الجيولوجيا الاقتصادية ***

تعريف علم الجيولوجيا الاقتصادية: هي أحد فروع علم الجيولوجيا تهتم بدراسة الرواسب ( الخامات) المعدنية ذات القيمة الاقتصادية من حيث أشكالها- امتدادها- تراكيبها- مكوناتها المعدنية- طريقة تكوينها-كميتها- أصلها- كيفية استثمارها.

* أقسام علم الجيولوجيا الاقتصادية :

1- جيولوجيا التعدين

2- جيولوجيا المياه الجوفية

3- جيولوجيا النفط

4- جيولوجيا الفحم

5- جيولوجيا الخامات المشعة

أمثلة على الجيولوجيا الاقتصادية:-

- خامات الفلزات

- الزجاج(يصنع من الرمل)

- الاسمنت(الحجر الجيري- الطين)

- صناعة الأدوية والأسمدة الكيميائية

- الصناعات الالكترونية(البلورات)

تعريف التعدين:

عملية الحصول على المعادن ومواد أخرى من الأرض .

وتشمل : ـ

أ‌- مركبات فلزية .

ب‌- مركبات غير معدنية (الفحم الحجري- الرمل- النفط)

يؤقر التعدين:-

الحديد - النحاس - الفحم الحجري - ملح الطعام .

- اليورانيوم - الذهب ــ الفضة .

أماكن تواجد المعادن:-

- سطحية (أقل كلفة) .

- بعيدة عن السطح (أكثر كلفة) لأنها تحتاج إلى الحفر العميق.

تعريف جيوكيمياء العناصر:-

دراسة توزيع العناصر في الأرض ومعرفة سلوكها وتقسيماتهاالمختلفة.

صخور معادن عناصر

تتقسم المعادن إلى:- عنصرية

ـ مركبات كيميائية .

العوامل الجيوكيميائية المؤثرة في توزيع العناصر:

عدد المعدن الطبيعية أكثر من(2000) معدن وتتواجد على شكل : ـ

أ) معادن مكونة للصخور .

ب) تجمعات بلورية (متجانسة - غير متجانسة) .

ملاحظة : ـ الخامات أكثر عددا من الفلزات واللافلزات التي تستخلص منها .

أماكن تواجد الخامات:-

ـ داخل صخور القشرة .

ـ البحار والمحيطات .

تعتبر الأرض المصدر الوحيد للمعادن و الخامات .

تعريف الخامات :- تجمعات معدنية تشمل على مادة أو أكثر ذات فائدة اقتصادية .

تعريف ثاني للخام :- التجمعات المعدينة الوفيرة و التي تحتوي على تركيزات عالية من المواد ذات القيمة الاقتصادية .

كيفية تكون المعادن :

نشأت من الصهير أو الماجما .

العوامل التي تؤدي إلى تكوين معدن أو خام أو الاثنين معاً :

1) نوعية العناصر في المعدن :

مثلا: إذا كان المصدر محتوياً على عنصر السليكون تتكون معادن السليكات .

2) درجة تركيز العناصر في المصدر :

مثلاً: في حالة تواجد عنصر الحديد بنسبة ضئيلة في المصدر تتكون معادن مثل الهورنبلد ـ الأوجيت

و إذا تواجد عنصر الحديد بتركيز عالي تتكون أحد خامات الحديد مثل الهيماتيت _ الماجنتيت

3) الظروف الفيزيائية والكيميائية للمصدر:-

مثل درجة الحرارة ـ الأس الهيدروجيني .

و التي تؤثر في نوعية نواتج التفاعلات الكيميائية المؤدية الي تكوين المعادن أو الخامات .

4) البيئة المحيطة بالمصدر .

مثلاً: تختلف نواتج المصدر في البيئات المؤكسدة عن نواتج في البيئات المختزلة .

5) التركيب الكيميائي للصخور المحيطة بالمصدر:-

يلعب التركيب الكيميائي للصخور المحيطة بالمصدر دوراً كبيراً في التركيب الكيميائي للمصدر و ذلك نتيجة حدوث تفاعلات كيميائية متبادلة مما يؤدي إلى تكوين نوعيات معينة من المعادن و الخامات .

6) مرحلة التبلور :-

ـ في المراحل الأولية تتكون المعادن التي تعتمد في تكوينها على العناصر الأساسية (السليكون ـــ الألمنيوم ــ الكالسيوم ــ الصوديوم ــ البوتاسيوم)

ـ في المراحل المتأخرة يزيد تركيز العناصر النادرة مثل النحاس ـالكويلت ــ _الباريوم ......

نشأة الخامات المعدنية : ــ

الخامات المعدنية : هي جسم جيلوجي او تكوين يتركز فيه معدن او اكثر بنسبه تجعل له قيمه اقتصادية .

معامل التركيز : تركيز العنصر في الخام

معامل تركيز هذا العنصر في الخام

ــ كلما كان معدل التركيز اكبر كان تركيز العنصر في الخام اكبر.

ــ يتفاوت تركيز الخامات بين البلدان بشكل كبير.

ــ عملية تكوين الخام هي عملية معقدة نتيجة عدة عمليات .

طرق نشأة الخامات وانواعها :

تحتوي القشرة الارضية(87 )عنصرا تركيزها متفاوت عشرة فيها تكون اكثر من (99% ) من وزن القشرة والباقي يكون اقل من (1% ) من وزنها .

أنواع الخامات المعدنية :

أولا : الخامات الماجماتية ( مصاحبة للصخور النارية ) تكون هذه الخامات مصاحبة للصخور الناريه .

ـ يتوقف نوع المعادن الناتجة من الصهير على تركيبه الكيميائي .

مكونات الصهير الصخري :

1 ــ مكونات غير طياره : ــ

تتميز بدرجة الصهار عالية تزيد عن 1000درجة سيليزية وتتكون 99% من هذا المواد من سبعة اكاسيد أحدها حمضي وهو ثاني اكسيد السليكون يوجد بنسبة (35%-75%) اما باقي الاكاسيد فهي قاعدية وتشمل أكسيدالالومنيوم أكاسيد الحديد الثنائي والثلاثي أكسيد المغنيسيوم أكسيد الكالسيوم وأكسيد الصوديم أكسيد البوتاسيوم .

ملاحظه : الصهير الغني بالسيلكا والالمنيوم عادة يكون فقيرا في اكاسيد الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد .

2 ــ مكونات طيارة :

مثل , الفلور ,الكلور, البورون ,بخار الماء ,ثاني أكسيد الكربون ,وتوجد بكمية ضئيله جدا في الانواع المختلفة من الصهير وهذه المواد الطيارة ذات اهمية بالغة في تكوين وتركيز الخامات المعدنيه وعندما يبدا الصهير في التصلب والتبلر يتحد واحد او اكثر من الاكاسيد القاعديه مع السيليكا الحمضيه تحت ظروف مناسبة من الحرارة والضغط ويتوقف نوع السيليكات الناتجه عن التركيب الكيميائي للصهير .

مثلا:- الصهير الغني بالسليكا و الألمنيوم و القلويات :- يكون معادن الفلسبار – الكوارتز – الميكا (المسكوفيت ) .

الصهير الغني بالسليكا و أكاسيد المغنيسيوم و الحديد و الكالسيوم يكون معادن الأوليفين - البيروكسين – الأمفيبول – البيوتيت .

المراحل المختلفة لتصلب الصهير :

1 – مرحلة الصهير القويم : وهي المرحلة الأولى من تصلب الصهير حيث يكون الصهير مرتفع اللزوجة و تبدأ عملية تمايز (انعزال ) لبعض الفلزات و الأكاسيد الفلزية والكبريتيدات الفلزية الصعبة الذوبان في الصهير .

وينتج عن عملية التمايز : تركيز المواد ذات الأهمية الاقتصادية في خامات معدنية تحوي فلزات مثل الذهب – البلاتين و معادن الأكاسيد مثل الماجنتيت – الإلمينيت – الكروميت و معادن الكبريتيدات مثل كالكوبيريت ,

وتعتبر هذه المعادن من المعادن الإضافية .

المعادن الإضافية هي معادن توجد بنسبة ضئيلة ولا تؤثر في تسمية المعدن .

المعادن الأساسية هي معادن توجد بنسبة عالية ويؤثر وجودها في تسمية المعدن .

عندما تنحفض درجة الحرارة الصهير تبدأ المعادن الأساسية في التكوين حسب نظم معينة .

ــ تتبلور المعادن القاعدية الفقيرة بالسليكا أولا لأنها أقل ذوبانا في الصهير ثم تتبلور المعادن الأقل قاعدية و المحتوية على نسبة أكبر من السليكا , ثم تتبلور المعادن الأكثر حمضية و المحتوية على نسبة قليلة من العناصر القاعدية .

التبلور النوعي (التجزيئي) : هي عمليات انفصال لمعادن السليكات أثناء تصلب الصهير .

الصخور (المعادن ) الحمضية : هي التي تحتوي على نسبة كبيرة من السليكا و نسبة قليلة من معادن الحديد و المغنيسيوم و يكون لونها فاتح ووزنها النوعي خفيف .

الصخور القاعدية : هي التي تحتوي على نسبة قليلة من السليكا و نسبة عالية من معادن الحديد و المغنيسيوم يكون لونها داكن ووزنها النوعي ثقيل .

2 – المرحلة البجماتيتية :

تتكون الخامات من الجزء السائل من الصهير منخفض اللزوجة والغني ببعض العناصر الإضافية ذات القيمة الإقتصادية .

حيث تنموالبلورات إلى أحجام كبيرة تسمح باستغلالها اقتصاديا . وتعمل السيولة العالية للصهير على تسربه لمسافات كبيرة داخل الشقوق و الكسور الصخرية حيث يبرد ببطء ويكون بلورات ذات حجم كبير مثل الكوارتز – الميكا ومعادن الأحجار الكريمة مثل الزمرد والتورمالين مكونة عروق البيجماتيت.

الخامات المعاصرة : هي الخامات التي تتكون أثناء نشأة المعادن المكونة للصخور النارية (مرحلة الصهير القويم – المرحلة البيجماتيتية )

3- المرحلة الغازية :

يتسرب ما تبقى من المرحلتين السابقتين من غازات وأبخرة حارة نشطة و مواد طيارة قوية التفاعل بين الشقوق و مسامات الصخور المحيطة بالصهير فتبرد وتتفاعل مع بعضها البعض ومع الصخور المحيطة و المعادن سابقة التكوين من تصلد الصهير تتكون معادن أخرى تميز هذه المرحلة مثل :

أ – معدن الكاسيتريت (أكسيد القصدير) ينتج من تفاعل الفلور مع القصدير مكونا فلوريد القصدير وتهرب هذه المادة من الصهير لأنها طيارة وتتفاعل مع الماء في درجات حرارة منخفضة مكونة معدن الكاسيتريت .

ب- معدن الفلوريت ينتج من تفاعل فلورودريك مع الصخور الجيرية المجاورة مكونا معدن الفلوريت (فلوريد الكالسيوم) وهذا يفسر تواجد معدن الكاسيتريت مصحوبا بمعدن الفلوريت أو مجاورا له .

ج- معدن التيتانيوم : ينتج من تفاعل غاز الكلور مع التيتانيوم مكونا كلوريد التيتانيوم الذي يتفاعل مع الماء مكونا معادن أكسيد التيتانيوم (الروتيل – أناتاز) .

4- مرحلة المحاليل المائية الحارة :

وهي آخر مرحلة من مراحل تصلد الصهير حيث يصبح الجزء المتبقي من الصهير عبارة عن محلول مائي حار جدا ,لذلك يعمل على حمل وإذابة معظم المركبات الفلزية ذات القيمة الإقتصادية ,

ثم تتسرب تلك المحاليل المائية في الشقوق الصخرية لمسافات ثم ترسب حمولتها حيث تبدأ بترسيب المعادن قليلة الذوبان في المحاليل الحارة يليها المعادن الأكثر قابلية للذوبان ويتوقف ذلك على درجة حرارة المحلول – الضغط الواقع عليه أثناء الترسيب

– لذلك تنقسم الرواسب المعدنية من المحاليل الحارة إلى :

أ – رواسب عالية الحرارة :

حيث تترسب على أعماق كبيرة مثل الكاستيريت – جارنت – توباز .

ب – رواسب متوسطة الحرارة :

تترسب على عمق متوسط من سطح الأرض مثل كالكوبيريت – باريت – كالسيت .

ج – رواسب منخفضة الحرارة :

تترسب بالقرب من سطح الأرض مثل الكوارتز - فلوريت – أوبال .

الخامات اللاحقة : هي خامات المرحلة الغازية و خامات المحاليل المائية الحارة .

ثانيا: الخامات المتكونة من المحاليل السطحية : ـ

( خامات المعادن الرسوبية)

وتتكون من ترسيب المعادن المذابة في مياه البحار والمحيطات والأنهار في شقوق الصخور ثم بخر هذه المحاليل .

طرق تكوينها :

1- بخر السائل المذيب : ـ

تتكون نتيجة بخر الماء من الأملاح المذابة في المياه السطحية .

حيث تترسب أملاح الكربونات أولا مثل (الكالسيت ثم الماغنسيت) ثم أملاح الكبريتات مثل معدن الجبس ثم أملاح الكلوريدات مثل معدن الهاليت .

ملاحظة: تترسب العناصر الأقل ذوبانا ثم الأكثر ذوبانا .

2- بخر الغاز المساعد على الإذابة

يتحد ماء المطر مع غاز ثاني أكسيد الكربون مكونا حمض الكربونيك (الأمطار الحمضية) وهذا الحمض له قدرة إذابة الصخور الجيرية عندما يتخلل داخلها مكونا كربونات الكالسيوم الهيدروجينية وعندما يفقد هذا المركب ثاني أكسيد الكربون يتحول لي كربونات الكالسيوم غير القابلة للذوبان في الماء مثل تكون معدن الكالسيت والارجوانيت .

3- رواسب الفرز .

تتكون من تركيز حبات المعادن الثقيلة الأكثر كثافة عند المنخفضات والأماكن خفيفة الانحدار مثل الذهب , الماس , البلاتين , الرمال السوداء على شواطئ البحر

ثالثا: خامات التحول :

وهي الخامات التي تتكون بفعل الحرارة الشديدة أو الحرارة والضغط معا مما يؤدي إلى تغير كامل أو جزئي في الصخور منتجة خامات معدنية جديدة (صخور متحولة) وسبب ذلك أما

1- تداخل ناري (ماجماتي)

2- محاليل مائية حارة

وتنقسم هذه الخامات:

1- خامات التحول التماسي ( الحراري)

وتتكون نتيجة تداخل ناري أو محاليل مائية حارة في الصخور مثل تحول معادن الحديد المائية إلى هيماتيت أو ماجنتيت .

2- خامات التحول الإقليمي (حرارة وضغط معا)

تتكون نتيجة هيوط الصخور إلى أعماق كبيرة مما يؤدي إلى تركيز البعض العناصر وتكون خامات فلزية مثل خامات الحديد , خامات الجرافيت , الاردواز..

طرائق استخراج الخامات السطحية وتحت السطحية : ـ

طرق استخراج الخامات السطحية : ــ

1- التحجير: هي عملية استخراج الصخور التي تستعمل في البناء ورصف الطرق حيث تستخرج المواد التي تستخدم على حالتها التي تستخرج عليها.

2- عملية استخراج الخامات:

عملية معالجة المواد المستخرجة للحصول على معدن أو أكثر .

تعتمد عليه استخراج المعادن من الرواسب السطحية المفككة

على:

ـ كمية المعادن الموجودة بالرواسب .

- امتداد وعمق وطبيعة المواد المعدنية .

- سمك الأرض التي تغطي الرواسب .

- موقعه الجغرافي

طرف استخراج الخامات السطحية .

- قطع الصخور .

- عملية استخراج الخامات بالطريقة المكشوفة.

- الحفر ثم النسف لتفكيك الأرض إذا كانت الرواسب شديدة التماسك.

- الغسل للرمال والحصى المنحوتة على المعادن القيمة لاختلاف الوزن النوعي

التذرية :في حالة عدم توفر الماء مثل المناطق القارية الصحراوية

استخراج الخامات تحت سطح الأرض:

1- حفر مدخل إلى الجسم الخام إذا كانت التضاريس ملائمة .

2- حفر في الخام ثم نسفه وتسقط المواد المتكسرة إلى منسوب أقل حيث ينتقل الخام إلى وحدة التركيز لمعالجته وهذه في حالة مناجم المعادن الفلزية .

3- طريقة الأعمدة والغرف : وهذه للرواسب الأفقية أو ذات الميل الخفيف .

حيث تحفر مجموعة من الممرات في مستويات افقه في الخام الذي ينسف بعد حفر ثقوب فيه ثم ينتقل الخام المتكسر إلى مستودعات التخزين؟

4- الخامات التي لاتوجد على شكل عروق ( شكل كتل كبيرة ) : ـ

تستخرج بشق ممر رئيسي تحت قاع الخام ويتفرع فيه عند مسافات مناسبة عدد من الفتحات العمودية لتكوين ممرات ثم يستخرج الخام بطريقة الانهيار و ذلك بإزالة الجزء الأسفل من الخام وتترك الأجزاء العلوية للانهيار