Геология разведка. Разведка полезных ископаемых: как ведут геологоразведочные работы. Беспросветное дно или перспективы для геологоразведки

Этап разведки месторождений полезных ископаемых подразделяется на три стадии:

1) предварительная разведка;

2) детальная разведка;

3) эксплуатационная разведка.

Это подразделение разведочного этапа на стадии непосредственно вытекает из первого принципа разведки - последовательных приближений.

Предварительная разведка преследует цели выяснения общих размеров месторождения и получения приближенного представления о форме, размерах и качестве основных тел полезного ископаемого, составляющих сложное месторождение. В эту стадию завершается детальное изучение поверхности месторождения на основе уточнения крупномасштабной геологической карты.

Если на поисково-разведочной стадии поискового этапа геологическая съемка нередко ведется на глазомерной или полуинструментальной основе, то к началу предварительной разведки необходимо иметь достаточно точную геологическую карту масштаба 1: 10 ООО - 1: 5000, составленную на инструментальной топографической основе. В соответствии с этой картой направляются первые разведочные работы. На стадии предварительной разведки разведочные выработки задаются уже по определенной системе и некоторые из них доводятся до большой глубины.

Для освещения глубоких горизонтов месторождения и фиксации нижней границы оруденения часто бывает целесообразно до начала постепенного разбуривания месторождения сразу же пройти одну- две скважины до глубины, где предполагается наличие полезно! о ископаемого, это дает возможность перевести запасы данного месторождения или рудного тела в категорию С2 или Сх (в зависимости от типа месторождения).

Разведочные выработки целесообразно наносить одновременно на имеющуюся карту рудного поля и на новую топографическую основу масштаба 1: 2000-1: 1000 (редко 1: 5000 или 1: 500).

Все эти предварительные разведочные мероприятия дают возможность с большей или меньшей степенью достоверности определить размеры месторождения (его общий «масштаб»), элементы залегания рудных тел, особенности вмещающих пород; а также приблизительно выяснить качество полезного ископаемого, а иногда и выделить основные природные типы руд. На основании данных пред- верительной разведки месторождения выбираются участки для последующей детальной разведки. Если разведывается очень крупное месторождение, то перспективные участки под детальную разведку первой очереди составляют небольшую часть всего месторождения. Мелкие же месторождения обычно целиком переходят в стадию детальной разведки.

По результатам предварительной разведки производится подсчет запасов и составляется технико-экономический доклад (ТЭД), содержащий надежную промышленную оценку месторождения.

Детальная разведка производится только в том случае, если месторождение должно эксплуатироваться в ближайшие годы. Нет смысла вкладывать значительно большие по сравнению с предварительной разведкой средства в объект, промышленное освоение которого откладывается на неопределенное время.

На стадии детальной разведки с высокой степенью точности обрисовываются контуры каждого тела полезного ископаемого и выявляются его элементы залегания с учетом всех возможных изменений, вызванных складчатыми и разрывными нарушениями; резуль- !аты исследований наносятся на карту, составленную на стадии предварительной разведки в масштабе от 1: 2000 до 1: 500 (в зависимости от размеров и сложности месторождения).

На стадии детальной разведки производится пространственное расчленение месторождения по природным типам и промышленным сортам полезного ископаемого на основании установленных промышленных условий (кондиций). В связи с этим, помимо химических анализов и минералогических исследований полезного ископаемого, производятся испытания технологических свойств каждого его сорта. Вопросы водоносности участка месторождения, физических свойств вмещающих горных пород и другие горнотехнические вопросы, выясненные в стадию предварительной разведки только приблизительно, при детальной разведке должны быть освещены на основе точных измерений и специальных исследований.

Естественно, что для получения разнообразных и достаточно точных сведений о месторождении в стадию детальной разведки приходится проводить новые разведочные выработки и, таким образом, уплотнять разведочную сеть особенно в наиболее сложных по геологическому строению участках и в местах наиболее богатых скоплений полезного ископаемого. Однако в этот период нужно проходить только те выработки, проходку которых нельзя отложить до стадии эксплуатационной разведки, так как они необходимы для составления проекта эксплуатации месторождения.

На основании детальной разведки уже значительно более точно подсчитываются запасы полезного ископаемого в блоках по сортам, выделенным пространственно на разведочных планах и разрезах.

По результатам детальной разведки, составляется технический проект эксплуатации месторождения. В зависимости от размеров месторождения оно может быть после детальной разведки передано для промышленного освоения или все целиком, или в случае очень крупных объектов - по частям. Следовательно, и технический проект разработки месторождения может быть общим или слагаться из нескольких частей.

При ведении детальных разведочных работ следует с самого начала поддерживать связь с проектной организацией. Это дает возможность своевременно учесть требования проектировщиков и тем самым избежать в дальнейшем дополнительных работ.

Эксплуатационная разведка начинается с момента организации добычи полезного ископаемого. Она пространственно и по времени немного опережает горноэксплуатационные работы, сопровождая разработку месторождения почти до ее окончания.

Разведка, производимая в процессе эксплуатации месторождения полезного ископаемого, отличается наибольшей точностью, так как сеть выработок, используемых разведчиком, в этот период наиболее густая; в их число, помимо прежних и новых разведочных выработок, входит множество горных подготовительных выработок: штреков, ортов, восстающих, рассечек. На стадии эксплуатационной разведки уточняется строение тел полезного ископаемого как в отношении их форм, так и в отношении границ, разделяющих сорта, а также мелкие тектонические нарушения и смещения. Разведочные работы и подземное геологическое картирование ведутся уже в масштабах от 1: 500 до 1: 100 на маркшейдерской основе, что позволяет заметить все необходимые и ранее неучтенные детали строения месторождения.

Все горнопроходческие вопросы и вопросы технологии переработки полезного ископаемого также подвергаются уточнению по отдельным, сравнительно небольшим участкам месторождения, определяемым границами какого-либо эксплуатационного участка. Устойчивость вмещающих пород уже рассматривается не вообще, а по каясдому данному блоку. Приток подземных вод изучается но вообще, а по данной шахте и т. д.

На основании эксплуатационной разведки подсчет запасов полезного ископаемого выполняется наиболее точно, с детализацией по отдельным мелким участкам (этажам, блокам, уступам), что позволяет вести систематический учет добытого и оставшегося в недрах полезного ископаемого по каждому эксплуатационному участку и по различным сортам. По данным эксплуатационной разведки ведется текущее производственное планирование добычи полезного ископаемого, направляются подготовительные и очистные выработки, составляется баланс запасов и добычи.

В практике в одних случаях стадии разведки отчетливо отделяются друг от друга, в других - сливаются в непрерывную цепь разведочного процесса так, что трудно найти границу между предварительной и детальной разведкой (эксплуатационная разведка обычно довольно точно фиксируется во времени моментом начала добычи полезного ископаемого). Но ргак или иначе эти стадии существуют, и главный практический смысл 11 х разделения состоит в том, чтобы не допускать перехода к детальной разведке, связанной с затратой больших средств, не проведя предварительной разведки для отбраковки каких-либо частей месторождения или даже всего месторождения, оказавшегося непромышленным. Одним словом, детальная разведка отделена от предварительной составлением ТЭДа (технико-экономического доклада).

Некоторое исключение составляет разведка весьма капризных месторождений: мелких гнезд оптических минералов, драгоценных камней, платиноносных хромитов, редкометальных пегматитов и т. п. Эти месторождения потребовали бы для своей предварительной разведки сеть горных разведочных выработок почти такой же плотности, какая необходима для подготовки их к эксплуатации. Поэтому после стадии поисково-разведочных работ они сразу подвергаются эксплуатационной разведке, которая в то же время является предварительной и детальной. Допускаемый при этом риск излишних затрат на разведочно-эксплуатационные выработки обычно окупается ценностью полезного ископаемого. В некоторых случаях на менее капризных месторождениях детальная и эксплуатационная разведка также сливаются в одно целое.

Разведка месторождений - сложный и многообразный научно-производственный процесс изучения с экономическим подходом, в котором используются те же методы, что и при поисках, но с большей детальностью и на более высоком качественном и технологическом уровнях. Поэтому основными методами разведки следует считать:

• - детальное геологическое картирование;
• - линейные подсечения тел полезных ископаемых системами буровых скважин и горных выработок;
• - геофизические исследования в горных выработках и скважинах;
• - геохимические и минералогические исследования;
• - инженерно-геологические;
• - геоэкологические исследования.

Отдельные виды исследований, проводимые при геолого-разведочных работах, можно отнести к дополнительным методам разведки. К ним относятся опробование разведочных выработок и скважин, построение разрезов и погоризонгальных планов по разведочным линейным подссчсниям, гак называемое графическое моделирование, а также оценочные сопоставления геолого-разведочных данных.

Детальное геологическое картирование выполняется на инструментальной графической основе: топографических планах поверхности в масштабе от 1: 10 000 до 1: 500 и маркшейдерских погоризонтальных планах масштаба 1: 1000 и 1: 500. Привязка обнажений, разведочных скважин и выработок на поверхности осуществляется с помощью теодолитных ходов и геометрического нивелирования, а пунктов наблюдений в подземных горных выработках - к маркшейдерским точкам теодолитных и вертикальной съемок. Составление детальных геологических карт, соответствующих указанному масштабу графической основы, приходится в основном на стадии предварительной разведки.

На геологическую карту наносят маркирующие горизонты и рудоносные формации пород, контуры рудных тел, элементы тектонических дислокаций, зоны гидротермальных метасоматических изменений пород. Рабочий вариант карты должен быть составлен на начальном этапе предварительной разведки, а затем дополняться и уточняться.

На последующих стадиях разведки проводят более детальные геологические съемки на базе маркшейдерских планов и составляют погоризонтальные геологические планы.

Линейные подсечения тел полезных ископаемых осуществляются либо разведочными системами буровых скважин, либо системами горно-разведочных выработок, либо комбинированными горнобуровыми системами. Ценной для разведки является геологическая и другая информация, получаемая в процессе проходки разведочных выработок и бурения скважин, а также они имеют определенное техническое назначение.

Число необходимых линейных подсечений определяется размерами тел и изменчивостью основных параметров, используемых в подсчете запасов. Оно должно быть оптимальным, обеспечивающим выполнение задач каждой стадии и соблюдение принципов разведки.

Геофизические исследования в скважинах и горных выработках являются универсальными по комплексу решаемых задач и высокоэффективными методами, применяемыми на всех разведочных стадиях. Они используются для корреляции геологических неоднородностей, в том числе рудных подсечений между разведочными выработками и скважинами, определения контуров продуктивных залежей в межскважинном пространстве, качества полезных ископаемых и других параметров для подсчета запасов и оценки прогнозных ресурсов.

Широко распространены и имеют важное значение геофизические исследования в скважинах, включающие каротаж и обычно сопровождающие его контрольные измерения за техническим состоянием скважин.

Каротаж основан на воздействии локальных естественных и искусственно вызванных физических полей внутри скважин на специальный зонд, в датчиках которого возникают сигналы, передающиеся по каротажному кабелю к регистрационным и обрабатывающим наземным приборам. Локальные естественные физические поля являются производными петрофизических свойств горных пород и руд, формы тел и структурных особенностей. Природа этих полей различная. Как видно на рис 4.2, для регистрации параметров электрического поля используют методы самопроизвольной поляризации (ПС) и кажущихся сопротивлений (КС). Радиоактивность пород в разрезе скважины

Рис. 4.2.

• 1 - песчаники; 2 - известняки; 3 - алевролиты и аргиллиты;
• 4 - углистые породы; 5 - каменный уголь

фиксирует гамма-каротаж (ГК); изменение вертикальной составляющей магнитного поля измеряется с помощью магнитного каротажа (МК), тепловой режим определяют проведением термического каротажа.

Искусственно возбуждаемые физические поля качественно моделируются с учетом состава пород проектного разреза и решаемых задач. Они применяются для регистрации количественных изменений заданных свойств по разрезу скважины. На моделировании ядерно- физических процессов базируются метод плотностного гамма-гамма-каротажа (ГГК-П), различные виды нейтронного каротажа - нейтронный гамма-каротаж (НГК), нейтрон-нейтронный каротаж (ННК) и др. На модели электрических потенциалов пород основан метод вызванной поляризации (ВН).

Полнота и достоверность определения геологических характеристик (состав и свойства пород и руд, их мощность и очертания контактов, структурные особенности) обеспечиваются комплексированием различных методов и видов каротажа.

В рудных скважинах универсальными стали методы магнитного, электрического и ядерно-физического каротажа. Комплексирование магнитного и электрического методов каротажа эффективно применять при разведке ликвационных сульфидных медно-никелевых, пегматитовых слюдоносных, пьезооптического кварца, скарновых магнети- товых, медных и полиметаллических, метаморфогенных железорудных и многих других месторождений. Особенно широко используется комплексирование методов электрического и ядсрно-физического каротажа при разведке месторождений легирующих, цветных, благородных, редких и радиоактивных металлов различных генетических и промышленных типов, а также месторождений угля.

Электрический каротаж угольных скважин позволяет коррелировать их разрезы, выявить пласты угля и оценить их мощность. Это тем более важно, что они могли быть не зафиксированы в керне. ГГК-С используют для оценки зольности углей.

Термический каротаж помогает изучить криологические условия в разрезе скважины; с помощью КС ПС, НГК и ННК расчленяют породы по пористости, проницаемости и водообилыюсти.

Кроме указанных видов также применяют гравитационный и сейсмоакустический каротаж. Первый основан на проявлении в поле силы тяжести влияния слабоконтрастных по плотности породных и полезных минеральных образований, второй - на скорости и затухании в них упругих волн.

Сейсморазведочные исследования нефтегазоносных залежей проводят на всех геолого-разведочных стадиях. Они применяются в варианте многократного профилирования по методу отраженных волн - общей глубинной точки (МОВ ОГТ). Высокоэффективны инновационные методики сейсмопрофилирования тонкослоистых толщ. При резко меняющихся параметрах по латсрали и вертикали используют объемную (трехмерную ЗД) сейсморазведочную модель.

К геофизическим исследованиям, контролирующим техническое состояние скважин, относятся инклинометрия и каверпометрия.

Инклинометрия служит для замера зенитных и азимутальных углов скважин. Отклонения от заданных углов называется, соответственно, зенитным и азимутальным искривлением.

Каверпометрия фиксирует фактический диаметр скважины по ее разрезу.

Геофизические исследования в горных выработках проводятся преимущественно радиометрическими методами. При разведке месторождений урана, шеелита, алмазов и битуминозных образований применяют люминесцентный метод. На различных стадиях разведки рудных месторождений используется метод радиоволнового просвечивания, позволяющий получить радиоволновую тень от рудных тел, залегающих между пьезооптическими датчиками.

Кроме того, применяются шахторудные и межскважинные методы подземной гравиразведки, магниторазведки, электромагнитной эмиссии, акустические (шумовой эмиссии) и сейсмоакустического просвечивания, а также метод измерения температур и инфракрасного излучения в шпурах, взрывных и горнопроходческих скважинах.

Геохимические исследования при разведке месторождений проводятся с целью определения вероятной глубины эрозионного среза, увязки рудопродуктивных зон в смежных разведочных линейных подсечениях, экстраполяции оруденения за их пределы, оценки рудоносности глубоких горизонтов. Эго достигается путем систематического отбора геохимических проб в горных выработках и по керну разведочных скважин, последующей обработки и проведения полуко- личественного спектрального анализа проб, с построением по результатам анализа первичных ореолов рассеяния.

Первичный ореол рассеяния представляет собой око- лорудную область пород, обогащенную в процессе рудоо- бразования элементами-индикаторами и спутниками оруденения. Первичные геохимические ореолы, образующиеся совместно с эндогенными месторождениями, называются эндогенными геохимическими ореолами. Для них характерна объемная зональность, выраженная в трех направлениях: продольном (по простиранию); поперечном (по мощности); по ширине (по падению). Зональность по направлению крутого падения называется вертикальной или осевой зональностью. Сущность вертикальной зональности заключается в избирательности элементов в определенных горизонтах месторождения.

Так, в верхних частях рудных месторождений концентрируются барий, серебро и свинец, образуя надрудпые ореолы рассеяния. На нижних горизонтах устанавливаются ореолы с подрудными элементами - медью, висмутом, кобальтом, молибденом, оловом и вольфрамом (рис. 4.3).

Рис. 4.3.

1 - граниты, гранодиориты; 2 - рудное тело; 3 - первичные ореолы рассеяния (надрудные - Pb, Ag, Ва, подрудные - W, Sn, Mo, Со, Bi, Си); 4 - тектоническая зона дробления, совпадающая с осью рудного тела; 5 - эродированное рудное тело; 6 - линия

палеорельефа

Анализ минерального и химического состава, размеров и особенностей зонального строения ореолов позволяет решать указанные выше задачи на различных стадиях разведки.

Минералогические исследования направлены на решение следующих задач:

• - определение полного минерального состава руд и око- лорудных метасоматитов, минеральных форм нахождения и пространственного размещения основных и сопутствующих полезных компонентов, полезных и вредных элементов-примесей;
• - выделение природных типов руд по особенностям их минерального состава, текстурам и структурам;
• - изучение минералогической зональности в дополнение к геохимической.

Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования входят в группу основных видов геолого-разведочных работ и служат предметом и методом изучения специальных учебных дисциплин, таких как «Инженерная геология», «Гидрогеология» и других аналогичного профиля. Задачи, вытекающие из содержания этих дисциплин, применительно к методике разведки месторождений полезных ископаемых изложены в Инструкции ГКЗ }