Лекции - Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

Введение

Учение о поисках и разведке полезных ископаемых – прикладная

геологическая наука, изучающая условия нахождения и пути наиболее

эффективного выявления промышленных месторождений полезных

ископаемых.

Месторождение полезных ископаемых – скопление минерального

вещества на поверхности или в недрах Земли. По количеству, качеству и

условиям залегания пригодны для промышленного использования в

народном хозяйстве.

Полезные ископаемые бывают газовые, жидкие, твердые. К газовым

принадлежат горючие месторождения газов и не горючих газов (Ge, Ne и

др.). Жидкие - месторождения нефти, подземных вод. Твердые.

Большинство полезных ископаемых используется для извлечения ценных

элементов минералов, кристаллов, горных пород. По промышленному

использованию полезные ископаемые разделяют на

1) рудные (металлические);

2) нерудные;

3) горючие (каустобиолиты);

4) гидроминеральные.

Количество минерального сырья и его качество месторождений

полезных ископаемых должно быть достаточным для промышленной

переработки минимального количества полезного ископаемого и наиболее

низкого качества, при котором выражена эксплуатация месторождений,

называется промышленными кондициями. Поэтому необходимо отличать

месторождения полезных ископаемых от рудопроявлений.

Наука о поисках и разведке полезных ископаемых посвящена

выяснению промышленных месторождений, которые представляют интерес

для общественного производства. На практике приходится различать

промышленные и непромышленные месторождения. Термин

“рудопроявление” и “рудная точка” обозначают непромышленные

месторождения. Учение о поисках и разведке включает 6 основных

проблем, которые представляют собой отдельные дисциплины: поиск,

разведка, опробование, подсчет запасов, экономическая оценка,

геологическая служба на действующих горных предприятиях.

Поиски и разведка начинаются с умения отличать полезные

ископаемые от пустой породы, промышленные месторождения от

рудопроявлений. Любое месторождение характеризуется конкретным

значением свойств и геолого-промышленными параметрами – условия и

глубина залегания, мощность рудных тел, скрытность пород, мощность и

наложение безрудных прослоек, минеральный состав и содержание полезных

компонентов и другое. Конкретное значение каждого из этих параметров

влияет на экономику добычи, перераспределение использованного

минерального сырья. Поэтому необходимо определять предельные значения

этих геолого-промышленных параметров, при которых технически возможна

и экономически целесообразна разработка месторождений. Эти кондиции

служат для оконтуривания залежей, отделения промышленных залежей от

непромышленных, поэтому разведка месторождений представляет собой по

существу изучение геолого-промышленных параметров.

Мощность залежи. При рассмотрении мощности залежи в первую

очередь следует различать рабочую и нерабочую мощность. Необходимо

установить общие рабочие контуры залежи, т.е. оконтурить площадку с

рабочей мощностью. Внутри общего рабочего контура она может иметь и

нерабочие области (области разрывов).

В практике горного и разведочного дела пользуются понятием

устойчивой мощности. По устойчивости залежи бывают

1) Устойчивые залежи непрерывно протягиваются, имея рабочую

область в пределах всего шахтного поля и месторождения;

2) Относительно устойчивые залежи. В пределах площадки рабочего

контура встречаются отдельные небольшие блоки с рабочей площадью.

Суммарная площадь таких блоков не более 25% площади всего рабочего

контура;

3) Неустойчивые. Внутри общего рабочего контура блоки с нерабочей

мощностью залежи до 50% площади рабочего контура;

4) Крайне неустойчивые. Площадь нерабочей мощности более 50%.

Кроме степени характера устойчивости рабочей мощности залежи, для

ее разработки имеет большое значение размер и характер колебаний

мощности залежи в пределах рабочего контура. По мощности в горном деле

выделяют 5 классов залежей:

1) тонкие (1.5м);

2) средние (1.5-4м);

3) мощные (4-10м);

4) весьма мощные (10-50м);

5) сверхмощные (более 50м).

При крутых углах падения залежей кондиции по мощности снижаются.

Качество полезных ископаемых

Химический и минеральный состав полезных ископаемых, его

технические и технологические свойства определяют способ, средства и

стоимость его переработки, а также эффективность использования, что

характеризует ценность полезных ископаемых. В химическом составе

полезных ископаемых различают полезные и вредные компоненты.

Полезные ископаемые – это химические соединения и элементы, ради

которых затрудняется его переработка или качество получаемой из полезного

ископаемого продукции. В большинстве случае руды.

Кроме главных содержит и попутные компоненты. В обычных

условиях добыча таких компонентов была бы неэкономной, но при

извлечении попутно с основными компонентами, они представляют

значительную ценность и являются важной сырьевой базой для ряда важных

сырьевых элементов.

Для оценки качества полезных ископаемых решающее значение имеют

их физические свойства. Здесь важны сорта полезных ископаемых, которые

определяются составами стандарта. Эти сорта определяют соответствие с

выходом пород на единицу сырья по содержанию и сортовой составляющей

различных руд (богатые, рядовые, убогие).

Качество полезных ископаемых определяется не только содержанием

полезных компонентов, но и технологическими свойствам, иногда это

является более важными факторами.

Условия залегания. По величине угла падения рудных тел различают

горизонтальные (весьма пологие 0-5градусов), пологие (5-25градусов),

наклонные (25-45), крутые (45-60), весьма крутые (60-90). Устойчивость

разреза вмещающих пород характеризуется наличием достаточно

постоянных легко различимых опорных маркирующих горизонтов, в

которых можно легко интерполировать, прослеживать и на основании

которых можно сопоставить разрезы. По отдельным выработкам и линиям

составляют геологические профили и осуществляют другие геологические

обобщения.

Условия разработки месторождений характеризуются рядом

геологических параметров:

Глубина залегания полезных ископаемых рассматривается с точки

зрения разработки месторождений. Как правило, открытый способ

разработки более эффективен по производству труда, безопасности ведения

горных работ и по себестоимости продукта.

Эффективность разработки определяется соотношением объемов или

масс вскрыша или полезных ископаемых.

Вскрыш – пустая порода, которую необходимо снять и удалить с

залежи полезного ископаемого, чтобы ее обнажить для добычи. Выбор

способа разработки основан на технических и экономических расчетах, при

этом учитывается возможность использования пород вскрыша. Для

приближенного суждения можно пользоваться коэффициентом вскрыша,

который определяется соотношением мощности вскрыша к мощности залежи

полезного ископаемого.

Если залежь сложного строения и если имеется несколько прослоев

пустых пород, в мощность вскрыша следует включать эти пустые породы.

Максимальный допустимый коэффициент вскрыша колеблется от ценности

полезного ископаемого. Для строительных материалов его принимают не

более 1/3, если менее 1/3, то может добываться открытым способом. Для

углей 1/6 и др.

Гидрогеологические и инженерные геологические условия

По структурной сложности месторождения делятся на 4 группы:

1)Простые водотоки в шахту или карьер отсутствуют или составляют

до 200м

в час. При освоении таких месторождений не требуется

специальных осушительных мероприятий.

2)Месторождения с средней структурой сложности водотоки до 500м

час.

3)Сложные до 1000м

в час

4)Очень сложные до 2000м

в год и более проведение осушительных

мероприятий затруднено.

К условиям, осложняющим разработку месторождений, относятся:

1) наличие в составе вмещающей толщи неустойчивых пород;

2) наличие восходящих напоров подземных вод, как в кровле, так и в

подошве залежей полезных ископаемых;

3) возникающая временна сезонная/постоянная связь подземных вод с

потоками/водоемами поверхностных вод;

4) наличие мощных современных или древних сильнообводненных

аллювиальных отложений покровных месторождений;

5) карстовое явление;

6) многолетняя мерзлота.

Изменчивость залежи полезных ископаемых

Если бы рассматриваемые восходящие параметры залежи были

одинаковы во всех частях месторождения, то разведка и разработка не

представляла бы трудности. Достаточно было бы одного обнажения,

выскрываемого залежь, чтобы все замеры, наблюдения и результаты

исследований в этой точке могли бы распространять на всю залежь в

пределах рабочего поля, но в природе таких залежей не существует. Значения

всех геолого-промышленных параметров изменяются. Изменчивость их

имела решающее значение для разведки и эксплуатации месторождений. Ее

следует рассматривать в качестве важного экономического фактора в теории

поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Можно считать,

чем более резкая, более сильная изменчивость геологических параметров,

тем больше вероятность ошибки при обобщении разведочных данных и

меньше расстояние, на которое можно надежно распространять данные в

каждой точке наблюдений. Чем сильнее изменчивость, тем гуще необходимо

проходить разведочные выработки. Для проектных эксплуатационных

расчетов необходимы как средние величины каждого из геологических

параметров, так и пределы их изменения. Об изменчивости месторождений

геолог должен иметь представление с самых первых стадий разведки для

правильно размещения разведочных выработок. В процессе разведки

представление об изменчивости уточнялось, чтобы дать полную

информацию о геологических поисках месторождений. Следует различать

изменчивость геолого-промышленных параметров по характеру, степени и

структуре.

Характер изменчивости выражается в наличии/отсутствии

определенных закономерностей изменения значений некоторых параметров.

Бывают случайная изменчивость и закономерная.

Известны примеры закономерных изменений различных геологических

признаков: пространственная закономерность, степень изменчивость –

размах колебаний исследуемого признака. Его можно количественно оценить

амплитудой крайних значений или отклонением признака от средних

значений.

Размер месторождений

Промышленное значение месторождения в значительно степени

определяется его размерами: запасами полезных ископаемых. Для сравнения

месторождений по запасам достаточно иметь представление об

относительной величине, масштабе, объеме месторождения. По масштабу и

промышленному значению месторождения разделяются на 4 группы:

1) уникальные (мировые) – Курская магнитная аномалия;

2) крупные (имеют общегосударственное значение);

3) средние (база для предприятий в пределах крупных экономических

районов);

4) мелкие (объединенные в группы).

Поиски

Поиски месторождений полезных ископаемых – комплекс геолого-

разведочных работ, направленных на выявление промышленных ценных

скоплений полезных ископаемых как возможного источника минерального

сырья для нужд народного хозяйства и на их прогнозную геолого-

экономическую оценку. Во время поисков встречаются и непромышленные

минеральные скопления.

Задача поисков: выделить рудопроявления.

Поисковые работы не прекращаются после обнаружения скопления

полезных минералов. Сразу за поисками следует разработка месторождения.

Научные геолого-минералогические основы поисков базируются на всех

науках геолого-минералогического цикла, который позволяет определить

основные поисковые критерии и предпосылки месторождений. Выявление и

оценка этих предпосылок и процессов составляет главное содержание

поисков.

Поиски месторождений полезных ископаемых проводятся в 3

последовательные стадии:

1) Общие поиски проводятся совместно с геолого-съемочными

работами масштаба 1:50000 и 1:25000;

2) Поисковые работы;

3) Поисково-оценочные работы.

Поиски месторождений полезных ископаемых осуществляются на

основе ранее составленных геологических карт и сопровождаются

специальными геологическими, геофизическими и геохимическими

съемками. Повышению качества и достоверности геологической основы

поисков способствует использование дистанционных космо- и

аэрогеологических методов. Для прогнозирования площадей, перспективных

для выявления конкретных видов и комплексов месторождений полезных

ископаемых используется совокупность благоприятных геологических

поисковых предпосылок и процессов.

По результатам поисков месторождений полезных ископаемых в

границах провинций, бассейнов, рудных полей и месторождений проводится

комплексная оценка результатов по категориям p

, p

Поисковые геологические критерии (предпосылки и признаки)

Поисковые геологические предпосылки – такие геологические условия,

которые прямо или косвенно указывают на возможность обнаружения в той

или иной обстановке различных полезных ископаемых.

Поисковые критерии позволяют оценить возможность обнаружения

полезных ископаемых на определенных площадях, отражают связь полезных

ископаемых с геологическим структурами, рельефом, климатом, возрастом

геологических образований, составом горных пород, аномальными полями

различного типа. Выделяются: климатические, стратиграфические,

фациально-литологические, структурные, магматогенные, геохимические,

геоморфологические, геофизические поисковые предпосылки. По масштабу

критерии делятся на планетарные, региональные, локальные. По

совокупности поисковых критериев осуществляется прогноз перспективных

зон, площадей, участков, выделенных для проведения геолого-разведочных

работ, соответствующий стадии и масштаба.

Поисковые признаки – минералогические, геохимические,

геофизические факторы, прямо или косвенно указывающие на наличие

полезных ископаемых в пределах определенных площадей и участков.

Геологические критерии и признаки нередко переходят одна в другую. Часто

критерии в некоторых районах становятся признаками.

Климатические критерии хорошо показаны в работах Страхова. Он

сформулировал их следующим образом: “Очерчивая для каждого отрезка

геологического времени пролегание гумидных зон, мы тем самым выделяем

на тогдашней поверхности Земли области, которые были благоприятны для

формирования химической коры выветривания каолинов, россыпных

месторождений, золота, платина, титана, алмазов и других тяжелых

элементов, бокситов, железа и марганцевых руд и углей”. Одновременно

выявляются области, запрещенные для и образования. Намечая

расположение областей аридного климата, указываем пояса земной

поверхности, потенциально благоприятные для возникновения и массового

накопления доломитов, медистых песчаников, осадочных руд, меди и цинка,

гипса, галита, каменных солей, флюорита, барита, брома. Одновременно

намечаются зоны, запрещенные для формирования всех этих накоплений.

Т.о., климатическая зональность дает широкую схему пространственного

смещения на поверхности Земли большого числа важных осадочных

полезных ископаемых.

Климатические критерии выявляются при специальных исследованиях,

с помощью которых устанавливаются всевозможные зоны палео- и

неоклимата.

Стратиграфические предпосылки. К ним относятся геологические

условия, связанные с возрастом осадочных свит или интрузий, заключающих

в себе полезные ископаемые. Многие полезные ископаемые встречаются

преимущественно в отложениях определенного возраста и не встречаются в

остатках другого возраста. Для большой группы полезных ископаемых

(уголь, железисто-марганцевые руды, фосфориты, бокситы и другие) эти

закономерности до некоторой степени выдерживаются в пределах всего

земного шара и фиксируют продуктивные периоды, площади их накопления.

Фациально-литологические критерии. Разнообразные формации

горных пород характеризуются отложениями определенного

литологического состава. С поисковой точки зрения крайне важно какими

фациальными типами представлены осадочные месторождения полезных

ископаемых и среди каких пород залегают гипергенные и гипогенные

месторождения.

Структурные предпосылки. История развития основных

геотектонических структурных элементов различна. Месторождения,

расположенные в этих пределах существенно различаются по составу, форме

проявления, предпосылкам используются для оценки перспектив при

обнаружении этих месторождений.

Магматогенные предпосылки. Все прямые и косвенные геологические

факты указывают на взаимосвязь интрузивных пород и гипогенных

месторождений. В основе всех представлений о поиске эндогенных

месторождений лежит магматическая гипотеза о генетической связи между

изверженными породами и рудными месторождениями.

Геохимические предпосылки свойственны с особенностями поведения

химических элементов в тех или иных условиях в земной коре. Эти критерии

помогают оценить перспективы рудоносности интрузивных, эффузивных

осадочных метаморфических пород. Пользуясь их химическим составом и

составом подземных и проточных вод.

Геоморфологические предпосылки. Наиболее важные критерии при

поисках гипергенных месторождений. По отношению к рельефу все

месторождения полезных ископаемых делятся на 2 большие группы:

1) Месторождения, формирующиеся в связи с образованием рельефа

(все экзогенные месторождения);

2) Месторождения, формирующиеся вне связи с рельефом

(эндогенные).

Часто сама топокарта с горизонталями отражает особенности рельефа,

т.к. линейно вытянутые депрессии, которые являются перспективными на

полезные ископаемые. Можно определить области длительного сноса и т.д.

Поисковые признаки

Под ними понимают определенные факторы и явления, указывающие

на наличие или возможность выявления месторождений полезных

ископаемых в определенном месте. Поисковые признаки разделяются на

прямые и косвенные: первые из них непосредственно указывают на наличие

месторождения, а вторые косвенно свидетельствуют о возможности

обнаружения оруднения.

К прямым признакам относятся:

1) выходы полезных ископаемых на дневную поверхность;

2) ореолы и потоки рассеивания вещества полезных ископаемых;

3) особые физически свойства полезных ископаемых;

4) следы старых горных работ или переработки полезных ископаемых,

или исторические данные о горной промышленности.

К косвенным относятся:

1) изменения околорудных пород;

2) наличие во вмещающих породах жильных минералов,

сопровождающих оруднение;

3) различие в физических свойствах полезных ископаемых и

вмещающих пород;

4) характерные особенности рельефа;

5) гидрогеологические;

6) ботанические.

Прямые поисковые признаки

Выходы полезных ископаемых – наличие полезных ископаемых или

рудных минералов в коренных обнажениях является наиболее достоверным

поисковым признаком, свидетельствующим о наличии рудного вещества.

Выявление такого обнажения является одной из задач поиска. Ведущий

состав, мощность и строение залежа на выходах существенно изменены

выветриванием и другими процессами.

Ореолы и потоки рассеяния. Этот признак характеризуется

повышенным содержанием полезных ископаемых, руды, минералов или

элементов вокруг рудных тел. Т.к. ореолы рассеяния всегда расположены на

значительно больших пределах, по сравнению с рудными телами, то

обнаруживаемость их при поисках легче, чем сами рудные тела, поэтому

ореолы и потоки рассеяния имеют важное поисковое значение. По

происхождению ореолы и потоки рассеяния разделяют на первичные и

вторичные. Первичные образуются в процессе формирования месторождения

при их метаморфизме. Вторичные – при разрушении месторождений и их

первичных ореолов. Следует заметить, что ореолы и потоки не всегда

свидетельствуют о наличии месторождений. Выделяют открытые ореолы

рассеяния и скрытые. Скрытые ореолы делятся на слепые и погребенные.

Слепые ореолы вследствие недостаточного эрозионного среза

вмещающих пород никогда не достигают поверхности земли, а погребенные

уже в процессе образования были перекрыты более молодыми отложениями.

Первичные ореолы представляют собой более или менее изометричные

участки рудовмещающих пород, окружающие месторождения и

обогащенные в процессе рудообразования рядом химических элементов. По

отношению к вмещающим породам ореолы первичного рассеяния могут

быть син- или эпигенетическими.

Сингенетические характерны для магматических и осадочных.

Эпигенетические – для пегматитовых и постмагматических месторождений.

В сингенетических ореолах распределение химических элементов

характеризуется плавным повышением концентрации рудообразующих

компонентов по мере приближения к рудным телам. В эпигенетических

ореолах распределение элементов более сложное и характеризуется

значительной контрастностью. В распределении элементов отмечается

определенная химическая зональность. Образование таких ореолов

происходит в результате диффузионного, инфильтрационного и

диффузионно-инфильтрационного процессов.

Диффузионные ореолы возникают при диффузии элементов из рудных

тел и рудообразующих растворов во вмещающие породы. Такие ореолы

обычно характерны для определенных рудных тел. Инфильтрационные

образуются за счет рудообразующих растворов, перемещающихся по зонам

повышенной проницаемости. Они характерны для месторождений и рудных

полей. Диффузионно-инфильтрационные ореолы сочетают особенности двух

ореолов: степень и характер рассеяния, следовательно, состав, форма и

размеры ореолов рассеяния зависят от многих причин:

1) геохимические особенности химических элементов, входящих в

состав ореола;

2) состав, строение, морфология, условия залегания и генетические

особенности рудных тел;

3) физико-химические особенности и условия залегания вмещающих

пород.

Химический состав ореолов соответствует элементарному составу

рудных тел. Главным ореолообразующими элементами являются: урал,

свинец, молибден. Несколько меньшим распространением пользуются

мышьяк и медь. В ореолах отмечаются цинк, серебро, барий, титан, циркан,

вольфрам, магний и фосфор.

Выше всех элементов над рудным телом располагается свинец, ниже

молибден, далее уран. В подрудной толще свинец отсутствует, а молибден и

уран прослеживаются ниже рудного тела на десятки метров.

Форма нахождения элементов в ореолах рассеяния весьма

разнообразна. Одни встречаются в самородном виде (золото), другие –

свинец, цинк, медь, образуют преимущественно собственные минералы.

Большая часть ореолообразующих элементов находится в форме различных

примесей во вмещающих породах. Особенно в минералах, вкрапленниках

образуются одновременно с оруденением. Ореолообразующиеся могут

находиться также в пленочных и поровых водах пород, создавать твердые и

жидкие растворы.

Вторичные ореолы и потоки рассеяния – весь комплекс продуктов,

возникающих при процессах разрушения минералов и их первичных

ореолов. Такие ореолы и потоки образуются в поверхностном рыхлом слое, в

почве, в растительности, в грунтах и поверхностных водах. Они возникают

на месторождениях любого происхождения и состава, подвергаются эрозии

под действием химического и физического выветривания. Различают ореолы

и потоки вторично рассеивающего вещества. Ореолы вторичного рассеяния

представляют собой более или менее изометричные в плане участка

вмещающих пород, жидкости или газа, окружающие месторождения, в

которых устанавливается повышенное содержание ореолообразующих

элементов.

Потоки – участки повышенного содержания рудообразующих

элементов, но они имеют вытянутую форму, которая зависит от направления

переноса компонентов в твердой, жидкой, газообразной фазе из области

денудации в область осадконакопления.

Минеральный и химических состав соответствует составу рудных

месторождений и его первичных ореолов. В зависимости от характера

процессов разрушения и фазового состояния продуктов разрушения

вторичных ореолов разделяют:

1) механические;

2) солевые;

3) водные;

4) газовые;

5) биохимические.

Механические ореолы и потоки образуются при процессах физического

разрушения химически устойчивых полезных ископаемых в

приповерхностных частях залежи.

По крупности и агрегатному состоянию продуктов разрушения рудных

тел они делятся:

1) крупнообломочные – представлены рудными обнажениями,

валунами и галькой (размером в несколько м – десятки м);

2) шлиховые (доли мм – несколько см);

3) тонкодисперсированные – рудное вещество присутствует в виде

мельчайших зерен (десятые и сотые доли мм);

Все вышеперечисленные разновидности механических ореолов могут

находиться в элювиальных, делювиальных, пролювиальных, аллювиальных,

ледниковых и других рыхлых отложениях.

Элювиальные механические ореолы обычно характеризуются

преобладанием крупнообломочного материала, особенно если образуется за