В случае если целью опробования является получение геохимической характеристики стратиграфических толщ, магматических комплексов и фаций метаморфизма, опробуются максимально свежие, неизмененные наложенными процессами разности типичных пород, с удалением пленок загара, следов выветривания, наростов лишайника. Получение таких характеристик является обязательным при проведении геологической съемки. Следует помнить, что каждое отдельно характеризуемое подразделение (стратиграфическая толща, свита, подсвита, горизонт; интрузивный комплекс, фаза внедрения; фация, минеральная зона метаморфизма и т.д.) должны быть охарактеризованы не менее чем 30 пробами (минимальная статистически достоверная выборка). Спектральный анализ проб выполняется на 12 элементов (сокращенный анализ) или 30-40 элементов (полный анализ). Ниже приводится перечень элементов полного спектрального анализа:
Средние содержания элементов в стратиграфических толщах, магматических комплексах и фациях метаморфизма характеризуют местный геохимический фон, на котором выделяются положительные и отрицательные аномалии.
В последние годы широкое применение в различных направлениях научных исследований (геотектоника, металлогения) получил анализ распределения в магматических породах (прежде всего в базальтах) элементов из группы лантаноидов и некоторых других микроэлементов. По их соотношениям судят о геодинамической обстановке образования этих пород (срединно-океанический хребет, островная дуга, континентальный рифт и др.).
Кроме того, широкое развитие получил анализ соотношения изотопов серы, кислорода, углерода и др. Эти данные позволяют судить об источниках вещества, расшифровывать сложные геологические процессы.
Очевидно, что без современных аналитических методов и аппаратуры подобные задачи решить нельзя. Отсюда ясны и требования к аналитическим методам, они должны быть высокочувствительными (с пределом обнаружения элементов на порядок ниже их кларков), использующими инструментальные многокомпонентные методы анализа и обязательно должны отвечать метрологическим требованиям правильности и воспроизводимости.
Подводя итог методическим особенностям геохимических исследований, следует отметить следующее. Все геохимические материалы, независимо от выбранной методики, следует отражать на географической или (лучше) топографической основе. Фактический материал полевых работ, кроме того, выносится на аэрофотоснимки масштаба, соответствующего масштабу исследований. Геохимические методы поисков малозатратны по сравнению с другими поисковыми методами. Комплексное использование геохимических работ с геологическими и геофизическими методами и данными дистанционного зондирования - залог высокой эффективности прогнозно-поисковых работ.
Для дополнительного чтения - Основные особенности системы «ГЕОСКАН».
Современные способы обработки геохимических данных предусматривают применение особых компьютерных программ, в частности отечественную программу Геоскан (разработчик – институт ИМГРЭ, автор - Б.С. Коган) и её аналоги.
Компьютерная система «Геоскан» ориентирована на совместную обработку данных геохимии, геофизики и любых других геологических наблюдений с количественными оценками, полученными при поисках и разведке месторождений любого генезиса. Смысл программы сводится к тому, что каждая точка пространства рассматривается как векторная функция с присущей ей корреляцией между элементами. Программа «распознает» направленный тренд изменения этих характеристик и на основе анализа в фиксированных точках опробования прогнозирует поведение и концентрацию элементов на участках интерполяции, в том числе по элементам с низкой встречаемостью в лабораторных сообщениях.
Достаточно простыми средствами система осуществляет анализ и графический синтез разнородной, накопленной в разные годы геохимической информации в координатах физического пространства. Выделение различающихся подобластей производится автоматически на базе разработанных оценочных алгоритмов «сходства – различия» ассоциаций измеренных параметров. Сближенные координаты, характеризуемые сходным поведением параметров, образуют содержательно интерпретируемые геоблоки или сортовые блоки рудных тел, однородные в отношении качества руд.
Такой подход позволяет выделять на картах и классифицировать геологические объекты различной природы с различающимися характерными взаимозависимыми свойствами, пространственное совмещение которых обычно связано с кооперативным (взаимообусловленным) поведением фиксированного набора компонентов в процессах формирования геологических формаций, метасоматитов, руд различной природы и состава. На выходе пользователь получает комплекты прогнозных и вспомогательных карт, либо карт и разрезов с выделением сортовых блоков.
Обработка данных в специализированной среде «Геоскан» способствует формированию наиболее четких представлений о строении исследуемой территории, составе и структуре выделяемых геохимических ореолов и рудных тел с существенно меньшими неопределенностями и затратами, чем применение традиционных методов. Это позволяет оптимизировать разведку посредством минимизации программы дорогостоящего бурения и горных работ. По опыту на других объектах затраты в некоторых случаях оказывались сниженными на 30 процентов.
Опыт также показал, что результаты, полученные при помощи различных комбинаций методик системы, уменьшают риск инвестиций. Они позволяют уже на ранних стадиях развития коммерческих проектов, после обработки имеющихся данных прошлых лет, первичных данных проектируемого опробования и результатов сопутствующих исследований, производить обоснованные переоценки ресурсов и запасов по вновь установленным блокам, по крайней мере, на вскрытую мощность продуктивных толщ.
Применение ГИС –геоинформационных систем - нацелено на решение типовых геологических задач на базе разработки моделей при помощи доступных технологий. Их использование обеспечивает оперативное управление геологической информацией. Весь обрабатываемый материал может быть привязан к единой системе координат, что позволяет унифицировать имеющиеся данные, конструировать пространственные модели реальных геохимических ореолов, геологических и рудных тел и после соответствующих вычислений устанавливать виртуальные (аналитические) границы, например, сортовых блоков в трудно диагностируемых вкрапленных рудах.
Адаптация пакетов ГИС проводится c целью использования минимума необходимых программ вместо дорогостоящих импортных пакетов типа «Data Mine».
Средствами ГИС предполагается проводить визуализацию разрабатываемых моделей и анализ на их основе особенностей геологического строения и распределения вещественных характеристик рудных тел, месторождения и территории сопряженных перспективных площадей в границах рудного поля.
Основой геоинформационного анализа служит банк пространственно распределенных (в векторном или в растровом виде) данных, созданный по материалам разведки и бурения разных лет, а также данных геофизики, дешифрирования и пр. На его основе средствами ГИС (ArcView, ArcInfo, Аuto Card и др.) решаются следующие задачи:
o построение геологических разрезов по различным последовательностям буровых скважин;
o построение погоризонтных планов;
o построение различного рода поверхностей, отражающих морфологию фундамента, мощность коры выветривания, четвертичных отложений и др.;
o построение 3D-моделей для визуализации геологических и структурно-вещественных данных в объемном представлении;
o построение блоковых моделей и подсчет запасов.
После заполнения баз данных – БД - имеющимся материалом, соответствующих построений и анализа модернизированных геолого-структурных моделей месторождения проводится первичная экспертиза и уточнение структуры запасов, сформулированы представления о меняющихся кондициях, а также скорректированы программы бурения и объемы опробования.
Модернизированные геолого-структурные моделиместорождения и рудных тел будут получены в результате свертки и обработки на ЭВМ в основном старых данных в масштабах 1:10 000, 1:5 000 и 1:1 000. Материалы для их компоновки, кроме полного набора имеющихся разведочных данных, дополняются результатами дешифрирования аэрофотоснимков. Геолого-структурные модели служат основой при разработке структурно-вещественных моделей.
Структурно-вещественные моделиместорождения и рудных тел (модели для прямого подсчета или оценки геологических запасов). Под структурно-вещественной моделью понимается объемная геометрическая модель ореола или рудного тела, рассчитанная в реальных координатах заданного масштаба (1:5 000, 1:1 000 и в более крупных масштабах). Ее структура представлена естественными блоками руд с внутренне однородными показателями состава и качества, разделенными геологическими границами, положение и морфология которых устанавливаются по совокупности вещественных (минералогических, геохимических) различий между сортовыми признаками. В основе построения структурно-вещественных моделей лежат результаты анализа данных бурения и комплекса аналитических исследований, позволяющие в контурах геохимического ореола во вмещающих породах устанавливать корректные границы рудных тел и сортовых блоков внутри. Визуализированные в 3D структурно-вещественные модели будут служить основой для формирования собственно подсчетных, блоковых моделей месторождения и рудных тел по типам руд. На базе геоэкономического анализа количественных параметров структурно-вещественных моделей определяются постоянные разведочные кондиции.
Блоковые модели месторождений. На базе графических версий перечисленных моделей строятся финальные – блоковые модели рудных тел месторождения, результаты численного анализа которых составят основу дифференцированного подсчета запасов и разработки ТЭО – технико-экономического обоснования кондиций для подсчета запасов. В рамках моделей этого типа формализуется геометрия рудных тел, при этом их подсчетные границы, как и контуры сортовых блоков внутри, определяются значениями принимаемых комплексных показателей качества руд и установленных кондиций.
Горно-буровые методы поисков являются единственным методом проверки результатов, полученных другими поисковыми методами. Горно-буровые методы поисков являются наиболее дорогим (хотя и максимально надежным) способом оценки промышленного значения выявленных минералогических, геохимических, геофизических аномалий. В закрытых районах с большой мощностью покрова надрудных отложений они часто рассматриваются как единственный метод поисков. Осуществляются они проходкой горных выработок и бурением скважин.
По сравнению со стадией разведки сеть поисковых скважин и (или) горных выработок более редкая, расстояния между ними значительные, глубина также меньшая по сравнению с разведочной (кроме специальных глубоких скважин, так называемых параметрических, особенно часто применимых при поисках нефти). Поиски нередко проводятся в слабо освоенных районах с не обустроенной инфрастуктурой (отсутствие или редкая сеть дорог, ЛЭП, жилья и т.д.). Эти условия определяют тип горных выработок и скважин и механизмов для их проходки.
Горные выработки поискового и поисково-оценочного назначения в основном поверхностные, неглубокие – копуши, канавы, расчистки, шурфы, дудки, траншеи.
Проходка копушей, расчисток, мелких (до 3 м) шурфов проводится вручную, иногда с применением взрывчатых веществ (ВВ). Канавы в труднодоступных местах (склоны гор и др.) проходятся обычно вручную с применением ВВ, в более доступных – механическим способом. Для траншей наиболее применим бульдозерный или экскаваторный способ.
Копуши – наиболее простые выработки, применяются при массовом отборе шлиховых, геохимических и других проб. Проходка их ведется лопатой на глубину 1-2 штыка, кайлом.
Расчистки проходятся вручную (лопатой и др.) на склонах, уступах рельефа при малой мощности покрова рыхлых наносов. Проходка их обычно осуществляется снизу вверх для облегчения процедуры вскрытия (зачищенные, задокументированные и опробованные участки полотна расчистки можно сразу засыпать слоем рыхлой породы выше лежащих интервалов проходки). Следует помнить правило – без документации и опробования расчистки и другие трудоемкие выработки к актировке не принимаются. Стандартная ширина полотна расчистки – 0,6 м. Объем сечения определяется мощностью вскрыши, углом естественного откоса удаляемых пород.
Канавы и траншеи проходят вручную (в талых рыхлых породах, либо в мерзлоте после предварительной оттайки «на пожог», вручную с рыхлением и частичным выбросом породы с помощью ВВ (в плотных, в том числе мерзлых грунтах) и механическим способом (канавокопатели, бульдозеры, скреперы и др.) при глубине рыхлого покрова до 3 м. Канавы со стандартной шириной полотна не менее 0,6 м задаются вкрест простирания известного или предполагаемого рудного тела. По протяженности различают канавы обычные (длиной не более 20-40 м) и магистральные (длиной до 100-200 м, иногда более). Магистральные канавы проходятся почти исключительно механическим способом, они необходимы там, где велика вероятность выявления оруденения сложной морфологии (серии параллельных жил, мощные зоны дробления, штокверки и залежи). Траншеи отличаются от канав большей глубиной (до 6-8 м и более) и шириной полотна (до 10 м). Траншеи и канавы иногда проходятся и по простиранию рудных тел с целью более детального их изучения и опробования.
Крупнообъемные траншеи получили широкое применение при оценке россыпей в крупных долинах, где невысокое среднее содержание металла сочетается с крайне неравномерным его распределением, в связи с чем шурфы и скважины не дают объективной оценки качества пласта. Вынутая из траншей горная масса целиком промывается на промприборах (обычно типа МПД-6 и его аналогах, либо в вашгердах), а рабочая мощность пласта определяется бороздовым опробованием стенок, с последующим пересчетом количества отмытого металла на объем пласта.
В мерзлых породах проходка механическим способом в зимнее время осуществляется с использованием ВВ для рыхления пород, в летнее время – путем многократного удаления талых пород по мере их оттайки на 30-40 см (цикличная проходка). Задача рыхления без применения ВВ успешно решается с применением современных бульдозеров, оснащенных клыком-рыхлителем.
Для бурения скважин и шпуров под закладку ВВ применяют мобильные агрегаты типа НКР-75, НКР-100 и их более современные аналоги. Наиболее часто применяемый тип ВВ – скальный аммонит типа 6-ЖВ, для массовых взрывов при больших объемах проходки - игданит (аммиачная селитра, смоченная соляркой).
Шурфы – вертикальные или слабо наклонные выработки, обычно прямоугольного или квадратного сечения, проходятся для вскрытия коренных пород вручную, часто с применением ВВ, либо мехспособом с использованием специального горнопроходческого щита, шурфопроходческих кранов и подвесной бадьи для транспортировки грунта. Это исторически распространенный способ при оценке россыпей, в последнее время вытесняемый бурением. Для оценки россыпной металлоносности каждые 40-50 см проходки (интервалы, именуемые уходками), целиком промываются. Шурфы также применяются при оценке поверхностных окисленных руд. Глубина их может составлять 30-40 м, редко до 50-60 м. Глубокие шурфы нуждаются в креплении стенок
Дудки отличаются от шурфов круглым сечением.
Шурфы, дудки, канавы, траншеи обычно «добиваются» до полной проходки выветрелой части коренных пород, входа и опробования невыветрелой коренной породы. Проходка поверхностных выработок в вечной мерзлоте имеет свои особенности. Шурфы проходят зимой, в условиях устойчивости мерзлых вертикальных стенок, без угрозы затопления выработок талой водой. Канавы и траншеи проходятся летом с использованием естественной оттайки мерзлых пород, при этом важно успеть задокументировать и опробовать выработки до начала интенсивного таяния мерзлоты в стенках.
При поисково-оценочных работах иногда (всё реже, из-за их дороговизны) используют штольни и другие подземные выработки. Штольня – это горизонтальная выработка, выходящая на поверхность, проходится для вскрытия и (или) прослеживания рудного тела. Благоприятным, или, как говорят, штольневым рельефом являются расчлененные формы поверхности со значительным превышением гипсометрических отметок водоразделов над долинами, что позволяет нарезать один или несколько штольневых горизонтов. В высокогорных районах с крутыми склонами нередко проходка штолен осуществляется легче, чем бурение. Шахта – выходящая на поверхность вертикальная выработка с сечением обычно от 20 м2 и более, от шурфа отличается более значительными размерами. Штрек - горизонтальная выработка, не выходящая на поверхность, пройденная из ствола шахты, проходит по простиранию рудного тела. Орт - горизонтальная выработка, пройденная из штольни или штрека вкрест рудной зоны для полного пересечения её по мощности. Восстающий – вертикальная или наклонная выработка по восстанию рудного тела, пройденная из штольни или штрека. Гезенк или уклон – нисходящая выработка по падению рудного тела, также пройденная из штрека или штольни.
Применение ВВ требует бурения шпуров – неглубоких бурок длиной обычно не более 2 м, расположенных под углом к взрываемой поверхности, направленно навстречу друг к другу.
Полотно, забои, а зачастую и стенки горных выработок опробуются бороздовыми пробами в пределах развития потенциально рудоносных пород. Породы без явных признаков минерализации опробуются геохимическими пробами с шагом 5 м. На всю протяженность, независимо от наличия или отсутствия оруденения, выработки тщательно документируются. Фиксируются состав и элементы залегания пород, их текстурно-структурные признаки, слоистость, трещиноватость, кливаж, сланцеватость, зоны брекчий, катаклаза, милонитов, водонасыщенность пород. При проходке подземных горных выработок приходится решать проблемы водоотлива, вентиляции, освещения, крепления, транспортировки пород, грузов, оборудования и персонала.
Поисковое колонковое бурение осуществляется обычно самоходными установками с роторными и шпиндельными двигателями (станки типа УРБ, СКБ, ЗИФ, КГК, СПУ). Скважины делят на группы: 1) до 25 м, 2) до 100 м, 3) до 300 м и т.д. При оценке продуктивности рыхлых отложений часто применяют бурение шнековым инструментом, а также ударно-канатное бурение с извлечением, документацией и опробованием шлама. Для оценки россыпей получили развитие шурфоскважины диаметром от 220 мм до 500-600 мм.
Колонковое вращательное бурение с отбором керна обычно производится победитовыми коронками в породах с категорией прочности до седьмой включительно. От восьмой категории и выше применяют алмазные коронки. При бурении обычно применяют промывочные глинистые растворы – для предотвращения размыва и обрушения стенок. Их применение облегчает и ускоряет вынос шлама, неустойчивые стенки глинизируются и становятся более прочными, облегчена циркуляция раствора в пористых породах, увеличивается противодавление, препятствующее вывалам стенок. Для раствора наиболее пригодны глины, сильно разбухающие от воды. Глинистый раствор готовят в специальных глиномешалках с добавлением специальных активных веществ, повышающих текучесть раствора (хлориды натрия, магния, алюминия и железа в концентрации от 0,1% до 1%). Они используются как понизители твердости пород, разрушаемых на забое.
При бурении в вечной мерзлоте при приготовлении раствора используют подсоленную воду. При глубоком бурении на нефть используются микродобавки в раствор проппантов – высокопрочных порошковатых частиц на основе высокоглиноземистых минералов. Они обеспечивают хорошую циркуляцию раствора в условиях высоких давлений и температур и укрепляют стенки скважин.
Станки роторного бурения типа УРБ вместо раствора используют сжатый воздух для продувки скважины и пневматического выноса шлама. Они весьма эффективны при бурении в корах выветривания, трещиноватых коренных породах при небольших глубинах (до 50-70 м). Использование воздуха вместо жидкости позволяет использовать их при минусовых температурах воздуха и грунта.
Скважины делятся на вертикальные (при поисках полого залегающих рудных тел) и наклонные (при крутом залегании тел). Наблюдения за отклонением скважин от вертикали и заданного курса (угловые и азимутальные отклонения) производятся с помощью инклинометрии. В настоящее время создана сложная телефотометрическая аппаратура для слежения за проходкой скважин, получившая особенно широкое применение при бурении глубоких скважин на нефть и газ.
Нередки случаи, когда необходимо специально искривлять ствол скважины в заданном направлении и с заданным радиусом кривизны. При поисках нефти применяется «ветвление» магистрального ствола с проходкой от него боковых скважин.
Документация скважин проводится по керну и (или) шламу с фиксацией интервала, выхода керна (в % от метража пройденного интервала), категории пород по буримости, состава и агрегатного состояния пород и руд, текстур и структур, углового соотношения слоистости, сланцеватости и т.д. с осью керна. Обязательным условием является необходимый выход керна, для рудных интервалов кондиционным считается выход не менее 70%.
Для дополнительного чтения.
Особенности бурения при поисках окисленных руд в Башкирском Зауралье.
Особенностью разреза зон окисления в Башкирском Зауралье являются изрезанный профиль подошвы коры выветривания, её субгоризонтальное в целом залегание. В породах субстрата характерно преобладание наклонного умеренно крутого (40-45°) падения слоев. В изучаемом по проекту интервале глубин до 50 м типично чередование крепких устойчивых пород (щебня и прослоев вторичных кварцитов, серицит-кварцевых, хлорит-кварцевых пород, окремненных туфов, порфировых риодацитов) и неустойчивых (сильно трещиноватых, катаклазированных, милонитизированных, окисленных, выветрелых до состояния глины). Этим обусловлен низкий средний выход керна, часто не превышающий 50 %. Это определяет необходимость специальных мероприятий по увеличению выхода керна: бурение всухую, использование эжекторных снарядов, двойной колонковой трубы. В связи с ожидаемым распространением золотоносности по всему разрезу минерализованной коры выветривания и её субстрату, средства для повышения выхода керна будут применяться по всей глубине скважин. При невозможности бурения всухую, следует установить шламосборники и добавлять шлам в опробуемый керн по соответствующим интервалам. Это обусловлено тем, что в окисленных первично сульфидных рудах характерна концентрация золота в тонкозернистой лимонитовой и кварцевой сыпучке, избирательно вымываемой буровым раствором. Для окисленных руд месторождений Баймакского района отмечалось занижение в несколько раз результатов опробования по скважинам по сравнению с таковым в горных выработках и фактическим извлечением золота при эксплуатации. В случае весьма неравномерно распределения рудных минералов (гнезда лимонита, барита, сульфидов, кварца и др.) в пробу забирается весь керн, кроме небольшого образца.
