Особенности методики поисков и разведки редкометалльных карбонатитов

Редкомсталльныс карбонатиты являются одним из важнейших промышленных типов месторождений ниобия, из которых возможно попутное извлечение редких земель цериевой группы, тантала, фосфора, циркона, меди, железа, реже урана и тория, а также флогопита и флюорита. Собственно карбонатиты сложены породами, состоящими в основном из кальцита, доломита, анкерита и сидерита. Они приурочены к краевым частям платформ, к зонам глубинных разломов, рассекающих платформы или консолидированные складчатые области, обрамляющие платформенные сооружения [7].

Отличительные особенности редкометалльных карбонатитов:

• • широкие возрастные пределы карбонатитов от среднепротерозойских до мезокайнозойских. Самый древний возраст составляет 2 млрд лет;
• • тесная пространственная связь месторождений с ультраосновными — щелочными интрузивами центрального типа, ядра (реже периферийные участки в случае обратной зональности) которых сложены карбонатитами;
• • многостадийность процесса образования, причем с карбонатитами поздних стадий ассоциируют редкоземельная, флюоритовая и полиметаллическая минерализации. С ранними стадиями связано железорудное, гантало-ииобиевое, ниобиевос, циркониевое и фосфорное оруденение;
• • неравномерное размещение рудных концентраций в контурах промышленного оруденения;
• • разнообразие форм и крупные размеры рудных тел, среди которых преобладают грубои воронкообразные залежи, жилы и штокверки;
• • сложный состав карбонатитовых. руд, среди которых преобладают пирохлоровые, капьцитовые, кальцит — доломитовые и редкоземельные анкерит — сидеритовые карбонатиты;
• • нечеткие контакты рудных тел и зависимость морфологии от кондиций, принятых в основу их оконтуривания.

В пределах карбонатитовых массивов кроме собственно коренных месторождений встречаются площадные и линейные коры выветривания, а также аллювиальные, аллювиально-делювиальные и озерные россыпи. Поэтому при поисках и разведке необходимо предвидеть возможность выявления наиболее богатых экзогенных образований, которые развиваются по коренным карбонатитам. Кроме этого, наряду с округлыми массивами центрального типа могут быть встречены и линзовидные, а также линейно-вытянутые тела, существенно отличные от первых.

В пределах коренных карбонатитовых месторождений различают несколько типов редкометапльного оруденения:

• 1) пирохлор (или броцанит) — апатитовое (ниобий-фосфорное);
• 2) гатчеттолит — апатитовое (тантало-ниобисво-фосфорное);
• 3) магнетит — апатит — бадделеит — гатчеттолитовое (железо — фосфорноциркониевое);
• 4) магнетит — апатит — бадделеит — гатчеттолитовое (железо — фосфорпоцирконий-тантало-ниобисвос);
• 5) бастнсзитовос в анкеритовых карбонатитах (редкоземельное);
• 6) флюоритовое в анкеритовых карбонатитах.

Пространственно эти типы оруденения обычно разобщены, но иногда совмещаются.

В качестве примера рассматривается методика поисков и разведки редкометалльных карбонатитов, расположенных в краевой части древней платформы.

В соответствии с разведочной классификацией месторождений редкометалльные карбонатиты относятся ко второй или к третьей группам (по классификации ГКЗ) со сложным строением и согласным залеганием рудных образований.

Специализированное геологическое картирование

Поискам редкометалльных карбонатитов предшествует специализированное геологическое картирование масштабов 1:50 000 и 1:200 000.

Методика специализированного картирования, поисков и разведки месторождений редкометалльных карбонатитов рассматривается на примере района, расположенного в песчано-сланцевых породах верхнего протерозоя. Район приурочен к периферии крупного выступа архейских пород, прорванных многочисленными интрузивами различного состава и возраста. Он представляет собой блок земной коры, ограниченный продольными разломами первого порядка и системами долгоживущих поперечных разломов второго и третьего порядков.

Прогнозные и поисковые работы должны проектироваться на основе геологической, прогнозно-металлогенической и геохимической карт, составленных с учетом данных региональных геофизических, геохимических и шлиховых съемок.

Специализированная геологическая съемка масштаба 1:200 000 проводится на всей территории рудного района для выявления и оценки потенциальных рудных узлов. В процессе съемки особое внимание обращается на массивы ультраосновныхщелочных пород центрального типа в пределах грабеновых структур, прослеживаются ограничивающие их продольные разломы и системы поперечных и диагональных разломов.

Массивы ультраосновных-щслочных пород центрального типа наиболее надежно выявляются с помощью аэрометодов по магнитным и радиометрическим аномалиям, иногда они дешифрируются и на аэрофотоснимках. Эти массивы и связанные с ними карбонатиты проявляются при аэромагнитной съемке отчетливыми магнитными аномалиями, причем ультраосновныс породы характеризуются положительными аномалиями, а щелочные — отрицательными. Карбонатиты фиксируются аэрогамма-спектрометрической съемкой как радиоактивные аномалии со смешанной урано-ториевой природой активности, так как в них постоянно присутствуют радиоактивные минералы-пирохлор, гагчеттолит и монацит (рис. 7.3.1). При дешифрировании аэрофотоснимков в рельефе четко выделяются округлая и эллипсовидная формы выходов массивов щелочных и ультраосновных пород.

По данным шлихового опробования, особую ценность представляют сведения об ассоциациях шлиховых минералов. О появлении ультраосновных — щелочных пород и карбонатитов можно судить по резкому увеличению в шлихах магнетита в магнитной фракции, шерломита, ильменита, циркслита, бадделита и колумбитизированного пирохлора — в электромагнитной, апатита, пирохлора и карбонатов редких земель (бастнезита, паризита) — в немагнитной фракции шлихов.

Рис. 7.3.1. Кольцевое строение аэрогамма-аномалий над массивом карбонатитов (по Г. А. Поротовой и др):

I — кривые интенсивности гамма-излучения (1 Ом =7.2−10 ¹ А/кг);

2 — контуры зон различной радиоактивности

На площадях прогнозируемых рудных узлов проводятся специализированные геологические съемки масштаба 1:50 000 (1:25 000) с целью оконтуривания и оценки перспективных редкометалльных полей.

При специализированных геологических съемках следует иметь в виду, что магматические образования и ранние кальцитовые карбонатиты обычно образуют кольцевые структуры, более поздние анкеритовые карбонатиты слагают полукольцевые или линейные структуры, приуроченные к тектоническим нарушениям, причем вмещающие карбонатизированные породы нередко содержат повышенные концентрации ниобия.

Помимо геологических, прогнозно-металлогенических, геофизических карт и карт наземной радиометрии, по данным специального картирования составляются карты районирования территории по трудности их опоискования, карты достоверности проведенных ранее геологических и геофизических работ, а также карты фактических материалов, послуживших основой для оценок перспектив изучаемых площадей.

По результатам работ подсчитываются ресурсы категорий Р₃ и Р₃.

Поисковые работы

Поисковые работы проводятся в пределах перспективных рудоносных полей, выявленных и оцененных по результатам специализированных геологических съемок. Цель поисковых работ — обнаружение и прогнозная оценка рудоносных участков. В задачи поисковых работ входят:

• • выявление поисковых критериев и признаков редкометалльных карбонатитов и изучение особенностей их проявления в данной геологической обстановке;
• • изучение перспективных участков потенциальных месторождений с детализацией одного из них для получения сведений, позволяющих судить о вероятной промышленной ценности месторождения.

Для выявления рудных тел проводится специализированная геологическая съемка масштаба 1:10 000, включающая детальное минералого-петрографическое изучение пород. В результате съемки выявляется характер зонального строения массива и оконтуриваются тела карбонатитов различного состава. По данным литохимической съемки определяются общие контуры ореольных полей элементовиндикаторов: ниобия, циркония, стронция, редких земель, фосфора и марганца и оцениваются их площадные продуктивности.

Поиски рудоносных участков целесообразно начинать с наземных геофизических работ, включая магнитометрическую, гаммаи литогеохимическую съемки масштаба 1:10 000 (1:5000). По данным магнитометрической съемки выделяют сидеритовые и анкеритовые карбонатиты, а по результатам радиометрической и гамма-спектрометрической съемок — участки карбонатитов, наиболее богатые урансодержащими гатчеттолитом и пирохлором. Литогеохимической съемкой устанавливаются ореолы рассеяния ниобия, циркония, редких земель, стронция, фосфора и марганца. Повышенные содержания марганца и редких земель тяготеют к площадям развития сидериговых и анкеритовых редкоземельных карбонатитов, а ниобия, стронция и фосфора — к площадям развития кальцитовых карбонатитов.

В условиях закрытых районов поиски проводятся в глубинном варианте с применением скважин поискового бурения, число которых достигает при масштабе 1:10 000 тридцати и более на 1 км². В практике глубинных поисков месторождений редкомегалльных карбонатитов обычно используется квадратная сеть. Каждая поисковая скважина заглубляется не менее, чем на 4−5 м в коренные породы и подвергается всестороннему геолого-геохимическому и геофизическому исследованиям. Из скважин отбираются образцы и пробы коренных пород для минералогопетрографического изучения в шлифах и массовых спектральных анализов, проводится гамма-каротаж и геохимическое опробование керна.

Для оценки прогнозных ресурсов категории Р| используется совокупность геологических, геофизических и минералого-геохимических данных, а методика подсчета выбирается в зависимости от полноты и достоверности исходной информации.

Оценочные работы

Оценочные работы проводятся на месторождениях редкометалльных карбонатитов, получивших положительную оценку, но результатам поисково-оценочных работ.

Объектами оценки являются месторождения, или их отдельные участки (продуктивные зоны), в пределах которых запасы оцениваются по отдельным подсчетным блокам.

Основные задачи оценочных работ:

• • изучение особенностей строения карбонатитовых тел и их оконтуривание;
• • выявление условий залегания и строения продуктивных зон редкомегалльных карбонатитов с оценками характеристик изменчивости;
• • выборочная оценка условий залегания, морфологии и строения одной-двух залежей в пределах эталонных участков продуктивной зоны;
• • изучение вещественного состава и текстурно-структурных особенностей природных типов руд, выделение вероятных технологических типов и сортов руд;
• • оценка горнотехнических условий будущей эксплуатации;
• • получение исходных данных для расчета временных кондиций к подсчету запасов и предварительных технико-экономических показателей для составления ТЭД;

• подсчет ресурсов категории Р| по всем блокам продуктивных зон и запасов категории С2 по участкам детализационных работ. Карбонатитовые месторождения обычно относят ко II группе по классификации запасов (ГКЗ). Оценочные работы осуществляются скважинами колонкового бурения системами вертикальных разрезов. Ранее пройденная сеть магистральных канав сгущается до расстояний порядка 200 м между профилями. Бурение колонковых скважин проводится для прослеживания оруденения на глубины от 100 до 500 м. Скважины бурятся по квадратной сети 200×200 м или по профилям с расстояниями между профилями 400 м, а между скважинами 200 м. Буровые работы сопровождаются комплексом геофизических и геохимических исследований. Сеть скважин выбирается с таким расчетом, чтобы не пропустить крупных рудных тел и чтобы каждый подсчетный блок продуктивной зоны был бы вскрыт не менее, чем 10−12 пересечениями. На участках детализационных работ сеть скважин сгущается в два раза и более (рис. 7.3.2).

Рис. 7.3.2. Схема оценочных работ пирохлоровых карбонатитов (по И. Егорову):

• 1 -участок элювиально-аллювиальной россыпи: 2 — древние конгломераты: 3 — песчаники;
• 4 — сланцы филлитовидные и песчано-глинистые; 5 — нефелиновые сиениты; 6 — ийолиты и уртиты; 7 — мельтейгиты и нефелиновые пироксениты; 8 — анкеритовые карбонатиты мелкозернистые;
• 9 — жилы анкеритовых карбонатитов; 10- кальцитовые карбонатиты крупнозернистые;
• 11- кальцитовые карбонатиты мелкозернистые; 12 м фенитизация;
• 13 — тектонические нарушения; 14−15 — контакты пород предполагаемые (14) и установленные (15); 16 — разведочные канавы; 17 — разведочные скважины

По данным картировочных шурфов, канав и отдельных скважин оценочного бурения с использованием методов структурной геофизики составляется геологическая карга поверхности месторождения в масштабах 1:5000−1:2000 (рис. 7.3.3).

Изучение минерального состава руд проводится по канавам и кернам скважин с применением микроскопических и физико-химических методов. Для изучения химического состава руд проводятся спектральные и химические анализы их проб.

Рис. 7.4.3. Схема геологического строения (по Л. А. Фролову):

• 1 — анкеритовые и анкерит — доломитовые карбонатиты; 2 — мелкозернистые кальщтювые карбонатиты; 3 — жильные кальщтювые карбонатиты; 4 — пегматоидные кальщтювые карбонатиты; 5 — крупнозернистые кальцитовые карбонатиты; 6 — нефелиновые и щелочные сиениты; 7 — ийолиты; 8 — мельтейгиты; 9 — габбро-диабазы; 10- сланцы и песчаники;
• 11 — тектонические нарушения; 12 — зоны рассланцевания; 13 — полосчатость карбонатитов;
• 14 — границы распространения останцов пикритовых порфиритов и их брекчий;
• 15 — ореол анкеритизащш кальщиповых карбонатитов

Технологические свойства руд предварительно оцениваются по лабораторным пробам и по аналогии с рудами уже освоенных месторождений редкометалльных карбонатитов. Для исследования особенностей руд из шурфов, канав и керна скважин отбираются технологические лабораторные пробы массой 1,5−2,5 т. Эти пробы должны отражать по составу руды месторождения различных технологических типов и сортов. Задача технологических испытаний — определение возможности и способов обогащения руд.

Подсчет запасов выполняется способом вертикальных разрезов без ограничения размеров подсчетных блоков. Запасы оцениваются по категории С2.

Кроме подсчета запасов по категории Сг оцениваются и уточняются прогнозные ресурсы по категории Pi на далеких флангах и глубоких горизонтах месторождения с учетом выявленных геологических, геофизических и геохимических закономерностей.

По результатам оценочных работ составляется ТЭД, в котором приводится предварительная геолого-экономическая характеристика месторождения, обосновывается целесообразность и очередность его промышленного освоения.

Разведка

Если, но данным ТЭД месторождение признается объектом первоочередного промышленного освоения, то на нем ставится разведка, которая начинается на наиболее перспективном и доступном участке, суммарные запасы которого обеспечивают работу горного предприятия не менее чем на 25 лет.

Цель разведки — уточнение запасов и средних содержаний ниобия и редких земель в рудах по каждому подсчетному блоку, а также детализация всех горногеологических и технологических параметров отдельных рудных залежей.

Задачами разведки являются:

• • изучение геологических особенностей строения карбонатитов, определяющих размеры и морфологию залежей в пределах продуктивных зон, а также закономерностей размещения в них полезных компонентов;
• • выявление контуров, условий залегания, внутреннего строения отдельных залежей и характеристик изменчивости важнейших геологоразведочных параметров;
• • выборочная оценка условий залегания и строения наиболее типичных морфологически обособленных участков залежей;
• • проведение дополнительных работ для оценки запасов редкометалльных руд на глубоких горизонтах;
• • детальное изучение минерального состава, текстурно-структурных особенностей руд и их технологических свойств для разделения природных типов и сортов с выявлением сравнительных характеристик качества руд различных залежей; детальное изучение площадных и линейных кор выветривания с целью выявления вторично обогащенных участков;
• • детальное поблочное изучение технологических свойств руд и горнотехнических условий будущей эксплуатации;
• • разработка и обоснование кондиций к подсчету запасов по рудным залежам;
• • подсчет запасов по рудным залежам и отдельным подсчетным блокам по категории В — на участках детализации, по категории С — на флангах и глубоких горизонтах месторождения; С2 — на остальных участках месторождения. Разведка месторождения редкометалльных карбонатитов осуществляется бурением колонковых скважин, часто наклонных под углом 70−75° к горизонту. Скважины бурятся по квадратной сетке 100×100 м по профилям с прямоугольной ячейкой 200×100 м. При проведении детализационных работ размеры, формы и ориентировка ячеек разведочных сетей корректируются с учетом анизотропии, формы и углов склонения конкретных залежей. Размеры участков детализации должны быть настолько велики, чтобы их суммарные запасы достигали нс менее 20 % от суммы всех детально разведанных запасов.

Изучение технологических свойств руд для составления наиболее эффективных схем обогащения требует значительных затрат времени и труда в связи с их сложным минеральным составом. Для каждого типа руд и по отдельным залежам отбираются самостоятельные технологические пробы массой 1,5−2 т. После изучения технологических свойств на отдельных технологических пробах схемы обогащения уточняются в полузаводских условиях. Для полузаводских испытаний отбирается проба массой около 500 т с участка первоочередной отработки. Отбор технологической пробы для полупромышленных испытаний производится из горных выработок, в которых руда не подвергнута поверхностным изменениям.

Горно-геологические условия эксплуатации месторождения изучаются в процессе проведения всех разведочных выработок и уточняются на участках детализации разведочных работ. Карбонатиты характеризуются сложным геологическим строением и рядом структурных и минералогических особенностей, что отличает их от других месторождений и определяет специфику методики их изучения.

Подсчет запасов производится на основе утвержденных кондиций, которые разрабатываются и утверждаются в ГКЗ в завершающий период детальной разведки. Главный кондиционный показатель к подсчету запасов — минимальное промышленное содержание ниобия, фосфора и редких земель в подсчетном блоке. Обычно минимальное промышленное содержание устанавливается для условного ниобия с помощью пересчетных коэффициентов. Значения минимального промышленного содержания зависят от величины годовой производительности горного предприятия. Устанавливаются и другие кондиционные показатели: бортовое содержание условного ниобия для оконтуривания балансовых и забалансовых запасов по рудным залежам, минимальные рабочие мощности рудных тел и максимальные мощности участков пустых пород, включаемых в контур подсчета запасов, предельные размеры подсчстных блоков. При наличии нескольких типов руд для каждого определяются соответствующие кондиционные показатели.

Подсчет запасов осуществляется способом вертикальных разрезов. Запасы детально разведанных участков месторождения оцениваются по категории Ci в пределах участков — по категории В, а предварительно оцененные запасы на флангах и глубоких горизонтах — по категории Сг;

Результаты разведки рассматриваются в ГКЗ РФ, которая утверждает разведанные запасы и определяет степень готовности месторождения для промышленного освоения. Финансирование работ по проектированию и строительству горного предприятия производится только после утверждения запасов в ГКЗ.

Эксплуатационная разведка

Эксплуатационная разведка проводится во все время существования горнорудного предприятия с целью детализации строения и состава редкометалльных карбонатитов, уточнения технологических свойств руд и горнотехнических условий эксплуатации разрабатываемых блоков. Все капитальные, горно-подготовительные, нарезные и очистные выработки документируются и опробуются. Технические средства разведки зависят от принятой системы вскрытия и разработки месторождения. Густота сети сопровождающей и опережающей разведок определяется размерами объемов селекции при добыче.

По данным геолого-геофизической документации очистных блоков создаются блоковые карточки, которые служат основой для составления сортовых планов отрабатываемых блоков. При проведении опробования одна из основных задач — определение потерь и степени разубоживания руд. В процессе эксплуатационной разведки продолжается изучение вещественного состава и технологических свойств руд, вплоть до отбора технологических проб и проведения полного комплекса исследований.

Особенность подсчета запасов заключается в необходимости составления балансов и оперативного учета с разделением запасов по степени подготовленности.

Наиболее благоприятные отношения вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов на месторождении составляют 4:2:1. Для выявления новых участков, обеспечивающих прирост запасов редких металлов и продление срока существования горного предприятия, на флангах и на глубоких горизонтах месторождения нужно проводить поисковые и поисково-разведочные работы.