Основи теорії пошуків, розвідки та оцінки родовищ корисних копалин

Оцінка родовища за результатами пошуково-розвідувальних робіт – це передбачення можливих запасів корисної копалини, його якості та умов розробки. Але передбачення або прогноз має бути науково обґрунтованим, а не побудованим на гаданні. Будь-які узагальнення геологозйомочних, пошукових і розвідувальних даних неминуче містять елементи прогнозу, виходячи з того, що геологічні спостереження за своєю природою дискретні, а значення досліджуваних параметрів (вмісту, потужності та інших) від точки до точки змінюються (explain).

Прогнозування для геологорозвідника є безумовно одним з головних елементів його роботи, тому необхідно розробляти теоретичні основи і методи прогнозування та вміти ними користуватися.

В основі об’єктивної оцінки родовища за результатами пошуково-розвідувальних робіт лежать результати використання методів трьох наук: економіки, геології та математики.

2.1. Е к о н о м і ч н і о с н о в и.
Пошуки і розвідка починаються з вміння відрізнити корисну копалину від порожньої (вміщуючої) породи і промислові родовища від рудовиявів (рудопроявів). Кожне родовище характеризується конкретними геолого-промисловими параметрами, до яких відносяться: умови і глибина залягання, потужність рудних тіл і потужність розкриття (вскриші), потужність і розташування безрудних прошарків мінеральний склад і вміст корисних і шкідливих компонентів та інші.

Конкретні значення кожного з цих параметрів визначають економічні показники видобутку, переробки та використання мінеральної сировини. Тому, для промисловості необхідно визначати граничні значення геолого-промислових параметрів (кондиції), за яких технічно можлива та економічно доцільна розробка родовища. Кондиції необхідні для оконтурювання ділянок поширення промислових руд або відділення від непромислових або некондиційних.

Тому розвідка родовища являє собою за суттю вивчення геолого-промислових параметрів, закономірностей їх змінення у просторі, взаємного зв’язку та впливу на техніку і економіку розробки родовища.

П о т у ж н і с т ь п о к л а д у. Оцінка родовища корисної копалини передбачає визначення робочої (кондиційної) та неробочої (некондиційної) потужності. Зазвичай встановлюється робочий контур покладу, тобто оконтурюється площа з кондиційною потужністю (draw on the desk or MPP). Якщо точки з неробочою потужністю або точки повного виклинювання всередині робочого контуру відсутні, залягання тіла вважається безперервним, якщо ж вони є – перервним, з некондиційними ділянками. Залежно від співвідношення у межах родовища кондиційних і некондиційних за потужністю руд та розмірів площі робочого контуру виділяють чотири типи так званих стійких покладів:

1. Стійкі поклади – безперервно простягаються та мають робочу потужність у межах шахтного поля, родовища, району і навіть басейну.

2. Відносно стійкі поклади – у межах площі робочого контуру зустрічаються окремі блоки з неробочою потужністю. Сумарна площа таких блоків не може перевищувати більш як 25 % від всієї площі робочого контуру.

3. Нестійкі поклади – переривчасті. Всередині загального контуру досить значної площі зустрічаються блоки з неробочою потужністю (або блоки порожніх порід), але не більше як 50 % від площі робочого контуру.

4. Вкрай нестійкі поклади - блоки робочої потужності відносно невеликої площі спорадично зустрічаються серед порожніх порід або ділянок з неробочою потужністю. Сумарна площа робочих блоків менш як 50 % всієї площі покладу.

Крім ступеня і характеру стійкості робочої потужності покладу для розробки її має велике значення розмір і характер коливання потужності покладу у межах робочого контуру. Зменшення потужності не тільки приводить до зниження продуктивності гірничих робіт але й впливає не технологію проходки.

Я к і с т ь к о р и с н о ї к о п а л и н и. Хімічний та мінеральний склад корисної копалини, її технічні та технологічні властивості визначають спосіб, засоби та вартість її переробки, а також ефективність використання. У хімічному складі корисної копалини відрізняють корисні і шкідливі компоненти. Але поняття це відносне. Один і той же компонент, наприклад вміст сірки (погіршує якість чавуну та криці), в одних випадках розглядається як шкідливий компонент, в інших як корисний (томасівські шлаки – цінне фосфатне добриво).

Для оцінки якості багатьох корисних копалин вирішальне значення мають їх фізичні властивості, наприклад для азбесту, слюди, алмазів, п’єзооптичної сировини, каолінів, глини, графіту та інших. Вони достатньо різноманітні залежно від виду сировини та її подальшого використання і визначаються відповідними вимогами промисловості. Наприклад, якість вугілля визначається вологістю, зольністю, вмістом летких компонентів, загальним вмістом сірки та теплотою згоряння.

Якість корисної копалини визначається також її технологічними властивостями. Останні часто належать до вирішального чинника оцінки як металевих так і неметалевих корисних копалин. Така характеристика, як збагаченість руд часто визначає використання навіть дуже бідних руд, виходячи з високої економічної ефективності їх переробки.

У м о в и з а л я г а н н я. За величиною кута падіння відрізняють: а) горизонтальне і дуже пологе залягання (0 - 5º); б) пологе залягання (5 - 25º); похиле залягання (25º - 45º); круте залягання (45º - 60º); дуже круте залягання (60º - 90º). Витримане у межах блока простягання і падіння характеризує просте залягання, незалежно від того залягають породи горизонтально, похило або круто.

Складне залягання спостерігається при зміненні кута падіння. Чім більш різкі переходи, тим складніші умови для розвідки і розробки родовища. Найбільшим ступенем складності у цьому відношенні відрізняються флексурні вигини, стиснуті дрібні асиметричні складки, хвилястість і плойчастість залягання.

Зазвичай більш складні плікативні дислокації супроводжуються диз’юнктивними порушеннями, зонами зім’яття, роздавлюванням порід та інш.

Разом з тим, наявність складних тектонічних порушень зазвичай сприяє локалізації рудної речовини і підвищує перспективи родовища.

С т і й к і с т ь р о з р і з у в м і щ у ю ч и х п о р і д характеризує наявність достатньо постійних маркуючих горизонтів, які чітко простежуються як за простяганням так і падінням і дозволяють здійснювати кореляцію розрізів і погоризонтних планів. На будь якій стадії геологорозвідувальних робіт надзвичайно важливою задачею є співставлення і кореляція розрізів (explain: sedimentary – simply, igneous - it is difficult).

У м о в и р о з р о б к и р о д о в и щ а характеризуються певними геолого-промисловими параметрами, серед яких вирішальне значення мають наступні: глибина залягання, гідрогеологічні та інженерно-геологічні умови, міцність і твердість корисної копалини та вміщуючих порід, газовий та термальний режим родовища.

Г л и б и н а з а л я г а н н я корисної копалини розглядається з точки зору способу розробки родовища – відкритий чи закритий. Зазвичай відкритий спосіб більш ефективний як з боку продуктивності розробки, так і з боку техніки безпеки та собівартості продукції. Економічна ефективність відкритої розробки визначається співвідношенням обсягу вміщуючих порід розкриття та корисної копалини. В практиці геологорозвідувальних робіт крім глибини залягання використовують коефіцієнт розкриття, який являє собою відношення потужності розкриття і потужності покладу корисної копалини (draw in the blackboard). Максимально припустимий коефіцієнт розкриття коливається залежно від цінності корисної копалини від 1:3 для будівельних матеріалів до 1:40 для кольорових металів.

Максимальна глибина підземного видобутку твердих корисних копалин сягає 3500 м (розробка золота і алмазів у Південній Африці та Індії).

Г і д р о г е о л о г і ч н і т а і н ж е н е р н о – г е о л о г і ч н і у м о в и. У шахтній геології родовища за складністю гідрогеологічних та інженерно-геологічних умов розділяють на чотири групи:

1. Прості родовища: водо приток в шахту або в кар’єр відсутній або складає 100 – 200 м³/год; при освоєнні родовища не потрібні заходи по осушенню.

2. Родовища середньої складності: водоприток в шахту або кар’єр 200 - 500 м³/год; необхідне проведенні у відносно невеликому обсязі заходів з осушення або зниження напору підземних вод.

3. Складні родовища: водоприток в шахту або кар’єр 600 - 1000 м³/год; для розкриття та експлуатації потрібне проведення попередніх та систематичних заходів з осушення або зниження напору підземних вод.

4. Дуже складні родовища: водоприток в шахту або кар’єр 1000 - 2000 м³/год; проведення заходів з осушення надзвичайно ускладнене.

М і н л и в і с т ь п о к л а д у к о р и с н о ї к о п а л и н и. Якщо припустити, що всі важливі для розробки родовища параметри однакові у всіх напрямках, розвідка родовища не складала б жодних проблем. Було б достатньо одного відслонення, щоб отримати всі необхідні параметри і екстраполювати їх не все родовище. В природі все набагато складніше і всі параметри в тому чі іншому ступені мінливі.

Мінливість їх має вирішальне значения для розвідки та експлуатації родовища. Зрозуміло, що чім більша мінливість геолого-промислових параметров, тим більша можливість похибки при узагальненні розвідувальних даних і менша відстань, на яку можна надійно поширити дані кожної точки спостережння.

Мінливість геолого-промислових параметров відрізняється характером, ступенем та структурой. Характер мінливості відбивається у наявності або відсутності певної закономірності змінення значення параметров. Прикладами закономірної мінливості є поступове зменшення потужності лінзоподіьних тіл осадового походження до їх переферії, вертикальна і горизонтальна зональность у зміненні речовинного складу магматичних тіл, змінення профиля кои звітрювання та інш.

В найбільш простих випадках закономірної мінливості кількісні значения параметров змінюються за законом прямої, тому можна визначити градієнт мінливості, що дозволяє передбачити значения параметра в будь-якій точці області, підлеглій даному закону. В інших випадках встановлюється закономерна мінливість за більш або менш складною кривою. Таку закономірність розпізнати значно складнішн.

У практиці робот змінення геологічних властивостей часто настільки хаотичне, що будь-які закономірності такого змінення не встановлюються навить у вигляді загальних тенденций.

Ступень мінливості – це интервал коливань досліджуваної ознаки. Його можна кількісно оцінити амплітудою крайних значень або відхиленням ознаки від її середнього значения. В тілі корисної копалини можна виділити і оконтурити зони та делянки (геологічні блоки), які відрізняються за внутрішньою геологічною однорідністю від інших делянок того ж тіла. Наприклад у рудному тілі можна встановити зони сингенетичних і епігенетичнх змін, вертикальної і горизонгтальної зональності, метасоматозу, делянки різного речовинного складу, збагачені рудні стопи серед будних руд, безрудні і некондиційні вікна і т.і. Такі зони і делянки у тілі корисної копалини можна назвати геологічними блоками.

Звідси, одна з головних задач геологорозвідника це виявлення і оконтурювання геологічно однорідних блоков, складаючих рудне тело. Для ефективного збагачення, заводської переробки і використання мінеральної сировини необхідні однорідні, стандартні за якістю і властивостями руди. Саме тому вкрай необхідна разбивка рудного тіла на блоки.

Мінливість окремих геолого-промислових параметрів у межах одних геологічних блоків відрізняється, безумовно, від мінливості в інших блоках. Досліджуючи мінливість параметру по всьому рудному тілу, слід виділяти структуру його мінливості, тобто особливості та ступінь мінливості у окремих геологічних блоках. Таким чином, структура мінливості - це розподіл у просторі показників мінливості. Вона може бути простою, складною, закономірною або незакономірною.

Р о з м і р и р о д о в и щ а. Промислове значення оролдовища у значному ступені визначається його розмірами, в першу чергу, запасами корисної копалини. Співставлення родовищ за запасами (масштабом) має сенс, якщо співставляються родовища однієї певної корисної копалини. Так, запаси викопного вугілля і залізних руд обчислюються у мільйонах і мільярдах тон, міді - у сотнях тисяч і мільйонах тон, золота і платини у кілограмах і тонах. За запасами і промисловим значенням всі родовища поділяються на унікальні, великі, середні і дрібні.

К о н ц е н т р а ц і я з а п а с і в. При розробці родовища вадлива не тільки кількість запасів корисної копалини, але й розподіл їх у межах родовища (кількість, форма і розміри рудних тіл, їх взаємне розташування та умови залягання). Великі запаси можуть бути роззосередженими як за падінням так і простяганням у одному малопотужному покладі. Для розкриття такого родовища потрібні значні капіталовкладення, великі витрати на транспортування всередині рудника. Розробка характеризується низькою продуктивністю підготовчих і очисних робіт, високою собівартістю сировини. Крім того, у разі відкритої розробки (кар’єрами) порушуються значні ділянки навколишнього середовища.

Концентрація корисної копалини та продуктивність родовища вимірюються запасами на одиницю площі родовища або на одиницю заглиблення при розробці родовища.

Г е о л о г о – п р о м и с л о в і т и п и р о д о в и щ. Відомо, що родовища надзвичайно різноманітні за геологічною будовою і не зайти повністю ідентичні родовища. Але практика геологорозвідувальних робіт та промислового освоєння родовищ вимагає розподілу їх на групи за певними ознаками, які дозволяють більш ефективно видобувати ту чи іншу сировину. Існує чітка кореляція між промисловими і генетичними типами родовищ і тому виділяються саме геолого-промислові типи.

Важливо вже на ранній стадії робіт віднести родовище до певного промислово-генетичного типу. Це в значному ступені визначає оцінку його перспектив та напрямок подальших розвідувальних робіт. Інтерполяція і екстраполяція розвідувальних даних спирається у значному ступені на співставлення даних розвідки та експлуатації однотипних родовищ.

Головні принципи виділення промислових типів рудних родовищ сформульовані В.І. Смирновим:

1) генетичний клас; 2) структура родовища, що визначає локалізацію рудних тіл та їх форму; 3) склад вміщуючих порід; 4) мінеральний склад руди.

Для надійного прогнозування родовищ та геологічного обґрунтування раціональних напрямків, систем і методів пошуків та розвідки геолого-промислове групування родовищ необхідно доповнювати аналізом геологічних закономірностей, які контролюють локалізацію родовищ, їх форму, будову та розподіл речовинного складу, властивостей та якості корисної копалини.

2.2. Г е о л о г і ч н і о с н о в и. Ефективність пошуків, розвідки і оцінки родовищ вимагає оцінки і всебічного вивчення як самих родовищ, так і їх геологічного положення в рудному полі, районі, зоні, поясі, басейні. За результатами такого вивчення складаються карти, стратиграфічні колонки, розрізи, плани, схеми та описання до них.

Найбільш важливі для пошуків, розвідки та оцінки родовищ корисних копалин є стратиграфія, літологія, тектоніка, магматизм, метаморфізм, геоморфологія, геохімія, гідрогеологія. Ці елементи геології розглядаються як пошукові передумови.

2.2.1. С т р а т и г р а ф і ч н і п е р е д у м о в и. Сутність стратиграфічних закономірностей, що контролюють родовища корисних копалин у тому, що часто з певними стратиграфічними підрозділами зв’язані ті чи інші родовища корисних копалин. Наприклад, руди марганцю Нікопольського басейну, родовища Чіатурі в Грузії приурочені до олигоцену, унікальні родовища залізних руд метаморфогенного генезису знаходяться серед порід протерозою і т. д. Іноді конкретні родовища притаманні дрібним стратиграфічним підрозділам - світам, горизонтам тощо.

У зв’язку з цим необхідно максимально дрібне стратиграфічне розчленування продуктивних товщ, та світ, виділення і простеження маркуючи горизонтів. Стратиграфічний контроль дозволяє чітко оконтурити площу поширення сприятливих стратиграфічних підрозділів та цим обмежити площу пошуків та, відповідно, скоротити витрати на пошуково-розвідувальні роботи.

Очевидно, що розвідка осадових родовищ з чітко вираженим стратиграфічним контролем значно простіша, дешевша та ймовірніша. Для ендогенних родовищ, не сингенетичних осадовим утворенням, у яких вони локалізовані, роль стратиграфічного чинника значно знижується. Проте і для цієї групи родовищ зберігається пошукове значення стратиграфічних передумов.

2.2.2. Л і т о л о г і ч н і п е р е д у м о в и. Полягають в тім, що багато родовищ корисних копалин зустрічаються серед порід певного складу та відсутні серед порід іншого складу. Наприклад, деякі сульфідні родовища міді, свинцю і цинку розташовуються біля прошарків вуглистих сланців, тоді як в інших сланцях, які не містять вуглецю, такі родовища зустрічаються рідко. Мідне зруденіння Джезкзганського родовища концентрується тільки у верствах пісковиків з вапнистим цементом. Нафта накопичується тільки у пористих породах, які можуть збирати нафту у своїх порожнинах тобто бути колектором.

Така переважна притаманність родовищ до порід певного складу є основою для розробки літологічних передумов пошуків та розвідки. Літологічні передумови тісно зв’язані із стратиграфічними та доповнюють один одного.

Серед гірських порід можна виділити найбільш сприятливі для взаємодії з рудоносними розчинами. Перш за все це: вапняки, доломіти та ефузивно-осадові породи, по яких розвивається метасоматоз (скарнування) з мідним, вольфрамовим, молібденовим та золотим зруденінням.

2.2.3. М а г м а т и ч н і п е р е д у м о в и. Для магм різного складу характерні різні корисні копалини. Рудна речовина виноситься з глибини в більш високі горизонти земної кори та на поверхню разом з магмою або в зв’язку з магматичною діяльністю. До найважливіших ознак зв’язку вивержених порід та ендогенних родовищ належать: 1) одночасність утворення; 2) однакові фаціально-глибинні умови утворення; 3) зв’язок певних за складом вивержених порід та родовищ; 4) закономірності просторового розміщення родовищ по відношенню до масивів вивержених порід.

Одночасність утворення вивержених порід та ендогенних родовищ може бути обґрунтована, якщо ті та інші залягають в породах одного віку та перекриті породами більш молодого віку. Проте, залягання родовищ і комплексів одночасних з ними вивержених порід спостерігається дуже рідко. Більшістю одночасність встановлюється за наявністю у базальних конгломератах, що перекривають рудну світу або товщу, рудної ріні та ріні відповідних вивержених порід.

Однакові умови утворення визначаються тим, що з областями розвитку абісальних фацій вивержених порід зв’язані глибинні, добре диференційовані фації родовищ; з гіпабісальними фаціями – родовища середніх глибин, а з при поверхневими вулканогенними – специфічний комплекс родовищ.

Зв’язок родовищ з певними за складом виверженими породами являє собою найбільш очевидний чинник контролю і найчастіше використовується при пошуках та розвідці. Найбільш чіткий зв’язок встановлений між деякими корисними копалинами та ультраосновними та, у меншій мірі, основними породами. Наприклад з дунітами і перидотитами зв’язані родовища хрому, платини і алмазів; у масивах піроксенітів залягають руди титаномагнетитового складу у вигляді тіл неправильної форми, жил, штокверків; з серпентинітами зв’язані родовища азбесту; з габро-норитами зв’язані родовища мідно-нікельових руд та платиноїдів і т. і.

Досить чітко встановлюється закономірний зв’язок родовищ корисних копалин з лужними інтрузивами, зокрема з масивами карбонатитів. Вони контролюють велику кількість важливих корисних копалин: апатит, вермікуліт, флогопіт, Fe, Ti, Cu, Nb, Ta, Sr, Cs, Zr та інші.

Значна кількість родовищ корисних копалин утворюється за рахунок фізичного і хімічного звітрювання вивержених порід різного складу.

Важливим чинником, який впливає на кількість ендогенних родовищ, їх масштаб, мінеральний склад та розташування, є глибина ерозійного зрізу великих інтрузивних масивів. Виділяється три рівня ерозійного зрізу гранітних інтрузивів:

1. Ерозійний зріз проходить поблизу поверхні інтрузивів, але не зрізає її. За сприятливих структурно-літологічних умов тут можливе виникнення родовищ цинку, свинцю, міді, ртуті та сурми.

2. Якщо ерозія зрізає лише верхні частини інтрузиву і на поверхні спостерігається чергування площ, складених інтрузивними і вміщуючими породами, то такі умови максимально сприятливі для находження постмагматичних родовищ як в породах покрівлі так і в інтрузиві.

3. При глибокому ерозійному зрізі інтрузивів менш ймовірно знаходження зв’язаних з ними ендогенних родовищ.

2.2.4. С т р у к т у р н о - т е к т о н і ч н і п е р е д у м о в и. Структурно-тектонічні елементи земної кори надзвичайно різноманітні за розвитком, будовою, розмірами і зрозуміло, що це визначає різноманіття умов, сприятливих для локалізації корисних копалин.

Для складчастих областей найбільш характерні різноманітні за мінералізацією ендогенні родовища. Первинно-осадові родовища тут зазнають значних вторинних змін, глибокого метаморфізму та, іноді, і повної руйнації.

Платформи – області поширення переважно осадових родовищ та родовищ звітрювання (гіпергенних). Для цих територій мають також велике значення ті ендогенні родовища, що зв’язані з основними, ультраосновними та лужними виверженими породами.

Перехідні області між рухливими поясами і платформами (передові і крайові прогини, дейтерогени, авлакогени) перспективні на нафту і газ, кам’яне вугілля та інші.

Сприятливі для локалізації родовищ корисних копалин не тільки власно структури першого порядку, але й локальні структури більш низьких порядків. Регіональні і локальні структури виступають, як чинник, контролюючий прояви магматизму, розміщення масивів вивержених порід та зв’язаних з ними корисних копалин. Особливо велике значення мають розривні тектонічні порушення, які розвиваються по краях платформ та серединних масивів, розташованих у складчастих областях. Великі скиди, здвиги та насуви являють собою рудо підвідні канали, а самі родовища, зазвичай, розташовані у структурах другого і третього порядків.

2.2.5 Г е о х і м і ч н і п е р е д у м о в и. Сутність геохімічних передумов полягає у закономірностях поведінки хімічних елементів у земній корі. Для пошукових задач важливі наступні геохімічні закономірності:

1. Поведінка хімічних елементів у процесі ендогенного рудоутворення, зокрема у процесі метаморфізму та метасоматозу.

2. Поведінка хімічних елементів при екзогенних процесах, зокрема у зоні гіпергенезу.

3. Парагенетичні асоціації елементів, мінералів та родовищ.

(Explain, remind of previous course РКК)

2.2.6. Г е о м о р ф о л о г і ч н і п е р е д у м о в и. При розвідці родовищ, які утворилися у при поверхневих умовах геоморфологічні пошукові передумови мають першочергове значення. Геоморфологічні дослідження у сполученні з палеогеографічним аналізом, досить ефективні при виявленні давнього рельєфу та давньої річкової мережі а, відповідно, і розсипних родовищ золота, платини, алмазів та інш. Не менш важливо враховувати особливості рельєфу при пошуково-розвідувальних роботах на будівельні матеріали.

Дата добавления: 2013-12-14