Где ты был когда разведка полезных ископаемых
/imgs/2019/08/05/10/3487625/673603e9f81a389f9b3fd5f4fb425cab018c552b.jpg "Где ты был когда разведка полезных ископаемых")
Добыче полезных ископаемых предшествует колоссальный труд геологоразведочных экспедиций, исследующих недра в любой точке планеты, зачастую в труднодоступной местности и в условиях сурового климата. Принятию решений любой сырьевой компании об освоении месторождений предшествуют не столько расчёты экономистов или мнения акционеров, сколько окончательный вердикт геологов.
Цели и основные направления геологоразведки
Геологоразведочные работы — это мероприятия, направленные на выявление и подготовку к освоению в промышленных масштабах месторождений полезных ископаемых. В процессе выполнения таких работ в том числе изучается размещение пластов ископаемых, условия их образования и состав. Кроме того, изучаются компоненты, сопровождающие залежи полезных ископаемых, в том числе редкие металлы, попутный газ, сера и т. д., выясняется возможность их извлечения или же утилизации.
Геологоразведка сопряжена с анализом условий природы и климата в районах работ, социально-экономических предпосылок для реализации конкретных проектов. Она предусматривает изучение возможных способов добычи ископаемых при условии рациональной эксплуатации блоков и минимизации возможного вреда окружающей среде. Результатами осуществления работ по геологоразведке является расчёт и утверждение запасов полезных ископаемых, оценка их количественных ресурсов, в том числе прогнозная.
В случае, если залежи полезных ископаемых получают положительную оценку в результате поисково-оценочных мероприятий, проводится непосредственно разведка открытого месторождения. В её ходе выясняются геологическое строение участка, размеры, условия залегания и пространственное расположение залежей. Кроме того, вычисляются качество и количество ископаемых, технологические факторы, которые будут определять условия эксплуатации блока.
Сейсмическая, электрическая и гравитационная разведка
Одним из самых эффективных и популярных методов первичных геологических исследований месторождений, в основном залежей нефти и газа, является сейсморазведка. Её принцип базируется на регистрации сейсмических волн, которые создаются искусственным путём при помощи специального источника волн, в роли которого обычно выступает взрывчатка. Тротил размещается в неглубоких скважинах. Для инициирования как продолжительных, так и коротких импульсных колебаний могут применяться автомобильные вибраторы.
Вибрационная установка Nomad-65
С помощью источника в породе создаётся избыточное давление и распространяются колебания периодического типа. Эти волны наталкиваются на слои с разными показателями упругости, после чего меняют не только направление, но и амплитуду, а также создают новые колебания. По пути следования волн размещаются датчики-приёмники, которые фиксируют колебания и передают операторам полученные сигналы. Сейсмокомплексы представляют собой типовые системы, в состав которых входит один источник и до 300 приёмников, расположенных через 25–50 метров друг от друга. Если оператор правильно выбирает схему, это позволяет исследователям получать необходимую информацию без избыточных затрат.
Сейсмическая разведка: 1 — передающая система; 2 — приёмная система; 3 — сейсмоприёмники; 4 — сейсмическая волна; 5 — отражённая сейсмическая волна; 6 — нефтеносный пласт
В зависимости от того, как расположены друг относительно друга источники и приёмники колебаний, различают такие виды сейсморазведки:
- совмещённые источник и приёмник — 1D;
- расположение источника и приёмников на одной линии — 2D;
- расстановка приёмников на параллельных линиях по площади участка — 3D;
- периодическое повторение 3D-разведки при разработке месторождения — 4D.
После регистрации и записи колебаний проводится их анализ с целью определения особенностей распространения и свойств волн. В частности, извлекается геологическая информация о границах сейсмики. Полученные сейсмограммы требуют серьёзной обработки, поскольку они в условиях полевых работ обычно включают помехи. Что касается полезных волн, то они зачастую сложны для интерпретации. Для анализа данных применяется современная компьютерная техника.
Сигналы усиливаются, фильтруются, очищаются от нежелательных колебаний и конвертируются в цифровой формат, после чего поступают на сейсмостанцию для наблюдений. По результатам обработки геологи получают материал для дальнейшего толкования. Если на полученных геологических разрезах идентифицируются аномальные зоны распространения волн, то, как правило, это является свидетельством наличия залежей полезных ископаемых.
При наличии значительного преимущества — высокой точности измерений, сейсморазведка обладает рядом существенных недостатков. В частности, геологи не в состоянии определить качество залежей полезных ископаемых, не могут применять сейсморазведку на сложном рельефе местности. Кроме того, при наличии солевых горизонтов такая разведка неэффективна. Применение взрывчатки, в свою очередь, может негативно влиять на экосистему исследуемого района.
Закладка взрывного источника сейсмических колебаний
Ещё одним популярным видом геологоразведки является разведка электрическая. Данное направление включает способы исследования недр, которые применяются для изучения как верхних слоёв породы, так и для глубинной разведки. В свою очередь, они делятся на две большие группы.
Методы электрической разведки:
- Индукционные методы.
- Методы сопротивлений.
Исследование недр индукционными методами предусматривает создание электромагнитного поля за счёт эффекта магнитной индукции под влиянием переменного электрического поля или же магнитного поля. При обладании информацией о параметрах источника поля оператор может свободно измерить магнитные и электрические составляющие индуцированного поля и, следовательно, восстановить параметры среды их возникновения.
Магниторазведка
В свою очередь, методы сопротивлений основываются на пропускании через грунт электродов с постоянным током. Измеряется напряжение, которое вызвано данным током, поступающее от первой ко второй группе электродов. При наличии информации о напряжении и силе тока можно вычислить показатель сопротивления среды, через которую пропускается электричество. Благодаря конфигурации электродов точно устанавливается участок пространства, в которой меняется сопротивление.
Принципиальная схема электроразведки методами сопротивлений: 1 — питающая линия; 2 — измерительная линия; 3 — измерительные заземления; 4 — питающие заземления; 5 — область исследования; 6 — линии тока
Электроразведочная станция для вертикального электрического зондирования
Поиск возможных залежей полезных ископаемых производится в том числе способом гравитационной разведки. Он основан на принципе измерения показателя ускорения свободного падения. Последнее зависит не только от параметров планеты в целом, но и от аномальной плотности пород в районах поисков. Таким образом, неоднородность плотности подземных горизонтов легко вычисляется в гравитационном поле.
Гравиразведка
Поиск залежей твёрдых ископаемых
Хотя конкретные способы разведки месторождений зависят от возможности применения определённых технических средств в конкретных условиях, для выявления залежей твёрдых полезных ископаемых (руд, минералов и т. д.) соответствующие мероприятия, как правило, проводятся в шесть типовых стадий:
1. Геофизические и геолого-съёмочные работы. Данный этап включает исследование крупных геологических структур, в которых, вероятно, присутствуют полезные ископаемые. Перспективные площадки по завершению данной стадии передаются на специализированные поисковые работы.
2. Поиск месторождений. Геологи работают над обнаружением запасов определённых видов полезных ископаемых. Работы осуществляются в несколько промежуточных этапов. Вначале проводится поиск общего характера с целью выявления границ зоны потенциального размещения ископаемых. После этого обустраиваются горные выработки или скважины для выполнения структурно-геологических исследований. По результатам оценивается потенциальное промышленное значение месторождений. Если исследования оказались продуктивными, в этом случае осуществляется подсчёт ресурсов в категории C2. Составляются прогнозы добычи в количественном плане, а также разрабатывается технико-экономическое обоснование (ТЭО) продолжения геологоразведки.
3. Предварительная разведка. Геологи определяют промышленное значение участка, параметры месторождения, технологические свойства и размеры формаций полезных ископаемых, условия залегания. Составляется предварительная характеристика условий освоения блока. Результатами этой работы являются расчёт запасов не только в категории C2, но и C1, а также ТЭО на проведение детальной разведки. На этапе предварительной разведки применяется бурение (глубокое, колонковое или ударно-канатное). При изучении месторождений цветных металлов обустраиваются штольни, небольшие шахты, шурфы с целью отбора проб.
4. Детальная разведка. Данный этап работ проводится исключительно на участках с доказанной промышленной ценностью запасов. Осуществляется дополнительный подсчёт запасов в категориях A и B. По завершению этого этапа должны быть собраны данные, достаточные для начала промышленной эксплуатации месторождения согласно требованиям к изученности исследуемой зоны, в соответствии с классификацией запасов и прогнозными ресурсами.
5. Доразведка. Проводится на участках, которые были в недостаточной степени изучены на предыдущих этапах работы. Кроме того, она осуществляется в пределах флангов, обособленных участков, в глубоких горизонтах горных отводов. На этой стадии проводится последовательный перевод ресурсов из категорий C1 и C2 в более высокие классы, подсчитываются новые выявленные запасы. На ряде объектов при этом строятся глубокие шахты как разведочного, так и эксплуатационно-разведочного назначения.
6. Эксплуатационная разведка. Такой вид разведки проводится одновременно с проходческой работой, направленной на подготовку выработок. Мероприятия по разведке реализуются до момента начала очистных работ с целью обеспечения добычи на текущем этапе, а именно для уточнения информации о залежах, полученной на стадиях детальной разведки. Речь идёт о данных относительно качества, условий залегания, строения и морфологии пластов. На этапе эксплуатационной разведки проходка вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок является основным методом работ. Кроме того, возможно обустройство перфораторных — безкерновых — или же колонковых скважин для получения керна.
Особенности разведки нефтегазовых месторождений
Специфика геологоразведки нефтегазовых месторождений обусловлена особенностями залегания и природными свойствами этих полезных ископаемых. Отличительной чертой нефти и газа является то, что их залежи находятся обычно в одних и тех же районах. Газ может быть как растворён в нефти, так и образовывать газовые шапки в верхней части пространства, занимаемого «чёрным золотом».
Накопление углеводородного сырья происходит в осадочных оболочках планеты. В общей сложности в мире выявлено порядка шести сотен нефтегазоносных бассейнов. Нефть и газ находятся на глубинах от одного до нескольких километров и распределены по микроскопическим пустотам. Около 85% запасов сконцентрированы в алевритовых песчаных породах с глиняной прослойкой, остальные ресурсы — в породах карбонатного типа. Огромны запасы шельфовых месторождений, однако степень их изученности крайне мала. Пронедра писали ранее, что, по данным Минприроды, более 90% площади арктического шельфа не разведаны.
Геологические экспедиции, которые занимаются изучением нефтегазовых месторождений, выполняют комплекс работ по исследованию структуры блоков, выделению продуктивных пластов, вычислению предполагаемых дебитов нефти, газа и конденсата, давления в залежах. Все эти данные используются для составления проектов эксплуатационных работ, а также для расчётных обоснований промышленной разработки участков.
Стартует геологоразведка по стандартной схеме — со съёмки и составления геологических карт. В дальнейшем применяется гравитационная разведка. Выявление запасов по данной методике обусловлено отличительной особенность пород, насыщенных нефтью и газом — их плотность меньше, соответственно, и меньшим будет ускорение свободного падения. Нефтегазовые ресурсы выявляются в том числе с применением специфической аэромагнитной разведки, направленной на выявление антиклиналей — геологических ловушек для углеводородов мигрирующего характера на глубинах до семи километров.
Аэромагнитная съёмка выполняется с помощью магнитометров, расположенных в хвостовом коке самолёта
Особенностью же проведения сейсморазведки является то, что такой вид исследования при поиске нефтегазовых запасов осуществляется не только для выявления залежей, но и с целью определения оптимальных мест для бурения скважин разведочного назначения. Одним из эффективных методов обнаружения ресурсов «чёрного золота» и «голубого топлива» является низкочастотное сейсмическое зондирование. Данный способ основан на анализе аномального изменения спектра естественного сейсмического фона в районе размещения залежей на частотах до 10 герц.
Оборудование для сейсморазведки
Нефть и газ также выявляются при помощи методики геохимической разведки. Геологи анализируют состав подземных вод на предмет содержания органических компонентов и газов. Рост концентрации таких элементов в единице объёма пробы воды может указывать на близость пласта. Тем не менее, самым достоверным и эффективным способом разведки углеводородов в настоящее время является непосредственное бурение скважины для выявления степени достаточности их объёмов для промышленного освоения месторождения. В среднем только в трети случаев после бурения обнаруживаются такие запасы.
Бурение разведочной скважины «Шахринав-1п», Таджикистан
В современной России геологоразведка нефтегазовых ресурсов производится не только с целью немедленной разработки конкретных блоков, но и для общего прироста количества углеводородов в соответствии с требованиями Энергетической стратегии, рассчитанной до 2020 года. Напомним, что, по мнению Владимира Путина, геологоразведка крайне важна для экономики России. Открытие и изучение новых месторождений — это работа на перспективу, поскольку выявленные ресурсы фактически являются сырьевым вкладом в будущее страны.
Как, на примере одной экспедиции, проходила в СССР геологическая разведка полезных ископаемых, с какими трудностями сталкивались геологи и в чем находили маленькие радости. В день геолога об этом специально для Indicator.Ru рассказывает сотрудница Института ядерных исследований РАН Василиса Никифорова.
Бродить по планете — естественная потребность некоторых беспокойных душ. Когда с географических карт стали постепенно исчезать слепые пятна, а пираты и благородные разбойники остались лишь в сказках, на помощь искателям приключений пришла геологоразведка.
Геологическая разведка — это прикладной раздел науки о Земле, занимающийся изучением состава и строения горных пород с целью поиска месторождений полезных ископаемых. Это направление геологии зародилось еще в XIX веке и достигло своего пика на волне индустриального подъема СССР 30-50-х годов. Развивающаяся промышленность требовала все больше угля, железа, цветных и других металлов, поэтому нужно было искать новые месторождения. Начался настоящий геологический бум: в это время были сделаны крупнейшие открытия месторождений нефти, газа, алмазов, золота, железных руд, руд цветных и редких металлов.
Мой дедушка, Юрий Николаевич Никифоров, закончил школу в 1948 году. Недалеко от его дома находился Московский топографический техникум (ныне — Колледж геодезии и картографии МИИГАиК). В 1944 году в этом техникуме открылось новое направление — гравиметрия. Брали туда только парней, крепких и выносливых. Четыре года изучали, помимо собственно гравиметрии, геодезию и картографию, астрономию, геофизику и метеорологию. После второго курса самым успевающим и физически подготовленным ребятам предложили практику. Прошедших вступительные испытания: бег на время и стрельбу в тире — взяли в действующий 14-й гравиметрический отряд московского аэрогеодезического предприятия. До сих пор с восхищением в глазах дедушка вспоминает тот день, когда узнал, что он оказался в числе принятых.
Выпуск Московского топографического техникума 1952 года
Архив Юрия Никифорова
Разведка, как обычная, так и геологическая, — дело творческое, требующее системного мышления. В своей работе геологоразведчики используют различные методы. Один из основных — это гравиметрические измерения.
Принципиальная идея гравиметрических измерений проста. Величина силы тяжести, а точнее ускорения свободного падения, на поверхности Земли зависит, помимо всего прочего, от того, что находится под Землей. Гравиметристы измеряют ускорение свободного падения и по его величине судят о том, какие горные породы находятся в недрах. Без бурения скважин и строительства шахт. Например, если под нами пролегает тяжелая свинцово-цинковая руда, то в этом месте ускорение свободного падения будет выше. Если же, напротив, мы находимся над газовым месторождением, то значение выйдет меньшим.
Кварцевая система гравиметра УСИГ-5
ИФЗ РАН
Поэтому в основе работы гравиметра лежит та или иная чувствительная к гравитационному полю система: маятник, свободно падающий шарик, система рычагов и пружин с грузами известной массы. Первые гравиметры, изготовленные и использованные в СССР, работали на маятниковом принципе. Принцип работы такого прибора основан на зависимости периода колебаний от величины силы тяжести, то есть от ускорения свободного падения в данном месте. Измеряя период колебаний, рассчитывают ускорение свободного падения.
Устройство измерительной системы астазированного кварцевого гравиметра
Geoget.ru
Конечно, на величину ускорения свободного падения влияет также рельеф местности, изменение высоты и несферичность формы Земли. Поэтому важная составляющая гравиметрической съемки — это топографо-геодезические работы, то есть получение данных о высоте, широте, долготе гравиметрических точек, позволяющих вводить соответствующие поправки к измеряемой силе тяжести.
В той экспедиции, однако, молодые люди не столько занимались собственно гравиметрией, сколько познавали специфику и романтику своей будущей профессии. 14-й гравиметрический отряд тогда пристально изучал Приобье, от Тюмени до Салехарда, часть той самой территории, которая после многочисленных геологических экспедиций была признана важнейшей сырьевой базой страны и названа Западно-Сибирским нефтегазоносным бассейном. Работы проводились в долине реки Амня, недалеко от поселков Казым и Березово (ныне — Ханты-Мансийский автономный округ — Югра). Вдоль берега этой извилистой речки ребята две недели тащили, как бурлаки, лодку, груженую геодезическими приборами и… начальником экспедиции. Причем идти можно было только по выпуклому берегу, так как вогнутый всегда был подтоплен и заболочен камышом. Так и шли, переходя попеременно то на левый берег, то на правый.
Река Таз, 1955 год
Архив Юрия Никифорова
В СССР с 30-х по 70-е годы создавалась единая гравиметрическая сеть — совокупность опорных точек, в которых измерялась сила тяжести. Эти опорные точки служили основой для более мелкомасштабной, детальной гравиметрической съемки местности, которая проводилась в перспективных районах и областях с целью поиска месторождений.
В среднем опорные точки отстояли друг от друга на 30 километров. Один цикл измерений на маятниковых приборах того времени длился не менее восьми часов. Чтобы составить гравиметрическую карту страны, геологи проходили через болота и реки, сквозь леса, горы и степи. По тем местам, где не ступала нога человека, и по тем местам, где люди живут обособленно, никогда не покидая свои поселения. Так что по возвращении домой в вещмешке у геолога обнаруживалось много захватывающих историй.
Когда мы ходили по глухим местам Тюменской области, мы остановились в одной из невзаимодействующих с внешним миром деревень. Местные жители нам рассказали, что здесь в лесах живет дикий человек. Человек как человек, но одевается в шкуры, пищу себе добывает охотой и к людям не выходит. Нас предупредили, что глубоко в лесу он расставляет ловушки на зверей и что нам нужно быть очень осмотрительными, чтобы самим в эту ловушку не попасть. Мы тогда этот рассказ восприняли просто с интересом, поблагодарили за предупреждение и двинулись в путь.
Шли мы уже достаточно долго, когда вдруг (слава Богу) заметили натянутую вдоль земли веревку. Мы посмотрели, куда тянется веревка, и так и замерли на месте: эта ловушка спускала тетиву огромного туго натянутого лука. Какой-нибудь зверь, скажем лось, проходя этой дорогой, задевал ногой веревку, и в него вонзалась стрела. Мы не лоси, но, думаю, не заметь мы эту веревочку, все могло бы и для нас плохо кончиться. Мы поняли, что рассказы про дикого человека не выдумка, и дальше шли очень осторожно.
Самого дикаря мы не видели, но встречали места его стоянок, еще теплые костры. Думаю, он наблюдал за нами.
Юрий Никифоров
История первая. «Дикий человек»
В составе сухопутной экспедиции непременно присутствовали лошади, которые тащили на себе груз и провиант. Правда, иногда нужно было «тащить» самих лошадей: например, их копыта не очень приспособлены к тому, чтобы ходить по топким болотам. Тогда животных приходилось освобождать от поклажи, тянуть и следить за тем, чтобы они не переломали себе ноги.
Салехард, 1953 год
Архив Юрия Никифорова
Провиант, который брали с собой, — это в основном крупы, чай и сахар. Что-то из еды покупали у местных жителей, если таковые имелись. Геолог был настоящим ходячим гастрономическим атласом: в северных районах можно было попробовать оленину в различных видах, в рыбацких деревнях — соленую рыбу из бочек. Кроме того, у геологов с собой были ружья, поэтому частенько рацион пополнялся и добытым на охоте мясом.
Когда мы разбивали лагерь у реки, нам иногда удавалось разжиться гусем. Готовили мы его следующим образом. Брали неощипанного гуся, речную глину и обмазывали гуся глиной целиком толстым слоем в несколько сантиметров. Потом закапывали в песок на берегу, а сверху разжигали костер. Через несколько часов, когда костер догорал, можно было доставать гуся. Разбив его глиняный «кувшин» и вытащив гуся, мы автоматически освобождали его от перьев. Мясо было нежным и ароматным.
Юрий Никифоров
«Гусь, запеченный в глине». Рецепт от геологоразведчиков
Если гравиметрическая экспедиция (чаще ее называли просто «партия») была не очень сложной, то с собой брали кухарку. Но в серьезной экспедиции того времени женщина была непозволительной роскошью.
В разное время года экспедиции имели свои особенности. Если летом основной проблемой были кровососущие насекомые, то зимой надо было греться. В северных регионах мороз бывает крепкий, и зимние походы представляют собой особый вид искусства приспосабливания.
Станция Обская, Лабытнанги, Ямало-Ненецкий автономный округ, зима 1954 года
С изобретением современных сверхлегких теплоудерживающих материалов и мембранных тканей зимние походы стали куда более комфортным делом, чем 50-60 лет назад. Тогда все было несколько сложнее. На снег стелили толстым слоем лапник (зеленые еловые ветки), сверху ставили палатку. Спальные мешки были сделаны из собачьего меха (возможно, звучит диковато, но, с другой стороны, чем собаки лучше оленей?). Весил такой спальничек около десяти килограммов, но тепло держал отменно. Забирались в него раздетыми почти догола, потому что белье в таких условиях впитывает влагу, намокает и становится скорее врагом, чем союзником. Мешок застегивали практически наглухо, оставляя возле рта небольшую дырочку для воздуха.
Зимой в палатке у нас была печка, и каждую ночь кто-то из партии дежурил, поддерживая очаг. Но нередко дежурный «не доживал» до утра и засыпал. Разумеется, внутри палатки быстро становилось жутко холодно. Дырочка в спальнике возле рта, которую мы оставляли незакрытой для дыхания, затягивалась льдом. Вот так просыпаешься утром, разбиваешь лед возле лица, высовываешь руку из спальника, этой рукой суешь дрова в печь и разжигаешь огонь. Через некоторое время становится достаточно тепло для того, чтобы вылезти из мешка и одеться.
Юрий Никифоров
История вторая. «Зимний сон»
Помимо гравиметрической разведки, сочетающей в себе относительную простоту и большую глубинность исследования, геологи также успешно применяют и другие методы разведки: магниторазведка — поиск руд, прежде всего металлических, по их собственному магнитному полю; электроразведка — поиск полезных ископаемых, исходя из данных об электропроводности горных пород; сейсморазведка — метод, основанный на изучении распространения в горных породах сейсмических волн, возбужденных искусственно с помощью взрывов или ударов. Для обнаружения месторождений урановых и других радиоактивных руд применяется ядерная геофизика. Сочетание различных подходов дает наиболее точный результат, позволяющий локализовать нужный участок земной коры и после этого приступать к бурению.
Активная геологическая разведка середины XX века преобразовала экономическую карту СССР. Геологи открыли крупные и мелкие месторождения, такие как Западно-Сибирский нефтегазоносный бассейн, Хибинское месторождение апатито-нефелиновых руд, многие уральские железорудные месторождения. Ранее преимущественно сельскохозяйственные районы Центральной Сибири превратились в крупнейшие промышленные центры, по всей стране, как грибы после дождя, выросли горно-, нефте- и газодобывающие предприятия, вокруг них — новые города.
Россия — страна с самой большой в мире площадью лесов (около 24% от лесных запасов всей планеты). Специфика профессии геологоразведчика в том, чтобы найти одно сокровище на бескрайних просторах другого.
Архив Юрия Никифорова
Геологоразведчики, подобно своим предшественникам, геодезистам и картографам, осваивали необжитые и труднодоступные территории, путешествуя от Кубани до Камчатки и сталкиваясь с различными культурами, традициями, изолированными народностями. Многие геологи оставили после себя труды о нравах и обычаях народов Севера, Сибири, Дальнего Востока, Средней и Центральной Азии.
И сейчас геологоразведочная отрасль нуждается в новых квалифицированных специалистах. Разведка нужна очень точная, аккуратная. Сейчас в распоряжении геолога космические снимки, современные высокоточные и быстрые гравиметры, разнообразная геофизическая аппаратура, компьютеры. И хотя геологоразведчик XXI века и стал немножко больше аналитиком и немножко меньше суперменом в свитере и с бородой, он по-прежнему остался человеком, заброшенным в сердце тайги, а сама геологическая разведка, как и 50 лет назад, находится в списке самых романтических профессий. Для избранных.
Автор — Василиса Никифорова
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.