Изучение месторождений в процессе разведочных работ

На стадии разведочных работ проходка горных выработок и скважин позволяет получить разностороннюю информацию, что требует проведения комплексного геологического, минералого-геохимического и геофизического изучения месторождения. Первичным материалом для такого изучения является геологическая документация горных выработок и скважин, включающая зарисовки, фотографии, текстовое описание, а также образцы руд и горных пород. Кроме того, к первичным материалам относятся данные геофизических работ, в том числе каротажа скважин. Комплекс разведочных работ включает следующие их виды.

Топогеодезические и маркшейдерские работы направлены на создание топографической основы для построения крупномасштабных геологических карт, планов и разрезов в масштабах от 1:1000 до 1:500. Проводятся теодолитные, мензульные и другие съемки. Маркшейдерские и топографические планы, выполненные в единой системе координат, служат основой для увязки геологических данных, составления разрезов, погоризонтных планов, создания схем отработки месторождения с учетом определенных горно-геологических условий эксплуатации месторождений.

Геологическая документация горных выработок и скважин направлена на изучение условий залегания и строения рудных тел, связи рудной минерализации с элементами разрывной, складчатой тектоники, литологическими разностями пород.

Главным объектом документации являются рудные тела. Изучается их внутреннее строение, в том числе обогащенные участки (рудные столбы), внутрирудная и пострудная тектоника. Отражаются текстуры, структуры, минеральный состав, гидротермальные изменения и другие свойства. Изучается контроль оруденения литологическими разностями пород, мелкими складками и разрывами. Пристальное внимание обращается на разрывные нарушения, смещающие рудные тела, особенно если амплитуды смещений значительны.

В подземных выработках производится зарисовка стенок, кровли, забоев, в канавах — дна и одной стенки в масштабах 1:25 или 1:50.

Широко применяется фотосъемка, составляется фотограмметрическая документация поверхности. При документации скважин зарисовывают и фотографируют керн. Большое значение имеет описание керна с указанием состава вмещающих пород, рудной минерализации, околорудных изменений. Иногда отбираются ориентированные образцы керна, что дает возможность изучить и откартировать (в совокупности с другими данными) разрывные нарушения.

Геофизические работы наиболее информативны при каротаже скважин. Применяются электрические, ядерно-физические, магнитные методы. С их помощью изучают урановое оруденение (радиометрические методы), железные руды (магнитометрия), выделяют породы разной плотности, пористости, магнитной восприимчивости, что используется для литологического расчленения разреза (известняки, кварциты, зоны сульфидной минерализации). Определяются углы отклонения оси скважины от вертикали и от плоскости разведочного профиля (инклинометрия) и фактический диаметр скважины на участках неустойчивых горных пород (кавернометрия).

Минералого-геохимические исследования проводятся путем отбора специальных образцов в процессе геологической документации по регулярной сети. По результатам опробования изучаются минеральный и химический состав полезного ископаемого и сопутствующих компонентов, их пространственное размещение, зональность околорудных изменений.

Минералогия месторождения изучается по изготовленным полированным и прозрачным шлифам; геохимический состав определяется по данным спектрального и других видов анализа. Кроме того, по линиям изоконцентраций главных и сопутствующих элементов составляются карты геохимических ореолов. По вертикальной и горизонтальной минералого-геохимической зональности можно прогнозировать развитие оруденения на глубину и на флангах рудного поля.

Кроме того, можно определять глубину эрозионного среза месторождения. Например, известно, что на гидротермальных месторождениях благородных металлов минералы и ореолы серебра локализуются на верхних горизонтах, а золота — ниже по разрезу. Первичные геохимические ореолы могут использоваться для выявления слепых рудных тел. Так, в некоторых месторождениях устанавливается осевая геохимическая зональность первичных геохимических ореолов, обусловленная движением вверх рудообразующих растворов. Например, установлено, что на ряде месторождений металлов барий, серебро, свинец образуют ореолы, расширяющиеся вверх по разрезу, а ореолы меди, висмута, вольфрама, молибдена развиваются преимущественно в нижних частях. Картирование таких ореолов позволяет установить зональность оруденения и тенденцию его распространения на площади месторождения.

На разведываемых месторождениях составляются эталонные коллекции руд и вмещающих горных пород.

Гидрогеологические работы направлены на изучение таких вопросов как водопритоки в горных выработках, пористость, проницаемость, водоносность горных пород, скорость фильтрации подземных вод, агрессивность (химическая активность) подземных вод.

Для этих целей проводятся систематические наблюдения за всеми водопроявлениями, фиксируются дебит, химический, газовый состав, температура и другие свойства воды. Осуществляются также специализированные работы: опытно-фильтрационные исследования, опытные откачки, наличие плывунов, оползней, пучения пород, изменения состава и других свойств воды. Проводятся наблюдения над изменениями уровня подземных вод в скважинах. Изучается связь режима подземных вод с разрывными нарушениями, т. е. картируются гидрогеологические структуры.

Изучение технологических свойств минерального сырья включает, как было отмечено выше, отбор различных проб, их анализ и выделение природных минералого-петрографических типов и разновидностей руд по данным геологической документации разведочных пересечений. Затем проводится разработка технологических режимов и схем.

При комплексном характере минерального сырья изучаются возможности и технологии получения продуктов по каждому ценному компоненту. Но не всегда имеется возможность извлечения попутных компонентов. Сравнительно легко извлекаются из колчеданных медных и полиметаллических руд золото, серебро, висмут, селен, теллур. Если же попутные компоненты находятся в собственных самостоятельных минералах, их извлечение требует усложнения технологических схем. В любом случае правильность оценки технологических свойств сырья, а именно показателя извлечения полезных компонентов, может повлиять на общую экономическую оценку месторождения, что будет показано ниже.

Изучение горно-геологических условий эксплуатации месторождений проводится в процессе проходки горных выработок и скважин путем отбора проб на определение физико-механических свойств, степени трещиноватости массива. Также оцениваются продуктивность месторождения (степень сосредоточенности запасов), условия залегания руд; определяются способ вскрытия месторождения, уровень возможных потерь и другие показатели.

Первостепенное значение для выбора способа отработки месторождения (при горном способе) имеют сплошность строения рудных тел, крепость и устойчивость пород и руд и степень обводненности месторождения. Для определения этих свойств часто проходятся специальные горные выработки и скважины. Такие работы требуются на месторождениях с изменчивостью горно-геологических условий на разных участках разведываемой площади.

Изучение географо-экономических и экологических условий районов расположения месторождений необходимо, чтобы определить затраты на создание инфраструктуры. Как известно, горное предприятие нуждается в обеспечении энергией, технической и питьевой водой, теплом и материалами. Требуется необходимая рабочая сила, жилье, питание, медицинское обслуживание и т. п. Особенно острыми эти проблемы являются в неосвоенных районах, где нет промышленных объектов.

Таким образом, главные факторы, определяющие затраты на создание инфраструктуры, следующие: пути сообщения, энергообеспечение, водоснабжение, природные ресурсы (лесные, топливные, стройматериалы), рабочая сила. В случае положительных результатов разведки крупного месторождения с перспективой многолетнего освоения создаваемое горное предприятие может быть градообразующим. Пример такого предприятия — Приаргунский горно-обогатительный комбинат по переработке урановых руд Стрельцовского рудного поля в Забайкальском крае (город Приаргунск). В то же время необходимо отметить, что в последние десятилетия многие месторождения разрабатываются вахтовым методом, что существенно сокращает затраты на создание инфраструктуры. В качестве примера можно привести эксплуатацию месторождений нефти и газа. Для высокоценных месторождений с компактной по массе конечной продукцией транспортировка обычно не требует больших затрат. Такими являются месторождения золота, алмазов, драгоценных камней. Конечный продукт их может транспортироваться любым транспортом, вплоть до авиационного.

Экологические условия определяются наличием на территории особо охраняемых объектов (заповедников, национальных парков), ценностью отчуждаемых земель (сельхозугодий, лесов с ценными породами деревьев), экологическими последствиями нарушения недр, стоимостью природоохранных мероприятий. Так, разработка любых месторождений полезных ископаемых в природоохранной зоне оз. Байкал является нецелесообразной по причине уникальности этого природного объекта — крупнейшего в мире хранилища чистой воды.