книги из ГПНТБ / Новицкий, Г. П. Комплексирование геофизических методов разведки учеб. пособие
.pdfРис. 9. Картирование граиитоидиой интрузии магнитной съемкой (по Л. Д. Федоренко).
1 — дайки кварцевых, диорит-порфиритов; |
2 — биотитовые * |
порфировидные граниты; з — гранодиориты; |
4 — мусковит- |
оиотптовые граниты; изолинии A.Z- 5 — положительные, |
|
6“ — нулевые, 7 — отрицательные.
контактов изверженных пород применяют обычно в тех случаях, если по магниторазведке и радиоактивным методам не получено четких результатой. Для прослеживания контактов осадочных пород наиболее часто используют электроразведку на постоян ном токе. На рис. 12 изображена структурная карта, построен ная по данным комбинированного электропрофилирования, на которой видно, что зоны высоких кажущихся сопротивлений хорошо прослеживаются от профиля к профилю. Контакты известняков с другими породами можно картировать методом газовой (карбонатной) съемки. На рис. 13 показан график
30
содержания углекислоты по профилю, пересекающему кон такт известняков и эффузивов (Центральный Казахстан). На рисунке видно, что этот кон такт отмечается довольно четко. 11ад известняками содержание
углекислоты в пробах |
в 4— |
5 раз больше, чем над |
эффузи- |
вами и вторичными кварцитами. Остановимся Сще на неко торых соображениях по прове дению поверочных и детализационных работ. Если в резуль тате поисковых геофизических съемок обнаружены аномалии, которые есть основания считать перспективными, то должны быть поставлены поверочные и
детализационные работы. |
Под |
|||
поверочными |
понимаются |
ра |
||
боты, |
которые |
должны решить |
||
вопрос |
о природе аномалии, а |
|||
под |
детализационными — ра |
|||
боты, |
которые проводят на ано |
|||
малиях |
для |
определения мест |
||
заложения горных выработок. Комплекс методов, использу емых для поверки и детали зации, зависит от предпола гаемых причин, вызвавших аномалию, и от физико-геоло гической обстановки.
зман
Рис. 10. Сопоставление данных эманацпонной съемки с геологическими на блюдениями (но Д. А. Березину).
1 — лейкократовые граниты; 2 — изве стняки; геологические границы: з — предполагаемые до приведения эманационной съемки, 4 —'по данным эманационной съемки и наблюдениям в
горных выработках.
Рис. 11. Геологический разрез и результаты эманационной съемки (по Л. Д. Федоренко).
Сиенит-диориты: 1 — мелкозернистые, 2 — крупнозернистые.
1 О М - М
Рис. Структурная карта но результатам комбиниро ванного электроирофилнрования (по А. В. Вешевуи др.).
График рк : i — установки A M N , 2 — установки MNB .
Размеры установки: АО = 100 м, M N = 40 м. Заштрихованы зоны высоких кажущихся сопротивлений.
Иногда природу аномалии можно выяснить уже при про ведении поисковых работ. Например, если аномалия в рудном районе фиксируется методами литогеохимической съемки, есте ственного электрического поля и дипольного индуктивного профилирования * (ДИП), то обычно этого достаточно, чтобы
* Ниже всюду при упоминании метода ДИП имеется в виду проведе ние наблюдений с помощью аппаратуры ДЭМГ1 (дипольного электромаг нитного профилирования), позволяющей определять амплитудную и фа зовую характеристики поля.
С0г ,с м 3/0,5 г пробы
Рис. 13. Геологический раз рез и график содержания углекислоты (но Н. Ф. Майо-
|
рову). |
|
1 — известняки; |
2 — эффу- |
|
зивы |
основного |
состава, |
кристаллические |
сланцы; |
|
3 — вторичные |
кварциты. |
|
32
считать ее рудной. Нужна только детализация аномалии для правильного заложения горных выработок. Однако часто бывает, что по результатам поисковых работ не удается сделать вывода о природе аномалии, и тогда необходима постановка поверочных работ. В этом случае надо применять геофизиче ские методы, основанные на разных физических свойствах. Например, если аномалия обусловлена различием пород (руд) по электропроводности, то в качестве поверочного метода полезна гравиразведка. Метод ВЭЗ или микросейсморазведка также позволяет решить вопрос, вызвана ли аномалия электро проводности рудным телом или просто увеличением мощности хорошо проводящих наносов. Большие надежды в решении этого вопроса возлагают на метод ВП и контактный способ поляризационных кривых (КСПК).
Поверочные работы обычно проводят по отдельным про филям, пересекающим аномалию в ее центральной части. На этих профилях уже были выполнены наблюдения другими методами при поисках. При постановке поверочных работ надо обязательно учитывать сравнительную стоимость повероч ных геофизических и горных работ. Иногда (особенно при рыхлых отложениях небольшой мощности) горными работами вопрос о природе аномалии может быть решен достовернее, дешевле и быстрее, чем с помощью дополнительных геофизи ческих исследований. Отнести аномалию к рудной или нерудной обычно можно только по совокупности геофизических и геоло гических данных.
После того как рудный характер аномалии установлен, про водят детализационные работы. Они заключаются в выполнении исследований по более густой сети некоторыми (не всеми) мето дами, использованными при поисках и поверке. Детализация должна дать возможность определить глубину и некоторые элементы залегания объектов, создавших аномалию, и тем самым правильно наметить места расположения и тип горных выработок, закладываемых для вскрытия рудных тел. Анома лии передают геологическим партиям для постановки горных или буровых работ только тогда, когда рудный характер ано малии установлен, как правило, комплексом методов, а с гео логических позиций нахождение рудного тела в данных усло виях достаточно вероятно. В горных выработках необходимо проводить каротажные и другие геофизические исследования (метод заряда, метод вертикального градиента и т. д.) и с учетом их данных уточнять первоначальное геологическое истолкова ние результатов работ.
В заключение рассмотрим вопрос о комплексировании геофизических и геологических работ при съемке и поисках. Мы уже говорили, что при геологической съемке геофизические наблюдения целесообразно проводить в два-три этапа. На пер вом этапе геофизические работы ведут с опережением геологи-
3 Г. П. Новицкий
ческих на 1—2 года и данные геофизических методов исполь зуются геологами при геологической съемке. На втором (иногда и на третьем) этапе геофизические и геологические работы целесообразно выполнять одновременно и, как правило, по единой сети профилей. На значительной части профилей (иногда на всех) должны быть поставлены и геофизические и геологи ческие наблюдения, сопровождаемые проходкой канав, шурфов и скважин. Совместное проведение геофизических и геологи ческих наблюдений позволяет сократить объемы, а следова тельно, и стоимость геологических и горнобуровых работ. Это снижение стоимости должно быть больше, чем стоимость геофизических работ отдельно.
Изложенные соображения о сочетании геофизических и гео логических работ требуют, чтобы предварительно была рас считана стоимость геологических работ без геофизических исследований и стоимость комплекса геофизических и геологи ческих работ, что должно служить экономическим обоснованием целесообразности применения геофизических методов. Расчеты, проведенные для условий Казахстана, показали, что стоимость геологической съемки одного листа карты масштаба 1 : 50 000 (без привлечения геофизических методов) различна и зависит от объема картировочного бурения, который в свою очередь определяется степенью обнаженности района. В закрытых и полузакрытых районах Северного Казахстана средний объем бурения на один лист составляет 6500 м. При комплексных геолого-геофизических исследованиях стоимость съемки сни жается в этих районах на 20—30%, что объясняется сокраще нием объема картировочного бурения до 3300 м. При съемке в сравнительно открытых районах экономия от привлечения геофизических методов несколько меньше, так как ниже удель ный вес бурения.
К сожалению, подобные расчеты на практике проводят очень редко, ограничиваясь общими фразами о том, что при менение геофизических методов позволит выполнить геологи ческие работы быстрее и дешевле. В связи с переходом геологи ческих партий на новую систему планирования этот вопрос приобретает особую актуальность. Необходимо также учиты вать, что геофизические методы позволяют не только сократить объем картировочного бурения, но и получить новую, допол нительную информацию о геологическом строении территории съемки.
В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что гео физические исследования на всех стадиях — от проектирования до составления отчета — должны быть тесно увязаны с геолого разведочными работами. Геологическое истолкование резуль татов комплексных геолого-геофизических наблюдений следует проводить совместно геологам и геофизикам. В единстве гео логии и разведочной геофизики — залог успеха.
Г Л А В А II
ЧЕРНЫЕ И ЛЕГИРУЮЩИЕ МЕТАЛЛЫ
ЖЕЛЕЗО
Богаты железом основные и ультраосновные породы и бедны кислые и щелочные. Известны сотни минералов, в состав кото рых входит железо, но только несколько из них являются важным источником для выплавки металла, это магнетит, гематит, мартит, лимонит, гетит, сидерит, железистые хлориты, ильменит, титаномагнетит. Минимальное содержание железа в кондиционных рудах должно быть не меньше 15—30% в зави симости от типа руд, размеров месторождения, способа раз работки, легкости обогащения и т. д.
Физические свойства минералов железа весьма различны. Поскольку разведчику приходится иметь дело не с чистыми минералами, а с рудой, будем рассматривать физические свой ства железных руд, состоящих из одного или нескольких мине ралов железа. Наибольшей магнитной восприимчивостью х обладают магнетитовые руды, для которых ее значения пре вышают 10 000-10“ 6 и даже достигают 1 000 000-10“ 6 СГС. В пределах отдельных месторождений магнитная восприимчи вость магнетитовых руд изменяется в менее широком диапазоне, но все же ее колебания могут быть значительными, что следует учитывать при подсчете запасов по данным магнитной съемки. Существенное влияние на магнитные свойства оказывают также
текстурно-структурные особенности руды. |
у. |
= (т •10 ч- |
|||
Гематитовые |
руды обычно |
слабомагнитны: |
|||
-т- п - 100)-10“ 6 |
СГС (т ^ |
10, |
п ^ 5). Однако |
присутствие |
|
в них магнетита приводит |
к |
повышению х. |
Магнитная вос |
||
приимчивость мартитовых руд в общем тоже невелика, но не сколько больше, чем у гематита. Титаномагнетитовые. руды характеризуются очень изменчивой магнитной восприимчи востью: х = (600 -т- 150 000)-10“ 8 СГС. Слабомагнитны лимо нит и сидерит, магнитная восприимчивость сидерита редко превышает 200-10“ 6 СГС, а для бурых железняков она практи чески близка к нулю. Лишь некоторые оолитовые бурые желез няки имеют повышенную магнитную восприимчивость из-за наличия в них ферромагнитных минералов. Хотя основные и ультраосновные породы, с которыми обычно связаны желез ные руды магматического происхождения, довольно сильно
35
магнитны, но, как правило, их намагниченность ниже, чем у железных руд. Однако в отдельных случаях вмещающие породы оказываются более магнитными, чем руды. Для пра вильного геологического истолкования магнитных аномалий надо изучать не только магнитную восприимчивость, но и оста точную намагниченность.
Плотность большинства железных руд значительно выше, чем у вмещающих пород. Магнетитовые руды имеют плотность 3,8—5,0, мартитовые и мартито-гематитовые 3,2—3,8, бурые
железняки 2,0—3,0 г/см3. Плотность |
крепких руд |
зависит |
от содержания рудного минерала, а |
рыхлых — от |
их пори |
стости.
Удельное электрическое сопротивление железных руд раз
лично. Так, магнетит |
является |
2 |
электронным проводником |
и имеет сопротивление |
1(Г4—10“ |
ом-м, хотя для некоторых |
его разновидностей сопротивление повышается до 103 ом-м. Сопротивление гематита несколько больше и чаще лежит в пре делах 10—105 ом-м, сидерит имеет сопротивление 10—103, лимонит 103—108 ом-м. Магнетитовые руды способны поляри зоваться под влиянием естественных физико-химических про цессов, но это их свойство редко используют в практике поисков и разведки. Особенно интенсивные естественные поля наблю даются над комплексными сульфидно-магнетитовыми рудами. Эти руды способны и к созданию аномалий вызванной поляри зации.
Скорости распространения упругих колебаний приводятся по данным, полученным на КМА. По полевым измерениям граничная скорость для железистых кварцитов 5,2—6,7 вдоль слоев и 2,6—4,0 км/сек вкрест слоев, т. е. существует анизо тропия по скорости. По измерениям на образцах граничная скорость для магнетитовых кварцитов 5,4—6,5, сидеритомартитовых 5,2—6,2, мартито-железослюдковых 3,1 — 5,3 км/сек. Скорости во вмещающих руду породах (сланцевая толща КМА) несколько меньше, чем в рудах, но не настолько, чтобы четко выделить рудные залежи с помощью сейсмораз ведки.
Широкий диапазон изменения физических свойств железных руд в совокупности с разнообразной геологической обстановкой их залегания требуют применения разной методики поисков. Месторождения железа возникают при эндо-, экзо- и метаморфогенных процессах. Среди эндогенных месторождений выделяют гистеромагматические, пегматитовые, скарновые и гидротермальные; среди экзогенных — осадочные, инфильтрационные, остаточные латеритн'ого выветривания, железные шляпы и россыпи; среди метаморфогенных — очень крупные метаморфизованные. Удельный вес месторождений разных гене тических типов в промышленности не одинаков. Наиболее важными являются метаморфогенные месторождения; среди
экзогенных представляют ценность осадочные, а среди эндо генных — скарновые и гидротермальные.
Г и с т е р о м а |
г м э т и ч е с к и е месторождения железа |
обычно связаны с |
основными и ультраосновными породами |
и значительно реже с породами кислого ряда. Выделяют две формации гистеромагматических руд: апатито-магнетитовую типа Кирунавары и титаномагнетитовую кусинского типа.
Апатито-магнетитовая формация пространственно и гене тически тесно связана с сиенитами и сиенито-диоритами, харак теризуется срастанием магнетита и апатита. Крупнейшим промышленным месторождением апатито-магнетитовой фор мации является Кируна в Швеции. Магнетитовые руды зале гают в магнитных породах, но намагниченность руд значи тельно выше, чем вмещающих пород. В свою очередь вмещающие рудное тело породы окружены практически не магнитными отложениями. В Советском Союзе подобные место рождения с небольшими запасами разрабатываются на Урале.
Можно рекомендовать следующую методику геофизических работ на месторождениях этого типа. Для картирования мас сивов основных и ультраосновных пород проводят воздушную
магнитную съемку в масштабах 1:200 |
000 и 1:100 000, при |
этом могут быть отмечены и отдельные |
крупные рудные тела. |
Но данным аэромагнитной съемки составляют карты распро странения пород, с которыми может быть связано оруденение. Непосредственно поиски также лучше всего вес1и воздушной магнитной съемкой в масштабе 1:25 000, принципиально при годны электроили гравиразведка. Однако производительность двух последних методов меньше, а стоимость выше, чем воз душной магниторазведки.
По данным аэромагниторазведки намечают положение руд ных тел, определяют их рзэмеры и подсчитывают запасы по низким категориям. Для определения запасов необходимо иметь на месторождении несколько скважин, по которым за мерены магнитные свойства руд. Чтобы более точно найти элементы залегания рудных тел, полезно провести на место рождении высокоточные гравиметровые измерения по отдель ным профилям с небольшим расстоянием между пунктами наблюдений и наземные магниторазведочные работы. Уточнить глубину залегания верхней кромки рудных тел можно с по мощью сейсмических методов или ВЭЗ.
Наиболее крупным месторождением титаномагнетитовой формации в СССР является Кусинское на Южном Урале. Руд ные тела, представленные магнетитом и ильменитом, залегают среди массива габбро в форме гнезд и жил, приуроченных к тре щинам надвигового типа. По простиранию жилы прослежены на 1—2 км, в глубину на сотни метров при мощности от 1 до 10 м. Здесь может быть использована та же методика гео физических работ, что и на месторождениях типа Кируна,
однако масштаб исследований должен быть более крупным, так как размеры рудных тел, как правило, заметно меньше.
С к а р н о в ые ( к о н т а к т о в о - м е т а с о м а т и ч е с к и е) месторождения железа связаны с умеренно кислыми гранитоидами: гранодиоритами, кварцевыми диоритами и монцонитами. Залежи располагаются по контакту с карбонатными породами или, что реже, с вулканогенными толщами (туфами, порфиритами), а также среди самих интрузивных массивов. Формы рудных тел — гнезда, пластообразные залежи, вкра пленники. Рудные минералы — магнетит, реже гематит. В ру дах скарновых месторождений нередко наблюдается повышен ное содержание кобальта. В СССР к этому генетическому типу относятся многие месторождения Алтае-Саянской горной области, Казахстана, Урала, Азербайджана. Запасы место рождений могут быть как значительными (сотни миллионов тонн), так и небольшими. Руды сильно магнитны, имеют высо кую плотность и разное удельное сопротивление (чаще вы сокое).
Алтае-Саянская область (точнее Горная Шория) явилась тем районом СССР, где для поисков железорудных месторожде ний в 1939 г. впервые была применена воздушная магнитная съемка. Уже первые работы показали перспективность этого вида геофизических исследований. В дальнейшем аэромагнит ная съемка стала основным поисковым методом на железные руды.
На рис. 14 приведен график Za и геологический разрез Тейского магнетитового месторождения в Алтае-Саянской области, на котором видно, что рудному телу соответствует магнитная аномалия интенсивностью десятки тысяч гамм. Рудные тела неправильной формы (линзы, пласты) часто объ единяются, вызывая общую магнитную аномалию на фоне сравнительно спокойного и низкого поля, соответствующего вмещающим осадочным или изверженным породам.
В результате аэромагнитной съемки выявлены, по-види мому, все рудные залежи, создающие аномалии интенсивностью десятки тысяч гамм, и перед разведчиками со всей остротой встал вопрос о разделении множества слабых аномалий (до 3000—5000у) на рудные и нерудные. Такие аномалии могут быть обусловлены как глубокозалегающими рудами, так и раз ными магнетитсодержащими породами. Проверять бурением все аномалии крайне невыгодно, так как только в АлтаеСаянской области их насчитывается несколько тысяч, а про цент попадания буровых скважин в руду весьма низок.
Разделять аномалии на рудные и нерудные рекомендуется путем детального анализа данных магниторазведки, дополни тельных магнитных наблюдений, а также применяя другие геофизические методы исследований. При анализе магнито разведочных данных определяют параметры структуры маг-
38
Рис. 14. Геологический разрез Тейского железорудного месторо ждения (по Б. Д. Микову и др.).
1 — известняки; 2 — ортофиры и кератофиры; 3 — магнетитовая руда; 4 — плагиограниты, биотитовые, лейкократовые рого вые граниты; скарны: 5 ,— рудные, 6 — безрудные.
нитного поля, которые отражают наиболее существенные осо бенности возмущающих объектов. К этим параметрам относят намагниченность, характер аномалии, глубину залегания верх ней и нижней границ объекта, его горизонтальную мощность и т. д. Практикой установлено, что глубокозалегающие (100— 150 и более) рудные тела, как перекрытые наносами и выходя щие на эрозионный срез, так и слепые, обычно создают простые
39