Одно из направлений поисков полезных ископаемых
ТОП 10:
Краткий конспект курса лекций
Доцент Сокерин М.Ю.
Г. Сыктывкар, 2007 г.
Раздел 1. Введение в систему геологического изучения недр, поисков, оценки и разведки месторождений полезных ископаемых. Стадии геологоразведочных работ. Содержание поисковых работ. Содержание разведочных работ. Основные принципы классификации, оценки и учета запасов и ресурсов полезных ископаемых.
Тема 1
Вводная лекция. Определения и понятия. Место учения о поисках и разведке месторождений полезных ископаемых в системе наук о Земле. Краткая история. Промышленная классификация полезных ископаемых. Законодательство о недрах. Геологоразведочная отрасль страны.
Цели и задачи курса. Прикладной курс знаний «Поиски и методика разведки месторождений полезных ископаемых» является составной частью учения о полезных ископаемых, выясняющего условия образования (генезиса), изменения (преобразования) и сохранения сформированных тел полезных ископаемых, условия нахождения и пути наиболее эффективного выявления, оценки и разведки промышленных месторождений полезных ископаемых (МПИ). Вместе с курсом «Техника разведки МПИ», изучающим технологию и методику разведочного бурения и проходки поверхностных и подземных горноразведочных выработок, этот курс и направление практической (прикладной) геологии иногда называют «Геологоразведочным делом» (по аналогии с «Горным делом», от которого геологоразведочное дело когда-то отпочковалось).
Один из крупнейших разведчиков и теоретиков учения о поисках и разведке МПИ Владимир Михайлович Крейтер, работавший в 30-х -60-х годах прошлого века, дал достаточно точное и четкое определение:
«Учение о поисках и разведке полезных ископаемых есть прикладная геологическая наука, изучающая условия нахождения и пути наиболее эффективного выявления промышленных месторождений полезных ископаемых» (Крейтер, 1969).
В.М. Крейтер считал, что это учение как самостоятельная наука геологического цикла впервые оформилась в начале 30-х годов ХХ века в СССР, когда из нее выделилась техника разведки. Но, несмотря на достаточно веские основания такого определения времени рождения и возраста учения о поисках и разведке МПИ, вероятно, это несколько упрощенный взгляд.
История поисков, оценки и разведки месторождений полезных ископаемых насчитывает многие тысячелетия. Вспомним названия этапов развития человечества – «каменный век», «бронзовый век», «железный век». С древнейших времен люди использовали каменные орудия (топоры, резцы, ножи), позднее, используя «подъемную руду» и приповерхностные легко обнаруживаемые месторождения металлов и освоив технологию переплавки меди и олова, создали бронзовые орудия труда, позднее научились выплавлять более тугоплавкое железо.
Вначале использовалась так называемая «подъемная руда» – рудные обломки собирались с поверхности земли, затем для добычи полезных ископаемых все больше используются горные выработки (карьеры, шурфы, шахты и т.п.).
С самого начала человеческой истории людей интересовало золото, вначале в качестве украшений, позднее в качестве эталона ценности (стоимости), а уже в новейшей истории начали широко использоваться выдающиеся химические и физические свойства этого металла – его химическая устойчивость к различным окислителям, высочайшая электропроводность, ковкость – способность расплющиваться до тончайших прозрачных зеленоватого оттенка пластинок и т.д. и т.п.
Во все времена людей интересовали и сами горные породы в качестве строительного материала для строительства жилья, зданий, инженерных сооружений и т.д. и т.п.
Добывая ископаемые, люди одновременно изучали и закономерности их размещения, накапливали опыт выявления месторождений, закрепляли в памяти поколений поисковые признаки. Древние горные выработки проходились с исключительной целесообразностью, указывающей на то, что рудокопы хорошо разбирались не только в рудах, но и во вмещающих их породах.
Еще в XVI веке немецкий ученый Георг Агрикола, вероятно, первым обобщил опыт горно-металлургического производства и, систематизировав его по процессам, выделил направление «поиски и разведка месторождений полезных ископаемых».
В России одна из первых исторических дат открытий ископаемых богатств относится к первой четверти XIII века, когда (неизвестно кем) было открыто «Цильменское» месторождение медных руд в Печорском крае, которое едва ли не является первым открытием месторождений руд в древней Руси.
В 1491 г. царь Иван III посылает из Москвы на Цильму поисковую партию иностранных (Иван да Виктор) и местных – русских (Андрей Петров и Василий Болтин) «рудознатцев» «руды искати серебряные». Это была, вероятно, первая государственная экспедиция Московской Руси. Уже 20 октября того же года рудознатцы вернулись в Москву и сообщили, что «они нашли руду серебряную и медную великого князя в вотчине на Цильме, не доходя до Космы реки…». На следующий же год царь посылает на Цильму новую партию «рудознатцев», но на этот раз уже с 340 рабочими. Был создан горный промысел медных и серебряных руд и организовано производство медных и серебряных монет. Горный промысел на Цильме, по-видимому, является одним из первых горнорудных промыслов государственного значения Московской Руси конца XV века.
До этого, в 1700 г. Петром Первым в России был создан Приказ рудокопных дел, переименованный в 1718 г. в Бергколлегию. Отсюда берет начало Государственная геологическая служба России, которая 6 лет назад отметила 300-летие. Приказ рудокопных дел разрабатывал и рассылал на места инструкции по поискам, разведкам, опробованию и разработке месторождений.
В.Н. Татищевым, выдающимся деятелем Петровской эпохи, в 1721 г. были основаны на Урале горные школы, из которых в 1725 г. было решено послать в составе Камчатской экспедиции Беринганесколько человек «в сыскании и в пробах рудных наученых людей с надлежащими инструкциями и припасы, чтобы оные, где найдены будут богатые металлы или минералы, могли на больших пробах действительно плод показать, не пропуская времени».
В XVIII веке величайший российский ученый-энциклопедист М.В. Ломоносов опубликовалважные труды «О слоях земных» (опубл. 1763), «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757), «Первые основания металлургии или рудных дел», в которых заложены основы системы поисков и разведки месторождений.
Таким образом, когда знакомишься с историей выявления месторождений и развития добычи полезных ископаемых в старейших горнорудных районах (на Урале, в Забайкалье – «…где золото роют в горах…», за рубежом (в США, Канаде, Южной Африке, Германии), то становится понятным, что учение о поисках и разведке МПИ, несомненно, имеет более древнюю историю, чем 30-е годы прошедшего века, и, как и для других важнейших направлений науки (химии, физики, геологии в целом и др.), наверное, непродуктивно пытаться определить конкретный год или десятилетие оформления этой науки.
Тем не менее, можно говорить о том, что как в СССР, так и за рубежом в начале 30-х годов XX века в связи с резким ростом потребностей в металлах, топливе, строительном сырье (в связи с военными целями, индустриализацией, началом технической революции 20-го века) поиски и разведка МПИ оформились в самостоятельное направление науки. Здесь нельзя преувеличивать роль ученых СССР (Е.О.Погребицкого, В.М. Крейтера, А.П. Прокофьева, В.И. Смирнова, М.Н. Альбова), хотя она и велика. Но одновременно с нашими отечественными работами теория и практика поисков и разведки МПИ в этот период активно развивалось и за рубежом (США – Виктор Линдгрен еще в начале 20-го века читает курс лекций по ПРМПИ в Мичиганском политехническом институте; появляются серьезные работы в этом направлении в Германии). В последние годы активно работает над развитием теории и практики поисков и разведки МПИ Китай, впитавший теоретические и методические подходы и приемы поисков и разведки из опыта СССР и США.
Появление в 30-х годах кафедр полезных ископаемых и методов поисков и разведки МПИ в системе геологических ВУЗов и техникумов (Московский геологоразведочный институт – МГРИ, старый Ленинградский горный институт -ЛГИ, Свердловский горный институт, геологические факультеты Московского, Ленинградского ГУ, Львовского университетов и др.), развитие системы отраслевых (в геологической отрасли) научно-исследовательских институтов – Центрального научно-исследовательского института цветных, благородных металлов и алмазов (ЦНИГРИ), Всероссийского института минерального сырья (ВИМС), Всероссийского научно-исследовательского геологического института (ВСЕГЕИ) и др. – способствовали становлению и укреплению учения о поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.
Это практическое направление геологической науки – одно из самых важнейших и актуальных во все времена. Сама геология как наука развивалась во многом благодаря тому постоянному интересу, который человечество имело к полезным ископаемым, их выявлению и извлечению для пользы людей.
В настоящее время спектр используемых человеком полезных ископаемых весьма широк и растет в зависимости от потребностей современных технологий. Современное и перспективное (будущее) развитие технологий требует все новых материалов с определенными свойствами, все новых полезных ископаемых…
Что же такое «полезное ископаемое»? Это – добываемое из недр природное образование, пригодное для использования человеком в виде породы, минерала, извлекаемого химического элемента. По направлениям использования выделяются классы и подклассы полезных ископаемых (см. таблицу).
Природные скопления полезных ископаемых, извлечение которых из этих скоплений технически и технологически возможно и экономически рентабельно (безубыточно), называются месторождениямиполезных ископаемых. Выявляемые неясные по масштабам (размерам), обычно небольшие, скопления полезных ископаемых называют проявлениямиполезных ископаемых (для металлических полезных ископаемых с повышенными – рудными – концентрациями металлов они называются рудопроявлениями). Иногда выделяют еще пункты рудной минерализации.
Полезные ископаемые образуются в результате разнообразных геологических процессов, происходящих как на глубинах Земли (эндогенные процессы), так и на ее поверхности (экзогенные процессы). Вы изучали эти процессы уже в первом геологическом курсе общей или динамической геологии. К эндогенным геологическим процессам, приводящим к образованию полезных ископаемых, относятся магматизм, образование, накопление и движение горячих и теплых внутриземных жидкостей (прежде всего, воды и разнообразных водных растворов) и газов (гидротермальные и пневматолитовые процессы), тектонические процессы (сжатие и растяжение громадных блоков земной коры, приводящее к образованию складок, тектонических нарушений – разломов, разрывов Земной коры), метаморфизм и метасоматоз. К основным экзогенным процессам рудообразования (минералообразования) относятся осадкообразование и выветривание.
Помимо генетической классификации полезных ископаемых, существует промышленная классификация МПИ, с выделением основных (главных) и второстепенных промышленных типов м-ний, для поисков и разведки которых применяются особые комплексы методов и технических приемов.
ПО́ИСКИ МЕСТОРОЖДЕ́НИЙ полезных ископаемых, комплекс работ и связанных с ними исследований, направленных на выявление и перспективную оценку месторождений полезных ископаемых. П. м. могут осуществляться на всех стадиях геолого-разведочных работ – в качестве основных на стадии поисковых работ или сопутствующих на остальных стадиях. Применявшиеся ранее подстадии поисковых работ – рекогносцировочные, общие и детальные поиски на практике в совр. условиях не реализуются. Для повышения эффективности геолого-съёмочных и поисковых работ, увеличения «поискового задела» в практику федеральных геолого-разведочных работ в РФ введены (2001) на уровне подстадий «прогнозно-поисковые» и «поисково-оценочные» работы. Однако должной регламентации по статусу, а также требованиям к содержанию и результатам они пока не получили.
В зависимости от сложности геологич. строения территории, вида прогнозируемого полезного ископаемого и глубинности исследований П. м. проводятся в разл. масштабах (от 1:50000 до 1:2000). Выбирая масштаб проектируемых поисковых работ, ориентируются на размеры стандартных топографич. планшетов: при площади поисков св. 330 км2 – 1:50000; 80–330 км2 – 1:25000; 15–80 км2 – 1:10000; 5–15 км2 – 1:5000; до 5 км2 – 1:2000. В двух первых случаях поиски обычно ведутся на полезные ископаемые регионального распространения (некоторые типы стратиформных месторождений, угли, соли и др. осадочные полезные ископаемые). При этом предусматривается оценка участков не только на ведущие, но и сопутствующие полезные ископаемые.
П. м. проводятся на новых или недостаточно изученных территориях в целях выявления потенциальных рудных полей, месторождений и проявлений полезных ископаемых, определения по совокупности обоснованных поисковых критериев и признаков целесообразности их дальнейшего изучения. Объекты исследований – бассейны, рудные районы, узлы, поля и их части, выявленные на предшествующей стадии геолого-разведочных работ (региональное геологич. изучение недр и прогнозирование месторождений полезных ископаемых). П. м. возможны и в ранее исследованных районах при условии изменения представлений об их геологич. строении, рудоносности, конъюнктуре минер. сырья, увеличения глубинности исследований, внедрения более эффективных совр. технологий реализации поисков. На площадях распространения техногенных образований, рассматриваемых в качестве возможного источника минер. сырья, возможна постановка спец. работ – ревизионно-оценочных.
Для прогнозирования площадей, перспективных на выявление конкретных видов и комплексов полезных ископаемых, используются совокупности благоприятных поисковых предпосылок и признаков. Поисковые предпосылки – комплекс факторов, определяющих условия нахождения полезных ископаемых в земной коре и позволяющих оценивать возможность обнаружения месторождений на определённых площадях; отражают связь полезных ископаемых с геологич. структурами, рельефом, климатом, возрастом геологич. образований, составом горных пород, аномальными полями разл. типа. Bыделяются: глубинно-металлогенич., климатич., геохронологич. и стратиграфические, тектонич., геоморфологич., литологич., петрологические, петрографич., минералогич., геохимич., геофизич. предпосылки. По масштабу проявления поисковые предпосылки подразделяются на планетарные, региональные, районные и локальные, что позволяет оценивать связь геологич. факторов разл. иерархических уровней с соответствующими им уровнями проявлений полезных ископаемых: планетарные – с минерагеническими поясами и провинциями (бассейнами), региональные – с минерагеническими зонами, узлами и полями, локальные – с месторождениями, продуктивными зонами и рудными телами.
Поисковые признаки – минералогич., геохимич., геофизич. факторы (аномалии), прямо или косвенно указывающие на наличие проявлений полезных ископаемых в пределах конкретных площадей, участков или геологич. обстановок. В зависимости от видов аномалий и методов их выявления поисковые признаки подразделяют на минералогические (минералого-петрографич.), геохимические (лито-, био-, гидро- и атмогеохимич.) и геофизические (сейсмич., магнитные, электрич., гравитационные). По степени надёжности выявления полезных ископаемых различают признаки прямые и косвенные. К прямым признакам относят проявления полезных ископаемых на поверхности в естеств. обнажениях, в горных выработках или керне буровых скважин; ореолы и потоки рассеяния в виде его собственных минералов или химич. элементов (напр., золота, касситерита или олова, шеелита или вольфрама, киновари или ртути и т. п.) в рыхлых склоновых отложениях или аллювии (шлиховые или лито-, био-, гидро-, атмогеохимич. аномалии), в коренных породах; магнитные или радиометрич. аномалии высокой интенсивности, однозначно указывающие на наличие магнетитовых или радиоактивных руд соответственно. К косвенным поисковым признакам относят: ореолы и потоки рассеяния минералов и химич. элементов– спутников осн. полезных компонентов (напр., халькопирита, галенита, сфалерита, арсенопирита, а также меди, свинца, цинка, мышьяка для золоторудных месторождений; шеелита, вольфрамита, а также вольфрама для оловорудных месторождений и т. п.); ореолы и поля распространения сопровождающих проявления полезных ископаемых метасоматитов (березитов, грейзенов, скарнов, альбититов и др.); слабо выраженные геофизич. аномалии, обусловленные физич. свойствами рудовмещающих горных пород и структур, а также метасоматитов и др. причинами.
Поиски месторождений твёрдых полезных ископаемых
Включают в себя комплекс геологич., минералогич., геофизич., геохимических (см. Геохимические поиски, Биогеохимические поиски) и иных видов исследований, сопровождаемых проходкой поверхностных горных выработок и буровых скважин. Для поисков скрытых и погребённых объектов используется глубинное бурение в сочетании со скважинными геофизич. и геохимич. исследованиями. На основе анализа геологич. строения территорий, природных и ландшафтных особенностей, накопленного опыта исследований разрабатывается прогнозно-поисковый комплекс применительно к прогнозируемому геолого-пром. типу месторождения. В процессе П. м. устанавливают факт наличия полезного ископаемого и оценивают его возможные качества по осн. и попутным компонентам, производят вскрытие в коренном залегании и опробование; прослеживают рудоносные зоны с признаками полезного ископаемого по простиранию с поверхности и на глубину единичными поверхностными горными выработками и скважинами; устанавливают вероятный геолого-пром. тип месторождения и подсчитывают прогнозные ресурсы. Результатом П. м. является геологически обоснованная оценка перспектив исследованных площадей. По материалам выполненных работ составляется геологич. карта изученных участков в соответствующем масштабе и разрезы к ней, карта результатов геофизич. и геохимич. исследований. Графич. материалы отражают осн. черты геологич. строения и закономерности размещения продуктивных структурно-вещественных комплексов. На обнаруженных проявлениях полезных ископаемых оцениваются прогнозные ресурсы, осуществляется их геолого-экономич. оценка, обосновывающая целесообразность и очерёдность дальнейшего проведения работ.
Поиски месторождений нефти и природных горючих газов
Осуществляются в районах установленной или возможной нефтегазоносности в целях выявления объектов поискового бурения (ловушек) на новых или ранее открытых месторождениях нефти и газа, подготовки их к бурению, разбуривания и оценки прогнозных ресурсов месторождений (залежей). Комплекс поисковых работ включает: дешифрирование материалов аэрокосмич. съёмки локального и детального уровней генерализации; структурно-геологич. съёмку; геофизич. исследования (сейсморазведку, гравиразведку, магниторазведку, электроразведку по системе взаимоувязанных профилей), бурение структурных скважин; составление карт изогипс по опорным горизонтам, обеспечивающих возможность выбора точек заложения поисковых скважин и определения их глубин; детализационную сейсморазведку; изучение геологич. разреза; выяснение положения контуров залежей и элементов их ограничения; бурение и испытание поисково-оценочных скважин; оценку прогнозных ресурсов выявленных месторождений (залежей).
Поиски месторождений подземных вод
Проводятся в целях выявления площадей с благоприятными природными условиями для локализации ресурсов и формирования эксплуатац. запасов подземных вод. Изучают закономерности распределения подземных вод в толщах горных пород в разрезе и плане, выявляют источники формирования ресурсов подземных вод и восполнения их при эксплуатации. В состав работ включаются: маршрутное обследование источников подземных вод, действующих водозаборных сооружений с регистрацией осн. эксплуатац. параметров их работы и качества (общей минерализации, жёсткости воды, органолептич. показателей, состава и содержания токсич. компонентов и т. п.); бурение одиночных поисковых скважин, позволяющих выявить осн. водоносные горизонты и зоны; пробные откачки и наблюдения за режимом подземных вод. В сложных гидрогеологич. условиях производятся опытные откачки значит. продолжительности, результаты которых позволяют оценить стабильность фильтрац. и гидрогеохимич. показателей. В зависимости от структурно-геологич. особенностей намечаются расчётные схемы оценки вероятных эксплуатац. запасов и обосновываются направления, объёмы и методика дальнейших разведочных работ. По результатам поисковых работ оцениваются ресурсы подземных вод, перспективных для последующего изучения и пром. освоения эксплуатац. запасов.