 |
Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2 http://www.variable-stars.ru/db/msg/1173324/page19.html |
4.3. Поиски нерудных месторождений полезных ископаемых и угля
4.3.1. Общая характеристика нерудных и твердых горючих полезных ископаемых.
К нерудным (неметаллическим) полезным ископаемым относятся свыше 200 минералов и горных пород, которые могут служить сырьем: индустриальным (алмаз, пьезокварц, слюда, корунд, графит, барит, флюорит, боксит и др.); химическим и агрохимическим (соли натрия, калия, апатит, фосфорит и др.); строительным минеральным, в том числе керамическим (глина, полевой шпат, кварцевый песок и др.), огнеупорным (магнезит, песчаники, кварциты и др.) и строительным (известняк, песок, гравий, изверженные и метаморфические породы и др.).
Объемы и стоимость разработки нерудных полезных ископаемых больше, чем рудных, а удельные затраты на геофизические методы среди других геологоразведочных работ меньше. Объективно не способствуют развитию нерудной геофизики сравнительно небольшие глубины залегания продуктивных толщ и слабое отличие их по физическим свойствам от вмещающих пород. Вместе с тем рациональный комплекс из нескольких (двух-четырех) геофизических методов может, как показывает практика нерудной геофизики, более чем на треть сократить расходы на разведку этих полезных ископаемых с помощью буровых скважин только бурением скважин при повышении качества геологических результатов и сокращении сроков на изыскания.
Основными задачами нерудной геофизики являются: выявление особенностей геологического строения, установление прогнозно-поисковых признаков, выделение перспективных площадей и, наконец, поиски и разведка сырья. Решение первых трех задач можно проводить в ходе целенаправленной переинтерпретации материалов крупномасштабных картировочных работ с применением геофизических методов (см. 3.4). На перспективных площадях следует применять более детальные комплексные поисково-разведочные геолого-геофизические исследования в масштабах 1:25000 - 1:2000. Площадная сеть геофизических наблюдений изменяется от 250 x 100 до 20 x 10 м.
Выбор того или иного комплекса методов геофизики определяется контрастностью физических свойств объектов исследований и вмещающих пород и их геометрией, т.е. начинается с формирования физико-геологической модели (ФГМ) объекта. Простейшими ФГМ в нерудной геофизике являются горизонтально-, полого- и крутослоистые тонкие (мощностью меньше глубины залегания верхней кромки) и толстые (мощностью больше глубины залегания) пласты конечного и бесконечного простирания, столбообразные, изометрические и другие объекты с петрофизическими характеристиками, отличающимися от вмещающей среды. ФГМ используются для математического моделирования прямых и обратных задач, необходимого для интерпретации полевых материалов. В ходе поисково-разведочных работ ФГМ уточняют, а в результате проверки горно-геологическими работами получают точные сведения о положении и запасах выявляемого сырья или материалов.
Определенное сходство по количеству разрабатываемого сырья, морфологическим особенностям и физическим параметрам залежи наблюдается между нерудными и твердыми горючими ископаемыми (уголь, горючие сланцы, торф). Хотя методы угольной геофизики развиваются относительно самостоятельно, общность методических принципов, особенно при наземных работах, позволяет пока объединить их в один раздел разведочной геофизики - нерудную и угольную.
4.3.2. Индустриальное сырье и его геофизические поиски.
Алмаз является одним из ценных видов индустриального сырья. Коренные месторождения алмазов приурочены к кимберлитам, а вторичные осадочные (россыпные) располагаются в углублениях палеозойских пород и речных долинах. Кимберлитовые, вертикально залегающие, столбообразные тела диаметром от 10 до 700-800 м, уходящие на большую глубину, сложены ультраосновной брекчированной породой с многочисленными включениями ксенолитов (обломков окружающих пород и фундамента). Физико-геологической моделью для кимберлитовых трубок служит вертикальный цилиндр (столб) бесконечного простирания с отличающимися от вмещающей среды плотностью, магнитной восприимчивостью, удельным электрическим сопротивлением. Сами же алмазы, занимая малый объем в кимберлите, не могут служить объектом геофизических поисков.
Ведущими методами поисково-разведочных работ на кимберлитовые трубки являются аэромагниторазведка и наземная магнитная съемка. Однако узкими локальными аномалиями на графиках магнитной съемки выделяются не только кимберлитовые трубки, но и многочисленные дайки пород основного состава, траппов и т.п. Поэтому для разбраковки полученных магнитных аномалий применяют гравиразведку, электрическое и электромагнитное профилирование (ЭП, ДЭМП, СДВР).
Россыпные месторождения алмаза изучают так же, как и подобные месторождения металлов, с помощью геофизических методов (ВЭЗ, электропрофилирование, сейсморазведка МПВ). Они служат для выявления углублений в фундаменте, которые могут быть ловушками для алмазов.
Пьезоэлектрическое минеральное сырье (пьезокварц, оптический флюорит), слюды, а также некоторые редкие и благородные металлы (вольфрам, молибден, золото и др.), приуроченные к кварцевым и пегматитовым жилам, изучаются геофизическими методами реже. В целом кварцевые жилы отличаются от вмещающих интрузивных, а иногда осадочных пород низкими величинами магнитной восприимчивости и гамма-активности, повышенными (для плотных, ненарушенных) или пониженными (у разрушенных, трещиноватых жил с глинистым заполнителем) сопротивлением и плотностью, повышенной теплопроводностью, а главное - очень высокими (в 10-100 раз больше, чем во вмещающих породах) пьезоэлектрическими модулями.
Поисковыми методами на кварц являются магнитная, тепловая (шпуровая) и гамма-съемки, электрическое и электромагнитное профилирование (ЭП, ДЭМП, СДВР), электрические зондирования методом ВЭЗ для определения мощности наносов, высокоточные грави- и сейсморазведка для выявления россыпей кварца. Выбор комплекса методов определяется геолого-геофизическими условиями. Наиболее надежный поиск и разведку (в наземном, скважинном и шахтном вариантах) кварца можно провести пьезоэлектрическим или сейсмоэлектрическим методами.
Пегматитовые жилы характеризуются высокими (свыше 104 Ом*м) удельными электрическими сопротивлениями, повышенными поляризуемостью, гамма-активностью, пьезоэлектрическим модулем. Иногда они отличаются от вмещающих пород по плотности, скорости распространения упругих волн и магнитным свойствам. Наземными поисково-разведочными методами на пегматитовые жилы являются: электропрофилирование, радиометрия, магниторазведка, иногда высокоточная гравиразведка. При детальной разведке пегматитовых жил следует применять пьезоэлектрический метод.
4.3.3. Поиски химического и агрохимического сырья методами геофизики.
Минеральные соли (простые и сложные хлориды и сульфаты натрия, калия, магния и ряд других соединений) разрабатываются открытым и закрытым способами. Месторождения представлены в виде пластовых, штокообразных, куполообразных залежей. От вмещающих терригенных пород минеральные соли отличаются пониженными плотностью и магнитной восприимчивостью, повышенными удельным электрическим сопротивлением, скоростью распространения упругих колебаний, теплопроводностью, пониженной для солей натрия и магния и повышенной для солей калия гамма-активностью.
Поиск минеральных солей можно проводить гравимагнитными и радиометрическими съемками, электрическим и электромагнитным профилированием, используемым при изучении крутозалегающих приповерхностных залежей, и зондированиями (ВЭЗ, ЗСБ, ЧЗ), применяемыми при изучении глубоко залегающих соляных структур. Разведку минеральных солей проводят с помощью полевых электромагнитных и сейсмических зондирований (ВЭЗ, ЗСБ и МПВ, МОВ) и геофизическими исследованиями скважин (электрическими, ядерными).
Агрохимическое сырье (апатиты, фосфориты) изучается геофизическими методами редко. Апатитовые руды приурочены к изверженно-метаморфическим комплексам пород. В зависимости от генезиса, морфологии и состава вмещающих пород апатитовые залежи отличаются от них: повышенными плотностью, гамма-активностью, повышенными или пониженными магнитной восприимчивостью и удельным электрическим сопротивлением.
Фосфориты, используемые для производства фосфорных и комплексных удобрений, приурочены к осадочным породам. Для фосфоритов характерны: повышенные гамма-активность (за счет аномально высокого содержания урана) и поляризуемость; повышенные, а иногда пониженные магнитная восприимчивость и удельное электрическое сопротивление.
Основными поисковыми методами на агрохимическое сырье могут быть гравимагниторазведка, ядерно-физические методы (гамма-, эманационная и нейтронно-активационная съемки), электрическое профилирование (ЭП) и зондирование (ВЭЗ), иногда для структурных исследований применяют сейсморазведку (МПВ, МОВ).
4.3.4. Изучение месторождений строительного минерального сырья геофизическими методами.
Рыхлые глинистые, песчанистые, песчано-гравийные, гравийно-галечниковые, галечно-валунные материалы, широко применяемые в строительстве, связаны, главным образом, с четвертичными отложениями и добываются как на суше, так и на дне акваторий (рек, озер, на шельфе морей).
В ряду рыхлых осадочных пород (глины - пески - гравий - галька - валуны) физические свойства увеличиваются следующим образом: от 0,01 до 100 мм - средний диаметр твердых частиц, от единиц до тысячи омметров - удельное электрическое сопротивление, незначительно - плотность. Уменьшаются естественная, иногда вызванная поляризуемость, гамма-активность, скорость распространения упругих волн, иногда магнитная восприимчивость.
Для расчленения перечисленных рыхлых пород, поисков и разведки тех или иных из них можно использовать электрические профилирования (ЭП, ЕП, ВП) и зондирования (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП), сейсморазведку МПВ, гамма-съемку, иногда гравимагниторазведку. Обычно применяют одновременно не более двух методов.
Скальные строительные материалы: изверженные (граниты, гранодиориты, габбро, диабазы, базальты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, песчаники, мрамор и др.) и осадочные (известняки, доломиты, мрамор, мел и др.) породы широко используются в строительстве. Для изверженных и метаморфических пород характерны высокие плотности, скорости распространения упругих волн, удельные электрические сопротивления, хотя разрушенные разности этих пород могут отличаться пониженными значениями перечисленных параметров. Магнитная восприимчивость у них изменяется в зависимости от петрографо-тектонических особенностей. Радиоактивность возрастает от метаморфических к ультраосновным, основным и кислым породам.
Месторождения скальных карбонатных пород относятся к осадочным и метаморфическим типам. Карбонатные породы, по сравнению с изверженными и метаморфическими, имеют меньшие, а по сравнению с осадочными - большие значения следующих физических свойств: плотности, скорости распространения упругих волн, удельного электрического сопротивления, магнитной восприимчивости. Они отличаются низкой гамма-активностью.
Физико-геологические модели при изучении скальных строительных материалов бывают разными: от горизонтально и полого залегающих пластов до мощных лакколитов. Поэтому комплексы геофизических методов различаются. Пластовые крутослоистые залежи изучают гравимагниторазведкой, электрическим и электромагнитным профилированием, гамма- и эманационной съемкой, а полого залегающие - методами гравимагниторазведки, электрическими и электромагнитными зондированиями, сейсморазведкой.