С целью повышения эффективности поисков работ для ряда месторождений рудных полезных ископаемых разработаны прогнозно-поисковые комплексы, включающие наземные геофизические и геохимические исследования, а также методы скважинной геофизики.
Разработка новой технологии проводилась с целью определения возможности использования методов геофизических исследований скважин (ГИС) (каротажа) в комплексе с экспресс-геохимическими исследованиями для прогнозирования скрытого оруденения в околоскважинном пространстве.
В основу технологии положен анализ современного состояния геолого-геофизических работ, в том числе: физико-геологических моделей объектов поисков; эффективности применяемых геолого-геофизических критериев поисков и прогноза; эффективности применения комплексов геофизических и аналитических методов [1–4, 8].
По результатам проведенных исследований разработана технология совместного применения ГИС и экспресс-геохимии для прогнозирования медноколчеданного оруденения.
Основной задачей поисков и прогнозирования месторождений является выделение на изучаемой площади аномального по комплексу свойств (геологических, геохимических, геофизических) объекта. Прогнозная оценка на перспективность оруденения осуществляется по методу аналогии путем сравнения с эталоном. Для разработки технологии поисков и прогноза медноколчеданного оруденения за эталонные объекты приняты Западно-Озерное, Ново-Учалинское и Камаганское месторождения, по которым проведено изучение пространственного распределения концентраций породообразующих окислов, рудных и радиоактивных элементов, магнитных свойств и плотности, кажущегося сопротивления, естественной радиоактивности и ядернофизических параметров горных пород, а также анализ графиков высокочастотных составляющих физических полей и автокорреляционных функций. На основании этого установлены критерии локального прогноза оруденения по данным ГИС (каротаж) и экспресс-геохимии по скважинам (табл. 1).
Основными из них являются:
– Петрохимические, проявляющиеся в преимущественном образовании в надрудной толще пород зон выноса легких петрогенных окислов SiO2, К2О, зон привноса Na2O, Al2O3 и тяжелых окислов (СаО, FеО), а также в закономерном изменении с глубиной коэффициентов корреляции в парах К2О–Na2O, SiO2–Al2O3 , SiO2–Zэф.
Таблица 1
Основные критерии локального прогноза оруденения по данным ГИС и экспресс-геохимии
|
Критерии |
Закономерности изменения петрохимических, геохимических, физических параметров в надрудной толще пород |
Количественная характеристика изменений относительно нормального фона |
|
Петрохимические |
Вынос породообразующих окислов с расстояния 250–600 м от рудного тела: SiO2 К2О |
–10–15 % –50–100 % |
|
Привнос породообразующих окислов с расстояния 250–600 м от рудного тела: Na2O Al2O3 |
+20–30 % +10 % |
|
|
Закономерное уменьшение значений коэффициентов корреляции с расстояния 350–500 м от рудного тела в парах: SiO2–Al2O3 К2О–Na2O SiO2–Zэф |
0,4480–0,8858 0,1666–0,3130 0,5762–0,9668 |
|
|
Геохимические |
Первичные ореолы повышенных концентраций элементов-индикаторов на расстоянии 350–700 м от рудного тела Cu Zn Pb As |
в 2–6 раз в 2–6 раз в 3–10 раз в 2–4 раза |
|
Первичные ореолы пониженных концентраций элементов-индикаторов на расстоянии 350–700 м от рудного тела: Ва |
в 5 раз до полного выноса |
|
|
Петрофизические |
Интервалы аномально низких значений магнитной восприимчивости пород с включением локальных зон с аномально высокими значениями æ на расстоянии до 300–700 м от рудного тела |
в 5–10 раз и более |
|
Интервалы пониженной плотности горных пород |
–3–10 % |
|
|
Интервалы низких значений кажущегося сопротивления |
в 3–5 раз ниже измененных пород |
|
|
Высокие значения параметра δZ* на диаграммах локальных неоднородностей поля КС |
в 3–5 раз выше фоновых значений |
|
|
Сглаженная (низкоамплитудная) форма графиков автокорреляционной функции поля КС |
||
|
Ядернофизические |
Закономерное уменьшение нейтронных параметров с расстояния 250–500 м Ls Ld t |
на 10–15 % на 15–25 % на 50–60 % |
Примечание. *δZ – параметр, определяемый в результате статистической обработки диаграмм КС и ГК.
– Геохимические, связанные с образованием первичных геохимических ореолов рудных элементов (Cu, Zn, Pb, As, Ba) в породах надрудной толщи.
– Петрофизические, обусловленные преобразованиями материнских пород под воздействием процессов рудообразования и характеризующихся аномально низкой магнитной восприимчивостью, небольшим снижением плотности по глубине скважин, низкими значениями кажущегося сопротивления.
– Ядернофизические, характеризующиеся снижением диффузионных и замедляющих характеристик (Ls, Ld, t) пород и повышением Zэф по мере приближения к рудному телу.
Технологическая схема проведения работ базируется на комплексных геолого-геофизических исследованиях:
– выполнение комплекса ГИС с последующей обработкой и интерпретацией материалов;
– отбор геохимических проб из керна или шлама скважин, их обработка и экспресс-анализ на элементы-индикаторы;
– комплексный анализ данных ГИС и экспресс-геохимии, получение заключения о возможном наличии оруденения в околоскважинном или подзабойном пространстве.
Комплекс геофизических исследований скважин включает методы каротажа, реализуемые в непрерывных режимах со скоростью 100–800 м/ч – КС, ГК, КМВ, ГГК-П, ГГК-С, ННК, НАК (Al, О), а также дискретные модификации методов НАК-Na и ГК-С.
Последовательность выполнения методов ГИС определяется экономичностью, производительностью и эффективностью выявления поисковых признаков объектов.
Технология выполнения комплексных геолого-геофизических исследований реализуется в 3 этапа. На I этапе предусматривается выполнение методов стандартного каротажа (КС, ГК) и экспресс-геохимии. При неопределенности заключения о наличии оруденения по результатам первого этапа производятся исследования скважин II этапа – КМВ, ГГК-П, ГГК-С, ННК. Каротажные работы III этапа – НАК и ГК-С – наиболее трудоемкие и выполняются при неоднозначности информации, полученной на первых двух этапах. Методы НАК и ГК-С заменены экспресс-петрохимическими определениями содержаний Al, Si, Na и К на экспрессном рентгенфлуоресцентном анализаторе. Для анализа могут быть использованы пробы, отобранные для экспресс-геохимических исследований.
Комплексный анализ результатов исследований производится в соответствии с этапами проведения работ. В первую очередь анализируются результаты стандартного каротажа (КС, ГК) и экспресс-геохимии. Результаты последующих исследований (КМВ, ГГК-П, ГК-С, ННК, НАК и ГК-С) анализируются совместно с данными, полученными на первом этапе.
В настоящей работе технология применения ГИС и экспресс-геохимии реализована в два этапа: ГИС (КС, ГК) + рентгено-спектральный флуоресцентный анализ (РСФА).
Рассмотрим примеры выделения рудных тел вышеназванными методами.
Метод кажущегося сопротивления (КС)
В качестве индикаторных признаков наличия оруденения в подзабойном или околоскважинном пространстве используются абсолютные значения ρк, а также диаграммы локальных неоднородностей, характеризующие локальные изменения кажущегося сопротивления по разрезу скважины.
Результаты измерений ρк представляются в виде диаграмм по разрезам отдельных скважин или в виде планов изоом в вертикальной плоскости бурового профиля.
О потенциальной продуктивности разреза и возможном наличии оруденения в околоскважинном пространстве свидетельствуют следующие особенности поля ρк:
– преобладание в надрудном геоэлектрическом разрезе низкоомных образований, характеризующихся общим снижением сопротивления горных пород в 2–3 раза;
– резко дифференцированная до сплошной изрезанности форма диаграмм локальных неоднородностей с аномальными значениями параметра δZ;
– низкоамплитудная, сглаженная форма графиков автокорреляционной функции (рис. 1).
Метод гамма-каротажа (ГК)
Результаты ГК по отдельным скважинам представляются в виде диаграмм или карт изолиний γ-активности пород в плоскости разведочного профиля. Наиболее удаленные от рудного тела измененные породы, характеризующиеся выносом окиси калия, выделяются снижением радиоактивности в 1,5–2 раза – до 5 мкР/ч. Породы внутренней зоны метасоматоза, граничащие с рудным телом и характеризующиеся привносом К2О и небольшими мощностями, отмечаются на диаграммах повышениями гамма-активности до 10 мкР/ч. Аналогичными или близкими значениями естественной радиоактивности характеризуются и неизмененные породы при выклинивании рудного тела.
О возможном наличии промышленного оруденения свидетельствуют концентрации элементов, превышающие фоновые в 2 раза и более.
Распределение аномальных концентраций по глубине скважины может быть относительно равномерным или преобладать в нижней части разреза. Достоверность прогнозирования оруденения повышается при совпадении интервалов аномальных содержаний рудных элементов и интервалов максимальных значений параметра δZ на диаграммах локальных неоднородностей поля КС (рис. 2) вследствие приуроченности ореолов к зонам гидротермально измененных пород.
а
б
Рис. 1. Форма графиков автокорреляционной функции: а – неизмененные породы; б – измененные породы
Рис. 2. Прогнозирование оруденения по данным ГК, КС и экспресс-геохимии
При геохимических исследованиях, как правило, изучают распределение рассеянных и рудных элементов в горных породах различного состава. В этом случае задача сводится к определению достаточно широкого круга тяжелых элементов (Z > 26) в легком наполнителе (породообразующие окислы), содержание определяемых элементов находится на уровне < 0,1 %. Возможности рентгеноспектрального анализа определяются соотношением пределов обнаружения различных элементов и их кларков. Многолетний опыт использования рентгеноспектрального анализа в геологии свидетельствует, что в большинстве геохимических проб уверенно определяются до 30–35 элементов, кларки и средние содержания которых выше или близки к пределам обнаружения: Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ba, La, Ce, W, Pb. Задача анализа геохимических проб близка к задачам экологических исследований, когда требуется определение тяжелых и токсичных элементов на уровне ПДК.
При анализе руд задача сводится к определению рудных и ряда сопутствующих компонент. Анализ руд является задачей различной степени сложности:
1) руда имеет постоянный по составу наполнитель и небольшой диапазон изменения полезного компонента;
2) руда является многокомпонентной, и содержания полезного компонента и наполнителя меняются в значительных пределах.
В данной работе вместо рентгеноспектрального метода авторами применен более эффективный метод количественного анализа – РСФА [5–7, 9].
Предлагаемая методика выполнения измерений содержания элементов в горных породах, рудах и отходах их переработки использует традиционные для РСФА методические приемы и способы учета фона, влияния матрицы и мешающих элементов. Методика предназначена для определения содержаний Cr, Mg, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb, Wo, Rb, Sr, It, Zr, No, Mb в порошковых пробах горных пород, руд и отходов их переработки в диапазонах, указанных в табл. 2.
Методика реализована на сканирующем рентгеновском кристалл-дифракционном спектрометре «Спектроскан».
Применение разработанной технологии, включающей методы ГИС (каротаж) и экспресс-геохимические исследования, позволяет осуществлять прогноз скрытого медноколчеданного оруденения с расстояния 250–300 м от рудного тела. Отличительной особенностью предлагаемой технологии является экспрессность получения заключения о перспективности разреза и возможность оперативного управления геологоразведочным процессом.
Таблица 2
Элементы и диапазоны определяемых содержаний для горных пород, руд и отходов их переработки
|
Элемент |
Диапазон, % |
Элемент |
Диапазон, % |
|
|
Хром |
0,005–20 |
Свинец |
0,005–1 |
|
|
Марганец |
0,01–20 |
Вольфрам |
0,005–1 |
|
|
Железо |
0,01–20 |
Рубидий |
0,005–0,5 |
|
|
Кобальт |
0,005–5 |
Стронций |
0,005–0,5 |
|
|
Никель |
0,005–1 |
Иттрий |
0,005–0,5 |
|
|
Медь |
0,010–5 |
Цирконий |
0,005–0,5 |
|
|
Цинк |
0,005–1 |
Ниобий |
0,005–0,5 |
|
|
Мышьяк |
0,005–1 |
Молибден |
0,010–1,0 |
Использование данной технологии при поисках месторождений других типов возможно при создании соответствующей информационной базы и поисковых геолого-геофизических моделей.