Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

РОЛЬ ГЕОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЗАЛЕЖЕЙ ПЛАТИНОИДОВ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СИЛИКАТНОГО НИКЕЛЯ

Сенчина Н.П. 1, Путиков О.Ф. 1, Миллер А.А.1, Алексеев С.Г. 2

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, archie3@mail.ru ФГУ НПП «Геологоразведка», Санкт-Петербург, sga49@mail.ru

Аннотация

На качественном уровне выполнена оценка величины вклада естественного электрического поля в процессы перехода в подвижную форму, передвижения и накопления рудных элементов. Поставлен лабораторный эксперимент, показывающий активность перехода элементов из образца горной породы в форму, способную перемещаться во флюиде под действием разницы потенциалов. Результаты эксперимента позволяют дифференцировать элементы по поведению в электрическом поле. Связаны некоторые черты зональности минерального и элементного состава руд Буруктальского никелевого месторождения с наличием естественной поляризации пород на фоне других природных процессов.

Summary

The assessment of a natural electric field contribution size to processes of transition to the relative frame form, movement and accumulation of ore elements is executed at quality level. The laboratory experiment showing activity of transition of elements from an exemplar of rock to the form, capable to move in a fluid under the influence of a potentials difference is put. Experiment results allow to differentiate elements on behavior in an electric field. Some lines of zonality of mineral and element ores composition of the Buruktalsky nickel field are bound to existence of rock natural polarization against other natural processes.

Введение

Урал является одним из главных регионов России, где распространены гипергенные силикатноникелевые месторождения. Эти месторождения расположены в местах выхода ультраосновных массивов и зачастую содержат повышенные концентрации элементов платиновой группы (ЭПГ), благородных и редких металлов. Распределение ЭПГ было проанализировано в работах исследователей Горного университета В.Г. Лазаренкова и И.В. Таловиной с соавторами. Выявлена тенденция к накоплению платиновых металлов в верхних частях гипергенного профиля уральских месторождений [3]. В представляемой работе сделана попытка обосновать характерные черты распределения платиноидов с точки зрения геоэлектрохимии.

Особенностью Буруктальского месторождения является наличие протяженных по глубине субвертикальных зон, обогащенных магнетитом. Предшествующие исследования показали, что наличие электронно-проводящих тел, пересекающих зону окисления, приводит к формированию естественного электрического поля в первые сотни милливольт. Именно эта ситуация реализуется на Буруктальском месторождении.

Электронные проводники - кварц-магнетитовые породы выделены в составе «черного» горизонта Буруктальского месторождения [1]. Приурочены они к нижней части оксидно-железной зоны месторождений и слагают пластообразные залежи мощностью 1-10 м со сложной морфологией подошвы

– с карманами, уходящими на глубины до 100-150 м. Их отличает мелко-тонкодисперсная структура, а также черный или темно-коричневый цвет. В их составе содержится 25-35 вес.% кварца и до 45-50 вес.% никелевого магнетита.

Величина электродного потенциала магнетитовых рудных тел в данных условиях определяется содержанием кислорода в окружающих подземных водах [2]. По расчетам, выполненным ранее с учетом распределения концентрации растворенного кислорода, величина создаваемой разности потенциалов в данных условиях для тел, протяженных на глубину 100-150 м достигает 200-300 мВ. Такое поле может служить «двигателем» заряженных частиц, находящихся во флюиде, причиной их растворения в одном месте и осаждения в другом. Следовательно, необходимо выяснить, какие элементы и в каком количестве смогут участвовать в подобном передвижении.

Для этого был предпринят лабораторный эксперимент. Использовались: источник питания в режиме стабилизации тока, разделенная на 7 ячеек полупроницаемыми пергаментными мембранами емкость с подкисленной дистиллированной водой, 200 грамм дробленой рудоносной породы – образец заложен в центральной ячейке. Через указанную установку в течение 2 недель пропускался постоянный

116

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

ток силой 0,1 А. Регулярно отбирались пробы и проводились анализы раствора в ячейках, приближенных к аноду и катоду. Полученные данные несут большой объем подлежащей анализу информации. Основные выводы, следующие из эксперимента, отвечают на требуемый вопрос: переход элементов горных пород и руд в подвижную форму под действием электрического поля возможен, при чем доля содержания элементов, переходящая в подвижную форму, весьма высока – порядка первых десятков процентов.

Из этих же данных видно, что ионы металлов перемещаются в составе комплексных соединений, имеющих как положительные, так и отрицательные заряды. Особенно важно отметить, что довольно большая доля элементов участвует в передвижении – десятки процентов (для платины – около 20 %). При условии того, что резко сокращено время проведения эксперимента (2 недели в сравнении с миллионами лет в естественных условиях), в опыте использовалась значительно большая плотность тока, по нашим оценкам, эти разности компенсируют влияние друг друга.

По итогам расчетов выделяются 2 группы элементов, различающихся по поведению в электрическом поле: 1) изотоп Pd-108 – Cr – Fe (Cr и Fe в меньшей степени – 55 и 56% соответственно, в то время, как для Pd 74% ионов движутся к положительному электроду) и 2) Cu – Zn – Co – Ni – Ag – Cd

– Pt.

Первая группа ведет себя в большей степени как анион, а вторая – как катион. Это несколько противоречит известной сидерофильности платины, однако, может быть объяснено свойствами минеральных ассоциаций.

Известно, что при гипергенном разложении первичных ультрамафитов и формировании при этом охр в одном случае металлы выносятся из последних, обедняя их, а в других – наоборот, концентрируется или выносится в малой степени. Причинами различного поведения элементов в этом процессе является влияние электрических полей, различия в содержаниях других элементов, температуре, кислотности.

Получены группировки элементов, отражающие единство их свойств передвижения и накопления на месторождении. Например, в рудах серпентинитовой зоны месторождения значимые положительные корреляционные связи выявлены у группы элементов Pt-Au-Ni-Co, отрицательно коррелирующейся с Pd. Данные показывают, что корреляция элементов между собой в зоне месторождения, подверженной влиянию электрического поля, не противоречит их связи по поведению в проделанном эксперименте. Это косвенно свидетельствует о причинно-следственной связи

117

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

электрических процессов и результатов накопления элементов в данных условиях.

Объемы скапливающихся таким способом платиноидов невелики, их добыча рациональна только при попутной добыче с основным рудным элементом месторождения – никелем [4].

Заключение

Таким образом, наличие сильных естественных электрических полей формирует предпосылки для накопления платиноидов вблизи анодной (в доступных для добычи пределах) зоны рудных электронопроводящих тел. В данном случае, естественное электрическое поле может служить фактором дифференциации наряду с явлениями механического, гравитационного, химического и других видов разделения вещества в верхней части земной коры.

Список литературы

1.Никеленосные оксиды железа Буруктальского месторождения, Южный Урал/ С.О.Рыжкова, И.В. Таловина, В.Г. Лазаренков, В.Л. Уголков, Н.И. Воронцова// СПГГИ (ТУ). Записки горного института. Т. 183, 2009, с 101

– 111.

2.Путиков О. Ф. Основы теории нелинейных геоэлектрохимических методов поисков и разведки. – СПб.: СПГГИ (ТУ), 2009. – 534 с.

3.Платиноиды и золото в оксидно-силикатных никелевых рудах Буруктальского и Уфалейского месторождений, Урал/ Таловина И. В., Лазаренков В. Г., Воронцова Н. И.//Литология и полезные ископаемые. Номер 5, 2003, с 474-487.

Проблемы Fе-Co-Ni месторождения Буруктал, Южный Урал/ Михайлов Б. М., Иванов Л. А. // Руды и металлы. Т 1, 2003, с 5-12.

118

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

КАРТИРОВАНИЕ МАЛОМОЩНЫХ ДАЕК МЕТОДОМ МАГНИТОВАРИАЦИОННОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Ермолин Е.Ю.1, Ингеров А.И.2, Ингеров И.А.3

1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург 2 «PHOENIX GEOPHYSICS», Канада, Торонто, Онтарио

3 «AGCOS» LTD, Канада, Торонто, Онтарио

Аннотация

Выполнено математическое моделирование магнитовариационных функций отклика от двумерных геоэлектрических моделей, имитирующих низкоомные маломощные (1 метр) дайки с глубиной до верхней кромки 12 метров. По модельным данным были построены псевдоразрезы типпера и фазы типпера. Оценены возможности картирования представленного типа даек методом магнитовариационного профилирования. Прдложена рекомендация для выполнения полевых работ.

Summary

The mathematical two-dimensional modeling of two-dimensional geoelectrical models has been realized. It models imitate a very thin dykes (1 meter). The depth of top of dykes is 12 meters. The pseudo-section of tipper and phase of tipper by models data has been constructed. The possibility of mapping of dykes by method of magnetovariation profiling has been considered. The methodic of field work has been discerned.

Введение

При картировании круто падающих геологических образований (дайки, жилы, зоны разломов, зоны изменения на вертикальных контактах пород) традиционно применяется метод сопротивлений. Подобные объекты могут быть закартированы радио магнитотеллурическим методом (РМТ) или методом переходных процессов (ЗСБ-МПП). В неблагоприятных условиях заземления электродов, контактные методы электроразведки становятся малоэффективными. Использование в качестве приёмника электрических сигналов длинных не заземлённых линий не всегда возможно, т.к. это требует большего места для установки оборудования. В методе переходных процессов всегда необходимо находить альтернативу между глубиной исследований (размером установки) и разрешающей способностью. А если рассматривать задачу картирования маломощных объектов, находящихся на глубине в 10 раз превышающую их мощность, то помимо проблемы с заземлениями возникает вопрос об эффективности всех электроразведочных методов в целом.

В магнитовариационном методе измеряются 3 (одна вертикальная и две горизонтальные) ортогональные магнитные компоненты естественного переменного электромагнитного поля Земли [1,2,3], т.е. заземления не нужны. В качестве приёмников могут использоваться магнитные датчики, установленные на специальных треногах [4,5], что увеличивает производительность полевых работ и требует и требует весьма малое место для установки станции. Откликом геоэлектрической среды в магнитотеллурическом методе являются типпер и индукционный вектор [1,2,3]. В своих предыдущих исследованиях для оценки параметров аномальных объектов авторы предлагали использовать экспрессметоды интерпретации разрезов типпера данных. В работе [6] предложен метод определения глубины залегания двумерных проводящих объектов по расстоянию между характерными точками на разрезах типпера. В исследованиях [7] авторами было показано, что по соотношению значений амплитуды в характерных точках можно оценить угол падения тел пластовой формы, а по форме аномалии оценить соотношение их линейных размеров. В данной работе авторы выполнят анализ эффективности магнитовариационного метода при поисках проводящих даек мощностью 1 метр с глубиной до верхней кромки 12 метров.

Задача и методика исследования

Авторы поставили перед собой задачу оценить возможности магнитовариационного метода при картировании низкоомных и маломощных даек с вертикальным падением, при залегании даек на глубине более чем в 10 раз превышающей их мощность. Определить при каком расстоянии между дайками возможно определить их количество. Ввести дополнительные условия залегания даек (наклонная дайка, три дайки с общим «корнем», три дайки с общим наклонным «корнем») и установить

119

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

видны ли эти особенности на отклике типпера. Для достижения результата было выполнено двумерное математическое моделирование с использованием программного комплекса WinGLink (GEOSYSTEM).

В качестве начальной модели была выбрана геоэлектрическая модель содержащая вертикальную дайку с удельным электрическим сопротивлением 6 Ом-м мощностью 1 метр с глубиной до верхней кромки 12 метров. Дайка помещалась в высокоомную вмещающую среду с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) 3000 Ом*м. Верхний слой коры выветривания (мощность 10 м) имитировался слоем с пониженным УЭС, равным 100 Ом*м. Модель представлена на рисунке 1-1. В качестве следующих моделей рассматривались 3 дайки с такими же параметрами, расположенные на заданном расстоянии (от 5 до 40 метров). Модели с тремя дайками на расстоянии 15 и 40 метров показаны на рисунке 1-2 и 1-3 соответственно. После этого изменялся угол падения дайки (рис. 2-1). Расчёты были выпоненны для трёх даек, имеющих один вертикальный (1-2) и наклонный (2-3) «корень». Нижняя кромка для всех объектов составляла 200 метров.

Результаты моделирования

По модельным данным были построены разрезы типпера (1-a1, 1-a2, 1-a3, 2-a1, 2-a2, 2-a3) и фазы типпера (Рисунки: 1-b1, 1-b2, 1-b3, 2-b1, 2-b2, 2-b3).

120

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

Рис.1. Геоэлектрические модели (окна: 1, 2, 3) и разрезы типпера (окна: a1, a2, a3), фазы типпера (окна: b1, b2, b3), кажущегося сопротивления (окна: с1, с2, с3) и фазы импеданса (окна: d1, d2, d3) продольной компоненты магнитотеллурических данных.

Рис.2. Геоэлектрические модели (окна: 1, 2, 3), разрезы типпера (окна: a1, a2, a3) и фазы типпера (окна: b1, b2, b3).

Впервую очередь следует отметить, что вся информация об подобного типа объектах находится

вчастотном диапазоне от 100 000 Гц до 100 Гц.

При рассмотрении вертикальных разрезов типпера и фазы типпера, рассчитанных от одной дайки (рис. 1а, 1b) можно сделать вывод, что аномальное тело достаточно хорошо видно на отклике МВП. На разрезе типпера наблюдается симметричная аномалия, по форме аномалии возможно определение соотношение линейных размеров дайки [7]. На фазе типпера наблюдается резкий скачок над центром дайки. В магнитотеллурическом отклике (продольная компонента, рис. 1-1с, 1-1d) дайка «выражена» не достаточно ярко.

При рассмотрении отклика от трёх вертикальных даек можно сделать вывод, что три дайки возможно разделить, только в том случае, если они находятся на чуть большем расстоянии, чем глубина до их верхней кромки, в нашем случае это более 12 метров. Наиболее информативным параметром в этом случае является фаза типпера, т.к. над центрами даек на разрезах фазы типпера появляются зоны высокого градиента, обозначенные белыми овалами на рисунке 1-b2,b3.

При рассмотрении более сложных случаев (рисунок 2-1a,2a,3a) также появляются определённые особенности на разрезах амплитуды типпера и фазы типпера. Как уже было отмечено в работе [7] при наклонном залегании проводящих тел наблюдается разница между амплитудой в характерных точках на разрезах типпера. Это хорошо видно на рисунках 2-a1,a3. По соотношению в максимумах можно оценить угол падения аномального объекта. Основное различие в отклике от моделей представленных

121

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

на рис. 1-3 и рис. 2-3 заключается в аномалии в центральной части разреза (обозначено красным квадратом).

Выводы

1.Если рассматривать задачу картирования маломощных объектов, находящихся на глубине в 10 раз превышающую их мощность, то можно сказать, что магнитовариационный метод способен решить эту задачу.

2.Информация о подобных типах объектах находится в частотном диапазоне от 100 000 Гц до

100 Гц.

3.Основной интерес, при анализе отклика МВП представляют зоны высокого градиента на разрезах фазы типпера.

4.При проектировке полевых работ необходимо рассматривать физико-геологическую модель исследований и при выборе шаге наблюдений ориентироваться на то, чтобы пересекать градиентные зоны на разрезах фазы типпера не менее тремя точками. В рассматриваемом в нашей работе случае для картирования даек, расположенных на расстоянии более 12 метров шаг должен составлять не менее 3-х метров.

Список литературы

3.Рокитянский И.И., Исследование аномалий электропроводности методом магнитовариационного профилирования. Наукова думка. Киев., 1975, 276 с.

4.Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир, 2009. 680 с.

5.Vozoff K. The magnetotelluric method. Electromagnetic methods in applied geophysics. V.2 - Applications. Series: Investigations in geophysics, 3, 1991. Р. 641-711.

6.Ingerov O. et all., 2008. Hi sensitivity EM prospecting technique based on measurement of three magnetic

components of natural EM field. 19th IAGA WG Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth, Beijing, p.965-970.

7.Ingerov O. et all., 2009. Non-grounded Surface Electroprospecting Technique., 70th EAGE annual Conference. Amsterdam #6149.

8.Ingerov O., Ermolin E. The parameter estimation of 2D conductive isometric bod-ies by singular points at the tipper frequency characteristic. Proceedings of 20th Induction Workshop IAGA, Giza, Egypt-2010, September 18-24. P. 303-306.

9.Ермолин Е.Ю. Ингеров O., Ингеров И. Картирование субвертикальных проводящих объектов по данным МВЗ. 5-я Всероссийская школа-семинар имени М.Е. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли, Санкт-Петербург, 2011. с. 245-249.

122