Текст книги "Поиски, разведка и геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых"

2.2 Методика проведения практического занятия

Во время строительства дороги в районе пункта 5 (рисунок 2) в мореных отложениях на глубине 2 м найден валун бурого железняка. В нем обнаружены реликты сульфидов, среди которых установлены пирротин, халькопирит, пентландит.

В дорожной выемке (пункт 1) найден валун оливинитов, содержащий вкрапленность пирротина, марказита, халькопирита и пентландита. Вкрапленое содержание сульфидов 10-20 %. В пунктах 2-5 на коренных породах наблюдаются отчетливо выраженные ледниковые борозды и глубокие царапины, имеющие следующие азимуты направления в градусах: п.2=130, п.3=160, п.4=210, п.5=190 (рисунок 2)

Требуется: исходя из условий задачи, определить вероятный геологопромышленный тип месторождения и предложить рациональные методы его поисков и разведки.

План решения задачи

1 По составу рудных минералов в валунах оруденелой породы определить тип месторождения.

2 По геологической карте определить вероятное местоположение коренного месторождения.

3 Разработать методику детальных поисков, учитывая, что содержание и состав рудных минералов, а также указанная в условии текстура руд позволяет применить и определенные геофизические методы поисков.

Ход решения задачи

1 По составу рудных минералов в валунах оруденелой горной породы, таковых как пентландит, халькопирит, марказит, пирит, определяем, что оруденение относится к медно-никелевому типу.

2 Для определения местонахождения месторождения применяем валуннообломочный метод [3].

3 Учитывая рельеф местности, азимуты скольжения борозд движения ледника, делаем заключение, что коренное медно-никелевое месторождение находится на северо-западе участка.

4 Валун с бурым железняком, окислившаяся в процессе движения ледника промышленная руда, характерная для верхних частей месторождений подобного типа. В связи с этим можно предположить, что наиболее качественные руды находятся на более глубоких гипсометрических уровнях рассматриваемого объекта.

5 Составляем геологический разрез по линии А-Б. Из которого, судя по элементам залегания, видно, что площадь месторождения слагается интрузивным телом, представляющим собой лополит. Последнее также свидетельствует в пользу наличия медно-никелевых руд, которые главным образом приурочиваются к расслоенным разностям ультраосновных и основных магматических тел подобного типа (рисунок 2).

6 Породы, слагающие объект, тяжелые и магнитные. В связи с этим необходимо провести геофизические работы с применением гравиметрии и магнитометрии с целью оконтуривания месторождения по площади и предположительного определения развития рудных тел на глубину.

7 Для получения более достоверных данных необходимо пробурить несколько одиночных колонковых скважин.

8 Если полученные аналитические данные будут соответствовать промышленным рудам, следует начать проведение предварительной разведки.

9 С этой целью ставится профильное разведочное бурение. Расстояние между профилями 1.0 км, между скважинами на профилях 0.5 км.

10 Для полной характеристики руд и возможной дальнейшей постановки детальной разведки следует пробить штольню и произвести отбор технологических проб (рисунок 3).

1 – оливиниты, 2 – пироксениты, 3 – габбро-нориты, 4 – архейские гнейсы, 5 – микроклиновые граниты, 6 – нерасчлененные нижнепалеозойские отложения, 7 – контакты между породами, 8 – рудные тела, 9 – буровые скважины.

Рисунок 2 – Схематическая геологическая карта [10,11]

1– разведочные скважины, 2 – штольня; прочие знаки на рисунке 2.1

Рисунок 3 – Разрез по линии А-Б [10]

2.3 Контрольные вопросы

1 В каких образованиях наиболее часто встречаются медно-никелевые руды?

2 Какие крупные месторождения медно-никелевых руд вам известны?

3 Как образуются медно-никелевые месторождения?

4 Перечислите основные минералы медно-никелевых проявлений?

5 Как происходят поэтапно поиски и разведка медно-никелевых месторождений в основных и ультраосновных породах?

3 Практическое занятие № 2. Разведка месторождений железа в докембрийских метаморфических породах

Основными задачами студентов, изучающих данную тему, является овладение навыками и методами проведения предварительной и детальной разведок с определением на глубине параметров полезного ископаемого, его мощности, положения в пространстве и последующей постановки горных и буровых работ.

Практическое задание представлено двумя разделами. В первом разделе приводятся особенности распространения месторождений железистых кварцитов в земной коре, их генетические типы и методика разведки. Во втором на основе предлагаемого геологического задания показана поэтапная последовательность проведения разведки на прогнозируемой площади.

3.1 Месторождения железистых кварцитов, их минералогическая характеристика. Особенности проведения геологоразведочных работ

Железо является одним из распространенных элементов земной коры. Его весовой кларк составляет 5.1 % (или 0.43 % по объему). Оно образует промышленные концентрации в следующих генетических группах месторождений:

1) собственно магматических;

2) контактово-метасоматических;

3) гидротермальных;

4) остаточных, связанных с корой выветривания;

5) инфильтрационных;

6) осадочных;

7) метаморфогенных.

Среди упомянутых генетических групп наиболее важное значение имеют метаморфогенные, на долю которых приходится более половины запасов мировых руд. Они обладают многомиллиардными запасами руд и известны на Канадском (Верхнее Озеро), Бразильском (Минас-Жерайс), Индийском (Сингбхумское), Южно-Африканском, Балтийском (Северная Швеция) и Украинском (Кривой Рог) щитах, а также на Китайской платформе (Аньшанское), Курско-Воронежском (КМА) массиве и других провинциях, сложенных докембрийскими образованиями.

Размещение железорудных провинций, в которых получили развитие метаморфогенные месторождения, подчиняются некоторым определенным закономерностям. Геолого-структурное положение их определяется приуроченностью:

1) к окраинным частям щитов (на южной окраине Канадского щита располагаются месторождения Верхнего Озера);

2) к внутренним прогибам, например, месторождения железистых кварцитов района Лабрадор-Квебек приурочены к Лабрадорскому прогибу, выполненному осадочно-вулканогенными образованиями протерозоя, развитых на архейских гнейсах. Такое же положение занимают месторождения железистых кварцитов КНР и Западной Австралии (железорудные районы Пилсбери и Хамерсли);

3) к узким прогибам на щитах. Примером служит Украинская железорудная провинция, где железорудные месторождения тяготеют к локальному прогибу, развившемуся вдоль глубинного разлома.

Основные минералы железных руд

Из многих десятков минералов железа промышленное значение имеют лишь немногие: магнетит – Fe3O4 (72.4 % Fe), гематит – Fe2O3 (70 % Fe), мартит – Fe2O3, бурый железняк – Fe2O3*nH2O (48-63 % Fe), сидерит – FeCO3 (48 % Fe), шамозит – 4FeO*Al2O3*3SiO2*4H2O (55-65 % Fe).

Требования к железным рудам зависят от их минерального состава. Для магнетит-гематитовых руд промышленное содержание железа составляет 5577 %. Магнетитовые руды могут разрабатываться и с более низким содержанием металла, но тогда они требуют предварительного обогащения электромагнитной сепарацией с получением концентратов. Лимонитовые руды разрабатываются при содержании 38-40 % железа, а сидеритовые при 30-38 % железа. В случае повышенного содержания в рудах сульфидов они подвергаются предварительному обжигу.

Метаморфогенные месторождения железа

Накопление максимального количества железа и образование месторождений, уникальных по запасам руд, характерно для докембрия. Существует мнение, что они имеют первично-осадочное происхождение и занимают определенное положение в стратиграфическом разрезе. Для этих месторождений характерна сложная структура рудных провинций и рудных полей, а также очень сложные, часто неясные перемещения и концентрации железа. К рассматриваемому промышленному типу относятся уникальные месторождения Курской магнитной аномалии (КМА), Кольского полуострова, Малого Хингана и другие (РФ), Кривого Рога (Украина), Аньшань, Тункул (КНР), район Верхнего Озера (США), месторождения Индии, Бразилии, Канады, Австралии, Южной Африки и др. Запасы руд отдельных месторождений этого типа составляют 10-15 млрд. т [1,8].

Месторождения данного промышленного типа делится на три подтипа.

К первому подтипу отнесены месторождения железистых кварцитов. Это уникальные и крупные по запасам руд осадочно-метаморфогенные месторождения. Они представлены рудами со средними содержаниями железа 33-35 %. Железистые кварциты имеют пластовую форму и залегают согласно с вмещающими их сланцами. Чередование железистых кварцитов и вмещающих их сланцев образует железорудные свиты большой мощности – от 200 до 1500 м. Протяженность этих свит изменяется от нескольких десятков до сотен метров. Мощность пластов железистых кварцитов колеблется от нескольких метров до 75-400 м.

Породы железорудной формации являются фацией древних осадочных толщ, которые претерпели складчатые и дизъюнктивные деформации и подверглись интенсивно проявленному региональному метаморфизму. Для пород этой формации различных районов мира характерно сходство их состава и текстур [4, 5, 6].

Запасы железистых кварцитов со средним содержанием 35 % железа оцениваются в 50 млрд. т, из которых богатых руд более 1 млрд. т [4].

1 – гнейсы; 2 – граниты; 3 – филлиты; 4 – кварциты; 5 – итабариты; 6 – известняки; 7 – диабазы; 8 – сбросы

Рисунок 4 – Разрез через месторождение Минас-Жерайс (Бразилия) [4]

Огромными запасами железистых кварцитов, именуемых итабаритами, располагает Бразилия. Только в штате Минас-Жерайс (рисунок 4) они составляют более 30 млрд. т со средним содержанием Fe 30 %. Общая мощность продуктивной толщи 1200 м, а отдельных пластов до 150 м при площади железорудного бассейна 7000 кв. км [5].

Ко второму подтипу относятся месторождения, представленные богатыми по содержанию железа рудами (45-70 %). Эти руды обычно без обогащения поступают в металлургический передел (Кривой Рог).

Рассматриваемые месторождения по запасам руд крупные, нередко уникальные, огромной протяженности. Месторождения часто имеют большое число рудных тел различной формы – пластообразной, столбообразной, штокои линзообразной.

Разведка месторождений железистых кварцитов

Предварительная разведка

На основе результатов поисково-разведочных работ выбирают наиболее перспективные участки месторождения для постановки разведочных работ. Методы разведки определяют последовательность ее проведения с таким расчетом, чтобы до завершения разведочных работ получить важнейшие данные, определяющие промышленную ценность месторождения.

В процессе предварительной разведки решаются следующие задачи:

1 Геометризация рудных пластов, определение их мощности, площади и на основе этих данных объема и формы, а также условий залегания, одновременно выделяются участки среди рудных пластов с некондиционной мощностью или содержаниями железа. Геометризация проводится с учетом установленных кондиций по мощности рудного тела и содержанию железа в руде.

2 Выделение природных типов и промышленных сортов руд. Определение строения рудных тел, выявление типов разрезов и установление устойчивости строения рудных пластов.

3 Установление минерального и химического состава руд, а также предварительное выяснение распределения полезных компонентов в рудном пласте.

4 Определение физических (крепость, объемный вес, влажность руд и т.п.) и технологических свойств руд.

5 Выяснение горнотехнических и особенно гидрогеологических условий вскрытия и разработки месторождений, а также размещение отвалов, промышленного и жилого строительства с учетом природоохранных мероприятий [1,4, 6, 8].

Если протяженные крупные тела железистых кварцитов обнажаются на поверхности, они опробуются при помощи серии параллельных канав, проходимых вкрест простирания рудных тел на расстоянии 50-100 м друг от друга. Разведка глубоких горизонтов осуществляется (в связи с очень крутым падением рудных тел) бурением наклонных колонковых скважин (рисунок 5) с применением самоходных буровых установок, При этом используется квадратная или прямоугольная разведочная сеть с расстояниями в 150 м между скважинами 150-250 м профилями.

На всех скважинах проводится геологическая документация и комплексный каротаж, в результате чего надежно устанавливается строение рудных пластов и природные типы руд. Керн скважин используется для отбора штуфных и секционных проб. Результаты разведки буровыми скважинами подвергаются контролю путем проходки сопряженных шурфов, число которых составляет 2-3 % от числа контролируемых скважин. Отбор технологических проб производится из контрольных шурфов.

Проведение этих работ обеспечивает надежное выяснение геологического строения месторождения на основе построения геологических разрезов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Одновременно определяются исходные данные, отражающие горнотехнические условия дальнейшей разведки и разработки месторождения. Все результаты разведки используются для подсчета запасов по категориям С1 и С2, выделения карьерных полей, промышленной оценки и определения очередности разработки месторождения.

1 – магнетитовая руда; 2 – вмещающая порода

Рисунок 5 – Схема разведки железорудного месторождения. Вверху план рудного тела на поверхности. Внизу – план рудного тела на горизонте штольни и поперечный разрез рудного тела со скважинами наклонного бурения [17]

Все результаты разведки используются для подсчета запасов по категориям С1 и С2, выделения карьерных полей, промышленной оценки и определения очередности разработки месторождения. К окончанию предварительной разведки составляется технико-экономический доклад (ТЭД) с целью обоснования целесообразности промышленного освоения месторождения и проведения детальной разведки [4, 5, 9].

Детальная разведка

На месторождениях получивших положительную промышленную оценку и намеченных к эксплуатации в ближайшие годы, проводится детальная разведка.

В период детальной разведки решаются следующие задачи:

1 Уточняются контуры рудных пластов, их формы и объем, а также геометрия почвы и кровли пластов. Оконтуриваются участки пластов с некондиционными показателями.

2 Завершаются исследования природных типов и промышленных сортов руд. Уточняется строение рудных пластов.

3 Надежно устанавливается качество руд с учетом комплексного использования, то есть уточняется минеральный и химический состав руд, распределение полезных и вредных компонентов в рудных пластах. В полузаводских условиях завершаются технологические испытания руд с выбором и обоснованием технически и экономически оптимальной схемы обогащения руд и металлургического передела железных концентратов и других продуктов горно-металлургического производства.

4 Изыскиваются источники водоснабжения (технической и питьевой воды) и уточняются горнотехнические условия.

Детальная разведка проводится путем сгущения разведочных профилей и скважин на них до степени обеспечивающей перевод запасов руд из категории С1 в категории А и В и части запасов из категории С2 в категорию С1. Инструкция Государственной Комиссии по Запасам (ГКЗ) для данного типа месторождений (железистых кварцитов) предусматривает, что запасы категорий А+В должны составлять 35 % от суммарных балансовых запасов (А+В+С1), в том числе запасы категории А должны составлять 10 % [6, 8, 10].

Разведка проводится по квадратной сети бурением наклонных и вертикальных скважин. Расстояние между скважинами при переводе запасов в категорию В следует принимать 150 м, а в категорию А – 75 м [5, 6, 17].

При проведении детальной разведки расстояние между скважинами по сравнению с предварительной разведкой уменьшается в 2 и 4 раза (по отношению к запасам В и А соответственно), а плотность разведочной сети увеличивается в 4 и 16 раз. Надежность результатов разведки скважинами проверяется шурфами, пройденными сопряжено со скважинами, количество которых составляет 3-5 % от числа скважин.

При эксплуатационной разведке проходятся штольни и рудные штреки вдоль разрезов с пробуренными разведочными скважинами. Из штреков, в свою очередь, ведутся орты и восстающие, а для исследования руд ниже шахтного горизонта бурятся непосредственно из штреков новые разведочные скважины (рисунок 5).

Таким образом, надежно устанавливается геологический разрез, строение рудных залежей, природные и промышленные сорта руд, гипсометрия рудных пластов и ведется оперативный подсчет движения запасов. На основе имеющихся данных о мощностях рудных тел, их параметров по падению и простиранию, содержанию в рудах полезного компонента – методом геологических разрезов (вертикальных или горизонтальных) подсчитываются (в зависимости от объема горных и буровых работ) запасы полезного ископаемого по соответствующим категориям.

Наиболее приемлемым в данном случае является метод подсчета запасов способом вертикальных геологических разрезов. Сущность его состоит в том, что тело полезного ископаемого разбивается на блоки, ограниченные геологическими разрезами, построенным по соответствующим разведочным пересечениям. Этот способ применим для подсчета запасов мощных залежей вытянутых или изометричных форм, разведанных вертикальными или наклонными буровыми скважинами при небольшом участии горных разведочных выработок.

При расчленении рудного тела подсчетными разрезами на блоки каждый из них ограничивается двумя почти параллельными разрезами, за исключением двух крайних блоков – правого и левого. Эти последние опираются лишь одной стороной на разведочный разрез, а с остальных сторон ограничиваются экстраполяционными поверхностями по геологическим или иным соображениям (рисунок 6).

1 – разведочные выработки, 2 – площадь сечения рудного тела

Рисунок 6 – Схема расположения блоков при подсчете запасов руд методом разрезов. Слева – план, справа разрез по линии IV [4]

Подсчет способом разрезов распадается на два этапа. Сначала подсчитываются так называемые линейные запасы (q) в пределах условных пластин, соответствующих по площадям каждому разведочному разрезу толщиной в 1 м; затем путем усреднения данных по разрезам, ограничивающим блоки, находятся значения подсчетных параметров для каждого блока.

Затем определяется среднее содержание полезного компонента (с) и средняя объемная масса полезного компонента (d) по разведочным пересечениям рудного тела путем вычисления их средневзвешенного значения. Запасы полезного ископаемого (Q) вычисляются как произведение этих величин:

Q=c*d

3.2 Методика проведения практического занятия

Студентам выдается несколько вариантов заданий, характеризующихся сходными решениями, но значительно отличающихся исходными параметрами.

Ниже приводится один из таких вариантов (рисунок 7).

Район сложен докембрийскими породами, относящимся к двум свитам: первая более древняя состоит из гнейсов, гранитов и сильно метаморфизованных зеленокаменных пород (около 1000 м); вторая представлена различными метаморфизованными осадочными породами. Она лежит несогласно на нижней свите и сложена (снизу вверх) следующими породами:

1 Аркозовые песчаники .........50-200 м

2 Железистые кварциты .........50-100 м

3 Глинистые сланцы ...........50-150 м

4 Тальковые, хлоритовые и актинолитовые сланцы 50-100 м

Все эти породы слагают синклинальную складку (северо-восточного простирания), крылья которой осложнены рядом мелких структур второго и третьего порядков. Отмечаются разрывные нарушения типа мелких сбросов.

Рудоносным горизонтом является толща железистых кварцитов. Содержание железа в них колеблется от 25 % до 45 %. В железистых кварцитах встречаются залежи сплошных магнетитовых, гематитовых и мартитовых руд, где содержание железа достигает 65 %. Сплошные руды образуют столбообразные залежи пластовой и линзообразной формы. В горизонтальном сечении длины залежей 200-600 м, мощности 10-50 м. На глубине они прослеживаются до 300-400 м.

1 – аркозовые песчаники; 2 – железистые кварциты; 3 – глинистые сланцы; 4 – тальковые, хлоритовые, актинолитовые и амфиболовые сланцы; 5 – тектонические нарушения; 6 – границы слоев.

Рисунок 7 – Геологическая карта участка [11]

При детальной геологической съемке в масштабе 1:10000 на участке длиной 1.6 км и шириной более 1 км (участок вытянут в северо-восточном направлении) оконтурены обнажения железистых кварцитов, выявленные ранее при крупномасштабной съемке 1:50000, простирающиеся по азимуту СВ 30 градусов. Преобладающее направление падения на юго-восток и северо-запад под весьма крутыми углами. Местность степная, рельеф ровный (рисунок 7).

Требуется:

1 Определить геолого-промышленный тип месторождения.

2 Запроектировать разведку железных руд, предусмотрев необходимые работы для промышленной оценки выявленных объектов.

3 На карточке и разрезах показать проектируемые разведочные работы.

4 Дать сводную таблицу объемов запроектированных работ.