Геофизические работы при разведке месторождений полезных ископаемых

Все возрастающие объемы геологоразведочных работ на нерудные полезные ископаемые требуют существенного повышения их эффективности и качества.
Достижение высокой геологической эффективности геологоразведочных работ и качества подготовки запасов полезных ископаемых для промышленного освоения в настоящее время невозможно без широкого внедрения в производство новейших достижений науки и техники.
Одним из наиболее реальных путей повышения качества и эффективности геологоразведочных работ является широкое использование при разведке месторождений геофизических методов. Многочисленность и разнообразие нерудных полезных ископаемых, к которым относится около 50 различных горных пород и более 150 минералов, их приуроченность к различным отложениям осадочных, магматических и метаморфогенных формаций обусловливают специфические особенности геофизических исследований, проводимых на месторождениях неметаллических полезных ископаемых.
На месторождениях нерудного минерального сырья, как правило, дифференциация продуктивных и вмещающих пород по их физическим свойствам выражена слабо, что затрудняет применение физических методов исследования при их разведке. Более благоприятны условия для поисков неметаллических полезных ископаемых, благодаря заметному выделению физических полей геологических образований к которым приурочены залежи полезных ископаемых. Наличие таких полей используется для изучения особенностей геологического строения районов развития нерудных полезных ископаемых, определения характеристик геофизических поисковых признаков и критериев и в относительно редких случаях для непосредственного выделения тел полезного ископаемого и количественной оценки его качества.
На современном уровне развития науки при разведке месторождений нерудных полезных ископаемых для получения достоверных данных о мощности тела полезного ископаемого и содержания в нем полезных компонентов, реже вредных примесей, наиболее часто используется каротаж скважин.
Разработанные комплексы каротажных работ позволяет в ряде случаев с необходимой точностью устанавливать положение, мощность и строение тел полезного ископаемого. Наиболее хорошие результаты дают ядернофизические методы, но при благоприятных условиях используются и другие виды каротажа, в частности магнитный каротаж и каротаж проводимости.
Благодаря высокой точности и достаточной достоверности ядерно-физических методов их данные нередко используются при подсчете запасов. Опробование и определение мощности ядернофизическими и другими методами каротажа имеют особо важное значение на месторождениях, представленных полезным ископаемым, по которому вследствие его хрупкости и склонности к избирательному истиранию трудно, а иногда и невозможно получить представительный керновый материал. Использование геофизических методов представляет возможность увеличить скорость проходки скважин и частично перейти на бескерновое бурение, что имеет большое экономическое значение.
Ядернофизические методы каротажа скважин успешно применялись при разведке ряда месторождений флюорита, апатита, калийных солей, барита и др. По результатам каротажа скважин были подсчитаны и утверждены ГКЗ России запасы полезных ископаемых.
При оценке месторождений нерудных полезных ископаемых затрудняющим обстоятельством практического использования данных ядернофизического каротажа является невозможность определения существующими методами всех необходимых для характеристики качества сырья элементов, большей частью являющихся вредными примесями. Серьезным препятствием широкому использованию ядернофизических методов каротажа является также отсутствие унифицированной методики их проведения. По существу, при разведке каждого нового месторождения одного и того же полезного ископаемого применяется новая модификация метода и новый комплекс методов. Так, при разведке Покрово-Киреевского месторождения плавикового шпата применялся стандартный метод активационного каротажа скважин (AK). Использование этого метода на месторождении Таскайнар Южный показало, что он не обеспечивает надежного выделения руд с содержанием CaF2 менее 15%. Это не позволило опробовать руды с бортовым содержанием 10%. Учитывая изложенное, был разработан и внедрен в разведку спектрометрический вариант активационного каротажа.
Различные методы и их комплексы применяются и при разведке месторождений фосфоритов: гамма-каротаж — на Вятско-Камском, Егорьевском и Чилисайском месторождениях, гамма-гамма-каротаж, HAK и HAK-C — на месторождениях Kaратауского бассейна.
На разных месторождениях калийных солей также используются различные методы каротажа: ГК, ГГК и HHK — на Верхне-Камском и Старобинском, ГГК и HAK — на Предкарпатских месторождениях и т. д.
Это обстоятельство снижает эффективность геофизических методов вследствие необходимости производства на каждом месторождении большого объема экспериментальных и заверочных работ.
He менее важное значение, чем каротаж скважин, имеют и межскважинные геофизические исследования, с помощью которых возможно выявление элементов тектоники, обнаружение тел полезного ископаемого в межскважинном пространстве, определение границы выветривания пород и зон карстовых нарушений и т. д. И, несмотря на то что данные, полученные этими методами, непосредственно при подсчете запасов используются редко, применение их существенно облегчает решение ряда геологических и разведочных задач.
Для установления ориентировочного контура развития полезного ископаемого и оценки элементов его залегания на месторождениях минеральных солей, самородной серы, баритов и других неметаллических полезных ископаемых наиболее широко и успешно используются различные модификации электроразведочных методов на постоянном или низкочастотном полях.
Для оконтуривания известняков и доломитов под наносами неплохие результаты дает электропрофилирование; метод вертикального электрозондирования (ВЭЗ) иногда используется для определения мощности вскрышных пород и в некоторых случаях — мощности толщи известняков или доломитов.
При разведке Боснийского месторождения доломитов для определения границы делювиальных отложений и коренных пород применялся метод кажущегося сопротивления (КС) и естественной поляризации (ПС). Методом ВЭЗ определялись мощности рыхлых отложений в промежутках между скважинами.
На месторождениях магнезита при благоприятных условиях магнитометрией и электрометрией можно оконтурить полезную толщу, электроразведкой — установить контакты между различными породами и свитами, уточнить рельеф почвы и кровли залежи. С помощью электроразведки устанавливаются зоны дробления слагающих месторождение пород.
При разведке кварцитов Антоновской группы месторождений удовлетворительные результаты дал комплекс геофизических методов, включающий электрический каротаж с записью кривых КС градиент- и потенциал-зондами, радиоактивный каротаж ГК, в безводных интервалах MCK, кавернометрия и инклинометрия. Этими методами выделялись в разрезе скважин пласты кварцитов, определялись их мощности и строение, литология вмещающих пород, техническое состояние скважин.
На Троицко-Байновском месторождении огнеупорных глин с помощью сейсморазведки (ударно-возбуждающих упругих колебаний) были установлены характерные особенности волнового поля, соответствующие структурам, осложняющим строение залежи глин. Для выявления и разведки карста на месторождениях карбонатных пород, ископаемых солей, гипса, самородной серы успешно применяются электро-, грави- и сейсморазведка, причем для карбонатных и галогенных толщ особенно эффективна электроразведка.
При разведке плавиковошпатовых месторождений эффективно применяется пьезоэлектрический метод, основанный на различии пьезомодулей кварц-флюоритовых тел и вмещающих пород. Этот же метод в комплексе с электро- и магниторазведкой успешно может использоваться и при разведке месторождений пьезооптического сырья, жильного кварца, драгоценных и поделочных камней, а также на месторождениях гранитных пегматитов. Известны примеры разведки пьезокварцевых месторождений с применением метода радиоволнового просвечивания.
Из приведенного далеко не полного перечня видно, что при разведке месторождений нерудных полезных ископаемых применяются различные методы каротажа и межскважинной геофизики. От правильности выбора методов и их комплексирования зависит эффективность геофизических работ. Правильное и рациональное комплексирование каротажа, межскважинной геофизики и методов геологического изучения месторождений по керну скважин несомненно дает значительный экономический эффект и позволяет повысить достоверность разведанных запасов.
Однако имеются случаи, когда проводимые на месторождениях геофизические работы не дают практического результата и приводят лишь к увеличению затрат на разведку месторождения и снижению эффективности геологоразведочных работ. Характерны в этом отношении геофизические работы, выполненные на месторождениях слюды. Слюдоносные образования по физическим свойствам практически не отличаются от вмещающих пород, что исключает возможность их выявления методами электро-, грави- и сейсморазведки. Несмотря на это, указанные методы систематически применяются при разведке месторождений мусковита и флогопита в различных их модификациях и сочетаниях. Между тем, слюдоносные образования характеризуются повышенным содержанием калия, что определяет предпосылки его выявления в спектрах гамма-излучения. Однако этот метод был применен только на Ковдорском месторождении.
Особенно опасны неправильность выбора методов и ошибочное их комплексирование. Так, например, неправильный выбор и использование непригодных для данного месторождения геофизических методов для определения карста на Соломенском и Пикалевском месторождениях привело к усложнению и удорожанию геологоразведочных работ.
При выборе методов геофизических исследований чрезвычайно важное значение имеет правильная оценка возможности их применения. На эффективность геофизических методов оказывают влияние геологическое строение месторождения, вещественный состав полезного ископаемого, обводненность, техническое состояние скважин при их каротаже, естественные и промышленные помехи. Поэтому перед постановкой геофизических работ необходимо определить условия, при которых они дадут падежные результаты. Так, например, применяемый при разведке баритовых руд на месторождениях Кентобе и Жуманай рентгено-радиометрический метод каротажа дает удовлетворительные результаты лишь при условии отсутствия в рудах месторождений свинца, резких колебаний содержания железа (не более 5% от принятого при градуировке), крупных каверн в стенках скважин (размером более 1 см х 35 см) и значительной их глинизации. Высокая глинистость руд на Жуманайском месторождении исключила возможность использования указанного метода для определения содержания в рудах сернокислого бария.
В районе проведения геофизических работ нередко наблюдаются многочисленные аномалии, нe связанные с изучаемым геологическим объектом. Таковы, например, аномалии естественного электрического поля, вызванные фильтрационными процессами, магнитные аномалии за счет ударов молний, аномалии, обусловленные резкой неоднородностью состава и мощности элювиально-делювиальных и пролювиальных отложений, и другие естественные аномалии. Кроме них большое искажающее влияние на результаты геофизических исследований могут оказывать промышленные помехи. Поэтому очень важно установить природу возмущающих объектов и выбрать такой комплекс, при котором не сказывается влияние указанных аномалий и помех.
Геофизические работы должны применяться на всех стадиях геологоразведочных работ, прежде всего с целью рационального размещения горных выработок и буровых скважин, сокращения их количества, сроков разведки и затрат на ее проведение. Особенно большое значение геофизические работы имеют на стадии предварительной разведки, на которой с их помощью, кроме решения указанных задач, возможно в ряде случаев решить вопрос о возможности применения бескернового бурения части скважин.
Геофизические работы планируются и проводятся в общем комплексе геологоразведочных работ и с учетом охраны окружающей среды. Рациональный комплекс исследований в проекте определяется, исходя из специфических условий полезного ископаемого, рельефа местности, климата, наличия или отсутствия подземных вод и других природных и искусственных факторов.
При выборе методов геофизических исследований следует учитывать, кроме указанных выше, также условия передвижения геофизических установок по местности, наличие аэродромов, залесенность, продолжительность сезона полевых работ и т. д.
Для каждого выбранного метода должны быть установлены конкретные задачи, решаемые им, определен объем работ и взаимосвязь между исследованиями, проводимыми различными методами. Особенно важно выделить задачи, подлежащие решению комплексом геофизических и других методов и видов работ, а также правильно определить соотношение объемов этих работ.
Hа тех месторождениях, где хорошие результаты дает каротаж скважин, определение по его данным мощности тела полезного ископаемого и содержания полезных и вредных компонентов в нем должно проводиться по всем скважинам, независимо от выхода керна, так как в ряде случаев, даже при высоком выходе керна (90—100%) данные кернового опробования не всегда могут характеризовать тело полезного ископаемого. Такие случаи возможны при резко изменчивом, вкрапленном оруденении, когда скважины, пройденные в контуре промышленной минерализации могут характеризоваться по керну как безрудные. В этих случаях возникает необходимость оценки степени оруденения за пределами объема ограниченного стенками скважины. Эта задача решается лучше всего методами межскважинной геофизики, но в определенных случаях и в известной мере она может быть решена и средствами каротажа, поскольку он также дает характеристику горных пород за пределами стенок скважины.
В тех случаях, когда результаты геофизических работ используются непосредственно для подсчета запасов полезных ископаемых, на месторождении должен быть проведен оптимальный объем заверочных работ.
Использование для подсчета запасов геофизических данных возможно только при условии подтверждения заверочными работами достоверности их результатов, одобрения применяемой методики соответствующим научно-методическим Советом Мингео России и Экспертно-техническим советом ГКЗ России.