книги из ГПНТБ / Рысс Ю.С. Поиски и разведка рудных тел контактным способом поляризационных кривых

лабораторных условий представляет собой реальный факт. Причина различий заключается в воздействии физико-химических факторов на протекание электрохимических реакций, которые отличны для образцов минералов в электролитических ваннах и для рудных тел, залегающих в горных породах.

Рис. 19. Результаты наблюдений КСПК на полиметаллическом рудном теле (По В. М. Пантелеймонову, В. В. Блинову, М. В. Черфасу).

а — поляризационные кривые при расположении питающего электрода в руд­ ном пересечении восточного штрека и приемных электродов в пересечениях штрека ( 1 ,2 ) , рассечки (3), штольни (4) и на рельсах (5 ), 6 — схематический план расположения рудных тел.

Полиметаллические рудные тела: 1 — богатые массивные; 2 — бедные вкрапленные. Положе­ ние электродов: з — питающего, 4 — приемных.

Сравнивая коэффициенты К і00 (см. табл. 5), можно заметить, что наиболее существенно они различаются для катодных и анодных процессов. Внутри выделенных групп реакций отличия заметно меньшие. Для группы катодных реакций коэффициенты К 100 по своей величине больше и различаются между собой в 1,25 раза, в то время как для группы анодных реакций они меньше и отли­ чаются друг от друга в 3 раза. Наблюдаемые различия в значениях

коэффициентов Ä'100 по их величине п по изменениям значений для двух выделенных групп реакций указывают на то, что причиной различий являются электрохимическая природа процессов н условия их протекания. Как уже отмечалось, механизм катодных реакций при обследованных потенциалах связан с образованием металли­ ческих фаз и преобразованием пленок на поверхности минералов. Продукты указанных реакций, как правило, остаются в реакционном пространстве, обусловливая нарастание затруднений в протекании процессов и возникновение предельной силы тока реакций. Этому способствует обычное повышение pH в зоне катодных реакций, которое обеспечивает закрепление продуктов реакций в твердой фазе.

В отличие от катодных процессов анодные реакции связаны с рас­ творением минералов и образованием катионов металлов. Последние электрическим током выводятся из зоны реакций. Благодаря этому возникновение предельной силы тока для анодных реакций требует большего количества электричества н, в частности, большего времени протекания процесса, чем для катодных реакций. Самопроизвольное подкисление реакционного пространства при анодных процессах в еще большей степени способствует подвижности продуктов анодных реакций и отведению продуктов от реагирующих поверхностей.

Из сказанного следует, что предельная сила тока для анодных реакций больше, чем для катодных, а следовательно, коэффици­ енты К joo должны быть меньше для анодных процессов по сравнению с катодными. Именно этот эффект наблюдается при рассмотрении коэффициентов К і00, представленных в табл. 5.

Обращает на себя внимание тот факт, что значения коэффициен­ тов К loo Для анодных процессов имеют большие различия, чем для катодных. Наименьшая величина К і00 отмечается для анодной реак­ ции на медно-никелевом теле /. Для реакции на полиметаллическом месторожденпи коэффициенты К ІОо выше, чем на медно-никелевом. Обследование других месторождений Кольского полуострова и Ка­ захстана, для которых точность подсчета коэффициентов К ійо из-за неполных геологических сведений меньше, чем для трех тел, рас­ смотренных выше, также показало, что значения -Кто У анодных реакций на халькопирите и других минералах для условий Казах­ стана больше, чем для Кольского полуострова. Отмечаемая разница, очевидно, связана с различием физико-химических условий место­ рождений Кольского полуострова и Казахстана. Весьма вероятной причиной этих различий являются особенности водообмена в мас­ сивах пород и pH вод.

Для Кольского полуострова характерна интенсивная циркуляция вод при их pH !=s>4. В Казахстане pH вод обычно около 7 и породы сравнительно слабо промываются водами. Указанные различия в физико-химических условиях протекания электрохимических реак­ ций должны приводить к тому, что накопление продуктов реакций в нейтральных застойных растворах должно быть больше, чем в кис­ лых циркулирующих водах. В соответствии с этим предельная сила

тока реакции для застойных нейтральных вод меньше, а коэффи­ циент Кмо выше, чем в условиях интенсивного водообмена с низким pH раствора. Отсюда следует ожидать для месторождений Казах­ стана значений А 100 больших, чем для месторождений Кольского полуострова, что и наблюдается в действительности.

Указанный эффект сильнее должен сказываться для анодных процессов и меньше для катодных реакций. Последнее связано с тем, что поскольку значительная часть продуктов катодных процессов образуется в виде твердой фазы и в условиях формирования соб­ ственного pH в реакционном пространстве, а продукты анодных реакций в виде растворенных ионов в жидкой фазе, постольку вли­ яние водообмена н pH вод в окружении зоны реакции для катодных

анодных реакций должны быть больше, чем для катодных процессов. Устанавливаемая связь между природой электрохимических реак­ ций н значениями коэффициентов А 100, очевидная из самых общих соображений, позволяет сделать вывод о том, что каждой электро­ химической реакции н условиям ее протекания в общем случае соответствуют своп значения коэффициента Ä’100. Следовательно, величины А 100 должны быть специфичными для каждого минерала п каждой реакции на соответствующем минерале. Полученные коэф­ фициенты характерны для обследованных реакций и не могут быть распространены без специального анализа на другие процессы. Они относятся к так называемым «первым» катодным н анодным

реакциям.

Вместе с тем, несмотря на отмечаемые различия коэффициен­ тов А 100, сами по себе нх отличня сравнительно невелики. Пределы изменений коэффициентов тем меньше, чем конкретнее группа рас­ сматриваемых процессов. Сопоставляя значения коэффициентов А 100 (см. табл. 5) для разных условий, можно видеть, что изменения в величине поверхности рудных тел на три порядка п в содержании минералов от 2 до 50% (в 25 раз) приводят к изменениям коэффи­ циентов А іоо всего в 5 раз, а для группы катодных процессов — 1,25 раза. Относительно небольшие измененпя коэффициентов уста­ навливаются для разных минералов (пентланднт, галенит, сфалерит), для разных типов месторождений (медно-никелевые, полиметал­ лические), для разных геологических условий залегания руд н вме­ щающих пород п для участков, далеко отстоящих друг от друга (Кольский полуостров, Центральный Казахстан). Сказанное поз­ воляет сделать вывод о том, что найденные коэффициенты А 100 обладают определенным постоянством, которое тем лучше, чем меньше пределы изменений условий протекания электрохимических

реакций.

Устанавливаемый сравнительно узкий диапазон изменений коэф­ фициентов А 100 при весьма широких пределах изменений условий, которые могли бы влиять на величину коэффициентов, указывает на то, что основными геологическими факторами, влияющими на

предельную силу тока реакций, протекающих в природных условиях ыа реальных рудных телах, являются величина поверхности рудных залежей п содержание входящих в пх состав минералов. Учет этих факторов по формуле (19)

о _ ^пр^"100

С

позволяет простым образом связать с ними величину предельной силы тока электрохимических реакций и использовать ее для определения величины поверхности н размеров обследуемых рудных тел, если известно содержание минералов, или наоборот, для определения концентрации минералов, если известны размеры н величина поверх­ ности рудного образования. При этом величина поверхности п раз­ меры тел будут определены в том смысле, что они будут характери­ зовать некоторый обобщенный контур, обычно используемый для изображения рудных объектов на разрезах и планах, и усредненное содержание минералов для рудной залежи в целом.

Погрешность определений помимо погрешностей, связанных с ве­ личиной предельной сплы тока, будет зависеть от точности значении коэффициентов К 100. Для полученных величин К 10Q погрешности определений будут находиться в пределах одного порядка (различие в 5 раз). При раздельном использовании коэффициентов для катодных и анодных процессов погрешность снизится. Она станет тем меньшей, чем лучше учитывать другие факторы: водообмен и гидрогеологи-

- ческпе условия, pH вод, участвующие в реакциях минералы и т. д. Конкретизируя условия определений и выбирая для них соответ­ ствующие коэффициенты, можно повысить точность определений и приблизиться к погрешности, которая будет соответствовать тре­ бованиям, поставленным при решении геологических задач. На­ пример, для оцепим рудопроявлений, когда требуется грубо опре­ делить масштаб встреченного оруденения, погрешность в пределах порядка, позволяющая оценить размеры рудных тел в единицах, десятках и л и сотнях метров, по-видимому, может быть признана удовлетворительной. Вместе с тем при разведке месторождении погрешность определений, очевидно, должна быть меньшей, чем при оценке рудопроявлений. На стадии предварительной разведки она допустима в пределах 100% (т. е. в 2 раза), а на стадии детальной разведки необходимо довести ее до первых десятков и может быть

единиц процентов.

Полученные коэффициенты К ІОі) с разделением пх на катодные и анодные процессы позволяют надеяться, что расхождения коэф­ фициентов для катодных реакций не больше чем в 2 раза, а для анод­ ных — в 2—3 раза. При уточнении коэффициентов для конкретных районов и минералов можно рассчитывать на снижение погрешности.

Для проверки правильности установленных коэффициентов К 100 и определения по предельной силе тока реакций величин поверх­ ностей il размеров рудных тел были выполнены поляризационные наблюдения на ряде рудных объектов. Геологические сведения

■Юз

о размерах и других параметрах рассматриваемых тел не настолько полны, чтобы их можно было использовать для определения коэф­

процессов на разных минералах, выбрали их усредненную вели­ чину = 500 м2/а. Соответственно для анодных процессов в ка­ честве некоторых стандартных значений были приняты величины Л’^0 =100 м2/а для условий хорошего водообмена и /і'Д0 = 200 м2/а для условий затрудненной циркуляции подземных вод (индексы К и А означают катодные и анодные процессы).

Как правило, величину поверхности рудных тел по неполным геологическим данным установить трудно. Удобнее результаты изме­ рений представлять в виде линейных размеров. От величины поверх­ ности к линейным размерам можно перейти, зная форму рудных тел. В общем случае это сложная задача, поскольку из наблюдений поляризационных кривых сведения о форме залежей непосредственно не следуют. Однако большинство рудных тел имеет лннзовидный характер со значительным превышением размеров по простиранию l t и падению Z2 по сравнению с мощностью h. В связи с этим для многих плоских тел третьим измерением (мощностью) можно пренебречь.

Для сплюснутых прямоугольных призм справедливо соотношение

( 20)

т. е. произведение длины призмы по простиранию на ее длину по падению более или менее равно половине ее внешней поверхности. Если линзы не прямоугольны, то соотношение тем не менее сохра­ няет силу для оценки приближенных размеров линзы. Если линей­ ные размеры залежи по простиранию и падению более пли менее одинаковы, то определяют один линейный размер, который в данном случае ориентировочно равен

(21)

Линейные размеры рудных тел, определяемые рассмотренным способом являются приближенными. Кроме того, при неодинаковой длине по простиранию и падению линз они не определенны в том смысле, что одному значению половины величины их поверхности

с погрешностью, характеризуемой половиной расстояния между скважинами, так что точность сравниваемых величин в большинстве случаев может считаться более или менее одинаковой.

В табл. 6 сопоставлены результаты определений линейных раз­ меров рудных тел, вычисленных по поляризационным измерениям и по данным бурения, проходки горных выработок и радиопросвечп-

ваніш. Здесь же приведены величины поверхности рудных тел, вычисленные по значениям предельной силы тока для разных неза­ висимых исходных условии (разные минералы, катодные н анодные процессы п т. д.). Сравнение вычисленных значений S друг с другом позволяет оценить погрешность использованных коэффициентов по признаку сопоставимости получаемых величин, которые должны быть одними и теми же для каждого тела независимо от принятых данных при расчете для разных минералов и разных процессов.

Из табл. 6 видно, что для различных типов руд, для тел разного состава с содержанием минералов от единиц до десятков процентов, для объектов разных размеров от десятков до сотен метров, залега­ ющих в различных физико-химических условиях и па большом удалении друг от друга, результаты определения линейных размеров по поляризационным измерениям удовлетворительно согласуются с данными определения другими методами. Наибольшее расхождение в сравниваемых величинах наблюдается для медно-никелевого тела III. По другим телам расхождения находятся в пределах десят­ ков процентов.

Какой-либо закономерности большего пли меньшего отклонения величин линейных размеров (определяются по поляризационным измерениям и другими методами в зависимости от типа руд) тел и прочих геологических условий не наблюдается. Это указывает на то, что расхождения имеют произвольный характер и связаны с погрешностями определений каждым способом. Для поляриза­ ционных измерений источником погрешностей могут служить не­ точное знание содержания минералов, погрешности в измерении предельной силы тока и т. д. Для измерений другими методами, например бурением, погрешности в определении размеров тел, оче­ видно, связаны с неправильной интерполяцией положения руд между скважинами и другими причинами.

Сравнивая значения поверхности рудных тел, получаемые при использовании электрохимических процессов на разных минералах, а также для катодных н анодных реакций, можно видеть, что они хорошо совпадают друг с другом для каждого тела. Как правило, расхождения не превышают первых десятков процентов. Наибольшее расхождение (2 раза) отмечается для медно-никелевого тела III.

Удовлетворительное соответствие величин поверхности рудных тел, определяемых из поляризационных измерений по формуле (19) для разных минералов и процессов, указывает на правильность самой формулы (19) и на справедливость значений установленных коэффициентов К і00. Сказанное относится к тем условиям, в которых проводились измерения. Вместе с тем, поскольку использованные условия достаточно широки, то это может служить указанием на известную универсальность приведенных коэффициентов К і00 и фор­ мулы (І9). Отсюда следует, что с помощью коэффициентов К і00 для первых катодных и анодных процессов вполне можно определять по предельной силе тока реакций величину поверхности рудных тел S и их размеры.

ГЛіР^ІОО

Л— С

можно видеть, что, зная / пр и Â"100, можно в ы ч и с л и ть либо величину поверхности рудного тела S при известном С, либо, наоборот, само С при известном S.

В геологической практике обычно ни S , ни С не известны и под­ лежат определению. На разных стадиях поисков и разведки отно­ сительно рассматриваемых величин могут быть сделаны более или менее правдоподобные предположения, которые можно использовать для оценок.

Если оруденение пересечено одной или ограниченным числом скважин, то по анализу керпа устанавливаются значения содержания отдельных минералов. Указанные -величины не являются средними из-за неравномерного распределения рудного вещества и случайного характера точек пересечения рудного объекта скважинами. Тем не менее полученный материал позволяет указать приближенное вероятное среднее содержание каждого из минералов. Кроме того, по опыту работ в соответствующем районе более или менее известны возможные средние содержания того и л и ин ого минерала в орудене­ нии. Отмеченные сведения могут быть использованы для оценкп величины поверхности и линейных размеров рудных тел по формуле (19). Как правило, решение рассматриваемой задачи наиболее суще­ ственно на последних стадиях поисков при оценке рудопроявлений, когда оруденение пересечено одной или ограниченным числом сква­ жин и требуется оценить масштабы рудного объекта, чтобы решить вопрос о целесообразности его дальнейшей разведки.

В зависимости от достоверности выбранных значений С оценка величины поверхности рудных тел и их размеров может меняться. Поскольку для разных минералов, входящих в состав рудного обра­ зования, величины С будут иметь разную достоверность и откло­ няться, очевидно, как в сторону увеличения, так и в сторону умень­ шения, постольку среднее из нескольких определений 5 для разных минералов и для разных процессов должно приближаться к истин­ ному значению. Именно это усредненное значение S cр и должно быть использовано для характеристики линейных размеров рудного объекта.

Если величины С для разных минералов выбраны правильно, то следует ожидать для вычисленных S незначительного разброса. Наоборот, при большой погрешности в значениях С для разных минералов будут заметные расхождения в величинах S. Указанные расхождения могут служить критерием правильности использован­ ных величин С.

Погрешность определения величины поверхности и по ней линей­ ных размеров рудных тел, как можно видеть из табл. 6, по име­ ющимся фактическим данным находится в пределах 100% и нередко менее 50%. Она может считаться удовлетворительной для оценки

размеров тел на стадиях поисков, но недостаточна для характери­ стики их размеров при разведке месторождении. Основной источник погрешности: неточное знание содержания рудных минералов. Наи­ более значительно расхождение вычисляемых величин от действи­ тельного в том случае, когда погрешности в сведениях о содержании минералов будут одного знака, т. е. величины С плп занижены пли завышены для всех минералов (погрешность в определении размеров тел может быть значительной). Однако порядок величины поверх­ ности тел и их размеров тем не менее можно установить достаточно уверенно.

Как известно, содержание суммы минералов не может быть более 100%, а для рудных минералов оно, как правило, менее 50%. С дру­ гой стороны, при содержании суммы рудных минералов меньше 1% обычно отсутствует электронная связь между ними, и, следовательно, на таких объектах нельзя наблюдать эффектов в форме поляриза­ ционных кривых. Если из поляризационных кривых устанавли­ ваются значения предельной силы тока в единицы миллиампер и меньше, то при указанном диапазоне содержания минералов поверхность рудных тел не может превышать первых сотен квадрат­ ных метров, а линейные размеры — единиц метров (до 10 м). В случае предельной силы тока до 100 ма максимальные размеры тела не пре­ вышают 50 м. При І пр единицы и десятки ампер размеры тел должны быть значительными и составлять многие десятки и сотни метров. Таким образом, грубая оценка размеров тел непосредственно следует из наблюдаемых значений предельной силы тока реакций. По ней можно выделить мелкие, средние и крупные рудные тела. Это позволяет удовлетворительно решить вопрос об оценке размеров рудопроявления и целесообразности дальнейших геологических исследований на участке.

На стадиях разведки и эксплуатации месторождений сведения о размерах тел становятся более уверенными и вместе с тем большее значение приобретает необходимость знания усредненного содер­ жания минералов или элементов в отдельных рудных телах и блоках (характеристика запасов полезных компонентов). Для указанных стадий целесообразна обратная операция определения с помощью формулы (19) по размерам тела величин С. Погрешности определения будут зависеть главным образом от точности установленных размеров тел и их формы. В каждом конкретном случае в зависимости от по­ грешности в сведениях о размерах и форме тел может быть оценена ошибка в определении содержания минералов. Очевидно, могут быть приняты специальные меры для ее уменьшения.

Последовательность таких действий составляет сущность ком­ плексной методики разведки с использованием геологических, гео­ физических, технических (бурение, проходка горных выработок) и других методов разведки. Исследование такой комплексной мето­ дики выходит за пределы настоящей работы. Вместе с тем очевидно, что применение метода КСПК в упомянутом комплексе для харак­ теристики усредненного содержания рудных минералов по отдельным

блокам месторождений может явиться средством повышения эффек­ тивности разведки.

Помимо специализированного использования метода КСПК и по­ ляризационных измерении для раздельного определения величины поверхности и размеров рудных тел пли для определения усреднен­ ного содержания минералов (элементов) в ряде случаев возможно их использование и для того и для другого одновременно. В самом деле, если в рудном образовании присутствует несколько минералов п из поляризационных кривых можно получить значения предельной силы тока для каждого из них, то совокупность этих сведений и прполиженных сведении о содержании минералов в точке пересечения оруденения хотя бы в одной скважине, используемой для снятия поляризационных кривых, позволяет дать оценку размеров тела и его минерального (элементного) состава в качественном и количе­ ственном отношениях.

Пусть в оруденении имеется четыре основных минерала, напри­ мер пирит (Ру), галенит (Gn), сфалерит (S1) и халькопирит (Ср). Для каждого из них в точке пересечения руд скважиной известно содержание Сру, СЬп, Csi. СсРи, следовательно, содержание интересу­ ющих полезных элементов свинца (РЬ), цинка (Zn) и меди (Си): Gpbi C'zn, С\cu. После поляризационных измерений установлены для каждого минерала значения предельной силы тока при катод­

держанию соответствующего минерала С по формуле (19) можно вычислить величину поверхности S всего рудного тела. Число зна­

число может быть увеличено за счет различных сочетаний на двух­ трех пли большем количестве минералов при совокупном рассмотре­ нии соответствующих процессов (при катодном процессе на пирите

ихалькопирите, при анодном процессе на сфалерите и халькопирите

ит. д.). В полученном наборе значений St из-за случайного характера величин С' каждое 5,- будет отличаться от других. Можно рассчи­

тывать, что среднее значение из 5,- или их среднее вероятное S cp будет наиболее близко к действительному. По значению Scp вычис­ ляются вероятные размеры рудной залежи по простиранию Д и паде­ нию Іг. Из набора произведений l l X 12 выбираются вероятные величины в соответствии с имеющимися сведениями о геологической структуре участка.

По величине Scp при повторном использовании формулы (19) вычисляются уточненные значения содержания минералов С:

тов, представляющих практический интерес: ПО