Как найти залежи полезных ископаемых

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.

Магниторазведка

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.

Гравиразведка

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

Специфика геологоразведки нефтегазовых месторождений обусловлена особенностями залегания и природными свойствами этих полезных ископаемых. Отличительной чертой нефти и газа является то, что их залежи находятся обычно в одних и тех же районах. Газ может быть как растворён в нефти, так и образовывать газовые шапки в верхней части пространства, занимаемого «чёрным золотом».

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

Особенностью же проведения сейсморазведки является то, что такой вид исследования при поиске нефтегазовых запасов осуществляется не только для выявления залежей, но и с целью определения оптимальных мест для бурения скважин разведочного назначения. Одним из эффективных методов обнаружения ресурсов «чёрного золота» и «голубого топлива» является низкочастотное сейсмическое зондирование. Данный способ основан на анализе аномального изменения спектра естественного сейсмического фона в районе размещения залежей на частотах до 10 герц.

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.

Бурение разведочной скважины «Шахринав-1п», Таджикистан

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.

Разведка месторождений полезных ископаемых — совокупность исследований и работ, осуществляемых с целью определения промышленного значения месторождений полезных ископаемых, получивших положительную оценку в результате поисково-оценочных работ^[1]. Разведка месторождений является одной из стадий геологоразведочных работ, следует за стадиями геологической съёмки и геологических поисков. В ходе геологической разведки выявляются следующие параметры залежей полезных ископаемых:

• геологическое строение месторождения полезных ископаемых;
• пространственное расположение, условия залегания, формы, размеры и строение залежей;
• количество и качество полезных ископаемых;
• технологические свойства залежей и факторы, определяющие условия эксплуатации месторождения.

Стадии разведки месторождения полезных ископаемых[править | править код]

Способ разведки месторождений зависит от соответствующих технических средств с целью получения максимально полной информации по разведочному пересечению или геологическому объёму месторождения в целом.^[1]

При предварительной разведке чаще всего применяется бурение: ударно-канатное (только при разведке россыпей), колонковое (керновое и бескерновое), глубокое. В отдельных случаях (часто при разведке месторождений руд цветных и редких металлов) используются глубокие шурфы, мелкие шахты, штольни. Их назначение — подтверждение данных разведочного бурения, уточнение строения наиболее сложных участков месторождения, отбор технологических проб^[1].

Детальная разведка и доразведка месторождений также предполагает широкое использование бурения. На некоторых объектах проходятся также глубокие разведочные и разведочно-эксплуатационные шахты. При ‘эксплуатационной разведке’ (на разрабатываемом месторождении полезных ископаемых) основным видом работ является проходка специальных горных выработок (горизонтальных, вертикальных и наклонных) и бурение скважин как колонковых (с целью получения керна), так перфораторных (бескерновых). Для получения максимальной информации о строении месторождений и закономерностях размещения полезных ископаемых при минимальной затрате средств разведочные горные выработки располагают таким образом, чтобы они пересекали всю мощность перспективной зоны (горизонта, структуры), а разведочные профили (группы разведочных пересечений) — преимущественно вкрест простирания последних.^[1]

Примечания[править | править код]

Источники[править | править код]

• Разведка месторождений полезных ископаемых — статья из Большой советской энциклопедии. 

Поиски месторождения золота интересно описаны в романе Олега Куваева “Территория”. По нему можно составить неплохое представление о том, как велись поисковые работы в советское время.

Сейчас методы значительно изменились, в первую очередь, благодаря компьютерным технологиям и довольно хорошей геологической изученности большинства районов.

Если не вдаваться в подробности, то поиск месторождений обычно представляет собой детальное изучение перспективной площади.

Её выделяют исходя из знаний об особенностях формирования скоплений полезного ископаемого и геологическом строении территории. Зная происхожение месторождений конкретного полезного ископаемого, геологи выделяют ряд предпосылок – благоприятных условий. Это может быть состав горных пород, определенные структурные элементы (зоны разломов или складчатости), формы рельефа (особенно для россыпных месторождений), возраст пород и др. Если такие условия на территории выявлены, проводится её более детальное изучение.

Выделить перспективные области помогают прогнозно-минерагенические карты, на которых обозначены потенциально рудоносные районы.

Изучение площади проводится по сетке, покрывающей всю территорию так, чтобы она была обследована равномерно. На определенном расстоянии друг от друга прокладываются параллельные профили, по которым осуществляется геологическая, геофизическая и геохимическая съемка.

Геологическая съемка включает в себя описание горных пород, геологических структур, отбор образцов. Большое внимание наличию т.н. околорудных изменений пород, минералов-индикаторов, которыее обычно встречаются вместе с рудой, и непосредственно рудных минералов.

Кроме съемки применяют некоторые другие геологические методы. Широко известные благодаря художественной литературе, в первую очередь, рассказам Джека Лондона, шлиховой метод (промывание песков) и золотые “знаки” являются наглядным примером.

Геофизическая съемка – изучение гравитационных, электрических, магнитных и других свойств пород на глубине. С учетом данных геологической съемки эти методы позволяют судить о глубинном строении территории. Некоторые из них могут напрямую свидетельствовать о наличии оруденения – крупные магнитные аномалии вблизи залежей железных руд, повышение радиоактивного фона на урановых месторождениях и др. Геофизические методы являются основными при поиске нефтегазовых месторождений, т.к. с их помощью находят потенциально нефтегазовые структуры, так называемые ловушки.

В ходе геохимической съемки отбираются образцы пород для определения химического состава, в том числе содержания полезных компонентов. Вблизи рудного тела оно обычно значительно повышается. Этот метод незаменим при поиске рудных полезных ископаемых в районах, где горные породы не выходят на поверхность, а погребены под почвенным слоем. Дело в том, что при разрушении рудного тела полезный компонент проникает в окружающую среду и его концентрация в почве также увеличивается. Поэтому в таких районах содержание искомого элемента измеряют в пробах почвы.

Обработка результатов исследований ведется на специализированном программном оборудовании, позволяющем сравнивать и анализировать их.

Наиболее перспективные участки (с высоким содержание полезного компонента, с различными геофизическими аномалиями) выделяют для дальнейшего изучения. Их исследуют более детально, чтобы выявить скопления полезных ископаемых – копают шурфы, канавы, бурят скважины, проходят горные выработки. После этого подсчитывают примерные запасы полезного компонента и ставят месторождение на государственный баланс.

Рассмотрев роль разнообразных геологических предпосылок при поисках полезных ископаемых, можно убедиться в том, что геологические условия в основном определяют характер, направление и пространственные границы поисков. Поскольку геологические условия выясняются при помощи геологической съемки, последняя является основой, на которой только и могут базироваться научно обоснованные поиски.

Понятно, что те или иные благоприятные предпосылки, указывающие на возможность нахождения полезного ископаемого, еще не дают окончательных оснований считать, что полезное ископаемое действительно находится в данном районе и, тем более, не указывают на точное местонахождение этого полезного ископаемого.

Для того, чтобы отыскать месторождение, геолог, руководствуясь предпосылками, дающими общее указание на район и условия, в которых могут находиться искомые месторождения, должен обнаружить непосредственные проявления минерализации или прямые признаки существования полезного ископаемого; например, повышенную концентрацию полезного химического элемента в закрывающих месторождение наносах, обломки полезного ископаемого, зону окисления или выщелачивания на выходе полезного ископаемого на поверхности.

Таким образом, главной целью поисков является обнаружение непосредственных проявлений минерализации или прямых признаков полезных ископаемых.

Методы поисков различны и выбор того или иного метода зависит от геологического строения и географических особенностей местности.

Метод геологической съемки

Как уже было указано выше, геологическая съемка является главным методом поисков, и все остальные методы только углубляют и расширяют его. Вообще же следует помнить, что на практике редко применяют только один метод поисков. Чаще применяется несколько методов совместно, причем выбираются наиболее подходящие для конкретных условий, что дает наилучший эффект.

Предварительные поиски ведутся на основе геологической съемки в масштабах 1:200 000, 1:100 000 и 1:50 000. Детальные поиски ведутся на основе геологической съемки в более крупных масштабах от 1:50 000 до 1:10 000.

Поисковое содержание геологической съемки заключается в осмотре геологом огромного количества обнажений (при детальной съемке и поисках — практически всех обнажений) в процессе пересечения маршрутами снимаемой площади. При этом, пользуясь геологическими предпосылками, геолог, производящий съемку и поиски, обращает особое внимание на те участки, где нахождение полезного ископаемого наиболее вероятно. В самых интересных участках обязательно создаются искусственные обнажения.

Метод аэрогеологической съемки

Высокоэффективным методом геологической съемки, служащей основой для поисков, является аэрогеологическая съемка. Аэрогеологическая съемка ведется в разнообразных масштабах, от 1:1 000 000 до 1:50 000. Она эффективна как в труднодоступных, пересеченных и затаеженных районах, так и на открытых площадях.

Использование аэрофотоосновы и аэровизуальное изучение снимаемых территорий с самолета в комплексе с наземной съемкой позволяют геологам, производящим съемку, получить всесторонние представления о геологическом строении снимаемых площадей. Геоморфологические особенности района, тектонические структуры, особенно разрывные, и системы трещиноватости находят отличное выражение на аэрофотооснове. Кроме того, общие черты строения и площади распространения пород различных типов также выявляются при аэрогеологических наблюдениях значительно более отчетливо, чем при наземных съемках. В ряде районов главные черты геологического строения коренных пород «просвечивают» на аэрофотоснимках через покров рыхлых отложений небольшой мощности: между тем при наземных исследованиях геолог на этих же площадях ничего не видит, кроме наносов.

На таблицах I и II приведены характерные аэрофотоснимки полупустынной низкогорной области, лишенней лесной растительности, масштаб снимков около 1:20 000. Фотография, приведенная на таблице I, показывает резко выраженное трансгрессивное несогласие между древней слоистой толщей, обнажающейся в нижней правой части поля, и молодой слоистой толщей, развитой в левой верхней части поля. Следует заметить, что так же будет выглядеть на аэрофотоснимке и тектонический контакт двух толщ, разделенных разрывом, поверхность которого почти параллельна слоистости одной из толщ. Окончательное разрешение вопроса о характере поверхности соприкосновения двух толщ в данном случае возможно только при наземном исследовании геологического строения контакта.

Фотография, приведенная на таблице II, изображает крупный сброс, проходящий с востока-юго-востока на запад-северо-запад и смещающий на несколько километров мощную слоистую толщу. Вдоль сброса происходит загибание слоев горных пород, образующих довольно большую складку тектонического волочения.

На таблице III приведен дешифрированный аэрофотоснимок горной области, покрытой лесом. Масштаб снимка около 1:25 000. На фотографии показаны наиболее отчетливые линии простирания осадочной толщи и крупный поперечный сброс (сдвиг), вдоль которого восточный блок смещен к югу. Следует обратить внимание на то, что сброс служит границей распространения различных типов растительности.

Аэрогеологическая съемка обычно состоит из четырех процессов: а) аэрофотографической съемки с дешифрированием; б) аэровизуальных наблюдений; в) аэромагнитной съемки и, наконец, г) наземной обобщающей съемки.

Дешифрирование представляет собой подготовительную операцию. На основании имеющихся неполных и несовершенных данных о геологическом строении и распространении различных пород в снимаемом районе геолог, изучая аэрофотоснимки, намечает на них вероятное направление контактов и главные тектонические структуры. Анализ геоморфологических данных в значительной мере повышает точность дешифрирования и будущей геологической карты.

Наиболее пригодным масштабом аэрофотоснимков (так называемых контактных отпечатков) для аэрогеологических съемок разных масштабов в сложных районах является масштаб 1:15 000, в простых районах 1:20 000—1:25 000. Снимки представляют собой стереопары, изучаемые при помощи стереоскопа.

При аэровизуальных наблюдениях растительный покров в степях обычно не мешает геологическому картированию с воздуха, а во многих случаях помогает ему. Выходы подземных вод, фиксируемые характерной растительностью, и обнаруженные с воздуха увлажненные участки способствуют выявлению тектонических структур.

Часто хорошо выявляются рудные, особенно кварцевые, жилы. Последние обычно крепче окружающих пород, хорошо выделяются в рельефе и прослеживаются по простиранию. Иногда рудные жилы выделяются своим бурым цветом среди окружающих измененных и осветленных пород.

В некоторых нефтеносных районах продуктивные горизонты имеют специфический цвет, что широко используется для их оконтуривания при аэровизуальных наблюдениях. Распределение солей в пустынях, фиксируемое на аэрофотоснимках, часто дает дополнительные сведения для геологического картирования.

Возможность одновременного осмотра громадных площадей как во время визуальных наблюдений в полетах, так и при изучении накидных монтажей и фотосхем, позволяет выделять многие тектонические структуры, трудно распознаваемые при обычной геологической съемке на поверхности земли.

С аэрогеологическими работами обычно совмещаются аэромагнитные съемки. Аэромагнитные съемки могут быть применены для прямых поисков железорудных месторождений. Они также дают возможность составить магнитную карту, по которой можно судить о распространении характерных комплексов пород и о крупных тектонических структурах на площадях затаеженных, закрытых покровом рыхлых отложений.

Наземная геологическая съемка как заключительная операция аэрогеологической съемки существенно облегчается и ускоряется по сравнению с обычной геологической съемкой. Построение маршрутов и их густота, благодаря предварительному аэрогеологическому анализу, приобретают большую целеустремленность. Время, высвобождаемое за счет трудоемкого при обычной геологической съемке процесса прослеживания на местности и вытягивания на карте контактов между породами, затрачивается на углубленное изучение взаимоотношений комплексов пород и на обстоятельное палеонтологическое обоснование выделенных свит.

Во время наземной геологической съемки производятся поиски месторождений полезных ископаемых. Проверяются зоны осветления, лимонитизации, выявившиеся при аэровизуальных наблюдениях. Изучаются угленосные и нефтеносные свиты, прослеженные при аэросъемочных работах из смежных районов. Широкое применение геоморфологического анализа при аэрогеологических работах определяется самим существом аэрофотосъемки, при которой на фотоснимках геологическое строение снятых площадей в большинстве случаев улавливается через рельеф.

Обломочный метод

Обломочный метод заключается в детальном осмотре долин рек, ручьев, оврагов и осыпей на склонах с целью обнаружения обломков (валунов) полезного ископаемого. По обнаруженным обломкам можно найти коренные выходы месторождений. Горные реки и овраги, пересекающие месторождения, сносят обломки полезного ископаемого вниз по течению. Разыскивая такие валуны и обломки стойких минералов полезного ископаемого и двигаясь вверх по реке или склону, поворачивая, если нужно, в боковые притоки и овраги, находят коренное месторождение (рис. 5).

Валунно-ледниковый метод

В северных областях, которые в минувшую геологическую эпоху были покрыты ледниками, применяется специальный валунно-ледниковый метод поисков. Он заключается в том, что отыскивают валуны полезного ископаемого среди моренных отложений, и затем по следам движения древнего ледника, указывающим направление его перемещения, определяют путь, который прошел валун, оторванный ледником от коренного месторождения. Несколько валунов, найденных достаточно далеко друг от друга, иногда позволяют наметить веер рассеяния, сходящийся в том направлении, где находится коренное месторождение. Таким образом, ограничивается небольшая площадь, на которой возможно применить геофизические методы разведки, горные работы и бурение для отыскания месторождения, обычно скрытого под мощными ледниковыми отложениями.

Шлиховой метод

Шлиховой метод основан на изучении мелкого песчано-глинистого материала, переносимого водными потоками в долинах рек, ручьев и на склонах гор, с целью нахождения зерен химически стойких минералов свинца, меди, вольфрама, олова, ртути, редких земель, а также золота и платины, принесенных с ближайших коренных месторождений. Пробу (образец) материала несколько раз взбалтывают с водой в ковше, излишек воды со взвешенными в ней глинистыми частицами и зернами минералов небольшого удельного веса сливают, а более тяжелые минералы, в том числе рудные, остаются на дне ковша. Этот остаток тяжелых минералов называется шлихом. Рудные минералы, найденные в шлихе, служат указанием на возможность нахождения коренного месторождения.

При большом содержании денного минерала в шлихе обломочные отложения, из которых взят шлих, могут представлять собой самостоятельное месторождение (россыпь).

При шлиховом, так же как при обломочном методе поисков, геолог передвигается против течения реки или вверх по склону и, исследуя от места к месту состав шлиха, стремится установить, с какого участка рудные минералы попадают в шлих. Очевидно, в шлихе, взятом выше этого участка, уже не будут встречаться искомые минералы и, таким образом, можно довольно точно ограничить площадь вероятного расположения коренного месторождения полезного ископаемого. Коренное месторождение не всегда выходит непосредственно на поверхность и может быть закрыто молодыми отложениями.

Шлиховые пробы берутся по долинам рек и ручьев через 100—200 м при крупномасштабной съемке и поисках и через 500 и даже 1000 м, если съемка мелкомасштабная. Пробу важно брать в таком месте, где можно ожидать максимальное скопление тяжелых минералов. Так как тяжелые минералы стремятся занять наиболее низкое положение в слое делювия или аллювия, то шлиховую пробу следует брать, по возможности, из самых глубоких частей рыхлых отложений. Для этого роют более или менее глубокие ямы или закопушки.

Особенно благоприятны для опробования такие места, где удается взять пробу из материала, непосредственно залегающего на коренных породах, т. е. на «плотике», как принято называть коренные породы в долинах рек. Если плотик расположен глубоко и недоступен, приходится ограничиваться взятием пробы из ям в речном аллювии, на косах (в их головной и выпуклых частях). В каждой речной долине следует отыскивать и другие участки, в которых можно встретить скопления тяжелых шлихов, и опробовать их. Такими участками могут являться места запруживания реки упавшими деревьями, большими каменными глыбами и т. п.

При взятии проб из притоков, впадающих в главную артерию, нужно помнить, что для того, чтобы проба действительно отражала состав шлиха притока, ее надо брать не в самом устье притока, а немного выше по течению, за пределами долины главной артерии.

Следует обращать внимание на встречаемые в долинах террасовые отложения, которые также должны быть опробованы. Пробы из террас не всегда помогают в поисках коренных месторождений, если обломочные отложения, образующие террасы, накапливались в весьма отдаленные времена. Рудные месторождения, давшие материал, отложившийся при образовании террас, в настоящее время могут уже полностью быть разрушены денудационными процессами, но шлиховое опробование террас позволяет отыскивать террасовые россыпи, которые сами по себе часто имеют большую ценность.

Шлиховые пробы из террасовых отложений берут послойно, через интервалы в 0,25—0,50 м по вертикали. Если терраса имеет доступный для геолога цоколь из коренных пород, то обязательно опробуют слой аллювия над этим цоколем. Обычно наиболее обогащенным в террасах, так же как и в современном аллювии и делювии, бывает приплотиковый слой, т. е. слой, непосредственно лежащий на цоколе.

Однако встречаются богатые слои и в более высоких частях разреза, особенно над всякого рода глинистыми прослойками, которые задерживали перемещение вниз тяжелых рудных минералов (над так называемым «ложным плотиком»).

Кроме шлихового опробования долинного аллювия, в ряде случаев практикуется взятие шлиховых проб из делювия и элювия на склонах гор для отыскания коренных рудных тел, перекрытых наносами. Особенно эффективным может оказаться площадное шлиховое опробование при поисках выходов мелких жил, незакономерно разбросанных по участку, закрытых сплошным плащом элювия и делювия и содержащих в своем составе золото, вольфрамит, шеелит, колумбит и касситерит. При поисках полиметаллических месторождений хорошие результаты дает шлиховое опробование склонов, покрытых не очень мощным делювием.

В качестве примера можно привести применение площадного шлихового опробования делювия и элювия на одном коренном месторождении касситерита, представленном двумя десятками небольших кварцево-полевошпатовых и пегматитовых жил, залегающих в гранитоидах на площади несколько менее 1 км2. Большая часть этой площади перекрыта делювиальными отложениями, достигающими мощности 3 м. Поиски новых жил в этих условиях целесообразно производить путем взятия шлиховых проб из закопушек, проходимых по сетке 15х15 м, с возможным сгущением вдвое в тех местах, где обнаружено повышенное содержание касситерита.

Документация шлиха заключается в точном фиксировании на карте и на этикетке места взятия пробы, геоморфологической характеристике места взятия (например, проба взята у плотика, в русле, на косе, в такой-то ее части, из террасовых отложений, в таком-то слое и т. п.). Описывается состав рыхлых отложений, из которых взят шлих: крупность и окатанность обломков по классам и примерные относительные количества обломков каждого класса. Например, обломки размером больше 1 см (т. е. класс более 1 см) составляют 30% от общего объема; обломки класса 1—0,1 см — 10% от общего объема и т. д. Указывается исходный объем промытой пробы, что служит материалом для пересчета количества шлиха и содержания рудных минералов на 1 м3 песков (или вообще речных отложений).

Металлометрический метод

Металлометрическим называется метод поисков путем массового взятия небольших проб из не очень мощных делювиальных отложений, из элювия и из измененных коренных пород, по сетке густотой 10х20, 25х50 и 50х100 м, в зависимости от детальности поисков.

Металлометрический метод поисков, так же как шлиховой, основан на том явлении, что вокруг выхода месторождения на поверхность, даже если этот выход перекрыт делювием, создается ореол рассеяния полезного ископаемого за счет мелких обломков разрушающегося выхода или даже за счет химического выщелачивания этого полезного компонента поверхностными водами. Многие химические элементы впитываются растениями из почвы через корневую систему. Поэтому в некоторых случаях рекомендуется брать пробы не из делювия, а из золы растений, покрывающих склоны опробуемого участка.

Пробы анализируются спектроскопически полуколичественно и по данным анализов разделяются на классы по содержанию полезного компонента, например, по содержанию свинца. Точки опробования наносятся на топографический планшет с указанием класса содержания полезного компонента и соединяются линиями равных содержаний (изолиниями). Наметившиеся площади с концентрацией точек повышенного содержания полезного компонента подвергаются детальному изучению и опробованию с применением искусственных обнажений. Таким путем удается открывать месторождения, непосредственно не выходящие на поверхность.

Геофизические методы

Геофизические методы поисков месторождений полезных ископаемых основаны на том, что физические свойства тел полезных ископаемых обычно отличаются от физических свойств окружающих (вмещающих) пород. Например, полезное ископаемое может быть магнитным (руды магнитного железняка), или хорошо проводить электрический ток (сплошные колчеданные руды), или, окисляясь близ поверхности, само вызывать образование естественных электрических токов, по принципу образования тока в сухих и мокрых элементах. Большие скопления полезного ископаемого, имеющего высокий удельный вес, вызывают местное увеличение ускорения силы тяжести; наоборот, большие скопления легких масс, например, каменной соли, вызывают местное уменьшение ускорения силы тяжести. Некоторые тела полезных ископаемых изменяют скорость прохождения взрывных (сейсмических) волн или отражают эти волны.

Таким образом, в местах залегания тел полезного ископаемого возникают отклонения физических свойств от обычных нормальных свойств, присущих горным породам. Такие отклонения называются аномалиями.

Применяя соответствующие приборы, измеряющие магнитность, электропроводность, ускорение силы тяжести, скорость прохождения сейсмических волн и другие физические величины, геофизики выявляют аномалии, а по последним могут быть выявлены тела полезного ископаемого, вызвавшие аномалию. Для того, чтобы образовалась аномалия, выявляемая геофизическими приборами, не обязательно, чтобы тело полезного ископаемого выходило на поверхность земли. Тела, залегающие на небольшой глубине, перекрытые с поверхности наносами или пустыми породами, все же будут оказывать влияние или на магнитную стрелку, или на прохождение через землю электрического тока, или на приборы, измеряющие ускорение силы тяжести, и т. д. Следовательно, при помощи геофизических методов поисков могут быть открыты месторождения полезных ископаемых, тела которых не обнажаются на поверхности и потому не могут быть обнаружены другими методами поисков.

При помощи глубоких горных выработок или буровых скважин также можно обнаружить не выходящие на поверхность месторождения. Однако пришлось бы проводить очень много выработок или скважин, чтобы найти скрытое от глаз месторождение, точное местоположение которого неизвестно. Стоимость и продолжительность таких поисков была бы недопустимо большой. На выявление геофизических аномалий, даже на обширной площади, расходуется гораздо меньше средств. По линиям намеченных на местности аномалий проходят горные выработки и буровые скважины на ограниченных небольших участках, соответствующих аномалиям. Поиски, таким образом, проводятся значительно быстрее и обходятся дешевле. В этом заключается главное преимущество геофизических методов поисков.

Геофизические методы поисков, наряду с большими преимуществами перед другими методами, имеют также серьезные недостатки. Аномалии разного типа могут возникать среди горных пород не только в связи с залеганием в них тел полезных ископаемых, но также и по другим причинам. Например, проходящая в горных породах большая трещина, особенно заполненная грунтовой водой, также вызовет аномалию, так как она обычно более электропроводна, чем окружающие породы. Магнитными свойствами обладают не только руды магнитного железняка, но и безрудные жилы и массивы основных пород (габбро или диабазов), содержащие вкрапленность минерала пирротина и т. д. Поэтому необходимо во всех случаях расшифровывать возможные причины происхождения геофизических аномалий. Само собой разумеется, что разобраться в причинах образования тех или иных геофизических аномалий можно только зная хорошо геологическое строение местности. Поэтому геофизические методы поисков обычно дают положительный результат только при тесной увязке их с геологическим изучением разведуемого участка.

При поисках полезных ископаемых находят широкое применение следующие геофизические методы.

Гравиметрия — метод, основанный на измерении ускорения силы тяжести при помощи маятника или крутильных весов (вариометра). Маятниковая съемка находит применение, главным образом, для изучения погребенных геологических структур крупного масштаба. Вариометрические работы широко применяются для поисков тектонических благоприятных структур в районах нефтяных и газовых месторождений, соляных куполов, железорудных и хромитовых месторождений.

Магнитометрия — метод, основанный на измерении магнитного поля и его нарушений при помощи магнитометра и магнитных весов. Магнитометрия применяется при поисках железных руд. Особенно точные магнитные съемки (микромагнитометрия) выполняются магнитными весами типа вариометров. Магнитные съемки дают результаты при поисках марганцевых руд, магнитных красных и бурых железняков, погребенных россыпей золота, соляных куполов, оказывают большую помощь при геологическом картировании в закрытых и залесенных районах и оконтуривают массивы изверженных пород, крупные складчатые структуры и тектонические линии. В последнее время широкое применение получила аэромагнитная съемка, осуществляемая с самолета.

Электрометрия (электроразведка) базируется на нескольких, указанных ниже, методах измерения электрических и электромагнитных искусственных и естественных полей.

Метод эквипотенциальных линий позволяет использовать переменный ток низкой частоты, искусственно возбуждаемый в линейном электроде. Электрический ток проходит через землю и принимается на втором линейном электроде. Места смещения линий равного потенциала (эквипотенциальных линий) указывают аномалии. Метод дает хорошие результаты при поисках тел сплошных и густовкрапленных сульфидных руд при условии небольшой мощности наносов или пустых пород (обычно не более 20—25 м), преимущественно в районах с достаточно высокой влажностью почвы.

Метод интенсивности также позволяет использовать переменный ток низкой частоты. На исследуемом участке по хорошо изолированным проводам пропускают ток через два заземления. Возникает магнитное поле. Если породы неоднородны и в них заключено хорошо проводящее тело, часть токов, идущих по участку, сконцентрируется в проводнике и образует сильное магнитное поле. При измерениях магнитного поля в этом месте будет обнаружена аномалия.

Метод интенсивности более чувствителен, чем метод эквипотенциальных линий и, кроме того, вполне применим в сухих районах, где метод эквипотенциальных линий дает неудовлетворительные результаты. Методом интенсивности могут быть открыты не только сплошные сульфидные руды, но и вкрапленные, с количеством сульфидов не меньше 15%. Методом интенсивности обнаруживались на небольшой глубине (до 15 м) даже маломощные кварцевые жилы, мощностью около 0,5 м, в особенности если зальбанды их существенно изменены.

Метод сопротивления (электропрофилирование, электрозондирование) и его разновидность — комбинированное профилирование — основан на использовании постоянного тока, вводимого через электроды в землю, и на измерении сопротивления пород, через которые пропускается ток. Преимущество этого метода заключается в том, что положительные результаты получаются даже при небольшом отличии (1:10) электропроводности искомого тела от электропроводности окружающих пород.

Электропрофилирование осуществляется последовательным переносом всей установки вдоль заданного профиля, электрозондирование — последовательным разносом питающих электродов. Последний метод позволяет измерять сопротивление все более и более глубоко лежащих пород и, таким образом, определять глубину залегания пород с резко отличной электропроводностью. Этот метод широко применяется для определения глубины залегания коренных пород под мощными рыхлыми отложениями.

Кароттаж основан на измерении сопротивления пород прохождению электрического тока между двумя контактами изолированных проводов, опущенных в буровую скважину. Кароттаж угольных скважин дает блестящие результаты. Даже маломощные пласты угля, часто пропускаемые при документации керна, вполне отчетливо отбиваются кароттажем. Таким же образом хорошо определяются в скважинах контакты сульфидных рудных тел. При нефтяном бурении кароттажные диаграммы дают возможность выделять характерные слои пород, опорные стратиграфические пачки и увязывать их между соседними скважинами.

Метод заряженного тела позволяет использовать как переменный, так и постоянный ток. Этот метод основан на изменении градиента потенциала при введении тока через один из электродов в хорошо проводящее тело. Когда оба приемных электрода находятся над рудным телом, имеющим практически один и тот же потенциал, градиент потенциала между электродами равен нулю. При выходе установки на границу рудного тела вследствие резкого падения потенциала будет наблюдаться возрастание градиента потенциала. Таким образом на профилях-графиках градиента потенциала оконтуриваются границы заряженного рудного, тела, не выходящего на поверхность. Метод может применяться для оконтуривания сплошных руд, а также тел с вкрапленным, оруденением в случае удовлетворительной электрической связи между сульфидными вкрапленниками.

Метод естественного постоянного тока. Некоторые месторождения, особенно металлических руд в зоне окисления, представляют собой природные гальванические элементы. Вокруг них возникают естественные постоянные токи, достигающие поверхности земли, которые могут быть измерены. Таким образом, могут быть открыты аномалии и вызвавшие их месторождения.

Геохимический метод

Геохимия — наука об истории, распределении и перемещении химических элементов земли. Академик А.Е. Ферсман указывает, что многочисленные месторождения полезных ископаемых, которые мы видим на геологических картах, расположены не случайно. Законы геохимии связывают их между собой, размещают в строго определенных группировках, называемых геохимическими полями, дугами, поясами и зонами. Геохимия помогает геологу-поисковику разобраться в закономерностях распределения и совместного нахождения элементов и минералов в земной коре.

Геохимическая методика поисков комплексна; она имеет целью установление связи между фактами, характеризующими распределение, перемещение и сочетание химических элементов между собой.

Основной задачей изучения геохимии отдельных областей, районов или рудных полей является установление распределения химических элементов в данном геологическом комплексе и поведения этих элементов: концентрации, рассеяния, процессов миграции. В результате составляется геохимическая карта с указанием количественных соотношений между химическими элементами данного комплекса, и эти соотношения сравниваются с нормальной величиной средних кларков земной коры.

Отношение между имеющимся для данной территории кларком элемента и его средней величиной называется кларком концентрации. Определяя кларки концентрации для характерных элементов и нанося их на геологическую основу, мы получаем геохимическую карту распространения интересующих нас элементов, которая может в ряде случаев служить основой для поисков.

Часто установление повышенной концентрации того или иного элемента само по себе совершенно недостаточно для практических выводов. И.И. Гинзбург указывает, что обычно только характерные комплексы элементов дают наиболее надежные поисковые указания. Например, при поисках некоторых типов медноколчеданных месторождений обнаружение меди в почвах, перекрывающих коренные породы, еще недостаточный признак для заключения, что на глубине имеется месторождение такого типа. Ho присутствие ртути совместно с медью уже служит надежным признаком наличия медноколчеданного месторождения определенного типа.

Метод искусственных обнажений

Для нахождения коренных выходов полезного ископаемого, закрытого наносами, применяются расчистки, канавы, дудки и шурфы. Когда с помощью описанных ранее методов установлена площадь, на которой можно ожидать наличие коренных выходов, начинаются поиски с помощью искусственных обнажений. Последний метод является как бы завершающим, и это естественно, потому что он более трудоемок и относительно дороже других методов (кроме некоторых видов геофизических). Метод искусственных обнажений, как и многие геофизические методы, применяется не на всей площади поисков, а на наиболее перспективных участках после того, как последние выделены более простыми и дешевыми поисковыми методами .

Однако не следует забывать, что метод искусственных обнажений должен применяться, хотя и не так широко, как при поисках, при геологической съемке, начиная с масштаба 1:200 000 и крупнее.

Процесс поиска и добычи полезных ископаемых состоит из нескольких этапов, для которых необходимы квалифицированные рабочие и немалые денежные вложения.

Поиском полезных ископаемых люди стали заниматься с тех пор, как зародилась идея повышать качество охоты, имея металлические наконечники, или же получать более качественные доспехи в военном искусстве, то есть, искать и добывать полезные ископаемые начали давно. Сегодня, с каждым новым десятилетием люди ищут полезные ископаемые всё глубже и глубже (развивая горно-обогатительные комбинаты), лежащие на поверхности материалы достаточно быстро заканчиваются и нам приходится совершенствовать свои навыки поисков и разведки залежей благородных металлов, сырья на получения топлива, драгоценных камней.

На сегодняшний день разработано великое множество методик для поиска и добычи тех или иных ресурсов, большинство из них уже опробовано и применяются в производстве в качестве основных технологий, другие методики ещё только ждут своего часа и должны быть доказаны своей пригодностью в будущих диссертационных и докторских работах. Технологии настолько разные, что люди, отлично владеющие знаниями в нефтяной отрасли, понимающие как может залегать нефть, а так же как её можно добыть с наименьшими затратами, скорее всего, не смогут быть такими же осведомленными в поисках и добычи, к примеру, золота или алмазов. Это делает людей узконаправленными, высокооплачиваемыми и ценными сотрудниками любой горной фабрики, нефтеперерабатывающего завода или геологической партии.

Этапы поиска месторождений полезных ископаемых

Сам процесс поиска и добычи полезных ископаемых состоит из нескольких этапов, для которых необходимы квалифицированные рабочие и немалые денежные вложения.

Поиск и разведка полезных ископаемых ведутся в строгой последовательности:

• геологическая разведка (геологоразведочные работы);
• картографирование (построение геологических карт);
• выделение перспективных зон;
• буровые работы (финальная стадия);

Начало этого ряда возглавляют геологи, именно они идут туда, куда не ступала ещё нога человека, везут образцы на определение их возраста, определяют элементы залегания пород, выделяют первичные перспективные места для дальнейших работ и строят геологические карты. После них вступают в работу партии геофизиков и геохимиков. Первые работают с электрическими, магнитными, гравитационными и другими полями. В итоге их работы заказчики получают карты полей с выделением перспективных зон в зависимости от глубины. Работа геохимиков заключается в отборе проб и построение ореолов рассеяния химических элементов на изучаемой площади. По химическим элементам определяют искомый объект, а по интенсивности выделяемых аномалий – глубину залегания. Буровые работы ведутся после комплекса работ в виде заключительного этапа, предыдущие группы инженеров должны выбрать место, а буровик как можно точнее скорректировать его, для максимально эффективного проведения бурения.

На этом поисковые и разведочные работы заканчиваются, начинается эксплуатация, разумеется, только в том случае, если результаты разведочных работ устроили заказчиков.

геология под фундамент . https://stp72.ru/services/prochie-uslugi/geofizicheskie-issledovaniya/