Геофизические работы при изучении месторождений полезных ископаемых

           Введение. 

     Подготовка месторождений полезных ископаемых геологическая съемка, поиски, разведка важнейшие отрасли геологической науки, призванные обеспечить систематическое планомерное изучение геологического строения территории страны, создание надежной минерально-сырьевой базы и эффективное удовлетворение текущих потребностей горнодобывающей и других отраслей промышленности.

      В общем плане разведка месторождений полезных ископаемых представляет совокупность геологических, химико-технологических, физико-технических и экономических исследований, горных, буровых, геофизических гидрогеологических и других специальных видов работ, направленных на отыскание, изучение и оценку месторождений .

      В результате разведки определяются: местоположение, вид, форма, размеры и запасы месторождения; тектонические, гидрогеологические, горногеологическне условия, качество и технологические свойства полезного ископаемого. Результаты разведки, обобщенные в форме геологических отчетов, являются исходными данными для определения экономической целесообразности, проектирования, строительства и горноэксплуатационных работ горнодобывающего предприятия.

       Разведка, как правило, носит комплексный характер: при разведке основного (в соответствии с поставленной задачей) полезного ископаемого, подлежат изучению и предварительной оценке все другие полезные ископаемые, устанавливаемые попутно.

      Объемы, виды и направление геологоразведочных работ на все виды полезных ископаемых определяются программами и планами ведомств горнодобывающей отрасли и потребностями народного хозяйства. При этом предусматривается необходимое и достаточное опережение геологоразведочными работами проектирования, строительства, реконструкции или введение новых мощностей горнодобывающих предприятий, а также создание резервного фонда разведанных и пригодных для промышленного освоения месторождений и участков.

       Разведка месторождений - длительный, сложный и трудоемкий процесс, начинающийся с момента открытия месторождения и заканчивающийся с отработкой (погашением) последних его запасов. Примышленная значимость месторождения в целом и отдельных его частей . а также способы эффективной разведки устанавливаются по мере накопления и детализации геологических данных, поэтому разведка производится в несколько этапов стадий, соответствующих также этапам подготовки и промышленного освоения месторождения. 

       К полезным ископаемым относят минеральные образования, которые используются в промышленности целиком (например, граниты - для производства щебня, строительные глины) или для извлечения из них тех или иных полезных компонентов (минералов, химических элементов, соединений элементов и др.).

         Месторождением полезных ископаемых обычно считают участок земной коры, на котором в результате геологических процессов образовалось полезное ископаемое в достаточном для разработки количестве и по качеству, горно-геологическим и экономическим условиям удовлетворяющее требованиям промышленности. Однако к месторождениям в последнее время стали относить и такие скопления полезного ископаемого, которые сформировались благодаря деятельности человека - так называемые техногенные месторождения. Кроме того, к месторождениям относят также участки гидросферы - например, некоторые соляные (в том числе содовые) озера, из которых извлекают не только поваренную соль, соду и другие химические продукты, но и ряд элементов (бор, литий, магний и пр.).    

         Специфические месторождения - моря и океаны, вода которых служит источником магния, поваренной соли и других продуктов, а также вся атмосфера Земли - источник кислорода, азота и других газов. В качестве месторождений отдаленного будущего рассматриваются астероиды, скопления полезных ископаемых на Луне и т. д.

         К рудопроявлениям относят такие скопления полезных ископаемых, которые недостаточно исследованы (и потому их нельзя еще отнести к месторождениям) или по тем или иным показателям не удовлетворяют требованиям, обусловливающим выгодную разработку. Необходимо различать рудопроявления с недостаточными ресурсами сырья и, следовательно, не представляющие интереса в  качестве объекта разработки в настоящем и будущем, и рудопроявления со значительными ресурсами сырья, но не соответствующие требованиям промышленности по горно-геологическим, экономическим, технологическим или экологическим причинам. Среди таких рудопроявлений имеются потенциальные месторождения, которые следует учитывать в качестве возможного объекта разработки.

        Мелкие рудопроявления, которые не представляют интереса для разработки ни в настоящем, ни в будущем, называют точкой минерализации (или рудной точкой, минерализованной точкой, пунктом минерализации).    

        Точки минерализации могут представлять интерес как поисковый признак для выявления месторождений.

        Возможность разработки скоплений минерального сырья в недрах определяется рядом горно-геологических и экономико-географических факторов. К горно-геологическим условиям относятся размеры объектов (в том числе мощность залежей), глубина их залегания от поверхности, степень обводненности, морфология залежей, характер их залегания, наличие внутри них тел пустых пород, степень изменчивости состава залежи по падению, простиранию и вкрест простирания, механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород. Массовая доля полезных, вредных и балластных примесей - один из важнейших показателей при оценке месторождений.

        К географо-экономическим факторам оценки месторождений относятся степень удаленности объектов от тех или иных путей сообщения (железных дорог, судоходных рек, побережий), экономическая развитость района, наличие и стоимость энергии, климатические условия, наличие рабочей силы, крепежных и строительных материалов и т. д.

         Одним из основных количественных показателей состояния минерально-сырьевой базы ресурсо-добывающих производств страны является их обеспеченность разведанными запасами соответствующих видов полезных ископаемых, выраженная продолжительностью её во времени. Время или срок обеспеченности запасами отдельного производства определяется как частное отношение суммарного количества запасов различных категорий (определённого вида полезного ископаемого), подлежащих отработке, на его мощность.

         При это полностью учитывают запасы так называемых промышленных категорий. Показатели обеспеченности запасами, раздельно по видам полезных ископаемых, в целом по стране обычно вычисляют по их общим - количеству и производству. Такой подход не учитывает географическое размещение значительной части запасов полезных ископаемых, находящихся в труднодоступных, экономически не развитых районах, в отдалении от перерабатывающих минеральное сырьё производств. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Геофизические работы при изучении месторождений полезных ископаемых.

       Геофизические методы поисков и разведки месторождений основаны на различии физических свойств горных пород. При изучении угольных месторождений комплекс геофизических методов, выполняемых в скважинах (каротаж), основан на изучении естественных и искусственно создаваемых физических полей по стволу скважины (электрических, радиоактивных) специальными приборами и оборудованием.

       Каротаж проводится во всех скважинах различного целевого назначения и позволяет:

- определить  литологический состав пород  в разрезе скважины и выделить литологические контакты;

- осуществлять  контроль за результатами буровых  работ;

- выделить  в разрезе скважин угольные пласты и уточнить их строение, глубины залегания, качество;

- изучить  температурный режим пород;

- определить  фактический диаметр скважины и ее техническое состояние;

- определить  азимуты и углы отклонения  скважины от заданного направления:

- определять  фильтрационные свойства пород  в разрезе скважины;

- отбирать  пробы углей боковыми стреляющими  грунтоносами.

         В Донецком бассейне по геолого-геофизическим условиям выделяем группы районов, для которых установлен рациональный комплекс геофизических методов, обеспечивающих решение поставленных задач. В основу районирования положены электрические и плотностные свойства пород и углей, которые тесно связаны с их литификацией и метаморфизмом. Кроме того учитывалась естественная гамма-активность пород и их естественная электрохимическая активность.

         Принятый комплекс геофизических исследований в скважинах подразделяется на поисковый и детализационный. В поисковый комплекс входят: стандартный электрический каротаж измерение кажущихся электрических сопротивлений градиент - и потенциал - зондами (КС_тз, КС_пз) и самопроизвольно возникающих потенциалов (ПС) радиоактивные методы -гамма-каротаж (ГК), плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГК - П), а также и кавернометрия. Запись кривых поискового комплекса производится на фотобумагу в масштабе глубин 1 : 200 (рис. 1.1).

        Для изучения интервалов залегания угольных пластов применяется детализационный комплекс, который записывается в масштабе глубин 1:50 или 1:20. В детализационный комплекс входят :

    - КС_тз, ВТК (боковой токовый каротаж), ГГК-П, ГК и кавернометрия - на углях марок Д - ОС;

    - КС,, БТК(ТК), ГГК-П. ГК кавернометрия   на антрацитах.

     В настоящее время в Донецком бассейне широко применяется как в поисковом, так и детализационном масштабах селективный гамма-гамма-каротаж (ГГК-С), обладающий более высокой разрешающей способностью по сравнению со стандартным методом ГГК-П . 

Рис. 1.1. Комплексная интерпретация кривых J, ρ_к, Jρ, J_γ, J_γJ_γγ

против  угольного пласта низкого сопротивления. 

      В комплексе с указанными методами для отбора проб углей и вмещающих пород на анализ и подтверждения результатов определения мощности и строения угольных пластов другими методами широко используются боковые стреляющие грунтоносы (БСГ).

     Эффективность решения всех поставленных задач геофизическими методами зависит от геолого-геофизических особенностей диалогического разреза и месторождения в целом, соблюдения методических требований при исследованиях, а также технического состояния скважин . 

2. Особенности детальной разведки глубоких горизонтов месторождений твердых горючих ископаемых.

        Детальная разведка является завершающей стадией геологоразведочных работ перед передачей месторождения промышленности.

        В отличие от предварительной разведки, по данным которой устанавливаются принципиально рентабельность и пути освоения месторождения на основе укрупненных предварительных показателен, детальная разведка призвана дать все необходимые исходные геологические данные для составления технического проекта строительства горного предприятия.

        Запасы угля, их качество и геометризация в недрах, вся совокупность, горногеологических факторов, влияющих на выбор рациональной схемы вскрытия и системы отработки, должны быть изучены в степени, достаточной для ответственной оценки конкретных вариантов проектных решений. Правильность и точность этих данных предопределяет правильность технических решений, с которыми связаны большие материальные затраты.    

        Поэтому к детальности и достоверности материалов детальной разведки предъявляются жесткие требования. Чем выше эти требования, тем больший требуется объем необходимой первичной геологической информации, а следовательно, и больший объем работ в физическом и денежном выражении.   

        Затраты   на детальную  разведку  в  3, 4   раза   больше   затрат  на  все предшествующие разведочные работы. Следовательно, при проведении детальной разведки основным принципом должно быть получение максимально полной и достоверной информации, достаточной для проектирования строительства шахты при минимально возможных трудовых и материальных затратах. Детальная разведка должна выполняться только в обоснованных ТЭД границах шахтных полей; сроки проведения работ должны быть увязаны с перспективным планом освоения месторождения (участка). Объект детальной разведки должен быть согласован с Министерством топлива и энергетики .