Поиски скрытых рудных тел в пределах рудного поля

Как известно, поисками называются работы, направленные на отыскание новых, еще неизвестных месторождений полезных ископаемых или отдельных рудных тел. Это определение резко отделяет поиски от случайных открытий, когда месторождения становятся известными в результате случайных находок. В настоящее время большинство месторождений открывается специально организационными поисками.

Для продления срока существования горного предприятия и увеличения его производительности рудничным геологам в ряде случаев приходится проводить поиски новых рудных тел или новых месторождений в районе горного отвода предприятия. На разрабатываемых месторождениях нередко прирост запасов возможен только за счет глубоких горизонтов. Поэтому поиски скрытых рудных тел составляют одну из основных задач рудничного геолога. Помимо поисков новых рудных тел в пределах рудного поля разрабатываемого месторождения рудничному геологу при отсутствии специальных геологоразведочных партий приходится иногда проводить поиски новых рудных полей и новых месторождений в ближайших окрестностях рудника.

Исходя из этих задач, рудничный геолог должен знать методы поисковых работ и уметь применять их. Поиски следует проводить на строго научной основе, используя знание генетических и промышленных типов месторождений, поисковые критерии и поисковые признаки, с применением наиболее эффективных для конкретных геологических условий методов поисков, Среди многих участков возможного оруденения по району следует выделить наиболее благоприятные для обнаружения новых месторождений в результате проведения поисково-разведочных работ.

Поиски часто сопровождаются детальной геологической съемкой. Комплекс таких изысканий называют геологопоисковыми работами. Для проведения их необходимо составить и утвердить задание и программу работ, которые в дальнейшем являются основным документом для контроля деятельности геологопоискового отряда (геологопоисковой партии).

Поисковые критерии и поисковые признаки

Основами поисковых критериев, является учение о месторождения! полезных ископаемых. Поисковыми признаками называют видимые на местности явления, указывающие не непосредственную близость участка с возможным наличием месторождения.


Важное значение для научно доставленных поисков имеет генетическая классификация месторождений полезных ископаемых. В основу этой классификации положены представления о генезисе, миграции химических элементов в земной коре и условиях их концентрации. В табл. 21 приведены главнейшие генетические типы рудных месторождений. Промышленное значение генетических типов одного и того же полезного ископаемого может быть неодинаковым. Основное внимание геолог-разведчик должен уделять генетическим типам ведущего промышленного значения. Если геолог правильно представляет себе способ образования месторождения, он правильно составит проект поисков и разведки. И, наоборот, неверное представление о генезисе влечет за собой неправильную методику поисков и разведки с непроизводительными затратами средств, энергии и времени, с низким производственным эффектом. Хорошее знание различных генетических и промышленных типов месторождений служит основным условием научной методики тисков и разведки.

Важнейшим поисковым критерием для многих рудных месторождений является магматогенный (табл. 22). Магматические рудные месторождения платины, хрома, меди, титана, ванадия и месторождения сульфидных медно-никелево-платиновых руд следует искать в массивах габбро, норитов, пироксенитов и ультрабазитов (перидотитов, дунитов и возникших из них серпентинитов).


Поиски контактово-метаморфических месторождений железа, меди, вольфрама и молибдена надо вести вдоль контакта кислых или средней кислотности интрузивных пород {гранитов, гранодиоритов, сиенитов, диоритов) с благоприятными для замещения породами (известинцами, туфами). Вмещающими руду породами обычно бывают скарны, преимущественно пироксено-гранато-эпидотового состава.


Жильные гидротермальные месторождения золота, меди, полиметаллов, серебра, олова, вольфрама, молибдена, висмута и мышьяка следует искать в непосредственной близости к небольшим кислым интрузиям и дайкам гранитов и гранодиоритов (как внутри этих интрузий, особенно в их куполах, так и в ороговикованных породах кровли). Наконец, гидротермально-метасоматические месторождения меди, полиметаллов, ртути и сурьмы надо искать в легко замещаемых породах кровли кислых интрузий, причем интрузивные породы в пределах рудного поля могут и не выходить на дневную поверхность.

Б тесной связи с магматогенным следует рассматривать и структурный поисковый критерий. Многие рудные месторождения находятся вдоль осей антиклинальных складок, иногда осложненных разломами, в зонах контакта, вдоль зон смятия и в многочисленных трещинах в интрузивных породах (табл. 23).


Многие пластовые месторождения железных, марганцевых, медных руд и бокситов залегают в толщах осадочных пород, неизмененных или метаморфизованных; при этом рудный пласт занимает среди них определенный стратиграфический горизонт. Здесь широко используются стратиграфический поисковый критерий. Детальное изучение стратиграфического разреза и его опорных горизонтов ориентирует геолога при ведении поисков. Если встреченные пласты горных пород относятся к верхней части стратиграфического разреза, расположенного выше продуктивного (вмещающего руду) горизонта, то имеется полное основание для заложения буровых скважин (горных выработок) с целью поисков нижележащего рудного пласта. Если пласты горных пород относятся к нижней части стратиграфического разреза, совершенно очевидно, что рудный пласт здесь смыт и искать его бесполезно. Однако при этом следует выяснить возможность встречи нового рудного пласта, приуроченного к нижней, еще не вполне изученной части стратиграфического разреза.


В тесной связи со стратиграфическим следует использовать фациально-литологический поисковый критерий. Каждое месторождение осадочного генезиса образуется при вполне определенных физико-географических условиях отложения осадков. Современные успехи петрографии осадочных пород позволяют выделить по их составу фации пластов и, пользуясь методом составления фациально-литологических карт и детальных палеогеографических карт, направить поиски с целью выявления рудоносных фаций.

Геоморфологический поисковый критерий совершенно необходим при поисках современных, древних и ископаемых россыпей золота, платины, алмазов, олова, вольфрама, титана и циркона. Древняя гидрографическая сеть с ее россыпями часто не имеет ничего общего с современной речной сетью. Глубокое изучение геоморфологии района и истории развития речной сети может привести к открытию участков древних россыпей, иногда лежащих вблизи современных водоразделов и погребенных под позднейшими отложениями. В последнее время в некоторых золотоносных районах в меридиональных и других эрозионно-структурных депрессиях установлены древние мезокайнозойские россыпи золота, платины и алмазов.

Поисковый критерий взаимосвязи эндогенных и экзогенных рудных месторождений можно также считать вполне установленным. Известны два направления миграции металлов из эродированных зон рудных месторождений:

• перемещение вниз по вертикали в пределах рудных тел с образованием зон вторичного обогащения;
• перемещение в горизонтальном направлении за пределы месторождения с образованием вторичной концентрации металлов в осадочных породах и в породах коры выветривания.

Каждый металл имеет определенное соотношение между двумя указанными направлениями в соответствии с его геохимическими особенностями и физическими свойствами рудных минералов. Здесь возможны три варианта:

• размыв промышленного эндогенного месторождения приводит к образованию вторичной концентрации металла в экзогенных условиях также промышленного значения;
• размыв промышленного эндогенного месторождения приводит к рассеянию металла в осадочных породах или к слабой экзогенной его концентрации, не имеющей практического значения;
• размыв крупных масс эндогенных непромышленных концентраций приводит к образованию экзогенных месторождений металла промышленного значения.

Первый вариант определяется достаточно достоверно при близком расположении вторичных концентраций относительно первичного рудного месторождения. Таковы, например, элювиальные россыпи золота и платины, где это расстояние до первичных рудных тел не превышает немногих сотен метров. Второй и третий варианты являются примерами обратной связи: с увеличением миграционной способности элемента расстояние между первичным и вторичным месторождениями резко возрастает. Трудности в установлении такой связи увеличиваются. При этом вторичные концентрации после размыва эндогенных месторождений могут иметь различный возраст.


Для некоторых полезных ископаемых этот поисковый критерий давно известен и широко применяется в практике поисков (золото, платина, алмазы, касситерит). Имеются, однако, и другие полезные ископаемые, например медь, вторичные концентрации которых в осадочных породах удалены от породивших их первичных месторождений на десятки и даже сотни километров. Но и в этом случае изучение путей миграции таких полезных ископаемых на большие расстояния проточными водами, установление прямой и обратной связи эндогенных месторождений приобретает важное значение для научного направления поисков. В табл. 24 приведены примеры прямой и обратной связи эндогенных и экзогенных месторождений некоторых металлов [1].

Изучение выходов горных пород со слабой минерализацией и вкрапленных руд

Изменения горных пород в результате гидротермального метаморфизма служат важным поисковым признаком. Они рассмотрены в сборнике работ советских геологов [8J. Как правило, эти изменения возникают до отложения промышленных руд. Оруденение обычно накладывается на уже измененные породы. При составлении геологических карт рудного поля, рудничных планов и вертикальных разрезов возникает необходимость специального геологического картирования измененных пород по возможности с оценкой интенсивности их гидротермальных изменений. Более высокая степень интенсивности изменения породы указывает на близкое залегание руд.

Нет необходимости давать абсолютную оценку количества тех или иных минеральных новообразований в измененной породе. Вполне достаточно применить оценку интенсивности изменений в условных индексах (баллах) для каждого типа изменений по трехбалльной шкале. Выделяются три балла, последовательно характеризующих слабую, среднюю и сильную степень изменения. В табл. 25 приведены примеры оценки интенсивности гидротермальных процессов, изменяющих околорудпые породы [7].


Расчленение пород по интенсивности гидротермального метаморфизма может быть применено и к другим типам изменений: грейзенизации, березитизации, лиственитизации, карбонатизации, анкеритизации, доломитизации, турмалинизации, каолинизации и др. Этот же принцип может быть положен в основу разделения разнообразных вкрапленных руд по интенсивности их оруденения.


При широком развитии вкрапленных руд необходимо предпринимать специальные исследования для обоснования расчленения их по плотности оруденения. В табл. 26 приведены данные для подобных исследований.

На рис. 5 показано влияние текстуры руд на распределение рудных вкрапленников. Для полосчатой и брекчиевидной текстур сплошность сульфидного оруденения характерна при меньшем содержании сульфидов, чем для равномерно рассеянной текстуры. Это имеет важное значение при окислении вкрапленных руд.

Окислительные процессы легко распространяются по полоскам или лентам окисляющихся сульфидов, а также по сульфидному цементу обломков жильных минералов на значительную глубину. В то же время редкую вкрапленность свежих сульфидов в плотных кварцевых рудах можно встретить на естественных выходах рудных жил.

Поиски рудных тел под непроницаемой кровлей (под экраном)

Руд «образующие гидротермальные растворы, восходящие по тектоническим разломам (по зонам смятия), нередко встречают на своем пути мало проницаемые породы, пологопадающие сместители. Под такими экранами происходит локализация гидротермально-метасоматических рудных тел, особенно в благоприятных для замещения породах. Образуются рудные тела сложной грибообразной формы, которые, как правило, располагаются в пересечении благоприятных пологозалегающих горизонтов с крутопадающими трещинами (рис. 6). Нередко рудные тела залегают в ядре антиклинальных складок под малопроницаемыми пластами (рис. 7), а также в куполах штоков гранодиоритов, внедрившихся в плотные и малопроницаемые породы (рис. 8).

Рис. 6. Рудная залежь под экраном кремнистых сланцев

Рис. 7. Рудная залежь под экранам кремнистых сланцев

Рис. 8. Схема геологического разреза золоторудного месторождения

Отсюда следует, что ведущими поисковыми критериями рудных тел под экранами являются стратиграфический и структурный. Детальной изучение стратиграфии, литологии и структуры может привести к нахождению скрытых рудных тел. На рис. 9 показан геологический разрез контакта диоритов со сланцево-карбонатной толщей. На дневной поверхности в контакте кремнистых сланцев с диоритами какие-либо признаки оруденения отсутствуют. По геологическому разрезу известно, что под сланцами залегают известняки, которые в контакте с диоритами могут дать зону скарнов с магнетитовым оруденением. При постановке магнитометрии и проверке полученной аномалии поисковой скважиной можно вскрыть зону скарнов и новую магнетитовую залежь.

Поиски рудных тел под мощными наносами

На геологических картах рудоносных районов нередко выявляются площади, закрытые мощными новейшими осадочными породами. Под этими осадками прослеживаются уже установленные минерализованные зоны смятия, вмещающие рудные месторождения. Протяжение таких погребенных зон смятия определяется километрами и даже первыми десятками километров. Поиски новых скрытых рудных месторождений в таких условиях составляют актуальную задачу геолога-разведчика. Прежде всего в таких случаях надо ставить комплексные геофизические и геохимические исследования.

Линейное протяжение зон смятия предопределяют методику их поисков (рис. 10). Вкрест зоны смятия на значительном расстоянии друг от друга (2—5 км) проводятся геологопоисковые линии. По этим линиям закладывают вертикальные скважины колонкового бурения с целью определения мощности наносов и получения 2—5 м керна из коренных горных пород или из их элювия. Расстояния между скважинами по линии определяются шириной зоны смятия и могут составлять от 100 до 500 м. Одновременно по поисковым линиям проводится комплекс геофизических исследований (магниторазведка, электроразведка, гравиразведка), включая разнообразные способы каротажа буровых скважин. Образцы коренных горных пород из буровых скважин изучаются методами минералогии и петрографии, производится их количественный спектральный анализ. Особое внимание следует обращать на изучение нижнего (базального) слоя новейших осадочных пород. Методами шлихового анализа следует выделять из них тяжелую фракцию и изучать ее минеральный состав. Из скважин могут быть извлечены и окатанные обломки руд, например, бурых железняков, представляющих обломочный ореол рассеяния на выходах рудных тел.

Полученная информация от первой стадии геологопоисковых работ обычно бывает достаточна для выделения в пределах зоны смятия отдельных групп горных пород. Среди них выделяется более узкая полоса наиболее смятых пород, минерализованных сульфидами, с которой обычно и бывает связано оруденение.

Вторая стадия геологопоисковых работ состоит в проведении более коротких поисковых линий для прослеживания выявленной узкой минерализованной зоны, непосредственно вмещающей рудные тела. Линии второй стадии поисков задаются между линиями первой стадии на расстоянии 500—1000 м, а вертикальные скважины по линиям второй стадии через 100—200 м. По линии второй стадии, показавшей оптимальные данные, закладывается более глубокая скважина (третья стадия поисков) для пересечения предполагаемой рудной залежи.

Поиски рудных тел по эндогенным ореолам рассеяния

Возникновение эндогенных геохимических ореолов рассеяния связано с теми же рудообразующими процессами, которые привели к образованию рудных тел. Последние исследования показывают, что в рудных телах концентрируется только часть приносимых растворами металлов, тогда как другая, в несколько раз большая, остается рассеянной во вмещающих по-родах. Протяженность эндогенных ореолов над рудными телами с крутым падением достигает 1 км. Поэтому поиски скрытых рудных тел по эндогенным ореолам рассеяния отличаются наиболее значительной глубинностью по сравнению со всеми другими геохимическими и геофизическими методами поисков [9].

Поиски скрытого оруденения по эндогенным ореолам рассеяния производятся но поперечным вертикальным геологическим разрезам рудовмещающих пород, по одной или нескольким скважинам колонкового бурения, а также по горным выработкам (квершлагам, штольням), вскрывающим эти породы вкрест их простирания в данном профиле. Пробы весом 20—50 г в виде обломков отбираются от кернов через 3—5 м по оси скважины с точной их документацией. После измельчения и сокращения пробы поступают на полуколичественный спектральный анализ на ряд элементов. На геологическом профиле графически изображается эндогенный ореол по каждому элементу в отдельности методом изолиний.

Для выделения геохимических аномалий необходимо определить по каждому элементу значение геохимического фона С_ф. Для этого отбирают ряд проб от горных пород, не затронутых рудообразующими процессами. Минимальное значение аномального содержания С_а определяется по формуле [3]


где С_ф — среднефоновое значение;
S — среднеквадратическое отклонение;
m — число точек в аномалии.

На рис. 11 показаны основные структурно-морфологические типы эндогенных геохимических ореолов колчеданных месторождений. В строении ореолов медноколчеданных месторождений наблюдается определенная вертикальная зональность. Для подрудной зоны типичны кобальт и молибден. Индикаторами надрудной зоны служат свинец, барий и серебро. Это дает возможность оценить глубину залегания скрытых рудных тел, дать прогноз их состава и возможных масштабов [9].

Скважинная геофизика

Составление геологического разреза по скважине и химическое опробование керна или шлама не являются единственными методами изучения разреза. Большие возможности получения дополнительной информации из скважин открывает скважинная геофизика.

Основным методом скважинной геофизики является каротаж, который по существу представляет собой геофизический метод геологической документации буровых скважин. Рудный каротаж в настоящее время известен в следующих вариантах.

1. Магнитный каротаж для слабомагнитных (СГИ) и сильномагнитных руд (УФАН).

2. Электрический каротаж:

• а) метод кажущихся сопротивлений (КС);
• б) метод естественного поля (ПС);
• в) метод скользящих контактов (МСК);
• г) метод электролитический (ЭК);
• д) метод электродных потенциалов (МЭП).

3. Радиоактивный каротаж:

• а) гамма-каротаж (ГК);
• б) нейтронный гамма-каротаж (НГК);
• в) гамма-гамма-каротаж (ГГК);
• г) селективный гамма-гамма-каротаж (CITR);
• д) метод искусственной радиоактивности (МИР).

Метод КС позволяет составить общее представление о литологическом разрезе скважины и выделить зоны Проводимости. Классификация проводящих зон производится с помощью методов ПС и МЭП. Метод МИР позволяет определять содержание меди с относительной погрешностью 10%,. а также содержание Al, Na, S, Fe в рудных интервалах при малых выходах керна и даже при его отсутствии.

Большое значение имеет корреляционный метод, разработанный в Свердловском горном институте. Этот метод позволяет изучать поведение рудных тел между буровыми скважинами. На одном из участков колчеданного месторождения на Урале, пробуренном по сети 50X100 м, были подсчитаны запасы. После проведения исследований по корреляционному методу и контрольного бурения некоторые рудные тела не были подтверждены. Оказалось, что рудные тела этого месторождения имеют неправильную форму и небольшие размеры. Фактические запасы оказались значительно меньше ранее подсчитанных.

Корреляционный метод в настоящее время прочно вошел в комплекс разведочных работ на месторождениях Урала как эффективное средство изучения поведения рудных тел между буровыми скважинами. На месторождениях магнитных руд корреляционный метод успешно применяется в комплексе с магнитным каротажем отдельных скважин [6].

Пространственно-статистический анализ и его применение в поисковых целях

Любую геологическую карту рудоносного района можно рассматривать как сумму небольших элементарных площадей или участков, каждый из которых обладает своим различным уровнем вероятности оруденения. Эту вероятность можно оценить количественно в условных единицах (в баллах). Для этого следует предварительно составить таблицу поисковых критериев и поисковых признаков применительно к интересующему нас генетическому типу рудного месторождения и конкретному геологическому строению изучаемого района. Можно наметить, например, такой перечень поисковых критериев (поисковых признаков):

• 1. Стратиграфический.
• 2. Литологический.
• 3. Палеонтологический.
• 4. Петрографический.
• 5. Минералогический.
• 6. Структурный.
• 7. Геоморфологический.
• 8. Геохимический.
• 9. Геофизический.
• 10. Коры выветривания.
• 11. Шлиховой.
• 12. Неотектонический.

Каждый из них может иметь более мелкие подразделения. Геохимический, например, по элементам металлометрической съемки, минералогический и шлиховой — по отдельным рудным минералам, неотектонический — блоки поднятия и блоки опускания и пр. Общее количество таких поисковых признаков может составлять несколько десятков (например, 50). Не все они обладают одинаковой информативностью. Поэтому некоторые из них, имеющие малое поисковое значение, в дальнейшем можно исключить, Все отобранные поисковые критерии и поисковые признаки располагают в вертикальной колонке таблицы. В горизонтальном направлении располагают номера участков (площадей). По каждому участку в клетке, отвечающей каждому поисковому признаку, ставится или 1, или 0, в зависимости от того, имеется ли данный поисковый признак на этом участке.

Внизу таблицы подводится сумма баллон, которая может варьировать в пределах от 50 (в нашем случае) и до 0. Отношение суммы баллов к 50 (к максимально возможной) и составляет количественную меру вероятности оруденения для каждого участка. Численные значения для этих вероятностей ставятся в центре каждой площади и по ним проводится система изолиний. Концентрация изолиний укажет участки с наиболее вероятным оруденением, заслуживающие проведения детальных поисков в первую очередь. Известные месторождения или рудопроявления наносятся на эту карту дополнительно специальным условным знаком.

Кроме карты с изолиниями вероятности оруденения полезно составить в том же масштабе карту сложности геологического строения. По предложению В. В. Богацкого [2] мерой сложности в этом случае является «показатель сложности геологического строения» (ПСГС). При определении ПСГС подсчитывалось общее количество отображенных на геологической карте следующих признаков: а) литологические разности пород (осадочные вулканогенные, интрузивные), б) возрастные подразделения (системы отделы, свиты) и в) разломы. Каждый признак оценивался в 1 балл, а значение ПСГС определялось их суммированием. Например, на элементарной площади установлены карбонатные породы (1 балл) нижнего и среднего кембрия (2 балла); девонская (1 балл) интрузия гранитов (1 балл) и один разлом (1 балл) — ПСГС равен 6 баллам. Иными словами, ПСГС — это интегральная оценка информации о количество геологических объектов на каждом элементарном участке геологической карты.

Численные значения ПСГС по каждому участку выносят на бланковую карту того же масштаба (1:500 000) и преобразовывают в систему изолиний. Карта-схема сложности геологического строения в изолиниях позволяет выявлять новые особенности геологической структуры и способствует геолого-структурному районированию (рис. 12).

На рис. 13 показана карта-схема количественной изменчивости эндогенного магнетитового оруденения тоже восточного склона Кузнецкого Алатау. По тем же участкам определено количество магнетитовых рудопроявлений. Месторождения показаны особым условным знаком.

Совместный анализ карт-схем сложности геологического строения и количественной оценки изменчивости эндогенного магнетитового оруденения показывает, что последнее приурочено к участкам, сложность которых выше среднего статистического значения (больше 5 баллов). Этим подтверждается установленная практикой геологоразведочных работ закономерность, что эндогенное магнетитовое оруденение локализовано в участках высокой геологической сложности [2].

Необходимо изложить некоторые соображения о размерах элементарных площадей (участков), их количестве и форме. В опыте В. В. Богацкого [2] при масштабе карты 1:600000 размер элементарного участка был выбран в стандартный лист масштаба 1:25000, площадь которого составляет 76 км². При этом количество участков в пределах карты составляло около 300. С увеличением размеров элементарной площади возрастает и значение показателя ПСГС. Вариант составления карты с размером элементарного участка 25 км² показал неопределенность и непригодность его для конкретного прогнозирования. Очевидно, что размер элементарной площади заранее определить нельзя, ее выбор требует специальных экспериментов.

Метод пространственно-статистического анализа принципиально может быть применен к геологическим картам любого масштаба. Нет особой необходимости к увеличению количества элементарных участков. Для первого опыта достаточно ограничиться 30—50 участками. При этом для составления карты-схемы сложности геологического строения форма участков может быть принята в виде квадратов одного и того же размера с произвольным выбором начала координат. Для составления карты-схемы вероятности оруденения примерно такое же количество участков должно быть выбрано с учетом геологических контуров горных пород. Главнейшие геологические контакты, оси складок и линии разломов следует принять за границы элементарных участков, имеющих, как правило, форму неправильных фигур.