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

Между отмеченными тремя случаями определения минерального состава рудных тел существуют многие промежуточные варианты; очевидно, что лучшим является третий вариант, который включает в себя первый и второй. Кроме того, их реализация важна в качестве первых шагов в определении физико-химическими методами мине­ рального состава руд в их естественном залегании. Осуществление именно этих вариантов было главной заботой при создании метода КСПК. Третий вариант следует рассматривать как цель, которая, возможно, и будет достигнута при накоплении опыта и дальнейшем совершенствовании методов физико-химических исследований боль­ ших объемов земных масс.

Характеристика минерального состава рудных объектов в первом варианте достаточно проста. В самом деле, любое рудное тело, содер­ жащее полезные минералы, отличается от пиритовых и пирротиновых залежей тем, что последние более или менее мономинеральны, а пер­ вые — полиминеральны. Следовательно, в случае пиритовых и ппрротиновых лннз на поляризационных кривых будут отражаться 1—2 реакции, а на рудных объектах — много. По этому признаку достаточно легко установить присутствие в обследуемой сульфидной линзе многих минералов, существование которых указывает на обя­ зательное наличие в линзе полезных минералов. Таким‘образом, сложные многоступенчатые поляризационные кривые отвечают руд­ ным телам, включающим в свой состав промышленноценные компо­ ненты, а кривые с одной-двумя реакциями чаще соответствуют не­ промышленным пиритовым или пирротиновым залежам.

На рис. И показаны поляризационные кривые, снятые на одном из медно-никелевых рудных тел Кольского полуострова и на пирротиновой залежи, находящейся на том же участке. Сравнивая катод­ ные поляризационные кривые (в направлении оси tp_) для двух тел, можно видеть, что шірротиновая залежь характеризуется двумя реакциями, в то время как на медно-никелевом теле отмечаются четыре реакции. Усложнение кривой для рудной линзы связано с появлением двух дополнительных процессов при потенциалах —0,32 и —1,14 в, это реакции на пентландите. Именно его присут­ ствие в рудном теле наряду с пирротином, который одинаковым образом отмечается и в рудной и в пирротиновой залежах при потен­ циалах —0,5 и —1,5 в, обусловливает появление новых электро­ химических реакций и усложнение поляризационной кривой.

В рассматриваемом случае при четкой регистрации электрохими­ ческих процессов с хорошей диагностикой потенциалов реакций не обязательно прибегать к упрощенному варианту интерпретации поляризационных кривых. Здесь можно установить сами минералы, присутствующие в обследуемых линзах. Однако на этом примере можно видеть механизм усложнения поляризационной кривой с усложнением минерального состава залежи. В других случаях более сложной диагностики вариант истолкования кривых с отнесе-. нием их к полиминеральным рудным объектам или к мономинеральным пиритовым и пирротиновым залежам становится полезным.

В этих случаях возможна упрощенная техника наблюдения поляри­ зационных кривых: с любым вспомогательным измерительным элек­ тродом, без учета естественного электрического поля и т. д. Воз­ можны также и другие схемы полевой установки с расположением питающих и приемных электродов на поверхности земли без кон­ такта с оруденением и т. п.

Промышленно-ценные минералы иногда также образуют мономи­ неральные залежи: галенитовые, сфалернтовые, халькопиритовые

Рис. 11. Поляризационные кривые, снятые па медио-ннкелевом (а) п шірротпновом (б) рудных телах.

и др. Однако такие линзы достаточно редки. Кроме того, они, как правило, небольших размеров, что обусловливает регистрацию химических процессов при силе тока меньше 1 а (обычно первые десятки миллиампер). В соответствии со сказанным при упрощенном варианте истолкования поляризационных кривых практически полез­ ные объекты чаще всего не могут быть смешаны с пиритовыми или пирротиновыми залежами.

Меньшая степень надежности описанной диагностики в обратном случае, т. е. при наличии полезных минералов с низким содержанием в больших количествах пирита или пирротина. Если сульфидный объект небольших размеров, то малая доля примесей не находит отражения на поляризационных кривых. Но при больших размерах сульфидной линзы, несмотря на малое содержание примесей, их абсолютное большое количество может проявляться на кривых. Этот случай при упрощенном истолковании кривых может быть

смешай со случаем рудного объекта п требует количественного анализа присутствующих минералов.

Вариант анализа поляризационных кривых по числу отражаемых на них процессов входит в анализ кривых по потенциалам реакции с установлением минерального состава рудных тел по основным минералам. Истолкование поляризационных кривых в этом плане всегда предпочтительнее, чем по первому варианту.

Рассматривая таблицу потенциалов реакций (см. табл. 1), можно видеть,что имеющиеся в ней минералы входят в состав наиболее распространенных типов рудных месторождений. С помощью ука­ занной таблицы можно определить минеральный состав многих рудных тел. Возможности определения существенно зависят от на­ бора минералов в обследуемом объекте. Чем больше минералов, тем труднее их определение за счет совпадения потенциалов реакций на разных минералах. Вместе с тем, учитывая достаточную устой­ чивость парагенетическпх ассоциаций сульфидов для соответству­ ющих типов руд, которые в свою очередь характерны для тех или иных районов, можно рассчитывать на удовлетворительную диаг­ ностику минералов.

Медно-никелевые руды характеризуются типичной ассоциацией: пирротин, пентландпт и халькопирит. Для этой группы минералов катодные процессы протекают при потенциалах —0,35; —0,50; —0,60; —1,40 и —1,50 в, а анодные при потенциалах: +0,20; +0,40; +0,60; +0,70 и +0,90 в. При поисках медно-никелевых руд отме­ ченный набор потенциалов реакций ожидается при съемке поляри­ зационных кривых. Этому способствует знание минералогии обсле­ дуемого района п состава керна скважины в интервале, где установлен контакт электрода-снаряда КСПК. Если ожидаемый набор потенциалов реакций действительно получен, то тем самым легко устанавливается принадлежность той или иной реакции соот­ ветствующим минералам, присутствующим в рудах.

Так как в пределах рудного тела распределение минерального состава неравномерно, то визуально определяемый состав руд по керну скважины в месте контакта с оруденением характеризует руд­ ный объект лишь отчасти. Здесь могут быть варианты, когда в точке рудного пересечения имеется весь набор присутствующих минералов пли только его часть. Кроме того, существуют изменения в коли­ чественных отношениях между минералами в пределах орудене­ ния. Поскольку данные КСПК относятся ко всему рудному телу, а не только к точке контакта, то возможны случаи соответствия и не­ соответствия определяемого состава по результатам анализа поля­ ризационных кривых и керна. Если в составе всего рудного тела из основной полимииеральной ассоциации выпадает один или два ее члена, то из набора потенциалов реакций также выпадут некото­ рые нх значения. Так, если оруденение имеет преимущественно пентландит-пирротиновый состав, то пропадут реакции на халько­ пирите при потенциалах +0,2; +0,7; —0,6 и —1,4 в. При халько- пприт-пирротииовой ассоциации минералов выпадут пз ряда потен­

циалов реакции их значения на пентландите+0,4; —0,35 и —1,1 в. В случае просто пнрротинового оруденения останутся реакции при потенциалах +0,9; +0,6; —0,5 и —1,5 в, как это и видно из рис. 11, б.

Если в составе медно-никелевых руд появятся другие минералы, например пирит, магнетит п другие, то соответственно к основному ряду потенциалов реакции прибавятся потенциалы реакций на указанных минералах.

Знание ожидаемой минеральной ассоциации в оруденении суще­ ственно упрощает анализ поляризационных кривых и отождествление процессов с теми реакциями, в которых участвуют соответствующие минералы. Однако установить минеральный состав руд можно путем непосредственного анализа потенциалов реакций. В первую очередь обращается внимание на потенциалы реакций, не имеющих одинако­ вых или близких значений на разных минералах. Такие потенциалы удобно называть днагносцирующимн. В рассматриваемой ассоциации минералов диагносцирующими потенциалами реакций являются —0,35 и —1,1 в на пентландите, +0,2 в на халькопирите и +0,9 в на пирротине. Наличие этих потенциалов непосредственно указывает на присутствие в рудах пентландита, халькопирита и пирротина. В соответствии с названным составом другие потенциалы реакций соответствуют минералам: +0,4 в—пентлаидиту; +0,7; —0,6 и —1,4в —- халькопириту; +0,6; —0,5 и —1,5 в— пирротину. Само наличие последних реакций контролирует правильность определения мине­ рального состава по диагносцирующнм процессам и обусловливает окончательное установление минерального состава обследуемого оруденения.

В реальных условиях полный набор потенциалов реакций не всегда может быть получен. Это связано с тем, что при близких значениях потенциалов реакций на двух минералах, отражение электрохимических процессов па поляризационных кривых сливается в один регистрируемый процесс при усредненном значении потен­ циала. Для медно-никелевой минеральной ассоциации такое усред­ нение возможно для катодных реакций на пирротине и халькопирите (—0,5 и —0,6 в), для вторых катодных реакций на тех же минералах (—1,4 и —1,5 в), для анодных реакций на пентландите и пирротине (+0,4 и +0,6 в) и на пирротине и халькопирите (+0,6 и +0,7 в).

Трудности разделения реакций связаны с многими причинами, главные из которых относятся к влиянию роли текстуры руд. Мето­ дика наблюдений поляризационных кривых с разделением реакций с близкими потенциалами требует специальной разработки. В тех случаях, когда разделение реакций на поляризационных кривых при имеющейся методике невозможно, анализ кривых значительно усложняется.

Обращаясь к рис. 11, я, можно видеть, что на поляризационных кривых отражаются катодные процессы при потенциалах —0,32;

типичными для пентландита, по которым и устанавливается его присутствие в рудах. Соответственно ему должна принадлежать анодная реакция при потенциале -|-0,4в. С этим потенциалом могут быть реакции на галените (см. табл. 1), но тогда должна была бы быть реакция при потенциале —0,75 в. Поскольку такой реакции нет, постольку в исследуемых рудах вряд ли существует галенит, и реак­ ция должна принадлежать только пснтландиту.Процесе при потен­

ционной кривой. В оруденении возможна примесь пирита, на котором первая катодная реакция протекает при потенциале —0,5 в, так же как и на пирротине. Однако второй катодный процесс на пирите должен был бы быть при потенциале —1,3 в. Отсутствие процесса указывает на отсутствие пирита или на его весьма небольшие коли­ чества в оруденении.

Таким образом, состав основных минералов в обследованном руд­

на том же участке. Для удобства сравнения значений предельной силы тока соответствующих реакций, масштаб по току на рис. 11, а и 12 выбран одинаковым. Как видно из рисунков, на поляризацион-

пых кривых выделяются катодные процессы при потенциалах —0,3; —0,6; —1,1 п —1,5 в. Устанавливаемые значения потенциалов реак­ ций в пределах погрешности ± 0,05 совпадают с теми, которые полу­ чены на предшествующем рудном теле. Тем самым можно констати­ ровать халькопирит-пентланднт-ппрротнновый состав обследуемого тела.

Наибольшее расхождение до 0,1 в наблюдается для реакции с потенциалом —0,5 и —0,6 в. Это совместный процесс на халько­ пирите п пирротине. Вероятно величина наибольшего расхождения потенциалов реакций связана именно с этим обстоятельством. Однако, почему в данном случае по потенциалу реакция оказалась ближе к халькопиритовой, а на первом теле к ппрротиновой, пока остается неясным.

Важно заметить, что на втором теле удалось снять процессы при потенциалах +0,6 и + 0,9 в. Последняя реакция типична для пир­ ротина и является диагносцирующей для этого минерала. Процесс при потенциале + 0,6 в также характерен для пирротина. Обе реак­ ции следовало ожидать из факта установления пирротина по катод­ ным процессам. То что они существуют лишний раз контролирует правильность определения в составе руд пирротина. Наличие халько­ пирита в соответствии с реакцией при потенциале +0,15 в должно обусловливать процесс при потенциале +0,7 в. Этот процесс, так же как и в случае катодных реакций, сливается в своем отражении на поляризационных кривых с реакцией на пирротине, и при потен­ циале +0,6 в регистрируется совместный процесс на обоих мине­ ралах.

Любопытно сравнить для двух обследованных тел значения пре­ дельной силы тока реакций. Как видно из рис. 11 и 12, для второго тела рассматриваемые величины соответствующих реакций, а также суммы процессов на всех минералах меньше, чем для первого. Это указывает, что общая масса минералов, а также размеры пер­ вого тела больше, чем у второго. Действительно, размеры первого тела составляют около 100 м, в то время как размеры второго тела не превышают первых десятков метров.

Результаты поляризационных наблюдений еще на одном медно­ никелевом рудном теле Кольского полуострова приведены на рис. 13. Здесь, как можно видеть, регистрируются те же процессы с рас­ хождением соответствующих потенциалов реакций при сопоставле­ нии с предыдущими случаями в пределах ±0,05 в. Типичная медноникелевая минеральная ассоциация удовлетворительно фиксируется для этого рудного тела.

То же самое наблюдается на других рудных телах Кольского полуострова, а также медно-никелевых телах в Воронежской области. На рис. 14 приведены результаты поляризационных измерений на одной из залежей участка вблизи г. Воронежа. Исходный потенциал этого тела отрицательнее, чем у линз Кольского полуострова. Пер­ вый процесс практически начинается с исходного значения потен­ циала —0,6 в, затем отмечаются процессы при потенциалах —0,8;

—1,1 и —1,5 в. Достаточно отчетливо фиксируются анодные реакции при потенциалах -г 0,2 и +0,4 в. В промежутке от —0,5 до +0,2 в при анодных процессах, по-выдимому, существуют какие-то реакции, которые отчетливо не отражаются на поляризационных кривых.

По полученным значениям потенциалов реакций в оруденении устанавливается пеитландит (—1,1 и + 0,4 в), халькопирит (+0,2; —0,6 и —1,5 в) п пирротин (—0,6 и —1,5 в). Здесь, так же как и на Кольском полуострове, на поляризационных кривых регистри­ руются совместные процессы на пирротине и халькопирите. Для

/д

20-

раздельной их диагностики служит процесс при потенциале + 0,2 в. Кроме перечисленных реакций отмечается процесс при потенциале —0,8 в. Процесс, по-видимому, связан с магнетитом, для которого наблюдается реакция с близким значением потенциала. Сам магне­ тит достаточно распространен в пределах обследованного тела.

Сопоставление результатов исследований для различных тел медно-никелевого состава, указывает на то, что типичная для них минеральная ассоциация удовлетворительно регистрируется на поля­ ризационных кривых. Анализ таких кривых относительно прост, и по диагносцирующим реакциям на пентландите и халькопирите достаточно уверенно устанавливается присутствие в рудах полезных

минералов.

М ед нокол чед анны е р уд ы . Для типичных медноколчеданных руд характерна минеральная ассоциация из пирита и халькопирита.

Часто в рассматриваемых рудах присутствуют другие медные мине­ ралы, а также галенит и сфалерит. При заметных количествах по­ следних руды приобретают полиметаллический состав.

Минеральная ассоциация из пирита и халькопирита приводит к реакциям, которые регистрируются на поляризационных кривых при потенциалах:

—0,5; —0,6; —1,3; —1,4 в — катодные процессы; +0,2; +0,6; +0,7 в — анодные процессы.

В некоторых случаях за счет пирита могут быть процессы при потенциалах + 0,9 в н —1,8 вместо —1,3 в.

Рассматривая ожидаемые потенциалы реакций, следует учесть возможное нх совместное отражение на поляризационных кривых. Вероятно, наиболее частым случаем для типичных медноколчеданных РУД будет тот, когда на поляризационных кривых будут фиксиро­ ваться совместно на пирите и халькопирите катодные процессы прн потенциалах —0,55 н —1,35 в, а также анодные процессы при потен­ циале + 0,65 в. Диагносцирующей реакцией наличия меди (халько­ пирита), так яш как и в случае медно-никелевых руд, является про­ цесс при потенциале +0,2 в.

Таким образом, на медноколчеданных рудах, так же как на медно-никелевых, поляризационные кривые имеют сравнительно простой вид с характерным хальконнритовым (медным) процессом при потенциале +0,2 в. Наличие других минералов существенно осложняет картину.

Колчеданно-полиметаллические и полиметаллические руды. У рас­ сматриваемых типов руд основная минеральная ассоциация пред­ ставлена пиритом, халькопиритом, сфалеритом и галенитом. В соот­ ветствии с ней набор потенциалов реакций включает:

—0,5, —0,6; —0,75; —1,2; —1,3; —1,4; —1,5; —2,25 в — для катодных процессов;

+0,05; +0,2; +0,3; +0,6; +0,7; +1,7; +2,3 в — для анодных процессов.

Большое число процессов в общем случае заметно усложняетполяризационные кривые для полиметаллических объектов. Труд­ ность выделения каждого из них усугубляется ухудшением электри­ ческой связи между минералами. Благодаря этому ряд реакций совместно отражается на поляризационных кривых, что несколько упрощает кривые, но осложняет их анализ.

Как и в случае других типов руд, знание ожидаемой минеральной ассоциации,геологических условий района и состава по керну обсле­ дуемой скважины облегчает истолкование поляризационных кривых. Однако большие изменения минерального состава в пределах всего рудного тела обусловливают необходимость тщательного анализа потенциалов реакций.

Диагностирующими для полиметаллической ассоциации являются процессы на галените при потенциалах—0,75 н +1,7 в, на сфалерите при потенциалах —1,2; —2,2 и + 2,3 в и иа халькопирите и медных

минералах при потенциале +0,2 в. Однако последний процесс может слиться с галенитовым (+0,3 в ±0,1) и л и со сфалеритовым (+ 0,05 в ± ±0,1 в).Тем не менее во всех случаях процесс при потенциале в рай­ оне + 0,2 в указывает на присутствие полезного минерала. Для точной диагностики необходимо выделение галенитового, халькопиритового и сфалеритового процессов в отдельности.

На рис. 15 представлены результаты наблюдений на одной из полиметаллических линз в Восточном Казахстане. На рис. 15 при-

-2.0 ч>.6

Рис. 15. Поляризационные кривые, снятые на полиметал­ лической лппзе А .

заедены по две катодные и анодные кривые, снятые с разной компен­ сацией. На каждой паре кривых можно видеть достоверность опре­ деления потенциалов и предельной силы тока реакций и оценить погрешность их измерения. Как видно по кривым, выделяются катодные процессы при потенциалах —0,5; —0,64; —0,8; —1,17

и—1,5 в и анодные процессы при потенциалах —0,04; +0,17; +0,36

и+0,66 в.

На данной линзе не удалось проследить процессов при более ■отрицательных чем —1,5 в, и более положительных потенциалах, чем +0,66 в, что было связано с чрезвычайной нестабильностью в записи кривых, как только ток достигал 500 ма и более. Такая нестабильность, по-видимому, обусловлена особенностями связей

минералов друг с другом в данной линзе. Однако и в ряде других случаев прослеживание потенциалов реакций в областях отрица­ тельнее —1,5 в и положительное +1,0 в оказывается весьма затруд­ нительным.

По реакциям при потенциалах —0,8 и —1,17в можно пред­ полагать наличие в рудах галенита п сфалерита. Присутствие их действительно контролируется процессами при потенциалах —0,04 в (сфалерит) и +0,36 в (галенит). Наличие реакции +0,17 в одно­ значно устанавливает присутствие в руде халькопирита и медных минералов, а также принадлежность реакций при потенциалах —0,04 и +0,36 в к сфалериту и галениту. Нахождение халькопирита также контролируется процессом при потенциале —0,64 в. Реакция при потенциале —0,5 в принадлежит пириту или пириту вместе с пирротином. В данном случае отсутствие регистрации процессовпри потенциалах положительное +0,6 в исключает однозначное раздельное определение пирита и пирротина по потенциалам реак­ ций. Однако, судя по керну скважины, где не встречен пирротин, вероятным вариантом является наличие одного пирита.

Для халькопирита и галенита должна быть катодная реакция при потенциале —1,4 и —1,5 в. Действительно, такая реакция суще­ ствует и тем самым подтверждает наличие этих минералов в оруде­ нении. Очевидно, при этом же потенциале протекает процесс и на пирите, поскольку реакции на нем при потенциале —1,35 в не наблю­ дается. Последнее, вероятно, связано с большими суммарными коли­ чествами галенита и халькопирита по сравнению с пиритом, что видно по первым катодным реакциям на указанных минералах. В соответствии с этим реакция при потенциале +0,66 в тоже является совместной на халькопирите и пирите, поскольку полученная вели­ чина потенциала занимает промежуточное значение между +0,6 и +0,7 в — потенциалами реакций на пирите и халькопирите.

Из проведенного анализа видно, что для обследованной линзы устанавливается следующий состав основных минералов: пирит, галенит, сфалерит и халькопирит. Наличие этого состава взаимно контролируется значениями потенциалов реакций при катодной и анодной поляризации.

Сходные значения потенциалов реакций можно видеть при обсле­ довании другого полиметаллического рудного тела (рис. 16). Здесь выделяются катодные процессы при потенциалах —0,56; —0,7; —1,18 и —1,54 в и анодные процессы при потенциалах +0,23 и +0,72 в. Реакция при потенциале +0,23 в указывает на присут­ ствие в рудах халькопирита и медных минералов. Наличие халько­ пирита должно также контролироваться процессами при потенци­

сфалериту. Соответственно должны быть процессы при потенциалах - 2 ,2 ; +0,05 и +2,3 в.

Реакции при весьма отрицательном и положительном потенци­ алах не смогли быть зарегистрированы из-за нестабильности течения