книги из ГПНТБ / Альбов М.Н. Рудничная геология

талла (знаменатель, цветной тушью). При разведке пластоообразных за­ лежей или россыпей вертикальными скважинами (шурфами) на планах над знаком шурфа (скважины) ставят его номер, внизу общую глубину, слева — мощность руды (пласта), справа содержание металла на указан­ ную мощность. При дражной добыче россыпи мощность пласта слева не ставят и содержание металла определяется на всю глубину скважины (шурфа). На планах и разрезах мелкого масштаба ( 1 : 500; 1:1000) против положения проб указывают только номер, а данные опробования (иногда на ряд компонентов) помещают в виде таблицы на свободном поле плана (разреза).

3. Метод изолиний и его применение

Применение метода изолинии к решению конкретных задач геолого­ разведочного и горного дела разработано выдающимся деятелем маркшей­ дерии и основателем новой науки — геометрии недр профессором Сверд­ ловского горного института П. К. Соболевским. Пользуясь методом изо­ линий, графически изображают формы геологических структур и рудных тел, свойства рудных тел (мощность, распределение металла в рудном теле)

иразличные процессы (например, оседание дневной поверхности над гор­ ными выработками), а также решают многие практические задачи разведки

иэксплуатации месторождений.

Для изображения форм рудных тел или подземных поверхностей при­ меняют изогипсы (подземные горизонтали). Это линии пересечения ука­ занных поверхностей с горизонтальными плоскостями, расположенными по абсолютным отметкам на одинаковом между ними расстоянии. Для изоб­ ражения некоторых свойств, например, мощности или металлоносности рудного тела применяются изолинии мощности и изолинии содержания металла.

Метод изолиний позволяет получить вероятное значение данной вели­ чины в любой точке разведанного поля путем интерполяции между изоли­ ниями. Эта особенность широко используется при проектировании горных и разведочных работ, а также при производстве подсчета запасов по методу изолиний. Вторым важным достоинством метода изолиний является воз­ можность определения вероятного значения данной величины за пределами разведанного поля путем экстраполяции изолиний. Это дает возможность научного предвидения, геологического прогноза поведения рудного тела и его важнейших свойств (мощности и содержания металла) на проектиру­ емом более глубоком горизонте горных работ.

Изолинии содержания металла можно проводить как по индивидуаль­ ным, так и по групповым забойным пробам. Для получения практически важных выводов необходимо, однако, чтобы исходные для построения изо­ линий данные обладали хорошей представительностью. Под представи­ тельностью пробы понимают степень соответствия содержания компонента в пробе содержанию его в той части рудного тела, которая определяется сферой влияния данной пробы.

Исследования вопроса о представительности проб показывают, что индивидуальные забойные химические пробы можно считать вполне пред­

бы не могут быть признаны представительными. Поэтому построенные на них изолинии содержания не дают достоверной картины распределения металла в месторождении.

Использование анализов индивидуальных забойных проб для постро­ ения изолиний содержания в месторождениях И—V групп надо признать неправильным. Оно влечет за собой крайне трудоемкую работу по вычер­ чиванию многочисленных изолиний сложной топографической поверхности с разбросанными по ней мелкими пятнами высоких концентраций («мел­ косопочный рельеф»). Эти мелкие пятна богатых проб искажают более общие и более простые закономерности распределения металла в рудных телах, затрудняют геологическую интерпретацию полученной графики и могут даже привести к неправильным практическим выводам.

Групповые забойные пробы, наоборот, обладают высокой представи­ тельностью для очень многих месторождений цветных, ценных и редких металлов.

По способу объединения отдельных забойных проб групповые пробы могут быть линейными или площадными. Линейные групповые пробы удобно применять в подземных горных выработках вдоль опробованных штреков или ортов рабочих горизонтов. Площадные групповые пробы могут быть выделены только в очистных горных работах путем объедине­ ния нескольких отдельных проб в пределах опробованного очистного пространства.

Количество отдельных проб, объединяемых в одну линейную или пло­ щадную групповую пробу, может колебаться от 5—Юдо 20—40. Таким об­ разом, длина линейной групповой пробы охватывает от 10 до 50—60 м длины штрека (длина одного блока). Площадная групповая проба зани­ мает примерно от 1/10 до всей площади выработанного блока.

Содержание металла в групповой пробе определяется как среднее ариф­ метическое из содержаний в отдельных пробах, входящих в данную груп­ повую пробу. Значения содержаний групповых проб графически относятся к центру их сферы влияния (линии, площади).

При установлении сфер влияния групповых проб на плане или на продольной проекции рудного тела не должно быть формального оторван­ ного от геологических факторов подхода. Центры групповых проб и ради­ усы их влияния в разных направлениях должны определяться только гео­ логическими факторами. Нельзя, например, распространять сферу влия­ ния групповой пробы за плоскость хотя бы и небольшого смещения руд­ ного тела или за контур установленного опробованием рудного столба.

При более или менее выдержанном залегании рудного тела и отсут­ ствии резких колебаний в содержании металла сферы влияния групповых проб можно принимать стандартными для данного месторождения (напри­ мер, по 20 м вдоль штрека или 10 X 10 = 100 м 2 в очистной выработке).

Для выяснения наиболее существенных особенностей распределения металла в рудном теле достаточно иметь 20—40 рационально отобранных

132

при геометризации месторождений можно производить в пределах одного эксплуатационного блока. Мелкие детали распределения металла в рудном теле, конечно, здесь исчезают, но они и не имеют решающей роли для прак­ тики ведения горных работ, а сама геометризация металлоносности здесь значительно упрощается и ускоряется.

Каждый рудничный геолог и маркшейдер обязаны хорошо освоить метод изолиний. Применение его к решению важнейших задач горного и геологоразведочного дела изложено в учебных пособиях по горной геомет­ рии. Много примеров применения метода изолиний в рудничной геологи­ ческой практике приведено в книге А. В. Королева и П. А. Шехтмана [4].

4. Показатель интенсивности металлического оруденения

Форма обогащенных металлом участков в жильных месторождениях (рудных столбов) хорошо выявляется геометризацией с помощью изолиний содержания. В одном и том же месторождении отдельные рудные столбы могут заметно отличаться друг от друга по степени концентрации металла. Для сравнения этой концентрации по отдельным участкам (блокам) введено понятие о показателе интенсивности оруденения.

Среднее содержание металла в пределах рудного столба (блока) можно принять по групповой (линейной или площадной) пробе, полученной из ряда смежных частных проб. Для определения степени концентрации ме­ талла найденное для рудного столба (блока) среднее содержание необхо­ димо отнести к какой-то постоянной величине, характерной для данного рудного тела в целом. Такой постоянной величиной может быть среднее валовое содержание металла. Оно равно среднему арифметическому из суммы анализов всех забойных проб рудного тела, вскрытого разведоч­ ными и подготовительными горными выработками.

В колчеданных месторождениях с резко выраженной вторичной зо­ нальностью содержание металла определяют только по сульфидным рудам без учета проб из железных шляп. В жильных месторождениях нет резкой границы между окисленными и первичными рудами; среднее валовое со­ держание здесь определяют по сумме всех проб.

Общее количество забойных проб N за несколько лет разведки и экс­

При большом количестве членов этого ряда пополнение его несколь­ кими десятками новых наблюдений, полученных от опробования новых забоев, существенно не изменит среднего содержания металла по рудному

133

телу в целом. Например, получено дополнительно 50 новых забойных проб со средним содержанием металла 5% . В этом случае новое среднее валовое содержание составит

чение С2 не будет существенно отличаться от Сг даже в том случае, если дополнительные п проб по своему значению окажутся в два раза больше или меньше С1, что, впрочем, бывает редко. Таким образом, среднее валовое содержание металла по данному детально разведанному рудному телу яв­ ляется величиной устойчивой и практически постоянной.

Показатель интенсивности металлического оруденения есть отношение среднего содержания металла по любому участку рудного тела (рудному столбу, блоку, рабочему горизонту) к среднему валовому его содержанию

больше единицы, для участков бедных и некондиционных руд — меньше. Рудные столбы первичного и вторичного происхождения имеют повышен­ ную концентрацию металла — от 1,5 до 3,0, реже до 5,0.

В полиметаллических месторождениях показатель интенсивности оп­ ределяют по каждому металлу в отдельности. В железных шляпах кол­ чеданных месторождений показатель интенсивности по меди составляет 0,01 —0,1, в то время как по благородным металлам он повышается до 10—

может быть использован прежде всего для сравнительной оценки рудных столбов, блоков, этажей, рабочих горизонтов, отдельных жил одного ме­ сторождения.

5. Блок-диаграммы и модели рудных тел и месторождений

Блок-диаграммой называют перспективное изображение некоторого блока земной коры, имеющего форму одного или нескольких параллеле­ пипедов, на гранях которых с соответствующим искажением нанесены погоризонтные планы и геологические разрезы. Для изображения геологи­ ческих структур наиболее удобны блок-диаграммы, построенные в аксоно­ метрической проекции, в которой сохраняется параллельность проекти­ руемых прямых и их пропорциональность. На рис. 15 изображены две аксонометрические проекции, для каждой из них показан масштаб постро­ ения по трем осям и приняты направления ребер блока, выбранного для проекции. При изометрических проекциях масштаб по всем трем осям (ребрам блока) принимается одинаковым. Более удобными являются ди-

134

Рис. 15. Блок-диаграммы рудного пласта:

а — изометрическая; б — диметрическая

метрические проекции, у которых масштабы по двум осям в плоскости чер­ тежа одинаковы, а масштаб по третьей оси сокращается в два раза.

Способ построения блок-диаграмм в диметрической проекции заклю­ чается в следующем. Одну из вертикальных граней блока принимают за фронтальную плоскость, обращенную к наблюдателю, и на эту грань в выбранном масштабе без какого-либо искажения переносят один из верти­ кальных геологических разрезов рудного поля или месторождения, обычно продольный (составленный по простиранию). Ребра другой вертикальной грани изображают параллельными линиями, составляющими небольшой (от 20 до 40°) угол с ребрами фронтальной грани. На эту боковую грань пе­ реносят один из вертикальных геологических разрезов, заданных вкрест простирания. При этом все горизонтальные размеры уменьшают в два

плана, изображаемого на третьей грани блока. Все размеры плана, парал­ лельные ребру фронтальной плоскости, переносят на верхнюю грань блока без искажения. Все размеры, параллельные ребру боковой грани, перено­ сят с уменьшением в два раза. Для удобства переноса изображения планов и разрезов на аксонометрическую проекцию полезно на всех трех гранях блок-диаграммы тонкими прямыми линиями нанести опорную маркшейдер­ скую сетку. Для точного построения блок-диаграммы существуют особые чертежные приборы — аффинографы, описание конструкций которых при­ ведено в специальной литературе [3].

Для изображения сложных геологических структур из параллеле­ пипеда блок-диаграммы можно вырезать небольшие прямоугольные блоки, на вертикальных гранях которых изображают дополнительные геологи­ ческие разрезы месторождения. При этом иногда приходится не показы­ вать вмещающих пород, принимая их как бы прозрачными. На рис. 16 при­ ведена блок-диаграмма рудного поля жильного месторождения с пологим склонением к северу.

Более наглядным методом пространственного изображения геоло­ гических структур являются модели месторождений. Известны разные

135

Рис. 16. Блок-диаграмма рудного поля жильного месторождения с по­ логим склонением к северу.

1 — серпентиниты; 2 — габбро-диабазы; 3 — углисто-кремнистые сланцы; 4 — хлори- то-карбонатные сланцы; 5 — рудная жила; в — тектонический разлом

способы изготовления моделей. Наиболее удобны прозрачные модели. На де­ ревянном основании укрепляют металлический каркас из уголков алюми­ ния. В каркасе помещают горизонтальные или вертикальные листы орга­ нического стекла с нанесенными на них геологическими планами и разре­ зами. Самый нижний лист на верхнем уровне основания имеет матовую поверхность. Под этим листом помещают две-три матовых электрических лампочки, а в блоковых стенках основания вырезают круглые отверстия для вентиляции. Такая модель с включенным освещением позволяет видеть одновременно все горизонты, все вертикальные сечения и получить полное представление о геологической структуре рудного поля или о форме руд­ ного тела. При этом обеспечивается возможность ее пополнения новыми разведочными данными. Она позволяет рудничному геологу и маркшейдеру решать самые разнообразные вопросы разведки и подготовки месторож­ дения и эксплуатации.

Г л а в а X I I

П Е Р В И Ч Н А Я ЗОНАЛЬНОСТЬ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1. Зональность магматических месторождений

Магматические месторождения, например, медно-никелевых руд ликвационного типа в процессе их образования испытывают гравитационную дифференциацию. Это приводит к возникновению донных залежей сульфид­ ных руд, где по их мощности можно различать верхнюю зону вкрапленных и брекчиевидных руд и нижнюю зону массивных сульфидных руд.

Наиболее полная дифференциация наблюдается в некоторых интру­ зивных массивах щелочных пород. В результате резкой дифференциации магматического расплава обособляются слои, имеющие форму пластов (псевдостратификация), падающих к центру массива. Рудные залежи с содержанием редких металлов выдержаны по простиранию и падению на сотни метров при очень небольшой и почти постоянной мощности. Это дает возможность применять минералогическое опробование по типам разрезов [4, 5].

126

2. Зональность скарновых месторождений

Многие скарновые месторождения железа, меди, вольфрама, молиб­ дена обладают хорошо выраженной зональностью. На Турьинских медных рудниках Урала Д. С. Коржинским описаны следующие зоны по направле­ нию от изверженных пород к известнякам: 1) кварцевые диориты; 2) освет­ ленные кварцевые диориты; 3) околоскарновая пироксен-плагиоклазовая порода; 4) пироксен-гранатовый скарн; 5) мономинеральный гранатовый скарн; 6) мономинеральный салитовый (пироксеновый) скарн; 7) мраморизованный известняк. К последним трем зонам приурочено медное оруденение [13].

На Гумешевском меднорудном месторождении (Средний Урал) в кон­ такте кварцевых диоритов с мраморизованными известняками И. И. Бу­ гаевым [2] установлены следующие зоны: 1) кварцевый диорит; 2) околоскарновый десилицированный кварцевый диорит; 3) пироксен-плагио­ клазовая порода; 4) пироксен-гранатовый (андрадит-гроссуляровый) скарн; 5) гранатовый (андрадитовый) скарн; 6) мрамор. Наиболее высокое содер­ жание меди наблюдается в скарнах.

Подобных примеров в геологической литературе описано немало. Зная порядок взаимного расположения отдельных зон относительно контакто­ вой поверхности, можно его использовать при разведке бурением и для направления забоев подготовительных горных выработок по зоне с наи­ большим оруденением.

3. Главные факторы первичной зональности

жильных месторождений

Первичную зональность жильных месторождений можно рассматри­ вать в зависимости от масштаба ее проявления. Изучение первичной зо­ нальности рудных поясов и рудных узлов выходит за рамки деятельности рудничного геолога. Поэтому ниже особое внимание обращено на первич­ ную зональность собственно рудных тел (рудных жил).

Первичная зональность рудных жил по их мощности, простиранию и падению объясняется закономерным изменением минерального и химиче­ ского состава руд в указанных направлениях. Зональность жил по мощ­ ности может быть симметричная и асимметричная. Она вызвана определен­ ной последовательностью отложения нерудных и рудных минералов на стенках жильной трещины. Зональность по мощности может также по­ явиться в результате сложного и длительного процесса рудообразования, когда, например, уже сформировавшаяся жила дробится при тектони­ ческих подвижках и цементируется более молодым минеральным веществом иного состава.

Наиболее важной для рудничного геолога является первичная зо­ нальность рудных жил по падению, по вертикали. Необходимо изменениям мощности и состава жил давать определенную количественную оценку. Вскрытие рудных жил на двух горизонтах уже дает рудничному геологу фактический материал для сравнения средних значений мощности и со­ держания металла по двум указанным уровням. Тем более это необходимо, когда число рабочих горизонтов составляет пять — семь. Экстраполяция

137

полученных графиков на проектные горизонты дает геологу объективные данные о поведении жилы при дальнейшей углубке шахты.

На Березовском золоторудном месторождении на Урале буровые сква­ жины, заданные вдоль по дайкам березитов, пересекают десятки отдельных кварц-сульфидных жил. По каждому этажу высотой 50 или 100 м можно определить частоту встречи жил и среднее содержание золота на основании отдельно взятых проб из каждой жилы. Экстраполяция этих величин на нижележащие горизонты позволяет геологу уверенно прогнозировать оруденение перед углубкой шахт.

При разведке штокверковых прожилково-вкрапленных месторожде­ ний вольфрама, молибдена или олова вывод аналогичных показателей по

Вскрытие многих жильных месторождений глубокими шахтами дает много примеров первичной зональности.Почти во всех свинцово-цинковых месторождениях с глубиной наблюдается увеличение содержания сфале­ рита и соответственно уменьшение галенита. На Садонском месторождении

до 2,57 : 1 на нижних горизонтах горных работ. Аналогичное явление ус­

5. Рудные столбы

Понятие о рудных столбах появилось в золотой промышленности. Распределение золота в жильных месторождениях отличается большой неравномерностью. Участки богатых золотом руд по простиранию и па­ дению жил сменяются бедными рудами, за которыми при продолжении горных выработок снова могут быть вскрыты богатые руды.

Рудными столбами * принято называть участки жил, отличающиеся повышенной концентрацией ценного металла. Иногда рудный столб может отличаться от рядовой руды проявлением особой («продуктивной») минеральной ассоциации [10]. Ясно выраженной связи между концен­ трацией металла в рудных столбах и мощностью жил обычно не наблю­ дается.

В специальной литературе рудные столбы делятся на два типа: мор­ фологические и концентрационные [13]. Первые обусловлены раздувами жил. Не всегда, однако, раздувы жил отличаются богатой концентрацией металла. Вот почему единственно достоверным признаком рудного столба служит повышенная концентрация ценного металла, что обычно выяв­ ляется систематическим опробованием забоев горных выработок.

* В английской литературе — ore shoots, в немецкой — Erzmitteln, во фран­ цузской - Colonnes minéralisées.

138

По генезису следует различать рудные столбы первичные (эндрогенные или гипогенные) и вторичные (экзогенные или гипергенные).

Первичные рудные столбы возникают при резком изменении физикохимических (температура, давление), литологических (влияние боковых пород) или структурных факторов (морфология и тектоника жильных трещин), определяющих движение гидротермальных рудообразующих растворов. Все эти факторы нередко действуют одновременно. Вторичные рудные столбы появляются в зоне гипергенеза в результате окисления неустойчивых первичных минералов (например, сульфидов) и переотло­ жения ценного металла водами поверхностного происхождения. Главными факторами локализации вторичных рудных столбов являются морфо­ логия и тектоника жильных трещин.

В процессе эрозии первичные рудные столбы постепенно попадают в зону гипергенеза и на них может накладываться вторичное обогащение. Это приводит к образованию участков, отличающихся исключительным богатством ценного металла.

Геометризация рудных столбов, по данным опробования, на марк­ шейдерских планах и вертикальных продольных проекциях рудных жил позволяет определить их примерные размеры и морфологию. Горизонталь­ ное протяжение рудных столбов (по штрекам) определяется размерами в несколько десятков метров (от 10 до 50 м, реже до 100 м). Протяжение руд­ ных столбов по вертикали обычно больше; они нередко прослеживаются на два-три смежных рабочих горизонта. При этом, как правило, рудные столбы обладают определенным склонением. Оси рудных столбов обычно отвечают склонению самой рудной жилы и морфологии жильной трещины. В крупных жильных месторождениях размеры отдельных рудных столбов могут составлять от первых сотней метров по простиранию до 500—700 м по склонению.

Наряду с крупными рудными столбами в некоторых жилах встреча­ ются и более мелкие участки с весьма богатой концентрацией ценного металла, размеры которых иногда определяются первыми метрами. Та­ кие участки получили наименование «кустов», «бонанц», «гнезд», «карма­ нов». Высокую концентрацию металла представляют собой золотые са­ мородки, встречающиеся в кварцево-сульфидных жилах. Иногда два-три и более самородков заключены в объеме руды, не превышающем 1 м3 . При размыве рудных жил золотые самородки переходят в элювиальные россыпи.

Опыт разработки крупных золотых рудников показывает, что из общей длины штреков по всем рабочим горизонтам протяжение рудных столбов занимает от 15 до 25%, иногда повышаясь до 40%. То же самое соотношение существует между площадью рудных столбов и всей площадью рудной жилы, вскрытой штреками на продольной проекции. Отсюда сле­ дует, что успешная эксплуатация жильных месторождений со столбовым оруденением зависит прежде всего от организации интенсивной скорост­ ной и дешевой проходки штреков по рудным жилам на нескольких го­ ризонтах. При этом хорошо налаженная геологическая документация с опробованием штреков обеспечивает своевременную подготовку блоков с промышленным содержанием ценного металла для их эксплуатации.

139

6. .Цитологический и структурный контроль

первичных рудных столбов

Влияние физико-механических свойств и химического состава бо­ ковых горных пород на процессы рудоотложения и на положение первич­ ных рудных столбов известно давно; в специальной геологической лите­ ратуре этот вопрос можно проследить более чем за сто лет. Особенно благоприятными для образования и размещения первичных рудных стол­ бов являются толщи сложного строения с частой сменой горных пород, отличающихся по физико-механическим свойствам (крепость, пористость) и химическому составу. Во многих случаях можно считать установлен­ ным, что боковые породы с преобладанием железо-магнезиальных силика­ тов (порфириты, змеевики) являются более благоприятными для отложе­ ния в жильных трещинах первичных рудных столбов, чем породы кислого состава. Особенно выделяются в этом отношении боковые породы с боль­ шим содержанием углистого вещества (углистые сланцы). Приведем не­ сколько примеров.

На Ононском оловорудном месторождении (Забайкалье) кварцевые жилы с касситеритом пересекают перемежающуюся толщу слюдяных сланцев и биотит-амфиболовых гнейсов. Рудные столбы с повышенной мощностью жил приурочены исключительно к гнейсам. При переходе в слюдяные сланцы жилы теряют оруденение и снижается их мощность. Рудные столбы имеют южное склонение, угол и направление которого совпадают с углом и направлением падения пластовых пород [8].

На Середовинском золоторудном месторождении (Средний Урал) кварц-сульфидная жила пересекает волнистую контактовую поверхность гранитов и порфиритов. По наблюдениям П. П. Желобова, содержание золота в блоках жилы среди порфиритов заметно выше содержания металла в жиле в пределах блоков, где боковыми породами являются граниты.

Давно известны углистые пиритизированные сланцы золоторудного месторождения Балларат (Австралия), получившие местное наименование «индикаторов» золотого оруденения. Кварц-сульфидные жилы в местах пересечения ими углистых сланцев имеют резко повышенное содержание золота. Примеров благоприятного влияния углистых пород на локализа­ цию золотого оруденения много и в различных районах СССР. Наиболее

жилы, секущие мраморы, содержат шеелит. Эти же кварцевые жилы, переходя из мраморов в сланцы, теряют оруденение [15].

Структурный контроль имеет огромное влияние на размещение пер­ вичных (а также и вторичных) рудных столбов. Еще М. В. Ломоносову

<і0