعة الذاتية)

الخاصيّة	المادة المراد استكشافها (الصخر،المعدن)	طريقة المسح الجيوفيزيائي.	الاعماق المقيسة
المغناطيسية	معدن الماغنتيت، الصخور فوق القاعدية الغنية بالحديد.	المسح المغناطيسي	0 – 20 km
الموصلية الكهربائية	الكبريتيدات، الغرافيت، الماء المالح في شقوق الصخور.	المسح الكهرومغناطيسي والمسح الكهربائي	0 – 0.01 km
الكثافة	الكبريتيدات، الباريت، السلفايت.	المسح الجاذبي	عدة مئات من الأمتار
الاشعاعية	الصخور والمعادن التي تحتوي على كل من (البوتاسيوم، الفلسبار، اليورانيوم، الثوريوم)	المسح الاشعاعي	0 – 0.30 km
سرعة الموجات الزلزالية	الكبريتيدات الكتلية.	المسح الزلزالي	0 – 10 km

 

يتبين من الجدول السابق وجود عدة مسوح جيوفيزيائية تستخدم في الكشف عن الصخور والخامات المعدنية اعتمادًا على خصائص معينة:

• المسح المغناطيسي يعتمد على الخاصية المغناطيسية للصخور والخامات المعدنية.
• المسح الكهرمغناطيسي والمسح الكهربائي يعتمدان على الموصلية الكهربائية لها.
• المسح الجاذبي يعتمد على خاصية الكثافة.
• المسح الإشعاعي فيعتمد على الخاصية الإشعاعية.
• المسح الزلزالي يعتمد على خاصية سرعة الموجات الزلزالية فيها.

 

الشكل التالي يوضح أحد أنواع المسح الزلزالي.

يُجرى تحليل للقيم الجيوفيزيائية المجموعة من المسوح المختلفة عن طريق:

• إعداد خرائط كنتورية لها.
•  وحصر المساحات التي تمثل الشواذ الجيوفيزيائية وبالتالي أماكن توزع الخام.

الشواذ الجيوفيزيائية Geophysical Anomalies:هي القيم غير الطبيعية التي تُجمع أثناء عملية المسح الجيوفيزيائي، وتختلف قيمتها عن القيم التي حولها في المنطقة.

• وتوصف الشاذة الجيوفيزيائية بأنها موجبة إذا كانت قيمتها أكبر من القيم الطبيعية في المنطقة.
•  وأنها سالبة إذا كانت قيمتها أقل من القيم الطبيعية في المنطقة.

 

مثال

يمثل الشكل الآتي خريطة تساوي قيم جيوفيزيائية مغناطيسية تقاس بوحدة الغاما (

γ ). أدرسه جيدا، ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه:

1. أحدد القيم الجيوفيزيائية الطبيعية.
2. أحدد القيم الجيوفيزيائية الشاذّة.
3. أستنتج نوع الشاذة الجيوفيزيائية.
4. أتوقع أي المناطق (أ، و، ع) يُحتمل وجود الخام فيها.

الحل:

1. القيم الجيوفيزيائية الطبيعية هي القيم الأقل من $3000 \gamma$

2. القيم الجيوفيزيائية الشاذّة هي القيم التي تزيد قيمتها على $3000 \gamma$

3. نوع الشاذّة موجبة؛ لأنها أعلى من القيم الجيوفيزيائية الطبيعية.

4. المنطقة (و) هي المنطقة التي يُحتمل وجود الخام فيها.

 

 

تمرين

يمثل الشكل الآتي خريطة تساوي قيم جيوفيزيائية جاذبية تقاس بوحدة الملليغال (mGal)، سببها وجود قبة ملحية تحت سطح الأرض. أدرسه جيدًا، ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه:

1.  أحدد القيم الجيوفيزيائية الطبيعية.
2.  أحدد القيم الجيوفيزيائية الشادة.
3.  أستنتج نوع الشادة الجيوفيزيائية.
4. أتوقع أي المناطق ( أ، ب، ج) يُحتمل وجود الخام فيها.

الحل:

1. القيم الجيوفيزيائية الطبيعية هي القيم الأكبر من -10 mGal
2. القيم الجيوفيزيائية الشاذّة هي القيم الاقل من -10 mGal
3. نوع الشاذّة سالبة؛ لأنها أقل من القيم الجيوفيزيائية الطبيعية.
4. المنطقة (ج) هي المنطقة التي يُحتمل وجود الخام فيها.

 

أتحقق : أحدد الخصائص الفيزيائية للخامات المعدنية التي يعتمد عليها الاستكشاف الجيوفيزيائي للبحث عنها.

• المغناطيسية.
• الموصلية الكهربائية.
• الكثافة.
• الاشعاعية.
• سرعة الموجات الزلزالية.

(1) الاستكشاف الجيوكيميائي.

يُعد الاستكشاف الجيوكيميائي من الطرق المهمة للبحث عن الخامات المعدنية، وخاصة الفلزية منها التي توجد بتراكيز قليلة ولا يمكن الكشف عنها باستخدام الاستكشاف الجيوفيزيائي.

يتم في هذا النوع من الاستكشاف ما يلي:

• إجراء تحليل كيميائي للصخور والتربة ورواسب الأنهار والبحيرات،
•  تعطي نتائج التحليل شواذ جيوكيميائية:

5. تكون قيمتها أعلى دائما من القيم الجيوكيميائية الطبيعية في المنطقة.
5. تدل على وجود الخامات المعدنية، وتبين تراكيزها وأماكن انتشارها في المنطقة.

يتم الاستكشاف الجيوكيميائي بطرائق متعددة منها:

1. الاستكشاف الجيوكيميائي باستخدام العينات الصخرية.
2. الاستكشاف الجيوكيميائي باستخدام عينات التربة.
3. الاستكشاف الجيوكيميائي باستخدام المياه الجوفية.

 

الاستكشاف الجيوكيميائي باستخدام العينات الصخرية

تعتمد عملية الاستكشاف الجيوكيميائي باستخدام العينات الصخرية على تحليل المحتوى المعدني الموجود في الصخور؛ لتحديد المناطق المناسبة لتوافر الصخور التي تحتوي على عناصر معينة بتراكيز عالية تدل على وجود الخام، وتسمى هذه العناصر العناصر الدالة؛ إذ تعطي قيما جيوكيميائية شاذة أعلى من القيم الجيوكيميائية الطبيعية المجاورة لها.

 مثلا: وجود عناصر النحاس والكبريت والزئبق بقيم شاذّة قد تكون دالة على وجود خام الذهب.

 وارتفاع تراكيز غاز الرادون بقيم شاذة في منطقة ما تكون دالة على خام اليورانيوم.

 

العتبة Threshold: القيمة التي تتغير عندها القيم الطبيعية إلى قيم شاذّة.

هالات التشتت Dispersion Halos: هي انتشار يحدث للعناصر والغازات الدالة على الخامات المعدنية من الصخور المضيفة لها إلى المناطق المجاورة على شكل هالات.

بحيث تتناقص قيم الشواذ الجيوكيميائية كلما ابتعدنا عن أماكن وجود الخامات المعدنية حتى تصبح مساوية للقيم الطبيعية.

تتشكل هالات التشتت أثناء تشكل الخامات المعدنية من المحاليل الحرمائية التي تتخلل الصخور.

يقل تركيز الخامات المعدنية والعناصر الدالة عليها أثناء حركة هذه المحاليل الحرمائية بعيدا عن مركز الخام.

وقد تتشكل نتيجة تعرض الصخور المضيفة للخامات المعدنية والعناصر الدالة عليها لعمليات التجوية والتعرية المختلفة، ثم تنقل إلى المناطق المجاورة ما يؤدي إلى انتشارها في مناطق أوسع.

 

يمثل الشكل المجاور هالات التشتت الجيوكيميائي بحيث يمثل كل لون تركيزًا مختلفًا للمعدن.

من الأمثلة على هالات التشتت:

5. الهالة الموجودة في مقاطعة (أوتاوا) في الولايات المتحدة التي تحتوي على العناصر الآتية: الرصاص، والخارصين، والنحاس وتمتد (30 m) حول الصخور التي تحتوي على خامات معدنية.

وقد كشف المسح الجيوكيميائي في الأردن، من قبل سلطة المصادر الطبيعية (NRA)/ وزارة الطاقة والثروة المعدنية، عن وجود تراكيز عالية من الذهب على الطرف الشمالي من الدرع العربي النوبي في جنوب الأردن، إذ ظهرت القيم الشادة الجيوكيميائية في الصخور البركانية الفلسية في منطقة وادي أبو خشيبة، ووادي الحور، ووادي صبرا.

بعد الانتهاء من عملية الاستكشاف الجيوكيميائي، يبدأ تحليل البيانات الجيوكيميائية المجموعة بطرائق عدة مثل:

• الطريقة الإحصائية.
• رسم خرائط تساوي القيم Isopleth Maps.

وذلك لتحديد مواقع الخامات المعدنية.