основн.дисциплины / поиск и разв.мест.п.и-Высоцкий / Курс лекций

элементов, а также совокупностей прямых или косвенных признаков рудоносности оцениваемых и эталонных объектов. Для получения достоверных данных по каждому эталонному объекту должны быть заведомо известны значения критериев цели, т. е. величины и качества запасов полезных ископаемых, состав и геолого-промышленные типы оруденения, а также численные признаки объекта, характеризующие его облик и рудоносность. В соответствии с системным подходом к изучению недр при этом должно выполняться условие соразмерности эталона и объекта оценки, обеспечивающее их принадлежность к одному рангу природных образований. Так, например, при оценке прогнозных ресуpсoв рудных узлов их следует сопоставлять с эталонными рудными узлами, а при оценке ресурсов месторождений — с эталонными рудными месторождениями и т. д.

Независимо от ранга оцениваемого объекта его прогнозные ресурсы оцениваются без геометризации скоплений полезных ископаемых в недрах. Как правило, ресурсы категории Р1, оцениваются в контурах выявленных месторождений, ресурсы категории Р2 — в контурах потенциальных рудных месторождений, а ресурсы категории Р3 — в контурах потенциальных рудных полей и более крупных потенциально рудоносных территорий (рудных узлов, районов, бассейнов или их частей).

Оценку прогнозных ресурсов целесообразно проводить в два последовательных этапа. На первом этапе с использованием геологопрогнозной карты выделяется и ориентировочно оконтуривается объект прогнозной оценки (рудоперспективная территория, потенциальное рудное поле или участок потенциального месторождения). На втором этапе в контурах прогнозируемого объекта выполняется количественная оценка его прогнозных ресурсов. Как правило, прогнозные ресурсы категорий Р1, Р2 и Р3 оцениваются для предполагаемых аналогов конкретных геологопромышленных (или генетических) типов оруденения. При этом, если в пределах одной и той же перспективной площади оцениваются прогнозные ресурсы нескольких категорий, данные по каждой из них приводятся раздельно, т. е. из ресурсов категории Р3 вычитаются ресурсы категорий Р2 и Р1 а из ресурсов категории Р2 вычитаются ресурсы категории Р1

Выбор методов выявления перспективных объектов и оценки прогнозных ресурсов зависит от стадии геологоразведочных работ, характера и полноты исходных данных, геолого-структурных особенностей объекта, а также от вида прогнозируемого полезного ископаемого. Наиболее широким распространением в практике прогнозно-поисковых работ пользуются методы:

1 ) экспертных оценок;

2)оценки средней продуктивности;

3)моделирования рудолокализующих факторов;

171

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

4)оценки по геохимическим признакам рудоносности.

Вметодах экспертных оценок используются обобщенные данные о перспективах рудоносности объекта, полученные несколькими экспертами на основании накопленных знаний и опыта, независимо друг от друга. В качестве экспертов выступают крупнейшие знатоки геологии и металлогении данной территории (обычно рудной провинции, области или района). В дальнейшем частные прогнозы обсуждаются и корректируются экспертами на протяжении нескольких последовательных туров, в результате чего устанавливаются наиболее правдоподобные оценочные параметры. Методы экспертных оценок субъективны, однако за исключением других данных, они часто используются на ранних стадиях изучения перспектив рудоносности крупных территорий

(как правило, до начала региональных геологосъемочных и геофизических работ масштаба 1 : 200 000).

Методы оценки средней продуктивности заключаются в экстра-

поляции закономерностей размещения полезного ископаемого, рудоконтролирующих факторов и критериев рудоносности эталонной территории на оцениваемую перспективную территорию с учетом степени их сходства.

Обычно для оценки прогнозных ресурсов используются:

— геометрические параметры перспективной территории — ее площадь So, мощность Мо продуктивных образований или их

оцениваемой территории и эталона, выраженной в долях единицы. Прогнозные ресурсы QP оцениваются по формуле

QP =k qЭV0.

В качестве геометрических параметров могут быть использованы площади или объемы продуктивных зон, толщ или рудоносных геологических формаций. В зависимости от видов полезных ископаемых удельные продуктивности оцениваемых геометрических параметров могут быть выражены числом рудных пластов, жил или жильных зон на единицу площади или длины, массами полезных ископаемых, компонентов или минералов на единицу площади или объема и др.

Очевидно, что достоверность оцениваемых прогнозных ресурсов QP в значительной мере зависит от принятого значения коэффициента k, для уверенного расчета которого часто недостает фактических данных. Чем больше сходство оцениваемого объекта и его эталона, тем ближе значения коэффициента k к единице и

172

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

выше достоверность прогнозных оценок. В связи с этим наиболее уверенные прогнозные оценки обеспечиваются при экстраполяции значений средних продуктивностей уже разведанных и оконтуренных запасов на примыкающие к ним участки недр.

Методы моделирования рудолокализующих факторов исходят из положения о том, что геологические, геофизические и геохимические факторы, влияющие на локализацию полезных ископаемых, содержат информацию о вероятности и масштабах их проявления. В качестве факторов могут использоваться самые различные предпосылки и признаки рудоносности, обладающие достаточно высокой информативностью. Задача прогнозирования формируется как задача распознавания перспективных объектов и сводится к отысканию в пределах исследуемой территории участков, сходных по совокупности признаков с участками, где уже известны месторождения полезных ископаемых и масштаба их проявления.

В практике применяются различные варианты моделирования гудообразующих факторов, из которых наиболее широким распространением пользуются методы плоскостного и пообъектного прогнозирования. Плоскостное прогнозирование заключается в разделении всей изучаемой территории на равновеликие элементарные участки и в отыскании среди них тех, которые по комплексу признаков сходных с заведомо рудоносными (эталонными) участками. Пообъектное прогнозирование сводится к оценке прогнозных ресурсов отдельных геологических объектов (месторождений, рудных полей, узлов и др.) путем сопоставления их с соразмерными эталонными объектами по комплексу геологических предпосылок и признаков рудоносности.

Прогнозирование и оценка прогнозных ресурсов выполняются с помощью ЭВМ и предполагают наличие не менее двух обучающих выборок, из которых одна состоит из рудных (эталонных) объектов, а другая — из заведомо безрудных. К настоящему времени разработано большое число алгоритмов распознавания, из которых «К.ора-3», «Образ-3», «Гиперпласт», «Тау» и ряд других применяются специально для решения геологических задач

Для целей распознавания вначале отбирают все признаки, позволяющие судить о вероятности проявления и масштабе оруденения, а затем с помощью ЭВМ оценивается значимость каждого признака и отбираются наиболее информативные из них. К числу наиболее информативных обычно относят не более 10—15 признаков, вклады которых не менее чем на порядок превышают вклады отбракованных признаков. Прогнозные ресурсы оцениваются путем сравнения информативных весов перспективных и эта-

173

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

лонных объектов — чем выше информативный вес объекта, тем крупнее его масштаб.

При использовании методов моделирования локализующих факторов следует иметь в виду, что результаты прогнозирования и оценки ресурсов в первую очередь зависят от постановки задачи, выбора эталонов и признаков и в меньшей степени от алгоритма распознавания. В частности, принципиальное значение имеет строгое соблюдение принципа последовательных приближений и требований соразмерности эталонного и перспективного объектов на основе системного подхода к изучению недр.

Методы оценки прогнозных ресурсов по геохимическим признакам рудоносности отличаются наибольшей достоверностью и объективностью, поскольку исходные геохимические данные парамет-ричны, универсальны и устойчивы. Для целей прогнозирования прогнозных ресурсов могут быть использованы самые различные прямые или косвенные признаки: средние содержания рудных элементов или их спутников в породах рыхлых отложений или в природных водах, характеристики интенсивности и экстенсивности метасоматических изменений вмещающих пород, характеристики их статистической неоднородности или корреляционных связей и др.

Среди многочисленных модификаций геохимических методов количественной оценки прогнозных ресурсов полезных ископаемых наибольшим распространением в практике геологосъемочных и поисковых работ пользуются методы оценки по:

—литохимическим ореолам и ареалам рассеяния;

—литохимическим или механическим потокам рассеяния;

—гидрохимическим потокам рассеяния в открытых водотоках.

А. П. Солововым. Они основаны на существовании устойчивых корреляционных связей между продуктивностями ареалов, ореолов рассеяния и коренных скоплений полезных ископаемых. Наиболее отчетливо эти связи проявляются между площадными продуктивностями первичных (эндогенных) ореолов полезных элементов или их спутников и продуктивностями месторождений, продуктивных зон или залежей.

Площадные продуктивности первичных ореолов Р оцениваются по формуле

где S — площадь ореола; Сх — среднее содержание элемента в ореоле; Сф — фоновое содержание элемента в ореоле.

Для расчета прогнозных ресурсов элемента на заданную глубину Н используется формула

174

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

где х и а — поправочные коэффициенты, учитывающие, соответственно, уровень денудационного среза и долю кондиционного элемента в первичном ореоле. Деление на 40 связано с переходом от единиц продуктивности (метропроцентов) к весовым единицам ресурсов (тоннам элемента).

Для оценки коэффициента η должны использоваться все доступные геолого-минералогические, структурные и геоморфологические данные, а также индикаторные отношения продуктивностей мультипликативных надрудных и подрудных ореолов важнейших элементов-спутников основного оруденения. Зная величину индикаторного отношения, можно в первом приближении:

— выяснить глубину денудационного среза относительно сред ней, наиболее продуктивной ее части и, пользуясь статистическими данными об интервалах глубин месторождений данной рудной формации, оценить наиболее вероятные значения H;

— внести поправку за величину денудационного среза при распределении площадей продуктивности элемента на глубину Н.

Если ориентироваться на среднестатистические данные о размещении запасов эндогенных месторождений по глубинам, согласно которым около 75 % запасов приходится на их средние зоны, значение поправочного коэффициента η будет равно единице при величине денудационного среза месторождения около 0,3 Н.

Для меньших срезов оно будет возрастать до 10 и более, а для глубоких срезов — уменьшать до 0,004 Н и менее. При срезах, равных 0,5, значение поправочного коэффициента η составит примерно 0,4 Н.

Коэффициент α, выражающий долю кондиционных запасов элемента

вобщем контуре первичного ореола, изменяется, по данным А. П. Соловова, от 0,9 в крупных и очень крупных месторождениях до 0,7 в средних и до 0,5 в мелких месторождениях, а в ореолах рудопроявлений его значение приближается к нулю.

Очевидно, что при оценках прогнозных ресурсов по предложенным формулам основные трудности возникают в связи с выбором значений поправочных коэффициентов, величины которых могут заметно изменяться

взависимости от видов полезных ископаемых, геолого-промышленных типов их месторождений, особенностей геологического строения оцениваемых блоков земной коры и других природных особенностей объектов изучения. Существенные коррективы в значения коэффициентов η и а могут быть внесены по данным экспериментальных работ на эталонных участках.

Для оценки прогнозных ресурсов потенциальных рудных месторождений и рудных полей могут быть использованы данные площадных

продуктивностей вторичных ореолов элементов в автохтонных и

175

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

дальнеприносных отложениях. Подсчет продуктивностей, характеризующих надфоновые количества элемента в контурах ореолов, производится по формуле

где ∆S — площадь ячейки сети наблюдений геохимической съемки; п

—число ячеек с аномальными значениями содержаний в контуре ореола; Сх

—содержание элемента в точке отбора пробы; Сф — фоновое содержание металла; S — общая площадь ореола.

Подсчет ресурсов на заданную глубину Н выполняется по формуле

где k — коэффициент пропорциональности между продуктивностями первичных и вторичных ореолов, устанавливаемый экспериментально на эталонных участках.

Величина этого коэффициента зависит от свойств химических элементов, ландшафтных условий оцениваемой территории и других природных факторов. Только за счет ландшафтных условий кларки концентраций различных элементов во вторичных лнтохимических ореолах могут варьировать от 50 до 500 раз, в связи

с чем изменяется и их геохимическая контрастность. Поэтому для уверенных оценок значений коэффициентов k необходимо детальное изучение современных и палеоландшафтных условий формирования ореолов, а также разработка методов их экспериментального обоснования.

Прогнозные ресурсы потенциальных рудных районов и узлов могут быть оценены по средним содержаниям элементов в геохимических специализированных комплексах пород (Сср) или в ареалах их повышенных концентраций. Суммарные прогнозные ресурсы подсчитываются по формуле

Q = аСср dv,

где d — средняя объемная масса пород; v — суммарный объем оцениваемых ареалов или комплексов геохимически специализированных пород; а = МПР-ММ = КРФ — коэффициент рудного фракционирования, равный произведению модуля потенциальной рудоносности МПР (доли элемента, находящейся в породах в концентрированном состоянии и соответствующей рудным концентрациям) и модуля масштабности ММ (доли концентрированного элемента, сосредоточенной в массах заданного масштаба).

По предложению А. А. Смыслова значения МПР определяются экспериментально путем изучения минеральных балансов вмещающих пород, а значения ММ — путем оценки долей рудных площадей в эталонных шлифах. Данные для расчета остальных параметров могут

176

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

быть получены по материалам геохимического картирования или путем сглаживания результатов геохимического опробования оцениваемых территорий.

Метод оценки прогнозных ресурсов по литохимическим или механическим потокам рассеяния также разработан А. П.

Солововым. Продуктивность потоков рассеяния элементов (полезных минералов) оценивается по данным съемок донных осадков (шлиховых съемок) по формуле

где Р′х — площадная продуктивность потока рассеяния (в м2 %) в пределах элементарной площади бассейна водосбора, на который распространяются данные одной точки опробования; Sx — элементарная площадь водосбора, на которую распространяются данные одной точки опробования; Сх —содержание элемента в пробе из донного осадка или в шлиховой пробе; Сф — местное фоновое содержание элемента в аллювии; k' — коэффициент пропорциональности между продуктивностями потоков рассеяния и вторичных ореолов; Р — продуктивность вторичных ореолов рассеяния в пределах данного водосбора, равная Р′х /k′.

Прогнозные ресурсы оцениваемых перспективных площадей QH подсчитывают через суммарные площадные продуктивности Pi по формуле

где k — коэффициент пропорциональности между продуктивностями вторичных и первичных ореолов; H — принятая глубина подсчета ресурсов; т — число смежных проб (или русел, дренирующих оцениваемую территорию).

Как и для остальных геохимических методов, достоверность оценок существенно зависит от принятых значений коэффициентов k и k\ величины которых могут изменяться в широких пределах и должны определяться экспериментально. При накоплении достаточных экспериментальных данных они могут рассчитываться аналитически с учетом совокупности влияния местных природных условий.

Оценка прогнозных ресурсов по гидрохимическим потокам рассеяния эффективна только для элементов, обладающих повышенной миграционной способностью в открытых водотоках.

Для оценки ресурсов используются результаты прямого определения содержаний элементов в водных пробах. Содержания элементов нормируются:

— на величину общей минерализации вод, что позволяет сни велировать влияние ландшафтных условий и выделить основную

177

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ниях, эквивалентных их средним содержаниям в породах.

Расчет прогнозных ресурсов производится по формуле

Qp = aSHdCан 10−6 т,

где а — коэффициент рудного фракционирования; S — площадь территории, в контуре пород с аномальным содержанием элемента; Н — заданная глубина подсчета; d — средняя объемная масса пород; Сан — средневзвешенное нормированное содержание элемента в воде (за вычетом натурального фона).

В качестве основы для расчета коэффициента рудного фракционирования В. С. Комаров рекомендует принять общую функциональную зависимость вероятности распределения дифференциальных запасов рудных элементов в зависимости от кларка их концентрации в рудах (Н. И. Сафронов).

178

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

ЛЕКЦИЯ 15

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ПОИСКОВЫХ РАБОТ. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОИСКОВЫХ РАБОТ.

Рациональный комплекс поисковых работ включает ландшафтные, геолого-минералогические, геофизические и геохимические исследования с применением широкого спектра технических транспортных и горно-буровых средств, сочетание которых обеспечивает наиболее полное выявление и оценку объектов поисков — потенциальных рудных полей и месторождений полезных ископаемых с наименьшими затратами и в кратчайший срок. Выбор рационального комплекса поисковых методов и оптимизация условий проведения поисковых работ весьма сложная задача, решение которой зависит от целей работ и конкретной природной обстановки с учетом пространственных и временных факторов. При этом в соответствии с принципом последовательных приближений обязательно строгое соблюдение определенной последовательности работ, обеспечивающее постепенное возрастание плотности информации о поисковых объектах, а для реализации принципов аналогии и выборочной детализации необходимо многократное чередование геологических, геофизических и геохимических методов исследований воздушных, наземных и скважинных вариантов.

При выборе оптимальных условий и комплекса поисковых работ решающее значение имеют также и экономические показатели их эффективности.

1. Принципы комплексирования поисковых методов

Необходимость комплексирования различных модификаций геологоминералогических, геофизических и геохимических поисковых методов обусловлена недоступностью объектов поисков для прямых наблюдений и многовариантностью толкования полученных результатов. Комплексное использование нескольких различных методов существенно уменьшает многозначность толкования результатов, повышает информативность сведений и эффективность поисковых работ.

В комплекс целесообразно включать только те методы, которые позволяют получать дополняющие друг друга полезные сведения об объектах исследования, особенно качественно новую информацию об их составе или строении.

Рациональный комплекс поисковых работ должен обеспечивать максимальную суммарную информативность сведений, т. е. объем полезной информации для наилучшего и наиболее полного решения поисковой задачи при минимальных затратах времени и средств.

Для отбора комплекса наиболее информативных поисковых методов, которые позволяют решить поисковую задачу наиболее полно, необходимо располагать априорной информацией о возможностях каждого из них в условиях, аналогичных условиям проектируемых поисковых работ. Эта информация может быть получена только по принципу аналогии, с учетом

179

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

опыта применения данного метода в сходных условиях или, реализуя принцип выборочной детализации, на основании опытно-экспериментальных исследований в пределах «ключевых» участков данной территории.

Все поисковые методы, результаты которых, взаимно дополняя друг друга, обеспечивают получение максимальной информации для выявления и оценки объекта поисков, образуют геологически эффективный комплекс. Вследствие разнообразия природных обстановок и условий проявления различных полезных ископаемых, каждый новый поисковый метод, способствующий их выявлению, вносит некоторую долю дополнительных сведений в общую сумму полезной информации за счет применения еще одного дополнительного метода часто не оправдывает затрат времени и средств на его проведение. Поэтому оптимизация геологически эффективного комплекса поисковых методов заключается в том, чтобы выбрать из них такие методы, которые в совокупности решали бы поисковую задачу с минимальными затратами и в кратчайшие сроки. Комплексы поисковых методов, эффективные как в геологическом, так и в экономическом отношении, считаются оптимальными комплексами.

При выборе геологически эффективных комплексов поисковых работ необходимо учитывать их цели и конкретные задачи, особенно геологического строения, современной и палеоланд-шафтной обстановок, проявления в них поисковых признаков полезных ископаемых, поисковые возможности оцениваемых методов и другие факторы, оказывающие заметное влияние на степень информативности получаемых сведений. С этой целью могут быть использованы различные подходы, основанные на применении статистически-информационных способов, теории игр или экспериментальных способов оценки геологической эффективности поисковых методов.

Статистические способы основаны на сравнительных оценках контрастностей, эффективных размеров и других статистических характеристик аномалий, выявляемых с помощью каждого из методов, а информационные методы — в расчетах информации, получаемой в результате применения того или иного метода, при решении конкретной поисковой задачи. Расчет информативности основан на оценке среднего количества информации о системе А, содержащейся в сообщении о состоянии систем В, по разности энтропии до и после сообщения. Способы, основанные на теории игр, используют возможность теории игр соответствующего раздела математики, позволяющую находить оптимальные решения в условиях неопределенности. Экспериментальный способ, наиболее достоверный в условиях геологоразведочных работ, основан, как уже отмечалось, на принципах аналогии и выборочной детализации наблюдений на эталонных (ключевых) участках.

2. Выбор рациональных комплексов поисковых методов

При выборе рациональных комплексов поисковых методов учитываются цели и задачи геологоразведочных работ, природные условия

180

Высоцкий Э.А., Кутырло В.Э. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»