Геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых реферат

Обновлено: 05.07.2024

Геофизические методы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых основываются на изучении свойств и состава Земли способом воздействия на физические поля (гравитационное, магнитное, термическое и прочие).

Все геофизические методы поисков полезных ископаемых подразделяются на 2 группы:

С воздействием на природные поля – более экономичный метод, отражает однородные и простые в сравнении результаты.
С воздействием на искусственно созданные поля – дорогостоящий метод, отличающийся более точными показателями.

Геофизические методы разведки, основанные на изучении различных физических полей, дают односторонние результаты и используются в зависимости от их природы:

Сейсморазведка – основывается на изучении упругих сейсмических волн. Принцип заключается в измерении скорости прохождения волны от источника искусственного взрыва до фиксирующего устройства, что в свою очередь зависит от плотности и состава пород исследуемого участка.
Магниторазведка – основывается на элементарном законе физики притяжения магнитных металлов и относится к самым первым методам геофизической разведки. Данный метод подходит для поиска, в основном, железосодержащих минералов: пирротина, магнетита, титаномагнетита.
Геоэлектрическая разведка – в основе метода лежит изучение электропроводимости пород и наблюдения за магнитным полем геологического объекта.
Геотермальная разведка – заключается в изучении теплопроводности пород различного происхождения и измерении температуры внутри скважины.
Гравиметрическая разведка – изучение гравитационного поля геологического объекта.
Ядерная геофизика – новый метод разведки, основанный на изучении радиоактивного излучения пород, различного рода происхождения, и их взаимодействия с природными частицами.

Геофизические методы разведки месторождений полезных ископаемых, при благоприятных условиях, позволяют исследовать значительные площади объекта в короткие сроки, обнаружить залежи на больших глубинах, а иногда и определить величину месторождения. Главным недостатком геофизических методов поисков и разведки в настоящее время является достоверность интерпретации полученных измерений геофизических полей.

Поиск и разведка полезных ископаемых с использованием геофизических методов – экономически эффективный способ для последующей добычи полезных ископаемых (например, для добычи золота открытым способом).

материками. А также, что ядро Земли находится в жидком состоянии.

Впервые взрывчатые материалы были использованы для оконтуривания

подповерхностных структур в 1920 – 30-х в южных штатах США и в Южной

Америке. Применяемые методики развивались в последующие 20 лет (или

около того) довольно медленно, пока в 1950-х годах не была изобретена запись

на ленту, а также до появления цифровой компьютерной обработки в 1960-х.

С начала 1960-х годов сейсмические данные стали регистрироваться и

. Сейсморазведка основана на изучении распространения в горных породах

искусственно возбуждаемых упругих волн. Вызванные взрывом, ром или

вибрацией сейсмического источника, упругие колебания распространяются во

все стороны и проходят в толщу земной коры. Здесь они претерпевают

преломление и отражение на границах горных пород с различными упругими

свойствами и частично возвращаются к земной поверхности, где во множестве

точек наблюдения регистрируются высокоточной аппаратурой. По записям этих

волн строят сейсмические изображения геологических объектов, что позволяет

определить их глубины и формы, а также прогнозировать их литологический

Благодаря своим возможностям сейсморазведка играет ключевую роль в

региональных исследованиях земной коры, особенно - в исследовании мощных

осадочных толщ. Чрезвычайно велико значение метода при поисках и разведке

месторождений нефти и газа, как на суше, так и на море. Сейсморазведку

применяют для поисков углей и многих нерудных полезных ископаемых, а

также для решения геологических, инженерно-геологических и

геоэкологических задач. Все более активно она участвует в решении задач

рудной геологии, изучающей сложные комплексы кристаллических пород.

В настоящее время преобладающую часть геофизической инфрмации о

строении земных недр получают с помощью отраженных волн. По этой причине

метод отраженных волн (МОВ) является основным, хотя практическая

сейсморазведка начиналась с метода преломленных волн (МПВ). На рис. 1

приведена условная схема полевых сейсмических наблюдений. На ней

показаны траектории некоторых волн (прямых, проходящих, преломленных,

отраженных), возбуждаемых взрывом заряда в неглубокой скважине и

принимаемых на поверхности в ряде точек с помощью сейсмоприемников,

подключенных через канальный кабель к мобильной сейсмостанции,

О важной роли сейсмических работ в разведке на нефть свидетельствует ее

обширное применение. При выборе мест для заложения разведочных нефтяных

скважин почти все нефтяные фирмы опираются на результаты интерпретации

сейсморазведочных данных. Несмотря на то что этот метод является не прямым,

а косвенным — в большинстве случаев результаты сейсморазведочных работ

позволяют обнаружить геологические структуры, а не найти нефть

непосредственно. Точно так же велика роль сейсмических методов в поисках

грунтовых вод и в гражданском строительстве. В частности, с их помощью

Большинство сейсморазведочных работ проводится по методу непрерывного

перекрытия, когда реакцию на возбуждение от последовательных участков

разреза получают вдоль линии профили. Для возбуждения сейсмических воли

используют взрывчатые вещества и другие источники энергии, а возникающие

при этом колебания земли обнаруживают с помощью расстановки

сейсмоприемников. Как правило, данные регистрируют в цифровой форме на

магнитной ленте, чтобы для усиления полезного сигнала относительно шума,

выявления важной информации и представления данных в форме, удобной для

выполнения геологической интерпретации, можно было применить обработку

Основой методики сейсморазведочных работ являются возбуждение

сейсмических волн и измерение времени пробега этих волн от источника до

расстановки сейсмоприемников, обычно располагаемых вдоль прямой линии,

Зная времена пробега до отдельных сейсмоприемников и скорость

распространения волн, можно воссоздать траектории сейсмических волн.

Структурную информацию получают в результате изучения траекторий волн,

попадающих в две основные категории: головные, или преломленные, у

которых главная часть пути проходит вдоль границы раздела двух слоев и,

следовательно, приблизительно горизонтальна, и отраженные волны, у которых

энергия первоначально распространяется вниз, а в некоторой точке отражается

обратно к поверхности, так что общий путь практически вертикален. Для

траекторий волн обоих типов времена пробега зависят от физических свойств

ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА, исследование земных недр физическими методами. Геофизическая разведка проводится прежде всего при поисках нефти и газа, рудных полезных ископаемых и подземных вод. Она отличается от геологической разведки тем, что вся информация о поисковых объектах извлекается в результате интерпретации инструментальных измерений, а не путем непосредственных наблюдений. Геофизические методы основаны на изучении физических свойств пород. Они используются либо для выявления месторождений полезных ископаемых (например, магнитные свойства исследуют для поиска железных руд), либо для картографирования таких геологических структур, как соляные купола и антиклинали (где аккумулируется нефть), а также для картографирования рельефа дна океана, структуры океанической и континентальной земной коры, определения генезиса и мощности рыхлых отложений и коренных пород, толщины ледниковых покровов и плавающих в океанах льдов, при археологических исследованиях и т.п.

Геофизические методы делятся на две категории. К первой относятся методы измерения естественных земных полей – гравитационного, магнитного и электрического, ко второй – искусственно создаваемых полей.

Геофизические методы дают наилучшие результаты, когда физические свойства исследуемых и картографируемых пород существенно отличаются от свойств граничащих с ними пород. Геофизические исследования всех типов включают сбор первичного материала в полевых условиях, обработку и геологическую интерпретацию полученных данных. На всех этапах применяются компьютеры.

Зарождение геофизических методов разведки связано с началом использования магнитных компасов для поиска железных руд и электрических измерений для выявления сульфидных руд. Применение геофизических методов расширилось в 1920-х годах, когда гравиметрические и сейсмические исследования доказали свою эффективность в обнаружении соляных куполов и связанных с ними нефтяных залежей на побережье Мексиканского залива в США и Мексике.

Сейсмическая разведка.

В твердом теле при внезапном приложении силы возникают упругие колебания, или волны, называемые сейсмическими, сферически распространяющиеся от источника возбуждения. Сведения о внутреннем строении Земли получают по результатам анализа времен пробега сейсмических волн от источника колебаний к регистрирующим устройствам (времена пробега волн зависят от плотности среды на их пути).

Сейсмические волны генерируются или искусственными взрывами в неглубоких скважинах, или с помощью механических вибраторов. В морской сейсмике для возбуждения сейсмических волн используется пневмопушка. Применяются также эхолотные излучатели упругих колебаний большой мощности, электроискровые разряды и другие средства.

Отражение.

При использовании метода отраженных волн регистрация осуществляется набором геофонов, равномерно располагающихся на земной поверхности на одной линии с источником возбуждения. Обычно используется 96 групп геофонов, каждая из которых насчитывает от 6 до 24 соединенных вместе приборов.

Поскольку известны расстояние до геофона и скорость распространения сейсмических волн в изучаемых породах, по временам пробега волн можно рассчитать глубину отражающей границы. Путь волны может быть описан в виде двух сторон равнобедренного треугольника (так как угол падения равен углу отражения), а глубина отражающего слоя соответствует его вершине. Суммарная длина сторон такого треугольника равна произведению времени прохождения волны и ее скорости. Глубины поверхности отражения рассчитываются в пределах достаточно обширной площади, что позволяет проследить конфигурацию пласта, обнаружить и нанести на карту соляные купола, рифы, разломы и антиклинали. Любая из этих структур может оказаться нефтяной ловушкой.

Преломление.

Методом преломленных волн исследуются литология и глубина залегания горных пород, а также конфигурация залежей и геологических свит. Он используется и при инженерно-геологических изысканиях, в гидрогеологии, морской и нефтяной геологии. Сейсмические волны возбуждаются близ земной поверхности, а детекторы, регистрирующие преломленные волны, расположены на земной поверхности на некотором расстоянии от источника колебаний (иногда удаленном на многие километры). Первой достигает детектора та преломленная волна, которая следовала по кратчайшему пути от источника к приемнику. По годографу (графику времени прихода первого импульса волн к сейсмоприемникам, расположенным на разных расстояниях от источника) определяют скорость распространения волн, а затем вычисляют глубину залегания преломляющей поверхности.

Гравиметрическая разведка

широко применяется для рекогносцировки плохо изученных районов. В этих исследованиях сила земного притяжения измеряется со столь высокой точностью, что даже небольшие ее изменения, обусловленные присутствием погребенных масс горных пород, позволяют определить глубину и форму их залегания.

Гравиметрические приборы - одни из самых точных, ими можно измерять вариации гравитационного поля с точностью до стомиллионных долей. В наиболее типичном из таких инструментов, гравиметре, используется горизонтальный балансир (маятник), отклоняющийся от положения равновесия при малейших изменениях силы гравитации.

Гравитационное поле Земли определяется плотностью слагающих ее пород. Гравиметрическая разведка оперирует не абсолютными измерениями гравитационного поля, а разницей в ускорении силы тяжести от одного пункта к другому. В процессе гравиметрической съемки фиксируются горизонтальные изменения гравитационного поля, обусловленные различиями в составе и плотности горных пород. С глубиной их плотность меняется в диапазоне от 1,5 г/см 3 (рыхлые пески) до почти 3,5 г/см 3 (эклогит). Градиент даже ок. 0,1–0,2 г/см 3 приводит к возникновению распознаваемых аномалий (отклонений от стандартной величины силы тяжести), если изучаемое тело достаточно велико, неглубоко залегает и не слишком велики шумы, т.е. помехи от внешних источников.

Гравиметрическая съемка практикуется для выявления соляных куполов, антиклиналей, погребенных хребтов, разломов, неглубоко залегающих коренных пород, интрузий, рудных тел, погребенных вулканических кратеров и проч. См. также ТЯГОТЕНИЕ.

Магниторазведка

основана на измерении небольших изменений геомагнитного поля, связанных с наличием магнитных минералов в поверхностных отложениях или в геологическом фундаменте – изверженных и метаморфических породах, подстилающих осадочные толщи. Магнитные вариации, обусловленные магнитными минералами, используются для поиска месторождений железных руд и пирротина, а также связанных с ними сульфидных руд. Исследования магнитных вариаций, создаваемых породами фундамента, позволяют изучать строение вышележащих слоев земной коры. При поисках нефтегазоносных толщ методами магниторазведки определяются глубина залегания, площадь и строение осадочных бассейнов.

Магнитным методом измеряется магнитная восприимчивость пород. Важный железорудный минерал магнетит характеризуется самой высокой магнитной восприимчивостью (в 2-6 раз выше, чем у двух других также высокомагнитных минералов – ильменита и пирротина). Поскольку магнетит имеет довольно широкое распространение, изменение геомагнитного поля обычно связывают с присутствием этого минерала в составе горных пород. Магнитные минералы, сопряженные с изверженными породами фундамента, имеют гораздо более высокую магнитную восприимчивость, чем породы осадочного чехла. Этим обусловлены контрасты их намагниченности.

Магнитная съемка обычно проводится с самолетов припомощи магнитометров. В первых аэромагнитных приборах использовались измерительные средства, разработанные во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок. См. также ГЕОМАГНЕТИЗМ.

Электрическая, или электромагнитная, разведка

(электроразведка) предназначена для исследования внутреннего строения Земли и геологической среды, поиска полезных ископаемых на основе изучения различных естественных и искусственных электромагнитных полей. Электроразведка основана на дифференциации горных пород по элетромагнитным свойствам. Характер электромагнитных полей, обусловленных как искусственными, так и естественными источниками, определяется геоэлектрическим строением изучаемого участка. Некоторые геологические объекты в определенных условиях способны создавать собственные электрические поля. По выявленной электромагнитной аномалии можно делать выводы, направленные на решение поставленных задач.

Ядерно-геофизические методы

основаны на изучении естественной радиоактивности горных пород или вторичной радиоактивности, возникающей при нейтронном или гамма-облучении пород. Различают гамма, нейтронно-активационные, а также рентгенорадиометрические методы. Наиболее широко используется гамма-метод, при котором измеряется интенсивность гамма-излучения естественных радионуклидов, содержащихся в горных породах. Изменения радиоактивности зависят от состава и свойств горных пород, что позволяет использовать эти методы для изучения геологического строения территории, процессов, происходящих в недрах, и выявления в них месторождений полезных ископаемых.

Справочник геофизика, тт. 1–6. М., 1960–1969
Федынский В.В. Разведочная геофизика. М., 1967
Справочник геофизика. М., 1983
Электроразведка (справочник геофизика), тт. 1–2. М., 1989

При поисках месторождений используются разнообразные методы, направленные на обнаружение самих залежей, а также всех видов аномалий, вызванных ими. В соответствии с этим методы поиска полезных ископаемых могут быть подразделены на геологические, минералогические, геохимические и геофизические. Отдельную группу составляют горно-буровые методы, которые используются для проверки результатов, полученных каждым или комплексом перечисленных методов, и для непосредственного вскрытия залежей полезных ископаемых, положение которых предварительно оценено по характеру размещения выявленных аномалий. По условиям, в которых ведутся поисковые работы, методы поисков подразделяются на дистанционные (космические и аэрометоды) и наземные.

Файлы: 1 файл

Методы поисков реферат.docx

Геологический осмотр потоков рассеяния начинается с осмотра русел с максимальным содержанием элементов, а затем распространяется на прилегающие склоны и водоразделы. Цель осмотра — обнаружение коренных выходов рудных тел или рудных свалов.

2.2.2. Гидрохимические методы поиска

Гидрохимический метод поиска полезных ископаемых основан на выявлении в природных водах гидрохимических аномалий — участков распространения подземных или поверхностных вод, несущих повышенные концентрации элементов-индикаторов месторождений, хорошо мигрирующих в водной среде. К их числу относятся медь, свинец, цинк, никель, кобальт, молибден, мышьяк, йод, бром и ряд других элементов.

Концентрации отдельных рудных компонентов в гидрохимических аномалиях по сравнению с фоновыми значениями в водах поверхностного и подземного стока могут возрастать на несколько порядков. Аномальные содержания рудных элементов в поверхностных и подземных водах сохраняются на расстояниях до 1000 м (иногда несколько километров) от месторождения. Отбор гидрохимических проб осуществляется из рек, ручьев, колодцев, родников, горных выработок и скважин, вскрывающих водоносные горизонты с последующим анализом микроэлементного состава воды.

Наиболее благоприятными объектами для гидрохимического метода поисков являются месторождения природных солей, в частности поисковым признаком месторождений калийных солей служит повышенная величина в пробах отношения Вr/Сl (более 15) и К/Вr (более 10) при содержании хлора более 150 г/кг. Среди рудных месторождений — сульфидные месторождения, в первую очередь медноколчеданные, колчеданно-полиметаллические и медно-никелевые. Вблизи сульфидных месторождений в водах резко возрастает содержание не только рудных элементов, но и сульфид-иона без существенных концентраций гидрокарбонатного иона и хлора.

Гидрохимический метод относится к числу глубинных методов поис ков месторождений в коренных породах. Глубинность метода определяется врезом долины и составляет в среднем 200 — 500 м. Для восходящих напорных вод может достигать 1 км. Характеризуя возможности этого метода, необходимо отметить зависимость его результатов от различий в гидродинамическом режиме вод разных глубин, сезонных колебаний уровня грунтовых вод, выпадения атмосферных осадков, режима гидростока рек и других факторов, что существенно осложняет интерпретацию и оценку гидрохимических аномалий.

2.2.3. Биохимические методы поиска

Биохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых основаны на способности организмов отражать в химическом составе, видовых ассоциациях и морфологии организмов особенности среды обитания.

Данные методы разделяются на:

собственно биогеохимические, основанные на анализе химического состава организмов и продуктов их жизнедеятельности (растений, торфа, растительного опада и т.д.),
биологические, использующие приуроченность специфических организмов и их сообществ к участкам среды с определенными особенностями химического состава.

В настоящее время практическое значение имеет только геоботанический метод, использующий в качестве объектов опробования наземные растения и их остатки (торф, лесную подстилку и гумусовый горизонт почв).

Резко проявленные изменения химического состава почв и почвообразующих пород (в частности, появление высоких концентраций рудных элементов) могут вызвать местные изменения биологических особенностей растений, выражающиеся в смене видового состава растительных ассоциаций и появлении специфических растений, являющихся индикаторами на определенные химические элементы; в появлении необычных форм растений, изменении темпов их развития, угнетении растений или, наоборот, их повышенном росте и т. д.

Сущность метода состоит в выявлении вторичных ореолов рассеяния путем анализа особенностей распределения химических элементов — индикаторов оруденения в растениях и их остатках. Над всеми типами месторождений в различных ландшафтно-геохимических условиях наблюдается накопление рудных элементов в растениях. При высоких концентрациях химических элементов в питающей среде большинство (95 %) видов и частей растений, а также их остатков (биообъектов) накапливают элементы.

В поисковых целях используется небольшое число видов растений и их частей, которые накапливают рудные элементы линейно-пропорционально содержанию их в питающей среде. Определяется содержание рудных элементов в пробах растительности после их озоления. В одну пробу отбирается масса растений с площади в несколько квадратных метров. У древесных растений (сосны, лиственницы, осины и др.) опробуется верхний пробковый слой коры, в котором накапливается уран, свинец, цинк, бериллий, фтор, литий, цирконий и ряд других элементов. Биогеохимические поиски золоторудных месторождений эффективны при использовании для опробования коры и листьев березы, хвои и сухих ветвей лиственницы, сосны, а также полынь, саксаул, верблюжья колючка и живой мохо-лишайниковый покров (биогеохимический метод поисков)

При поисках серебряных месторождений целесообразно опробовать ядровую древесину деревьев, а при поисках медноколчеданных и колчеданно-полиметаллических месторождений необходимо учитывать, что наиболее контрастные биогеохимические аномалии образует свинец в коре, хвое лиственниц, листьях березы, брусники. Другие элементы (Zn, Со, Ag, As, и Сu) дают аномалии меньшей контрастности. Для опробования на радий пригодны любые растения. В целом при выборе видов растений с возможными относительно высокими концентрациями элементов-индикаторов рудных тел месторождений они должны быть предварительно сгруппированы по относительному содержанию элементов в различных видах. Предпочтительнее опробовать не живые (зеленые) части многолетних травянистых растений, а их сухие прошлогодние остатки и при этом — нижние части стеблей, а не всю наземную биомассу. Наиболее благоприятным временем отбора надземных частей травянистых растений является осенний и осенне-зимний период после окончания вегетации и созревания семян.

Глубинность биохимического метода поисков выше, чем глубинность других поверхностных геохимических методов. Максимальная мощность рыхлых отложений, ограничивающая возможность метода в степных и пустынных районах, составляет 20 — 50 м, в лесных районах гумидной зоны — 10 —20 м, в районах с многолетней мерзлотой не превышает 3 — 10 м. Его применение оправдано лишь в тех геологических и ландшафтных условиях, когда выявление вторичных литохимических ореолов и потоков рассеяния затруднено. Необходимо также отметить, что сложность интерпретации биогеохимических аномалий, связанная с необходимостью учета биологических, техногенных и антропогенных (выбросы и отходы горных и промышленных предприятий, загрязнение растений при перевозке руд, внесение в почву различных микроэлементных удобрений и др.) факторов на концентрацию металлов в золе растений, заметно снижает достоверность результатов биохимических методов поисков.

2.2.4. Атмохимические (газовые) методы поисков

Атмохимические (газовые) методы поисков месторождений полезных ископаемых основаны на исследовании подземной атмосферы и ее приземного слоя — химического состава газов, насыщающих горные породы — углекислого газа, метана, сероводорода, сернистого газа, паров ртути и некоторых других газов. Важное практическое значение при поисках погребенных месторождений полезных ископаемых имеет большая проникающая способность газовых компонентов, мигрирующих на значительные расстояния от рудных тел через перекрывающие толщи рыхлых отложений.

Атмохимические поиски в целом являются косвенными, однако тщательный анализ физико-химических условий образования газовых ореолов часто дает достаточные основания для уверенной геологической интерпретации выявленных аномалий и установления связи с месторождениями.

Рудные месторождения при атмохимических съемках по свободным подпочвенным газам могут фиксироваться максимальными содержаниями СО₂, достигающими 3,0 % (при фоне 0,3 %), СН₄— 0,01 % (фон — 0,0001 %), Н₂— 0,01 % (фон — 0,0002 %) и минимумом О₂— 15 % при фоне 20,6 %. Размеры линейных атмо-химических аномалий, как правило, превышают размеры месторождений в 3 — 10 раз и могут достигать размера 5 — 15 км х 0,2 — 0,8 км.

При сглаженном рельефе и отсутствии древесной растительности весь комплекс атмохимических исследований проводится на автомобиле. В зависимости от способов проведения атмохимических съемок пробоотбор и анализ газовых компонентов может осуществляться из приземной атмосферы (свободные газы), из верхнего горизонта рыхлых отложений (сорбированные газы), из водных источников (водно-растворимые газы) и из неглубоких скважин (свободные подпочвенные газы).

Метод может быть применен в различных ландшафтных обстановках при поисках рудных месторождений, выведенных на древнюю денудационную поверхность и перекрытых рыхлыми палеоген-четвертичными отложениями мощностью от 20—100 до 500 м.

Атмохимические поиски рудных месторождений не проводятся в условиях выхода рудоносного субстрата на современную дневную поверхность, т. к. в этом случае рационально применяются прямые литохимические поиски по вторичным остаточным ореолам рассеяния.

Широкое распространение при поисках получили газортутные съемки. Геохимическое сродство ртути с серой определяет ее принадлежность к числу халькофильных элементов и повышенные содержания в сульфидных минералах. Замечательное свойство ртути — высокая летучесть и способность восстанавливаться в гипергенных условиях до самородного состояния.

Газортутные ореолы установлены на многих рудных месторождениях в различных регионах. Подавляющее большинство нертутных сульфидсодержащих месторождений несут повышенные концентрации ртути, увеличивающие содержание ртути во вмещающих породах в 5 — 1000 раз, что является достаточным для формирования значимых газортутных ореолов. Содержание ртути в ореолах колеблется от n х 10-6 % до n х 10-4% в зависимости от минерального типа руд и количества ртути, находящегося в качестве примеси в минералах руд. Параметры ореолов также варьируют для разных типов руд.

По мощности и протяженности ореолы ртути соответствуют размерам рудных зон, иногда в 1,5 — 2 раза превышая их. Глубинность газортутного метода при поисках медных и свинцово-цинковых месторождений достигает 350 м, ртутных и сурьмяных — 400 м. Для накопления и сохранения аномальных паров ртути необходимо наличие рыхлых перекрывающих отложений. На развитие газовых ореолов в почвенном воздухе влияет характер рыхлых отложений. Наименее благоприятны щебенистые и торфянистые отложения, которые из-за сильной аэрации плохо хранят и накапливают пары ртути.

2.3. Геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых

Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых основаны на изучении естественных или искусственно создаваемых физических полей, в которых отражаются различия горных пород и руд по физическим свойствам.

По видам изучаемых полей геофизические методы подразделяются на:

магнитометрические
гравиметрические
электроразведочные
сейсморазведочные
ядерно-физические
геофизические исследования скважин

2.3.1. Магнитометрические методы поиска полезных ископаемых

Магниторазведка объединяет геофизические методы, которые в целях решения тех или иных геологоразведочных задач прибегают к изучению магнитного поля Земли. Характер последнего зависит от состава и строения геологических образований, слагающих тот или иной участок земной коры.

В качестве прямого поискового метода магнитометрическая съемка используется для выявления и оценки магнетитовых и титаномагнетитовых месторождений, руды которых обладают высокой магнитной восприимчивостью. На основе этих съемок выявляются и оконтуриваются аномальные магнитные поля, соответствующие рудным залежам, детализируются и оцениваются их аномальные участки, зоны и локальные аномалии.

При поисках других полезных ископаемых магниторазведка позволяет выявлять те или иные факторы, контролирующие оруденение, либо обнаруживать рудные тела по наличию в них сопутствующих ферромагнитных минералов на некоторых медно-никелевых, хромитовых и слабомагнитных железорудных месторождениях. При этом применение магнитных съемок эффективно, если объекты поисков расположены в разрезах слабомагнитных пород. При поисках полиметаллических месторождений, месторождений бокситов, россыпных месторождений и ряда других полезных ископаемых магниторазведка поставляет косвенные данные.

При решении разнообразных поисково-картировочных задач в зависимости от геологического строения изучаемой площади широко применяются аэромагнитные съемки. Аэромагнитные съемки являются основным геофизическим методом поисков кимберлитовых трубок в России и за рубежом. В частности, с их помощью выявлены практически все известные на сегодняшний день объекты в Архангельской области. Средневысокомагнитные кимберлитовые трубки в магнитном поле выделяются положительными локальными аномалиями, имеющими в плане преимущественно изометричную или овальную форму. Вместе с тем при использовании этого поискового метода будут пропущены слабомагнитные кимберлитовые тела.

Для месторождений, связанных с малыми магнетитсодержащими интрузиями, актуальны задачи их выявления и оконтуривания. Поисковый интерес представляют зоны экзо- и эндоконтактов интрузивов. В вулканогенных областях в магнитном поле картируются кольцевые структуры и линейные тектонические нарушения, имеющие рудоконтролирующее значение, а также вулканические сооружения. Пониженными магнитными полями выделяются участки, подвергшиеся гидротермальной проработке. Некоторые типы колчеданно-полиметаллических и золоторудных месторождений пространственно совпадают с зонами пирротиновой минерализации и отличаются повышенными значениями магнитного поля. Дайки основных пород создают узкие линейные аномалии магнитного поля значительной интенсивности. При детальных поисках магниторазведка позволяет выделять и прослеживать рудоконтролирующие зоны и кварцевые жилы, обогащенные магнетитом и пирротином.

Добыче полезных ископаемых предшествует колоссальный труд геологоразведочных экспедиций, исследующих недра в любой точке планеты, зачастую в труднодоступной местности и в условиях сурового климата. Принятию решений любой сырьевой компании об освоении месторождений предшествуют не столько расчёты экономистов или мнения акционеров, сколько окончательный вердикт геологов.

Цели и основные направления геологоразведки

Геологоразведочные работы — это мероприятия, направленные на выявление и подготовку к освоению в промышленных масштабах месторождений полезных ископаемых. В процессе выполнения таких работ в том числе изучается размещение пластов ископаемых, условия их образования и состав. Кроме того, изучаются компоненты, сопровождающие залежи полезных ископаемых, в том числе редкие металлы, попутный газ, сера и т. д., выясняется возможность их извлечения или же утилизации.

Геологоразведка сопряжена с анализом условий природы и климата в районах работ, социально-экономических предпосылок для реализации конкретных проектов. Она предусматривает изучение возможных способов добычи ископаемых при условии рациональной эксплуатации блоков и минимизации возможного вреда окружающей среде. Результатами осуществления работ по геологоразведке является расчёт и утверждение запасов полезных ископаемых, оценка их количественных ресурсов, в том числе прогнозная.

В случае, если залежи полезных ископаемых получают положительную оценку в результате поисково-оценочных мероприятий, проводится непосредственно разведка открытого месторождения. В её ходе выясняются геологическое строение участка, размеры, условия залегания и пространственное расположение залежей. Кроме того, вычисляются качество и количество ископаемых, технологические факторы, которые будут определять условия эксплуатации блока.

Сейсмическая, электрическая и гравитационная разведка

Одним из самых эффективных и популярных методов первичных геологических исследований месторождений, в основном залежей нефти и газа, является сейсморазведка. Её принцип базируется на регистрации сейсмических волн, которые создаются искусственным путём при помощи специального источника волн, в роли которого обычно выступает взрывчатка. Тротил размещается в неглубоких скважинах. Для инициирования как продолжительных, так и коротких импульсных колебаний могут применяться автомобильные вибраторы.

Вибрационная установка Nomad-65

С помощью источника в породе создаётся избыточное давление и распространяются колебания периодического типа. Эти волны наталкиваются на слои с разными показателями упругости, после чего меняют не только направление, но и амплитуду, а также создают новые колебания. По пути следования волн размещаются датчики-приёмники, которые фиксируют колебания и передают операторам полученные сигналы. Сейсмокомплексы представляют собой типовые системы, в состав которых входит один источник и до 300 приёмников, расположенных через 25–50 метров друг от друга. Если оператор правильно выбирает схему, это позволяет исследователям получать необходимую информацию без избыточных затрат.

Сейсмическая разведка: 1 — передающая система; 2 — приёмная система; 3 — сейсмоприёмники; 4 — сейсмическая волна; 5 — отражённая сейсмическая волна; 6 — нефтеносный пласт

В зависимости от того, как расположены друг относительно друга источники и приёмники колебаний, различают такие виды сейсморазведки:

совмещённые источник и приёмник — 1D;
расположение источника и приёмников на одной линии — 2D;
расстановка приёмников на параллельных линиях по площади участка — 3D;
периодическое повторение 3D-разведки при разработке месторождения — 4D.

После регистрации и записи колебаний проводится их анализ с целью определения особенностей распространения и свойств волн. В частности, извлекается геологическая информация о границах сейсмики. Полученные сейсмограммы требуют серьёзной обработки, поскольку они в условиях полевых работ обычно включают помехи. Что касается полезных волн, то они зачастую сложны для интерпретации. Для анализа данных применяется современная компьютерная техника.

Сигналы усиливаются, фильтруются, очищаются от нежелательных колебаний и конвертируются в цифровой формат, после чего поступают на сейсмостанцию для наблюдений. По результатам обработки геологи получают материал для дальнейшего толкования. Если на полученных геологических разрезах идентифицируются аномальные зоны распространения волн, то, как правило, это является свидетельством наличия залежей полезных ископаемых.

При наличии значительного преимущества — высокой точности измерений, сейсморазведка обладает рядом существенных недостатков. В частности, геологи не в состоянии определить качество залежей полезных ископаемых, не могут применять сейсморазведку на сложном рельефе местности. Кроме того, при наличии солевых горизонтов такая разведка неэффективна. Применение взрывчатки, в свою очередь, может негативно влиять на экосистему исследуемого района.

Закладка взрывного источника сейсмических колебаний

Ещё одним популярным видом геологоразведки является разведка электрическая. Данное направление включает способы исследования недр, которые применяются для изучения как верхних слоёв породы, так и для глубинной разведки. В свою очередь, они делятся на две большие группы.

Методы электрической разведки:

Индукционные методы.
Методы сопротивлений.

Исследование недр индукционными методами предусматривает создание электромагнитного поля за счёт эффекта магнитной индукции под влиянием переменного электрического поля или же магнитного поля. При обладании информацией о параметрах источника поля оператор может свободно измерить магнитные и электрические составляющие индуцированного поля и, следовательно, восстановить параметры среды их возникновения.

В свою очередь, методы сопротивлений основываются на пропускании через грунт электродов с постоянным током. Измеряется напряжение, которое вызвано данным током, поступающее от первой ко второй группе электродов. При наличии информации о напряжении и силе тока можно вычислить показатель сопротивления среды, через которую пропускается электричество. Благодаря конфигурации электродов точно устанавливается участок пространства, в которой меняется сопротивление.

Принципиальная схема электроразведки методами сопротивлений: 1 — питающая линия; 2 — измерительная линия; 3 — измерительные заземления; 4 — питающие заземления; 5 — область исследования; 6 — линии тока

Электроразведочная станция для вертикального электрического зондирования

Поиск возможных залежей полезных ископаемых производится в том числе способом гравитационной разведки. Он основан на принципе измерения показателя ускорения свободного падения. Последнее зависит не только от параметров планеты в целом, но и от аномальной плотности пород в районах поисков. Таким образом, неоднородность плотности подземных горизонтов легко вычисляется в гравитационном поле.

Поиск залежей твёрдых ископаемых

Хотя конкретные способы разведки месторождений зависят от возможности применения определённых технических средств в конкретных условиях, для выявления залежей твёрдых полезных ископаемых (руд, минералов и т. д.) соответствующие мероприятия, как правило, проводятся в шесть типовых стадий:

1. Геофизические и геолого-съёмочные работы. Данный этап включает исследование крупных геологических структур, в которых, вероятно, присутствуют полезные ископаемые. Перспективные площадки по завершению данной стадии передаются на специализированные поисковые работы.

2. Поиск месторождений. Геологи работают над обнаружением запасов определённых видов полезных ископаемых. Работы осуществляются в несколько промежуточных этапов. Вначале проводится поиск общего характера с целью выявления границ зоны потенциального размещения ископаемых. После этого обустраиваются горные выработки или скважины для выполнения структурно-геологических исследований. По результатам оценивается потенциальное промышленное значение месторождений. Если исследования оказались продуктивными, в этом случае осуществляется подсчёт ресурсов в категории C2. Составляются прогнозы добычи в количественном плане, а также разрабатывается технико-экономическое обоснование (ТЭО) продолжения геологоразведки.

3. Предварительная разведка. Геологи определяют промышленное значение участка, параметры месторождения, технологические свойства и размеры формаций полезных ископаемых, условия залегания. Составляется предварительная характеристика условий освоения блока. Результатами этой работы являются расчёт запасов не только в категории C2, но и C1, а также ТЭО на проведение детальной разведки. На этапе предварительной разведки применяется бурение (глубокое, колонковое или ударно-канатное). При изучении месторождений цветных металлов обустраиваются штольни, небольшие шахты, шурфы с целью отбора проб.

4. Детальная разведка. Данный этап работ проводится исключительно на участках с доказанной промышленной ценностью запасов. Осуществляется дополнительный подсчёт запасов в категориях A и B. По завершению этого этапа должны быть собраны данные, достаточные для начала промышленной эксплуатации месторождения согласно требованиям к изученности исследуемой зоны, в соответствии с классификацией запасов и прогнозными ресурсами.

5. Доразведка. Проводится на участках, которые были в недостаточной степени изучены на предыдущих этапах работы. Кроме того, она осуществляется в пределах флангов, обособленных участков, в глубоких горизонтах горных отводов. На этой стадии проводится последовательный перевод ресурсов из категорий C1 и C2 в более высокие классы, подсчитываются новые выявленные запасы. На ряде объектов при этом строятся глубокие шахты как разведочного, так и эксплуатационно-разведочного назначения.

6. Эксплуатационная разведка. Такой вид разведки проводится одновременно с проходческой работой, направленной на подготовку выработок. Мероприятия по разведке реализуются до момента начала очистных работ с целью обеспечения добычи на текущем этапе, а именно для уточнения информации о залежах, полученной на стадиях детальной разведки. Речь идёт о данных относительно качества, условий залегания, строения и морфологии пластов. На этапе эксплуатационной разведки проходка вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок является основным методом работ. Кроме того, возможно обустройство перфораторных — безкерновых — или же колонковых скважин для получения керна.

Особенности разведки нефтегазовых месторождений

Накопление углеводородного сырья происходит в осадочных оболочках планеты. В общей сложности в мире выявлено порядка шести сотен нефтегазоносных бассейнов. Нефть и газ находятся на глубинах от одного до нескольких километров и распределены по микроскопическим пустотам. Около 85% запасов сконцентрированы в алевритовых песчаных породах с глиняной прослойкой, остальные ресурсы — в породах карбонатного типа. Огромны запасы шельфовых месторождений, однако степень их изученности крайне мала. Пронедра писали ранее, что, по данным Минприроды, более 90% площади арктического шельфа не разведаны.

Геологические экспедиции, которые занимаются изучением нефтегазовых месторождений, выполняют комплекс работ по исследованию структуры блоков, выделению продуктивных пластов, вычислению предполагаемых дебитов нефти, газа и конденсата, давления в залежах. Все эти данные используются для составления проектов эксплуатационных работ, а также для расчётных обоснований промышленной разработки участков.

Стартует геологоразведка по стандартной схеме — со съёмки и составления геологических карт. В дальнейшем применяется гравитационная разведка. Выявление запасов по данной методике обусловлено отличительной особенность пород, насыщенных нефтью и газом — их плотность меньше, соответственно, и меньшим будет ускорение свободного падения. Нефтегазовые ресурсы выявляются в том числе с применением специфической аэромагнитной разведки, направленной на выявление антиклиналей — геологических ловушек для углеводородов мигрирующего характера на глубинах до семи километров.

Аэромагнитная съёмка выполняется с помощью магнитометров, расположенных в хвостовом коке самолёта

Оборудование для сейсморазведки

Нефть и газ также выявляются при помощи методики геохимической разведки. Геологи анализируют состав подземных вод на предмет содержания органических компонентов и газов. Рост концентрации таких элементов в единице объёма пробы воды может указывать на близость пласта. Тем не менее, самым достоверным и эффективным способом разведки углеводородов в настоящее время является непосредственное бурение скважины для выявления степени достаточности их объёмов для промышленного освоения месторождения. В среднем только в трети случаев после бурения обнаруживаются такие запасы.

В современной России геологоразведка нефтегазовых ресурсов производится не только с целью немедленной разработки конкретных блоков, но и для общего прироста количества углеводородов в соответствии с требованиями Энергетической стратегии, рассчитанной до 2020 года. Напомним, что, по мнению Владимира Путина, геологоразведка крайне важна для экономики России. Открытие и изучение новых месторождений — это работа на перспективу, поскольку выявленные ресурсы фактически являются сырьевым вкладом в будущее страны.

Читайте также: