- •Белорусский национальный технический университет
- •Министерство образования республики беларусь
- •Белорусский национальный технический университет
- •Учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «геология и разведка месторождений полезных ископаемых»
- •Список использованных сокращений
- •Оглавление
- •Часть 1.Основы геологии…………………………………………………………………………………...........13
- •Часть 2. Месторождения полезных ископаемых и их разведка……………………………………………167
- •Введение
- •Характеристики рекомендуемых методов и технологий обучения
- •Организация самостоятельной работы студентов
- •Диагностика компетенции студента
- •Примерный тематический план курса
- •Часть 1. Основы геологии
- •Объекты изучения, методы и науки геологического цикла
- •1.2. Общие сведения о Земле
- •1.2.1. Строение Земли
- •1.2.2. Внутренние геосферы
- •1.2.2.1.Методы изучения внутреннего строения и состава Земли
- •1.2.2.2. Сейсмическая модель Земли
- •1.2.2.3.Вещественный состав мантии и ядра Земли
- •1.3. Физические поля и геофизическая характеристика Земли
- •1.3.1.Распределение массы между внутренними геосферами.
- •1.3.2.Тепловое поле Земли. Источники тепловой энергии.
- •1.3.3.Магнетизм Земли
- •1.3.4.Гравитационное поле Земли
- •1.4. Земная кора
- •1.4.1. Строение земной коры
- •1.4.2. Химический состав земной коры
- •1.5. Минералы
- •1.5.1. Общая характеристика минералов
- •1.5.2. Кристаллографические свойства минералов
- •1.5.2.1.Факторы определяющие строение кристаллических структур.
- •1.5.3.Изучение форм природных выделений минералов.
- •1.5.4.Физические и химические свойства минералов.
- •1.5.5 Классификации минералов.
- •Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения
- •1.5.5.1.Характеристика минералов по классам
- •1.5.5.2.Методика определения главных породообразующих и рудных минералов.
- •1.6. Горные породы
- •1.6.1.Основные понятия и определения.
- •1.6.2.Возраст горных пород
- •1.6.2.1.Относительная геохронология
- •1.6.2.2.Абсолютная геохронология
- •1.6.2.3.Периодизация геологической истории. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы
- •1.6.3.Формы залегания горных пород
- •1.6.3.1.Слой и слоистость
- •1.6.3.2.Первичное и нарушенное залегание слоёв
- •1.6.3.3.Тектоносфера и тектонические дислокации
- •1.6.3.4.Пликативные дислокации горных пород
- •1.6.3.5.Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислокации)
- •1.6.3.6.Причины выхода на поверхность коренных пород
- •1.6.3.7.Элементы залегания горных пород и их измерение
- •1.6.3.8. Графическое моделирование участков земной коры
- •1.7. Магматизм. Магматические горные породы
- •1.7.1.Общее представление об эффузивном и интрузивном магматизме
- •1.7.2.Магматические горные породы
- •Лабораторная работа 1.7.2.1.«Изучение и описание отличительных признаков интрузивных пород».
- •Лабораторная работа 1.7.2.2.«Изучение и описание отличительных признаков эффузивных пород».
- •Лабораторная работа 1.7.2.3.«Разделение магматических горных пород на группы по содерержанию оксида кремния».
- •1.7.2.4. Лабораторная работа. «Макроскопическое определение магматических пород».
- •1.8. Метаморфизм. Метаморфические горные породы
- •1.8.1. Факторы метаморфизма
- •1.8.2.Метаморфические реакции
- •1.8.3. Классы метаморфизма
- •1.8.4.Фации метаморфизма
- •1.8.5.Метасоматоз. Метасоматические горные породы
- •1.8.5.1.Систематика метасоматических горных пород
- •1.8.6.Мигматиты и мигматитообразование
- •1.8.7.1. Лабораторная работа «Изучение состава и структурно – текстурных особенностей метаморфических пород»
- •1.8.7.2. Лабораторная работа «Изучение метаморфических горных пород в зависимости от условия их происхождения».
- •1.8.7.3. Лабораторная работа «Описание и определение метаморфических горных пород»
- •1.9. Экзогенные геологические процессы
- •1.9.1.Гипергенез
- •1.9.1.1.Процессы выветривания
- •1.9.1.2.Коры выветривания.
- •1.9.2. Процессы денудации и денудационные агенты
- •1.9.3.Аккумулятивные процессы
- •1.9.4.Процессы диагенеза
- •1.9.5.Осадочные горные породы
- •1.9.5.1. Диагностические признаки осадочных горных пород.
- •1.9.5.2.Лабораторная работа. «Изучение обломочных горных пород и их классификация».
- •1.9.5.3.Лабораторная работа. «Описание и определение органогенных и хемогенных горных пород».
- •Часть 2. Месторождения полезных ископаемых и их разведка
- •2.1. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых
- •2.1.1.Основные понятия и определения
- •2.1.2.Морфология и условия залегания тел полезных ископаемых
- •2.1.3.Вещественный состав полезных ископаемых
- •2.1.4. Геологические условия образования месторождений полезных ископаемых
- •2.1.4.1.Генетическая классификация месторождений
- •2.1.4.2.Связь месторождений с основными структурными элементами земной коры
- •2.1.4.3.Геологические и физико-химические факторы, определяющие условия образования и размещения месторождений
- •2.2.Система геологического изучения недр.
- •2.3.Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых
- •2.4. Геологическая съемка и поиски
- •2.5. Методология разведки месторождений полезных ископаемых
- •2.5.1.Задачи разведки
- •2.5.2.Принципы разведки
- •2.5.3. Основные задачи стадий разведки
- •2.5.4. Методы разведки
- •2.5.5. Технические средства разведки
- •2.5.6. Системы разведки
- •2.5.7. Расположение разведочных выработок
- •2.6. Геолого-промышленная оценка месторождения
- •2.6.1. Задачи оценки
- •2.6.2.Понятие о кондициях
- •2.6.3.Подготовленнсть меторождения для промышленного освоения
- •2.6.4. Опробывание
- •2.6.5. Оконтуривание тел полезных ископаемых
- •2.6.6. Подсчет запасов
- •2.7. Геологическая документация
- •2.8.Учебная практика
- •2.8.1. Разведка (учебная) торфяного месторождения
- •2.8.1.1.Методика проведенияполевых работ
- •2.8.1.2.Камеральные работы
- •2.8.1.3. Построение плана торфяного месторождения
- •2.8.2.Изучение месторождения песка
- •2.8.2.1. Полевые работы
- •2.8.2.2. Примеры описания обнажений
- •2.8.2.3.Определение образцов и графические работы
- •Использованная литература
- •Список используемой литературы
2.5.4. Методы разведки
На оглавление
Общепринятого определения понятия «методы разведки» в настоящее время нет. Нередко методами разведки называют те или иные способы расположения разведочных выработок или технических средств, что, конечно, не совсем верно. Наибольшим признанием пользуется трактовка основоположника советского геологоразведочного дела В.М. Крейтера, который, исходя из самого определения понятия «метод» (способ познания, изучения явления), предложил присваивать его таким разведочным мероприятиям, которые позволяют теоретически обоснованно решать главные задачи разведки независимо от сложности и разнообразия используемых технических средств. В.М. Крейтер предлагал три основных метода разведки: создание системы разрезов, опробование полезного ископаемого и оценочное сопоставление.
Создание системы разведочных геологических разрезов является до настоящего времени основным способом выяснения формы, внутреннего строения и условий залегания месторождения. Разрезы могут быть вертикальными и горизонтальными, поэтому выделяются три разновидности метода разрезов:
вертикальные разрезы,
горизонтальные разрезы,
комбинированный- вертикальные и горизонтальные разрезы.
В последние годы приобретает самостоятельное значение еще один метод познания морфологических особенностей месторождений полезных ископаемых - геометризация месторождений с помощью персональных компьютеров(ПК). Ранее, до внедрения ПК в практику и теорию геологоразведочного дела, способы изучения формы и строения тел полезных ископаемых с помощью построения изолиний мощности и других показателей были очень трудоемки и довольно приблизительны. Поэтому они использовались, главным образом, в качестве вспомогательных, иллюстративных. Сейчас существуют пакеты прикладных программ для ПК с графопостроителями, позволяющие в короткие сроки и с точностью, соответствующей детальности разведки, получить исчерпывающую и наглядную информацию о внутренних и внешних особенностях строения тел полезных ископаемых. Вполне возможно, что в будущем этот метод вытеснит традиционный метод создания системы разрезов.
Единственный способ изучения качественных показателей полезного ископаемого — это опробование. Вопросы, связанные с опробованием, рассматриваются далее.
Оценочное сопоставление представляет собой способ выявления возможностей и условий использования месторождения по данным разведки. Промышленная оценка ведется в течение всего процесса разведки и заключается в сравнении параметров разведуемого месторождения (значения которых меняются или уточняются с каждой новой выработкой, пробой, анализом и др.) с параметрами других подобных, но уже освоенных месторождений, а также в определении народнохозяйственной целесообразности дальнейшего освоения данного месторождения полезных ископаемых.
2.5.5. Технические средства разведки
На оглавление
Задачи разведки решаются с помощью технических средств, характеризующихся различной стоимостью и скоростью проведения работ, а также обладающих разной достоверностью получаемых данных. Выделяются три группы технических средств разведки:
разведочные горные выработки,
разведочные буровые скважины,
геофизические работы.
Разведочные горные выработки. Позволяют получить наиболее полную и достоверную информацию, так как они обеспечивают непосредственный доступ исследователя к полезному ископаемому и поэтому исследования могут быть проведены в максимальном объеме и, в случае необходимости, повторены. Кроме того, горные выработки можно продолжить в любом направлении.
Для целей разведки используются поверхностные и подземные горные выработки. К поверхностным выработкам относятся расчистки, закопушки, канавы, шурфы и дудки.
Расчистками и (или) закопушками обнажают полезное ископаемое при мощности рыхлых отложений, перекрывающих полезное ископаемое, не более 1 м. Чаще эти выработки применяют при поисковых работах.
Канавы представляют собой горизонтальные выработки трапециевидного поперечного сечения и глубиной не более 5 м. В зависимости от назначения среди них различают магистральные и прослеживающие (собственно разведочные). Магистральные канавы служат для изучения геологического строения рудовмещающей толщи. Они проходятся вкрест простирания вмещающих пород и тел полезных ископаемых и имеют значительную длину (до нескольких сотен метров), вскрывая вмещающие породы на значительные расстояния от полезного ископаемого. Прослеживающие канавы также проходятся вкрест простирания, но их длина определяется видимой мощностью полезного ископаемого. Они располагаются на расстоянии от 20 до 50 м друг от друга. Если мощность рудного тела меньше ширины полотна канавы, то разведочные канавы ориентируют по его простиранию, прослеживая рудное тело вдоль. В этом случае длина канавы зависит от протяженности тела.
Шурфы и дудки - это вертикальные выработки прямоугольного (шурфы) или круглого (дудки) поперечного сечения. Их глубина достигает 20-30 м. Шурфы обычно проходят скреплением стенок и на большую (>10 м) глубину или в неустойчивых породах, поэтому их сечения довольно значительны - 1,5-3,5 м и более, а дудки - в крепких устойчивых породах, поэтому их сечения, как правило, не превышают 1 м. Вертикальные поверхностные выработки предназначены для разведки верхней части полезного ископаемого, перекрытого наносами большой мощности. С этой целью из шурфов и дудок проходят небольшие горизонтальные выработки - рассечки, располагаемые как по простиранию тела полезного ископаемого, так и вкрест его.
К подземным выработкам относятся шахты, квершлаги, штреки, орты, восстающие и штольни. Разведочные шахты представляют собой вертикальные выработки прямоугольного сечения площадью от 5 до 12 м, начинающиеся у поверхности и имеющие большую глубину. Из стволов шахт проводится система горизонтальных подземных выработок, включающая в себя:
квершлаги, проходимые диагонально или вкрест простирания пород и полезного ископаемого для полного пересечения продуктивной толщи;
штреки, ориентированные параллельно простиранию тел полезных ископаемых;
орты, отходящие от штреков и позволяющие получить полное пересечение рудного тела по мощности.
Для прослеживания полезного ископаемого по восстанию или падению из горизонтальных выработок, штреков, квершлагов или ортов проходят наклонные или вертикальные выработки - восстающие (снизу-вверх) или уклоны и слепые стволы (сверху-вниз).
Штольни - это горизонтальные выработки, проходимые с поверхности по простиранию тела полезных ископаемых (продольные) или вкрест его (поперечные). Они применяются в условиях гористого рельефа местности.
В зависимости от способа откатки отбитой горной массы (скреперными лебедками, рельсовым транспортом или самоходными горными машинами) и вида крепления сечения горизонтальных горных выработок колеблются от 3,5 до 7,1 м".
Скорости проходки горных выработок зависят от способа проходки, крепости и условий залегания пород, от площади сечения и вида выработки. Для поверхностных горизонтальных выработок (канав) - это сотни метров в месяц, для поверхностных вертикальных - десятки метров, подземных горизонтальных - до 100 м в месяц, для подземных вертикальных - от 15 (стволы шахт) до 40 м (восстающие).
Буровые скважины. Это - вертикальные, наклонные или горизонтальные выработки цилиндрического сечения небольшого (от 36 до 250 мм) диаметра и значительной (до 2,5 км и более) глубины. По способу разрушения породы различают:
вращательное,
ударно-вращательное
ударное бурение.
При вращательном бурении порода разрушается либо по всему забою скважины (бурение сплошным забоем), либо по внешнему кольцу (колонковое бурение); во втором случае в центре скважины остается цилиндрический столбик неразрушенной породы, называемый керном.
Колонковое бурение - главный вид разведочного бурения, так как оно позволяет непосредственно (по керну) изучать полезное ископаемое и вмещающие породы, а в случае отбора ориентированного керна - довольно точно определять условия залегания пород даже по единичным скважинам. По виду применяемого бурового наконечника (коронки) различают алмазное, твердосплавное и дробовое колонковое бурение. Частицы разрушенной породы удаляются из забоя скважины промывочной жидкостью или сжатым воздухом. Основным показателем качества колонкового бурения считается выход керна - отношение длины полученного керна к длине пробуренного интервала, выраженное в процентах. Данные по скважинам, в которых выход керна не превышает 50-70 %, обычно в расчет не принимаются (скважины бракуются). Для подсчета запасов по высшим категориям (А и В) учитываются данные по скважинам, в которых выход керна по полезному ископаемому составляет не менее 85-90 %.
Бурение скважин сплошным забоем может быть вращательным, ударно-вращательным и ударным. При этом виде бурения керн не получают, порода измельчается на мелкие кусочки и пыль - шлам, который выносится на поверхность сжатым воздухом, промывочной жидкостью или удаляется из скважины специальным сосудом - желонкой. Шлам имеет смешанный состав и поступает на поверхность с некоторой задержкой - уже после проходки соответствующего интервала, поэтому определение состава пород и оценка качества полезного ископаемого в данном случае весьма затруднительны, а выявление условий залегания пород и текстурно-структурных характеристик полезного ископаемого вообще невозможно. Эти виды бурения применяются, главным образом, при эксплуатационной разведке для общей оценки качества полезного ископаемого в больших объемах.
Скорость и стоимость бурения разведочных скважин зависят от его вида, крепости (буримости) пород, глубины и угла наклона скважины и варьируют в широких пределах, но она во всех случаях значительно ниже, чем стоимость проходки горных выработок в тех же условия.
Высокие скорости разведочных работ, их относительная дешевизна обусловили широкое применение бурения в качестве основного (а иногда и единственного) технического средства при разведке месторождений горючих ископаемых, строительных материалов, агрохимического сырья, черных и некоторых типов месторождений цветных металлов. Повсеместное использование разведочного бурения в качестве главного технического средства сдерживается рядом недостатков, присущих этому виду работ.
Во-первых, небольшой объем керна часто не позволяет получить достаточное для всестороннего изучения полезного ископаемого количество вещества. Кроме того, полный выход керна - явление достаточно редкое, а какими причинами вызвано разрушение керна и на каком интервале, выяснить удается далеко не всегда.
Во-вторых, в процессе бурения ствол скважины отклоняется от заданного направления в горизонтальной (азимутальное искривление) и в вертикальной (зенитное искривление) плоскостях.
Точно установить истинное положение его в пространстве довольно трудно. Искривления скважин вызываются как геологическими (неоднородность физических свойств горных пород, их трещиноватость, слоистость, сланцеватость), так и техническими (перекос направляющей трубы, неправильное забуривание скважин, неудачно выбранный режим бурения и др.) причинами.
В-третьих, нередки случаи искажения содержания полезного компонента в керне вследствие его избирательного истирания. Если полезное ископаемое по физико-механическим свойствам и (или) текстурно-структурным особенностям разрушается в процессе бурения легче или, наоборот, труднее вмещающих пород, то может произойти, либо обеднение, либо обогащение керна полезным ископаемым по сравнению с истинным содержанием его в массиве. В случаях, когда степень обеднения или обогащения керна установлена, ошибка определения показателей качества по керну может учитываться с помощью поправочного коэффициента. Однако гораздо чаще удается выявить лишь общую тенденцию искажения, а не его величину.
Чтобы свести к минимуму влияние указанных недостатков бурения, скважины обязательно заверяются горными выработками. Только когда доказано, что получаемая в результате бурения геологическая информация достаточно полна и достоверна, разрешается использовать скважины в качестве главного технического средства разведки. В противном случае, а также, когда заверочные горные работы не проводятся, разведочное бурение рассматривается в качестве вспомогательного средства оценки общих условий и перспектив месторождения.
Геофизические работы. В процессе разведки месторождений с помощью методов геофизики решают следующие задачи:
выясняют общую геологическую структуру района и оконтуривают перспективные участки;
изучают внутреннее строение месторождения — прослеживают и приближенно оконтуривают тела полезных ископаемых или характерных (маркирующих) пород, выясняют положение тектонических нарушений;
приближенно (а для урановых руд и некоторых типов руд меди, свинца, олова и других — точно) определяют содержания полезных и вредных компонентов;
устанавливают физические свойства пород и полезного ископаемого (плотность, водонасыщенность, упругие характеристики и др.);
контролируют бурение скважин (измеряют искривления — проводят инклинометрию и каротаж).
Каротаж скважин и инклинометрия осуществляются в обязательном порядке, тогда как другие геофизические работы выполняются при наличии благоприятных условий (заметного отличия в значениях тех или иных физических свойств различных геологических образований). Под геофизическим каротажом понимаются исследования естественных и искусственных физических полей по стволу скважины. С его помощью устанавливается состав пород и уточняется положение их границ, определяется мощность полезного ископаемого и его качественные характеристики, изучаются температурный режим, водо-, газоносность и другие явления, влияющие на условия разработки месторождения. С помощью скважинных геофизических работ выявляется зенитное и азимутальное искривление скважин. По сравнению с бурением и проходкой горных выработок стоимость геофизических работ в несколько раз меньше, а скорость их проведения в несколько раз больше. Однако, интерпретация геофизических данных далеко не всегда однозначна, поэтому геофизические работы используют обычно в качестве вспомогательного средства. На рис. 2.17.приведен пример выявления золоторудных тел на основе электропроводности горных пород.
|
серпентиниты массивные и рассланцованные |
плагиограниты Холбинского комплекса | |
сланцы оспинской свиты | |
моренные ледниковые отложения | |
золоторудные тела (установленные и предполагаемые | |
метасоматические околорудные изменения (березитизация, реже сульфидизация) | |
канавы (1997 г.) | |
зона максимальной электропроводимости (данные геофизических работ 1997 г.)
| |
Рис 2.17..Выявление золоторудных тел Таинского месторождения (Россия) на основе электропроводимости горных пород |