Геология, часть2 разведка и геологопромышленная оценка месторождений полезных ископаемых

Московский
государственный
.......
горныи
университет
РЕДАКЦИОННЬIЙ
С
О
В
Е
Т
ИЗдАТЕЛЬСГВО
московского
ГОСУДАРСТВЕННОГО
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕLА
Председа т ель
Л.А.ПУЧКОВ
ректор
МГГУ,
чл.-корр.
РАН
Зам. председотеля
л.хгитис
директор
Издательства
МГГУ
Члены редсовета
И.В. ДЕМЕНТЬЕВ
академик
РАЕН
А.П. ДМИТРИЕВ
академик
РАЕН
Б.А. КАРТОЗИЯ
академик
РАЕН
М.В. КУРЛЕНЯ
академик
РАН
В.И. ОСИПОВ
академик
РАН
Э.М. СОКОЛОВ
К.Н. ТРУБЕЦКОЙ
В.В.ХРОНИН
академик МАНВШ
академик
РАН
профессор
В.А. ЧАНТУРИЯ
академик
РАН
Е.И. ШЕМЯКИН
академик
РАН
В.А. Ермолов
ГЕОЛОГИЯ
Часть
11
РАЗВЕДКА И ГЕОЛОГО­
ПРОМЫIIIЛЕННАЯ ОЦЕНКА
МЕСЮРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЬIХ ИСКОПАЕМЬIХ
Допущено Министерством образования и науки
Российской Федерации в качестве учебника для
студентов высших учебных заведений, обучаю­
щихся по направлению подготовки бакалавров
и магистров «Горное дело» и направлению под­
готовки
дипломированных
специалистов
«Горное дело»
Высшее
горное
-------образование--------------~
МОСКВА
ИЗДЮRIIЬСГВО МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСГВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2005
УДК
ББК
551(075)
26.3
Е 74
Экспертиза nроведена Министерством образования и науки
Российской Федерации (nисьмо N2 1561 от 08.04.2004)
Книга
соответствует
«Гигиеническим
книжным для взрослых. СанПиН
требования't1
1.2.1253-03»,
к
изданиям
утвержденным Глав­
ным государственным санитарным врачом России
30 марта 2003 г.
Рецензентъ1:
•
кафедра МПИ Российского университета дружбы народов (д-р
геол.-минер. наук, проф. Н.Н.
Трофимов; заведующий кафедрой
канд. геол.-минер. наук, доц. В. В. Дьяконов);
•
канд. техн. наук, проф. МБ. Естаев (Московский государствен­
ньlй открытый университет)
Ермолов В.А.
Е
74
Геология: Учебник для вузов: В 2-х частях.- М.: Издательство
Московского
государственного
горного
университета,
2005. -
Часть П: Разведка и геолого-промьштенная оценка месторождений nо­
392 с.: ил.
ISBN 5-7418-0396-2 (в пер.)
лезных искоnаемых.-
Приведсны система геологического изучении недр, современнаJI классифи­
кации заnасов месторождениА и nрогнозных ресурсов твердых nолезных иско­
nаемых. Изложены nринциnы и системы разведки месторождениА, виды оnро­
бовании, сnособы nодсчета заласов минерального сырьи. Даны сведении о гео­
лого-технологическоА оценке nолезных искоnаемых, инженерно-геологических
и гидрогеологических условиих месторождениА. Освещены методы математи­
ческоА оценки геологоразведочноА информации, а таюке nринциnы и методы
мониторинга геологическоА среды.
Дли студентов высших учебных заведениА, обучающихси
no
наnравлению
nодготовки бакалавров и магистров «Горное дело>> и наnравлению nодготовки
диnломированных сnециалистов <<Горное дело>>
у дк
551 (075)
26.3
ББК
ISBN 5-7418-0396-2 (Часть 11)
ISBN 5-7418-0349-0
©В.А. Ермолов,2005
©Издательство МГГУ,
2005
©Дизайн книги. Издательство
МГГУ.
2005
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современный период экономического и социального разви­
тия России ставит перед геологической отраслью задачи укреп­
ления и расширения минерально-сырьевой базы страны, повы­
шения эффективности и качества подготовки к освоению разве­
данных запасов полезных ископаемых. Предусмотрены ускоре­
ние
внедрения
прогрессивных методов поисков и разведки по­
лезных ископаемых, повышение уровня научного обоснования
прогнозов и геолого-экономической оценки месторождений, бо­
лее широкое и эффективное использование геофизических и
геохимических методов исследований, аэровысотных и косми­
ческих средств изучения поверхности Земли и ее недр.
В настоящее время особое внимание уделяется поискам и
разведке высококачественных руд черной и цветной металлур­
гии, сырья для производства минеральных удобрений и строи­
тельных материалов, месторождений коксующегося и энергети­
ческого угля, особенно пригодных для разработки открытым
способом. В этой связи становится очевидным значение геоло­
гии в научно-техническом прогрессе горно-добывающей про­
мышленности. Не менее важны вопросы охраны и рационально­
го использования недр и природы в целом. Именно поэтому гео­
логическое образование является одним из важнейших элемен­
тов
подготовки современного
при
постоянно
усложняющихся
горного
инженера, способного
горно-геологических
условиях
успешно решать проблемы хозяйственного освоения недр Земли.
В структуре геологической подготовки студентов горных
специальностей курс «Разведка месторождений полезных иско­
паемых» занимает одно из ведущих мест. Поиски и разведка ме­
сторождений полезных ископаемых
-
самостоятельная наука
геологического цикла. Как и всякая другая наука, она имеет
свои предмет (месторождения и проявления полезных ископае­
мых), цель (обеспечение народного хозяйства промышленными
запасами минерального сырья) и методы исследования (созда-
5
ние
систем
разрезов,
опробование
и
геолого-экономическая
оценка). В соответствии с главной целью рассматриваемой нау­
ки ее основной задачей считается геолого-промышленная оцен­
ка недр.
Данный учебник написан на основе конспекта лекций по
одноименному курсу, который автор читает в МГИ-МГГУ бо­
лее
15
лет. Хотя этот учебник предназначен студентам горных
специальностей высших учебных заведений, он содержит ин­
формацию, которая может заинтересовать и рудничных геоло­
гов.
Отдельные разделы учебника написаны автором совместно
с Л.Н. Ларичевым (раздел
В.А. Дунаевым (разделы
(раздел
3.4),
3.2), Т.В. Тищенко (разделы 6.4 и 6.5),
2.2, 3.5 и 4.6) и В.С. Круподеровым
которым автор выражает искреннюю благодар­
ность. Автор признателен также
B.ll.
Зервандовой, И.А. Чест­
ной и М.В. Щекиной за помощь при подготовке рукописи к из­
данию.
СИСГЕМА
ГЕОЛОГИЧЕСКОГО
ИЗУЧЕНИЯ НЕДР
И МЕТОДОЛОГИЯ
РАЗВЕДКИ
МЕСГОРОЖ,ЦЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЬIХ
1.1.
Система геологического
изучения
1.2.
недр
Классификация запасов
месторождений и прогнозных
ресурсов
твердых
полезных
ископаемых
1.3.
и
Геологическая съемка
поиски
1.4.
Методология разведки
месторождений полезных ископаемых
Глава
1
1.1.
СИСТЕМА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО
ИЗУЧЕНИЯ НЕДР
Геологическое изучение недр в России проводится последо­
вательно и планомерно, чтобы не только получить необходимую
геологическую информацию о недрах, но и своевременно вы­
явить промышленные и отбраковать непромышленные скопле­
ния полезных ископаемых. В общей системе геологического
изучения недр можно
выделить четыре основных этапа:
геоло­
гическая съемка территории; поиски месторождений полезных
ископаемых; их разведка; эксплуатация (разработка) месторож­
дений. Этапы геологического изучения включают в себя не­
сколько последовательных стадий:
1)
региональное
геологическое изучение территории
РФ,
которое, в свою очередь, разбивается на две подстадии:
•
региональные
масштаба
•
геолого-геофизические
исследования
1: 1 000 000- 1:500 000;
региональные геофизические, геолога-съемочные, гидро­
геологические
и
инженерно-геологические
1:200 000 ( 1: 100 000);
2) геолого-съемочные
работы масштаба
работы
масштаба
1:50 000 ( 1:25 000)
с общими поисками;
3)
4)
5)
поисковые работы;
поисково-оценочные работы;
предварительная разведка;
б) детальная разведка;
7)
доразведка месторождения: а) не освоенного промыш­
ленностью; б) разрабатываемого;
8)
эксплуатационная разведка.
На каждой стадии геологического изучения недр осуществ­
ляется
их геолого-промышленная оценка, заключающаяся в оп­
ределении действительной или возможной значимости изучае­
мого участка земной коры, в котором содержатся или могут со­
держаться скопления полезной минерализации или же предпо-
9
лагается горное строительство. С этой целью исследуются со­
став и строение горных пород и полезного ископаемого, условия
залегания,
степень
и
характер тектонической
нарушенности,
гидрогеологические и инженерно-геологические характеристики
месторождения, географо-экономические условия района и др.
Геолого-промышленная оценка, как и геологическое изуче­
ние,
процесс непрерывный. Это означает, что каждое новое
-
описание обнажения, скважины, каждый результат исследова­
ния пробы необходимо учитывать, и по этим данным должны,
если необходимо, вноситься коррективы в оценку на всех этапах
промышленного освоения.
На предпроектных этапах промышленного освоения недр
геолого-промышленная оценка заключается
в предварительном
изучении геологических условий и определении прогнозных ре­
сурсов, а в случае, если промышленное значение месторождения
не вызывает сомнений, то и в подсчете запасов.
На этапе проектирования горно-добывающего предприятия
или
объекта
горного
строительства
результатом
геолого­
промышленной оценки должно быть выявление с необходимой
степенью достоверности всех пространственно-морфологичес­
ких, объемно-качественных, гидрогеологических и инженерно­
геологических факторов и показателей осваиваемого природно­
го объекта.
На дальнейших этапах промышленного освоения геолого­
промышленная
оценка
осуществляется
в
процессе
получения
новых знаний о геологических особенностях объекта и с учетом
изменения технико-экономических показателей и условий его
освоения. Таким образом, необходимую геологическую инфор­
мацию для геолого-промышленной оценки недр на предпроект­
ных этапах их освоения получают в результате комплексной
геологической съемки, поисков и разведки разной степени де­
тальности,
а на
последующих этапах
-
по данным доразведки
(разведки в пределах горного отвода), эксплуатационной раз­
ведки и геологического обеспечения горно-эксплуатационных
работ.
10
1.2.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ПРОГНОЗНЫХ
РЕСУРСОВ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Итогом геолого-промышленной оценки месторождения яв­
ляется подсчет запасов и оценка прогнозных ресурсов полезных
ископаемых или определение горно-геологических условий гор­
ного строительства.
Утвержденная в
1997
г. новая Классификация запасов ме­
сторождений и про1·нозных ресурсов твердых полезных иско­
паемых устанавливает единые для России принципы оценки
прогнозных ресурсов,
подсчета и
государственного учета запа­
сов по степени изученности и народнохозяйственному значе­
нию, а также условия определения подготовленности месторож­
дений для промышленного освоения. Государственному учету
подлежат
выявленные
и
экономически
оцененные
запасы
по­
лезных ископаемых, количество и качество которых, хозяйст­
венное
значение,
логические
горно-технические,
и другие условия
гидрогеологические,
подтверждены
эко­
государственной
экспертизой.
Под запасами и прогнозными ресурсами понимается коли­
чество
полезного
ископаемого
и
полезных компонентов
в
пре­
делах месторождения (проявления) или его участка, определен­
ное в недрах, т.е. без вычета потерь при добыче, транспортиров­
ке, обогащении и переработке. Запасы строительных материа­
лов подсчитываются (прогнозные ресурсы
оцениваются) в
-
объемном выражении, других полезных ископаемых- по массе.
Запасы подсчитываются и учитываются, а прогнозные ре­
сурсы оцениваются всеми недрапользователями по каждому ви­
ду
полезных
ископаемых
и
направлениям
их
возможного
про­
мышленного использования.
Запасы nодсчитываются по месторождениям (участкам) на
основании
результатов
геологоразведочных
и
эксплуатацион­
ных работ, выполненных в процессе их изучения и промышлен­
ного освоения. Прогнозные ресурсы оцениваются в целом по
11
бассейнам, рудным районам, узлам, полям, рудопроявлениям,
флангам и глубоким горизонтам месторождений, исходя из бла­
гоприятных геологических предпосылок и обоснованной анало­
гии
с
известными
месторождениями,
а
также
по
результатам
геологосъемочных, геофизических и геохимических работ.
В
комплексных
месторождениях
подлежат
обязательному
подсчету и учету запасы основных и совместно с ними залегающих
полезных ископаемых, а также
содержащихся
в
них основных
и
попутных полезных компонентов (металлов, минералов, химиче­
ских элементов и их соединений), целесообразность промышлен­
ного использования которых определена кондициями для подсчета
запасов. При этом запасы попутных компонентов, накапливаю­
щихся при обогащении в товарных концентратах или продуктах
металлургического передела, подсчитываются и учитываются как в
недрах, так и в извлекаемых вышеназванных продуктах.
Раздельному государственному учету подлежат запасы по­
лезных ископаемых разрабатываемых, вводимых в эксплуата­
цию, намеченных к разработке и разведываемых месторожде­
ний и запасы резервных разведанных и резервных оцененных
месторождений.
Запасы полезных ископаемых и содержащихся в них полез­
ных компонентов по
ются
на две
счету
и
их экономическому значению подразделя­
основные
учету:
группы,
балансовые
подлежащие
раздельному
(экономические)
и
под­
забалансовые
(потенциально экономические).
Балансовые
(экономические)
запасы
подразделяются
на:
1)
запасы, извлечение которых на момент оценки, согласно
технико-экономическим расчетам, экономически эффективно в
условиях
конкурентного
рынка
при
использовании
техники
и
технологии добычи и переработки сырья, обеспечивающих со­
блюдение требований по рациональному использованиrо недр и
охране окружающей среды;
2)
запасы, извлечение которых на момент оценки, согласно
технико-экономическим расчетам, не обеспечивает экономиче­
ски приемлемую эффективность их разработки в условиях кон-
12
курентного рынка из-за низких технико-экономических показа­
телей, но освоение которых экономически возможно при осуще­
ствлении со стороны государства специальной поддержки не­
дропользователя
в
виде
налоговых
льгот,
субсидий
и
т.п.
(гранично экономические или пограничные запасы).
Забалансовые (потенциально экономические) запасы под­
разделяются на:
1)
запасы, отвечающие требованиям, предъявляемым к ба­
лансовым запасам, но использование которых на момент оценки
невозможно по горно-техническим, правовым, экологическим и
другим обстоятельствам;
2)
запасы, извлечение которых на момент оценки, согласно
технико-экономическим
расчетам,
экономически
нецелесооб­
разно ввиду низкого содержания полезного компонента, малой
мощности тел полезного ископаемого или особой сложности ус­
ловий их разработки или переработки, но использование кото­
рых в ближайшем будущем может стать экономически эффек­
тивным
в результате
повышения
цен
на
минерально-сырьевые
ресурсы или при техническом прогрессе, обеспечивающем сни­
жение издержек производства.
Забалансовые запасы подсчитываются и учитываются, если
технико-экономическими
расчетами
их сохранения в недрах для
установлена
последующего
возможность
извлечения
или це­
лесообразность попутного извлечения, складирования и сохра­
нения для использования в будущем. При подсчете забалансо­
вых запасов
производится
их
подразделение
в зависимости
от
причин отнесения к забалансовым (экономических, технологи­
ческих, горно-технических, экологических и т.п.).
Оценка балансовой принадлежности запасов полезных ис­
копаемых осуществляется
на основании специальных технико­
экономических обоснований, подтвержденных государственной
экспертизой. В этих обоснованиях должны быть предусмотрены
наиболее эффективные способы разработки месторождений, да­
на их стоимостная оценка и предложены параметры кондиций,
обеспечивающие максимально полное и комплексное использо­
вание запасов с учетом требований природаохранного законода­
тельства.
13
В зависимости от степеии изучетюсти соответствующих
участков месторождения выделяют четыре категории запасов
полезных ископаемых: А, В, С 1 и С 2 • При этом запасы категорий
А, В и С 1 называются разведанными, а категории С 2 предва­
рительно оцененными. Для отнесения запасов к той или иной
категории с различной степенью детальности изучаются
странетвенно-морфологические
паемого (табл.
стики
(7-1 0),
1.1,
показатели
особенности
полезного
качественные характери­
1--6),
горно-технические условия (показатель
ме показателей, приведеиных в табл.
про­
иско­
1.1,
11 ).
Кро­
для определения при­
надлежности запасов к соответствующей категории необходимо
исследование технологических свойств полезного ископаемого
с детальностью, достаточной для категории А,
-
для составле­
ния проекта технологической схемы, для категории В
-
для
выбора принципиальной технологической схемы, для категорий
С 1 и С 2 - для обоснования промышленной ценности полезного
ископаемого.
Таким образом, категории запасов характеризуют не столь­
ко точность определения
полезных
компонентов,
количества
сколько
полезного
полноту
ископаемого
и достоверность
и
изу­
чения геологических и горно-технических особенностей соот­
ветствующего участка месторождения полезных ископаемых.
Прогнозные ресурсы обычно оцениваются на начальных
стадиях геологического изучения недр. В зависимости от де­
тальности
проведеиных исследований
и достоверности полу­
ченных данных выделяют три категории
Р1,
Pz
прогнозных ресурсов:
и Рз.
Прогнозные ресурсы категории Р 1 оцениваются, как прави­
ло, на флангах эксплуатируемых месторождений и учитывают
возможность
прироста
запасов
за
счет
расширения
площади
разведки за контуры запасов категории С 2 . Ресурсы этой катего­
рии подсчитываются по результатам поисково-оценочных работ
на основе геологических, геофизических и геохимических ис­
следований, по данным геологической экстраполяции количест­
ва и качества полезного ископаемого, а также принимая во вни­
мание литологические, стратиграфические и структурные пред­
посылки локализации оруденения.
14
Таблица
/.1
Характеристики необходимой степени изученности запасов разных категорнА
Изучаемые характерисrnки
Категории запасов
в
А
с1
Cz
Простране твенно-морфологические
1.
Размеры тел полезных ископае-
Установлены
Установлены пол-
мых
полностью
н остью
2.
Тоже
Установлены
Формы тел полезных ископаемых
новные
ос-
Выяснены
Выяснены
особенно-
сти
3. Условия
залегания
r--"-
Тоже
Установлены
ос-
Оценены
по
ским
сти
данным и подтверждены
и
геофизическим
единичными
ками
4.
Характер и закономерности из-
Изучены
Тоже
r--"-
менчивости морфологии и внутреннего строения тел
5.
Безрудные инекондиционные уча- Выделены и
стки внутри тел полезных ископае-
оконтурены
мых
6.
Разрывные нарушения
Установлены зако- Оценена
номерности
мещения
определены ам-
крупные,
плитуды
частота
возможпрерыви-
стости
Оценена
возмож-
оценена ность наличия
встречае-
мости мелких
IJI
раз- н ость
Установлены все, Установлены
геологиче-
новные особенно-
выработ-
Окончание табл.
0\
Изучаемые факторы и показатели
1.1
Категории заnасов
в
А
1
с1
с2
Качественные
1
7.
Природные разновидности
(минеральные тиnы) nолезных ис-
Установлены
Оnределены
nолностью
Оnределены по
всем nоказателям
коnаемых
8.
Промышленные (техно-
логические) сорта руд
Установлены и
Выделены, уста-
Установлены об-
оконтурены
новлены соотноше-
щие закономер-
ния между ними
ности расnреде-
ления
9.
Состав, свойства, расnределение Установлены
ценных и вредных комnонентов
nолностью
Установлены мине-
Установлены ми- Оnределены
ральные формы
неральные формы ным лабораторным пробам
или
по
наблюдениям
либо по аналогии
10. Характеристика качества по
nоказателям кондиций
Оnределена по
Оnределена по всем
Оnределена по
всем nоказателям
nоказатеJUiм
всем nоказателям
Горно-технические
11.
Инженерно-геологические и
гидрогеологические условия
---
Установлены
Оnределены основ- Дана nредвари-
nолностью
ные nоказатели их
тельная характе-
влияния на вскры-
ристика основных
тие и разработку
nоказателей
единич-
Прогнозные ресурсы категории Р 2 характеризуют возмож­
ность обнаружения новых месторождений на основе выявлен­
ных при крупномасштабной геологической съемке проявлений
полезной минерализации, а также геофизических или геохими­
ческих аномалий, природа которых установлена единичными
выработками. Количественная оценка прогнозных ресурсов ка­
тегории Р2 осуществляется по предварительным параметрам по
аналогии с известными месторождениями.
Прогнозные ресурсы категории Р 3 позволяют оценить по­
тенциальные
возможности
наличия
новых
промышленных
ме­
сторождений на основе стратиграфических, литологических и
тектонических
предпосылок,
выявленных
при
геологической
съемке. Количественная оценка прогнозных ресурсов этой кате­
гории проводится по предположительным параметрам по анало­
гии с существующими продуктивными районами и областями
распространения полезных ископаемых.
Классификацией запасов все месторождения полезных ис­
копаемых объединены в четыре группы по сложности геологи­
ческого строения изменчивости качества и условий залегания
полезных ископаемых.
К 1-и группе относятся месторождения или их участки про­
стого строения с ненарушенными или слабонарушенными усло­
виями
залегания,
выдержанными
мощностью,
внутренним
строением, качеством и с равномерным распределением
полез­
ных компонентов. На подобных объектах разведка может про­
водиться с детальностью, обеспечивающей подсчет запасов до
категорий А и В.
2-я группа включает в себя месторождения или их участки
со сложным геологическим строением, а именно: либо с измен­
чивыми мощностью и внутренним строением, либо с нарушен­
ным
залеганием
и
невыдержанным
качеством
полезного
иско­
паемого, либо с неравномерным распределением полезных ком­
понентов. К этой же группе принадлежат месторождения углей
и
солей
простого
строения,
но
с
очень
сложными
горно­
геологическими условиями. Эти месторождения разведывать до
детальности, соответствующей категории А, нецелесообразно.
17
3-я груnпа объединяет месторождения или их участки очень
сложного
геологического
строения,
которые
характеризуются:
резкой изменчивостью мощности и внутреннего строения или
интенсивно нарушенным залеганием, или невыдержанным каче­
ством и весьма неравномерным расnределением
nолезных ком­
nонентов. На этих месторождениях нецелесообразно разведы­
вать заnасы даже до категории В.
В 4-ю групnу входят месторождения или их участки весьма
сложного геологического строения. Особенности месторожде­
ний этой груnnы
него
резкая изменчивость мощности и внутрен­
-
строения тел
nолезных
искоnаемых
или
интенсивные
на­
рушения залегания, а также невыдержанность качества и весьма
неравномерное расnределение nолезных комnонентов. Разведка
этих месторождений требует большого объема nодземных ра­
бот.
Приведеиная
груnnировка
месторождений
по
сложности
геологического строения исnользуется для разведки, обусловли­
вает требования к nодсчету заnасов месторождений и nоложена
в основу сnециальных Инструкций ГКЗ по nрименению Клас­
сификации заnасов к месторождениям nрактически всех видов
минерального сырья.
Промышленное назначение заnасов различных категорий в
значительной мере зависит от сложности геологического строе­
ния.
На месторождениях
1-й груnnы заnасы категории А ис­
nользуют для текущего nроектирования добычи (составления
nланов горных работ в nределах года) и оnеративного уnрав­
ления горными работами. Заnасы категории В (точнее, сумма
заnасов категорий А и В) исnользуются для nерсnективного
(более
1
года) nланирования горных работ, обоснования каnи­
тальных вложений в строительство горно-добывающего nред­
nриятия и составления технического nроекта разработки ме­
сторождения. Заnасы категории С 1 на новых, еще не эксnлуа­
тируемых месторождениях nрименяют для составления nроек­
тов детальной разведки, а на разрабатываемых
вания
18
nерсnективных
nланов
развития
или
-
для обосно­
реконструкции
на
длительный срок (более
5
лет), а также для составления проек­
тов доразведки. Запасы категории С 2 на действующих место­
рождениях обычно во внимание не принимаются (за исключе­
нием весьма крупных и хорошо изученных), а на новых
-
служат для обоснования направления и объемов дальнейших
геологоразведочных работ.
На месторождениях 2-й группы сложности геологического
строения назначение запасов категории А выполняют запасы
категории В, а категории В- С 1 •
На месторождениях 3-й группы функции запасов категорий
А и В переходят к С 1 , а на месторождениях 4-й группы даже за­
пасы категории С 2 учитываются для перспективного планирова­
ния и обоснования капитальных вложений.
Классификации запасов полезных ископаемых, действую­
щие за рубежом, построены по тем же двум принципам: степени
изученности (вероятности наличия) и экономической целесооб­
разности (рентабельности) их добычи и разработки.
Классификации. существующие в европейских странах,
близки к классификации, принятой в России. В них лишь не­
сколько отличаются требования к степени изученности раз­
личных категорий. В большинстве капиталистических и раз­
вивающихся стран
используются отдельные
частные
класси­
фикации. Однако, в США, Канаде и Германии государствен­
ными геологическими органами приняты классификации, ре­
комендуемые для общего использования. Например, в США
по
степени
изученности
выделяют
(ресурсов): необнаруженные
(identified).
на
две
запасов
и установленные
(speculative) и. гипо­
и три установленных предполо­
исчисленные (indicated) и измеренные
(hypothetical)
жительные (iпferred),
(measured).
(undiscovered)
группы
В свою очередь, различают две категории необ­
наруженных ресурсов
тетические
две
теоретические
По рентабельности разработки ресурсы делятся
группы:
запасы
(reservos)
и
условные
ресурсы
(conditional recources).
19
1.3.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА
и поиски
Основная цель геологической съемки
-
комnлексное изу­
чение nоверхностной части земной коры и выделение на этой
основе nерсnективных для выявления месторождений nолезных
искоnаемых участков, nодлежащих более детальному исследо­
ванию. Геологическая съемка осуществляется nутем неnосред­
ственных геологических наблюдений (документация естествен­
ных и искусственных обнажений), дешифрирования аэро-
и
космических фотоснимков и nроведения геофизических, геохи­
мических, nетрографических и других видов сnециальных гео­
логических исследований. По результатам геологической съем­
ки составляются не только собственно геологическая, но и ряд
сnециальных карт: тектоническая, геоморфологическая, метал­
логеническая, гидрогеологическая, карта геофизических и гео­
химических аномалий и др. Карты соnровождаются nодробной
nояснительной
заnиской,
в
которой
характеризуются
геоло­
гическое строение и история геологического развития района,
объясняется nрирода обнаруженных аномалий, обосновываются
установленные nоисковые nризнаки и nредnосылки.
В зависимости от масштабов составляемых карт и, следова­
тельно, от детальности и объема исследований геологическая
съемка nодразделяется на обзорную (масштабы от
1: 100 000 000
1:500 000), региональную (масштабы от 1:200 000 до
1:50 000) и локальную, или круnномасштабную (масштабы от
l :25 000 до l: l 000).
Если no результатам геологической съемки выявлены nоис­
до
ковые nризнаки и nредnосылки или геофизические и геохими­
ческие аномалии, nрирода которых может быть связана с нали­
чием nолезных искоnаемых, то nроводятся геологические nоис­
ки. Они nредставляют собой комnлекс разнообразных исследо­
ваний и работ, выnолняемых с целью оценки nромышленного
значения nроявлений nолезной минерализации или nоисковых
nризнаков
и
nредnосылок,
ческой съемки.
20
установленных
в
nроцессе
геологи­
Поисковыми признаками считаются какие-либо конкрет­
ные факты, указывающие на наличие в данном районе полезной
минерализации. Они могут быть как геологического (выходы
полезного ископаемого на поверхность, обломки его в делювии
и аллювии, nовышенная концентрация основных и сопутствую­
щих элементов в nочве и золе растений и др.), так и не геологи­
ческого
характера
(например,
историко-археологического
-
находки древних горных выработок, остатков плавильных пе­
чей, соответствующая тоnонимика, мифы и др.).
Поисковые предпосылки или критерии
-
это геологиче­
ские факты, прямо или косвенно свидетельствующие о возмож­
ности обнаружения в данном районе полезных ископаемых. К
ним относятся различные геологические факторы стратиграфи­
ческого,
литологического,
магматического
или тектонического
характера, определяющие условия образования или локализации
полезных ископаемых.
Геологические поиски выполняют поэтапно с последова­
тельным увеличением детальности исследований: общие поиски
масштаба
1:50 000 ( 1:25 000); поисковые работы масштабов
1:25 000 - 1:5 000; поисково-оценочные работы масштабов
1:5 000- 1: 1 000. Каждый последующий этап организуется, ес­
ли на предыдущем получены положительные результаты.
В
процессе
поисков
проводят визуальные
геологические
наблюдения, зарисовывают и описывают естественные и искус­
ственные обнажения, nроходят nростейшие горные выработки
(закопушки, расчистки, небольшие канавы и шурфы), отбирают
пробы nолезного ископаемого и вмещающих пород, которые за­
тем анализируют и исnытывают для оценки качественных nока­
зателей, осуществляют разнообразные геофизические измерения
и исследования.
Основные задачи общих поисков
тивности
поисковых
признаков
и
-
проверка перспек­
предпосылок
и
выяснение
природы геофизических и геохимических аномалий, обнару­
женных
в
процессе
геологической
съемки.
Геолого-nро­
мышленная оценка исследованной территории на данной ста­
дии заключается в определении прогнозных ресурсов катего-
21
рии Р 2 и выделении участков, перспективных для постановки
дальнейших поисков.
Поисковые, а затем поисково-оценочные работы выполня­
ются на участках, где полезное ископаемое уже обнаружено.
Они сопровождаются небольшими объемами горных работ, хи­
мических анализов и геофизических исследований. Их задача
состоит в геолого-промышленной оценке проявления полезного
ископаемого. Поскольку количественные измерения в процессе
поисков проводятся в небольшом объеме и, как правило, недос­
таточном для подсчета запасов даже по категории С 2 , основой
геолого-промышленной оценки служат не расчеты, а обосно­
ванные предположения о форме и размерах тел полезных иско­
паемых, их качественных показателях и горно- технических ус­
ловиях разработки. Основной способ оценки
аналогия, т.е.
-
сравнение параметров обнаруженного проявления с уже изучен­
ными месторождениями полезных ископаемых.
Сравнению (аналогии) подлежат в обязательном порядке
следующие параметры:
1)
масштаб месторождения (общее количество полезного
ископаемого, число и размеры тел и др.);
2)
качество полезного ископаемого (содержание полезных и
вредных
компонентов,
текстурно-структурные
характеристики,
минеральный состав и др.);
3)
продуктивность месторождения (количество полезного
ископаемого на единицу площади или объема месторождения);
4)
горно-технические условия (крепость, устойчивость по­
лезного ископаемого и вмещающих пород,
гидрогеологические
и инженерно-геологические характеристики и др.);
5)
ность
экономико-географические условия района (обеспечен­
энергией,
стройматериалами,
трудовыми
ресурсами,
транспортные связи, рельеф, климат, возможности водоснабже­
ния и др.).
Конечным итогом таких сравнений является оценка про­
гнозных ресурсов по категориям Р 2 или Р 1 (по результатам по­
исковых работ) и подсчет запасов по категории С 2 (на стадии
поисково-оценочных работ).
22
1.4.
МЕТОДОЛОГИЯ РАЗВЕДКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Разведка месторождений nолезных искоnаемых nредставля­
ет собой комnлекс исследований и необходимых для их выnол­
нения
работ,
наnравленных
на
оnределение
nромышленного
значения месторождений. Разведкой завершается геологическое
изучение данного участка недр на nредnроектной стадии его
nромышленного освоения.
1.4.1.
ЗАДАЧИ РАЗВЕДКИ
Конечной целью разведки, ее результатом в количествен­
ном выражении является nодсчет заnасов nолезного искоnаемо­
го и nолезных комnонентов. Поэтому главная задача разведки
-
это оnределение количества и качества nолезного искоnаемо­
го, содержащегося в месторождении. Количество nолезного ис­
коnаемого может быть nодсчитано nутем выявления объема, за­
нимаемого им в nространстве. Следовательно, для решения этой
задачи в nроцессе разведки изучаются форма, размеры, условия
залегания и нарушенность тел nолезных искоnаемых.
Показатели
качества
nолезного
искоnаемого
nредоnреде­
ляются его nромышленным назначением. Так, для металличе­
ских руд и агрохимического сырья
важно установить содержа­
ние nолезных и вредных комnонентов и соединений, для строи­
тельных материалов
тоnлива
-
-
физические свойства, для минерального
теnлоту сгорания и зольность и др. Качество сырья
обусловлено не только основными кондиционными nоказателя­
ми, но и характером расnределения этих nоказателей в объеме
месторождения,
а
также
наличием
различных
минеральных
и
nромышленных сортов и тиnов nолезного искоnаемого и их вза­
имным расnоложением. Оценивается качество nолезного иско­
nаемого, исходя из возможностей и условий его дальнейшей nе­
реработки,
функцией
т.е.
технологических
минерального
и
свойств,
химического
которые
состава,
являются
текстурно­
структурных характеристик и физико-химических свойств.
23
Таким образом, для оценки качества полезного ископаемого
в процессе разведки устанавливаются вещественный (минераль­
ный и химический) состав полезного ископаемого, его струк­
турно-текстурные характеристики, физико-химические свойства
и особенности распределения всех качественных показателей в
пространстве.
Однако, определение количества и качества полезного ис­
копаемого
-
не
единственные
задачи,
решаемые
в
процессе
разведки, так как этой геологической информации недостаточно
для эффективной эксплуатации месторождения. Проектирова­
ние, а тем более строительство горно-добывающего предпри­
ятия, базируется также на ряде других сведений, характеризую­
щих месторождение и район его размещения. Это, прежде всего,
горно-технические условия: глубина залегания месторождения;
отношение тел полезных ископаемых к формам рельефа; воз­
можность развития особых инженерно-геологических явлений
(карст, сейсмичность, склонность руд к самовозгоранию и др.);
физико-механические и водно-физические свойства полезного
ископаемого
и
вмещающих
пород;
количество
и
взаимосвязь
водоносных горизонтов, их водообильность, химический и бак­
териальный состав подземных и поверхностных вод и др. Кроме
того, необходимы сведения экономико-географического харак­
тера: промышленная освоенность района, климат, рельеф, энер­
гетические
ресурсы,
транспортные
возможности,
обеспечен­
ность питьевой и технической водой, строительными материала­
ми и др.
Таким образом, основная задача разведки
-
получение не­
обходимой и достаточной информации о геологических, горно­
технических и экономических условиях освоения месторожде­
ния.
1.4.2.
ПРИНЦИПЫ РАЗВЕДКИ
Месторождения полезных ископаемых представляют собой
природные тела с разнообразными и изменчивыми свойствами.
Однако, несмотря на индивидуальность строения каждого ме­
сторождения, в основу разведки любого из них могут быть по-
24
ложены единые nринциnы, так как геологоразведочный nроцесс
осуществляется
тельных
сил
и
на
оnределенном
nреследует
одну
уровне
цель
-
развития
nроизводи­
выявление
в
недрах
nромышленных заnасов nолезных искоnаемых.
Разведка месторождений nолезных искоnаемых
-
очень
дорогостоящий и nорой длительный nроцесс, требующий уча­
стия многих сnециалистов и значительных затрат материальных
ресурсов. В то же время, в результате разведки не nроизводятся
материальные ценности. Ее итогом является информация о не­
драх, от достоверности и nолноты которой зависит эффектив­
ность дальнейшего nромышленного освоения
месторождения.
Поэтому основные nринциnы разведки nостроены на геологиче­
ской
основе
и
исходят
из
главного
nринциnа
-
народно­
хозяйственной целесообразности. Эти nринциnы таковы:
1) nолнота исследований;
2) nоследовательные nриближения;
3) равномерность (равная достоверность);
4) наименьшие материальные и трудовые затраты;
5) наименьшие затраты времени.
\. Принцип полноты исследований. Заключается
в необ­
ходимости изучения с той или иной стеnенью детальности всего
объема, занимаемого месторождением, т.е. в результате nрове­
деиной разведки должна быть дана оценка всем телам nолезных
искоnаемых и месторождению в целом. Соблюдение данного
nринциnа nредусматривает выnолнение ряда требований, ос­
новные из которых следующие:
•
nолное оконтуривание всего месторождения и, если в его
состав входит несколько тел, оконтуривание всех тел nолезных
искоnаемых;
•
nолное nересечение разведочными выработками каждого
тела nолезного искоnаемого или nродуктивной зоны минимум в
двух точках;
•
всестороннее изучение качественных nоказателей полез­
ного искоnаемого и всех соnутствующих ему минеральных ско­
nлений;
•
комnлексное изучение месторождения.
25
Первое требование принципа полноты исследований выте­
кает из необходимости оценки всех возможных перспектив ме­
сторождения. В противном случае не исключены как напрасные
затраты
на
проявления,
слишком
так
и
детальное
изучение
неоправданные
непромышленного
задержки
с
вовлечением
в
эксплуатацию промышленных месторождений.
Рассматривая требование полноты оконтуривания, не сле­
дует забывать, что его выполнение не связано с обязательным
использованием горных выработок или других дорогостоящих
технических средств для оконтуривания
всей
перспектинной
площади. Естественно, что надежность и точность определения
границ
месторождения
или
отдельных
тел
полезных
ископае­
мых будут определяться, исходя из их масштабов и детальности
разведки, с учетом сроков последующей отработки. Однако об­
щие
контуры
месторождения
или
поля
полезных
ископаемых
должны быть хотя бы приближенно установлены на самых на­
чальных этапах разведки. При разведке особо крупных место­
рождений оконтуривание, безусловно, должно проводиться по
частям, а общие контуры поля распространения полезного иско­
паемого выявляться с привлечением геофизических методов и
геолого-структурного картирования.
Необходимость соблюдения этого требования можно про­
иллюстрировать таким примером. Одно из месторождений золо­
та
в течение
нескольких
промышленного
лет
освоения,
признавалось
так
как
не
заслуживающим
оценивалась
только
цен­
тральная, относительно небольшая жила и не изучались вме­
щающие породы, которые, как оказалось при более полном ис­
следовании, были пронизаны густой сетью мелких золотосо­
держащих
прожилков,
распространяющихся
на
значительную
площадь и глубину. В результате это небольшое «проявление»
оказалось промышленным месторождением.
Обязательность выполнения второго требования принци­
па полноты исследований
-
лезного
продуктивной зоны
ископаемого
или
полного пересечения тела по­
-
очевидна.
Только при полном, от контакта до контакта, пересечении те­
ла
26
полезного
ископаемого
можно
установить
его
мощность,
условия
залегания,
nромышленных
расnределение
тиnов
nолезного
минеральных
искоnаемого
сортов
и
и
nолезных
комnонентов.
Необходимость соблюдения третьего требования
всесто­
-
роннего изучения качества основного nолезного искоnаемого и
всех соnутствующих комnонентов
всего,
тем,
что
в
nрироде
-
обосновывается, nрежде
nрактически
нет
мономинеральных
руд. Большинство месторождений черных и цветных металлов
содержат несколько nолезных комnонентов, в том числе редкие
и рассеянные элементы, а в таком, казалось бы, «nростом)), nо­
лезном
искоnаемом,
как
уголь,
нередко
отмечаются
ленные концентрации ценнейших комnонентов
-
nромыш­
ванадия, ура­
на, германия и др. Кроме того, вблизи тела основного nолезного
искоnаемого или совместно с ним иногда расnолагаются обо­
собленные скоnления другого nолезного искоnаемого (уголь и
огнеуnорные глины, уголь и железные руды, железные руды
и
бокситы, nолиметаллы и флюорит, nолиметаллы и барит и др.).
Причем, нередко эти nолезные искоnаемые самостоятельного
nромышленного значения не имеют, но их разработка nоnутно с
основным
существенно
улучшает
экономические
nоказатели
горно-добывающего nредnриятия.
Четвертое требование- комnлексность изучения
-
выте­
кает из общих задач разведки. Оно означает, что в nроцессе гео­
логоразведочных работ должны изучаться не только nоказатели,
характеризующие количество
и качество nолезного искоnаемо­
го, но и все другие геологические и горно-технические условия,
т.е. nрименяемые технические средства должны обесnечивать
возможность
выnолнения
гидрогеологических
и
инженерно­
геологических исследований и исnытаний.
В заключение необходимо отметить, что nринциn nолноты
исследований не является абсолютным, т.е. он не требует абсо­
лютно nолного и детального изучения всего месторождения од­
новременно. Этот nринциn должен соблюдаться в соответствии
с уровнем развития техники и технологии и исходить из заnро­
сов nрактики.
27
Принцип
2.
последовательных
приближений.
Преду­
сматривает постепенное, поэтапное наращивание объема сведе­
ний о месторождении. Он прямо связан с принципом полноты
исследований. В результате разведки должны быть собраны не­
обходимые, но достаточные для проектирования и эксплуатации
данные о строении
лезного
месторождения,
ископаемого,
количестве
горно-технических
и
качестве
условиях
его
по­
разра­
ботки. Однако, далеко не все обнаруженные проявления полез­
-
ной минерализации могут иметь промышленное значение
в
среднем только одно из двухсот проявлений оказывается место­
рождением. Более того, многие проявления, оцененные на на­
чальных
стадиях
исследования
как
перспективные,
при
даль­
нейшем изучении признавались не представляющими промыш­
ленного интереса.
Вместе с тем, сразу получить достаточно
полные и точные данные обо всем месторождении практически
невозможно, да и не всегда целесообразно, особенно в случае
его сложного строения или значительных масштабов.
Таким образом, необходимость соблюдения этого принципа
продиктована прежде
всего экономическими соображениями:
расходовать средства на разведку с наименьшим риском их не­
оправданных затрат или замораживания. Действительно,
при
постепенном увеличении детальности изучения можно своевре­
менно
прекратить
разведку,
если
выясняется,
что
месторожде­
ние непромышленное, и тем самым избежать неоправданного
расходования средств. Если же месторождение очень большое,
то разведка участков, которые будут разрабатываться через дли­
тельное время, означает преждевременную трату средств, т.е. их
замораживание или даже омертвление.
Принцип последовательных приближений
вополагающих,
-
необходимость следовать ему
один из осно­
предписывается
многочисленными постановлениями и инструкциями отраслевых
министерств и Государственной комиссии РФ по запасам (ГКЗ).
На практике этот принцип выражается в соблюдении ста­
дийности разведки. Как уже отмечалось, выделяются несколько
последовательных стадий разведки:
1)
28
поисково-оценочные работы;
2) nредварительная разведка;
3) детальная разведка;
4) до разведка (разведка в nределах
5) эксnлуатационная разведка.
земельного отвода);
Содержание и задачи стадий разведки будут рассмотрены в
следующем разделе.
3.
Принцип равномерности (равной достоверности). За­
ключается в необходимости равнодостоверного изучения всего
месторождения. Однако, выnолнение этого nринциnа не означает,
что все nункты наблюдений или разведочные выработки должны
расnолагаться на одинаковом расстоянии друг от друга во всех
наnравлениях. Равномерность должна быть геологическая, а не
геометрическая, т.е. разведочные выработки следует расnолагать
с учетом анизотроnии свойств nолезного искоnаемого.
Если,
наnример,
коэффициент
вариации
полезного комnонента по nростиранию тел
чем
вкрест
nростирания,
то
расnределения
в два раза меньше,
равнодостоверная
характеристика
показателей качества по всей nлощади тела будет nолучена, ко­
гда расстояние между разведочными выработками вкрест nро­
стирания
будет
(рис.
а размещение выработок «равномерно»
1.1 ),
в
два
раза
меньше,
чем
по
nростиранию
-
на одина­
ковых расстояниях по nростиранию и вкрест nростирания тела
(см. рис.
1.1,
б)- будет ошибочным, так как информация о рас­
пределении nолезного комnонента по nростиранию будет избы­
точной. Таким образом, nринциn равной достоверности не будет
соблюден, а затраты на nроведение доnолнительных выработок
окажутся излишними.
•
•
Рис.
1.1.
а
б
•
• • • •
•
• • • •
Расположение разведочных выработок с учетом анизотропии
своАств полезного ископаемого:
а
-
прав ильное; б
-
неправильное
29
Рассматриваемый принциn nредъявляет к технике и мето­
дике геологоразведочных работ следующие требования:
•
равномерность
освещения
разведочными
выработками
всего месторождения или участков, находящихся в одной и той
же стадии разведки;
•
равномерность размещения nунктов оnределения качест­
венных nоказателей nолезного искоnаемого
-
nунктов оnробо­
вания;
•
nрименение технических средств разведки, дающих со­
измеримые результаты;
•
исnользование равнозначных и равноточных методик ис­
следования вещества nолезного искоnаемого.
Необходимость требований равномерного (с геологической
точки зрения) освещения разведочными выработками всего ме­
сторождения и равномерного расnределения nунктов оnробова­
ния очевидна
если какие-либо участки месторождения не бу­
-
дут вскрыты разведочными выработками и оnробованы или ес­
ли на разных участках будут исnользоваться различные сети, то
nравильно оценить количество и качество nолезного искоnаемо­
го будет невозможно и, следовательно, главные задачи разведки
не будут выnолнены.
Однако, равномерность расnределения выработок на место­
рождении не следует nонимать буквально. В nрактике разведоч­
ных работ нередко одна часть месторождения находится в ста­
дии детальной разведки, а другая
-
в стадии nредварительной.
Естественно, что в таких случаях размещение
выработок (и
пунктов оnробования) в целом по месторождению не может
быть равномерным.
На решение главных задач разведки наnравлены также дру­
гие требования nринциnа равномерности. Действительно, нельзя
оценить с одинаковой достоверностью количество и качество
nолезного искоnаемого, если один участок месторождения раз­
ведуется горными выработками, а другой только геофизически­
ми методами или если качественные nоказатели в одном случае
оnределяются
химическими
венным данным.
30
анализами,
а
в
другом
-
по
кос­
4.
Принцип наименьших материальных и трудовых за­
трат. Означает, что объемы геологоразведочных работ должны
быть минимальными, но достаточными для выполнения основ­
ных задач разведки. Иначе говоря: выработок, исследований,
испытаний, анализов должно быть ровно столько, сколько необ­
ходимо для выявления с нужной степенью достоверности всех
характеристик
Очевидно,
разведуемого
что
месторождения
меньший объем
работ не
или
рудного тела.
позволит получить
нужной степени достоверности, а больший приведет к излиш­
ним затратам средств. При поисках оптимального соотношения
между максимальной достоверностью и минимальными затра­
тами средств следует помнить, что при достижении некоторого
значения точности показателя (разного, конечно, для разных ха­
рактеристик полезного ископаемого), увеличение точности на
долю
процента
вызывает
рост
затрат
на
несколько
процентов
или даже в несколько раз.
5.
Принцип наименьших затрат времени. Этот принцип
имеет наибольшее экономическое значение: чем быстрее за­
вершится
разведка,
месторождения
тем
и тем
скорее
раньше
можно
получить
начать
эксплуатацию
отдачу от
вложенных
на разведку средств. Если в промышленной значимости место­
рождения
нет сомнения, то ради сокращения сроков разведки
могут быть
принцип
нарушены другие
последовательных
принципы,
главным образом,
приближений,
т.е.
стадийность
разведки.
Итак, рассмотрены пять принципов разведки. Первый из
них отражает цель разведки, второй и третий
четвертый и пятый
-
-
методологию,
технико-экономические показатели гео­
логоразведочных работ. На первый взгляд, принципы разведки
противоречат друг другу: принцип полноты исследований, на­
пример,
принципу
наименьших
материальных
и
трудовых
за­
трат и некоторым требованиям принципа равномерности; прин­
ципы последовательных приближений и наименьших матери­
альных и трудовых затрат- принципу наименьших затрат вре­
мени и др. Однако, эти противоречия носят не антагонистиче­
ский характер. Более того, их наличие стимулирует разработку и
31
совершенствование важнейшей проблемы геологоразведочного
дела: достижения необходимой
и достаточной достоверности
исследования.
В геологоразведочном деле капиталистических стран под­
ход к принципам разведки совершенно иной. Методологиче­
ские принципы (полноты исследований, равномерности) обыч­
но соблюдаются, но вся разведка подчинена одной цели
-
скорейшему получению прибыли, скорейшей продаже запасов.
Поэтому главный
и практически единственный принцип
-
наименьших затрат времени. Как правило, разведка осуществ­
ляется в пределах наиболее богатых участков месторождения.
В случае, если месторождение или его часть окажется иереи­
табельной для разведки, в затратах на разведку предусмотрена
норма риска,
выражаемая в процентах от общей стоимости
разведки.
В угоду скорейшему получению прибыли часто нарушается
принцип полноты
исследований
-
изучается только главное
полезное ископаемое в пределах безусловно промышленного
контура,
а
бедные
участки,
вмещающие
породы,
горно­
технические условия либо вовсе не изучаются, либо их изучение
оставляют на долю разработчика месторождения. Например,
угольное месторождение Моатиз в Мозамбике, состоящее из се­
рии пластов угля средней и малой мощности, чередующихся с
песчаниками, было очень быстро разведано буровыми скважи­
нами с отбором керна только по наиболее мощному пласту
«Шинанча)), залегающему в основании угленосной толщи. В ре­
зультате
такой
разведки
остались
неизвестными
ни
горно­
технические условия, ни возможность отработки вышележащих
пластов, ни гидрогеологическая обстановка.
1.4.3. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИСТАДИЙ РАЗВЕДКИ
Как уже отмечалось, в соответствии с принципом последо­
вательных приближений геологоразведочный процесс осущест­
вляется в пять последовательных стадий разведки: поисково­
оценочные работы, предварительная разведка, детальная раз­
ведка, доразведка и эксплуатационная разведка.
32
В
практике
геологоразведочных
работ
стадии
разведки
обычно отчетливо отличаются друг от друга, особенно при раз­
работке новых месторождений с неясными промышленными
перспективами. В то же время при разведке месторождений
достаточно крупных или содержащих остродефицитное сырье
нередки
случаи,
когда
не
только
невозможно отделить стадии
друг от друга во времени, но и уже в процессе разведки начина­
ется строительство горно-добывающего предприятия.
1.
Стадия поисково-оценочных работ. Основные задачи
поисково-оценочных работ
-
установление промышленного
типа найденного проявления полезных ископаемых и его при­
ближенная геолого-экономическая оценка. Как правило, поис­
ково-оценочные работы приурочены к поверхности и тяжелые
технические средства (подземные горные выработки, глубокие
скважины) еще не применяются. На этой стадии проводится
первая отбраковка месторождений, и, по своей сути, поисково­
оценочные работы являются промежуточным звеном между
поисками и собственно разведкой. На основе данных поиско­
вых работ обычно разрабатываются технико-экономические
соображения о перспективах выявленного рудопроявления по­
лезных ископаемых (ТЭС), позволяющие принять обоснован­
ное решение о целесообразности и сроках проведения предва­
рительной разведки объекта (начальная оценка).
2.
Стадия
предварительной
предварительной разведки
-
разведки.
Главная
задача
общая оценка месторождения по­
лезных ископаемых. Для ее решения проводится следующий
комплекс работ:
1)
2)
выясняются общие размеры месторождения;
приближенно определяются форма, условия залегания,
мощность, интенсивность развития тектонических нарушений и
общие размеры тел полезных ископаемых;
3)
приближенно
оцениваются
качественные
показатели,
особенности распределения полезных и вредных компонентов,
минеральных типов и промышленных сортов, возможная схема
технологического процесса переработки или обогащения полез­
ного ископаемого;
зз
4)
проводится общая оценка инженерно-геологических и
гидрогеологических
условий
месторождения
и
экономико­
географической обстановки района его размещения.
На основе материалов предварительной разведки выполня­
ется ориентировочный подсчет запасов (по категориям С 1 и С 2 )
с целью оценки масштабов месторождения, а также составляет­
ся технико-экономический доклад (ТЭД), в котором дается эко­
номически обоснованная предварительная промышленная оцен­
ка месторождения, обосновываются предварительные кондиции
для отбраковки непромышленной части запасов. Если месторо­
ждение имеет очень большие размеры и дальнейшая разведка
всей
площади
нецелесообразна,
то
выделяются
(обосновы­
ваются) участки для постановки детальной разведки.
3.
Стадия детальной разведки. Основная задача детальной
разведки
--
изучить месторождение с полнотой и достоверно­
стью, достаточной для составления
проекта его разработки.
Проведение работ этой стадии требует вложения значительных
средств и большого времени. В общих затратах на разведку на
их долю приходится основная часть. Поэтому детальная развед­
ка начинается только, если принято решение о разработке ме­
сторождения. По результатам детальной разведки составляется
технико-экономическое обоснование (ТЭО) «постоянных» раз­
ведочных
кондиций,
утверждаемое
в установленном
порядке
ГКЗ Министерства природных ресурсов России, на основе кото­
рых осуществляются подсчет и завершающая разведочную ста­
дию детальная экономическая оценка запасов.
Детальная оценка служит основой для разработки приемле­
мого для банка документа, обеспечивающего целесообразность
и экономическую эффективность инвестиций в реализации про­
екта.
На крупных месторождениях, а также на месторождениях
остродефицитного сырья и сложного геологического строения,
где
разведка осуществляется
nреимущественно
горными
выра­
ботками, детальная разведка должна совмещаться с nроектиро­
ванием и строительством горно-добывающего предприятия.
34
В процессе детальной разведки ведут следующие работы:
с высокой точностью оконтуривают каждое тело полез­
1)
ного ископаемого, устанавливают его форму и условия залега­
ния;
детально изучают характер и закономерности изменчиво­
2)
сти морфологии и внутреннего строения тел полезных ископае­
мых;
выделяют и оконтуривают в пространстве минеральные
3)
типы
и
промышленные
сорта
полезного
ископаемого,
а также
безрудные и некондиционные участки внутри тел полезных ис­
копаемых;
4) устанавливают все разрывные нарушения и выявляют их
типы, направления и амплитуды смещения по ним;
5)
определяют содержания и особенности распределения в
пространстве
полезных,
сопутствующих
и
вредных
компонен­
тов;
6) исследуют структурно-текстурные характеристики по­
лезного ископаемого и его технологические свойства (для каж­
дого промышленного сорта и минерального типа) с детально­
стью, достаточной для составления
проекта технологической
схемы обогащения;
7)
устанавливают гидрогеологические условия месторожде-
8)
определяют инженерно-геологические свойства полезно­
ни я;
го
ископаемого
и
вмещающих
пород
и
другие
горно-техни­
ческие условия разработки месторождения.
Конечными результатами детШlьной разведки являются
подсчет запасов и разработка промышленных кондиций. Эти
основные отчетные документы детальной разведки рассматри­
ваются и утверждаются ГКЗ РФ или территориальными комис­
сиями по запасам полезных ископаемых (ТКЗ). Все материалы
разведки (карты, разрезы, планы, проекции, результаты испыта­
ний и анализов, геофизических, гидрогеологических и инженер­
но-геологических исследований) передаются проектным орга­
низациям для составления проекта отработки разведанного ме­
сторождения.
35
4.
Стадня
разведки.
После
передачи
месторождения
в
промышленное освоение обычно возникает необходимость до­
полнительного
изучения детально
разведанного участка
место­
рождения или расширения его размеров. В таких случаях прово­
дится доразведка месторождения (ранее эта стадия геологораз­
ведочного процесса носила название «разведка в пределах гор­
ного отвода», или «про м разведка»).
Основные задачи, методика выполнения работ, расположе­
ние и типы выработок в процессе доразведки нового, еще не
разрабатываемого месторождения полностью аналогичны тако­
вым при детальной разведке. Дополнительно может быть по­
ставлена лишь одна задача
-
перевод запасов в более высокие
категории (из В в А, из С 1 в В и др.) в пределах участков, под­
лежащих первоочередной разработке, если количество разве­
данных запасов высоких категорий (А и В) недостаточно для
рентабельной эксплуатации месторождения в начальный период
его отработки.
Доразведка месторождения осуществляется с целью расши­
рения
минерально-сырьевой
базы
действующего
горно­
добывающего предприятия. Она охватывает преимущественно
фланги и глубокие горизонты месторождения. Основные задачи
и методика, в общем, те же, что и на предыдущих стадиях раз­
ведки, однако есть ряд особенностей, обусловленных тем, что
доразведка обычно ведется в пределах месторождения с хорошо
изученными геологическими и географо-экономическими усло­
виями.
Рассмотрим основные особенности доразведки (по сравне­
нию с детальной разведкой). Во-первых, одной из главных ее
задач является перевод запасов в более высокие категории. Во­
вторых, в ходе работ этой стадии широко применяются техни­
ческие средства горно-добывающего предприятия, а площадь
сечения горных выработок принимается такой, чтобы их без ре­
конструкции можно было бы использовать в процессе эксплуа­
тации, даже если это увеличивает затраты на доразведку. В­
третьих, расстояния между горно-разведочными выработками
выбираются
36
кратными
расстоянию
между
горно-эксплуата-
ционными выработками. Это положение можно пояснить сле­
дующим примером.
Для изучения участка месторождения с детальностью, соот­
ветствующей категории А, достаточно проходить рудные штре­
ки на расстоянии
60
м по вертикали. Однако, если высота экс­
плуатационного этажа принята равной
50
м, то разведочные
рудные штреки должны отстоять друг от друга именно на
В случае, если высота этажа
50
А расстояние между выработками должно составлять
следует проходить их через
25
50
м.
м, а для обеспечения категории
30
м, то
м, применяя для промежуточных
межгоризонтных выработок уменьшенные сечения.
5.
Стадия эксплуатационной разведки. Эксплуатационная
разведка
начинается
вающего
предприятия
с
момента
и
ведется
строительства
вплоть
до
горно-добы­
его
ликвидации.
Опыт разработки месторождений, особенно цветных, редких и
благородных металлов, показывает, что во многих случаях сте­
пень разведанности (достоверность общих результатов развед­
ки), получаемая при подсчете запасов по категориям А+ В+ С 1 ,
обычно
достаточна
для
составления
технических
проектов
строительства горно-добывающих предприятий, но не обеспе­
чивает оптимального оперативного и текущего планирования, а
также
рационального
проведения
горно-подготовительных,
на­
резных и очистных работ. Геологоразведочные работы на этой
стадии
разведки
выполняются
в
пределах
сравнительно
не­
больших участков месторождения, которые планируется отра­
ботать в ближайшие месяцы или год-два (минимальный срок).
Основные задачи эксплуатационной разведки
-
уточнение
в пределах эксплуатационного блока или группы блоков коли­
чества и качества запасов полезного ископаемого, условий зале­
гания, горно-технических условий и других характеристик, не­
обходимых для обеспечения годовых и текущих планов горно­
добывающих
предприятий
ными запасами
наиболее
разведанными достовер­
и повышение на этой основе технико-эконо­
мических показателей работы предприятий.
В отличие от предшествующих стадий, эксплуатационная
разведка проводится в контурах рудных тел, характеризуется (с
37
учетом ранее пройденных горных выработок и скважин) макси­
мальной плотностью сети наблюдения и, соответственно, наибо­
лее достоверными результатами, она тесно связана с горно-подго­
товительными и нарезными работами, а также с добычей руды.
В соответствии с целевым назначением, временем проведе­
ния и типом решаемых задач эксплуатационная разведка разде­
ляется на опережающую и сопровождающую.
Основные задачи опережающей эксплуатационной развед­
ки
-
определение запасов полезного
ископаемого
и
полезных
компонентов и уточнение горно-технических условий в преде­
лах подготавливаемых к выемке запасов. Данные этого вида
эксплуатационной разведки используются для текущего плани­
рования. Разведочные выработки размещают по определенной
сети с учетом сложности геологического строения разведуемого
участка. По времени проведения опережающая эксплуатацион­
ная разведка совпадает или несколько опережает проходку гор­
но-подготовительных выработок.
Результаты опережающей эксплуатационной разведки, на­
ряду с информацией, получаемой при проходке горно-подго­
товительных и нарезных выработок, используются для подсчета
подготовленных
запасов,
корректировки
схем
подготовки
и
проектов отработки рудных тел или их участков, расчета норма­
тивов потерь и разубоживания, геоло1·о-экономической оценки
части запасов эксплуатируемых месторождений, оперативного
планирования, перевода запасов из низших категорий в высшие.
Объектом основного внимания при эксплуатационной раз­
ведке на конкретном месторождении являются параметры руд и
рудных тел,
недостаточно
изученные
на стадиях
предваритель­
ной или детальной разведки и значительно влияющие на ход
горно-добычных работ. Эти обстоятельства обусловливают сле­
дующие особенности эксплуатационной разведки, отличающие
ее от других стадий:
•
разведка проводится не на всем месторождении, а по ме­
ре развития добычных работ, опережая их не более чем на один­
два года (проведение разведки на больший период приводит к
«омертвлению)) основных фондов; кроме того, эффективность
ее будет уменьшаться с увеличением глубины);
38
•
задачи,
последовательность
проведения,
преетранетвен­
ная приуроченность и допустимые пределы опережения фронта
очистных работ приводят к тому, что разведочные выработки и
скважины
часто
не
пересекают рудное тело
на
всю мощность,
поскольку в ряде случаев скважины и выработки задаются для
решения частной задачи, например, для установления контакта
висячего или лежачего блока, амплитуды смещения, прослежи­
вания тектонически ослабленных зон и др.;
•
система эксплуатационной разведки и плотность разве­
дочной сети зависят не только от природных геологических
факторов, но и от применяемых систем разработки;
•
методики эксплуатационной разведки при открытом
и
подземном способах разработки существенно различаются.
Главная задача сопровождающей эксплуатационной раз­
ведки заключается в уточнении конкретных деталей строения,
особенностей залегания, качественных показателей полезного
ископаемого и горно-технических условий в пределах эксплуа­
тационного блока. Объекты сопровождающей эксплуатацион­
ной разведки
-
участки рудных тел в пределах очистных бло­
ков, уступов карьеров, где ведется добыча.
Результаты
сопровождающей
эксплуатационной
разведки
служат основой для решения следующих задач геологического
обеспечения: повседневного контроля и корректировки прово­
димых очистных работ; оперативного планирования и составле­
ния оптимальной шихты (сутки, декада, месяц); учета и норми­
рования потерь и разубоживания; сравнения (по отдельным бло­
кам) данных детальной разведки с результатам~:~ эксплуатации.
Объемы и целевое задание сопровождающей эксплуатаци­
онной разведки на действующем предприятии определяются го­
довым планом горных работ и корректируются при составлении
месячных графиков проходки выработок и добычи. Для новых
предприятий, согласно нормативным требованиям, объемы со­
провождающей разведки учитываются при составлении проек­
тов их строительства. Эксплуатационная разведка обоих видов
выполняется за счет средств горно-добывающего предприятия,
39
его техническими средствами и под руководством его геологи­
ческой службы.
Экономическая эффективность эксплуатационной разведки
определяется достигнутым за счет ее проведения снижением се­
бестоимости выпускаемой продукции и более эффективным ис­
пользованием вложенных в предприятие капитальных затрат, т.е.
увеличением прибыли предприятия. Эксплуатационная разведка
экономически оправдана лишь в случае, если затраты на ее про­
ведение меньше, чем сумма экономии,
получаемая при эксплуа­
тации месторождения за счет накопления дополнительной ин­
формации. Эта информация должна обеспечить более эффектив­
ную и планомерную работу, прежде всего, горного цеха и обога­
тительной
фабрики
за
счет
уменьшения
количества
горно­
подготовительных работ, снижения потерь и разубоживанил руды
при добыче, составления оптимальной шихты по блокам и повы­
шения за счет этого извлечения металла в концентраты и т.д.
При расчете удельных объемов горных выработок, скважин
и проб эксплуатационной разведки на рудных месторождениях
учитываются следующие горно-геологические условия: способ
отработки месторождения, структурно-морфологические типы
рудных тел; сложность их внутреннего строения и условия зале­
гания в масштабах участка или горизонта; степень неравномер­
ности распределения в рудах основных, сопутствующих и вред­
ных компонентов и сортности руд; горно-технические парамет­
ры эксплуатации и системы разработки.
Различные способы разработки месторождений (открытый
или подземный) обусловливают применение различных систем
и технических средств эксплуатационной разведки.
Методика и объемы эксплуатационной разведки для место­
рождений, отрабатываемых открытым способом, определяют­
ся
в зависимости от сложности их
внутреннего строения,
кроме
того, они учитывают способ проведения и объемы вскрышных
работ, высоту и число уступов, схему последовательности их раз­
работки. Назначение опережающей эксплуатационной разведки
на карьерах или угольных разрезах состоит в уточнении, прежде
всего,
40
внешних
контуров
залежи
на
горизонтах
(одном-двух),
расположенных ниже горизонта текущих очистных работ, в пред­
варительном
прослеживании
и
оконтуривании
внуrрирудных
блоков пустых пород, ореолов развития различных природных
типов и промышленных сортов руд. Это связано с необходимо­
стью определения разносов бортов карьера, а также с задачами
перспективного и текущего планирования добычи. Соответствен­
но запасы руд; охваченные опережающей эксплуатационной раз­
ведкой, должны быть не меньше объема годовой добычи, а для
обеспечения маневрирования горными работами
-
превышать
его в два-три раза.
Основными техническими средствами опережающей экс­
плуатационной разведки на карьерах являются колонковые вер­
тикальные
или
скважины, реже
наклонные
-
скважины,
а также
бескерновые
канавы и данные шламового опробования
перебуров буровзрывных скважин. При сопровождающей экс­
плуатационной разведке, как правило, проводятся опробование
шлама буровзрывных скважин, а также бороздовое опробование
стенок и подошвы уступов.
Плотность разведочной сети определяется в зависимости от
сложности геологического строения. В среднем она в два раза
превышает плотность сети для запасов категории В. Систему
эксплуатационной разведки часто приспосабливают к системе
детальной разведки путем последовательного уменьшения рас­
стояния между скважинами в профилях детальной разведки.
Разведочная сеть сгущается дифференцированно в зависимости
от сложности строения залежи. При этом, в первую очередь, бу­
рят скважины в контурной зоне. Промежуточные профили раз­
буривают в случаях, если данные основных профилей не дают
однозначного решения.
Профили могут быть различной протяженности, например,
короткими, охватывающими приконтурную полосу либо участ­
ки
внутрирудных
прослоев пустых
пород, технологически раз­
личных типов и сортов руд и др. На участках сложного выкли­
нивания
и сильной тектонической нарушенности сеть
может
сгущаться; кроме того, для решения отдельных неясных вопро­
сов о геологическом строении объекта бурят одиночные сква-
41
жины. На рис.
показана схема эксплуатационной разведки
1.2
для пластовых залежей; первоначальная сеть скважин (50х50 м)
сгущена здесь в два раза, что вызвано необходимостью уточне­
ния качественного состава руд и контуров рудных пластов.
На месторождениях руд цветных и редких металлов экс­
плуатационная
разведка
проводится
преимущественно
с
помо­
щью бурения колонковых или бескерновых скважин, а также
проходки контрольных шурфов (иногда канав). Необходимость
проходки горных выработок обусловлена расхождением данных
разведки и эксплуатации, возникающим из-за избирательного
истирания
керна.
Однако,
представительность
диаметра,
в
шламов
поэтому они
ряде
случаев доказана
бескерновых
могут служить
скважин
контрольными
высокая
большого
по отно­
шению к скважинам колонкового бурения малого диаметра. К
сожалению, в бескерновых скважинах нельзя установить тек­
стурные особенности руд, ориентировку и строение прожилков,
характер распределения компонентов, что значительно снижает
достоверность и
представительность получаемой
по
ним
ин­
формации.
v
v
v
v
~/ ~2E2JJ
v
[[]4 []]s ~6
'·/
Рис.
1.2.
Схема
эксплуатационной
разведки
пластообразных
залежей
«бакальского» типа. По М. Н. Альбову и А. М. Быбочкину.
1ны:
рудные тела; 2 -доломиты и известняки; 3 -диабазы; 4, 5 - скважи­
4- детальной разведки, 5 - эксnлуатационной разведки; 6 - nоложения
контура карьера по мере углубления добычных работ
42
Сопровождающая эксплуатационная разведка на карьерах
(угольных разрезах) совпадает по времени с очистными работа­
ми,
ведущимися
Кроме
того,
с
роль
использованием
разведочных
траншеи, борта уступов
буровзрывных
выполняют
также
скважин.
нарезные
и забои карьера. Основные задачи,
стоящие перед сопровождающей эксплуатационной разведкой,
состоят в детальном оконтуривании типов руд, внутрипородных
прослоев, изучении характера распределения компонентов в ру­
дах, проведении технологического опробования и картирования.
По данным опробования буровзрывных скважин составляются
проекты
на массовые взрывы, осуществляются планирование и
контроль добычи.
Плотность сети отбора проб зависит от характера распреде­
ления
компонентов
в рудном теле; определенное
влияние ока­
зывают также размеры очистного блока и расстояния между бу­
ровзрывными скважинами. Наиболее распространены системы с
отбором проб из каждой пробуренной скважины по сети бхб,
8х8 м (сложные по распределению компонентов и сортов зале­
жи) или через одну скважину \2х\2 м (относительно простые
залежи). Для залежей с отчетливо выраженной анизотропией в
горизонтальном
сечении
распределения
компонентов
устанав­
ливается, как правило, прямоугольная сеть: опробуется каждая
скважина вкрест простирания и через одну по простиранию. Па­
раметры сети опробуемых скважин и представительность шла­
мовых проб на каждом месторождении устанавливаются экспе­
риментально,
иногда
методом
аналогии,
а
также
с
помощью
аналитических методов. Следует также отметить, что, помимо
химического опробования,
шлам буровзрывных скважин
ис­
пользуют для анализа малых технологических проб. При опре­
деленных условиях для
опробования буровзрывных скважин
применяют геофизические методы.
Одна из важнейших задач эксплуатационной разведки на
карьерах
-
прогноз основных
параметров залежи
на
нижних
горизонтах. Эта задача в большинстве случаев решается путем
последовательного сгущения сети скважин детальной развед­
ки. Однако на ряде месторождений скважины эксплуатацион-
43
ной разведки не nозволяют осуществить прогноз nространет­
венного
размещения
сортов руд
на
нижележащих
•·оризонтах.
Так, для условий Сарбайского и Соколовского железорудных
месторождений доказано, что оnережающая эксnлуатационная
разведка nрактически не nозволяет уточнить данные детальной
разведки о расnределении, количественном соотношении и ка­
чественной характеристике сортов руд. Указанные обстоятель­
ства заставили отказаться от оnережающей эксnлуатационной
разведки,
а
сортовые
nланы
и
разрезы
составлять
с
учетом
структурных элементов и особенностей внутреннего строения
рудных залежей, установленных по данным детальной развед­
ки и уточненных в процессе геологической документации ус­
туnов карьера.
Эксплуатационная
разведка
при
подземной
разработке
значительно многовариантнее, чем nри открытой. Это обуслов­
лено, с одной стороны, разнообразием морфологических тиnов
залежей, вовлекаемых в обработку, а с другой стороны- мно­
гочисленностью систем разработки: с открытым выработанным
пространством или маганизированием руды (для месторожде­
ний с устойчивыми рудами и nородами), с креплением, с за­
кладкой выработанного nространства или с обрушением нале­
гающих nород (nри наличии средне- и неустойчивых руд и вме­
щающих nород) и др.
При nодземных работах более отчетливо, чем nри открытых,
обособляются две nодстадии эксnлуатационной разведки. Для
обоснования методики сопровождающей эксплуатационной раз­
ведки системы разработок nри nодземной добыче руды разделены
на две груnnы:
странстве
(
1)
доnускает nребывание людей в очистном nро­
nотолкаустуnная с расnоркой креnью, с маганизиро­
ванием руды, слоевая с закладкой), что обесnечивает неnосредст­
венно наблюдение и оnробование очистного забоя (рис.
2)
1.3);
доnуск людей в очистное nространство исключен (nодэтажное
и этажное обрушение, nодэтажные штреки и др., рис.
1.4), так
как
отбойка руды ведется с nомощью скважин. При этом соnровож­
дающаяся разведка совмещается с проходкой нарезных вырабо­
ток и бурением скважин для отбойки руды.
44
Рис.
1.3.
Система разработки горизонтальными слоями с закладкой и
nрименемнем самоходного оборудования:
1 -
наклонный заезд;
2 -
орт-заезд;
3 -
блоковые рудоспуски;
4 -
вос­
стающий для прокладки бетоноправода
Рис.
1.4.
Система разработки nодJтажными штреками с маганизировани­
ем руды:
1-
буровзрывные скважины, подлежащие опробованию при сопровож­
дающей эксплуатационной разведке;
2 -
выработки, подлежащие опро­
бованию при опережающей эксплуатационной разведке;
восстающие
3 -
отрезные
Основными
техническими
средствами
сопровождающей
эксплуатационной разведки служат горные выработки, подзем­
ное колонковое или ударно-механическое бурение.
При разработке рудных тел малой мощности, допускающи­
ми пребывание людей в очистном пространстве, сопровождаю­
щая разведка сводится, в основном, к организации эксплуатаци­
онного опробования; чаще всего применяется бороздовое опро­
бование. При отработке жильных рудных тел со сложной мор­
фологией или значительной нарушенностью проводится экс­
плуатационное
опробование,
проходятся
горные
выработки
(орты, рассечки), реже бурятся колонковые скважины. При от­
работке мощных линейно-вытянутых рудных тел системами с
отбойкой руды глубокими скважинами, исключающими пребы­
вание людей в очистном пространстве, сопровождающая раз­
ведка сводится к бурению колонковых скважин и организации
опробования и каротажа взрывных скважин.
Плотность
эксплуатационного
опробования,
т.е.
число
взрывных скважин на очистной блок, подлежащих опробова­
нию, а также длина интервалов опробования, зависят от степе­
ни
неравномерности
оруденения,
расположения
вееров
сква­
жин и целей опробования. Например, для уточнения содержа­
ния полезного компонента в обуренной ленте желательно оп­
робовать интервалы всех скважин, расположенных в пределах
промышленных руд при длине секции
контура
промышленных
вееров
вертикальных
простиранию
руд с
тела,
оконтуривающие скважины.
пендикулярно
помощью
взрывных
рудного
2-3
скважин,
полностью
м. Для уточнения
горизонтальных
или
расположенных
опробуются
по
только
При расположении вееров
простиранию рудного тела опробуются
пер­
лишь
конечные интервалы взрывных скважин. Если необходимо ус­
тановить качество отбитой руды, то взрывные скважины опро­
буются на всю длину.
На рис.
1.5
показаны схема разведки, совмещенная с очи­
стной выемкой, и уточнение контуров рудного тела по дан­
ным магнитного каротажа для условий Ауэрбаховского скар­
ново-магнетитового
46
месторождения
железа.
При
расчете
средних содержаний в сечении веера буровзрывных скважин
учитывалось,
что расстояние
между скважинами
не остается
nостоянным, nлотность сети оnробования у устья скважин
несравненно выше, чем у забоев. Если не учитывать отме­
ченное обстоятельство, то можно nолучить значительно ис­
каженные средние содержания
Так,
no
no
вееру и в целом
no
блоку.
данным А.С. Сунцева, nри оnробовании месторожде­
ний абсолютное отклонение расчетных содержаний от ис­
тинного среднего в сечении может варьировать
до
1,8
%
8,7 %,
модулю от
что nри среднем содержании железа в рудах
дает отклонение (относительное) от
тимом ДО
no
4
до
20 %
45
nри доnус­
2%.
3
["3
~~~--I-Ц;1r+...;,_~:---f--~t-:.r-t--rt~-ll о
"
Рис.
1.5.
1
~2
Уточнение контура рудного тела по результатам магнитного ка­
ротажа (Ауэрбаховское скарново-магнетитоное месторождение). По дан­
ным Богословского РУ.
1, 2 - контуры
2 - по данным
рудного тела:
1-
на время составления проекта отработки,
магнитного каротажа
буровзрывных скважин;
3-
вырабо­
танное пространство
47
Опережающая эксплуатационная разведка, как уже отме­
чалось, совмещается с nроходкой горно-каnитальных или горно­
nодготовительных выработок. По ее результатам оnределяются
или уточняются заnасы, качество и nространствеиное размеще­
ние
nолезного
искоnаемого
в
nределах
выемочного
участка
и
эксnлуатационного блока. Полученные данные исnользуют для
локального nроектирования отработки и текущего (годового)
nланирования горных работ.
В nроцессе nодготовки рудных тел, относящихсяк жильно­
му тиnу, оnережающая разведка чаще всего nроводится с nомо­
щью ортов и nодземных скважин, которые nроходятся из этаж­
ных штреков и восстающих. Это nозволяет установить особен­
ности морфологии и условий залегания смещенных частей жил,
nроследить
nараллельное расnоложение сближенных рудных
тел и коротких аnофиз (рис.
1.6, 1.7),
оnределить размер и nро­
странствеиное nоложение встречающихся в жилах безрудных
участков, оконтуривать рудные столбы, выяснить возможности
их селективной отработки и т.д.
А
'\
_.,
\
\ 1
Рис.
Qг
е::зз
')
\
/"
1
1
Xvd<--=
\
--6
~t
1г
1
~~
Поиски смещающих частей рудной жилы рассечками (А) и
1.6.
скважинами (Б):
1-
жила;
2-
разрывные нарушения;
3-
горные выработки;
4-
выработ­
ки эксnлуатационной разведки (а- рассечки. б- скважины)
Рис.
1.7.
Прослеживание апофиз и поиски сближенных рудных тел гори­
зонтальными скважинами.
Уел. обозначения- см. рис.
48
1.6
На месторождениях,
nредставленных мощными рудными
телами, уточняются углы nадения рудного тела между горизон­
тами,
nрослеживаются
смещения
рудных тел,
нарушения
и
выясняются
устанавливаются
nоложение
амnлитуды
контактов,
наличие сближенно-nараллельных рудных тел, прослеживается
выдержанность рудных тел
no
nростиранию и nадению, особен­
но на этажных горизонтах. Эти задачи решаются nутем проход­
ки
расположенных
соосно
или
в
шахматном
порядке
ортов
и
рассечек, а также бурения одиночных скважин или вееров гори­
зонтальных
nодземных скважин,
ходящих вееров скважин (рис.
а также
нисходящих
или
вос­
1.8, 1.9).
При исключительно сложной морфологии рудных тел сква­
жины в значительной мере заменяются горными выработками,
наnример, проходят рассечки из восстающих выработок, в от­
дельных случаях
-
подэтажные штреки с ортами. Это позволя­
ет уточнить мощность рудного тела (рис.
1.1 0).
При выборе методики опережающей эксплуатационной раз­
ведки и плотности сети наблюдений за основу принимается тот
фактор, который оказывает решающее влияние на ход nодготови­
тельных и очистных работ в конкретных горно-геологических ус­
ловиях. Например, nри установлении плотности сети на Высоко­
горном
железорудном
месторождении
определяющим
критерием
служит факт смещения рудных тел послерудной тектоникой (рис.
1.11 ).
Рис.
Плотность сети бурения разведочных скважин определяется
1.8.
Система опережающей эксплуатационной разведки лиизообраз­
ных рудных тел
веерами подземных горизоtпальных скважин
49
~1
Рис.
1.9.
D'7.:l 'Z
~IJ
Эксплуатационная разведка рудной зоны по падению веерами
скважин в сочетании с рассечками:
1-
рудная зона;
2 -
штреки;
3 -
выработки эксnлуатационной разведки
(а- рассечки. б- скважины)
о
Рис.
1.10.
Опережающая
эксплуатационная
разведка
линзообразного
рудного тела системой ортов:
1-
контур рудного тела;
шения
2 - зоны
брекчирования;
3 - тектонические
нару­
План
Разрез
f<>·l,
~2
~J
1~14
Рис.
1.11.
Схема эксплуатационной разведки рудных тел Высокогорского
скарново-магнетитового месторождения. По данным Высокогорского РУ.
Кон-туры рудного тела
онной разведки;
3
no
данным:
1 -детальной
-тектонические
нарушения;
разведки,
4-
2 - эксплуатаци­
скважины эксnлуатаци­
онной разведки
длиной тектонически
варьируют от
5
до
90
однородных
блоков,
м, составляя в среднем
размеры
25
которых
м. Поэтому за­
дачей эксплуатационной разведки является уточнение положе­
ния тектонически однородных участков на нижележащем гори-
51
зонте. Скважины задаются с таким расчетом, чтобы получить
хотя бы одно пересечение в пределах блока. Поэтому расстоя­
ние
25
между разведочными
пересечениями
составляет
в среднем
м и изменяется в зависимости от конкретной обстановки, ко­
торая
выясняется
на
основании
данных
эксплуатации
верхних
горизонтов. После оконтуривания руд на основном горизонте
обосновывается система разработки и составляется проект на
отработку камер и дальнейшую разведку блока.
При разведке рудных тел Богословской группы скарново­
магнетитовых месторождений в качестве основного критерия
принята сложность формы рудного тела и его внутреннего
строения (рис.
1.12).
Эксплуатационная разведка осуществля­
ется бурением скважин из выработок технического назначе­
ния.
Наиболее
рациональное
расположение
разведочных
скважин- веерообразное в одной плоскости, вкрест прости­
рания или по падению рудного тела. Ввиду незакономерного
изменения формы и внутреннего строения в первую очередь
сеть детальной разведки сгущается вдвое, а при выявлении
больших изменений- еще вдвое, вплоть до
10-12
м.
Скважины располагаются преимущественно в плоскостях
вертикальных и горизонтальных сечений, но иногда применяет­
ся и «пучкообразное» их бурение с расчетом пересечения руды
на различных разведочных линиях. Таким образом, разведочная
сеть не может быть стандартной, ее параметры изменяются от
25х25 до
25x(l О+ 12)
м. Применеине геофизических исследова­
ний, например, магнитного каротажа, является обязательным и
существенно
повышает эффективность разведочно-эксплуата­
ционных работ.
Значительно сложнее в техническом отношении разведка
горизонтальных и пологозалегающих тел с изменчивой мощно­
стью и непостоянным углом падения. В этих случаях для раз­
ведки используют подготовительные выработки, пройденные в
лежачем боку рудного тела, из которых бурятся восстающие
скважины;
часто скважины
располагаются
рыми углами встречи рудного тела.
52
веером с
очень ост­
Рис.
1.12.
Разрез Североnесчаного скарново-магнетитового железорудно­
го месторождения. По данным Богословского РУ.
1-
порфириты:
диориты;
2-
3-
известняки;
4-
скарны;
5, 6 -
контуры
5 - детальной разведки, 6- эксплуатационной
7, 8 - скважины: 7- детальной разведки, 8 - эксплуатационной
9- тектонические контакты; 10- геологические границы
рудного тела по данным:
раз­
ведки;
раз­
ведки;
Эксплуатационная разведка весьма сложных по строению
залежей редких и благородных металлов проводится штреками,
ортами и рассечками, которые проходят так, чтобы их можно
было использовать в качестве заездов при выпуске руды из бло­
ков. Для разведки используют также вентиляционные или пере­
пускные восстающие, отстоящие друг от друга по простиранию
рудного тела на
20
м, из которых проходятся рассечки или бу­
рятся короткометражные скважины с расстоянием между ними
по падению рудного тела
10--20
м.
Эксплуатациоиная разведка при подземной добыче углей.
Необходимость эксплуатационной разведки
угольных
шахтах
вызвана
высокой
на действующих
изменчивостью
горно­
геологических факторов на месторождениях, недоразведанно-
53
стью шахтных полей в период детальной разведки, а также по­
вышенными требованиями современной высокомеханизирован­
ной технологии добычи угля. К основным задачам эксплуата­
ционной разведки относятся:
•
лей,
уточнение и детальное изучение тектоники шахтных по­
характера
изменчивости
гипсометрии
кровли
и
почвы
угольных пластов, поиски смещенных частей последних;
•
выяснение изменчивости структуры и мощности пластов,
их вещественного состава, обеспечение реальными запасами
угля;
•
детальное изучение газоносности угольных пластов и га­
зодинамических явлений для выбора схемы и расчета парамет­
ров вентиляции выработок;
•
изучение физико-механических свойств горных пород с
целью управления кровлей и обеспечения бесперебойной рабо­
ты механизированных комплексов в очистных забоях.
По данным эксплуатационной разведки проводится текущее
и оперативное планирование добычи угля, разрабатываются ме­
роприятия по безопасному ведению горных работ, предвари­
тельному осушению и дегазации угольных пластов.
Эксплуатационная разведка осуществляется путем буре­
ния
колонковых
разведочных
скважин
с
поверхности,
про­
ходки подземных выработок (орты, квершлаги, рассечки и
др.), а также бурения подземных скважин из горных вырабо­
ток. Широкое распространение получили геофизические ме­
тоды,
в частности, для
прослеживания тектонических разры­
вов угольных пластов (подземная радиолокация), выявления
карстовых
полостей
(электроразведка,
сейсмоакустический
метод).
В процессе эксплуатационной разведки уточняют положе­
ние водоносных горизонтов и водаобильных зон путем бурения
скважин из подземных горных выработок. Для предупреждения
внезапного прорыва воды бурят опережающие скважины по оси
выработок. Водоносные зоны тектонических нарушений разве­
дуют скважинами, которые бурят из горных выработок вкрест
простирания сместителей.
54
Дополнительное
изучение
физико-механических
свойств
горных пород при эксплуатационной разведке проводится по
керну скважин,
а также
путем
изучения
материала
подготови­
тельных, очистных и горно-разведочных выработок. Участки,
опасные по выбросу угля и газа, изучаются специально путем
бурения опережающих скважин, в горных выработках анализи­
руются признаки выбросоопасности и горных ударов. Газонос­
ность угольных пластов на разрабатываемом горизонте опреде­
ляют и в выработках, и в подземных скважинах. Геолого-эконо­
мическая переоценка угольных месторождений по результатам
эксплуатационной разведки обязательна в случае значительного
расхождения (более
1.4.4.
20 %) с
данными, утвержденными ГКЗ.
МЕТОДЫ РАЗВЕДКИ
Общепринятого определения понятия «методы разведки» в
настоящее время нет. Нередко методами разведки называют те
или иные способы расположения разведочных выработок или
технических средств, что, конечно, не совсем верно. Наиболь­
шим признанием пользуется трактовка основоположника совет­
ского геологоразведочного дела В.М. Крейтера, который, исхо­
дя из самого определения понятия «метод» (способ познания,
изучения явления), предложил присваивать его таким разведоч­
ным мероприятиям, которые позволяют теоретически обосно­
ванно
ности
решать
и
главные
задачи
разнообразия
разведки
используемых
независимо
технических
от
слож­
средств.
В.М. Крейтер предлагал три основных метода разведки: созда­
ние системы разрезов, опробование полезного ископаемого и
оценочное сопоставление.
Создание системы разведочных геологических разрезов яв­
ляется до настоящего времени основным способом выяснения
формы, внутреннего строения и условий залегания месторожде­
ния. Разрезы могут быть вертикальными и горизонтальными,
поэтому выделяются три разновидности метода разрезов: верти­
кальные разрезы, горизонтальные разрезы и комбинированный
-вертикальные и горизонтальные разрезы.
55
В последние годы приобретает самостоятельное значение
еще один метод познания морфологических особенностей ме­
сторождений полезных ископаемых
-
геометризация месторо­
ждений с помощью ПК. Ранее, до внедрения ПК в практику и
теорию геологоразведочного дела, способы изучения формы и
строения тел полезных ископаемых с помощью построения изо­
линий мощности и других показателей были очень трудоемки и
довольно приблизительны. Поэтому они использовались, глав­
ным образом,
в качестве вспомогательных,
иллюстративных.
Сейчас существуют пакеты прикладных программ для ПК с
графопостроителями, позволяющие в короткие сроки и с точно­
стью, соответствующей детальности разведки, получить исчер­
пывающую и наглядную информацию о внутренних и внешних
особенностях строения тел полезных ископаемых. Вполне воз­
можно, что в будущем этот метод вытеснит традиционный ме­
тод создания системы разрезов.
Единственный способ изучения качественных показателей
полезного ископаемого -это опробование. Вопросы, связанные
с опробованием, рассматриваются далее.
Оценочное сопоставление представляет собой способ выяв­
ления возможностей и условий использования месторождения
по данным разведки. Промышленная оценка ведется в течение
всего процесса разведки и заключается в сравнении параметров
разведуемого месторождения (значения которых меняются или
уточняются с каждой новой выработкой, пробой, анализом и
др.) с параметрами других подобных, но уже освоенных место­
рождений, а также в определении народнохозяйственной целе­
сообразности
дальнейшего
освоения
данного
месторождения
полезных ископаемых.
1.4.5. ТЕХНИЧЕСКИЕ
СРЕДСТВА РАЗВЕДКИ
Задачи разведки решаются с помощью технических средств,
характеризующихся различной стоимостью и скоростью прове­
дения работ, а также обладающих разной достоверностью полу­
чаемых данных. Выделяются три группы технических средств
56
разведки: разведочные горные выработки, разведочные буровые
скважины и геофизические работы.
Разведочные
наиболее
горные
выработки.
Позволяют
получить
полную и достоверную информацию, так
как они
обеспечивают непосредственный доступ исследователя к полез­
ному ископаемому и поэтому исследования могут быть прове­
дены в максимальном объеме и, в случае необходимости, повто­
рены. Кроме того, горные выработки можно продолжить в лю­
бом направлении.
Для целей разведки используются поверхностные и подзем­
ные горные выработки. К поверхностным выработкам относят­
ся расчистки, закопушки, канавы, шурфы и дудки. Расчистками
и (или) закопушками обнажают полезное ископаемое при мощ­
ности рыхлых отложений, перекрывающих полезное ископае­
мое, не более
1
м. Чаще эти выработки применяют при поиско­
вых работах.
Канавы
представляют собой
горизонтальные
выработки
трапециевидного поперечного сечения и глубиной не более
5
м. В зависимости от назначения среди них различают магист­
ральные и прослеживающие (собственно разведочные). Маги­
стральные канавы служат для
изучения
геологического строе­
ния рудовмещающей толщи. Они проходятся вкрест простира­
ния
вмещающих
пород
и тел
полезных
ископаемых
и
имеют
значительную длину (до нескольких сотен метров), вскрывая
вмещающие породы на значительные расстояния от полезного
ископаемого.
Прослеживающие
канавы
также
проходятся
вкрест простирания, но их длина определяется видимой мощ­
ностью полезного ископаемого.
стоянии от
20
до
50
по
на рас­
м друг от друга. Если мощность рудного
тела меньше ширины
ориентируют
Они располагаются
его
полотна канавы, то разведочные канавы
простиранию,
прослеживая
рудное
тело
вдоль. В этом случае длина канавы зависит от протяженности
тела.
Шурфы и дудки
-
это вертикальные выработки прямо­
угольного (шурфы) или круглого (дудки) поперечного сечения.
Их глубина достигает
20- 30
м. Шурфы обычно проходят с
57
креплением стенок и на большую
(> l О
м) глубину или в неус­
тойчивых породах, поэтому их сечения довольно значительны
-
l ,5 -
м и более, а дудки
3,5
-
в крепких устойчивых поро­
дах, поэтому их сечения, как правило, не превышают
l
м. Вер­
тикальные поверхностные выработки предназначены для раз­
ведки верхней части полезного ископаемого, перекрытого нано­
сами большой мощности. С этой целью из шурфов и дудок про­
ходят небольшие горизонтальные выработки
полагаемые
как
по
простиранию
тела
-
рассечки, рас­
полезного
ископаемого,
так и вкрест его.
К подземным выработкшw относятся
штреки,
орты,
восстающие
и
штольни.
шахты,
квершлаги,
Разведочные
шахты
представляют собой вертикальные выработки прямоугольного
сечения площадью от
до
5
м, начинающиеся у поверхности и
12
имеющие большую глубину. Из стволов шахт проводится сис­
тема горизонтальных подземных выработок, включающая в се­
бя: квершлаги, проходимые диагонально или вкрест простира­
ния
пород
и
полезного
продуктивной толщи;
простиранию
тел
ископаемого
штреки,
полезных
штреков и позволяющие
для
полного
ориентированные
ископаемых;
получить полное
орты,
пересечения
параллельна
отходящие
от
пересечение рудного
тела по мощности. Для прослеживания полезного ископаемого
по
восстанию
или
падению
из
горизонтальных
выработок,
штреков, квершлагов или ортов проходят наклонные или верти­
кальные выработки- восстающие (снизу-вверх) или уклоны и
слепые стволы (сверху-вниз).
Штольни
-
это горизонтальные выработки, проходимые с
поверхности по простиранию тела полезных ископаемых (про­
дольные) или вкрест его (поперечные). Они применяются в ус­
ловиях гористого рельефа местности.
В зависимости от способа откатки отбитой горной массы
(скреперными лебедками, рельсовым транспортом
или само­
ходными горными машинами) и вида крепления сечения гори­
зонтальных горных выработок колеблются от 3,5 до 7, l м 2 •
Скорости проходки горных выработок зависят от способа
проходки. крепости и условий залегания пород, от площади се-
58
чения и вида выработки. Для поверхностных горизонтальных
выработок (канав)- это сотни метров в месяц, д:ля поверхност­
ных вертикальных
ных -до
100
-
десятки метров,
подземных
горизонталь­
м в месяц, для подземных вертикальных
(стволы шахт) до
40
от
-
15
м (восстающие).
Буровые скважины. Это
-
вертикальные, наклонные или
горизонтальные выработки цилиндрического сечения неболь­
шого (от
36
до
250
мм) диаметра и значительной (до
2,5
км и
более) глубины.
По способу разрушения породы различают вращательное,
ударно-вращательное и ударное бурение. При
вращательном
бурении порода разрушается либо по всему забою скважины
(бурение
сплошным
забоем),
либо
по
внешнему
кольцу
(колонковое бурение); во втором случае в центре скважины ос­
тается цилиндрический столбик неразрушенной породы, назы­
ваемый керном.
Колонковое бурение
-
главный вид разведочного бурения,
так как оно позволяет непосредственно (по керну) изучать по­
лезное ископаемое и вмещающие породы, а в случае отбора
ориентированного керна
-
довольно точно определять условия
залегания пород даже по единичным скважинам. По виду при­
меняемого бурового наконечника (коронки) различают алмаз­
ное, твердосплавное и дробовое колонковое бурение. Частицы
разрушенной породы удаляются из забоя скважины промывоч­
ной жидкостью или сжатым воздухом. Основным показателем
качества колонкового бурения считается выход керна
-
отно­
шение длины полученного керна к длине пробуреиного интер­
вала, выраженное в процентах. Данные по скважинам, в кото­
рых выход керна не превышает
50--70 %,
обычно в расчет не
принимаются (скважины бракуются). Для подсчета запасов по
высшим категориям (А и В) учитываются данные по скважинам,
в
которых
не менее
выход
керна
по
полезному
ископаемому составляет
85-90%.
Бурение скважин сплошньш забоем может быть вращатель­
ным, ударно-вращательным и ударным. При этом виде бурения
керн не получают, порода измельчается на мелкие кусочки и пыль
59
-
шлам, который выносится на nоверхность сжатым воздухом,
nромывочной жидкостью или удаляется из скважины специаль­
ным сосудом
-
желонкой. Шлам имеет смешанный состав и по­
стуnает на nоверхность с некоторой задержкой
уже nосле nро­
-
ходки соответствующего интервала, nоэтому оnределение состава
nород и оценка качества nолезного искоnаемого в данном случае
весьма затруднительны, а выявление условий залегания nород и
текстурно-структурных
характеристик
nолезного
искоnаемого
вообще невозможно. Эти виды бурения nрименяются, главным
образом, при эксnлуатационной разведке для общей оценки каче­
ства nолезного искоnаемого в больших объемах.
Скорость и стоимость бурения разведочных скважин зави­
сят от его вида, креnости (буримости) nород, глубины и угла на­
клона скважины и варьируют в широких пределах: скорость
от сотен до тысяч метров в месяц; стоимость
-
-
от сотен до ты­
сяч рублей за метр (но она во всех случаях значительно ниже,
чем стоимость nроходки горных выработок в тех же условиях).
Высокие скорости
разведочных работ,
их относительная
дешевизна обусловили широкое применение бурения в качестве
основного (а иногда и единственного) технического средства
при разведке месторождений горючих искоnаемых, строитель­
ных
материалов,
агрохимического
сырья,
черных
и
некоторых
тиnов месторождений цветных металлов. Повсеместное исnоль­
зование разведочного бурения в качестве главного технического
средства сдерживается рядом недостатков, присущих этому ви­
ду работ.
Во-nервых, небольшой объем керна часто не nозволяет nо­
лучить достаточное для
коnаемого
керна
-
количество
всестороннего
вещества.
явление достаточно
изучения
Кроме того,
редкое,
а
какими
nолезного
nолный
ис­
выход
nричинами
вы­
звано разрушение керна и на каком интервале, выяснить удается
далеко не всегда.
Во-вторых, в nроцессе бурения ствол скважины отклоняется
от заданного наnравления в горизонтальной (азимутальное ис­
кривление) и в вертикальной (зенитное искривление) nлоско­
стях.
60
Точно установить истинное положение его в пространстве
довольно трудно. Искривления скважин вызываются как геоло­
гическими Снеоднородность физических свойств горных пород,
их трещиноватость, слоистость, сланцеватость), так и техниче­
скими (перекос направляющей трубы, неправильное забурива­
ние скважин, неудачно выбранный режим бурения и др.) причи­
нами.
В-третьих, нередки случаи искажения содержания полезно­
го компонента в керне вследствие его избирательного истира­
ния. Если полезное ископаемое по физико-механическим свой­
ствам и (или) текстурно-структурным особенностям разрушает­
ся в процессе бурения легче или, наоборот, труднее вмещающих
пород, то может произойти либо обеднение, либо обогащение
керна полезным
ископаемым
по сравнению с истинным содер­
жанием его в массиве. В случаях, когда степень обеднения или
обогащения керна установлена, ошибка определения показате­
лей качества по керну может учитываться с помощью поправоч­
ного коэффициента. Однако гораздо чаще удается выявить лишь
общую тенденцию искажения, а не его величину.
Чтобы свести к минимуму влияние указанных недостатков
бурения, скважины обязательно заверяются горными выработ­
ками. Только когда доказано, что получаемая в результате буре­
ния геологическая информация достаточно полна и достоверна,
разрешается использовать скважины в качестве главного техни­
ческого средства разведки. В противном случае, а также, когда
заверочные горные работы не проводятся, разведочное бурение
рассматривается
в
качестве
вспомогательного средства
оценки
общих условий и перспектив месторождения.
Геофизические работы. В процессе разведки месторожде­
ний с помощью методов геофизики решают следующие задачи:
1)
выясняют общую
геологическую структуру района
и
оконтуривают перспективные участки;
2)
изучают внутреннее строение месторождения
-
просле­
живают и приближенно оконтуривают тела полезных ископае­
мых или характерных (маркирующих) пород, выясняют поло­
жение тектонических нарушений;
61
3)
nриближенно (а для урановых руд и некоторых тиnов руд
меди, свинца, олова и других- точно) оnределяют содержания
nолезных и вредных комnонентов;
4)
устанавливают физические свойства nород и nолезного
искоnаемого (nлотность,
водонасыщенность, уnругие характе­
ристики и др.);
5)
-
контролируют бурение скважин (измеряют искривления
nроводят инклинометрию и каротаж).
Каротаж скважин и инклинометрия осуществляются в обя­
зательном nорядке, тогда как другие геофизические работы вы­
nолняются при наличии благоnриятных условий (заметного от­
личия в значениях тех или иных физических свойств различных
геологических
образований).
Под
геофизическим
каротажам
nонимаются исследования естественных и искусственных физи­
ческих nолей по стволу скважины. С его nомощью устанавлива­
ется состав nород и уточняется положение их границ, оnределя­
ется
мощность
nолезного
искоnаемого
и его
качественные
ха­
рактеристики, изучаются темnературный режим, вода-, газонос­
ность и другие явления, влияющие на условия разработки ме­
сторождения. С nомощью скважинных геофизических работ вы­
является зенитное и азимутальное искривление скважин.
По сравнению с бурением и nроходкой горных выработок
стоимость геофизических работ в несколько раз меньше, а ско­
рость их nроведения в несколько раз больше. Однако, интерnре­
тация геофизических данных далеко не всегда однозначна, по­
этому геофизические работы
исnользуют обычно в качестве
всnомогательного средства.
1.4.6.
СИСТЕМЫ РАЗВЕДКИ
Системы разведки
-
это комnлекс технических средств,
которые дают возможность с достаточной достоверностью и
nолнотой выяснить форму, размеры, условия залегания, качест­
венные характеристики nолезного
искоnаемого, определить его
количество и горно-технические условия разработки, т.е. ре­
шить основные задачи разведки. Выделяют три основные груп­
пы систем разведки: буровые, горные и горно-буровые.
62
Буровые системы. Применяют при разведке месторож­
дений, характеризующихся устойчивыми формами, больши­
ми
размерами,
непрерывностью
оруденения
и
относительно
равномерным распределением показателей качества. В зави­
симости от геологических особенностей разведуемого место­
рождения используют три основных вида буровых систем:
мелких вертикальных, глубоких вертикальных и наклонных
скважин. В пределах каждого вида название конкретных сис­
тем определяется по типу бурового оборудования, например,
система мелких вертикальных скважин ударно-канатного бу­
рения или система вертикальных скважин колонкового буре­
ния и др.
Системы мелких вертикальных скважин предназначают­
ся для разведки неглубокозалегающих пологих и горизон­
тальных
плитаобразных
тел
с
относительно
равномерным
распределением качественных показателей, т.е. для разведки
месторождений глин, песков, грунтовых вод, месторождений
коры выветривания, сильно обводненных долинных россы­
пей и др.
Системы глубоких вертикальных скважин служат для раз­
ведки глубокозалегающих пологих плитаобразных и крупных
изометричной формы тел месторождений углей, медистых пес­
чаников, медно-порфировых руд, соли и других неметалличе­
ских полезных ископаемых.
Системы
наклонных скважин
используют
при
разведке
крутопадающих и наклонных плитообразных, а также пласто­
вых, жило- и линзаобразных тел полезных ископаемых, разви­
тых
на
медноколчеданных
стратиформных
месторождениях
полиметаллических
типа
типа
Райского,
Миргалимсайского,
геосинклинальных месторождений углей, пластовых фосфорит­
ных типа Каратау и др.
Горные системы. Применяются для разведки тел полезных
ископаемых, как правило, очень сложной формы, с крайне из­
менчивыми
условиями
компонентов.
залегания
Выделяют
три
и
вида
распределением
горных
систем:
полезных
шурфы,
штольни и шахты. Внутри каждого вида отдельные системы на-
63
зываются по комплексу входящих в них выработок. Например,
система шурфов с рассечками или система разведочных шахт с
квершлагами и штреками и др.
Системы разведочных шурфов служат для разведки поло­
гих плитаобразных или небольших изометрических тел полез­
ных ископаемых, залегающих на глубинах до
20--30
м от по­
верхности, т.е. для разведки месторождений кирпичных глин,
каолинов, корундов, малообводненных россыпей золота, аллю­
виальных и делювиальных россыпей алмазов и др.
Системы разведочных штолен используют в условиях го­
ристого рельефа для разведки самых разнообразных по формам
и условиям залегания тел полезных ископаемых.
Системами разведочных шахт разведуются
тела
крайне
изменчивых форм, условий залегания и распределения полезных
компонентов, расположенные относительно глубоко от поверх­
ности. Чаще всего это месторождения редких и драгоценных
металлов и минералов.
Горно-буровые
системы.
Используются
для
разведки
большинства месторождений черных, цветных, редких и драго­
ценных
металлов
и
многих месторождений
полезных ископаемых (рис.
1,
неметаллических
цв. вкл.)*. В зависимости от сте­
пени изменчивости свойств полезного ископаемого в одних сис­
темах преобладают скважины, в других
-
горные выработки.
Наибольшим распространением пользуются два вида систем:
разведочных штолен и скважин; разведочных шахт и скважин.
Как и в предыдущих случаях, конкретные системы называ­
ются по виду составляющих их выработок, например, система
разведки шахтой с квершлагами, штреками, а также поверхно­
стными и подземными скважинами. Общие условия применения
горно-буровых систем те же, что и горных
-
с их помощью
разрабатываются тела сложной формы, значительных размеров,
с
изменчивыми условиями залегания
и
неравномерным распре­
делением полезных компонентов, но залегающие на больших
глубинах.
*Ссылки на рисунки на цветной вкладке даны в тексте курсивом.
64
Рис.
1
Горно-буровая система
месторождения
разведки
Бамского
золоторудного
+
+
+
+
·-+
+
+
+
+
+
<
+
о
+
с
+
м
Cll
+
а.
м
а.
+
+
+
+
+
+
+
s
(.)
Cll
+
...s
о
+
а:;
о
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
:J
~
+
+
+
+
+
+
+
+
~
+
+
+
+
~
+
+
+
7
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
~
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
>S
+.
+
+
+
nl
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
а:;
+
+
+
s
s
:z:
s
+
+
+
+
+
+
+
1
+-
+
+
m
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
делювиально-аллювиальные
отложения
гнейсы
тукурингекие граниты
с ксенолитами гнейсов­
рудовмещающая толща
гранитогнейсы­
экранирующая толща
дайки диоритовых
порфиритов
D
ш
lb bl
[2]
~
1~1
основные тектонические
нарушения
скважины
рудные тела:
а
-
на плане; б
-
на разрезе
контуры карьера
линии бороздового опробования
(на схеме сеть бороздового
опробования разрежена)
канавы, пройденные в
а
-
1985-1993
ручная проходка;
б- механическая проходка
гг.:
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
серпентиниты массивные и рассланцаванные
плагиограниты Халбинекого комплекса
сланцы оспинекой свиты
маренные ледниковые отложения
золоторудные тела (установленные
и предполагаемые)
метасоматические околорудные изменения
(березитизация, реже сульфидизация)
канавы
(1997
г.)
зона максимальной электропроводимости
(данные геофизических работ 1997 г.)
Рис.
2
Выявление золоторудных тел Таинекого месторождения на
основе электропроводимости горных пород
Итак, выбор той или иной системы разведки определяется,
главным образом, геологическими факторами. Однако, на ком­
плекс
используемых
технических
средств
могут
влиять
и
гео­
графо-экономические условия района: рельеф, климат, транс­
портные возможности и др.
1.4.7.
РАСПОЛОЖЕНИЕ РАЗВЕДОЧНЫХ
ВЫРАБОТОК
Система геологических разрезов создается на основе анали­
за геологической документации разведочных выработок, поэто­
му эти выработки должны располагаться в определенном поряд­
ке, обеспечивающем достаточно правильное представление о
форме, строении и особенностях распределения качественных
показателей полезного ископаемого.
В соответствии с принципом полноты исследования разве­
дочные выработки должны полностью пересекать тело полезно­
го ископаемого, что позволит получить данные о морфологиче­
ских и качественных особенностях этого тела на всем его про­
тяжении в данном направлении. С помощью построения разре­
зов через соседние выработки можно уже осветить некоторый
объем месторождения или отдельного тела полезного ископае­
мого. Точность разреза тем выше, чем ближе к его плоскости
будут размещаться разведочные выработки, так как построение
разреза путем проекций на его плоскость всегда чревато ошиб­
ками, особенно в случае сложного залегания и изменчивой мор­
фологии тел. Отсюда вытекает первое правwю: разведочные вы­
работки должны располагаться по возможности в плоскости на­
мечаемого разреза.
Назначение разрезов состоит в том, чтобы с максимальной
полнотой
освещать
форму,
элементы
залегания,
внутреннее
строение полезного ископаемого и его взаимоотношения с вме­
щающими породами. Очевидно, что наилучшим образом это
может быть достигнуто, когда направление разреза совпадает с
направлением наиболее резкого изменения свойств полезного
ископаемого. Это утверждение справедливо и в отношении от­
дельных выработок. Из этого следует второе правwю: разве-
65
дочные разрезы (и отдельные разведочные выработки) должны
быть ориентированы по направлению максимальной изменчиво­
сти свойств полезного ископаемого.
Чаще всего изменчивость свойств полезного ископаемого
наименьшая по простиранию тел,
поэтому третье правwю мо­
жет быть сформулировано так: плоскости разведочных разрезов
должны быть ориентированы поперек направления простирания
тела полезного ископаемого. В том случае, когда тела полезного
ископаемого имеют изометричную форму и не обладают зако­
номерной изменчивостью свойств в каком-либо направлении,
ориентировка разрезов определяется техническими соображе­
ниями. И здесь правильнее говорить не об ориентировке разре­
зов, а о расположении выработок по площади месторождения,
т.е. о сети выработок.
Размещение выработок по сетке возможно и тогда, когда
тело полезного ископаемого характеризуется выраженной ани­
зотропией формы или свойств; только в этом случае сетка тоже
б у дет анизотропной.
Таким образом, существуют два способа расположения раз­
ведочных выработок: по линиям (разрезам, профилям) и по сет­
ке. При расположении по сетке разведочные выработки поме­
щаются в ее узлах. По форме сетка может быть квадратной,
прямоугольной
или
ромбической (треугольной).
Пересечение
линий, проведеиных через ее узлы, образует систему пересе­
кающихся разрезов, чем достигается объемная характеристика
тела полезного ископаемого.
Необходимо иметь в виду, что термин «разведочная сеть»
подразумевает любое
регулярное расположение разведочных
выработок, т.е. не только по геометрически правильной сетке,
но и по линиям (профилям). Нереrулярное размещение разве­
дочных выработок допускается только на отдельных участках
при очень резких отклонениях от общей закономерности каких­
либо параметров месторождения (мощности, условий залегания,
распределения полезных компонентов и др.) для уточнения этих
аномальных явлений.
66
Выбор той или иной формы разведочной сети обусловлен
морфологическим тиnом тела nолезного искоnаемого, nосколь­
ку для каждого из них требуется различный nодход к разведке, в
частности, разная ориентировка разрезов. Наnомним, что по со­
отношению размеров выделяются тела трех морфологических
тиnов: изометричные, nлито- и трубообразные.
Изометричные тела (штокверки,
гнезда и др.),
имеющие
близкие размеры во всех трех измерениях, обычно разведуются
no
квадратной или треугольной сетке, чтобы можно было nо­
строить систему разноориентированных nересекающихся разре­
зов.
Плитаобразные тела (nласты и nластаобразные залежи,
жилы, линзы и др.)
-
наиболее расnространенные в nрироде.
Разведка их оnределяется условиями залегания и очертания­
ми в nлане или в nроекции на nлоскость, nараллельную nаде­
нию тела. При горизонтальном или nологом залегании тела
nолезного
искоnаемого
может
nрименяться
сетка
любой
формы: квадратная, nрямоугольная или ромбическая. В слу­
чае крутого nадения тела разведка осуществляется nрофиля­
ми (линиями), ориентированными nерnендикулярно его nро­
стиранию. Положение nрофилей и выработок на nрофиле вы­
бирается так, чтобы точки nересечения выработками nолез­
ного
искоnаемого
составили
в
nлоскости
тела
nравильную
сеть(рис.\.13).
Трубообразные тела
(рудные
столбы,
трубы,
вытянутые
штоки) разведуются системой разрезов, ориентировка которых
зависит от nоложения тела nолезного искоnаемого
в
nростран­
стве. Горизонтальные или nологие трубы рассекаются верти­
кальными разведочными разрезами вкрест nростирания (точнее,
nротяжения)
тел,
так
как
максимальная
изменчивость
их
свойств чаще всего наблюдается в nоnеречном наnравлении.
Крутоnадающие
трубы
разведуют
горизонтальными
разре­
зами.
Итак, расnоложение разведочных выработок оnределяется
формой, условиями залегания и изменчивостью свойств nолез­
ного искоnаемого. Для количественной характеристики разме-
67
щения
разведочных
выработок
no
nлощади
месторождения
nользуются nонятием nараметры разведочной сети. Это nонятие
включает в себя три характеристики: глубину разведки, nлот­
ность и густоту разведочной сети.
5
а
r
!1
lV
lil
с
ю
11
7
с
10
з
6
~
2
,,
Рис.
r
н
I
II
1.13.
9
13
8
12
III
IV
Схема разведки nлитаобразного тела (жилы):
а- план; б- разрез по линии
параллельную nадению жилы:
ное ископаемое.
2-
тур в проекuии (б)
68
11-11;
1, 2 -
в- проекuия на наклонную
скважины:
пересекшие рудное тело;
3-
1-
плоскость,
не встретившие полез­
рудное тело (а) и его кон­
Глубина разведки nоказывает, на какое расстояние от nо­
верхности вскрыто разведочными выработками nолезное иско­
nаемое. Она обусловлена, с одной стороны, глубиной расnро­
странения nолезного искоnаемого, с другой, если nолезное ис­
коnаемое nростирается на очень большие глубины,
технико­
-
экономическими соображениями. В nоследнем случае глубина
разведки устанавливается заранее исходя из сроков отработки
месторождения
по
nадению
или
технических
возможностей
nрименяемого оборудования.
Плотность разведочной сети
всей nлощади месторождения
n,
S
S0
выражается
отношением
к числу разведочных выработок
nолностью nересекших nолезное искоnаемое, т.е.
S0
=S/n.
В nрактике геологоразведочного дела для количественной
характеристики
разведочной
густота разведочной сети
-
сети
чаще
используют
nонятие
т.е. расстояние между выработка­
ми, выраженное в метрах, наnример, 100х50 м. Первая цифра
обычно соответствует расстоянию между соседними выработ­
ками по простиранию тела, вторая
-
по падению. При разведке
профилями указываются расстояние между профилями (первая
цифра) и расстояние между выработками в профиле (вторая
цифра).
Все nараметры разведочной сети должны отвечать следую­
щим требованиям:
1)
общее число выработок и глубина разведки должны быть
минимально необходимыми;
2)
в каждом разведочном разрезе тело полезного искоnае­
мого должно быть пересечено в нескольких (минимум в двух)
точках (требование «nерекрытого пересечения»).
Необходимость соблюдений первого требования диктуется,
главным образом, экономическими соображениями и соответст­
вует nринциnам наименьших материальных и трудовых затрат и
наименьших затрат времени. Несоблюдение требования пере­
крытого nересечения ведет к неверному или недостаточно пол­
ному определению формы, условий залегания и качества полез­
ного искоnаемого.
69
-
Так, при разведке месторождения цементного сырья
из­
вестняка, погребеиного под наносами небольшой мощности, ис­
пользовалась система вертикальных скважин (рис.
из
которых только
один
раз
пересекала
пласт
1.14),
каждая
известняка
или
глины, т.е. разрез получается не перекрьпым. В результате, ка­
чество сырья
дить
о
определялось
характере
его
только
в
распределения
одном
по
пересечении
простиранию
и
су­
каждого
пласта было невозможно. Следовало применить систему на­
клонных скважин. В этом случае качество и условия залегания
полезного ископаемого характеризуются достаточно полно. Ис­
пользование такой системы несколько удорожает разведку, но
достоверность и полнота полученной информации с избытком
окупают незначительное увеличение затрат.
На параметры разведочной сети влияют следующие факторы:
1) степень и характер изменчивости полезного
2) размеры тела полезного ископаемого;
3) тип применяемых разведочных выработок;
4) стадия разведки.
ископаемого;
Е=-12
L=::=J
Рис.
1.14.
1-
наносы;
Пример создании перекрытого пересечения:
2-
глины;
3-
известняки;
4-
неnравильная (а), не дающая воз­
можность nолучюъ nepeкpьrroe сечение, и nравильная (б) ориеtпировка скважин
70
Значение первого фактора очевидно
нее
изменчивость
распределения
чем больше и слож­
-
полезного
компонента,
мощ­
ности и условий залегания, тем плотнее должна быть разведоч­
ная сеть.
Влияние второго фактора
-
размеров тела полезного ис­
копаемого сказывается, главным образом, при разведке не­
больших тел.
В таких случаях на первый
план выступают
требования точности расчета средних величин показателей,
для чего могут потребоваться расстояния между выработками
меньшие, чем это поиадабилось бы для характеристики соб­
ственно
геологических условий месторождения.
Например,
размеры тела меньше, чем необходимая густота разведочной
сети,
но для
выполнения
требования
перекрытого
разреза
нужно не менее двух выработок. Следовательно, фактическое
расстояние между выработками будет меньше, чем принятые
параметры.
Зависимость от третьего фактора обусловлена достоверно­
стью
разведочных
данных,
получаемых
техническими
средст­
вами различного типа. Так, при разведке горными выработками
расстояния между ними будут больше, а плотность или густота
соответственно меньше, чем при разведке скважинами.
Параметры разведочной сети должны соответствовать де­
тальности
решения
поставленных
задач,
поэтому
на
стадии
предварительной разведки, когда требуется общая приближен­
ная оценка месторождения, расстояния между выработками бу­
дут значительно больше, чем на стадии детальной разведки, в
задачи которой входит точное и полное определение всех харак­
теристик месторождения.
Оптимальные параметры разведочной сети устанавлива­
ют несколькими способами: аналогий, экспериментальным
и
аналитическим.
Способ аналогий. Заключается в применении уже апроби­
рованной на другом месторождении разведочной сети, если раз­
ведуемое месторождение имеет близкие к эталонному характе­
ристики. На способе аналогий основаны и специальные инст­
рукции, рекомендующие определенные сети выработок и техни-
71
ческие средства для разных стадий разведки определенных ти­
пов месторождений.
Экспериментальный способ выявления параметров разве­
дочной сети имеет две модификации. Первая основывается на
сравнении
параметров
месторождения,
установленных
по дан­
ным различных вариантов более редкой сети, с параметрами,
полученными
при
эксплуатации
или
при
заведомо
переуплот­
ненной разведочной сети. По мере увеличения расстояний меж­
ду разведочными выработками, принимаемыми в расчет, ошиб­
ка в оценке величины показателей месторождения тоже растет.
В итоге выбирается такая плотность разведочной сети, которая
при наибольших расстояниях между выработками дает доста­
точно точные значения сравниваемых показателей месторожде­
ния. Результаты расчетов используются на том же месторожде­
нии, если оно продолжает разведываться,
или
на других анало­
гичных объектах. Этот способ, очень широко применяющийся в
практике геологоразведочных работ, получил название способа
разрежения.
Вторая модификация экспериментального способа опреде­
ления параметров разведочной сети построена на том же прин­
ципе
разрешения,
но
эталоном
служит
искусственная
модель.
Модель может быть как физическая (из гипса, глины и других
материалов), так и математическая. Выводы о рациональности
параметров разведочной сети для месторождения с моделируе­
мыми свойствами распространяются на подобные месторож­
дения.
Аналитические способьi расчета параметров разведоч­
ной сети базируются на применении математической стати­
стики, теории вероятностей и других математических мето­
дов
оценки
степени
изменчивости
различных
показателей
полезного ископаемого. Широкое использование этих спосо­
бов сдерживается тем, что пока не установлены количествен­
ные закономерности изменчивости свойств полезного иско­
паемого в зависимости от условий образования и факторов
локализации оруденения.
72
В настоящее время многие научно-исследовательские орга­
низации работают над вопросами применения математических
методов и ПК в геологоразведочном деле, так как от того, на­
сколько
правильно определены
параметры
зависят сроки, стоимость, а главное
-
разведочной
сети,
достоверность разведоч­
ных данных.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Перечислите этаnы геологического изучения недр.
2. Что понимается nод запасами и прогнозными ресурсами недр?
3. Дайте характеристику балансовых запасов полезных ископаемых.
4. Дайте характеристику забалансовых запасов полезных ископаемых.
5. Дайте характеристику запасов в зависимости от степени изученности
недр.
б. Какие факторы и показатели характеризуют стеnень изученности запа­
сов различных категорий?
7.
Дайте характеристику месторождений по сложности геологического
строения.
8.
9.
Что является основной целью геологической съемки и поисков?
Что такое разведка месторождений полезных ископаемых и каковы ее
главные задачи?
10.
Назовите основные принципы разведки. В чем заключается принцип
полноты исследований и соблюдение каких требований он предусматривает?
11.
Поясните смысл принципа последовательных приближений. Как он
отражается в практике геологоразведочных работ?
12.
В чем заключается принцип равномерности? Какие требования он
предъявляет к методике и технике проведения геологоразведочных работ?
13.
Каковы основные требования принципа наименьших материальных
затрат?
14.
Перечислите
основные
цели,
задачи
и
результаты
поисково­
оценочной стадии и предварительной разведки.
15.
Каковы цели, задачи и результаты детальной разведки месторожде­
ний? В каких случаях проводится детальная разведка?
16.
Охарактеризуйте цели и задачи опережающей эксплуатационноА раз­
ведки. Для решения каких воnросов используются данные опережающей экс­
nлуатационной разведки?
17.
ОхарактеризуАте цели и задачи сопровождающеА эксплуатационноА
разведки. Для решения каких вопросов используются данные сопровождаю­
щей эксплуатационноА разведки?
18.
ДаАте сравнительную характеристику эксплуатационноА разведки
при открытых и подземных горных работах.
73
19.
20.
21.
Назовите и охарактеризуйте основные методы разведки.
На какие группы делятся технические средства разведки?
Что такое системы разведки? Назовите их основные виды и укажите
условия выбора той или иной системы.
22.
23.
Дайте краткую характеристику буровых систем разведки.
Когда принимаются горные и горно-буровые системы разведки? Ка­
кие их виды Вам известны?
24.
Какие основные правила определяют расположение разведочных вы­
работок? Назовите главные способы их размещения.
25. Or
каких основных характеристик месторождений зависит выбор
формы разведочной сети?
26.
Что такое параметры разведочной сети? Какими способами выбира­
ются оптимальные параметры сети?
ГЕОЛОГО­
ПРОМЫIШIЕННАЯ
ОЦЕНКА
МЕСГОРОЖДЕНИЙ
2.1.
Задачи оценки
2.2.
Понятие о КОIЩIЩИЯХ
2.3.
Подготоменность
месторождеЮIЙ для промьШlJiенного
освоения
2.4.
Опробование
2.5.
Оконтуриванне тел
полезных
2.6.
2.7.
искупаемых
Подсчет запасов
Достоверность геологической
информации при подсчете запасов
Глава
2
2.1.
ЗАДАЧИ ОЦЕНКИ
Как справедливо отмечали А.Б. Каждан и Л.П. Кобахидзе,
«правильная
и
своевременная
геолого-экономическая
оценка
месторождений на всех стадиях геологоразведочных работ слу­
жит основой их рационального планирования, оценки их эконо­
мической эффективности, способствуя своевременному выявле­
нию
минеральных
ресурсов
и
рациональному
использованию
недр».
Геолого-экономическая (или геолого-промышленная) оцен­
ка
осуществляется
проявления
в
полезных
процессе
изучения
месторождения
или
ископаемых непрерывно, так как каждая
новая выработка, каждый анализ вносят изменения и уточнения
в количественную и качественную оценку объекта и горно­
геологические условия его разработки.
Основная цель геолого-промышленной оценки на этапе по­
исков
определение целесообразности дальнейшего освоения
-
изучаемого проявления полезных ископаемых, т.е. целесообраз­
ности
постановки
предварительной
разведки.
Поскольку
ин­
формации, получаемой по результатам поисков, обычно недос­
таточно
для
основным
конкретных
способом
технико-экономических
геолого-промышленной
стадии является аналогия
-
расчетов,
оценки
то
на этой
сравнение установленных характе­
ристик проявления полезных ископаемых с показателями хоро­
шо изученного, аналогичного по промышленно-геологическому
типу месторождения.
В отдельных случаях на этапе поисков (чаще, поисково­
оценочных работ) геолого-промышленная оценка может осуще­
ствляться путем технико-экономических расчетов. Целесооб­
разность дальнейшего освоения месторождения подтверждается
расчетом возможной производительности, сроков существова­
ния будущего горно-добывающего предприятия и ценности по­
лезного ископаемого, выполняемым, исходя из возможного (так
как запасы на этой стадии не подсчитываются) количества по-
77
лезнаго ископаемого и полезных компонентов, содержащихся в
месторождении, и потребности промышленности в данном виде
сырья.
Геолого-промышленная оценка по результатам
предвари­
тельной разведки практически целиком базируется на технико­
экономических расчетах. Основой такой оценки являются тех­
нико-экономическое обоснование (ТЭО) предварительных кон­
диций и технико-экономический доклад (ТЭД), в которых рас­
сматривается экономическая целесообразность дальнейшего ос­
воения
месторождения
нических
условий
исходя
из его масштабов,
разработки,
возможных
горно-тех­
технологических
схем переработки полезного ископаемого и экономико-геогра­
фических условий райсна. Для месторождений, заслуживающих
дальнейшего освоения,
в ТЭДе обосновывается возможность
совмещения детальных разведочных работ с проектированием и
строительством горно-добывающего предприятия и рекоменду­
ются участки для первоочередного освоения.
В ходе геолого-промышленной оценки по результатам де­
тальной разведки должны быть определены:
1)
количество
запасов
полезного
ископаемого
(устана­
вливается при изучении формы, условий залегания и размеров
тел
полезных
ископаемых
путем
построения
системы
геологи­
ческих разрезов);
2)
качество полезного ископаемого и количество полезных
(основного и сопутствующих) компонентов (выявляются опро­
бованием);
3)
технологические
свойства
полезного
ископаемого,
т.е.
возможность и рациональность извлечения всех полезных компо­
нентов или переработки полезного ископаемого для дальнейшего
использования
в
соответствующих
отраслях
промышленности
(устанавливаются в процессе технологического опробования);
4)
горно-технические условия разработки месторождения
(выясняются по результатам гидрогеологических и инженерно­
геологических исследований, а также при изучении пространст­
венно-морфологических особенностей тел полезного ископае­
мого);
78
5)
-
ния
экономико-географические условия района месторожде­
климат,
рельеф
местности,
энергетические
ресурсы,
транспортные условия, обеспеченность топливом и местными
строительными материалами, трудовые ресурсы, экономический
профиль района (оцениваются на основании изучения соответ­
ствующих условий в период разведки).
Окончательная оценка месторождения проводится после за­
вершения разведки, точнее, после подсчета запасов и утвержде­
ния промышленных кондиций, так как главным критерием про­
мышлеиной значимости месторождения, основой расчетов его
ценности
являются
запасы
полезного
ископаемого
и
полезных
компонентов. Причем, важно определить не только количество
запасов минерального сырья, но и их достоверность, т.е. важно,
чтобы эти запасы оказались при отработке в том месте, имели то
качество и те особенности, которые были установлены в про­
цессе подсчета запасов. На основе подсчета запасов оценивают­
ся
годовая производительность горно-добывающего предпри­
ятия, выпуск товарной продукции (руды или концентратов), се­
бестоимость, рентабельность разработки месторождения с уче­
том мероприятий по сохранению окружающей среды. При этом
оценочные показатели могут рассчитываться не только для все­
го месторождения, но и для отдельных его участков.
За рубежом оценка промышленной значимости месторож­
дения выполняется по одному критерию
-
размеру прибыли,
получаемой от его разработки. В оценку прибыли обычно вклю­
чается норма риска на случай, если запасы не подтвердятся или
изменится конъюнктура на рынке минерального сырья.
2.2.
ПОНЯТИЕ О КОНДИЦИЯХ
Как правило, промышленное значение имеет не все разве­
данное месторождение или тело полезного ископаемого, а толь­
ко та их часть, которая по количеству и качеству минерального
сырья, а также условиям отработки пригодна для рентабельной
эксплуатации. Оконтуриванне и подсчет промышленных запа-
79
сов с выделением среди них балансовых и забалансовых осуще­
ствляются на основе кондиций.
Кондиции на минеральное сырье. Представляют собой
совокупность требований к качеству и количеству полезных ис­
копаемых, горно-геологическим и иным условиям их разработ­
ки,
обеспечивающих
экономически
выгодную
и безопасную
эксплуатацию месторождения. Эти требования выражаются па­
раметрами кондиций
-
лимитными (предельными) значениями
некоторых натуральных показателей для оконтуривания и под­
счета запасов (бортовое и минимальное промышленное содер­
жание
полезного
компонента,
минимальная
мощность
тел
по­
лезного ископаемого и др.).
Кондиции разрабатываются и уточняются в процессе геоло­
го-экономической
разведки
оценки
и эксплуатации
месторождений
по
материалам
их
путем составления специального тех­
нико-экономического обоснования с учетом способа добычи и
технологии переработки минерального сырья. ТЭО кондиций со­
ставляются
применительно
к
отдельным
месторождениям
са­
мими недропользователями или проектными (научно-исследо­
вательскими) организациями и утверждаются в установленном
порядке. В соответствии с этапами изучения и освоения место­
рождений кондиции разделяются на разведочные (временные и
постоянные) и эксплуатационные.
Еремеиные разведочные кондиции разрабатываются по ма­
териалам оценки или незавершенной разведки месторождения.
Они служат для предварительной оценки масштабов и экономи­
ческой значимости месторождения, определения целесообраз­
ности инвестирования в дальнейшее изучение. Необходимость
разработки,
содержание
и
порядок рассмотрения
временных
разведочных кондиций устанавливаются самими недропользо­
вателями или, в соответствующих случаях, органами управления
государственным фондом недр.
Постоянные разведочные
кондиции разрабатываются
по
материалам завершенных геологоразведочных работ (детальная
разведка, доразведка) и имеют своей целью установление мас­
штабов и промышленной ценности месторождения для опреде­
ления целесообразности и экономической эффективности его
80
nромышленного освоения. Разработка nостоянных разведочных
кондиций
регламентируется
«Временным
руководством
no
содержанию, оформлению и nорядку nредставления на государ­
ственную эксnертизу ТЭО кондиций на минеральное сырье»
(Изд. МПР РФ, М.,
1997)
и «Методическими рекомендациями
no
технико-экономическому обоснованию кондиций ... » (Изд. МПР
РФ, М.,
1999).
Согласно указанным документам, ТЭО разведочных конди­
ций должно содержать в себе геологическое, горно-техническое,
технологическое, экологическое и экономическое обоснования.
Для комnлексных месторождений в ТЭО необходимо рассмот­
реть
возможность
коnаемого, так
исnользования
и совместно с
как
ним
основного
залегающих
nолезного
nолезных
ис­
иско­
nаемых, а также nодземных вод, участвующих в обводнении ме­
сторождения (для хозяйственно-nитьевого водоснабжения или
извлечения из них nолезных комnонентов). Разведочные конди­
ции для nодсчета заnасов вскрышных и вмещающих nород, nри­
годных для хозяйственного исnользования, разрабатываются и
утверждаются одновременно с
кондициями для
nодсчета заnа­
сов основных nолезных искоnаемых.
В ТЭО кондиций должны быть доказаны возможность со­
хранности в недрах для nоследующего извлечения и целесооб­
разность отдельного складирования и сохранения для исnользо­
вания в будущем забалансовых разведанных заnасов, а также
рассмотрена и обоснована целесообразность nодсчета и учета
заnасов, заключенных в охранных целиках круnных водоемов и
водотоков,
населенных
nунктов,
каnитальных
сооружений
и
сельскохозяйственных объектов, заnоведников, nамятников nри­
роды, истории и культуры.
Bonpoc
об отнесении заnасов в ох­
ранных целиках к балансовым или забалансовым решается на
основе технико-экономических расчетов, в которых учитывают­
ся затраты на nеренос сооружений или сnециальные сnособы
отработки заnасов.
Разведочные кондиции разрабатываются, исходя из эконо­
мического эффекта освоения месторождения в целом, оnреде­
ленного на основе сложившегася на nериод составления ТЭО
кондиций цен, тарифов и налоговых ставок. В nроцессе освое-
81
ния
месторождения
возникает необходимость
корректировки
усредненных показателей разведочных кондиций для конкрет­
ных геологически или технологически обособленных участков
месторождения с учетом актуальной ситуации на рынке товар­
ного продукта, производимого горно-добывающим предприяти­
ем. Для реализации такой корректировки существуют эксплуа­
тационные кондиции.
Эксплуатационные кондиции разрабатываются по инициа­
тиве недрапользователя при необходимости уточнения гранич­
ных требований к качеству извлекаемого полезного ископаемо­
го и условий его залегания применительно к конкретным частям
месторождения (этажам, подэтажам, эксплуатационным блокам,
панелям, выемочным участкам, существенно отличающимся
условиям
отработки
от средних
показателей,
принятых
по
при
обосновании разведочных кондиций), а также для обеспечения
стабильной безубыточной работы предприятия в период резкого
изменения рыночной конъюнктуры на минеральное сырье, про­
дукты его переработки и цен на энергетические и другие ресур­
сы. Параметры эксплуатационных кондиций в отличии от разве­
дочных могут быть дифференцированы по участкам месторож­
дения с учетом уточненных в процессе доразведки и эксплуата­
ции данных об их геологическом строении и условиях отработ­
ки полезного ископаемого.
Эксплуатационные кондиции разрабатываются на основе де­
тального
геологического
изучения
месторождения,
анализа
про­
ектов разработки конкретных блоков, технологических схем пе­
реработки минерального сырья с учетом актуальных цен, тарифов
и налоговых ставок. ТЭО эксплуатационных кондиций составля­
ется, как правило, на ограниченный срок, соответствующий вели­
чине
запасов
полезного
ископаемого,
заключенного
в
намечен­
ных к отработке на этот период технологически обособленных
частях месторождения. При этом должна обеспечиваться сохран­
ность запасов, временно не вовлекаемых в промышленное освое­
ние. Таким образом, в процессе разработки месторождения экс­
плуатационные
и
кондиции могут неоднократно пересматриваться
корректироваться в зависимости от изменения экономических,
геологических и горно-технических факторов.
82
Параметры кондиций, которые необходимы для геолого­
экономической оценки данного месторождения, устанавливают­
ся в зависимости от вида полезного ископаемого и наличия по­
путных
полезных
ископаемых
и
компонентов,
геологического
строения месторождения, горно-геологических условий его от­
работки, обоснованного ТЭО способа добычи и переработки по­
лезного ископаемого, требований промышленности к качеству
минерального сырья. Для оконтуривания и
подсчета запасов
большинства месторождений руд и нерудного сырья достаточно
следующих основных параметров кондиций.
Бортовое содержание
го компонента (для
-
наименьшее содержание полезно­
комплексных руд
-
суммы содержаний
компонентов, приведеиных к содержанию условного основного
компонента, имеющего максимальную извлекаемую ценность) в
пробах, включаемых в подсчет запасов при оконтуринании тела
полезного ископаемого по мощности (пересечению разведочной
выработкой) в случае отсутствия его четких геологических гра­
ниц. Бортовое содержание устанавливается на уровне, обеспе­
чивающем
максимальную экономическую эффективность
ис­
пользования запасов. Оно определяется на основе повариантных
технико-экономических расчетов. Как правило, выполняется не
менее трех (обычно четыре-пять) вариантов с расчетными зна­
чениями бортового содержания выше и ниже оптимального.
Миниwальное содержание компонента в краевой выработке
устанавливается кондициями для месторождений, представлен­
ных относительно маломощными телами полезного ископаемо­
го,
имеющими
щимися
четкие
закономерным
геологические
снижением
границы
и характеризую­
содержания
полезных
ком­
понентов, что обычно наблюдается в краевых частях тел, но
иногда может быть и внутри них. Расчет минимального содер­
жания компонента в краевой (оконтуривающей) выработке вы­
полняется аналогично расчету бортового содержания повари­
антным способом.
МинUJИальное промыlШlенное содержание полезного компо­
нента (или приведеиное к содержанию условного компонента) в
подсчетном
блоке
-
содержание,
при
котором
извлекаемая
83
ценность минерального сырья обеспечивает возмещение экс­
плуатационных затрат на получение товарной продукции при
нулевой рентабельности производства.
Минимальная мощность тел полезного ископаемого
-
ус­
танавливается, исходя из применения оптимальных для данного
месторождения способа и систем разработки, а также оборудо­
вания для механизации добычных работ. Оконтуриванне мало­
мощных тел с
повышенным
содержанием
полезных
компонен­
тов производится по метропроценту (метрограмму), исходя из
установленных
кондициями минимальной мощности тела по­
лезного ископаемого и бортового содержания, а при геологиче­
ских границах тела
-
по минимальному содержанию в краевой
выработке.
Максимально допустимая мощиость прослоев пустых пород и
некондиционны.х полезных ископаемых, включаемых в подсчет за­
пасов, зависит от горно-геологических условий месторождения,
определяющих системы разработки и применяемое оборудование,
и от технологии переработки минерального сырья.
Максимально допустимые содержания вредных при;иесей в
подсчетном блоке, в выработке или пробе устанавливаются в
соответствии с требованиями действующих стандартов и техни­
ческих условий к качеству товарной продукции горно-добываю­
щего предприятия.
Требования к выделению при подсчете запасов типов и
сортов полезного ископаемого устанавливаются при наличии на
месторождении нескольких природных разновидностей полез­
ного ископаемого, отличающихся по технологическим свойст­
вам и требующих раздельной добычи и переработки (либо стро­
го дозированной шихтовки). В этом случае в ТЭО кондиций
должны быть определены бортовое содержание и другие пара­
метры, необходимые для подсчета запасов полезных ископае­
мых по типам и сортам.
Максимальная глубина подсчета запасов определяется эко­
номически обоснованными контурами их разработки. В случае
открытой разработки месторождений с субгоризонтально зале­
гающими телами полезных ископаемых и ограниченной мощ-
84
ностью вскрышных пород максимальная глубина подсчета запа­
сов
обусловливается
предельно допустимым
коэффициентом
вскрыши, относящимсяк каждому подсчетному блоку.
Минимальный
коэффициент рудоносиости
в
подсчетном
блоке регламентируется кондициями для месторождений с пре­
рывистым
распределением
мышленные руды
по
полезных
компонентов,
горно-геологическим
когда
критериям
про­
не могут
быть оконтурены и подсчет запасов производится в контурах
рудоносной зоны (залежи, тела) статистически. Минимальный
коэффициент рудоносиости устанавливается на основе прямых
расчетов
путем сопоставления эксплуатационных затрат на от­
работку блока с извлекаемой при этом стоимостью конечной то­
варной продукции.
Минимальные
геологические
запасы
изолированных
тел
(участков) полезных ископаемых определяются при наличии на
месторождениях, подлежащих подземной разработке, изолирован­
ных тел (участков), отстоящих на значительном расстоянии от ос­
новньrх тел полезного ископаемого и требующих проходки допол­
нительных вскрывающих выработок. Рассматриваемый параметр
кондиций
устанавливается
на
основе
прямого
технико-эконо­
мического расчета исходя из принципа безубыточной добычи запа­
сов изолированных тел (участков) полезного ископаемого.
Наряду с указанными параметрами кондиций для подсчета
запасов
отдельных
разрабатываемых
видов
минерального
сырья,
в
том
числе
нетрадиционными способами, могут приме­
няться и другие параметры кондиций. В частности, для уголь­
ных
месторождений
кондициями
регламентируются
макси­
мальная зольность углей, требования к их качеству по направ­
лениям
использования
промышленностью
и
ряд других
пара­
метров. Применительно к месторождениям, разрабатываемым
способом
подземного
параметров
кондиций
выщелачивания, одними
из
являются
коэффициент
минимальный
основных
фильтрации по блоку (залежи) и предельная глубина залегания
подземных
вод.
Для
месторождений
облицовочного
камня
кондициями устанавливается минимальный выход облицовоч­
ных плит или блоков.
85
Технико-экономическое обоснование (ТЭО) и расчеты
параметров разведочных кондиций. Осуществляются на ос­
нове анализа и оценки всех основных факторов, определяющих
условия реализации проекта освоения месторождения (эконо­
мико-географическое положение,
горно-геологические,
гидро­
геологические и другие природные условия, качественная и ко­
характеристики
личественная
запасов
полезных
ископаемых,
результаты испытаний технологических проб, наиболее прием­
лемые способы и системы разработки, предполагаемая схема
переработки минерального сырья, номенклатура товарной про­
дукции и схема ее реализации на рынке, экологические послед­
ствия разработки месторождения и мероприятия, необходимые
для их предотвращения или минимизации).
Экономическая оценка проекта разработки месторождения
выполняется
на основе
моделирования
потоков
продукции,
ре­
сурсов и денежных средств в пределах срока отработки место­
рождения или его части. Основным показателем, который ис­
пользуется при технико-экономическом обосновании разведоч­
ных
кондиций,
является
(Чд.ц). Дисконтирование
-
чистый
дисконтированный
доход
это приведение денежных потоков
к единому моменту времени (началу освоения месторождения) с
учетом величины банковской ставки. Таким образом, Чдц есть
чистая прибыль предпринимателя, уменьшенная на величину
дохода, который он мог бы получить, не вкладывая деньги в
проект разработки местрождения, а просто храня их в банке.
Геолого-экономическая оценка месторождения в ТЭО раз­
ведочных кондиций выполняется в двух вариантах
-
базовом,
на основе которого определяются общие геологические (потен­
циальные) запасы месторождения, и коммерческом, устанавли­
вающем ту часть запасов, которая в данный момент может быть
отработана с
приемлемым
экономическим
эффектом
(балан­
совые запасы).
Базовый вариант предполагает, что в состав затратных по­
казателей проекта не включаются установленные законодатель­
ством на момент разработки ТЭО налоговые и иные, относимые
на себестоимость продукции платежи, а также платежи по кре-
86
дитам банков. Расчетная ставка дисконта примимается равной
10 %.
Коммерческий вариант включает в себя все указанные за­
траты, не учитываемые в базовом варианте. В этом случае став­
ка дисконта составляет обычно не ниже
15 %.
Технико-экономические показатели эксплуатационных
кондиций разрабатываются также на основе анализа дисконти­
рованных потоков денежной наличности с учетом существую­
щих на данный момент цен на производимую продукцию, энер­
горесурсы, систем и ставок налогообложения, таможенных та­
рифов, льгот и условий привлечения заемного капитала. Они
рассчитываются применительно к конкретной части месторож­
дения, планируемой к отработке в рамках технического проекта
в ближайшие несколько лет. Срок действия эксплуатационных
кондиций обосновывается в ТЭО и окончательно устанавлива­
ется в процессе его государственной экспертизы с учетом
ре­
альной экономической обстановки и геологических особенно­
стей эксплуатируемого месторождения.
2.3. ПОДГОТОВЛЕННОСТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ
Классификацией запасов месторождений и прогнозных ре­
сурсов твердых полезных ископаемых определены условия, при
которых
месторождение
считается
подготовленным
для
про­
мышлеинога освоения. Эти условия таковы:
1)
запасы уrверждены ГКЗ или ТКЗ (если месторождение
новое) или Центральной комиссией по запасам отраслевого ми­
нистерства (если месторождение уже разрабатывается);
2)
ного
вещественный состав и технологические свойства полез­
ископаемого
изучены
с детальностью, достаточной для
проектирования технологической схемы
извлечения полезных
компонентов;
3)
гидрогеологические и инженерно-геологические условия
изучены с детальностью, достаточной для составления проекта
разработки месторождения;
4) участки,
намеченные к первоочередному освоению, раз­
веданы наиболее детально;
87
изучены другие
5)
полезные
ископаемые,
залегающие
в
пределах земельного отвода (вскрышные породы, отходы), опре­
делены возможности их использования и подсчитано количество;
б) оценена возможность хозяйственного и бытового водо­
снабжения;
7)
разработаны мероприятия по охране окружающей среды
и рациональному использованию недр;
8)
утвержденные балансовые запасы должны иметь опреде­
ленное
соотношение
различных
категорий,
варьирующее
для месторождений, принадлежащих по сложности геологиче­
ского строения к разным группам (табл.
2.1 ).
Таблица
2.1
Соотношение запасов различных категорий(%) для месторождений
различных групп
Категория запасов
(1-4)
по сложности геологического строения
Металлические и неметаллические
Угли и горючие сланцы
nолезные искоnаемые
1
2.4.
1
-
-
80
20
50
50
20
30
50
-
\0
-
-
-
в
cl
20
70
20
80
с!
-
-
2
3
-
-
50
50
-
100
-
-
ОПРОБОВАНИЕ
Опробование
ния
4
3
2
А
-
качественных
практически единственный способ изуче­
показателей
полезного
ископаемого.
В
большинстве случаев оно представляет собой последователь­
ный трехстадийный процесс: отбор, обработку и исследова­
ние проб.
Первая стадия заключается в отделении от массива тем или
иным способом некоторой порции
паемого или породы,
ются. Вторая стадия
-
пробы
-
качественные показатели
-
полезного иско­
которых
промежуточная. Ее назначение
-
изуча­
под­
готовка пробы к дальнейшим исследованиям, испытаниям, ана­
лизам. Задача третьей стадии
88
-
получить количественное зна-
чение изучаемого nоказателя качества. Исследования вещества
проб, которыми занимаются сnециальные лаборатории, не яв­
ляются (за исключением минералого-nетрографических иссле­
дований) nредметом наук геологического цикла, поэтому в дан­
ном курсе не рассматриваются.
В соответствии с назначением выделяют следующие основ­
ные виды опробования:
1)
химическое- оnределение химического (элементного) и
фазового состава nолезного искоnаемого;
2)
минералогическое
-
оnределение минерального состава
nолезного искоnаемого и вмещающих nород;
3)
технологическое- исследование обогатимости nолезно­
го искоnаемого;
4)
техническое
свойств
анализ физических и горно-технических
-
полезного
(nлотности,
искоnаемого
влажности,
nористости,
и
вмещающих
соnротивления
пород
сжатию,
разрыву и сдвигу, абразивности, буримости и др.);
5)
геофизическое
-
исследование физических свойств nо­
лезного искоnаемого и вмещающих nород и на этой основе оn­
ределение содержания nолезных и вредных комnонентов и дру­
гих nоказателей качества.
Основные цели разведочного оnробования таковы:
1)
характеристика качества nолезного искоnаемого и зако­
номерностей его расnределения в объеме месторождения или
тела;
2)
оnределение количества полезных комnонентов (подсчет
заnасов комnонентов);
3)
выявление физико-механических свойств nолезного ис­
коnаемого
и
вмещающих
nород для оценки
горно-технических
условий разработки месторождения.
Для достижения этих целей и усnешного решения задач
разведки оnробование должно отвечать следующим основным
принципам
-
оно должно быть представительным, равномер­
ным, а число проб- минимальным.
Оnробование считается nредставительным, если, во-nервых,
установленные по данным всей системы оnробования особенно­
сти расnределения показателей качества соответствуют их ис-
89
тинному распределению в объеме месторождения, а во-вторых,
значения показателей качества каждой отдельной пробы отве­
чают их значениям в пределах объема, характеризуемого этой и
пробой.
Первое
положение
этого
принципа
имеет
геологический
смысл. Оно означает, что расположение пунктов опробования
должно соответствовать морфологическим, структурным и ли­
талого-петрографическим особенностям полезного ископаемо­
го,
а
также
учитывать
степень
и
характер
его
изменчивости.
Второе положение принципа представительности обусловлено,
кроме геологических, еще и технико-экономическими сообра­
жениями: размеры каждой пробы должны быть минимально не­
обходимыми, так как увеличение массы пробы в арифметиче­
ской прогреесии вызывает рост стоимости ее обработки в гео­
метрической прогрессии.
Принцип равномерности опробования согласуется с прин­
ципом равномерности (равной достоверности) разведки. Пробы
должны располагаться равномерно по площади и мощности тела
полезного ископаемого,
но,
конечно, с учетом анизотропии его
свойств.
Способы отбора проб определяются, главным образом, на­
значением опробования и видом опробуемой выработки. Наибо­
лее
часто употребляются
следующие
способы
отбора
проб:
штуфной, точечный, бороздовый, задирковый, вшювый, керно­
вый и шламовый.
При штуфном способе от массива отделяется (откалывается
или выпиливается) отдельный кусок или блок (штуф) породы
или полезного ископаемого массой от
0,2--0,5
до
10-15
кг и
более. Этот способ используется при минералогических и физи­
ко-механических исследованиях.
Точечный способ заключается в следующем. На обнажение
полезного ископаемого или навал отбитой горной массы накла­
дывается реальная или воображаемая сетка с квадратной или
прямоугольной формой ячеек. Из узлов ячеек или из их центров
откалываются (отбираются) небольшие кусочки полезного ис­
копаемого (частичные пробы), которые вместе составляют на-
90
чальную пробу. При опробовании точечным способом навала
разрыхленной горной массы в забое, отвалах или транспортных
емкостях этот способ называется горстьевым,
или вычерпы­
вание.
При бороздовом способе на обнаженной поверхности тела
полезного ископаемого вручную (зубилом и молотком) или с
помощью
механического
пробаотборника
режущего
типа
с
электрическим или пневматическим приводам выбивается или
вырезается канавка
-
борозда
-
прямоугольного, треугольного
или трапециевидного поперечного сечения. Этот способ
са­
-
мый распространенный как при разведке, так и при разработке
месторождений различных видов (главным образом металличе­
ских)
полезных
ископаемых.
Размеры
поперечного
сечения
(ширина и глубина) прямоугольных борозд зависят от степени
равномерности распределения оруденения
тела (табл.
и
мощности рудноrо
2.2.).
В процессе детальной разведки и особенно эксплуатации,
когда отбирается очень большое число проб и допустимо неко­
торое снижение точности определения показателей качества в
каждой из них, ради сокращения затрат на опробование и облег­
чение обработки проб допускается либо уменьшение сечения
борозд, либо даже применение так называемой «пунктирной бо­
розды» (по линии определенного направления и размера отбива­
ется серия
кусочков
полезного ископаемого,
которые и состав­
ляют пробу). Следует заметить, что пунктирная борозда дает
Таблица
2.2
Примерные сечения борозд (см) при опробовании
рудных месторождений
Характер оруденения
Мощность рудных тел, м
2,5-2
от2,5-2
ДО
Весьма равномерный и равномерный
Неравномерный
Весьма и крайне неравномерный
0,5
0,8---0,5
5х2
бх2
10х2
8х2,5
9х2,5
10х2,5
8хЗ
IОхЗ
12хЗ
91
результаты довольно
низкой точности,
поэтому,
несмотря
на
высокую производительность и малую стоимость этого способа
опробования, использование его оправдано лишь при эксплуа­
тации месторождений с хорошо изученным и относительно рав­
номерным распределением полезных компонентов.
При опробовании угольных месторождений размер бороз­
ды варьирует от
(l0-l6)x(3-5)
(25-30)
см для углей сложного и неустойчивого петро­
х
(3-5)
см для однородных углей до
графического состава. На россыпях и месторождениях многих
нерудных полезных ископаемых (цементное сырье, кирпичные
глины, песчано-гравийные смеси и др.) применяют борозды се­
чением
(25-30)
х
(10-20)
см.
Борозды располагаются перпендикулярно мощности рудно­
го тела и в пределах одного минерального или промышленного
типа полезного ископаемого. В случае очень большой мощности
или сложного строения полезное ископаемое опробуется сек­
циями длиной О, 7-1,5 м (рис.
2.1 ).
батывается
как
и
анализируется
Каждая секция затем обра­
отдельная
самостоятельная
проба.
Задирковый способ заключается в том, что с обнаженной
поверхности полезного ископаемого по всей площади сдирается
тонкий (обычно не более
2-5
мм) слой полезного ископаемого.
Этот способ используется только в случае крайне неравномер­
ного распределения полезных компонентов и малой мощности
полезного ископаемого или в качестве контрольного для бороз­
дового и точечного опробования.
При валовом способе в пробу отбирается либо вся горная
масса,
ной
полученная
выработки
при
по
проходке данного
полезному
интервала разведоч­
ископаемому,
либо
какая-то
часть, например, каждая вторая, третья, пятая (и др.) лопата,
вагонетка, ковш и др. Масса валовой пробы может достигать
нескольких тонн, поэтому данный способ опробования предна­
значен, главным образом, для технологических исследований
или для контроля других способов опробования, а также при
разведке россыпных месторождений драгоценных металлов и
алмазов.
92
Рис.
2.1.
Расnоложение бороздовых nроб (борозд) nри оnробовании слож­
ного по составу рудного тела:
1 - вмещающие
4 - борозды
nороды;
2, 3 -
руды:
2-
галенитовые.
3-
сфалеритовые;
Керновое опробование проводится следующим образом. Керн
скважины раскалывается вдоль длинной оси. Одна половина идет
на пробу, вторая остается для контроля и минералогических ис­
следований. Если диаметр керна недостаточен, чтобы из его по­
ловинки была получена представительная проба, то отбирается
весь керн. Этот способ опробования применяется при разведке
всех видов полезных ископаемых.
При шламовом способе отбора в пробу поступают кусочки
породы или руды и пыль (шлам), образующиеся при бурении
шпуров и скважин. Иногда при низком выходе керна этот спо­
соб дополняет керновый.
Помимо упомянутых основных способов опробования, су­
ществует несколько путей определения качества полезного ис­
копаемого без отбора отдельных проб. К ним относятся геофи­
зические способы опробования и визуальное (определение со­
держания полезного компонента «На глаз»). В этих случаях ис­
пользуются различные свойства полезного ископаемого, отли­
чающие его от вмещающих пород.
Геофизическое опробование в последние годы быстро раз­
вивается и находит все более широкое применение. В дополне­
ние к таким широко известным способам геофизического опро­
бования, как магнита- (определение содержания железа в магне-
93
титовых рудах) и радиометрия (определение содержания урана
и тория путем измерения уровня естественной радиоактивно­
сти), добавилась значительная группа ядерно-физических мето­
дов, среди которых
выделяются два типа:
гамма-методы, осно­
ванные на измерении искусственных (наведенных) источников
гамма-излучения,
и
нейтронные,
регистрирующие
интенсив­
ность нейтронного или связанного с ним гамма-излучения. С
помощью ядерно-физического опробования возможно опреде­
ление содержания железа, свинца, ртути, вольфрама, сурьмы,
бария, цинка, молибдена, висмута, олова, хрома, никеля, мар­
ганца, меди, алюминия, бериллия и других компонентов во мно­
гих (но, к сожалению, не во всех) типах руд.
Фотоопробование заключается в фотографировании обна­
жения (забоя или стенки выработки) и подсчете площадей, заня­
тых полезным минералом. Этот способ опробования дает поло­
жительные результаты, если по оптическим свойствам полезное
ископаемое достаточно резко отличается от вмещающих пород.
В таких случаях может применяться и визуальное опробование,
с помощью которого при достаточном опыте наблюдателя могут
быть получены довольно точные результаты.
Следует отметить, что фото- и визуальное опробование носят
вспомогательный характер для приближенной оценки качества по­
лезного ископаемого, так как их точность (особенно визуального
опробования) зависит от многих субъективных факторов.
Выбор способа опробования обусловлен двумя группами
факторов: геологическими и общими. Главными являются гео­
логические факторы, а именно: промышленный тип месторож­
дения, текстурно-структурные
характеристики
полезного
иско­
паемого, тип распределения полезных компонентов в руде, раз­
мер рудных тел,
их
мощность
и
крупность
полезного ископае­
мого. Массивные и равномерно-вкрапленные руды значитель­
ной мощности могут опробоваться любым способом, но пред­
почтительно применение шламового или точечного опробова­
ния.
Полосчатые, прожилкавые
полезные
ископаемые
и
неравномерно-вкрапленные
рациональнее
опробовать
бороздовым
способом при ориентировке борозды перпендикулярно полосча­
тости. Крепкие и весьма крепкие полезные ископаемые опробу-
94
ются либо шламовым (если распределение полезных компонен­
тов относительно равномерное), либо точечным и задирковым
способами, так как в nодобных полезных ископаемых выбивать
правильную борозду очень трудно.
Среди общих факторов, влияющих на выбор способа опро­
бования,
следует выделить следующие:
задачи
опробования,
объем работ и применяемые системы разработки (при опробо­
вании эксплуатируемых месторождений). Задачи опробования
иногда являются решающим фактором. Так, для определения
физико-механических
способа,
чем
свойств
штуфной
полезного
(выпиливание
ископаемого
правильных
иного
кубиков),
применить нельзя, а для оценки технологических свойств по­
лезного ископаемого требуется большое количество материала,
следовательно, необходимо проводить валовое опробование и др.
Объем работ по отбору проб также может иметь важное
значение при выборе способа опробования. Если отбирается
сравнительно небольшое число проб, то следует использовать,
невзирая на трудоемкость, способы опробования, обеспечиваю­
щие максимальную достоверность результатов. Напротив, при
больших объемах работ по опробованию предпочтение отдается
наиболее простым и дешевым способам отбора проб в ущерб
высокой
точности
результатов
по
каждой
пробе
(например,
пунктирная борозда вместо обычной).
Влияние применяемых систем разработки на выбор способа
опробования преимущественно определяется возможностью и
длительностью присутствия людей в выработанном пространст­
ве (если доступ в очистное пространство свободный, то можно
применять любой способ опробования, если нет
-
шламовый
или керновый), т.е. доступностью полезного ископаемого для
взятия пробы.
Правильнасть оnределения качественных особенностей по­
лезного ископаемого обусловлена не только способом опробо­
вания, но и параметрами его сети. В этом вопросе главными яв­
ляются геологические факторы
-
неравномерность распреде­
ления полезного компонента и изменчивость формы тел. Рацио­
нальные расстояния между пробами, подтвержденные большим
опытом разведки, приводит В.М. Крейтер (табл.
2.3).
95
Таблица
2.3
Расетоинии между пробами (по простиранию) на месторожденних
разных типов
Xapal\fep распределения
Месторождения
Расстояния,
компонентов (коэффициент
м
вариации)
Равномерный
(5--40 %)
Простые
углей,
строительных
цементного
горючих
сланцев,
материалов,
флюсов,
сырья.
серы.
каменных
50-6
и
калийных солей. некоторых железных
и
марганцевых
руд,
ГЛИН,
коал и нов
и др.
Неравномерный
Гидротермальные
(40-100 %)
металлических
руд,
медных
и
скарноные
6--4
поли-
золо-
торудные, вольфрамовые, молибденавые
Весьма неравномерный
Некоторые полиметаллические, боль-
(100---150 %)
шинство оловорудных, вольфрамовых,
Крайне неравномерный
Многие редких металлов.
(> 150 %)
ные, платиновые
4-2,5
молибденовых, многие золоторудные
золоторуд-
2,5-2
Почти nри всех видах оnробования после отбора проб про­
водится их обработка.
При минералогическом
оnробовании
обработка заключается в изготовлении nрозрачных и nолиро­
ванных шлифов для изучения nолезного искоnаемого оnтиче­
скими методами или же в дроблении вещества nроб для иссле­
дования минерального состава nод бинокуляром.
Обработка nроб технического оnробования зависит от кон­
кретного назначения этого вида оnробования. Для выявления
физико-механических свойств и средней nлотности nроизводит­
ся расnиловка отобранных штуфов на nравильные геометриче­
ские фигуры: кубики, блочки, а для оценки качества индустри­
ального сырья -сортировка, рассеивание, отмывка и др.
Наиболее сложна обработка nроб для химического анализа,
особенно многокомnонентных (комnлексных) руд. Для собст­
венно анализа обычно достаточно
50--200
г вещества, а началь­
ная масса nредставительной nробы nревышает
того,
96
nолезные комnоненты
3-5
кг. Кроме
неравномерно расnределены
в мас-
се пробы, а полезные минералы находятся в сростках с жиль­
ными. Поэтому обработка химических проб выполняется с це­
лью, во-первых, отделения (раскрытия) рудных минералов от
жильных и, во-вторых, обеспечения равномерности, гомогенно­
сти вещества пробы с тем, чтобы содержание компонентов в ла­
бораторной навеске было таким же, как и в исходной пробе. Эта
цель достигается рядом последовательных повторяющихся цик­
лов
измельчения,
перемешивания
и сокращения
исходного
ма­
териала пробы. Степень сокращения пробы в конце каждого та­
кого цикла определяется размером частиц (степенью дробления
или измельчении) и степенью неравномерности распределения
компонентов. Наиболее употребительной формулой для расчета
необходимой массы пробы после очередного этапа дробления и
перемешивания (и, тем самым, возможной степени сокращения
начальной массы) является формула Г.О. Чечотта:
Q=kd2,
где
Q-
масса пробы после сокращения, кг;
максимальной фракции, мм;
пени
k-
d-
диаметр частиц
коэффициент, зависящий от сте­
неравномерности распределения
компонентов; для
ных полезных ископаемых его значение меняется от
На основе этой формулы
различ­
0,05 до 1.
составляется схема обработки
пробы, в которой указываются число этапов дробления, измель­
чения и истирания материала пробы, а также количество и сте­
пень сокращения на каждом этапе измельчения.
2.5.
ОКОНТУРИВАННЕ ТЕЛ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Оконтуривание
-
это процесс ограничения тела полезного
ископаемого в пространстве. Данный процесс обычно включа­
ет в себя две процедуры: определение положения опорных точек
и соединение последних линией, которая и называется конту­
ром. Оконтуриванне тел полезных ископаемых производится на
графических материалах: планах, разрезах, проекциях и блок­
диаграммах.
97
Выделяются две основные группы контуров
-
естествен­
ные, обусловленные природными причинами, и искусственные.
К
естественным
контурам
относятся
следующие:
нулевой,
представляющий собой линию полного выклинивания тела по­
лезного ископаемого или ограничивающий область, в пределах
которой полезный компонент отсутствует, а также сортовой,
разграничивающий минеральные типы или промышленные сор­
та полезного ископаемого.
Искусственные контуры. безусловно, связаны с естествен­
ными, но они проводятся чаще всего по формальным признакам.
Искусственными являются контуры балансовых и забалансовых
запасов, категорий запасов, шахтного поля и др. Положение ес­
тественных
контуров
не
меняется
оно может только уточняться
во
времени
и
пространстве,
в результате получения дополни­
тельных данных, а искусственных
зависит не только от объе­
-
ма наших знаний о теле полезного ископаемого, но и от различ­
ных
причин
технико-экономического
и
организационного
ха­
рактера. Например, при пересмотре кондиций (вследствие вне­
дрения более прогрессивной технологии переработки руд или по
другим причинам) понизилось предельное содержание полезно­
го компонента в промышленных рудах, в результате контур ба­
лансовых
руд может
ние. Другой пример
«отодвинуться»
-
на значительное
расстоя­
по итогам проведения дополнительной
разведки запасы категории В переведены в категорию А, что
вызвало изменение контуров запасов этих категорий, тогда как
естественные границы тела полезного ископаемого и в том, и в
другом случае остались неизменными.
В зависимости от применяемых способов оконтуривания
все группы контуров объединяются в два вида: внутренние и
внешние. Внутренние проводятся строго через выработки, пере­
еекающие
полезное
ископаемое,
кусственными, а внешние
-
и,
как
правило,
являются
ис­
между такими выработками или за
их пределами; последние могут быть как искусственными, так и
естественными.
Способ оконтуривания тела полезного ископаемого опреде­
ляется
98
его
морфологическим
типом
и
условиями
залегания.
Плитаобразные тела nри nологом nадении оконтуриваются в
nлане,
nри
-
крутом
nри наклонном
-
в
nроекции
на
вертикальную
nлоскость,
в nроекциях на вертикальную и горизонталь­
ную nлоскости или в nроекции на наклонную nлоскость, nарал­
лельную nадению тела. Оконтуриванне трубообразных тел nро­
водится также в nроекции на вертикальную или горизонтальную
nлоскость, а изометричных
обычно в nроекции на горизон­
-
тальную nлоскость. Тела всех морфологических тиnов оконту­
риваются на разрезах и блок-диаграммах.
В nорядке убывания точности nостроения контуров разли­
чают три способа оконтуривания: неnрерывного nрослежива­
ния, интерnоляции и экстраnоляции.
Непрерывное прослеживание контактов выnолняется, ко­
гда
мощность
тела
nолезного
искоnаемого
меньше
размеров
nрослеживающей выработки (штрека, восстающего, канавы и
др.) или же эта выработка nроходит неnосредственно по контак­
ту
тела
nолезного
искоnаемого
с
вмещающими
nородами.
Обычно с nомощью этого сnособа удается nостроить только
часть контура тела nолезного искоnаемого.
Интерполяция заключается
неnосредственно
установленные
в nроведении контура через
точки
контакта
nолезного
искоnаемого с вмещающими nородами (на разрезах) или че­
рез точки nересечения разведочными выработками nолезного
искоnаемого
рис.
(nри
nостроении
контура
на
nроекциях
-
2.2).
Экстраполяция nредставляет собой оконтуривание за nре­
делами выработок, встретивших nолезное искоnаемое, т.е. дан­
ным сnособом отстраивается только внешний контур (см. рис.
2.2).
Существуют два вида экстраполяции: ограниченная и не­
ограниченная. Ограниченная экстраполяция
-
это nроведение
контура между выработками, одна из которых nересекла nолез­
ное искоnаемое, а другая
нет. Конкретное nоложение оnор­
-
ной точки и, следовательно,
формальным nризнакам
-
контура оnределяются либо
по
на nоловину, треть, четверть рас­
стояния между этими выработками, либо на основании геологи­
ческих закономерностей.
99
Рис.
2.2.
Оконтуриванне крутопадающего тела в проекцню на верти­
кальную плоскость. По В. М. Крейтеру.
1. 2
-точки nересечения скважин с nлоскостью nроекции:
рудное тело,
ров:
3-
2-
не встретивших nолезное искоnаемое:
внутреннего.
4-
nересекших
1-
3. 4 -
линии конту­
внешнего
При неограниченной экстраполяции контур отстраивают за
пределами выработок, подсекших полезное ископаемое, т.е. в
этом случае установленных пределов экстраполяции нет, но по­
ложение опорных точек контура, как и при ограниченной экст­
раполяции, выявляется либо по формальным признакам
четверть,
половину,
целое,
удвоенное
или
другое
-
на
расстояние
между разведочными выработками, либо по геологическим при­
знакам. Естественно, наиболее достовериым будет положение
контура, когда определение пределов экстраполяции основыва­
лось на геологических закономерностях.
Наиболее часто встречаются следующие приемы проведе­
ния внешнего контура с использованием
геологических законо­
мерностей:
•
по границе различных фаций
-
довольно типичный
способ для месторождений осадочного происхождения; напри­
мер, для полезных ископаемых, связанных с осадками шельфо­
вой зоны
•
-
по границе распространения этих осадков;
по границе «благоприятных» пород; данный прием ши­
роко применяется для эпигенетических месторождений, напри­
мер, проведение контура по границе пород, не проницаемых для
гидротермальных растворов;
•
по тектоническому нарушению,
смещающему или огра­
ничивающему тело полезного ископаемого (рис.
100
2.3).
с....
i"\
~/
'-
~J
02
Рис.
04 C2Js
Проведение внешнего контура по текооническому нарушению.
2.3.
По В. И. Смирнову с изменениями.
1-
выход nолезного искоnаемого на nоверхность;
рушений;
4-
3 -
внутреннего,
•
по
2-
скважины, nересекшие рудное тело;
линии разрывных на­
4, 5 -
линии контуров:
5- внешнего
естественному
плавному
выклиниванию
залежи
по­
лезного ископаемого; этот способ дает хорошие результаты при
оконтуривании линзавидных тел полезных ископаемых. В таком
случае положение внешнего контура может быть выявлено по­
строением либо по углу естественного выклинивания, либо по
изолиниям мощности полезного ископаемого (рис.
2.4).
Внешний контур отстраивается способом неограниченной
экстраполяции с использованием формальных приемов в тех
случаях, когда нет сколько-нибудь убедительных данных о
границах распространения
продуктивной зоны (площади) за
пределами участка, освещенного разведочными выработками.
В такой ситуации его положение зависит от размеров тела по­
лезного ископаемого и параметров разведочной сети. Наибо­
лее
часто
применяют
формальные
приемы
неограниченной
экстраполяции, при которых внешний контур проводится сле­
дующим образом:
l)
параллельна внутреннему на расстоянии, кратном рас­
стоянию между разведочными выработками (предел экстрапо­
ляции
устанавливается
в
зависимости
от степени
изученности
месторождения в соответствии с изменчивостью формы тел по­
лезных ископаемых);
101
А
Б
:;:~~~
llf
-----
-
2.4.
Рис.
---
-
-
-- --- - -- -
----
Проведение внешнего контура по изолиниям мощности.
По
В.И. Смирнову.
скважины, пересекшие рудное тело, его мошность, м:
1-
2 -
изолинии
мошности, построенные по результатам интерполяции (а) и экстраполяции
(б);
рудное тело:
3-
2)
4 - вмешаюшие
породы
в зависимости от линейных размеров тела полезного ис­
копаемого (правило «полотна») в виде треугольника или прямо­
угольника, высота которого равна
l/2
длины или целой длине
выхода тела на поверхность;
3)
по поверхности конуса или полусферы (для изомет­
ричных тел), основание которых составляет площадь сечения
тела
полезного
ископаемого,
ограниченная
внутренним
кон­
туром, а высота равна половине среднего поперечного разме­
ра тела.
Контур тела полезного ископаемого в различных его участ­
ках может быть получен различными способами. Иначе говоря:
каждый из перечисленных приемов позволяет построить контур
как всего тела полезного ископаемого (см. рис.
его частей (рис.
102
2.5).
2.2-2.4),
так и
Рис.
2.5.
Проведение контура тела полезного ископаемого с использова­
нием различных приемов:
1-
неnрерывного nрослеживания контаiПов;
раниченной экстраnоляции:
2.6.
4 - ограниченной
2-
интерnоляции;
3-
неог­
экстраnоляции
ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ
В результате комплекса геологоразведочных работ создает­
ся модель месторождения полезных ископаемых. При этом, чем
полнее детальность проведеиных работ и, главное, оптимальнее
методика их выполнения, тем ближе полученная модель соот­
ветствует реальному объекту. В общем виде модель месторож­
дения полезных ископаемых включает в себя комплекс разно­
образных графических и табличных материалов: систему верти­
кальных
и
горизонтальных
разрезов;
проекции
на
вертикаль­
ную, горизонтальную или наклонную плоскости; блок-диаrрам­
мы; таблицы результатов опробования; результаты геофизиче­
ских,
гидрогеологических и
инженерно-геологических исследо­
ваний и других материалов, характеризующих месторождение.
Основная цель подсчета запасов- определение количества
полезного ископаемого и полезных компонентов. Чтобы облег­
чить подсчет, не снижая существенно его точности и достовер­
ности, проводится некоторое упрощение формы тел полезных
ископаемых и распределения полезных компонентов. Способ
подсчета запасов представляет собой прием, с помощью которо­
го реальное тело полезного ископаемого разбивается на участки
(подсчетные блоки) относительно простой формы и (или) с от-
103
носительна
равномерными
значениями
исходных
данных
под­
счета запасов.
В общем случае количество полезного ископаемого
ределяется как произведение его объема
сти
V
Q
оп­
и средней плотно­
d:
(2.1)
Q= Vd.
Количество полезного компонента Р вычисляется как про­
изведение количества полезного ископаемого
Q
и среднего со­
держания полезного компонента в подсчетном блоке С. выра­
жаемого в процентах. Расчет ведется по формуле:
Р
= QC/100.
(2.2)
Во многих случаях объем полезного ископаемого отдельно
не вычисляется, так как он, в свою очередь, устанавливается пу­
тем умножения площади тела полезного ископаемого
S
на его
среднюю мощность т:
V=Sm.
Подставляя значения объема в выражения
(2.1)
и
(2.2),
по­
лучим:
Q
= Smd;
(2.3)
Р
=SmdC/1 00.
(2.4)
Формулы
(2.3)
и
(2.4)
называются
общими формулами
подсчета запасов. Первая из них используется для определе­
ния количества полезного ископаемого (руды), а вторая- ко­
личества металла (полезного компонента). Расчетные показа­
тели, входящие в эти формулы,- площадь тела (блока, сече­
ния и др.), средняя мощность полезного ископаемого в преде­
лах подсчетного блока, среднее содержание полезного компо­
нента в подсчетном блоке и средняя плотность полезного ис­
копаемого
-
счета запасов.
104
представляют собой исходные данные для под­
Площадь тела полезного ископаемого
S
(блока, сечения,
проекции, основания и др.) определяется на графических мате­
риалах
(планах,
способом
с
проекциях),
помощью
чаще
всего
специального
инструментальным
прибора
-
планиметра
(этот прием подробно изучается в курсе геодезии и здесь не рас­
сматривается). Для приближенного определения площади (или
при отсутствии планиметра) либо уподобляют тела полезных
ископаемых простейшим геометрическим фигурам (если грани­
цы тел или подсчетных блоков представлены прямыми линия­
ми) и проводят простые расчеты, либо пользуются палеткой.
Способ палетки позволяет достаточно точно и относитель­
но быстро установить площадь тела практически любой конфи­
гурации. Палетка- это лист прозрачного материала (например,
кальки), на который по квадратной сетке нанесены точки. Каж­
дая точка характеризует определенную площадь (цена деления
палетки
-
S0 ),
зависящую от масштаба палетки и расстояния
между точками. Если, например, точки нанесены через
5 мм, то
цена деления палетки в масштабе 1 : 1000 будет 25 м , в мас­
2
штабах 1 : 2000 и 1 : 5000 - соответственно 100 и 625 м и т.д.
2
Для определения площади тела полезного ископаемого (или его
части) палетка накладывается на соответствующий графический
материал, затем подсчитывается число точек внутри контура
и число точек, попавших на контур подсчетного блока
N 2•
N1
Об­
щая площадь вычисляется по формуле:
S =SoN1 + SoN2/2.
Средняя мощность т обычно определяется способом сред­
него арифметического по формуле:
т= Lm;/п,
где
m; -
(2.5)
частные значения мощности в i-м измерении, м; п
-
число измерений.
Среднее содержание С полезного компонента рассчитыва­
ется либо способом среднего арифметического (когда интерва­
лы опробования и распределение отдельных значений содержа-
105
ния полезного компонента по пробам относительно равномер­
ны), либо способом среднего взвешенного по формуле:
С=
LC;a/La;,
(2.6)
где С;- отдельные значения содержания полезного компонента
в i-й пробе,
%;
а;- отдельные значения параметра, на который
«взвешивается>> содержание (интервал опробования, мощность,
площадъ, объем, плотность, область влияния пробы и др.).
Средняя плотность полезного ископаемого устанавливает­
ся по результатам технического опробования и рассчитывается
способом среднего арифметического по формуле, аналогичной
выражению
(2.5).
Конкретные способы подсчета запасов зависят от спосо­
бов и приемов геометризации. Выбор того или иного способа
определяется формой тела полезного ископаемого, его разме­
рами,
степенью
изменчивости
мощности
и
распределения
со­
держания полезных компонентов, расположением и густотой
разведочных выработок, а также практическими задачами под­
счета. При всем многообразии существующих способов под­
счета
запасов
наиболее
широко
применяются
три
из
них:
среднего арифметического, геологических блоков и разрезов
(сечений).
Способ среднего арифметического, как и следует из его на­
звания, заключается в расчете средних значений исходных дан­
ных подсчета запасов,
а затем
на
их основе
-
количества по­
лезного ископаемого и полезного компонента по формулам
и
(2.4).
(2.3)
Этот способ применяется при подсчете запасов полезных
ископаемых в рудных телах очень простой формы и строения, с
крайне равномерным
распределением
полезных компонентов.
Обычно он используется в качестве дополнительного для про­
верки точности подсчета основным, более достоверным спо­
собом.
Способ геологических блоков состоит в оконтуривании уча­
стков (блоков), в пределах которых основные параметры тела
полезного ископаемого близки по значениям. Иначе говоря, в
пределах геологического подсчетного блока должны быть при-
106
мерно одинаковы содержания полезного компонента, мощность,
степень разведанности (густота или плотность разведочной се­
ти), условия залегания, сорт и тип полезного ископаемого, тех­
нологические
свойства,
гидрогеологические
и
инженерно­
геологические условия, средняя плотность, условия вскрытия и
разработки.
В пределах каждого геологического блока исходные данные
рассчитываются
способом
среднего
площадь определяется планиметром
арифметического,
а
его
или палеткой. Запасы
блоке подсчитываются по формулам
(2.3)
по месторождению
суммирования запасов
получают путем
и
(2.4).
в
Общие запасы
по­
лезного ископаемого (руды) и полезных компонентов (метал­
лов) по отдельным блокам, а среднее содержание полезного
компонента устанавливается обратным расчетом из формулы
(2.2),
т.е.:
C=~IOO.
(2.7)
Q
Способ разрезов (сечений) широко используется в прак­
тике геологоразведочного дела, так как позволяет достаточно
просто
и
точно
подсчитать
запасы
полезных
ископаемых
в
телах практически любой формы и сложности геологического
строения. Этот способ имеет несколько модификаций: верти­
кальных
параллельных разрезов,
вертикальных
непараллель­
ных разрезов и горизонтальных разрезов. Наиболее часто ис­
пользуется способ вертикальных параллельных разрезов.
Геологические разрезы расчленяют тело полезного иско­
паемого на отдельные участки
-
подсчетные блоки (рис.
2.6).
Краевые блоки с одной стороны ограничены контуром рудного
тела, с другой
-
первым (последним) разрезом. Внутренние
блоки по простиранию тела ограничены разрезами, а по бокам
-
контурами тела полезного ископаемого. Таким образом, гра­
ницами подсчетного блока служат контуры тела полезного ис­
копаемого и разрезы (сечения).
107
а
11
111
11
z,
Рис.
111
z,
2.6.
Схема к подсчету 1апасов способом вертикальных параллель­
иых сечений:
а- план; б- разрез по простиранию рудного тела; / 1- /4 ных блоков 1--4; 1-III- линии разрезов
длины подсчет­
Площадь полезного ископаемого определяется на разрезах
одним из ранее указанных способов, а объем полезного иско­
паемого в подсчетном блоке
V устанавливается
по одной из сле­
дующих формул:
а) призмы
v = s, +2 s" z2•·
(2.8)
б) усеченного конуса
v-- Sн +Sш 3+~SнSш l 3..
(2.9)
в) клина
s
V=-'l·
(2.10)
2 "
г) конуса
V
= Sшz
3 4.
(2.11)
S1, S11 , S111 - площадь полезного ископаемого по соответст­
вующему разрезу, м 2 (см. рис. 2.6); / 1, - /4 - расстояния между
где
разрезами или от разреза до точки выклинивания полезного ис­
копаемого, м.
108
Формулы
(2.8)
и
(2.9)
применяются для вычисления объема
блоков, заключенных между разрезами (блоки
2
и
3
на рис.
2.6);
при этом первая из них используется, когда площади полезного ис­
копаемого в соседних сечениях отличаются не более, чем на
(блок
40 %
2), а вторая- в случае резкого, более чем на 40 %, отличия
3). Формула клина (2.10)
площадей в соседних разрезах (блок
предпочтительна,
когда
выклинивание
полезного
ископаемого
представлено линией. В этом случае коmур блока в плане можно
уподобить прямоугольнику (блок
треугольнику. Формула
(2.11)
1), а в разрезе по простиранию -
дает достоверные результаты при
подсчете объема в краевых блоках, когда тело полезного ископае­
мого выклинивается в точку, т.е. коmуры блока и в плане, и в раз­
резе по простиранию можно уподобить треугольнику (блок
4).
Среднее содержание полезного компонента вычисляется в
два или три этапа. Вначале устанавливается содержание металла
по скважинам (выработкам), обычно способом среднего ариф­
метического. Затем способом среднего взвешенного на мощ­
ность- см. выражение
(2.6)-
рассчитывается среднее содер­
жание по разрезу. На третьем этапе вычисляется среднее содер­
жание для внуrренних блоков способом среднего взвешенного
на площадь. Для крайних блоков, ограниченных одним разре­
зом, среднее содержание по этому разрезу принимается за сред­
нее содержание по блоку.
Общие запасы полезного ископаемого и полезных компонен­
тов по всему месторождению представляют собой су.мму запасов
по блокам. Среднее содержание полезного компонента по место­
рождению определяется обратным расчетом по формуле
Метод многоугольников
-
(2.7).
его называют также методом
ближайшего района или методом А.К.
Болдырева,
который
обосновал возможность его применения для подсчета запасов
минерального сырья.
При подсчете этим методом оконтуренное тело полезного
ископаемого разбивают на ряд отдельных участков, соответст­
вующих числу разведочных выработок, с таким расчетом, чтобы
к каждой из выработок отошел ближайший, тяготеющий к ней
участок. Тогда все точки последнего будут более близкими к
109
данной выработке, чем к другим. Мощность, объемную массу и
содержание компонентов принимают по данным разведочной
выработки, к которой отнесен рассматриваемый участок.
Участки, на которые разделяется месторождение, являются
прямыми
многогранными
призмами,
основанием
которых
слу­
жат многоугольники, построенные около каждой разведочной
выработки. Высотой призмы служит мощность полезного иско­
паемого по выработке, на которой построена данная призма
(рис.
2.7).
Объем каждой призмы получается умножением пло­
щади многоугольника на соответствующую мощность.
Подсчитывая объем полезного ископаемого, его массу и
массу компонента, заключенного в каждой призме, и затем сум­
мируя
эти данные,
или для
получают запасы
подсчитываемой
части.
для
всего
Построение
месторождения
многоугольника
(площадей ближайших районов) на плане или на разрезе произ­
водится следующим образом. Соединяют прямыми линиями ка­
ждую разведочную выработку с ближайшими (пунктир на рис.
из середин пунктирных линий восстанавливают перпенди­
2.8);
куляры, которые, пересекаясь между собой, образуют много­
угольник. Любая точка многоугольника будет ближе к данной
разведочной выработке, чем к другим. Перпендикуляр к линии
1-4,
рис.
как проходящий вне многоугольника, не проводится. На
2.9
представлена площадь, разбитая описанным способом
на ряд многоугольников; ее
контур
проведен
по
восьми разве­
дочным выработкам.
и
т~т
б
Рис.
2.7.
Контур залежи полезного ископаемого в геологическом разрезе
(а) и контур этой залежи в разрезе, соответствующем подсчету по способу
ближайшего района (б)
110
N2
---о 4
J<:f
' ....
'1:15
1
6
lf5
6
Рис.
2.8.
Построение многоугольника
Рис.
2.9.
Площадь, разбкrая на многоугольинки
В пределах межконтурной полосы также строятся много­
угольники. Если внешний контур представлен нулевой линией,
то
посредине
между внутренним
и
внешним
контурами
прово­
дят линию промежуточного экстраполированного контура. Этим
искусственно уменьшают площадь блока и компенсируют таким
образом уменьшение мощности тела по направлению к нулевой
линии внешнего контура (рис.
2.1 0).
Если этого не сделать, то
распространение мощности тела, определенной в крайних выра­
ботках, на весь многоугольник заведомо приведет к завышению
запасов.
Для проведения промежуточного контура восстанавливают
в
выпуклых углах
внутреннего
контура
перпендикуляры
к его
сторонам, а в вогнутых углах проводят биссектрисы. Эти вспо­
могательные
линии
продолжают
до
пересечения
с
внешним
контуром, причем линия промежуточного контура пройдет меж­
ду последним и внутренним контуром (рис.
таким
образом
внутреннего
многоугольники
контура
и
между
2.11 ).
Образованные
частично лежат в
внутренним
и
пределах
промежуточным
контурами.
Если внешний контур представлен линией промышленного
оруденения,
выраженного
в
метропроцентах,
то
ранее
описан­
ным способом проводят промежуточный контур и производят
разбивку на многоугольники всей межконтурной полосы. Разли­
чие заключается в том, что в этом случае полоса между проме-
11 1
жуточным и внешним
пасы,
которые
контурами тоже содержит некоторые за­
вычисляются
как
произведение
площади
меж­
контурной полосы на значение минимального метропроцента,
принятого для внешнего контура.
,,
__
Рис.
2.10.
Подсчет запасов методом многоугольников в пределах контура
экстраполяции
Рис.
2.12.
Схема к подсчету запасов методом изогипс.
Уел. обозначения- см. текст
112
11
CkdaЖuнa 3
многоугольников определяются
отдельных
Площади
как
сумма площадей, составленных из простых фигур: прямоуголь­
ников,трапеций,треугольников.
При подсчете запасов способом ближайшего района поль­
зуются следующими формулами:
v = Sm; q
=Smd = vd; р =Smd С =q С; V = Lv;
= Ц.
Q=Lq: Р
где
объем призмы ближайшего района;
v-
жайшего к разведочным выработкам района; т
разведочной выработке;
объеме
q -
площадь бли­
S-
мощность по
запас полезного ископаемого в
средняя объемная масса полезного ископаемого
V; d -
по разведочной выработке; р- запас компонента в призме мас-
сой q; С
-
среднее содержание полезного компонента в разве­
дочной выработке;
нента в объеме
V-
общий объем залежи; Р
-
запас компо­
V.
Достоинство способа ближайшего района состоит в его
простоте, благодаря чему он нашел широкое применение. Но
сейчас этот способ используется сравнительно редко, так как он
не дает графического изображения, отражающего форму рудно­
го тела, а также пространствеиного распределения компонентов,
что
является
существенным
недостатком
при
использовании
компьютерных технологий.
Метод изогипс применяется для подсчета запасов пласто­
вых месторождений с изменяющимся углом падения. Объем
пласта в этих условиях мог бы быть определен как сумма объе­
мов отдельных участков пласта, сохраняющих приблизительно
одинаковый угол падения:
bl
v = 1 cosa
bn
ь2
+12 - - " + .... +L - - h ,
"cosa n "
cosa 2 ·~
·~
1
1- - "
где
/ 1,
/ 2 и т.д.- длина пласта в отдельных участках по прости­
- ширина пласта в от­
h 1, h2 и т.д.- истинная
угол падения
а2 и т.д. -
ранию, измеренная на плане; Ь 1 , Ь 2 и т.д.
дельных участках, измеренная на плане;
мощность пласта в тех же участках; а 1 ,
пласта в указанных участках.
113
Разделение пласта на части, сохраняющие одну и ту же вели­
чину угла падения, часто затруднительно,
и в этом случае целесо­
образнее построить изогипсы пласта. Изогипсы представляют со­
бой линии равных высот поверхности пласта, т.е. следы его сече­
ния горизонтальными плоскостями. Они проводятся на плане теми
же способами, что и горизонтали на топографической поверхности.
Пусть на рис.
2.12
дана часть поверхности пласта
раниченная изогипсами АВ и
поверхности будет А 1 В 1
Обозначим: а 1 -
а1
r1
= MN;
-
Ь1 -
среднее
пласта;
ABDC,
ог­
горизонтальная проекция этой
CD;
D 1C 1•
длина средней линии между изогипсами,
расстояние между крайними изогиnсами в плане;
расстояние
h 1 -отвесное
между
изогипсами
на
поверхности
расстояние между изогипсами АВ и
Из прямого треугольника
Площадь поверхности пласта
s = a,lj = а, Jh,2 + Ь,2
CD.
EE 1F находим:
ABDC
выразится формулой:
•
Значения величин а 1 и Ь 1 , входящих в подсчет, определяют­
ся непосредственным измерением на плане;
h1
-
известно из
построения как принятое сечение между изогипсами.
Далее умножением вычисленной площади на мощность и
объемную массу находим объем и запасы руды для каждого
участка. Полученные значения суммируем и определяем запас
всей подсчитываемой части пласта.
Рис.
2.12.
Схема к подсчету запасов методом изогипс.
Уел. обозначения- см. текст
114
Для определения площади поверхности nласта, заключен­
ного между изогипсами, А.К. Баумяном nредложена следующая
формула:
S=
где К
R
+Т 2 ,
боковая nоверхность цилиндра, равная произведению
-
длины средней линии, проходящей между изогиnсами, или дли­
ны промежуточной изогиnсы (а 1 на рис.
расстояние между изогипсами
2.12),
на вертикальное
Т- площадь А 1B 1D 1C 1, изме­
h1 ;
ренная на nлана между двумя изогиnсами.
Из этой формулы ясно, что nоверхность nласта может быть
оnределена и графически. Для этого следует nостроить nрямо­
угольный
треугольник,
катеты
которого
численно
равны
(в
масштабе) величинам К и Т. В таком треугольнике длина гиnо­
тенузы б у дет численно равна nлощади nоверхности nласта
S.
План месторождения в изогипсах дает наглядную картину
nространственного
расnоложения
nласта
и,
в
частности,
его
смещений как в горизонтальной, так и в вертикальной nлоско­
стях,
и
именно nоэтому
nрименяется,
в основном,
на угольных
месторождениях.
27.ДОСТОВЕРНОСТЬГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПОДСЧЕТЕ ЗАПАСОВ
Геологические материалы, исnользуемые при nроектирова­
нии горных работ, должны быть в наибольшей стеnени досто­
верными. Неточиость сведений влечет за собой ошибочные про­
ектные решения по многим элементам технологической схемы
горного предприятия, ведет к ошибкам в оnределении важных
технико-экономических nоказателей и, в конечном счете, к эко­
номическому ущербу.
Опыт nроектирования и nоследующей работы горных nред­
nриятий свидетельствует, что наиболее часто ошибки допуска­
ются nри оценке качества и заnасов nолезного ископаемого. Не­
редко не подтверждаются заnасы по
площади или nадению за-
115
лежей, на флангах. Существенные расхождения наблюдаются в
оценке содержаний полезных компонентов, определении их по­
лезных свойств. Такие погрешности не позволяют достичь про­
ектной мощности предприятий, проектной нагрузки на очист­
ные забои и др.
Серьезные
геологических
ошибки
условий
встречаются
эксплуатации,
при
прогнозе
например,
горно­
при
оценке
морфологии и гипсометрии пластов, их тектонической нару­
шенности, газоносности, выбросаопасности и др. Следствием
неточиости оценки горно-геологических условий является
возможность реализовать
предусмотренные
проектом
не­
средства
механизации очистных работ, транспорта и др. Не достигаются
запроектированная производительность очистных забоев, экс­
плуатационных участков и блоков, уровень концентрации гор­
ных работ.
2.7.1. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ
ИЗМЕРЕНИЙ
Понятие достоверности информации. Понятию достовер­
ности, широко используемому на практике, обычно не придает­
ся количественного выражения. Целесообразно связывать поня­
тие достоверности запасов с величиной погрешности подсчета и
его детальностью.
Анализ погрешностей при подсчете запасов
-
непростая
задача. Геологические исследования месторождения полезного
ископаемого носят многоплановый характер. Огромный объем
информации, который постоянно накапливается и обновляется
по мере изучения месторождения, можно представить себе как
совокупность большого числа измерений показателей месторо­
ждения в отдельных его точках или блоках. Числовые значения
этих характеристик всегда сопровождаются ошибками. Погреш­
ность каждого измерения вносит свои вклад в ошибку при под­
счете запасов.
Это свойство распространения ошибок отдельных измере­
ний составляет основу различных подходов к анализу погреш­
ностей при проведении сложных расчетов. Представления о ха-
116
рактере распространения ошибок и способах их учета содержат­
ся в теории вероятностей и в математической статистики. При
обработке геологоразведочных данных этого оказывается не­
достаточно в силу наличия взаимосвязей между отдельными из­
мерениями показателей месторождения.
В практике геологических исследований эта эксперимен­
тально обнаруживаемая зависимость учитывается приближенно,
например, при выборе и обосновании метода подсчета запасов и
в редких случаях при анализе погрешностей. За последние деся­
тилетия дано также теоретическое обоснование методам анализа
поrрешностей зависимых измерений в геологии. Эти методы
получили название геостатистических и в настоящее время ши­
роко используются при оценке месторождений полезных иско­
паемых.
Классификация и погрешности измерений. Чтобы коли­
чественно оценить точность результатов обработки геологораз­
ведочных данных, необходимо учитывать погрешности величин,
которые
привлекаются
для
расчетов.
Однако,
это
не
всегда
можно сделать, так как значения поrрешностей отдельных па­
раметров могут быть неизвестны. Но даже в таких неопределен­
ных ситуациях желательно иметь представление об источниках
ошибок и, если возможно, их допустимых пределах.
Вопросы, связанные с анализом поrрешностей, рассматри­
ваются в теории ошибок. Основным понятием данной теории
является понятие измерения. Говоря об измерении некоторой
величины,
имеют в виду как сам
процесс измерения, так и его
результат. Измерить какую-либо величину
-
значит опреде­
лить, сколько в ней заключается однородных с ней величин,
принятых за единицу измерения. Последняя задается системой
единиц.
Результат измерения величины у и ее истинное значение у
отличаются друг от друга. Однако обычно две данные величины
отождествляются. Это означает, что мы пренебрегли различием,
причем часто без достаточных оснований. Чтобы процесс изме­
рения приобрел определенный смысл, устанавливают связь ме­
жду истинным значением величины
у
и отсчетом по измери-
117
тельному прибору с помощью уравнения измерения. В зависи­
мости
от
вида
этого
уравнения
различают три
класса
измере­
ний: прямые, косвенные и совместные.
Простейшими являются прюиые измерения или непосредст­
венные наблюдения. Их уравнения имеют вид:
у=
где у
k-
-
(2.12)
kx,
значение измеряемой величины в принятых единицах;
цена деления шкалы; х- отсчет по измерительному прибору.
Примерами прямых измерений могут служить непосредст­
венное определение элементов залегания наклонного слоя с по­
мощью горного компаса, массы пробы с помощью весов, рас­
стояния между двумя точками на земной поверхности с помо­
щью дальномера и т. п.
Прямые измерения некоторых величин провести трудно ли­
бо по техническим причинам, либо по соображениям экономи­
ческого порядка. Значения таких величин могут быть получены
косвенным путем. Измерения называются косвенными, если они
описываются уравнениями следующего вида:
z
где
=f(x,y,
z-
... ; а,
Ь,
.. .),
(2.1 3)
значение измеряемой величины; х, у,
прямых измерений; а, Ь,
... -
... -
результаты
физические, технологические и
другие константы.
Вычисление объема рудного тела, среднего содержания ме­
талла в блоке по результатам опробования, подсчет запасов
-
примеры косвенных измерений. Обратим внимание, что одна и
та же величина
z может
быть измерена косвенно разными спо­
собами. Явный вид функции
f
при этом определяется методикой
косвенных измерений. Например, подсчет запасов может быть
выполнен в одних и тех же условиях разными способами.
Обобщением понятий прямого и косвенного измерений яв­
ляются совместные измерения. Измерения называются совме­
стными,
если
одновременно
измеряются
несколько
величин
и
уравнения измерения для этих величин образуют систему урав­
нений. Число уравнений в системе может быть разным. Их чис-
118
ло, а также вид зависят от используемого способа измерения. В
случае двух измеряемых величин а и ~ уравнения измерения
могут быть записаны следующим образом:
f 1(a,p;x;,x;, ...• X:) =О;
(2.14)
{ /2 (а,р;х;,х;, ... ,х;) =0,
где
,
1
хрх 2 ,
... ,хт1 ,
"
•
хРх2'
... ,хт"
-результаты соответственно пря-
мых и косвенных измерений.
Здесь число уравнений равно числу измеряемых величин а
и ~. система предполагается совместной и имеющей единствен­
ное решение. Обычно каждое уравнение системы соответствует
отдельному опыту, в котором проведены измерения величин х 1 ,
х 2 , ... , Xm. Если число уравнений превосходит число измеряемых
величин (проведено большое число опытов), то их систему ре­
шают методом наименьших квадратов.
В зависимости от точности результата выделяют три класса
измерений:
эталонные,
1)
которые
имеют
максимально
возможную
точность на данном уровне техники;
2)
контрольно-проверочные, при которых ошибка измере­
ния не превышает заранее заданного допуска;
3)
ся
технические, для которых ошибка измерения определяет­
техническими
возможностями
имеющегося
измерительного
комплекса.
Перечисленные классы измерений по точности, в основном,
соответствуют прямым измерениям. Количественной характе­
ристикой точности
измерения должна служить
величина
по­
грешности измерения. Анализ погрешностей косвенных и со­
вместных измерений представляет собой сложную задачу.
Величину погрешности ~измерения некоторого показателя
принято описывать с помощью разности величин:
~=х-х,
где х
-
результат измерения; х- истинное значение измеряе­
мой величины.
119
На первый взгляд, такое определение логически противоре­
чиво, так как для выявления погрешности д необходимо знать
истинное значение измеряемой величины х. Однако, в таком
случае информация об измеряемой величине заведомо не со­
держит ошибки. Противоречие снимается, если иметь в виду не
конкретное значение д для данного
измерения,
а
некоторое
среднее или максимально возможное значение в конкретных ус­
ловиях процесса измерения.
Чтобы судить о величине погрешности измерения, необхо­
димо знать источники происхождения ошибок. Независимо от
факторов, влияющих на точность измерений, все ошибки при­
нято делить на две группы: систематические и случайные.
Ошибка называется систематической, если ее величина Д:
постоянна
при
измерениях,
которые
проводятся
в
одних
и
тех
же условиях. Основным источником систематических ошибок
при прямых измерениях является несоответствие условий изме­
рения тем, для которых предназначена данная методика.
Систематические ошибки косвенных измерений могут воз­
никать за счет систематических ошибок прямых измерений, а
также за счет упрощения уравнения измерения
(2.13).
Основное
свойство систематической ошибки заключается в том, что ре­
зультат измерения всегда завышен (или всегда занижен) по от­
ношению к истинному значению измеряемой величины. Для
оценки величины систематической ошибки обычно выполняют­
ся специальные исследования.
Случайной называется ошибка д:л. которая может изменяться
от одного измерения к другому самым нерегулярным образом
-
как по величине, так и по знаку. Случайная ошибка возникает в
результате совместного влияния множества различных случайных
факторов, вклад каждого из которых учесть невозможно. Для ко­
личественной оценки случайных ошибок используется аппарат
теории вероятностей и математической статистики.
Наряду с разделением ошибок по содержанию на система­
тические и случайные, различают типы ошибок по источникаw
их появления: технические, методические и ошибки аналогии
(ошибки классификации).
120
Показания любого прибора всегда отличаются от истинно­
го значения измеряемой величины. Техническая ошибка изме­
рения
складывается
из ошибки
прибора
(инструментальная
ошибка) и погрешностей, которые связаны с условиями изме­
рения,
способами
обработки
и
анализа.
Инструментальная
ошибка обусловлена техническим совершенством прибора и
указывается
в
паспорте
последнего.
На
инструментальную
ошибку, которая может содержать и систематическую и слу­
чайную
составляющие,
накладывается
ошибка
округления.
Она определяется тем, что результат, считываемый со шкалы
прибора, записывается конечным числом значащих цифр. Тех­
ническая ошибка материальных проб складывается, например,
из ошибки отбора материала пробы, погрешностей его обра­
ботки и анализа.
Источники методических ошибок заключены в самой мето-­
дике измерений. Обычно под методической ошибкой понимают
ошибки косвенных измерений. Величина методической ошибки
зависит от вида уравнения измерения и выражается через ошиб­
ки прямых измерений, которые выполняются для расчета иско­
мой величины. На результаты косвенных измерений также мо­
гут накладываться ошибки вычислений, так как последние про­
водятся с конечным числом значащих цифр. Очевидно, что из
двух методик измерения одной и той же величины более эффек­
тивной следует считать ту, которая приводит к меньшей мето­
дической ошибке.
Ошибки аншюгии связаны с тем, что результаты локальных
измерений характеристик объекта распространяются на средние
значения этих характеристик в некоторых объемах. Типичный
пример ошибки аналогии
-
ошибка распространения результа­
тов анализа материала пробы на определенный объем рудного
тела, который эта проба представляет. Ошибки аналогии по аб­
солютной величине могут значительно превосходить ошибки
прямых измерений, которыми по этой причине иногда можно
пренебречь.
Теоретический
анализ
методических
ошибок
и
ошибок аналогии применительно к геологоразведочным задачам
осуществляется методами математической статистики и геоста­
тистики.
121
Элементарные методы оценки ошибок косвенных изме­
рений. Простейший метод анализа ошибок косвенных измере­
ний связан с nрименением nолного дифференциала функции не­
скольких nеременных. Предnоложим, что уравнение измерения
величины
z зависит от результатов
nрямых или косвенных изме­
рений величин х и у, т.е.
z =f(x,y),
и известны оценки для максимальных абсолютных nогрешно­
стей &х и оу. При достаточно малых значениях &х и оу макси­
мальная абсолютная nогрешность измеряемой величины
oz вы­
числяется по формуле:
Бz
l
дzl Бх + -дz
= -дх
ду
Формула
(2.15)
Бv.
(2.15)
.
может быть обобщена на большее число nе­
ременных. При анализе максимальных nогрешностей различных
арифметических оnераций nолезно, наряду с максимальной аб­
солютной, учитывать и максимальную относительную nогреш­
ности. Рассмотрим в качестве nримеров оnерации умножения и
деления. При
обе части на
z = .ху (х > О, у > 0) имеем oz = уох +хоу. Разделив
z = .ху, nолучим для относительных nогрешностей
nравило сложения
oz/z
= oxlx
+ oy(v.
Учитывая малость значе­
ний ох и оу, можно заnисать аналогичную формулу nри
oz/z =
z
= xly:
ох/х-оу/у. Для оnераций сложения и вычитания анало­
гичные nравила сnраведливы nри максимальных абсолютных
nогрешностях.
Отметим, что исnользование nолного дифференциала nри
анализе ошибок доnустимо в случае nредnоложения малости
максимальных nогрешностей измерения аргументов функции/в
уравнении
(2.13 ).
Однако, такое nредnоложение сnраведливо не
во всех случаях. Максимально возможная nогрешность nрямого
измерения может быть сравнима с самим значением измеряемой
величины. Исnользование nолного дифференциала в такой си­
туации может nривести к нереальным результатам.
122
2.7.2.
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ
ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Статистические методы. Анализ результатов прямых из­
мерений и их ошибок базируется на представлении о случайном
характере отклонений измеряемой величины от ее истинного
значения. Типичной в научных исследованиях является ситуа­
ция, когда свойства закона распределения неизвестны и сужде­
ния о них должны быть сделаны по результатам самих измере­
ний. Очевидно, что достоверность выводов будет тем выше, чем
больше число измерений.
Задачи, которые возникают при обработке многократных
прямых измерений одной и той же случайной величины, реша­
ются
методами
статистике
математической
предполагается,
что
статистики.
измерения
В
классической
независимы друг от
друга. В нестрогом понимании независимость означает, что зна­
ние числового значения одного измерения не позволяет судить о
числовом значении другого.
Требование независимости измерений не всегда выполняет­
ся, особенно при прямых измерениях, связанных с процессом
опробования. Независимыми можно считать данные опробова­
ния при редкой разведочной сети, т. е. на первых этапах геоло­
гической разведки месторождений.
Независимые случайные величины могут подчиняться од­
ному и тому же закону распределения, а следовательно, имеют
одни и те же числовые характеристики
-
математическое ожи­
дание и дисперсию. Этот случай соответствует
n
измерениям в
одних и тех же условиях, а сами измерения при этом
называют
равноточными. Многократное опробование рудного тела не яв­
ляется реализацией равноточных измерений. Так, пробы могут
иметь разную длину, различаться по способам отбора (керна­
вые, задирковые, бороздовые и т. п.) и анализа (химический,
геофизический).
Поскольку элементы выборки (отдельные измерения) со­
держат ошибки, измеряемая величина или параметры закона
распределения не могут быть вычислены точно. Одна из ос­
новных задач математической статистики
-
задача о нахож-
123
дении nриближенных значений числовых характеристик слу­
чайной величины. Такие nриближенные значения носят на­
звание оценок. Принято обозначать оценку nараметра той же
буквой, что и оцениваемую величину, но с волнистой чертой
сверху.
В
математической
статистике
к оценкам
nредъявляются
следующие требования: состоятельность, несмещенность и эф­
фективность. Оценка а величины а по результатам n измерений
называется состоятельной, если ее дисnерсия с ростом
мится к нулю, т. е.
n
стре­
lim D(a) =О.
n--->-
Свойство несмещенности оценки эквивалентно отсутствию
систематической ошибки nри оценивании а и оnределяется ус­
ловием:
М(а)=а,
т. е. математическое ожидание оценки nараметра а равно истин­
ному его значению.
За меру эффективности оценки nринимается ее дисnерсия.
Очевидно, что эффективность оценки тем выше, чем ниже дис­
nерсия оценки
D( а).
Все nеречисленные свойства относятся к nоложительным
качествам оценок. Для нахождения оценок в статистике чаще
исnользуется метод моментов. Суть его заключается в сле­
дующем. Пусть для случайной величины Х nолучена выборка х 1 ,
х2 • ••• Xn. и требуется найти оценку математического ожидания. В
качестве такой оценки выбирают величину а
1
:
n
а=- LXk.
n k=l
(2.16)
т. е. оценку среднеарифметического.
Для равноточных измерений Х такая оценка состоятельна и
не смещена. Оценка дисnерсии имеет различный вид в зависи­
мости от информации о свойствах закона расnределения. Если
,
известна дисnерсия измеряемой величины а; то nри достаточ124
но больших значениях
n
закон распределения оценки а близок к
нормальному с плотностью вероятности
где а- истинное значение математического ожидания Х.
Дисперсия оценки
(2.16)
будет при этом в
n
раз меньше
дисперсии отдельного измерения:
cr~
= D(a) = cr; /n.
(2.17)
Более типична задача о нахождении оценок а и cr~ по ре­
зультатам
n
независимых наблюдений. В этом случае нееме­
щенная оценка а выражается формулой
(2.16),
а оценка диспер­
сии принимает следующий вид:
-2
cra
1 ~(
=--L..J
n -1
-)2 .
(2.18)
х« -а
k=l
Оценка параметра а~ в данном cJlyчae характеризует по­
грешность отдельного измерения. Чтобы получить оценку по­
грешности для серии из
n
измерений, необходимо воспользо­
ваться формулой, аналогичной формуле
(2.16):
n
-2 --cr
- 1 -2 D- ( а-) -- cr.
и
n и
L<xk -а)2
-k=l
"=---п(п-1)
(2.19)
Оценки параметров по формулам (2.16Н2.19) носят на­
звание точечных. Погрешность оценки среднего значения по
формуле
(2.16)
или
(2.18)
характеризуется величиной дисперсии
cr~ или а~ . Более содержательные выводы о погрешностях из­
мерении параметров случайных величин можно получить, ис­
пользуя интервальные оценки.
125
Интервальные оценки в математической статистике находят
с
nомощью
сущность
метода
метода
на
доверительных
nримере
оценки
интервалов.
Рассмотрим
математического
ожида­
ния а. Выберем некоторую вероятность а (обычно nолагают
а=
0,95
ваемый
Р {la-
или а=
0,99).
Оnределим интервал (а- Е, а
доверительным,
так,
чтобы
выnолнялось
+
Е), назы­
равенство
ai ~ Е}= а . Смысл равенства в том, что с вероятностью а
ошибка в оnределении а с nомощью оценки а не nревзойдет по
абсолютной величине Е.
Для доверительного интервала (т. е. величины Е) оценки а с
nомощью формулы
(2.16)
,
nри известной дисnерсии а; исnоль-
зуют соотношение:
(2.20)
где Ф(z) -функция Лапласа.
В частности, при а = О, 954Е = 2cr и = 2cr _.. t,J;; . Резу ль тат
удобно заnисать в виде а= ii ± 2aJ,J;; с надежностью а::: 0,95.
Если оценки математического ожидания и дисnерсии оnре­
деляются совместно по формуле
(2.18),
то интервальная оценка
будет иметь другой вид:
п(п
где
ta -
(2.21)
-1)
коэффициент надежности, значение которого находят
по специальным статистическим таблицам.
При неравноточных измерениях формулы для вычисления
ii и cr~ видоизменяются. Пусть, как принималось и ранее, име­
ется n измерений различных случайных величин, обладающих
одинаковым
nерсиями
126
2
crk.
математическим
ожиданием,
но
различными
дис-
Вместо формулы
(2.16)
для серии неравноточных измере­
ний при оценке математического ожидания необходимо исполь­
зовать следующую формулу:
(2.22)
где коэффициенты взвешивания лk удовлетворяют следующим
условиям:
n
• L Лkxk = 1 (условие несмещенности);
k=l
•
D(ii)
= min
(условие наибольшей эффективности).
Этим условиям удовлетворяют веса А*
, определяемые
со­
отношениями
(2.23)
При использовании весовых коэффициентов
(2.22)
диспер­
сия оценки а вычисляется по формуле:
D( а-) =aii2
=1/( а -21 +а -22 + ... +an-2) .
(2.24)
Если все а; равны между собой, т. е. измерения равноточные,
то легко заметить, что формулы
ствующие формулы
(2.16)
и
(2.22) и (2.23) переходят в соответ­
(2.17). Для ошибок измерения, распре­
деленных по нормальному закону, доверительный интервал нахо­
дится с помощью равенства, аналогичного равенству
(2.20):
где аи находится по формуле
При использовании
иметь
ai.
в
виду,
что
они
(2.24).
формул (2.22) -
справедливы,
если
в противном случае нужно оценивать
измерений.
Так
как
необходимо
(2.24)
необходимо
известны
az
учитывать
дисперсии
по результатам
неравномерность
127
измерений, расчеты усложняются. Формулы
(2.21)
и
(2.22)
име­
ют основополагающее значение при обработке результатов гео­
логоразведочных данных при подсчете запасов. Отметим, что
все традиционные
методы
подсчета запасов
учитывают нерав­
номерность измерений (опробования) различными приближен­
ными способами. Характер приближения (отличительная осо­
бенность метода) связан с определением весовых коэффициен-
тов Ак. Обычно веса Ак выбираются в соответствии с условием
n
несмещенности
I
Л*
=1
и из некоторых геометрических cooб-
k:l
ражений, обусловленных способом разделения рудного тела на
блоки при подсчете запасов. При этом эффективность оценки
может оказаться несколько ниже оптимальной теоретической,
полученной с помощью формулы
(2.24).
Рассмотрим связь между ошибками прямых и косвенных из­
мерений, описываемых уравнением
(2.13).
Будем характеризовать
случайную ошибку измерения с помощью дисперсии. Предполо­
жив, что отклонения аргументов от их математических ожиданий
малы, можно заменить уравнение измерения линейной функцией.
Пусть для простоты уравнение измерения зависит от двух
аргументов
z
=f(x, у).
Тогда линеаризация функцииf(х, у) будет
заключаться в замене точного равенства на приближенное:
-) дf ( -) дf ( -)
z:::: !( -х,у+-х-х+-у-у,
ёГх
где х
= М(Х) и
~
(2.25)
у= М(У) или их оценки.
Выражение для дисперсии переменной
z примет следующий
вид:
(2.26)
Если число аргументов больше двух, то расчетные формулы
имеют аналогичный вид. В случае использования этих формул
необходимо учитывать условия, при которых линеаризация до­
пустима.
128
Геостатистический подход к анализу погрешностей. Ис­
пользование методов математической статистики при обработке
результатов измерений основано на предположении об отсутст­
вии зависимости между двумя любыми измерениями, принад­
лежащими к выборке. Это предположение по отношению к та­
ким измерениям, как результаты опробования, может быть при­
нято весьма приближенно. Тем самым допущение о независимо­
сти значений показателей в двух пробах, отстоящих друг от дру­
га на расстоянии
h,
приводит к погрешности классификации, о
величине которой невозможно судить, оставаясь на позициях
классической математической статистики.
Обобщение традиционных статистических методов оценки
и анализа погрешностей при зависимых наблюдениях для под­
счета запасов связано с Представлениями о пространствеиной
изменчивости
показателей
месторождений.
Необходимость
строгого описания изменчивости показателя возникает уже при
выполнении следующей простой процедуры оценки. Пусть, на­
пример, значение показателя в пробе присваивается некоторой
точке, отстоящей от данной пробы на некоторое расстояние
h.
Очевидно, величина ошибки будет зависеть от изменчивости
показателя
и
от
расстояния.
меньше расстояние
h, тем
Чем
стабильнее
оруденение
и
меньше погрешность такой оценки.
Рассмотренное свойство этой
простейшей оценки иногда
качественно характеризуется с помощью понятия зоны влияния
пробы. Для конкретного месторождения влияние пробы распро­
страняется до известного предела, за которым любое предсказа­
ние становится случайным. Размеры зоны влияния пробы также
будут определяться размерами самих проб. Например, при ма­
льJх размерах проб колебания содержаний в них могут быть ве­
лики, а с ростом размеров эти колебания уменьшаются и одно­
временно увеличивается размер зоны влияния. Таким образом,
на
величину
погрешности
оценки
влияют размеры
материаль­
ньJх проб.
Изменчивость оруденения может зависеть от выбранного
наnравления. Это явление носит название анизотропии и об­
наруживается при оценке величины погрешности показателей
для различных направлений. При анализе изменчивости вы-
129
деляют три типа анизотропии:
геометрическую,
зональную
и функциональную. Формальное их отличие связано с коли­
чественными методами описания пространствеиной изменчи­
вости.
При изучении изменчивости оруденения необходимо вьще­
лять геологически однородные зоны. Параметры изменчивости,
влияющие на погрешности оценок, будут разными для участков
с различными геологическими условиями. На однородных уча­
стках
поrрешность
оценки
не
должна
зависеть
от
положения
точки (или блока), для которой производится оценка локаза­
телей.
Описание изменчивости, учитывающее рассмотренные гео­
логические особенности объекта измерения, а также методы
анализа поrрешностей оценок геологических показателей бази­
руются на прикладной теории случайных функций, которая при
решении
геологоразведочных задач
тистики.
Основы
теории
были
получила название геоста­
разработаны
еще
в
начале
40-х гг. ХХ в. А.Н. Колмогоровым и Н. Винером. Развитие мето­
дов применительно к задачам оценки месторождений получило
распространение
сравнительно
недавно
благодаря
работам
главные теоретические положения,
которые
Ж. Матерона.
Рассмотрим
лежат в основе определения погрешностей оценок геологиче­
ских
показателей.
служит
Основным
предположение
о
доnущением
nространствеином
в
геостатистике
размещении
при­
знака в пределах геологически однородного рудного тела как о
реализации стационарной случайной функции координат про­
странства.
Понятие случайной функции (или случайного поля) являет­
ся обобщением nонятия случайной величины. Функция
f(x) на­
зывается случайной функцией своего аргумента, если ее значе­
ние при любом значении х nредставляет собой случайную вели­
чину. Аргумент х считается неслучайным. В общем случае nе­
ременная х
-
векторная величина, зависящая от трех координат
пространства, а в простейшем, когда рассматривается одно на­
правление,- скалярная nеременная.
130
При таком определении полное описание случайной функ­
ции возможно, если заданы законы распределения бесконечного
множества случайных величин
го х
= х0 ,
J(x) для каждого фиксированно­
а также заданы законы распределений, характеризую­
щих взаимную зависимость случайных величин при различных
значениях
аргументов.
Применительно
к задачам
обработки
геологоразведочных данных такое описание нереально.
Практический интерес представляют случайные функции,
обладающие некоторыми специальными свойствами. Дополни­
тельное допущение о характере изменения
f(x)
в геостатистике
связано со стационарностью. Предположим, что закон распре­
деления, например, плотность вероятности
х 1 , не зависит от координаты х 1
p(j1)
в любой точке
и зависимость между значения­
ми функцииf(х) в двух точках х 1 и х 2 обусловлена лишь расстоя­
нием
h
между этими точками.
Условие стационарности случайной функции позволяет при
изучении проблем оценки и анализа погрешностей ограничиться
тремя
характеристиками:
математическим
ожиданием,
диспер­
сией и структурной функцией случайной функции. Для стацио­
нарной случайной функции
f
(х) ее математическое ожидание и
дисперсия не зависят от координаты х. По этой причине для их
оценки могут быть использованы формулы, аналогичные фор­
мулам
(2.16)
и
(2.17).
Пусть f(xk)- значения показателя
f
в про­
бе с координатой Xk· Тогда оценки математического ожидания и
дисперсии показателяfв пробах вычисляются по формулам:
(2.27)
где
n-
число всех проб в пределах
месторождения
или
его
участка.
Оценки
Основным
(2.27)
являются вспомогательными в геостатистике.
инструментом
при
анализе
погрешностей
оценок
служит структурная функция, определяемая в теории с помо­
щью следующего соотношения:
131
s(ii) = 2y(ii) = M[f(x + h)- f(x)J 2.
В приложениях обычно используется функция
y(h)
= S(h)/2,
называемая полувариограммой, или просто вариограммой.
Если имеется
пар проб, находящихся на расстоянии
N(h)
h
друг от друга, то вариограмма оценивается так:
_
1
y(h)=
N(h)
I
2N(h)
_
2
[(xk +h )- J(xk)J .
(2.28)
k=l
Обычно экспериментальные вариограммы строятся по ог­
раниченному числу точек, для каждой из которых применяется
формула
(2.28),
и для различных направлений
тропия в изменчивости показателя
f
h.
Если анизо­
отсутствует, то вариограм­
мы, рассчитанные для различных направлений, имеют прибли­
зительно один и тот же вид. Для численных расчетов использу­
ют не оценку
(2.28)
вариограммы, а ее теоретическую модель,
зависящую от небольшого числа параметров.
Наибольшее распространение в приложениях нашла так на­
зываемая сферическая модель, для которой уравнение варио­
граммы имеет следующий вид:
Зh - h- )
3
С
y(h)
( 2d
2d·
С+ С0
при
О при
h=O,
1
+С0 при
0<h$d;
=
h >d ;
где Со- постоянная эффекта самородков; С+ С0 - амплитуда
явления перехода (порог вариограммы);
d -
носитель явления
перехода (интервал влияния).
Параметры сферической вариограммы наглядно отражают
особенности пространствеиной изменчивости показателя (рис.
2.13).
Допустим, что исследуемым показателем является содер­
жание. Тогда постоянная эффекта самородков Со будет харак-
132
y(h)
Со
Рис.
2.13.
~------~d~----h
График сферической вариограммы.
Уел. обозначения- см. текст
ризовать степень непрерывности оруденения. Наличие скачка в
нуле на вариограмме свидетельствует, что существуют разрывы
между рудными и безрудными участками,
причем линейные
размеры их значительно меньше расстояния между пробами. С
вероятностной точки зрения, эффект самородков говорит о на­
личии
чисто
случайной
составляющей
изменчивости
содер­
жаний.
Наряду с объективными причинами, обусловленными осо­
бенностями минерализации, эффект самородков на вариограмме
может быть следствием технических погрешностей опробова­
ния. Эксперименты показывают, если на вариограмме обнару­
живается эффект самородков и имеется возможность повыше­
ния качества опробования (за счет изменения способа отбора
проб и повышения точности анализа), то для проб с меньшими
техническими погрешностями постоянная эффекта самородка
будет меньше.
Значение параметра
d
вариограммы характеризует размеры
зоны влияния пробы. На расстояниях, превышающих значение
d,
содержания в пробах можно считать взаимно независимыми.
Очевидно, что зона перехода
на экспериментальной
между пробами
хода
(0 < h ~ d) может быть обнаружена
вариограмме, если среднее расстояние
h много меньше, чем величина носителя пере­
d.
133
Амплитуда явления перехода С
+
С0 численно равна дис­
персии содержаний в точечных пробах, оценка которой
жет быть вычислена с помощью формулы
тить, что выполнение равенства С+ С0
(2.27).
= cr}
cr}
мо­
Следует отме­
экспериментально
наблюдается лишь приближенно, так как оценки вариограммы и
дисперсии cr~- случайные величины и в распоряжении иссле­
дователя имеются лишь их реализации.
Основная особенность геостатистических методов при ана­
лизе погрешностей
риограммы.
Как и
использование теоретическС\Й модели ва­
-
в математической статистике, отклонение
оценок средних значений содержаний от их истинных значений
характеризуется дисперсией. В конечном счете, числовые значе­
ния определяемых в геостатистике дисперсий выражаются через
параметры теоретической модели. Для сферической вариаграм­
мы такими параметрами являются С0 , С и
d.
Поскольку измен­
чивость содержаний может быть разделена на случайную и
структурную составляющие, вклад Со в общую дисперсию мо­
жет быть учтен отдельно.
Рассмотрим основную задачу анализа погрешностей. Пусть
известно среднее содержание z(v) в объеме (области) v. Еслиftх)
-
значение содержания в точке х, то среднее содержание в объ­
еме
v
определяется с помощью интеграла
z( v)
= _!_ ff (x)d х .
v
1'
Пусть среднее содержание
жит область
v,
z(V)
в объеме
V,
который содер­
неизвестно. В качестве оценки среднего
принимается известное содержание
z(v),
т. е.
z(V)
z(V)
= z(v).
Погрешность оценивания будет характеризоваться lz(V)- z(v)l
или, что удобнее, дисперсией отклонения содержания в объеме
V от его оценки. Вычисление этой дисперсии приводит к сле­
дующему теоретическому соотношению:
134
a;v =D[z(V)-z(v)]=_2__
Jdx Jr<lx-Xj)dxvV
v
v
(2.29)
-~ Jdx Jr<lx-Xj)dx-~ Jdx Jr<lx-Xj)dx.
v
v
v
v
v
v
Дисперсия оценки среднего содержания по объему
мощью известного среднего по объему
персией распространения
v
на
V.
v
V
с по­
называется еще дис­
Для ее нахождения по извест­
ной вариограмме y(h) необходимо вычислить интегралы в пра­
вой части
(2.29).
Обычно эта задача решается с помощью ПК.
Значения интегралов для основных моделей изменчивости мо­
гут быть получены с помощью номограмм, построенных Ж. Ма­
тероном.
Наряду с формулой
(2.29),
важное значение имеет теорети­
ческое соотношение, устанавливающее связь между варнограм­
мой и дисперсией оценки в объеме
скому в
N
V по среднему арифметиче­
точках:
(2.30)
Интегралы от вариограмм в формулах
(2.29)
и
(2.30)
имеют
самостоятельный интерес не только при анализе погрешностей
оценок средних содержаний, но и при решении задач планиро­
вания и управления добычей. Пусть объем
v случайным
образом
выбирается внутри области объема
V,
дисперсию содержания в объеме
Обозначим, как это принято
v.
и необходимо определить
в геостатистике, дисперсию признака в объеме
V
с помощью
символа cr (v 1V). В простейшем случае точечных проб (v = 0)
2
выражение дисперсии точечной переменной в объеме
V
имеет
вид:
(2.31)
135
Для объема, отличного от нулевого, справедлива формула
(2.32)
Формулы для вычисления дисперсии составляют основу для
анализа достоверности подсчета запасов в блоках и по всему
месторождению. В зависимости от способа подсчета запасов
разработаны также приближенные процедуры оценивания, ба­
зирующиеся
на
приведеиных
соотношениях
и
некоторых
при­
ближениях.
2.7.3. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ПОДСЧЕТЕ
ЗАПАСОВ ТРАДИЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ
Общие принципы решения задач. Методы анализа по­
грешностей при оценке средних значений признака в некотором
блоке объема
или по
(2.29)
N
и
по известному среднему содержанию в объеме
v
«Точечным» пробам основаны на применении формул
(2.30).
щением
(jN
V
Отметим, что формула
соответствующей
формулы
(2.30)
для
является обоб­
независимых
проб
= ~cr /N. В этом разделе будем предполагать, что модель
2
вариограммы
известна,
причем
для
иллюстрации
примем
наи­
более употребительную сферическую модель.
Если среднее значение признака в объеме
V
оценивается по
небольшому числу проб, то дисперсия оценки среднего может
быть найдена непосредственно по формуле
(2.30)
по стандарт­
ной программе с помощью ПК. При большом числе проб такой
подход становится нерациональным. При некоторых конфигу­
рациях взаимного расположения объема
V
и проб, учитываемых
при оценке, сама оценка среднеарифметического малоэффек­
тивна.
Для определения дисперсий оценок содержаний в геостати­
стике широко используются традиционные методические
прие­
мы, применяемые при подсчете запасов. Это позволяет во мно­
гом
упростить
вычислительные операции
при
анализе
погреш­
ностей. Сущность подобных приближений заключается в замене
136
интегрирования
последовательностью
простых
и
наглядных
процедур. Основной принцип, на котором это основано, связан с
допущением о композиции дисперсий.
Очень часто в сети опробования можно выделить профили и
плоскости,
в
пределах
которых
плотность размещения
проб
наибольшая. В таких случаях естественно провести оценку сна­
чала по профилям, принимая в качестве истинного содержания в
профиле среднее по
принадлежащим
к нему
пробам. Тогда
среднее содержание в сечении необходимо оценить с помощью
среднего по профилям, относящимся к данному сечению. В
свою очередь, среднее
по сечениям следует распространить
на
объем. На каждом шаге при распространении содержаний на
профиль, сечение и слой появляются погрешности распростра-
нения cr~•. При предположении независимости между диспер­
сиями распространения будет справедлива следующая формула:
2
(J N
=
2
(J N
2
1
2
(2.33)
+ (J N 1 + (J N 1 '
где cr~, + cr~: + cr~) -
дисперсии распространения на профиль,
сечение и слой соответственно.
Вычисление каждой из дисперсий в формуле
(2.33),
в свою
очередь, тоже может быть представлено в виде композиции бо­
лее простых операций. Последовательность операций при оцен­
ке среднего содержания может быть иной, но принцип суперпо­
зиции сохраняется. Здесь важно, что в каждом конкретном слу­
чае
выделяются
элементарные
операции, для
которых
диспер­
сии распространения могут быть легко вычислены. Количество
таких операций распространения невелика и определяется при­
меняемыми методами подсчета запасов.
Метод геологических блоков. Этот метод
-
один из са­
мых распространенных при подсчете запасов. Он в наибольшей
мере свободен от погрешностей классификации, так как разде­
ление рудного тела на блоки проводится с учетом геологических
особенностей различных участков. При выделении геологиче­
ских блоков учитываются сорт полезного ископаемого и степень
разведанности для подсчета запасов по разным категориям. При-
137
нимаются также во внимание структурные контуры,
влияющие
на систему разведки и разработки.
Каждый блок представляет собой призму, высота которой
равна средней мощности залежи в пределах блока. Графичес­
кая иллюстрация разделения залежи на блоки представлена на
рис.
Объем
2.14.
призмы:
Vk
Vk каждого блока определяется как площадь
где Sk площадь основания призмы; mk
= Skmь
средняя мощность k-го блока, причем
где щ
число разведочных nересечений в пределах k-го блока;
-
mk, -мощность рудной залежи в i-й точке блока Vk.
Если zk, -
среднес содержание в i-м пересечении k-го бло­
ка, то среднее содержание внутри блока Zk оценивается с помо­
щью среднеарифметического:
zk
1~
=- LZk .
n
При
i=l
'
необходимости
в
качестве
средневзвешенную на мощность
оценки
можно
принять
mk; .
Для известной вариограммы дисперсия оценки среднего со­
держания в блоке будет определяться формулой
(2.30).
Можно
записать:
cr~
Рис.
138
=cr~,
2.14.
при k
= 1, 2, ... N.
Схема к подсчету запасов методом геологических блоков
crz
Надежность оnределения
будет выше, если оценку варио­
граммы находят отдельно для каждого геологического блока. Ин­
терес nредставляют собой оценки для каждого блока в отдельно­
сти. Тем не менее, если требуется оценить заnасы в целом по
блокам, то для объема
V имеем V1 + V2 + ... + Vn.
N
а оценку среднего
содержания находим как средневзвешенную на объемы блоков:
vl - +-z
v2- + ... +-zN.
vNz- =-z
1
2
v
v
(2.34)
v
Исходя из сnособа разделения залежи содержания в блоках
можно считать взаимонезависимыми. Тогда дисnерсия общей
оценки может быть рассчитана по формуле:
(2.35)
Заметим, что вычисление nогрешности среднего содержа­
ния в методе геологических блоков является наиболее nростым
с методической точки зрения. Однако, оnределенные трудности
связаны с вычислением интегралов в формуле
(2.30)
nри нахож­
дении дисnерсии оценивания содержания в отдельном блоке.
Как уже уnоминалось, эта задача решается с nомощью ПК по
стандартным nрограммам.
Метод разрезов.
Этот
метод
nрименяется
рудных месторождений выработками,
nри
разведке
nройденными в nарал­
лельных nлоскостях (вертикальных или горизонтальных). На­
звание метода объясняется сnособом оnределения объема блока.
В отличие от других методов здесь объем вычисляется по nло­
щади сечений рудного тела и расстоянию между сечениями. В
рамках метода разрезов исnользуются различные nриближенные
сnособы для вычисления nлощади сечений и блоков. Один из
вариантов заключается в разделении на блоки, каждый из кото­
рых имеет одно из сечений в качестве центрального и длину,
равную nолусумме расстояний до соседних сечений (рис.
а). Очевидно, что объем отдельного блока
(S -
nлощадь оnорного центрального
2.15,
V будет равен S (1 1 + /2)/2
сечения; / 1 и /2 рас­
стояния до соседних сечений).
139
Рис.
2.15.
а
выделение блоков, опирающихся на разрез; б
-
Схема к подсчету запасов методом вертикальных разрезов:
-
выделение прямоуголь­
ников в разрезе (пояснения см. в тексте)
S можно использовать ступенча­
2.15, 6). При таком способе интер­
При вычислении площади
тую интерполяцию (см. рис.
поляции площадь
S
разбивается на примыкающие друг к другу
прямоугольники, площади которых
S;
= т;/,
где т;- мощность
для i-го разбиения и /-расстояние между разведочными выра­
ботками
1-/V.
В таком случае сам блок разобьется на прямо­
угольные параллелепипеды.
Таким образом, оценку среднего содержания в блоке и оп­
ределение дисперсии оценки можно представить как последова­
тельность элементарных операций
распространения.
содержание в центральном сечении
ABCD
(см. рис.
Среднее
2.15),
рас­
считывается как средневзвешенное:
(2.36)
\40
Это содержание · распространяется на подсчетный блок с
центральным сечением
ABCD.
Для вычисления дисперсии оценки содержания в сечении
сначала необходимо
найти элементарные дисперсии
распро­
странения содержаний в каждой скважине на заключающий ее
прямоугольник. Рассматривая погрешности содержания в фор­
муле
(2.34)
как взаимонезависимые для оценки
z, ее дисперсию
определим по следующей форму л е:
(2.37)
где т
=
т1
+ m2 + т 3 + т 4 ; cr 12,
-дисперсия
распространения
линии на заключающий ее прямоугольник (k
k -и-
= 1, 2, 3, 4).
Таким образом, cr~ характеризует дисперсию распростране­
ния содержаний на сечение. Если содержание в сечении распро­
страняется на прилепнощий слой, то на погрешность
cr 1
будет
накладываться погрешность, связанная с распространением со­
держания в сечении на объем. Тогда в соответствии с принци­
пом
суперпозиции дисперсия оценки содержания
ваемом блоке
d
в рассматри­
будет равна:
(2.38)
Если необходимо найти общую оценку среднего содержа­
ния
и ее дисперсию, то содержания
формулой
(2.36),
в сечениях,
определяемые
нужно умножить на объемы блоков. Пусть все
рудное тело разбито на
n
блоков с объемами V~o для каждого из
них получена оценка среднего содержания и вычислена диспер­
сия оценки
cr*
по формулам, аналогичным
выражения для оценки среднего
(2.37)
и ее дисперсии
вид, что и в методе геологических блоков, т. е.
и
(2.38).
Тогда
имеют тот же
(2.34)
и
(2.35).
Рассмотренный подход для анализа погрешностей оценки
содержаний в методе разрезов приближенный. Геостатистиче­
ские оценки используются для элементарных операций распро­
странения, а для нахождения общих оценок применяются прин-
141
ципы классической статистики. Очевидно, такое рассмотрение
рационально для практических задач. Можно было бы восполь­
зоваться точной оценкой типа
(2.30),
однако при этом следует
иметь в виду, что применение более «точной» процедуры будет
малоэффективным, так как параметры вариограммы сами опре­
делены с погрешностью.
Метод многоугольников.
Площадь на плане делится на
непересекающиеся многоугольники
рис.
2.9).
основания призмы (см.
-
Показатели, относящиеся к центральной разведочной
выработке, распространяются на объем заключающей ее приз­
мы. Площади основания
Sk
и объемы
Vk
вычисляются методами
геометрии. Анализ погрешностей выполняется, как и в уже рас­
смотренных методах. Для определения дисперсии распростра­
нения
средних значений
призмы
необходимо
показателя
на
воспользоваться
прилегающий
формулой
объем
(2.29).
При
оценке залежи, в целом, остаются справедливыми приближен­
ные формулы
(2.34)
и
(2.35).
Методики анализа погрешностей при подсчете запасов дру­
гими способами, например, методами среднеарифметического,
эксплуатационных блоков, имеют много общего с уже изложен­
ными. Исключение составляет метод изолиний. Отметим, что
при использовании ПК метод изолиний может быть применен
как иллюстративный благодаря его наглядности. Подсчет же за­
пасов и анализ достоверности целесообразно проводить рас­
смотренными ранее способами. Причем очень часто при под­
счете запасов комбинируют различные способы.
КОНТРОЛЬНЫЕВОПРОСЫИЗАДАНИЯ
1.
Какова основная цель геолого-промышленной оценки месторождений?
2.
Каковы основные задачи геолого-промышленной оценки по результа­
там детальной разведки?
3.
4.
Что такое промышленные кондиции и от каких факторов они завнсят?
Какие показатели входят в состав кондиций на металлические полез­
ttые ископаемые н горно-химическое сырье?
5.
В чем заключаются особенности установления промышленных конди­
ций для неметал;шческнх полезных 11скопаемых?
6.
Какие показатели входят в состав кондиций для месторождений иско­
паемых углей?
142
7.
Персчислите общие условия, определяющие подготовленность место­
рождений для промышленного освоения.
На какие группы разделяются месторождения полезных ископаемых
8.
по сложности их геологического строения?
9.
С какими целями проводится опробование полезных ископаемых и ка­
кие стадии оно включает?
10.
Какие видь1 опробования выделяются в соответствии с его назначе­
нием?
11.
Персчислите и охарактеризуйте видь1 оnробования, способы отбора
12.
Каким nринциnам должно удовлетворять рациональное оnробова-
13.
Что такое оконтур11вание тел полезных искоnаемых? Какие груnnы и
nроб.
ни е?
видь1 контуров Вам известны?
14.
Назовите и охарактеризуйте главные сnособы оконтуривания.
Or
ка­
ких факторов зависит их иыбор?
15.
Приведите общие формулы nодсчета заnасов твердых nолезных ис­
коnаемых. Поясните nриемы определения всех nоказателей, входящих в фор­
мулы подсчета.
16.
17.
Персчислите и ох:~р<tктеризуйте основные методы nодсчета заnасов.
В чем заключается и какие nреимущества имеет nодсчет заnасов спо­
собом разрезов?
18. Дайте
19. В чем
характеристику систематических и случайных ошибок.
суть статистических методов оценки достоверности геологиче­
ской информации?
20.
Охарактеризуйте геостатистический nодход к анализу nоrрешностей.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРИ РАЗВЕДКЕ
И ЭКСIUIУАТАЦИИ
МЕСГОРОЖ,ЦЕНИЙ
3.1.
Геохимические исследования
3.2.
ГеолоJ'О-!ГеХНологическое
картирование
3.3.
Геофизические исследования
3.4.
Гидрогеологические
и
инженерно-геологические
исспедования
3.5.
Глава
3
Геологическая документация
3.1.
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Геохимические
методы
наиболее
широко
и
эффективно
применяются на стадии поисков месторождений рудных полез­
ных ископаемых и поисково-оценочных работ, что нашло ши­
рокое отражение в научной литературе. Однако, методологиче­
ские вопросы геохимических исследований на стадиях деталь­
ной разведки, а тем более доразведки и эксплуатационной раз­
ведки разработаны весьма схематично. Поскольку настоящая
книга ориентирована на студентов горных специальностей, це­
лесообразно остановиться на геохимических исследованиях при
доразведке месторождений полезных ископаемых и их эксплуа­
тации.
Приоритетные задачи геохимических исследований при до­
разведке
-
поиски смещенных частей рудных тел, их апофиз, а
также скрытых рудных тел на новых перспективных участках и
в пространстве между скважинами и горными выработками; оп­
ределение по отдельным горным выработкам уровня вскрытия
рудных тел
и
перспектив
распространения
оруденения
на
глу­
бину.
Геохимические исследования и работы на эксплуатируе­
мых месторождениях позволяют повысить эффективность и
достоверность проводимых разведочных и добычных работ за
счет
рационального
и
оптимального
расположения
разведоч­
ных выработок, сокращения их объемов, повышения досто­
верности интерполяции геологических и геофизических дан­
ных
на участках,
не
вскрытых
горными
выработками
или
скважинами.
В процессе детальной разведки, доразведки, а иногда и экс­
плуатационной разведки, когда горными выработками и сква­
жинами рудные тела подсечены на нескольких уровнях, для ре­
шения геологоразведочных задач наиболее предпочтителен ме­
тод изучения первичных ореолов элементов-индикаторов полез­
ных ископаемых, а также их зональности.
147
В настоящее время с точки зрения геохимии общеnриня­
то,
что
все
месторождения
nолезных
искоnаемых
и
отдель­
ные рудные тела соnровождаются первичными ореолами раз­
личных химических элементов. В количественном отношении
nараметры nервичных ореолов (интенсивность, ширина и со­
отношения ореолов различных элементов), а также соотно­
шения между размерами ореолов и рудных тел сильно варьи­
руют
в зависимости
от
геолого-промышленного
тиnа
место­
рождения и особенностей его строения (nетрохимический со­
став вмещающих nород и их физико-механические свойства,
структурные услов11я локализации оруденения, вещественный
состав
руд,
характер
и
интенсивность
околорудных
измене­
ний и др.).
Полоса nервичных ореолов часто nревышает мощность
зон околорудно-измененных nород;
вдоль зон разрывных на­
рушений ореолы могут nрослеживаться на значительные рас­
стояния от участков скопления nромышленных руд. Первич­
ные ореолы обычно характеризуются сложными границами
и очертаниями и не всегда nовторяют форму рудных тел (рис.
3.1 ).
Однако, из-за значительных размеров nервичные ореолы
являются индикаторами рудных тел, а изучение соотношений
nараметров ореолов отдельных элементов nозволяет судить о
nротяженности рудных тел. На nрактике обычно исnользуют­
ся ореолы, nостроенные путем суммирования (аддитивности)
или nеремножения (мультиnликативные) значений содержа­
ний
элементов-индикаторов,
интенсивности
значительно
которые
часто
nревосходят
по
размерам
и
моноэлементные
и
nоэтому более контрастны.
Наиболее мощные (широкие) и интенсивные ореолы об­
разуют вольфрам, кобальт, никель, молибден, мышьяк, медь,
цинк, висмут, серебро, сурьма, ртуть и олово. На гидротер­
мальных
высокотемnературных
месторождениях
основными
элементами-индикаторами являются вольфрам, мышьяк, вис­
мут, молибден, медь;
на среднетемnературных
свинец, цинк, медь; на низкотемпературных
нец, сурьма.
148
-
-
серебро,
серебро, сви­
й
а
г
f/
~s
ш~
~ю
Рис.
3.1.
~6
~~~
Разрез (а) н расnределение злементов (б--г) по результатам раз­
ведки nолиметаллического местороЖдении. По данны.w Н. Г. Григорьева и др.
1-
рыхлые
сланцы ;
79-
4-
образования;
доломиты;
5-
2-
глинистые сланцы;
сульфидные свинцо1ю-цинковые руды;
8-
10- скважины (а11- изоконцентрации элементов
окисленные руды;
ванные);
3 -
углисто-глинистые
доломитизированные известняки ;
6-
диабазы;
сплошные пиритовые руды;
опробованные, б- не опробо­
Более сложные геохимические аномалии отмечаются на по­
лигенных месторождениях*, где приходится учитывать геохи­
мические особенности разнотипной минерализации. Например,
на ряде свинцаво-цинковых
месторождений для
колчеданной
стадии рудообразования основными элементами-индикаторами
могут служить мышьяк, медь, висмут, молибден; для полиме­
таллической стадии
-
свинец, цинк, серебро, кадмий, сурьма;
для поздних сульфоантимонитовых стадий
мышьяк, сурьма,
-
ртуть.
В строении первичных ореолов часто отмечается зональ­
ность
по
простиранию
индикаторы
в
рядах
и
падению
рудных
тел.
вертикальной зональности
Элементы­
размещаются
практически в одинаковой последовательности, отличаясь тем
самым от основных полезных компонентов, максимальные кон­
центрации которых в плоскости падения рудных тел обусловли­
ваются прежде всего типом месторождений. В обобщенном виде
для надрудных, наиболее протяженных ореолов, самыми харак­
терными элементами являются ртуть, барий, сурьма, мышьяк,
серебро, свинец; для подрудных ореолов
-
вольфрам, молиб­
ден, бериллий, кобальт, никель.
На высокотемпературных месторождениях на уровнях руд­
ных тел аккумулируются висмут, вольфрам, молибден, никель,
кобальт; в надрудных ореолах- серебро, свинец, цинк, мышьяк.
На среднетемпературных месторождениях в надрудных ореолах
концентрируются свинец, сурьма, серебро, барий; наиболее чет­
кие ореолы на уровне средних частей рудных тел представлены
цинком, медью, висмутом; в подрудных зонах проявляются орео­
лы щтьфрама, молибдена, кобальта, никеля. На низкотемпера­
турных
месторождениях
надрудные
ореолы
представлены
кон­
центрациями ртути, свинца, мышьяка; средние части рудных тел
оформлены ореолами серебра и сурьмы; для подрудных ореолов
наиболее типичны цинк, молибден, вольфрам, кобальт.
*Полигенное месторо.ждение
-
зто
совокуnность
nространственно­
совмещенных рудных образований, созданных автономно развивающимися
зндогенньши nроцессами, каждый из которых вносил свой вклад в общее бо­
гатство комnлексных руд ценными комnонентами.
150
При
изучении
использовать
геохимической зональности
мультипликативные
ореолы,
целесообразно
как
наиболее
ста­
бильные и контрастные. По данным В.Л. Барсукова, коэффици­
ент зональности (РЬ
· Zn · Ag ·
Ва
· Cd) 1 (Cu ·
Со
·
Мо
· Bi · Sn)
на Золотушинеком колчеданно-полиметаллическом месторож­
дении изменяется от 3·10-5 в надрудной зоне ореола до 7 ·10-7 в
подрудной зоне. По отношениям параметров мультипликатив­
ных ореолов элементов надрудной или подрудной зоны можно
судить об уровнях эрозионного среза или вскрытия рудного тела
разведочной выработкой и прогнозировать перспективы оруде­
нения на глубину.
Для повышения эффективности доразведки месторождения
может быть использована также продольная геохимическая зо­
нальность первичных ореолов, которая проявляется на продоль­
ной проекции рудоносных зон и характеризуется совмещенны­
ми контурами ореолов элементов-индикаторов. Для выявления и
изучения этого
вида зональности на продольную проекцию вы­
носятся точки пересечения скважин с плоскостью рудного тела
и значения содержаний элементов-индикаторов или различных
геохимических коэффициентов.
Перед постановкой геохимических исследований на стадии
доразведки эксплуатируемых месторождений прежде всего сле­
дует проанализировать результаты изучения первичных ореолов
на стадии предварительной и детальной разведки. Затем целесо­
образно по уже вскрытым горными выработками рудным телам
провести
состава
опытно-методические
элементов-индикаторов,
работы
с
целью
интенсивности
и
уточнения
зональности
их ореолов, а также фонового содержания. При эксплуатацион­
ной разведке в отличие от стадии предварительной разведки
необходимо
определение
фонового
содержания
не
по
руд­
ному полю или месторождению в целом, а по конкретным уча­
сткам,
в nределах которых
nроводятся геохимические
исследо­
вания.
Пробы для
разрезам,
геохимических
ориентиронаиным
исследований
вкрест
отбираются
простирания
рудных
по
тел
и
на различных уровнях по вертикали (на этажных горизонтах, в
151
подэтажных выработках, по ортам и рассечкам, по керну гори­
зонтальных и наклонных скважин). Выбор расстояния между
пробами зависит от ширины зон измененных пород и уточняет­
ся в процессе опытно-методических работ. В пределах зоны
околорудных изменений шаг опробования может изменяться от
0,5 до 3 м, а для слабоизмененных и неизмененных пород - до
10 м. Горные выработки и керн скважин в пределах, например,
гидратермальна
измененных
пород
опробуются
способом с равномерным отбором в пробу
6-1 О
бороздовым
сколов по все­
му интервалу опробования. На участках слабоизмененных пород
отбираются штуфные пробы. Масса геохимических проб
300
200---
г, после истирания и квартования масса навески для анализа
составляет
50--100
г. Для надежного определения зоны ореолов
с различным уровнем
содержаний, расчета их параметров, а
также выявления фонового содержания по исследуемому участ­
ку рекомендуется отбирать не менее
30--50
равно- и достоверно
расположенных проб.
Подавляющее большинство элементов-индикаторов (за ис­
ключением урана, золота, ртути, йода, брома) можно определить
экспрессным полуколичественным спектральным анализом. В
процессе опытно-методических работ целесообразно сопостав­
ление результатов анализов одних и тех же проб, выполненных
различными методами.
Обычно геохимические исследования при доразведке эксплуа­
тируемых месторождений включают в себя следующие операции:
1)
анализ всех отобранных геохимических проб на элемен­
ты-спутники, характерные для рассматриваемого типа месторо­
ждения;
2)
составление на высококачественной геологической осно­
ве геохимических погоризонтных планов, проекций и разрезов с
оконтуриванием на них моноэлементных и суммированных оре­
олов рассеяния элементов-индикаторов;
3)
или
оценка уровня эрозионного среза выявленной аномалии
уровня
вскрытия
рудного
тела,
прогнозирование
смещен­
ньiх участков рудных тел, апофиз, рудных столбов, скрытого
оруденения на основе анализа мощностей ореолов, интенсивно-
152
сти их проявления, морфологических особенностей, графиков
отношений
суммы
или
произведений
содержаний
элементов
надрудных и подрудных ореолов.
Вопросы применения геохимических исследований при до­
разведке эксплуатируемых месторождений освещены
чрезвы­
чайно слабо. Поэтому приведеиные здесь рекомендации, осно­
ванные на единичных опытных работах, требуют тщательной
проверки и постоянного совершенствования. Однако, учитывая
высокую
степень
компонентов
неравномерности
в рудах
большинство
распределения
месторождений
полезных
цветных,
редких и благородных металлов и сложность распространения
их
элементов-индикаторов,
геохимические
исследования
целе­
сообразно вести совместно с различными методами шахтной
геофизики. Интерпретация геохимических аномалий, использо­
вание показателей ореолов и геохимической зональности для
целей прогнозирования должны проводиться в тесном сочета­
нии с данными о геолого-структурных особенностях формиро­
вания конкретного месторождения.
3.2.
ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
КАРТИРОВАНИЕ
3.2.1.
ТЕРМИНЫ И ЗАДАЧИ ГЕОЛОГО­
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ
Среди геологических исследований по системному изуче­
нию промышленных месторождений с применением минерало­
гических методов широкий размах в последние годы получило
минералого-технологическое картирование (наиболее употре­
бительный
термин
геолого-технологическое
картирование).
Его объектами служат рудные тела, а внутри последних
-
ко­
личественно измеряемые признаки состава, структуры, свойств
как рудного вещества в целом, так и отдельных рудосоставляю­
щих
минералов,
технологические
а
конечным
карты
с
результатом
контурами
-
минералого­
промышленных
типов
и
сортов товарных руд.
153
При геолого-технологическом картировании
исnользуется
ряд терминов, вобравших в себя nонятия, nрименяемые как nри
разведке месторождений nолезных искоnаемых, так и nри их
технологическом nеределе
обогащении. Перечислим основ­
-
ные из них.
Качество руды (nолезного искоnаемого)
-
совокуnность
nризнаков вещественного состава, структурно-текстурных и фи­
зика-механических характеристик руды, оnределяющих ее тех­
нологические свойства.
Вещественный состав руды (nолезного искоnаемого)
-
собирательный термин, отражающий химический состав и фор­
мы нахождения химических элементов в рудах (т.е. минерШiь­
ный состав).
Технологические свойства руды (nолезного искоnаемого)­
совокуnность свойств руды, обусловливающих выбор техноло­
гической схемы ее обогащения.
Обогатимость
-
сnособность руды к обогащению по
конкретной технологической схеме с конкретными nоказате­
лями.
Геолого-технологическая
(nолезных искоnаемых)
-
ююссифи1шция
(типизация) руд
систематика геологических и техно­
логических категорий руд, nроведенная на основе сходства nа­
раметров их качества и nоказателей обогащения.
Природпый (мипера'lьный, геологический) тип руд (ПТР)­
nространственно-обособленная часть месторождения или руд­
ного тела, характеризующаяся оnределенным устойчивым ми­
неральным
и
химическим
составом,
текстурно-структурными
особенностями и nригодная к селективной обработке. Всnомо­
гательную роль nри выделении ПТР играют окраска, физика­
механические, nлотностные и nрочие свойства. ПТР выделяют в
nроцессе геологической документации и оnробования горных
выработок nри разведке месторождений nолезных искоnаемых.
Они должны nредставлять не менее
1-2 %
общего объема руд
месторождения.
Под геолого-техноло1·ическим картированием (ГТК) nони­
мается комnлекс работ, наnравленный на геометризацию (огра­
ничение в nространстве) руд с различными технологическими
154
свойствами и обогатимостью. ГТК наиболее универсальный ме­
тод технологической оценки запасов месторождений полезных
ископаемых.
Технологическую оценку запасов руд осуществляют при
поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ис­
копаемых. Технологические исследования руд- часть единого
геологоразведочного процесса. Они базируются на данных гео­
логического
изучения
месторождений,
материалах
первичной
геологической документации разведочных выработок, результа­
тах химического опробования, изучения минерального состава и
физико-механических свойств руд и вмещающих пород.
Получение достоверной, опережающей и взаимоувязанной
информации по всему комnлексу вопросов, касающихся веще­
ственного состава и технологических свойств руд непосредст­
венно в недрах, является главной целью ГТК. Достижение этой
цели обеспечивается тем, что в nроцессе минералого-техноло­
гического
картирования
решаются
следующие
основные
за­
дачи:
1)
выделяются технологические разновидности руд данного
месторождения; определяются валовый минеральный и химиче­
ский состав руд каждой разновидности, характер их комnлекс­
ности, перечень ценных и вредных компонентов, а также мине­
ральные формы и структурные особенности их вхождения в
руду;
2)
определяются
пространствеиные
границы
(геометри­
зация) и устанавливаются количественные соотношения техно­
логических разновидностей руд;
3)
определяются средние величины важнейших минералого­
технологических
параметров
руд,
а также
их статистическая
и
пространствеиная изменчивость;
4)
выясняются
степень технологической оnробованности
руд каждой разновидности
и уровень nредставительности ис­
следованных технологических проб;
5)
оnределяется обогатимость руд каждой разновидности и
их nоведение в различных nроцессах и узлах наиболее рацио­
нальных технологических схем nереработки.
\55
Геолого-технологическое
картирование
включает
в
себя
следующие оnерации:
l)
отбор минералого-технологических проб
no
оnорной сети
геологоразведочных выработок, на которой строится nодсчет
заnасов месторождения (с учетом наиболее вероятной системы
его отработки);
2)
детальное изучение вещественного состава и структур­
ных параметров
минералого-технологических
nроб (с учетом
наиболее вероятной технологии обогащения руды данного ме­
сторождения);
3)
прямое
изучение
обогатимости
минералого-техноло­
гических nроб;
4)
составление минералого-технологических карт рудных
тел с изображением на них (в виде изолиний, кольцевых диа­
грамм и т.д.) особенностей nространствеиного изменения от­
дельных nараметров или их гpynn.
3.2.2.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИЛЫ И ПРИЕМЫ
ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ
Приведем основные принциnы и методические nриемы гео­
лого-технологического картирования месторождений полезных
ископаемых.
Отбор проб. Исходным материалом рассматриваемого вида
работ служат минералого-технологические nробы. Вне зависи­
мости от их предназначения nробы разделяются на рядовые и
груnповые.
Рядовой называется nроба, отбираемая по какому-либо от­
дельному
пересечению тела
nолезного
искоnаемого
(канаве,
скважине и т.n.), характеризующая nолезное ископаемое в точке
отбора и nредставляющая собой набор дискретных параметров
качества nолезного ископаемого.
Групповая проба формируется из какого-либо количества
рядовых nроб, отобранных
no
отдельным пересечениям; она ха­
рактеризует какую-либо часть рудного тела или месторождения
в целом либо их полностью, имеет комnозитный характер и
156
отражает некие усредненные параметры качества полезного ис­
копаемого для данного объекта.
В современной практике по характеру испытаний выделяют
следующие виды технологических проб:
ния
1)
лабораторные
в
лабораторных
используют, как правило, для получе­
-
условиях
дискретных
технологических
свойств минералов, слагающих руду; масса их
-
от сотен до
1-5т;
укрупненные лабораторные
2)
-
nредназначены, как пра­
вило, для исследований технологических свойств руды в непре­
рывном
процессе
с
целью
создания
микротехнологических
схем. Их масса составляет от нескольких тонн до
3)
полупромыlШiенные
для отработки
( полузаводские)
пробы
10 т;
- применяют
всего технологического процесса в условиях,
максимально приближенных к производственным. Их масса
100--500 т
-
и более, они обрабатываются либо на опытных, либо
на действующих обогатительных фабриках.
Кроме того, в зависимости от представляемого объекта раз­
личают пробы:
1)
композитные
-
отбираются в контурах месторождения
или рудного тела для характеристики его в целом; эти пробы
могут включать в себя руды оnределенного периода эксплуата­
ции месторождения. Композитные пробы являются групповыми,
по характеру полупромышленными или промышленными с мас­
сой
100--500 т и более;
2) типовые (сортовые)-
представляют собой оnределен­
ньiе технологические типы и сорта руд. Являются либо лабора­
торными, либо укрупненно-лабораторными и имеют соответст­
вующую массу;
3)
минералого-технологические-природные типы (разно­
видности) руд месторождения; их масса колеблется от первых
килограммов до
4)
100--300
кг, реже более;
малые технологические
-
природные типы (разновид­
ности) руд по отдельным пересечениям (скважины, выработки).
Они,
как
правило,
проб, их масса- от
формируются
из
3-5 до 20--25
кг.
групповых разведочных
157
При геолого-технологическом картировании большое зна­
чение
имеют малообъемные технологические
пробы,
являю­
щиеся часто рядовыми, отбираемыми по отдельным пересече­
ниям рудных тел с целью изучения пространствеиной изменчи­
вости вещественного состава, физико-механических и техноло­
гических свойств руды.
Количество
их может достигать
не­
скольких сотен, а масса составлять от долей килограммов до не­
скольких килограммов, реже десятки килограммов.
Общим для всех проб независимо от их назначения является
требование о представительности, т.е. качественном и количест­
венном
соответствии пробы опробуемому объекту. Масштаб
представительности пробы, т.е. пространствеиные границы зо­
ны ее влияния, относится к обязательным характеристикам лю­
бой пробы технологического назначения. Минералого-техноло­
гическая проба должна быть представительной относительно
одного
проба
конкретного
-
сечения
рудного
тела,
технологическая
относительно всех запасов руды конкретного сорта.
Масса минералого-технологических проб не относится к глав­
ным факторам их представительности. Представительность ми­
нералога-технологической пробы зависит, главным образом, от
выдержанности ее поперечного сечения (имеется в виду сечение
борозды или керна), технологической
-
от количества точек
отбора проб и равномерности их размещения внутри опробуе­
мого объекта.
Наряду с масштабом представительности различают также
степень предспшительности технологической пробы, т. е. вели­
чину отклонения того или иного характеристического параметра
пробы относительно его среднего значения для опробуемого
объекта. Например, для оловянных руд допустимая величина
такого относительного отклонения не должна превышать
50 %.
30--
Естественно, что определить степень представительности
технологической пробы можно только в случае, если заранее
знать
средние
величины
технологически
важных
параметров
вещественного состава для всех запасов руды опробуемого объ­
екта (технологического сорта, месторождения, рудного тела, го­
ризонта и т. п.).
158
Главное условие отбора минералого-технологических проб
заключается в том, чтобы их материал соответствовал той то­
варной руде, которая будет добыта из определенного участка
месторождения, поэтому опробование производится с учетом
наиболее вероятной системы отработки месторождения. Именно
под этим углом зрения решаются вопросы о том, каким должен
быть коэффициент разубоживания, т. е. «прихват» в пробу вме­
щающих пород, нужно ли делить пробу на секции и т. д.
Пробы отбираются по сети, образуемой опорными геолого­
разведочными
сечениями.
технологическое
Подсчет
картирование
запасов
оказываются
и
минералого­
вследствие
этого
выполненными на общей основе. При выборе сети отбора мине­
ралого-технологических проб желательно руководствоваться не
только избранной сетью разведки данного месторождения, но и
используемыми (или наиболее вероятными) размерами эксплуа­
тационных блоков.
Минералого-технологические пробы должны, как правило,
отбираться внутри контура балансовых руд с обязательным со­
блюдением
принятых
кондиционных
лимитов.
Забалансовые
руды следует картировать отдельно с учетом соответствующих
изменений кондиционных лимитов и в заранее намеченных кон­
турах.
Способ отбора проб может быть различным, но наиболее
целесообразен бороздовый, особенно если размер кусков рудно­
го
материала
не
лимитируется
технологическими
условиями.
Необходимо лишь, чтобы борозды располагались в направлении
максимальной изменчивости рудного тела, были бы непрерыв­
ны по своей длине и постоянны по сечению. Сечение борозды
целесообразно брать или то, которое принято при рядовом раз­
ведочном опробовании, или несколько большее, руководствуясь
минимально необходимой для исследований массой минерало­
го-технологической пробы.
Изучение вещественного состава проб. Это
-
важнейший
и наиболее информативный этап геолого-технологического кар­
тирования. На этапе изучения вещественного состава полезного
ископаемого решают следующие задачи:
159
•
выделяют перечень полезных компонентов, которые сле­
дует ожидать на данном
месторождении,
их количество,
мине­
ральные формы;
•
•
выявляют основные и попутные компоненты;
составляют баланс распределения полезного компонента
по минералам (выявление собственных минералов данного эле­
мента
и
минералов-концентраторов
и
выделение
среди
них
главных и второстепенных);
определяют главнейшие парагенетические ассоциации, в
•
которые входит основной полезный минерал, их взаимоотноше­
ния, количество генераций основного полезного минерала;
•
выясняют,
слагают ли
минеральные
парагенезисы
каж­
дой стадии процесса рудоотложения самостоятельные участки,
зоны, рудные тела, которые можно оконтуривать и картировать;
•
устанавливают
на
месторождении
наличие
зональности
(горизонтальной, вертикальной) или ее отсутствие;
•
определяют,
присутствуют
ли
в
полезном
ископаемом
вредные компоненты, обусловливающие некондиционность или
ограниченность использования концентратов;
оценивают масштабы развития на месторождении про­
•
цессов гипергенеза.
Среди
руд,
обязательных
величины
которых
параметров
должны
вещественного
количественно
состава
определяться
для каждой пробы, можно выделить:
•
честве
параметры, отражающие химический состав руды; в ка­
таковых
ных элементов,
каторы
могут использоваться
так
и
(соотношения
их
группы,
как содержания
а также
содержаний
различные
определенных
отдель­
геоинди­
элементов
и т.п.);
•
параметры, характеризующие минеральный состав руды
и минеральные формы проявления главных химических элемен­
тов;
•
параметры, описывающие размер зерен извлекаемых ми­
нералов, их форму 11 взаимоотношение с сопутствующими ми­
нералами.
\60
В познании вещественного состава руд важную роль играет
также исследование мономинеральных фракций. Оно позволяет
установить минералы-концентраторы ценных редких элементов
-
попутчиков и подсчитать запасы последних. Особое значение
для раскрытия технологических свойств руды приобретает в по­
следнее время составление поминеральных балансов ее главных
промышленных компонентов. Для этого, например, на олово
анализируют
монофракции
всех
основных
минералов
руды
(кварца, турмалина, главных сульфидов и т. д.), а затем, зная
средние содержания этих минералов в руде, определяют, какая
доля связанного олова приходится на каждый из них. Данная
операция
позволяет
установить
относительное
содержание
«упорного металла» в руде и тем самым найти предел макси­
мально
возможного
извлечения олова в
концентрат обогати­
тельными методами.
Прямое изучение обогатимости. В зависимости от имею­
щихся возможностей и изменчивости параметров руды прямое
изучение
обогатимости
проводится
для
всех
минералого­
технологических проб конкретного объекта или для одной про­
бы из каждых двух, трех и т. д. Исследования выполняются на
обычном лабораторном оборудовании. Опыты по обогащению
можно проводить как. по развернутым схемам, так и с помощью
технологических тестов, т. е. путем проверки в строго одинако­
вых условиях одного или двух ключевых моментов в наиболее
вероятной схеме переработки руд.
При проведении опытов по обогащению минералого-техно­
логических проб желательно выполнять два условия:
дить их в сходном режиме;
2)
1)
прово­
стремиться к получению концен­
тратов близкого качества. Это придаст необходимую строгость
сопоставлению проб по результатам изучения их вещественных и
технологических признаков. Этому же способствует определение
коэффициентов корреляции таких величин, как извлечение и со­
держание
металла
в
концентрате,
извлечение
и
содержание
ме­
талла в руде, извлечение и степень измельчения руды и т. п.
Исследования обогатимости малых по массе минералого­
технологических проб не могут заменить технологических ис­
пытаний крупнообъемных проб. На малых пробах нельзя полно-
161
стью воспроИзвести все технологические особенности промыш­
ленного процесса обогащения руд. Для приемлемой имитации
такого процесса, по оценке технологов ЦНИИОлова, требуется
не менее
150
кг руды, да и то при условии, что она имеет срав­
нительно простой состав. При меньшем количестве невозможно
удовлетворительно смоделировать операцию доводки.
Цель прямого изучения
логических проб
--
обогатимости минералого-техно­
получить относительные технологические
показатели, которые бы позволили сопоставить эти пробы меж­
ду собой и выделить среди них определенные группы со сход­
ной обогатимостью. Подобная технологическая информация в
совокупности с вещественной дает возможность обоснованно
геометризовать
в
недрах
промышленные
разновидности
руд
и
обеспечить для каждой разновидности отбор технологических
проб большой массы с гарантированной представительностью
по важнейшим параметрам.
Составление геолого-технологических карт. Для раз­
личных типов рудных месторождений составляют различные
типы
геолого-технологических
карт,
но
есть
ряд
карт,
кото­
рые составляются для большинства месторождений и явля­
ются универсальными. Это
зисов,
распределения
--
карты минеральных парагене­
рудных
минералов,
вредных минералов, размеров рудной
распределения
вкрапленности. Оха­
рактеризуем их.
Карты минеральных парагенезисов. В тех случаях, когда
на
месторождениях
можно
выделить
несколько
минеральных
парагенезисов, с которыми ассоциируют различные рудные ми­
нералы, составляются минералого-петрографические карты, т.е.
картируются минеральные
парагенезисы,
характеризующие от­
дельные стадии или фации процесса рудообразования, содер­
жащие различные рудные минералы и фактически являющиеся
минеральными типами руд. Типичный пример подобных карт-­
детальные карты ряда Карбонатитовых массивов, на которых
карбонатиты расчленены на разновозрастные минеральные па­
рагенезисы.
Наиболее
ранними
являются
диопсид-биотит-кальцитовые карбонатиты
162
1
безрудные
авгит­
стадии. Ко
11
ста-
дии относятся диоnсид-флогоnит-кальцитовые карбонатиты с
nирахлором
(Zr02)
(Na,Ca)2(Ta,Ti)20 6 [F,OН],
и циркелитом (Са,
аnатитом,
К
Fe, Th)2(Ti, Zr) 20 5 .
111
бадделеитом
стадии отно­
сятся флагоnит-амфибол-кальцитавые карбонатиты с мелкозер­
нистым nирохлором. К
La, ... )(COз)F
IV
стадии относятся бастнезитовые (Се,
с монацитом (Се,
La, ... )Р04 ,
флюоритом и сульфи­
дами анкеритовые карбонатиты. Естественно, что все выделен­
ные карбонатиты, за исключением минерального nарагенезиса
1
стадии, nредставляют собой различные минеральные тиnы руд,
четко различающиеся по минеральному составу. оруденению и
текстурно-структурным особенностям.
Карты распределения рудных минералов. Не на всех
месторождениях удается расчленить рудоносные nороды, если
они содержат нескот,ко рудных минералов, отличающихся
по
своим свойствам. В этом случае составляют карты расnреде­
ления
отдельных рудных
венные
диагностические
минералов,
nризнаки.
часто
Так,
исnользуя
на
их
кос­
Тырныаузском
вольфрам-молибденовом месторождении, наряду о шеелитом
(CaW0 4 ),
nрисутствует и 1\Юлибдошеелит Са(Мо,
W)0 4 ,
кото­
рый ведет себя в nроцесс флотации nо-иному, чем шеелит. Для
обогащения крайне важно знать, как на месторождении рас­
nределяется молибдошеелит. Если учесть, что оба этих мине­
рала образуют мелкую вкраnленность и отличаются друг от
друга только по содержанию молибдена, то задача решается на
основе
исnользования
зависимости
цвета
люминесценции
шеелита от содержания молибдена. По люминесценции руд
были выделены и оконтурены в nространстве участки развития
молибдошеелита.
Карты распределения вредных минералов. Для некоторых
месторождений, nомимо основных рудных минералов, nриходит­
ся оnределять и наличие вредных для технологии минералов. Так,
для nолиметаллически-редкометалльных месторождений крайне
важно знать количество в рудах сидеритаи его nространствеиное
расnределение, nоскольку он nоnадает в рудный концентрат и
nри
nоследующем
гидрометаллургическом
nеределе
образует
большое количество оксидов и гидроксидов железа, мешающих
163
нормальному течению технологического процесса. Аналогичным
образом при разработке месторождений редкометалльных грани­
тоидав с танталовым оруденением необходимо знать количество
и распределение спорадически встречающегося вольфрамита, по­
скольку он попадает в один концентрат с колумбит-танталитом,
ухудшая качество последнего.
Карты размеров рудной вкраnJiенностн. Помимо выявле­
ния состава и количества полезных рудных минералов, а также
общего минерального состава руды, важно знать размер рудной
вкрапленности, преобладающую форму рудных зерен (в том
числе габитус кристаллов) и закономерности изменения этих
параметров в пространстве, поскольку извлечение в концентрат
зависит не только от минерального состава вкрапленников, но и
от размера и формы рудных зерен. Преобладающий размер руд­
ных зерен позволяет выбрать оптимальный режим дробления
руды, а форма зерен играет не последнюю роль в характеристи­
ке их вскрываемости.
Например,
изометричные,
преимущественно
ского облика кристаллы гатчеттолита (Са,
октаэдриче­
U, Tr)z(Nb,
Ti)zOб
(ОН) при дроблении легко вскрываются, а парагенные с ними
пластинчатые выделения циркелита (Са,
Fe, Th) 2(Ti, Zr) 20 5
ока­
зываются постоянно в сростках, что объясняет явно неудовле­
творительное
извлечение
полезных
минералов
из
гатчеттолит­
циркелитовых руд на ряде железорудно-редкометалльных скар­
новых месторождений.
Масштабы геотехнологических карт варьируют от
до
1:500
1: 1О 000
и определяются целями картирования, масштабом ме­
сторождения и изменчивостью распределения компонентов.
3.2.3.
МАЛООБЪЕМНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОПРОБОВАНИЕ ПРИ ГЕОЛОГО­
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ КАРТИРОВАНИИ
Опыт эксплуатации
существующих
плексному
высоких
месторождений
требованиях
использованию
к
минерального
показывает,
что
рациональному
сырья
при
ком­
технологиче­
ская оценка запасов руд, основанная на отборе и испытаниях
164
только небольшого числа
( 10-15)
«nредставительных» лабора­
торных nроб, в сочетании с nолуnромышленными исnытаниями
недостаточно эффективна, особенно nри изучении месторожде­
ний с комnлексными труднообогатимыми рудами сложного и
изменчивого состава. Это является следствием как малого коли­
чества изучаемых технологических nроб, так и nрактического
отсутствия возможности обесnечения их nолной nредставитель­
ности по всем
nараметрам, в том числе по химическому, мине­
ральному составу, текстурно-структурным особенностям, физи­
ко-механическим и другим свойствам исnытываемой руды.
Одним из nутей достижения необходимой nолноты и досто­
верности изучения технологических свойств руд месторождений
является nрименение малообъемного технологического оnробо­
вания и картирования. Эта методика обесnечивает резкое увели­
чение объема информации о вещественном составе, строении,
физика-механических,
химико-технологических
свойствах
и
обогатимости руд без существенного роста затрат на технологи­
ческую оценку заnасов руд месторождений.
Малообъемное
технологическое
опробование
(МТО).
Представляет собой изучение технологических свойств руды по
малым nробам, имеющим, главным образом, груnnовой, реже
рядовой характер. Оно осуществляется на всех стадиях геолого­
разведочного nроцесса, начиная от nоисков и кончая эксnлуата­
ционной разведкой. Число nроб, технологические схемы и ре­
жимы для исследования обогатимости, а также nеречень nара­
метров вещественного состава и физико-механических свойств
руд,
nодлежащих
оnределению,
устанавливают
в
каждом
кон­
кретном случае отдельно.
Основное назначение МТО
-
nолучение информации об
обогатимости, вещественном составе и физико-механических
свойствах руд для выделения их nриродных и технологических
тиnов. Картирование, nроводимое на основе МТО, nозволяет
выявить закономерности
их локализации
в nределах
месторо­
ждения. Малообъемное технологическое оnробование nриме­
няется также для установления зависимостей между отдель­
ными nараметрами вещественного состава руд и их обогати-
165
мостью. Для более четкого выявления этих зависимостей мо­
гут быть исnользованы рядовые nробы, в силу своей дискрет­
ности наиболее ярко характеризующие изменчивость того или
иного nараметра.
Малообъемному технологическому оnробованию nредше­
ствует выделение nриродных минералого-nетрографических и
структурных тиnов и разновидностей руд, оnределение их nро­
странствеиного соотношения и важнейших особенностей веще­
ственного состава и строения.
Исnользование рядовых
nроб для МТО
и
картирования
nроизводится, главным образом, для решения отдельных кон­
кретных задач, наnример, для установления влияния на nоказа­
тели
обогащения
стеnени
окислениости
руд,
оnределенных
структур и текстур и др. Для усnешного nрименения МТО с це­
лью технологической оценки месторождений nолезных иско­
nаемых необходимо выnолнение ряда требований:
•
должно
исследоваться достаточное
количество
nредста­
нительных nроб;
•
необходима объективность технологической оценки руд
по малым nробам; соnоставимость технологических nоказате­
лей по малым и большим nробам;
•
выявленные зависимости nоказателей обогащения от ве­
щественного состава руд должны быть достоверны.
Важнейшими условиями,
обесnечивающими
объективное
выделение технологических тиnов и сортов руд и оnределение
изменчивости их состава и свойств, являются точная nростран­
ствеиная nривязка nроб и обработка малых nроб по единым
стандартным схемам и методикам. В результате исследований
малых технологических и минералого-технологических nроб,
увязанных с данными геологической документации разведочных
выработок, анализами химического состава рядовых и груnnо­
вых nроб, выявляется технологическая неоднородность руд на
разлиЧных участках и горизонтах месторождений. На этом ос­
новании выделяются и оконтуриваются в nространстве техноло­
гические тиnы и сорта руд, составляются технологические кар­
ты, nланы и разрезы.
166
Технологические карты, планы и разрезы могут быть ис­
nользованы для следующих целей:
обоснованного отбора nредставительных по всем nара­
•
метрам
проб
тиnовых
и
сортовых
лабораторных,
укруnнен­
нолабораторных, nолуnромышленных и nромышленных;
•
nодсчета заnасов руд по nриродным
и технологическим
тиnам руд;
•
оnределения
возможного
извлечения
nолезных
комnо­
нентов, редких и рассеянных элементов по каждому тиnу и сор­
ту по nериодам эксnлуатации, рудным телам, горизонтам и уча­
сткам месторождений;
разработки nри nроектировании обоснованных систем
•
стабилизации качества руд nри эксnлуатации за счет усредне­
ния руд nри добыче, трансnортировке, складировании и т.д.;
nовышения качества nродукции за счет более nолного учета
особенностей руд, в том числе комnлексности их состава ибо­
лее достоверного оnределения качества рудной массы, которая
будет nостуnать на обогащение по nериодам и годам эксnлуа­
тации.
3.2.4.
ВЫДЕЛЕНИЕ И ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХТИПОВРУД
Как уже отмечалось, технологические свойства руд зависят
от
их
химико-минералогического
состава,
текстурно-структур­
ных особенностей и физико-механических свойств, которые са­
мым тесным образом связаны с условиями образования руд и
оnределяются по совокуnности геолого-минералогических фак­
торов, характерных для того или
иного генетического тиnа ме­
сторождений.
Кроме того, очень часто ряд технологических свойств, на­
nример, флотационные свойства одного и того же минерала
(сфалерит, nирит, галенит, халькоnирит и др.), имеют значи­
тельные
различия
не
только
в
зависимости
от
генезиса
место­
рождения, но и от nринадлежности их к оnределенной стадии
минералообразования. Нередко одни и те же минералы (галснит,
\67
пирит) из различных месторождений, по отсутствию примесей и
химическому
составу
весьма
близкие
к
стехиометрическим
формулам, существенно различаются по флотационным свойст­
вам. Эти различия проявляются в неодинаковом отношении к
флотационным реагентам узкоклассифицированных минераль­
ных зерен одной и той же крупности перечисленных минералов
из различных месторождений. Подобные явления наблюдаются
как для сульфидов, так и
несульфидов,
например,
гематита
и т.п.
Общеизвестна также зависимость флотационных свойств
минералов от изменения
их химического состава. Например,
флотационные свойства сфалерита сильно зависят от содержа­
ния примесей, особенно железа, и для марматита и клейофана
будут различаться. Аналогичным образом на устойчивость по­
казателей при флотации влияет непостоянство состава карбона­
тов, гидроксидов железа и др. Кроме того, часто даже структур­
ные разновидности одного и того же минерала имеют неодина­
ковые флотационные и другие физические свойства.
Именно особенности и изменчивость поведения минералов
при обогащении, зависимость показателей обогащения от сово­
купного влияния структурных, химических, кристаллографиче­
ских и генетических особенностей минералов делают задачу
технологической оценки запасов руд весьма сложной. Успешная
технологическая оценка запасов может быть осуществлена пу­
тем применения комбинированных методов изучения руд: гео­
лого-петрографического, химико-минералогического и техноло­
гического.
В результате первого этапа (геолого-петрографического и
химико-минералогического) изучения месторождения, включаю­
щего в себя макро- и микроскопическое исследование минераль­
ного состава и текстурно-структурных особенностей руд, опреде­
ление степени их однородности и изменчивости, изучение моно­
минеральных фракций, статистическую обработку данных с це­
лью выявления закономерностей в распределении тех или иных
компонентов, химические и фазовые анализы, проводится выде­
ление природных (минеральных) типов и разновидностей руд.
168
На втором этаnе дается технологическая оценка nриродных
тиnов (разновидностей руд), оnределяющих их обогатим ость.
Важнейшие требования к классификации заnасов руд nри
их технологической оценке следующие:
l)
классификация должна отражать технологическую сущ­
ность руд, т.е. их обогатимость;
2)
nодразделение заnасов на технологические тиnы и сорта
должно быть nостроено на nризнаках, легко оnределяемых nри
документации горных выработок, т.е. nреимущественно на ви­
зуально-макроскоnических;
3)
классификационные nризнаки, nоложенные в основу ти­
пизации, должны иметь четкую корреляционную связь с показа­
телями обогащения руд;
параметры,
4)
на
которых
основывается
классификация,
должны определяться в количествах, достаточных для объек­
тивного
выделения,
оконтуривания
и
характеристики
запасов
технологических типов и сортов руд;
5)
классификационные признаки должны иметь количест­
венное выражение, т.е. принадлежиость руды к тому или иному
технологическому типу должна определяться на основании чет­
ких количественных показателей;
б) параметры классификации должны учитывать возмож­
ность дальнейшего усовершенствования методов обогащения и
применения новых процессов;
7)
необходимо единообразие норм и признаков, лежащих в
основе выделяемых единиц классификации.
В настоящее время на многих месторождениях используют­
ся весьма схематичные технологические классификации руд.
Часто технологические типы и сорта руд выделяются либо по
степени окислениости ведущих промышленных компонентов
-
свинца, цинка, меди, молибдена и др. (т.е. выделяются сульфид­
ные
-
первичные, смешанные, окисленные руды), либо по ха­
рактеру распределения рудных минералов (т.е. выделяются ру­
ды сплошные, прожилково-вкрапленные, вкрапленные и т.д.).
Опыт эксплуатации показывает, что разделение запасов исклю­
чительно
на
основании
перечисленных
признаков
не
только
169
чрезмерно схематизирует представления о вещественном соста­
ве и обогатимости руд, но и искажает существо промышленной
характеристики руд. Например, сульфидные (первичные) руды,
слагающие до
95 %
запасов таких месторождений, как Джезказ­
ганское, Коунрадское, Кальмакырское, Каджаранское, условно
считающиеся
технологически
однородными,
ведуг себя
при
обогащении различно. Среди окисленных руд этих месторожде­
ний при эксплуатации также обнаруживается несколько разно­
видностей, отличающихся по степени обогатимости, связанной
не только со степенью окислениости меди, но и с валовым со­
держанием меди, минеральным составом, петрографическим со­
ставом рудовмещающих пород и т.д.
Для руд различных металлов выделяется перечень основ­
ных
свойств
-
минеральных,
химических,
структурно-тек­
стурных, физика-механических, которые могуг служить призна­
ками их обогатимости при технологической типизации.
Минеральный состав:
•
•
полный минеральный состав металлорудной фракции;
наличие в основных минералах изоморфных примесей и
механических включений;
•
содержание
нерудных
минералов,
имеющих
значение
для технологии обогащения;
•
•
-
содержание редких и редкоземельных минералов;
распределение минеральных компонентов по фракциям
глинистой, песчаной, кусковой.
Хwwический состав:
•
валовое содержание
в руде основных полезных и вред­
ных компонентов;
•
валовое содержание
в руде основных
петрогеиных эле­
ментов в виде оксидов;
•
распределение
основного
полезного
металла
по
мине­
ральным компонентам, включая изоморфное вхождение, т.е. ба­
ланс распределения;
•
содержание
фракциям
170
-
важнейших
химических
глинистой, песчаной, кусковой.
компонентов
по
Текстурно-структурные особенности:
степень измельчения, обеспечивающую полное раскры­
•
тие рудных зерен;
степень измельчения, обеспечивающую выделение руд­
•
ныхинерудных сростков.
Физико-механические параметры:
объемная масса, влажность, крепость, количество мело­
•
чи, глинистость и т.д.
Признаки обогатимости руд принято подразделять на три
группы (Г.А. Коц, С.Ф. Чернопятов, И.В. Шманенков):
признаки, необходимые для выделения и окон­
1 группа -
туривания технологических типов руд;
11
группа
признаки, используемые для внутритиповой ха­
-
рактеристики руд, выделения и оконтуривания технологических
сортов и разновидностей руд;
группа
III
-
признаки для более детальной характеристики
выделенных технологических типов сортов и разновидностей
руд.
К
1 группе
относятся определение валовых содержаний ос­
новных полезных компонентов и их фазового состава, содержа­
ний элементов-спутников, имеющих промышленное значение,
выявление текстурно-структурных особенностей, кускаватости
и глинистости руд и т.п.
Ко
и
11
группе, помимо распределения основных, попутных
компонентов,
ценных
относятся
вредных
содержание
при­
месей и выявление их минеральных форм, а также определе­
ние
размеров
вкрапленности
и
характера
срастания
минера­
лов.
К
111
группе относятся признаки обогатимости, характе­
ризующие
степень
раскрытия
зерен
рудных
минералов
при
различном измельчении, полный химический и минеральный
состав руд,
масса,
их важнейшие физические свойства: объемная
пористость,
временное
глинистость,
сопротивление
влажность,
сжатию,
абразивность,
крепость,
дробимость
и др.
171
Выделение технологических типов и сортов руд
основа
-
для характеристики технологической неоднородности месторо­
ждения. Технологическая типизация руд может проводиться по
следующим данным: содержанию основного металла (или ме­
таллов) в руде- по показателю а; выходу концентрата основ­
ных рудных минералов- показателю у; извлечению металла­
показателю Е; содержанию металлов в концентратах
-
показа­
телю ~; размерам рудной вкрапленности и т.п. Однако, мало
выделить технологические типы и сорта руд. Необходимо уста­
новить площадной и объемный характер их распространения в
пределах месторождения, оконтурить область их развития, т.е.
провести
графики
геометризацию,
-
используя
все
виды
геологической
карты, разрезы, планы ~~ т.п. Причем для одного и
того же месторождения
составляются
геолого-технологические
графические материалы, на которые могут быть нанесены кон­
туры технологических типов и сортов руд, выделенных по раз­
личным признакам. Фоном для этих построений часто служат
карты
распространенности
природных
(минеральных)
типов
(сортов) руд.
Так, на Тагарском железорудном месторождении (Красно­
ярский край) выделяются четыре тесно перемежающихся при­
родных типа руд:
магнетитовые,
магнетит-мартитовые,
магнетитавые и гидрогётитовые. На рис.
3.2
мартит­
представлен техно­
логический разрез по одной из разведочных линий этого место­
рождения, составленный по данным малообъемного геолого­
технологического опробования разведочных скважин. На разре­
зе оконтурены три природных типа руд
делены
технологические
сорта:
(l-3)
четыре
сорта
и на их фоне вы­
по
содержанию
железа в концентратах, т.е. по показателю ~. и три сорта по из­
влечению железа, т.е. по показателю EFe· Приведенный разрез
наглядно характеризует технологическую
неоднородность руд­
ного массива и показывает часто встречающееся несоответствие
природных типов (сортов) руд и их технологических аналогов.
Не менее интересен пример технологической типизации руд
Риддер-Сокольиого полиметаллического
ный Алтай).
172
месторождения (Руд­
~/
~2
r::J7
E:J8
ЕZ:аз Е::]9
~4
rs;IJO
~ 5 с::;;:] 11
~6 ~12
Рис.
3.2.
Геолого-технологический разрез Тагарского железорудного ме­
сторождения. По Коц Г.А. и др.
1-3 - природные типы руд: 1 - магнет1повый, 2 - мартит-магнетитовый,
3 - г!!тит-гидрог!!титовый); 4-7- технологические типы руд по содержанию
Fe в концентрате: 4 - ~"" > 65 %, 5 - ~"" = 60+65 %, 6 - ~"" = 50+60 %,
7 - ~""<50%; 8-10- технологические типы руд по извлечению в концен­
трат: 8 - Е""= 80+90, 9 - Е"" =70+80 %, 1О - Е""= 60+ 70 %); // - групповая
проба; /2 параметры обогатимости, %: в числителе первая цифра
у - выход концентрата, вторая ~"" - содержание Fe в концентрате: в знаме­
нателе - Е"" - извлечение Fe в концентрат
На этом объекте в зависимости от интенсивности nроявле­
ния nроцессов гиnергенеза выделяют nервичные, окисленные и
смешанные руды. С учетом особенностей вещественного соста­
ва и стеnени окислениости металлов, весьма влияющей на тех­
нологические
nоказатели
обогащения,
руды
разделяются
на
173
сульфидные (свинца в окисленных формах до
10 %,
цианисторастворимой меди до О, 1
в окисленных формах до
5 %,
цинка до
цинка до
15 %,
% ), смешанные (свинца
25 %, цианистораство­
римой меди до
0,2 %) и окисленные (свинца в окисленных фор­
50 % ). В соответствии с этими условиями на место­
мах более
рождении выделяют следующие природные типы руд: сульфид­
ные
свинцово-цинковые;
сульфидные
медно-свинцово-цинко­
вые; сульфидные медные; сульфидные цинково-медные, окис­
ленные
свинцово-цинковые,
цинковые и смешанные (табл.
окисленные
медно-евинцово­
3.1 ).
Технологических типов руд выделяется несколько меньше.
так
как
сульфидные
свинцово-цинковые
и
медно-евинцово­
цинковые природные типы объединяются в один полиметалли­
ческий тип. При этом в каждом технологическом типе выделяются
Таблица
3.1
Геолого-технологическая классификация руд Риддер-Сокольского
месторождения По Ю.Б. Генкину и др.
Природный тиn
Сульфидный свинцово-
Технологический сорт
Технологический тиn
Полиметаллический
цинковый
1-й-
Ecu> 60%,
Ерь. Еа>
2-й
-
fcu < 60 о/о,
ЕРЬ, Е а<
Сульфидный медно-
Полиметаллический
3-й
-
70 %
70 о/о
f.сuИЛИ Ерь ИЛИ Еа =
свинцово- цинковый
Сульфидный медный
Медный
1-й-
Ecu> 80%
2-й
-
fcu < 80 о/о
Цинково-медный
3-й
-
Ecu или Еа =О
Окисленный свинцово-
Окисленный свинuово-
1-й
-
Еа
> 55 %
ЦИНКОВЫЙ
цинковый
2-й
-
Еа
< 55 %
Окисленный медно-
Окисленный nолиме-
3-й- Ерь= О
свинцово-цинковый
таллический
Смешанный
Смешанный
Сульфидный цинковомедный
1-й-
Ecu< 40%.
Ерь. Еа > 50 %
2-й-
Ecu< 40
Ерь. Еа <
174
50 %
о/о,
0
несколько технологических сортов по извлечению основных ме­
таллов
-
(см. табл.
меди, свинца и цинка, т.е. по показателям
Ecu.
Ерь,
EZn
3.1 ).
При выявлении различных типов руд и их геометризации
возможны следующие случаи:
l)
все выделенные по минеральному составу типы руд обога­
щаются по единой схеме; получаемые концентраты перерабатыва­
ются также по единой схеме. Все природные (минерально-петро­
rрафические) типы являются единым технологическим типом:
2)
минеральные типы руд несколько по-разному ведут себя
при процессах обогащения, а технологическая схема разработа­
на для руд среднего состава. В этом случае приходится шихто­
вать различные типы руд в соответствующих пропорциях, чтобы
на фабрику поступала руды среднего состава;
3)
минеральные типы руд обогащаются по единой схеме, но
полученные при этом концентраты по-разному перерабатыва­
ются. Необходимо проводить выделение технологических типов
для селективной их отработки. Передел концентратов от разных
типов руд происходит по различной технологии.
4)
различные по составу типы руд обогащаются по различ­
ным схемам. Необходимо оконтуривание технологических ти­
пов для селективной их отработки:
5)
отдельные типы руд вообще не могут быть обогащены и
переработаны. Их следует оконтурить, а запасы отнести к заба­
лансовым.
В случаях локализации этих типов руд внутри рудного кон­
тура их необходимо учесть при подсчете запасов путем введе­
ния коэффициента рудоносности, вычисляемого как отношение
мощности, площади или объема руды к мощности, площади или
объему всей залежи.
3.2.5.
МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ И ТИПЫ
ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ
Составлению геолого-технологических карт предшествует
технологическая
типизация
руд,
которая
производится
путем
сопоставления схем и показателей обогащения руд, принадле-
175
жащим к разным природным типам и разновидностям. Очень
часто технологическим сортам руд будут отвечать природные
разновидности (в пределах единого природного типа), обога­
щаемые по единым схемам, но характеризующиеся различными
показателями извлечения металлов или содержаниями металлов
в концентратах. Если не существует заданных параметров тех­
нологических сортов (например,
по содержанию металлов
в
концентратах), то разделение их производится по различию в
показателях обогащения. Учитывая, что допустимое отклонение
в показателях обогащения при сопоставлении результатов мало­
объемного технологического картирования обычно составляет
20-25 %,
технологические сорта (в пределах одного типа) сле­
дует выделять при отличиях в показателях обогащения более
чем на
25 %.
При оконтуривании технологических типов и сортов руд
следует
придерживаться
границ природных типов
и
разновид­
ностей руд. Оконтуриванне технологических типов и сортов руд
на планах, картах и разрезах производится принятыми в геоло­
гической практике методами с использованием интерполяции и
экстраполяции. Если технологические типы и сорта руд вьще­
ляются только по отдельным разведочным выработкам и не увя­
зываются между собой, то осуществляется статистический под­
счет запасов с условным оконтуриванием типов и сортов руд.
Операции по выделению и оконтуриванию технологических
типов и сортов руд завершают первый этап составления технологи­
ческих карт. Следующая операция
-
составление карт (накладок)
распределения показателей обогащения руд в пределах выделен­
ных технологических типов и сортов. С этой целью данные о пара­
метрах качества руд, показатели обогащения и другие характери­
стики по отдельным пробам наносятся на разрезы и планы место­
рождений посредством масштабного изображения этих проб отрез­
ками линий (см. рис.
3.2).
Возле них дробью указываются показа­
тели обогащения каждой пробы: первая цифра в числителе
-
вы­
ход концентрата у,%; вторая цифра в числителе- содержание ме­
талла в концентрате~.
талла в концентрат Е,
176
%; цифра в знаменателе- извлечение ме­
%. Пробы, отнесенные к одному технологи-
ческому
copry.
соединяются линиями, оконтуривающими блоки
руд данного технологического сорта, обозначаемые соответствую­
щими условными знаками или видами штриховок (рис.
•
, §2
вз
~4
17lljs I:·.·:·:·.J6 G7 lo4004IB
Рис.
3.3.
Технологическая
карта
3.3) .
EJs
месторождения
свинцово-баритовых
руд. По Г.А. Коц и др.
1--6- технологические сорта руд, выделенные по извлечению свинца в кон­
центрат: 1 ер., > 70 %, 2 ЕРЬ = 60+ 70 %, 3 ~ = 50+60 %, 4 Ерь= 40+50 %, 5 - Ерь= 30+40 %, 6 - ЕРЬ < 50 %; 7 - контуры окнеленных
руд; 8 номера разведочных скважин; 9 - интервалы отбора технологиче­
ских nроб
177
Для ряда месторождений
состава
составляются
карты
комплексного
полиметалльного
распределения
технологических
сортов руд по отдельным металлам, причем часто контуры этих
сортов не совпадают. Примерам может служить рис.
тором
3.4,
на ко­
представлена вертикальная проекция рудных тел оловян­
но-вольфрамового с медью месторождения, на которую нанесе­
ны технологические сорта руд по меди и их показатели обога­
щения по данному металлу в виде секториальных диаграмм.
Номера pюucJto'IIIЫX 11рофи.:н:й
Vl
Bt
3.4.
Vlll
-7
Вг Е---lз ~~
~sCJ6
Рис.
\'11
-в
Распределение технологических сортов руд по меди и технологиче­
ских показателей обогащения по меди на вертикальной проекuии рудных
тел оловянно-вольфрамового с медью месторождения. По Г.А. Коц и др.
Контуры технологического сорта: 1 - 1, 2 - 11, 3 - III; 4 - номера разве­
5-8 -- технологические показатели, %: 5 - соотношение
дочных скважин;
показателеи- '· 6
-
N~u
> О '7·' ас. < 1 ,·
а ....
8-<Xcu>l; ~>3 <Xcu>84
а,.,.,
178
N-u
~
< 75,· 7 -
N-u
~-
= 0,7+ 1,· ас. = 1-3 ,·
aA!i.
В отдельных случаях данные по показателям обогащения
отдельных проб, нанесенные на графическую основу в местах
их отбора, могут быть использованы для выявления закономер­
ностей пространствеиной изменчивости этих показателей путем
построения изолиний (изоконцентраций) (рис.
3.5).
Единицу из­
мерения (так называемый «шаг изолиний») рекомендуется вы­
бирать по формуле определения величины расхождения показа­
телей обогащения укрупненных и малых проб.
Если разведка месторождений осуществлялась с помощью
вертикальных или наклонных скважин, то основой технологиче-
а
б
Рис.
3.5.
Зона «Я>>
Пример использовании иэолииий при характеристике простран­
ствеиной изменчивости показателей обогащении руд оловинно-вольфра­
мового с медью месторождении. По Ю.Б. Генкину и др.
а
-
изолинии величин извлечения олова; б
-
изолинии содержания кассите­
рита в виде сростков с сульфидами(% ко всему касситериту)
179
ского картирования
являются
геологические разрезы,
на
кото­
рые наносятся показатели обогащения руд разных технологиче­
ских сортов, а оконтуриваются эти сорта в плане
интерполяции данных
картирования
разрезов
на
посредством
пространство
между ними.
Для вертикально и наклонно залегающих рудных тел пока­
затели обогащения по каждому технологическому сорту между
nараллельными сечениями оnределяются как средневзвешенные
по длинам рудных интервалов, а для фланговых блоков
-
nо­
средством экстраnоляции nоказателей, характеризующих обога­
тимость крайних сечений месторождения.
При технологическом картировании целесообразно совме­
щать нанесение на разрезы и nланы границ различных минера­
логических (nриродных) тиnов руд с контурами различных по
качеству
получаемого
концентрата
или
компонента технологических сортов
в
извлечению
пределах
полезного
каждого типа.
Если осуществляется картирование месторождений комnлекс­
ных руд, то показатели обогащения и технологические сорта для
каждого
nолезного
комnонента
наносятся
на
разрезы
и
карты
отдельно.
При геолого-технологическом картировании используются
следующие nараметры качества nолезных искоnаемых:
•
содержание
в
рудах
nолезного
комnонента
-
металла,
неметалла, минерала;
•
формы нахождения (минералы) nолезного комnонента и
минеральный состав руд;
•
•
текстуры и структуры руд;
технологические свойства (флотационные, магнитные и
др.) рудныхинерудных минералов;
•
физико-механические свойства руд и вмещающих nород.
Все виды геолого-технологических карт можно разделить
на три большие группы.
1.
Карты
свойств
минералов,
их
конкретных
nризнаков,
nространственных закономерностей формирования и расnреде­
ления (по сути своей, являющиеся тоnаминералогическими кар­
тами), имеющих значение для обогащения руд. Примерам могут
180
служить карты габитуса кристаллов полезных минералов, карты
сростков
рудной
полезных
минералов
вкрапленности,
карты
с
нерудными,
карты
распространенности
размеров
генераций
полезного минерала и др.
2.
Карты рудных тел с точки зрения их состава, структуры и
свойств, влияющих на технологический процесс,
ваемые
-
так назы­
минералого-технологические карты. Например,
карты
природных типов и сортов, карты текстур руд и др.
3.
Карты промышленных типов и сортов руд, выделенных
по данным малообъемного технологического опробования, на
которых оконтурены количественно измеренные параметры фи­
зика-механических свойств, влияющие на технологическое ка­
чество сырья.
Геолого-технологическое
картирование
как
наиболее де­
тальный и информативный вид работ необходимо широко при­
менять при геолого-технологической оценке запасов руд техно­
логически сложных месторождений.
3.3.
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В процессе эксплуатации большинства месторождений чер­
ных, цветных, редких и благородных металлов большое внима­
ние уделяется геофизическим исследованиям. Среди них до не­
которой степени условно выделяются общие геофизические ме­
тоды и ядерно-физические методы определения качества мине­
рального сырья. Во всех случаях геофизические методы повы­
шают эффективность
и достоверность
поисково-разведочных
работ, способствуют рациональной отработке месторождений и
внедрению комплексной системы управления качеством горной
массы.
Геофизическими методами или с их участием решаются
следующие задачи: выявление благоприятных для размещения
полезных ископаемых геологических структур; обнаружение тел
полезных ископаемых на флангах и глубоких горизонтах место­
рождений
в
пространстве
между
выработками;
определение
181
мощности и контуров тел nолезных искоnаемых, условий их за­
легания и оценка качества; уточнение гидрогеологических усло­
вий; оценка состояния массива горных nород и nрогнозирование
геодинамических
nроцессов,
включая
nроявления
горного дав­
ления.
Таким образом, основные задачи геофизических исследова­
ний на эксnлуатируемых месторождениях nринциnиально не от­
личаются от задач, стоящих
nеред геофизиками
на стадиях
nредварительной и детальной разведки. Можно лишь отметить
более круnные масштабы исследований и снижение объемов
nоисковых геофизических работ. Это nредnолагает создание бо­
лее nлотной сети геофизических наблюдений и измерений.
Применение геофизических методов изучения месторожде­
ний
nолезных
искоnаемых
в условиях действующих
горных
nредnриятий характеризуется рядом сnецифических особенно­
стей. Главная из них- влияние техногеиных факторов, что свя­
зано с наличием искусственных nодземных nолостей, оборудо­
вания, механизмов и т. д. В зависимости от целей, решаемых за­
дач и условий nроведения работ геофизические исследования
выполняются в наземном, скважинном и подземном (шахтном)
вариантах. При этом целью любого геофизического метода яв­
ляется оnределение структурной и качественной неоднородно­
сти геологического разреза, nолучение информации о наличии и
качестве nолезного искоnаемого, форме и размерах залежей, со­
стоянии и свойствах массивов горных nород.
Методы геофизических исследований массивов основаны
на различии в nлотностных, магнитных, электрических
и дру­
гих свойствах горных nород разного минерального состава. В
исследованиях исnользуют либо аномалии естественных физи­
ческих nолей, обусловленные различными свойствами горных
nород,
либо
закономерности
расnространения
искусственно
возбуждаемых в массиве физических nолей. Все геофизиче­
ские методы в зависимости от nрироды физических nолей
подразделяются на гравиметрические, магнитные, электро­
магнитные, радиоволновые, сейсмические, радиометрические
и термические.
182
3.3.1. МЕТОДЫ НАЗЕМНОЙ ГЕОФИЗИКИ
Специфика
действующих
применения
методов наземной
предприятиях
заключается
в
их
геофизики
на
детальности,
крупномасштабности, сложности учета геометрии
выработок,
наличии техногеиных полей, а также в максимальном прибли­
жении трассы наблюдений и источников искусственных полей к
изучаемым объектам.
Гравиметрические методы, базирующиеся на оценке гра­
витационных аномалий, позволяют определить глубину залега­
ния, форму и размеры тел полезных ископаемых, отдельных
структурно-тектонических
зон
в
пределах
месторождений,
а
также выявить карстовые тела, блоки плотных пород, зоны тек­
тонически нарушенных, трещиноватых и брекчированных по­
род. По положительным аномалиям изучают рудные месторож­
дения, а по отрицательным
-
месторождения каменной соли,
ископаемых углей. Интенсивными положительными аномалия­
ми характеризуются пегматитовые, кварцевые, баритовые жилы,
трубки алмазоносных кимберлитов.
Магнитные методы основаны на изучении магнитных ано­
малий,
вызванных
различной
магнитной
восприимчивостью
горных пород и полезных ископаемых. Они дают возможность
исследовать и оценивать месторождения ферромагнитных руд.
Хорошие результаты получены при использовании магнитных
методов для изучения кимберлитовых алмазоносных трубок, бо­
гатых железных и бокситовых руд, золотоносных россыпей, а
также трещиноватости, тектонической нарушенности и закар­
стованности массивов.
Электромагнитные методы исследования массивов горных
пород делят на две группы. Методы первой группы предназна­
чены для выявления и изучения аномалий в электромагнитных
полях.
Методами второй
прохождения
группы определяют закономерности
электрических
токов,
а также
поглощение,
отра­
жение и преломление электромагнитных волн в породах. Наи­
более широко распространены методы собственных потенциа­
лов (естественного электрического поля), заряженного тела, вы-
183
званной
nоляризации,
кажущихся
электрических
соnротивле­
ний, nьезоэлектрический, магнита-теллурический.
С nомощью названных методов изучают сульфидные и уголь­
ные месторождения, участки nовышенной фильтрации nодземных
вод, оконrуривают рудные тела (рис.
2,
цв. вкл.), nласты антрацита
и графита, исследуют крутоnадающие nласты, дайки, nогребенные
струК'I)'ры, выявляют разрывные нарушения, картируют многолет­
немерзлые nороды, трещиноватые и закарстованные зоны.
Высокочастотные радиоволновые методы (индуктивные,
радиоволнового
nросвечивания,
интерференционные)
базиру­
ются на электромагнитных свойствах горных nород. Они nри­
меняются для оnределения местоnоложения и размеров рудных
тел, залежей угля, графита, обнаружения тектонических нару­
шений и обводненных зон, талых областей в многолетнемерз­
n.
льtх зонах, nлавунов в песках и т.
Сейсмические методы
ньtй nреломленных волн
-
отраженных волн и корреляцион­
-
дают достаточно точную информа­
цию о строении и состоянии массива горных nород. Сейсмиче­
ские
методы
исnользуют
nри
разведке
и
инженерно-геоло­
гических изысканиях: nри изучении зон трещиноватости, разло-
мов карстовых nолостей многолетнемерзлых nород, вьtветрелых
горных nород, а также nри оцен­
ке
nараметров
уnругости
и
nрочности горных nород.
Радиометрические методы,
фиксирующие естественные ра­
диоактивные nоля,
nри
разведке
nрименяются
радиоактивных
руд, изучении обладающих не­
значительной радиоактивностью
гранитных
Рис.
3.6.
Обнаружение
ра1лома
радиометрическими методами:
1-
график изменениR интенсивно-
СТИ
радИОаiПИВНОГО
излучеНИR;
2 -
плоскость разлома;
3 -
лежь полезного ископаемого
184
за­
массивов,
а
также
при
выявлении
3.6),
зон трещиноватости и дру­
гих
разломов
(рис.
элементов структурной
однородности
nород.
массивов
не-
горных
3.3.2.
СКВАЖИННЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
(КАРОТАЖ И СКВАЖИННАЯ ГЕОФИЗИКА)*
Геофизические методы исследования скважин (каротаж) осно­
ваны на изучении в них различных физических полей. По данным
каротажа строят геологические разрезы, оценивают структуру ме­
сторождений, расчленяют толщи по литологическим признакам,
выявляют полезные ископаемые, определяют физические свойства
горных пород. При каротаже применяют те же поля и методы, ко­
торые используются в полевой геофизике, но nри этом существен­
но отличаются аnnаратурная реализация методов и nриемы выпол­
нения работ. Геофизические характеристики измеряются прибо­
ром, опускаемым в скважину, и регистрируются на nоверхности в
виде кривых (рис.
Наиболее
3.7)
или массивов цифровых данных.
расnространены
следующие
виды
каротажа
скважин: электрический (собственных nотенциалов и кажущихся
соnротивлений), магнитный, акустический, термический, радио­
активный
(гамма-каротаж,
гамма-гамма-каротаж,
нейтронный
гамма-каротаж, нейтрон-нейтронный каротаж, каротаж наведен­
ной радиоактивности, радиоактивных изотоnов), фотометриче­
ский, газовый.
Около- и межскважинные геофизические исследования ос­
нованы на изучении в массивах горных nород естественных или
искусственно созданных геофизических nолей. Наиболее часто
nрименяют следующие методы: скважинную магнито- и грави­
разведку, радиоволновой, акустического
nросвечивания, заря­
женного тела, nереходных nроцессов, пьезоэлектрический, кон­
тактный метод nоляризационных кривых.
Перечисленные методы позволяют обнаружить и оконтурить
рудные тела и другие геологические образования, отличающиеся
по свойствам от вмещающих nород, установить их размеры и
элементы залегания, уточнить морфологию зоны выклинивания.
Некоторыми из этих методов выявляются и геометризуются гид­
ротермально измененные или неметаморфизованные зоны.
*
Под скважинной геофизикой понимаются геофизические методы ис­
следования меж- и околоскважинного пространства.
185
Рис.
3.7.
Схема nроведения геофизических исследований в скважинах. По
Н.Н. Сорохтину.
1-
скважинный прибор;
боратория;
5. 6 -
2-
кабель; 3 -
кривые каротажа:
5
блок-баланс; 4 -
каротажная ла­
-диэлектрического, 6 -
акустичес­
кого
Геофизические методы исnользуются для контроля техни­
ческого состояния скважин. К этим методам относятся инюtuно­
метрия, nредназначенная для измерения углов отклонения оси
скважины от вертикали (зенитное искривление) и от nлоскости
разведочного разреза (азимутальное искривление), и каверно­
.wетрия, с nомощью которой оnределяется фактический диаметр
скважины.
В
гидрогеологических
фильтрующих
186
горизонтов,
исследованиях
выявлении
и
nри
изучении
выделении
nритоков,
оценке дебитов и минерализации nодземных вод, установлении
значений коэффициентов фильтрации исnользуются такие гео­
физические методы, как термометрия, резистивиметрия (изме­
рение
удельного
электрического
соnротивления
nромывочной
жидкости), расходометрия (оnределение скорости nеремещения
жидкости по скважине), барометрия (оnределение давления по
стволу скважины).
В качестве nримера nриведем области nрименения сква­
жинных методов nри разведке и эксnлуатации месторождений
строительных горных nород:
•
рья,
каротаж скважин на месторождениях карбонатного сы­
гиnса,
тугоnлавких
и
огнеуnорных
глин
для
уточнения
геологического разреза и выделения некондиционных nрослоев,
более четкого nрослеживания кровли и nочвы nолезной толщи;
•
электроразведка
на
месторождениях
магматических
nо­
род, карбонатов и гиnса для оконтуривания зон nовышенной
трещиноватости, разломов, выявления и оконтуривания карсто­
вых образований в карбонатных и гиnсовых толщах;
•
магнита- и гравиразведка на месторождениях магматиче­
ских горных nород для выявления тел (блоков) nовышенной
nлотности, зон разломов, а также
на месторождениях
nесчано­
гравийной смеси для оконтуривания залежей гравия и nесчаных
отложений.
3.3.3. МЕТОДЫ ПОДЗЕМНОЙ (ШАХТНОЙ)
ГЕОФИЗИКИ
В эту групnу включают методы геофизики, nосредством ко­
торых изучают nодземное nространство с nомощью источника и
nриемника nоля, nомещенных в горных выработках или в сква­
жинах nодземного бурения. Подземная геофизика исnользует, в
основном, обычные геофизические методы, реже методы или
модификации, не имеющие аналогов в наземной геофизике. Ос­
новное назначение данных методов
геолого-геофизическими
-
оnеративное обесnечение
результатами
nроцесса
разведочных
работ и nодготовки эксnлуатационных блоков; кроме того, ре­
шаются задачи по изучению гидра- и инженерно-геологических
187
условий, в том числе прогнозирования
геодинамических про­
цессов, включая проявления горного давления.
Специфические особенности геофизических работ, прово­
димых на шахтах и рудниках, следующие:
высокая детальность наблюдений, необходимая для оп­
l)
ределения
контуров
тел
полезных
ископаемых
в
плане
и
раз­
резе;
проявление
2)
горно-геологических
факторов
и
явлений
(трещиноватость, разломы, карст и т. д.), осложняющих интер­
претацию геофизических данных и решение основных задач:
3)
ограниченность размеров площади для производства ис­
следований в горных выработках;
4)
небольшие размеры питающих и измерительных устано­
5)
плохие условия для заземления питающих и приемных
вок;
линий;
б) высокий уровень промышленных помех, влияющих на
характеристики полей и проведение наблюдений;
7)
повышенные требования к соблюдению правил техники
безопасности, в частности, nри работе в выработках, опасных
no
nыли и газу.
Исходя из названных особенностей в подземной геофизике
получили расnространение различные варианты (в соответст­
вующем апnаратурном воплощении) методов электро-, грави-,
терма-, магнита- и сейсморазведки, геоакустики и др.
Возможность применении гравиразведки в nодземных гор­
ных выработках с целью решения nоисково-разведочных задач
и уточнения горно-технических условий эксплуатации обуслов­
лена существенным отличием nлотностных nоказателей изучае­
мых объектов и вмещающих горных пород. Использование со­
временных высокоточных приборов nозволяет обнаружить и
количественно описать эти объекты nри значительной избыточ­
ной или недостаточной их nлотности. Так, значительную избы­
точную
плотность
по
сравнению
с
вмещающими
nородами
имеют руды металлов. В то же время карстовые зоны, полости
характеризуются недостатком плотности. Следует отметить, что
создаваемые этими объектами аномалии силы тяжести невели-
188
ки. Поэтому выявить их наземными геологоразведочными рабо­
тами не удается, особенно при глубоком залегании, небольших
размерах и влиянии внешних факторов. В этих условиях прове­
дение гравитационных измерений в разветвленной системе под­
земных горных выработок на разных горизонтах дает хорошие
результаты.
Подземная гравиразведка позволяет решать следующие за­
дачи:
1)
вести поиски в межвыработочном пространстве рудных
залежей, не выявленных при разведке;
2)
выяснять условия залегания, форму и размеры рудных
залежей, ориентировочно оценивать их запасы;
3)
находить литологические и тектонические контакты по­
род с разной плотностью при изучении глубинного строения ме­
сторождений;
4)
обнаруживать проявления глубинного карста, пустоты в
продуктивной толще, зоны обрушения;
определять плотностные характеристики толщ горных
5)
nород между горизонтами.
С nомощью методов nодземной магниторазведки выяс­
няют природу магнитных аномалий, выявляемых nри назем­
ной съемке, ведут nоиск намагниченных тел в окрестностях
выработок, в том числе в забойном пространстве, выявляют
их nространствеиное положение, формы и размеры, а также
элементы залегания, устанавливают формы и размеры намаг­
ниченных тел (рудных залежей), nодсеченных горной выра­
боткой.
В nодземной геофизике используют практически все изве­
стные методы электроразведки. Электропрофилирование nри­
меняется для оконтуривания рудных тел с низким удельным со­
nротивлением,
метод
заряда
-
для
установления
залежей, метод вызванной nоляризации
-
сплошности
для фиксации вкрап­
ленных руд, слабо отличающихся по удельному сопротивлению
от вмещающих nород. а также для выделения участков наиболее
обогащенных руд, дипольное электромагнитное профилирова­
ние
-
для выявления электроnроводных рудных тел и техноло­
гических сортов руд.
189
При необходимости изучения разреза на глубину наилуч­
шие результаты могут быть получены с помощью методов вер­
тикального электрического зондирования. Радиоволновые мето­
ды позволяют обнаружить и оконтурить рудные тела в около- и
межвыработочном (межскважинном) пространстве. Для уточне­
ния границ рудных пересечений и экспрессной разбраковки бу­
ровзрывных скважин на рудные и безрудные применяется под­
земный электромагнитный каротаж. Перед началом работы на
руднике (шахте) тщательно изучаются геологические (прежде
всего, структурно-вещественные) характеристики окружающей
среды, создающие физические предпосылки постановки того
или иного метода.
Дипольное электромагнитное профилирование в подземных
горных выработках дает возможность выявить в околовырабо­
точном пространстве рудные тела, обводненные и ослабленные
зоны,
решить
геокартировочные
и
горно-технические
задачи,
связанные с выделением объектов, различающихся по электри­
ческим свойствам и расположенных вблизи горных выработок.
Исследования проводятся той же аппаратурой, что и в наземном
варианте, но с повышенной влагоизоляцией.
Каротаж скважин подземного бурения оказывает помощь при
решении таких задач, как направленная проходка горных вырабо­
ток, сокращение объема колонкового бурения и числа скважин
при оценке рудоносиости эксплуатационных блоков, пространет­
венная корреляция рудных подсечений, борьба с разубоживанием
извлекаемой рудной массы и т. д. Наиболее применимы методы
скользящих контактов, индуцированного и антенного каротажа.
Радиоволновые методы в шахтно-рудничном варианте, по
существу, решают те же задачи, что и в скважинном. Наиболее
перспективно
их
использование
для
решения
следующих
про­
блем:
l)
оценка рудоносиости блоков пород между выработками для
последующего целенаправленного ведения горно-буровых работ;
2)
выяснение особенностей морфологии, размеров, условий за­
легания тел полезных ископаемых
-
уточнение контуров, выделе­
ние мест разрыва сплошности, апофиз и пережимов (рис.
190
3.8);
Рис.
3.8.
Результаты радиоволнового просвечивания при подземной раз­
работке рудного месторождения. По В.М. Бондаренко.
1 -стоянки
тела
no
свечивании
3)
генератора;
2-
nикеты наблюдений;
данным радиометрического оnробования
3, 4 -
(3)
контуры рудного
и радиоволнового nро­
(4)
контроль за отработкой эксnлуатационных блоков с це­
лью nредотвращения nотерь и разубоживания nолезного иско­
nаемого.
Положительные результаты дало исnользование nодземных
радиоволновых
вых,
методов
на
медноколчеданных,
медноникеле­
nолиметаллических, железорудных и жильных
nегматито­
вых месторождениях. Известны следующие модификации таких
выработка>>,
измерений: межвыработочная («выработка
«скважина- скважина») и одновыработочная, которые в мето­
дическом отношении близки к скважинным методам. Повыше­
ние разрешающей сnособности радиоволнового nросвечивания
достигается его комnлексированием с геофизическими метода­
ми, исnользующими другие свойства горных nород
-
магнит­
ные, nлотностные, уnругие, радиоактивные и т. д.
Сейсмические и геоакустические методы nодземной геофи­
зики nозволяют решать целый комnлекс задач: оnределять уnру­
гие свойства горных nород, изучать стеnень их трещиноватости,
191
исследовать напряженное состояние массива,
ные
полости,
заполненные
газами
и
выявлять подзем­
жидкостью,
а также
зоны
подземного обрушения и зоны разломов, обнаруживать и окон­
туривать рудные залежи, угольные и соляные пласты, измерять
толщину кровли выработок. Все многообразие этих методов
можно объединить в три группы:
ных волн;
2)
проходящих волн;
3)
1)
отраженных и преломлен­
использующие волны от есте­
ственных упругих колебаний.
В подземной сейсморазведке чаще всего применяется метод
проходящих волн. Он позволяет обнаружить объекты, опреде­
лить их пространствеиное положение, установить форму, разме­
ры, некоторые характеристики внутреннего строения. Сейсмоа­
кустические методы третьей группы дают возможность регист­
рировать участки проявления горного давления и определять их
местонахождение. Поэтому они широко распространены в прак­
тике работы геомеханических служб рудников и шахт.
Использование термаразведки на горно-рудных предпри­
ятиях с подземным способом разработки основано на различии
руд и горных пород по теплопроводности, а также на наличии
экзо- и эндотермических процессов в рудных телах и породах,
выделении тепла при радиоактивном распаде. Распределение
геотермического
поля
может
быть
обусловлено
геолого­
структурными особенностями месторождений. Интерпретация
данных термометрии с учетом факторов, влияющих на пере­
распределение
теплового
момента,
структурно-морфологические
позволяет
особенности,
установить
выявить
условия
залегания рудных тел.
Следует отметить, что эффективность применения геофизи­
ческих методов в геологическом обеспечении горных предпри­
ятий повышается за счет их комплексирования, определяемого
конкретной
геологической обстановкой.
плексирования
связана
с так
Необходимость ком­
называемыми
естественными
nо­
мехами, к которым относится наличие в разрезе пород, близких
по
некоторым свойствам
к полезным
ископаемым
и
поэтому
часто не разделяемых в рамках одного метода. Фильтрация та­
ких помех, являющаяся одной из основных трудностей при ин-
192
терпретации
результатов
геофизических
исследований,
часто
практически невозможна без привлечения дополнительных гео­
логических данных и комплексного применения методов геофи­
зики, основанных на изучении различных свойств горных пород.
3.3.4.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ БЕЗ ОТБОРА ПРОБ
В связи с особенностями веuцественного состава для ряда
полезных ископаемых
характеристик,
возможно определение
главным
образом,
их
содержания
качественных
полезных(ого)
компонентов(та), без отбора пробы и последуюuцих операций по
ее обработке и аналитических исследований. Это позволяет су­
uцественно ускорить и удешевить оценочные и разведочные ра­
боты. Среди методов определения качества полезного ископае­
мого без отбора проб особую роль играют геофизические мето­
ды,
в частности,
методы
определения содержаний
полезных
компонентов в рудах. Они основываются на закономерных свя­
зях ряда физических свойств полезного компонента с показате­
лями качества. Эти методы осуuцествляют как при каротаже
скважин, так и при обследовании естественных обнажений и
горных выработок при помоuци специальных приборов.
Методы измерения естественной радиоактивности (радио­
и спектрометрия). Широко применяются при разведке месторо­
ждений радиоактивных элементов для определения их содержа­
ний как в массиве горной породы, так и в добытой рудной мас­
се. Для монометалльных урановых руд радиометрия
-
основ­
ное средство массового экспресс-определения концентраций по­
лезных компонентов. Кроме того, радиометрические методы с ус­
пехом
используются для
выделения
кондиционных
и
некондици­
онных (балансовых и забалансовых) участков рудной залежи.
В горных выработках радиометрическое опробование осу­
uцествляется радиометрами направленного приема. Применяют­
ся также и обычные радиометры, снабженные дополнительными
экранами, которые заuциuцают приборы от действия объемного
излучения. ИН'rенсивность замерениого излучения коррелирует-
193
ся с содержанием в породе урана. Так, значение гамма-актив­
ности
200
мкР/ч отвечает
вании скважин
0,02 %
осуществляется
урана в породе. При исследо­
гамма-каротаж,
по
результатам
которого получают график-диаграмму измеренной активности
вдоль оси скважин, анализ которой позволяет выделить интер­
валы
с
промышленными
концентрациями
урана
и
рассчитать
среднее его содержание. Следует отметить, что при подсчете за­
пасов урана в месторождениях радиометрические работы следу­
ет
дополнять
аналитическими
определениями
концентраций
этого металла, так как в ряде случаев в рудах может отмечаться
смещение
ленные
радиоактивного
изменения
в
равновесия,
которое
корреляционную
вносит опреде­
зависимость
величины
гамма-активности и концентрации урана.
Для
определения
природы
радиоактивности
используется
спектрометрия, позволяющая установить, наличие какого химиче­
ского элемента (урана, тория или
4<1<) обусловило естественную ра­
диоактивность. Для этой цели применяются спектрометры, позво­
ляющие установить природу радиоактивности
-
чисто урановую,
чисто ториевую или смешанную с преобладанием какого-либо
элемента. Эти исследования способствуют разбраковке радиоак­
тивных объектов с точки зрения их промышленной значимости без
аналитических работ. Так, объекты с чисто урановой природой ра­
диоактивности, а таюке объекты со смешанной природой, но с пре­
обладающей долей урана, имеют промышленное значение. В то же
время объекты ториевой природы и смешанные с преобладанием
тория являются непромышленными.
Методы
Включают в
измерении
себя
искусственной
радиоактивности.
нейтронно-активационный,
гамма-нейтрон­
ный, гамма-гамма и другие методы.
Нейтроюю-активационный метод основан на зависимости
между содержанием
некоторого
компонента
руды
и
интенсив­
ностью излучения его искусственного изотопа, образующегося
под воздействием потока нейтронов от специального источника.
Подобного рода метод применяется при каротаже разведочных
скважин. Операция проводится в следующем порядке. Вначале в
скважине определяется натуральный фон радиоактивности. За-
194
тем в нее опускается источник нейтронов для активации стенок,
которая продолжается
1,5-2
ч. В результате в массиве горной
породы (руды) возникает наведенный эффект радиоактивности,
интенсивность которой измеряется аналогично ее естественной
разновидности.
Применение нейтронно-активационного метода дало хоро­
шие
результаты
на
медно-колчеданных
и
марганцевых
место­
рождениях. Ошибки определения содержаний полезных компо­
нентов по сравнению с их аналитическим определением состав­
ляют
10--15 %.
успехом
Кроме того, нейтронно-активационный метод с
может использоваться для определения зольности
уг­
лей в естественном залегании, так как существует зависимость
между зольностью углей и интенсивностью активацианнога эф­
фекта.
Гамма-нейтронный метод основан на фотонейтронном
эффекте, представляющем собой реакцию отщепления ней­
тронов от ядер некоторых элементов при их бомбардировке
гамма-квантами.
Этот
метод
используется
при
каротаже
скважин и профилировании забоев и стенок горных вырабо­
ток. Исследуемые участки облучаются гамма-лучами опреде­
ленной энергии,
нейтронов,
в результате чего происходит отщепление
регистрируемых
соответствующими
приборами.
Количество нейтронов зависит от концентрации определяе­
мого элемента в исследуемом объекте. Данный метод с успе­
хом применялея при оценке качества бериллевых и цезиевых
руд
и
позволял
тов от
0,01 %
ментов
в
установить
содержания
полезных
компонен­
выше. Ошибки определения концентраций эле­
руде
по
ниями составляют
сравнению
с
аналитическими
исследова­
15-20 %.
Гамма-гамма метод определения в рудах содержания эле­
ментов базируется
лучей
на эффекте
поглощения
атомами тяжелых элементов,
таких
«мягких»
как свинец,
гамма­
ртуть,
сурьма, барий и др. Сущность метода заключается в облучении
руды и регистрации рассеянного гамма-излучения. Источниками
.
203
«мягкого>> излучения являются радиоактивные изотопы
Hg,
15
Se, 137 Cs, 57 Со, каждыи~ из которых применяется при оценке ка-
195
чества определенных руд. Так, например, источник излучения
57
Со используется для определения качества железных руд как в
массиве и скважинах, так и в добытой горной массе. Погреш­
ность определения
методом
по
сравнению с химическими анализами составляет для железа
1-
а для свинца
2 %,
содержаний
2-5 %.
металла данным
В то же время по ртути и сурьме гео­
физические определения не уступают по точности химическим
анализом.
Кроме ядерных методов, при оценке качества полезных ис­
копаемых
применяются
магнитный
каротаж.
методы
магниторазведки,
Он основан
в
частности
на определении магнитной
восприимчивости горных пород, величина которой часто зави­
сит
от
содержания
в
них
минералов
железа,
которые
могут
иметь промышленное значение. Самостоятельное значение маг­
нитный каротаж имеет при оценке и разведке железных руд, где
с его помощью осуществляются
ная
увязка
продуктивных
не только корреляция
интервалов
в скважинах
и
взаим­
на разрезах,
но и определения концентраций в породах магнитного железа,
которые
неплохо
коррелируются
с
аналитическими
определе­
ниями этого компонента.
3.3.5.
ОЦЕНКА КОНТРАСТНОСТИ РУ Д
В настоящее время горно-геологическая наука и практика
владеют достаточно большим числом радиометрических мето­
дов, с
помощью которых
можно решать самые различные
за­
дачи предварительной концентрации и обогащения руд. Эф­
фективность применения того или иного метода для решения
конкретных задач зависит от многих факторов: физических
способов, методики и аппаратурно-технических средств реали­
зации метода, от свойств руды и обогащаемого сырья, этапов
рудоподготовки и поставленных горно-технологических задач.
Однако, из всего многообразия условий, от которых зависит
эффективность применения радиометрических методов, выде­
ляется одно
главное
условие,
определяющее
принципиальную
возможность обогащения руды. Оно получило название кон­
трастности руд.
196
Под контрастностью руды понимают степень различия кус­
ков или порций руды по содержаниям в них полезных компо­
нентов.
Нельзя
не
согласиться
с
В.А.
Мокроусовым
и
В.А. Лилеевым, которые справедливо указывают, что никакой,
даже самый современный обогатительный процесс не в состоя­
нии обеспечить выделение из руды богатого концентрата или
бедных хвостов, если будет обрабатываться руда, состоящая из
кусков или частиц, мало различающихся между собой по со­
держанию
полезного
компонента. Поэтому контрастность
-
наиболее важное свойство руды, влияющее на ее обогатимость.
Это
главное условие, определяющее возможность и эффек­
-
тивность применения радиометрических методов для обогаще­
ния.
В общем случае контрастность руды -это степень нерав­
номерности распределения
полезного компонента в руде, уста­
новленная по определенным ее объемам. Чем больше этот объ­
ем, тем меньше контрастность. Наибольшая контрастность на­
блюдается
в
кусках
руды,
включений, а наименьшая
-
соизмеримых с объемом
рудных
в крупных порциях дробленой и
перемешанной руды. Контрастность руды можно изучать как в
условиях естественного залегания рудного тела, так и
в различ­
ных объемах или порциях отбитой руды, вплоть до единичных
кусков. Таким образом, понятие «Контрастность» применимо
для оценки обогатимости руд на любом этапе рудоподготовки и
обогащения.
Количественно контрастность характеризуется показателем
контрастности М, который представляет собой средневзвешен­
ное
относительное
отклонение
содержания
полезного
компо­
нента в отдельных кусках, порциях или интервалах опробования
от среднего его содержания в руде (классе руды), т. е.:
где
q0
-
среднее
(классе руды);
q; -
содержание
полезного
компонента
в
руде
то же, но в отдельных кусках, порциях или
197
интервалах опробования, доля каждого из которых от общей
массы исследуемой пробы или общей длины интервала опробо­
вания составляет т;;
n -
число кусков, порций или интервалов
опробования.
Показатель контрастности руд изменяется от О до
2. По его
0,4), слабоконтра­
стные (0,4 < М< 0,8), среднеконтрастные (0,8 < М < 1,2), высо­
коконтрастные ( 1,2 < М < 1,5) и особоконтрастные (М > 1,5).
значению руды делят на неконтрастные (М<
Чем выше показатель контрастности, тем легче и лучше обога­
щается руда.
При использовании радиометрических методов непосредст­
венным объектом измерения является не содержание полезных
компонентов в руде, а интенсивность вторичных излучений, иг­
рающих
роль разделительных
признаков
и связанных с
содер­
жаниями определенной зависимостью. На эту зависимость мо­
гут влиять и другие факторы, в частности, изменение состава
исследуемых проб, геометрические условия измерения и др. Для
количественной оценки вводят показатель признака разделения
П, представляющий собой средневзвешенное относительное от­
клонение содержания ценного компонента во фракциях, сгруп­
пированных по интенсивности проявления используемого признака
разделения, от среднего содержания компонента в руде, т. е.:
1
i=n
%
i=\
П=-~}1-%iщ.
где
q0
среднее
-
(классе руды);
торых
n-
от
q
содержание
полезного
компонента
в
руде
-то же, но во фракциях, доля каждой из ко-
общей
массы
исследуемой
пробы
составляет
т;;
число выделенных фракций.
Обычно П
степень
<
М. а П/М <
соответствия
1.
Величина Э
разделительного
=
П/М характеризует
признака
содержанию
полезного компонента и называется эффективностью признака
разделения. Чем ближе значение Э к единице, тем эффективнее
применение того или иного радиометрического метода для обо­
гащения руды.
198
По внешнему виду выражения для расчета показателей М и
П почти одинаковы. Разница между ними в том, что в первом
случае
%
характеризует
содержание
полезного
компонента
отдельных кусках или порциях руды, а во втором
-
под
q
в
по­
нимают содержание элемента в рудных фракциях, сгруппиро­
ванных по разделительному признаку. Эффективность признака
разделения Э связывает все прочие условия применения того
или иного метода с контрастностью руд.
С геологической точки зрения контрастность отражает при­
родную
гетерогенность
содержанию
полезных
руд,
т.е.
изменчивость
компонентов,
оруденения
неравномерность
их
по
рас­
пределения в рудном теле. Чем ниже коэффициент рудоносио­
сти и выше разубоживание при добыче, тем выше показатели
контрастности на каждом этапе рудоподготовки и, следователь­
но, тем успешнее протекают процессы радиометрической пред­
варительной
концентрации.
Поэтому
для
радиометрического
обогащения наиболее благоприятными объектами являются ме­
сторождения,
рудные
тела
на которых оруденение локализовано
представлены
жилами,
линзами,
в
недрах, а
гнездами
и
зале­
жами массивных руд. Штокверкавые и стратиформные место­
рождения с убогими тонковкрапленными рудами и нечеткими
границами
рудных
тел
мало
пригодны
для
радиометрического
обогащения.
3.4.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
В процессе предварительной и детальной разведки изуча­
ются гидрогеологические и инженерно-геологические особен­
ности месторождений. В материалах по подсчету запасов долж­
ны быть разделы, касающиеся гидрогеологической характери­
стик~:~ месторождения и его инженерно-геологических особен­
ностей. Полное и достоверное выяснение указанных вопросов,
особенно на интенсивно обводненных месторождениях или на
199
месторождениях со сложной инженерно-геологической обста­
новкой,
-
непременное
условие
качественного
составления
проекта строительства горно-добывающих предприятий, техни­
чески грамотной и безопасной отработки месторождений и дос­
тижения запланированных технико-экономических показателей
эксплуатации.
Для решения этого круга задач, как правило, используются
те же разведочные выработки, что и для изучения геологическо­
го строения месторождения, специальные выработки проходят­
ся крайне редко.
3.4.1.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Начиная со стадии поисково-оценочных работ и вплоть до
детальной разведки изучаются следующие параметры:
1)
площади
распространения
водоносных
горизонтов
и
комплексов;
2) условия залегания
3) области, условия
водоносных горизонтов;
питания, режимы, химический состав
и бактериологические свойства подземных и поверхностных
вод.
Основные задачи гидрогеологических исследований заклю­
чаются в определении:
•
характера
•
•
•
водаобильности и водопроницаемости пород;
взаимосвязи
подземных
и
поверхностных
вод;
величины возможных водопритоков в горные выработки;
агрессивности
подземных вод и
возможности
их
иссле­
дования для бытового и промышленного водоснабжения.
На стадии предварительной разведки дается приближенная
характеристика гидрогеологических условий, а в процессе де­
тальной разведки все перечисленные виды исследований прово­
дятся с максимальной полнотой и достоверностью, а характери­
стики получают точную количественную оценку.
При эксплуатации горных предприятий необходимо допол­
нять
200
и
уточнять данные,
полученные
на допроектных
стадиях.
Это объясняется невысокой их достоверностью, изменением ус­
ловий в связи с переходом к освоению новых площадей и более
глубоких горизонтов месторождений, развитием геодинамиче­
ских процессов под воздействием горной технологии на естест­
венную геологическую среду.
Эксплуатационные гидрогеологические исследования про­
водятся для выявления в натурных условиях фактических водо­
притоков из вскрываемых при разработке водоносных горизон­
тов,
изучения их динамического режима в зависимости от при­
родных и горно-технических условий, определения химического
состава подземных и техногенно измененных вод, установления
влияния действующего горного предприятия на природные ус­
ловия и инженерные сооружения, накопления информации для
критического
анализа
имеющихся
теоретических
и
эмпириче­
ских решений гидродинамики.
Изучение в производственных условиях режима водоприто­
ков из вскрываемых горизонтов позволяет при необходимости
скорректировать ранее принятые проектные решения. Это каса­
ется, например, мощности оборудования стационарного водоот­
лива,
мощности и размещения дренажных устройств, типа и
конструкции крепи выработок, углов откосов бортов карьера.
Более точным будет также прогноз водопритоков при повтор­
ном вскрытии этих горизонтов или же при развитии фронта гор­
ных работ.
Эксплуатационные гидрогеологические исследования почти
полностью исключают возможность прорывов воды и плывунов
в горные выработки, деформации крепи, стенок выработок и
бортов карьеров. Это обеспечивает планомерное ведение гор­
ных работ даже в самых сложных и неблагаприятных горно­
геологических условиях.
Изучение химического состава подземных и техногеиных
вод на действующем предприятии дает возможность избежать
загрязнения,
тов,
J:l
например,
при
смешении
вод
из
разных
горизон­
обеспечивает сохранность и защиту инженерных соору­
жений от действия агрессивных вод. Наконец, в процессе иссле­
дований решаются вопросы водообеспечения предприятий, ох-
201
раны подземных и поверхностных вод от истощения и загрязне­
ния при горно-промышленном техногенезе.
К гидрогеологическим исследованиям на карьерных полях
относятся: наблюдения за режимом водопритока и уровней под­
земных вод; проведение откачек и нагнетаний; гидрогеологиче­
ская съемка; изучение состава и свойств воды. Для решения
практических
вопросов
осушения
контролируют работу дре­
нажных устройств, обязательно выявляют гидродинамические
характеристики
водоносных
горизонтов
и
их
гидравлическую
взаимосвязь.
Комплекс наблюдений за режимом притоков подземных и
поверхностных вод в карьер осуществляется по системе ориен­
тированных точек,
количество
которых
пополняется
и
изменя­
ется по мере развития карьера. Для установления режима водо­
притоков проводят следующие наблюдения:
l)
определяют дебит наиболее крупных концентрированных
выходов воды в откосах уступов и на дне карьера, а также изме­
нения дебита во времени;
2)
оценивают единичные расходы потоков, высачивающих­
ся на откос уступа (траншеи) на характерных участках, расход
воды, поступающей в водосборники;
3)
исследуют поглощение атмосферных, поверхностных и
технических вод;
4)
изучают и прогнозируют динамику изменения депресси­
онной воронки во времени и пространстве в связи с развитием
фронта горных работ.
Частота наблюдений должна быть не менее
2-3
раз в ме­
сяц, а в периоды весеннего снеготаяния и ливневых дождей
l
-
раз в три дня или ежедневно. Наблюдения за изменением во
времени уровней, состава и температуры поверхностных и под­
земных вод в районе карьера дают информацию для определе­
ния
режима
водапоступления
подземных
вод
в
карьер
(нестационарный, стационарный, квазистационарный), выявле­
ния гидравлической связи водоносных горизонтов между собой
и с поверхностными водами, установления режима питания под­
земных вод и др.
202
Такими исследованиями должны быть охвачены все nо­
верхностные
водотоки
и
водосливы, а также
водоносные
гори­
зонты, влияющие на водоnриток в карьер. Форма и nлотность
сети наблюдательных скважин зависят от сложности гидрогео­
логических условий месторождения.
Расход водотоков чаще всего оnределяют nри nомощи во­
досливов или объемным методом
-
по времени заnолнения ем­
кости с известным объемом. В nроцессе отработки карьерного
nоля и работы дренажных устройств и сооружений снижение
уровня nодземных вод регистрируют в сnециальных наблюда­
тельных скважинах. Их размещают на nлощади деnрессионной
воронки, вблизи границ водоносных горизонтов, круnных тек­
тонических нарушений и водоемов.
Режимные наблюдения целесообразно nроводить следую­
щим образом: nри nростых гидрогеологических условиях- по
центральному водоотливу; для умеренно обводненных карьеров,
кроме того, еще доnолнительно в нескольких nунктах
-
навам и скважинам; для обводненных карьерных nолей
по ка­
-
по
nунктам, расnоложенным по всему контуру горных работ. Час­
тота наблюдений также зависит от сложности гидрогеологиче­
ской обстановки: nри сложных условиях уровни и дебиты оnре­
деляются каждую декаду.
Для уточнения водоnроницаемости и водаобильности водо­
носных горизонтов выnолняют кратковременные nробные или
оnытные откачки. Линии скважин ориентируют по наnравлению
nотока nодземных вод и nерnендикулярно к нему. Наливы в
скважины и шурфы nроводятся для nриближенного оnределения
nроницаемости и nоглощения воды главным образом неводо­
носных nород. Оnытные нагнетания nредназначаются для де­
тального изучения фильтрационных характеристик трещинова­
тости по величине удельного водоnоглощения.
Гидрогеологическая документация бортов карьера заключа­
ется в доnолнении геологической графики данными по выделе­
нию водоносных горизонтов, скоnлениям воды и водотоков, де­
формациям, связанным с nодземными и nоверхностными вода­
ми. При документации основное внимание уделяется литологи­
ческому и зерновому составу несцементированных отложений,
203
трещиноватости и выветрелости сцементированных пород, фик­
сации складчато-разрывных структур,
контактов
пород,
глини­
стых прослоев, фациальных изменений, мощности и морфо­
логии.
В случае возможного подтопления промплощадок создается
сеть скважин и организуются наблюдения за уровневым режи­
мом подземных вод. Частота наблюдений по скважинам должна
быть не менее трех-пяти замеров в месяц, а в период весеннего
снеготаяния замеры выполняют почти ежедневно. На основании
режимных наблюдений разрабатываются мероприятия по пре­
дотвращению подтопления промышленных зданий и сооруже­
ний, а при необходимости
-
по искусственному понижению
уровня грунтовых или межпластовых вод.
Состав, температура и другие характеристики вод опреде­
ляются по сети наблюдательных пунктов. По величине рН, со­
держанию свободного кислорода, свободной угольной и серной
кислоты судят об агрессивности подземных вод к металлам и
бетону. Качество воды и возможность использования ее для пи­
тья, в технических целях или сельском хозяйстве оцениваются
на основе соответствующих норм и стандартов.
Температурные наблюдения помогают в решении вопроса
охраны окружающей среды. Изучение химического состава вод
позволяет установить
их
принадлежиость
к соответствующему
водоносному горизонту и связь с поверхностными водами. Эта
информация способствует также выявлению условий формиро­
вания основных источников водопритоков в карьер и разработке
мероприятий по борьбе с их агрессивным воздействием на ме­
ханизмы и оборудование. Для учета сезонных колебаний вода­
притоков, уровней (напоров), оценки вовлечения дополнитель­
ных
источников питания,
изменения химического состава
под­
земных вод в процессе дренирования их карьером необходимо
проводить опробование не менее четырех раз в год.
Геологическая служба карьера выполняет также наблюде­
ния не реже одного раза в месяц за химическим составом
грязнением сбрасываемых вод. Цель этих наблюдений
-
и за­
пре­
дотвращение загрязнения окружающей среды сбрасываемыми
204
водами и разработка рекомендаций по их исnользованию неnо­
средственно горным nредnриятием.
Гидрогеологическая съемка должна охватывать все карьер­
ное nоле и nримыкающую к нему nлощадь (на расстоянии не
менее
l
км). Съемка nроводится в nериод сезонных изменений
режима nоверхностных водотоков, а nри строительстве карьера
-
каждый месяц. Она выnолняется на основе геологического
nлана масштаба
l: l О 000,
на котором должны быть нанесены
контуры горных работ, тектонические нарушения, трещинные
ЗОНЫ,
ВОДОНОСНЫе ГОрИЗОНТЫ
И ВОдоуnоры, ПОСТОЯННЫе ВЫХОДЫ
nодземных вод, водоемы, карстовые и суффозионные nолости,
участки деформаций устуnов. Указываются также дренажные
шахты и канавы, водоnонижающие и наблюдательные скважи­
ны, забивные и сквозные фильтры, колодцы, действующие на­
сосы, трубоnроводы, водосборники.
Гидрогеологическая съемка nрилегающих к карьеру nлоща­
дей состоит в обследовании рельефа, деформационных образо­
ваний (nровалов, оnолзней) и гидросети. При этом выделяют
водотоки и скоnления воды, которые носят сезонный характер
или возникли в результате горных работ, намечают мероnриятия
по отводу nоверхностных вод, организации режимных наблю­
дений с установкой водосливов в канавах и ручьях и водомер­
ных реек в водоемах.
Результаты
гидрогеологической
съемки
отображают
на
маркшейдерских nланах. Обводненнасть и связь ее с геологи­
ческим строением изучаются nутем систематической докумен­
тации стенок или забоев. По материалам съемки доnолняются
и уточняются nланы гидраизогиnс и гидроизоnьез, выявляется
общая обводиениость карьерного nоля в разные nериоды года,
корректируются
гиnсометрические
nланы
водоуnорных
nла­
стов.
Данные гидрогеологических наблюдений и замеров систе­
матизируются и анализируются для установления условий фор­
мирования водоnритоков в карьер, nрогнозирования их измене­
ния во времени, оценки эффективности системы осушения, ис­
nользования
откачиваемых
вод
в
nромышленности
или
сель-
205
ском хозяйстве. В последнем случае выполняется подсчет заnа­
сов дренажных вод по категориям, оnределяется
груnпа место­
рождения nодземных вод.
На основании полученных nри гидрогеологических исследова­
ниях данных рассчитывается водоотлив. Все элементы водоотлив­
ного хозяйства (насосы, трубоnроводы, водосборники и др.) нано­
сятся на маркшейдерские nланы масштаба
l :2000 -
l :5000,
указы­
ваются nроизводительность, наnор, nлощадь сечения труб, вмести­
мость временных и постоянных водосборников и т. д.
Гидрогеологические наблюдения на действующих рудниках
и
шахтах
имеют
следующие
цели:
установление
режима
под­
земных вод, условий формирования водоnритока, зависимости
притока от развития очистных работ на горизонте и nодготови­
тельных работ на глубину; выявление роли оnережения nодго­
товительных работ, условий подработки рек и балок, качествен­
ного
состава
вод
и
некоторых
других
характеристик,
оnреде­
ляемых доnолнительно с учетом особенностей месторождения.
Для изучения связи nоверхностных и nодземных вод, ее
влияния на водопритоки обследуется nоверхность шахтного nо­
ля. При таком обследовании с исnользованием геологической
информации выделяются участки nовышенной фильтрации ат­
мосферных осадков и nоверхностных вод, nоглощения сбрасы­
ваемых шахтных вод. На этих участках nроводятся режимные
наблюдения (замеры расходов, минерализации, загрязненности
и др.) Расnоложение гидрометрических nостов и частота наблю­
дений связаны со сложностью гидрогеологических условий ме­
сторождений, рельефа, климата и др.
В nодземных горных выработках, дренажных, оnережаю­
щих и разведачно-дренажных скважинах, забивных и сквозных
фильтрах, а также в режимных скважинах выnолняются наблю­
дения за режимом nодземных вод. Они позволяют установить
суммарные и погоризонтные nостуnления
воды
в шахту,
их за­
висимость от природных и технологических факторов, динами­
ку изменения деnрессионной воронки во времени и nространст­
ве, оnределить роль тектонических нарушений в обводнении
месторождения,
206
выявить
взаимосвязь
водоносных
горизонтов
между собой и с nоверхностными водами, гидрогеологические
nараметры водоносных горизонтов и комnлексов, состав и свой­
ства воды.
Суммарный nриток в шахту рассчитывается как сумма во­
доnритоков по отдельным горизонтам. Для контроля учитывают
работу водоотливных установок шахты. С этой целью на них ус­
танавливают водомеры, nроводят откачки воды из общего водо­
сбора отрегулированным насосом, имеющим nодачу, соответст­
вующую nритоку, а также наблюдают за восстановлением уров­
ня воды по nритоку nосле остановки насоса. Частота замеров
зависит от сложности гидрогеологических условий и времени
года.
При изучении обводиениости шахтных nолей необходимо
учитывать влияние горных работ: их nлощади, глубину вырабо­
ток, систему разработки и др. С увеличением nлощади горных
работ и глубины отработки nриток увеличивается, а по мере
сработки статических заnасов уменьшается. Первый из уnомя­
нутых факторов наиболее существенно влияет на изменение
nритока.
При системах разработки с закладкой фильтрационная сnо­
собность nород, в целом, над очистным nространством nочти не
изменяется. Гидродинамический режим nодчиняется здесь за­
кономерностям радиальных и nлоских nотоков. При системах
разработки с обрушением кровли над горной выработкой возни­
кают три зоны деформации
nород:
обрушения,
nовышенной
трещиноватости и nлавного оседания nород без разрыва сnлош­
ности. Фильтрационная сnособность nород в этих зонах nовы­
шается, что может nривести к резкому увеличению водоnритока
в шахту.
Особенно важны наблюдения за изменением фильтрацион­
ных свойств массива nри его nодработке, если в зону бесnоря­
дочного обрушения nоnадает nоверхностный водоем или река.
Затоnление выработок nри этом неизбежно. Зона трещин явля­
ется также весьма оnасной с точки зрения затоnления горных
выработок или резкого увеличения в них nритоков воды. Водо­
nритоки возрастают, если выше зоны трещин находятся nрони­
цаемые водоносные nороды.
207
Для сравнения данных гидрогеологических наблюдений оп­
ределяют удельные водопритоки на
прессионной воронки, на
1
1м
понижения в центре де­
м глубины отработки месторожде­
ния, на единицу длины (площади) горных выработок, на едини­
цу объема горной массы, на
1т
добытого полезного ископаемо­
го. Эти данные служат основой прогнозирования водопритоков
по мере развития горных работ.
Одновременно с замерами уровней и водопритоков произ­
водятся термометрические наблюдения и изучение химического
состава вод каждого водоносного горизонта. По результатам
термометрии устанавливают источники питания
вод,
интенсив­
ность водопритоков, фиксируют приближение к зонам активной
циркуляции вод. Изучение химического состава вод использует­
ся
для
оценки
взаимосвязи
водоносных
горизонтов,
динамики
водопритоков, для выявления процессов окисления, растворения
и потери устойчивости горных пород.
3.4.2.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
На стадии поисково-оценочных работ, предварительной и
детальной разведки общими задачами инженерно-геологических
исследований являются:
•
определение разрабатываемости пород и полезного ис-
копаемого;
•
•
оценка устойчивости горных выработок;
определение специальных горно-технических условий.
Для
решения
первой
задачи
устанавливаются
физико-
механические свойства полезного ископаемого и вмещающих
пород: объемная масса, сопротивление раздавливанию, .разрыву
и сдвигу, абразивность, способность к самовозгоранию, слежи­
ванию и др.
Оценка устойчивости
водится
по
результатам
и
прочности
определения
горных
пород произ­
физико-механических
свойств и изучения зависимости этих свойств от минерально­
петрографического состава, структур, текстур, трещиноватости
пород и гидрогеологических условий.
208
Специальными горно-техническими условиями могут быть
развитие карста, сейсмичность района, возможность возникнове­
ния горных ударов, степень, характер и состав газопроявлений,
силикозоопасность,
тип
и
интенсивность
развития
многолетне­
мерзлых пород и другие инженерно-геологические явления.
Эксплуатационные инженерно-геологические исследования
выполняются для определения свойств горных пород в массиве
и отбитой горной массе, уточнения инженерно-геологической
структуры разрабатываемых и отвальных массивов, оценки де­
формаций стенок горных выработок, бортов карьеров и отвалов,
других проявлений горного давления, включая горные удары,
внезапные выбросы пород и газа. Они необходимы также для
разработки мероприятий по предотвращению оползней, права­
лов, обрушений и др.
Исследования на карьерах. Инженерно-геологические ус­
ловия карьера оцениваются на основе обследования карьерного
поля, при котором фиксируются участки интенсивной трещино­
ватости,
выветрелых
пород,
изучаются
геодинамические
про­
цессы и явления. При сложных условиях проводится инженер­
но-геологическая съемка в масштабе
1:2000.
В ходе съемки изу­
чают и наносят на план следующие данные: условия залегания и
тектонические
нарушения
тел
полезных
ископаемых;
литоло­
гию; зоны изменения (выветривания); инженерно-геологические
свойства вмещающих
нерно-геологических
горных
пород;
процессов;
участки развития
гидрогеологические
ли; состояние откосов и дна карьера; размещение
инже­
показате­
и характери­
стики отвалов; наличие деформаций и др.
Наблюдения за деформациями и оценка устойчивости отко­
сов уступов, бортов карьера и отвалов проводятся совместно
геологической и маркшейдерской службой визуально и инстру­
ментальными методами; в последнее время для этих целей ис­
пользуется аэрофотосъемка. Визуальные наблюдения заключа­
ются
в
периодическом осмотре откосов, дна карьера
ных отвалов,
их описании
и
нанесении
на
план,
и
карьер­
в зарисовке
и
фотографировании деформаций пород. Осмотры осуществляют­
ся не реже одного раза в месяц, а в период снеготаяния и ливне­
вых дождей
-
один раз в неделю и чаще.
209
Изучение деформаций пород в карьере и устойчивости от­
валов включает в себя:
1)
описание признаков деформаций откосов и дна карьера
(трещины, оползни, обвалы, провалы и др.) с оценкой их опас­
ности;
2)
выявление связи деформаций с тектоническими наруше­
ниями и слабыми контактами между слоями (пачками) горных
пород;
3)
наблюдение за выветриванием пород в откосах и связью
деформаций с интенсивностью выветривания;
4)
исследование влияния обводиениости пород и степени
дренируемости на появление и развитие деформации откосов
уступов;
5)
определение воздействия взрывных работ на развитие
деформаций откосов.
При изучении устойчивости отбирают образцы
пород на
физико-механические испытания, проводят натурные испытания
горных пород на сдвиг. Маркшейдерские инструментальные ме­
тоды основаны на наблюдениях за реперами, заложенными по
профильным линиям, или створам. Створы ориентируют по на­
правлению смещения или перпендикулярно к нему. Опорные
реперы размещают на неподвижных участках массива. Длина
створов зависит от параметров борта и оползневых участков,
расстояние между реперами изменяется в зависимости от харак­
тера и интенсивности деформаций и составляет от
1-5 до 40
м.
Сопротивление сдвигу горных пород определяется срезом
больших призм, монолитов, целиков nороды в шурфах. Вели­
чину несущей способности и модуль деформации устанавли­
вают методом пробных нагрузок.
применяется для выявления
Крыльчатое зондирование
величин общего сопротивления
сдвигу связных пород. Для определения прочностных и де­
формационных характеристик песчано-глинистых
пород
ис­
пользуется метод прессиометрии, основанный на измерении в
скважине радиальных деформаций грунта под действием дав­
ления, развиваемого цилиндрической камерой; величину сцеп­
ления рассчитывают.
210
Инженерно-геологические исследования на карьере соnро­
вождаются широким комnлексом геофизических исследований.
Радиоактивные методы применяются для литологического рас­
членения геологического разреза (гамма-каротаж), оnределения
объемной массы nород (гамма-гамма-каротаж), их влажности,
уровня nодземных вод (нейтрон-нейтронный каротаж), качест­
венной оценки химического и минерального состава (нейтрон­
ный гамма-каротаж).
Сейсмоакустические методы дают возможность выделить
литологические разности nород массива, оnределить их состоя­
ние (трещиноватость, выветрелость) и nрочностные свойства,
картировать карьерные nоля по креnости и трещиноватости nо­
род для оценки взрываемости и рыхлимости. Звукометрические
исследования звуковыми nьезометрами, сnособными улавливать
звуки,
возникающие
в
nроцессе
нарушения сnлошности
nород,
nозволяют установить нарастание или убывание начавшегося
nроцесса разрушения бортового массива в скрытой фазе и выде­
лить области, оnасные в отношении деформаций.
Для уточнения характеристик nрочности горных nород в
бортовых или отвальных массивах исnользуют метод обратных
расчетов. На основании маркшейдерских съемок составляется
пасnорт оnолзня, в котором указываются nервоначальные nара­
метры откоса, nоложение и конфигурация оnолзневого клина,
фиксируется
nоверхность
скольжения,
оnисываются
nороды,
слагающие откос. Показатели соnротивления сдвигу устанавли­
вают из условия nредельного равновесия оnолзневого клина до
начала деформаций и на момент их завершения.
На месторождениях со сложными инженерно-геологичес­
кими
условиями
уточняются
физико-механические
свойства
горных nород. При лабораторных исnытаниях образцов оnреде­
ляют следующие характеристики nород:
l)
твердых и nолутвердых
-
влажность, nлотность и объ­
емную массу, хруnкость, размокаемость, морозостойкость, со­
nротивление сжатию, модуль уnругости, коэффициент бокового
расширения;
2)
глинистых- зерновой состав, влажность, nредел и число
nластичности,
каnиллярную
и
максимальную
молекулярную
211
влагоемкость, плотность и объемную массу, пористость, ком­
прессионную сжимаемость, водопроницаемость, сопротивление
сдвигу, предел ползучести, просадочность, набухаемость;
песчаных
3)
-
зерновой состав, влажность. плотность и
объемную массу, капиллярную и максимальную молекулярную
влагоемкость, водоотдачу, угол естественного откоса.
Полный комплекс лабораторных испытаний проводится по
контрольным пробам, в остальных случаях устанавливают только
расчетные параметры (угол внутреннего трения, сцепление, объем­
ная масса, влажность, для фильтрующих откосов- пористость).
Число проб зависит от сложности геологического строения. Целе­
сообразно из каждой разновидности пород отбирать не менее двух­
трех контрольных проб на каждые
горных работ и на
l 0--20
50--75
м продвижения фронта
м углубки карьера. Дополнительно отби­
раются образцы горных пород из зон контактов, повышенной тре­
щиноватости, смятия, интенсивной тектонической нарушенности,
дробления и деформаций откосов уступов.
Исследования
при
подземной
разработке
месторожде­
ний. Основные инженерно-геологические исследования прово­
дятся для уточнения физико-механических свойств горных по­
род, изучения трещиноватости и тектонической нарушенности,
установления
характера
и
интенсивности
развития
инженерно­
геологических явлений (карст, суффозия, вывалы, обрушения),
особых
горно-геологических
и
газодинамических
процессов,
оценки проявлений горного давления в выработках и деформа­
ций поверхности, связанных с ведением добычных работ.
Наиболее
детально
необходимо
изучать
физико-механи­
ческие свойства в зонах повышенной трещиноватости, брекчи­
рования, тектонической нарушенности, выветривания. Особого
внимания требуют проявления горного давления и других гео­
динамических процессов. На предприятиях со сложными инже­
нерно-геологическими
условиями
для
этой
цели
организуют
специальные службы. Необходимость в их создании возникает
при возможности развития следующих явлений:
l)
горных ударов и других динамических форм проявления
горного давления
(110 «Апатит», Норильский ГМК, СУБР, руд­
ники «Таштагольский» и «Абаканский»);
212
прорыва значительных масс воды из подрабатываемых
2)
водоемов или воданасыщенных толщ, а также прорыва хвостов
обогатительных фабрик (Соликамское, Урупское, Горевекое ме­
сторождения);
3)
внезапных выбросов угля и газа (Кузнецкий, Карагандин­
ский, Донецкий бассейны);
В первом случае задачи геомеханической службы таковы:
оценка
напряженного
состояния
массива
и
определение
мест
возможных ударов (сейсмоакустический, электромагнитный и
электрометрический методы контроля, анализ характера дроб­
ления и выхода керна); предупреждение горных ударов путем
разгрузки массива (бурение скважин, создание разгрузочных
полостей); контроль устойчивости горных выработок. При воз­
можности прорыва
воды
изучается
и оценивается естественная
трещиноватость массива, бурятся опережающие шпуры и сква­
жины, определяется мощность зоны образования водапроводя­
щих трещин вокруг горных выработок.
При выбросаопасности геомеханическая служба организует
работу по предотвращению зависания кровли (принудительное
обрушение), по дегазации массива путем бурения специальных
скважин, а также оценивает состояние массива геофизическими
методами с использованием информации для корректировки па­
раметров технологии разработки. Наконец, в связи с необходи­
мостью
службой
охраны
поверхности
контролируется
совместно
сдвижение
с
маркшейдерской
массива,
определяются
фактические деформации массива, устанавливаются предельно
допустимые их значения и критические скорости.
Итак, результаты
инженерно-геологических исследований
при подземной и открытой разработке используются для рай­
онирования карьерных (шахтных) полей и отвальных террито­
рий, а также более детального изучения структуры инженерно­
геологических ярусов. На основе районирования и детализации
строения ярусов разрабатываются мероприятия по управлению
состоянием массива для обеспечения безопасности и экономи­
ческой эффективности горных работ, охраны недр и земельных
ресурсов, а также восстановления нарушенных территорий.
213
3.5.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
В процессе разведки постоянно ведется тщательная доку­
ментация всех исследований и работ. По характеру документа­
ция может быть первичной, составляемой непосредственно на
месте выполнения работ и исследований, сводной, содержащей
результаты
обработки
первичных
материалов,
и
итоговой
(отчетной), в которой обобщаются все материалы и результаты
какого-либо этапа или всей разведки. Объем геологической до­
кументации зависит, главным образом, от масштабов месторож­
дения и сложности его геологического строения.
Цели геологической документации
тинных
границ
внутреннего
тел
полезных
строения
ционального
и
размещения
планирования
-
установление ис­
ископаемых,
типов
и
выявление
сортов
подготовительных,
для
их
ра­
нарезных
и
очистных работ, предотвращения сверхнормативных потерь и
разубоживания
при добыче. К основным видам
ской документации относятся:
геологиче­
иллюстративно-текстовой
-
зарисовки забоев и других элементов подземных горных вы­
работок, уступов, карьеров, их описание; табличный
-
жур­
налы описания керна и шлама скважин, опробования; камен­
ный
-
образцы, керн и шлам скважин, шлифы и аншлифы;
фотодокументация.
Объектами геологической документации служат геолого­
разведочные, подземные горные (штреки, квершлаги, орты, рас­
сечки,
восстающие,
уклоны,
гезенки)
и
открытые
горные
(уступы карьеров) выработки, а также разведочные и техноло­
гические скважины. Выделяют следующие виды первичной гео­
логической документации:
1)
массовая
-
документация (в масштабе
1:500--1 :200)
всех скважин разведки и эксплуатационной разведки, всех дос­
тупных для наблюдения горных выработок (подземных и от­
крытых) и очистных забоев, журналы опробования, гидрогеоло­
гических
и
инженерно-геологических
исследований,
образцов горных пород и полезных ископаемых;
214
каталоги
2)
детальная
логическом
-
характеризует наиболее интересные в гео­
отношении
объекты,
тектонические
нарушения,
контакты, зоны выклинивания и внутреннее строение тел полез­
ных ископаемых;
3)
специализированная
различных
ных
минеральных
особенностей,
предназначена для отображения
-
парагенезисов,
фациальных
структурно-текстур­
переходов,
трещиноватости
и др.
Документация буровзрывных скважин основана на изуче­
нии и опробовании шлама, который систематически отбирается
с определенным интервалом в процессе бурения. Разведочные
скважины колонкового бурения документируются по керну, а
при низком его выходе (менее
50%)
используется шлам.
При открытой разработке месторождений к первичным
геологическим документам относятся:
1)
журналы
массовых
зарисовок
и
фотографий
уступов
карьеров и забоев очистных захадок на уступах, а также журна­
лы детальных и тематических зарисовок;
2)
журналы документации и опробования скважин (буро­
взрывных
и
эксплуатационной
разведки),
забоев
и
уступов
карьера;
3)
рабочие фрагменты геологических планов уступов карье­
ров для отдельных участков и блоков;
4)
журналы замеров водопритоков, определения объемной
массы и других физических свойств горных пород и полезных
ископаемых, обусловливающих их разрабатываемость и устой­
чивость откосов.
При подземной разработке рудных месторождений пер­
вичная документация включает в себя:
1)
массовые зарисовки и фотографии разведочных, капи­
тальных,
подготовительных,
нарезных
и
очистных
горных
вы­
работок;
2)
журналы документации и геологические колонки сква­
жин (буровзрывных и эксплуатационной разведки);
3)
журналы опробования скважин и горных выработок, оп­
ределения физических свойств горных пород и полезного иско­
паемого; журналы гидрогеологических наблюдений и определе-
215
ния
водопритоков; журналы документации
признаков
проявле­
ния горного давления.
При подземной разработке угольных месторождений доку­
ментируются скважины эксплуатационной разведки, вертикаль­
ные,
горизонтальные
и
наклонные
подготовительные
и
нарез­
ные выработки. Форма документации очистных выработок за­
висит от принятой на шахте системы разработки. Серьезное
внимание
уделяется
документации
гидрогеологических,
газо­
метрических и инженерно-геологических исследований.
К сводным геологическим материшюм относятся геологи­
ческие карты района и месторождения с поперечными и про­
дольными геологическими разрезами, которые составляются на
основе данных допроектных стадий геологоразведочных работ и
дают возможность оценить перспективы расширения сырьевой
базы предприятия. В результате анализа и обобщения материа­
лов
первичной документации
на
предприятиях
составляются
сводные геологические документы:
l)
по горизонтальные геологические планы (на маркшейдер­
ской основе), соответствующие по абсолютным отметкам почве
эксплуатационных
рудника
(шахты);
уступов
на
них
или
эксплуатационным
наносятся
горизонтам
структурные
элементы,
стратиграфические границы, технологические типы и сорта по­
лезного ископаемого;
2)
поперечные
и
продольные
геологические
профилям детальной и :жсплуатационной
разрезы
по
разведки, характери­
зующие морфологию и условия залегания тел полезных иско­
паемых, размещение их технологических типов, положение
во­
доносных горизонтов и инженерно-геологических ярусов;
3)
погоризонтные
качественные,
сортовые
или
геолого­
технологические планы;
4)
сводные геологические планы карьера, сводные планы
эксплуатационных подземных горизонтов рудника (шахты);
5)
планы
и
разрезы
с
изолиниями
структурно-морфоло­
гических и качественных показателей месторождения и отдель­
ных тел полезного ископаемого;
б) блок-диаграммы месторождения, гидрогеологические и
инженерно-геологические планы (карты) для месторождений со
сложными условиями.
216
На угольных
месторождениях,
кроме
перечисленных,
ис­
пользуются также следующие сводные геологические документы:
1)
план (карта) выхода угольных пластов под покровные от­
ложения;
2)
гипсометрические
планы
или
вертикальные
проекции
угольных пластов;
3)
геологические рабочие планы по угольным пластам (на
маркшейдерской основе);
4)
планы изолиний мощности (для невыдержанных уголь­
ных пластов);
5)
углей
планы (или вертикальные проекции) изменения качества
в
изолиниях содержания
золы,
влаги,
выхода летучих
компонентов, серы и других качественных показателей, влияю­
щих на технологические свойства угля;
б) литолого-прочностные планы пород кровли (на шахтах) и
пород почвы (на карьерах) угольного пласта;
7)
альбомы структурных колонок угольных пластов.
К сводной геологической информации относятся также ма­
териалы математической обработки, данных опробования, тех­
нологических
испытаний,
гидрогеологических
и
инженерно­
геологических исследований.
Цель сводной геологической документации
обобщение и
-
увязка между собой материалов первичной геологической доку­
ментации
дискретных
линейных
разведочных
подсечений
(скважин и горных выработок) с получением в результате этой
процедуры сводных геологических документов (карт, планов,
разрезов и т.п.), отражающих строение месторождения, качество
полезного
ископаемого,
гидрогеологические
и
инженерно­
геологические условия его отработки.
Совокупность сводных геологических документов, по су­
ществу, является графической моделью месторождения, которая
служит основой для подсчета запасов, проектирования вскрытия
и разработки месторождения, планирования добычи полезного
ископаемого, прогноза его распространения на глубину и флан­
ги месторождения, проектирования доразведочных и эксплуата­
ционно-разведочных работ.
217
Сводная геологическая графика выполняется в соответствии
с требованиями существующих Инструкций и с применением
унифицированных для данного типа месторождений условных
обозначений. До конца прошлого века сводные геологические
материалы как графические приложения к отчетам о результа­
тах геологоразведочных работ с nодсчетом запасов по месторо­
ждениям вьшолнялись исключительно ручным способом на бу­
маге. Да и сам подсчет запасов производился аналогичным спо­
собом
с
применением
простых
вычислительных
устройств
(арифмометров, калькуляторов).
В настоящее время, благодаря широкому распространению
мощных переанальных компьютеров и периферийных устройств
(сканеров, nринтеров, плоттеров), формирование сводных гео­
логических документов
и
подсчет запасов
по
месторождениям
осуществляется с применением компьютерных технологий, ко­
торые
позволяют быстро
и
точно
составлять традиционные
сводные геологические документы (карты, планы и разрезы),
строить трехмерные модели месторождений, хранить и переда­
вать
их
в
электронном
виде,
получать
их
высококачественные
цветные изображения на бумаге.
Сводные геологические документы. В зависимости от ви­
да и способа увязки данных первичной документации сводные
геологические
документы
можно
разделить
на
карты,
сечения
(планы и разрезы), проекции и блок-диаграммы. Все эти доку­
менты должны быть взаимоувязаны (рис.
3,
цв. в кл). Для по­
строения каждого из них, особенно проекций и блок-диаграмм,
наряду с материалами первичной геологической документации,
используются
и ранее
созданные сводные
геологические доку­
менты.
Геологические карты отражают геологическое строение оп­
ределенной территории
на уровне земной поверхности.
Они
строятся на топагеодезической основе (горизонтальной проек­
ции земной поверхности) путем увязки между собой данных
первичной документации обнажений, горных выработок (канав,
шурфов) и скважин.
218
В отдельных случаях, связанных с особенностями размеще­
ния полезного ископаемого, карты строятся также по поверхно­
сти,
являющейся
границей
между
структурными
ярусами
(этажами). Например, месторождения железных руд в бассейне
КМА залегают в докембрийском кристаллическом фундаменте
платформы, перекрытом чехлом молодых (фанерозойских) оса­
дочных пород, вследствие чего в состав сводных документов по
этим месторождениям обязательно входит геологическая карта
поверхности фундамента платформы.
Обычно к отчету по разведке месторождения прилагаются
геологическая
карта
района
месторождения
и
геологическая
карта месторождения.
Геологическая карта района месторождения составляется
в масштабе
1:50 000- 1:25 000,
иногда крупнее, по результатам
поисково-съемочных работ, предшествующих разведке место­
рождения. Она имеет обзорный характер и отражает геологиче­
ское строение, минерагению, минерально-сырьевую базу рай­
она, а также геолого-структурную позицию в нем разведуемого
месторождения.
Геологическая карта месторождения составляется по ре­
зультатам
поисково-оценочных
и
геологоразведочных
работ.
Масштаб карты зависит от размеров месторождения и меняется
от
1: 1000 до 1: 1О 000; наиболее распространен масштаб 1:2000 1:5000. Карта сопровождается одним -тремя характерными раз­
резами различных участков месторождения. На ней, кроме геоло­
гической нагрузки, наносят разведочные линии, скважины, гор­
ные выработки и их номера. Стволы глубоких (обычно более
500
м) скважин, подверrающиеся существенному искривлению,
показывают в виде горизонтальной проекции, которая отстраива­
ется
по данным инклинометрии. Эта карта отражает геолого­
структурные особенности месторождения, форму, размеры и про­
странствеиное положение тел полезного ископаемого, систему их
разведки и степень разведанности, состояние изученности флан­
гов месторождения. Геологическая карта месторождения является
основой для
проектирования
всей наземной
производственной
инфраструктуры горного предприятия и для оценки перспектив
расширения его сырьевой базы.
219
Геологические разрезы и nланы nредставляют собой соот­
ветственно вертикальные и
горизонтальные сечения
месторож­
дения. Разрезы и nланы составляются на маркшейдерской осно­
ве в масштабе
1:200 -
в зависимости от размеров и
1:2000
сложности строения месторождения. Более мелкие масштабы
nрименяются
редко.
осуществляется
Разведка
системой
большинства
вертикальных
месторождений
сечений,
ориентиро­
ванных вкрест nростирания тел nолезного искоnаемого. В этом
случае базовыми сводными документами являются nоnеречные
геологические разрезы,
На разрезы наносят nрофиль земной nоверхности, линии
горизонтов через
м с указанием абсолютных отметок,
50--100
разведочные скважины и горные выработки. У устья скважины
nроставляют ее номер, иногда глубину. Разведочные выработки
наносят на разрез nри условии, если они отстоят от него на рас­
стоянии, не nревышающем
1/4
расстояния между смежными
разведочными nрофилями. При этом выработки, отстоящие от
разреза на расстояние до
5
м, рисуют сnлошной линией, а рас­
nоложенные на большем удалении от него- nунктирной.
По трассе разведочных выработок nоказывают вскрытые
ими разновидности nород, тиnы и сорта nолезного искоnаемого,
интервалы
оnробования,
номера
nроб.
Данные
оnробования
nриводятся обычно по укруnненным интервалам (среднее по
тиnу nолезного искоnаемого). Иногда результаты анализа nроб
дают рядом с разрезом в виде таблицы.
Увязка данных между разведочными выработками осуще­
ствляется nутем соединения с учетом особенностей структуры
месторождения однотиnных геологических границ, в результа­
те чего на разрезе оконтуриваются тела различных nород и nо­
лезного искоnаемого, его тиnы и сорта. На разрезах также nо­
казывают утвержденные ГКЗ контуры и блокировку тел nолез­
ного
искоnаемого
по
категориям
разведанности
заnасов,
гра­
ницы и номера nодсчетных блоков. Геологические разрезы по
разведочным nрофилям служат основой для nодсчета заnасов
nолезного искоnаемого сnособом вертикальных сечений, наи­
более часто nрименяемым в nрактике разведки месторожде­
ний.
220
В случае сложного строения тел полезного ископаемого,
густой сети разведочных выработок и большого числа проб, на­
ряду с описанными подсчетными геологическими разрезами, по
каждому профилю составляют (обычно в более мелком масшта­
бе) собственные геологические разрезы, на которые не выносят
данные геологической документации и опробования выработок,
а также границы блоков полезного ископаемого, утвержденные
ГКЗ. Такие разрезы служат исключительно для отображения
геологического строения месторождений, анализа закономерно­
стей размеuцения полезного ископаемого и оценки перспектив
его развития на флангах и глубоких горизонтах.
Кроме поперечных разрезов, как правило, составляют про­
дольные геологические разрезы (один -три разреза на место­
рождение).
Они
служат
для
характеристики
изменчивости
строения по простиранию (вытянутости) продуктивных зон, от­
дельных тел (залежей) полезного ископаемого и в целом струк­
туры
месторождения (погружения или
воздымания
шарниров
складок, их ундуляции, литолого-фациальных переходов, верти­
кальных смеuцений тектонических блоков по поперечным раз­
рывным нарушениям).
Продольные разрезы строят на основе поперечных, стре­
мясь при этом, чтобы с каждого из них в плоскость продольно­
го
разреза
попала
или
проходила
вблизи
нее
разведочная
скважина. На продольном разрезе показывают вертикальными
линиями
мера,
ских
а
положение
на
эти
границ,
поперечных разрезов с
линии
выносят следы
установленных
на
указанием
пересечения
их
но­
геологиче­
поперечных разрезах,
с
плос­
костью продольного разреза. Последовательным соединением
следов однотипных границ между линиями поперечных разре­
зов
отстраивают
геологическую
ситуацию
в
плоскости
про­
дольного разреза.
Погоризонтные геологические планы составляются в слу­
чае,
когда
тела
полезного
ископаемого
имеют
значительную
протяженность на глубину и будут отрабатываться несколькими
уступами (при открытом способе) или этажами (при подземном
способе). Как правило, это
-
крутопадаюuцие тела самой раз­
личной формы (пласты, жилы, штоки, столбы и т.п.) Масштаб
221
планов и их содержание соответствуют таковым геологических
разрезов месторождения.
На стадии разведочных работ обычно составляют один­
три, редко более геологических погоризонтных планов через
50--200
м по вертикали в зависимости от глубины разведки.
Сравнительный анализ таких планов позволяет оценить измене­
ние с глубиной формы, размеров и внутреннего строения тел
полезного ископаемого. При проектировании горно-добываю­
щего
предприятия
отстраивают
геологические
планы
горизон­
тов отработки. Эти планы служат основой при проектировании
горных работ на эксплуатационных горизонтах и геологическом
обеспечении их проведения.
Когда разведка месторождения выполняется системой гори­
зонтальньiх сечений,
геологические погоризонтные планы яв­
ляются первичными по отношению к разрезам. В этих, доста­
точно редких случаях
планы
составляются
по данным
первич­
ной геологической документации и результатам опробования
разведочных выработок. Составленные таким образом геологи­
ческие погоризонтные планы служат основой для подсчета за­
пасов способом горизонтальных сечений.
Если месторождение разведывается системой вертикаль­
ньiх сечений (как отмечалось ранее, такая система разведки
самая
распространенная),
планы
изначально
то
являются
геологические
производными
от
погоризонтные
геологических
разрезов, а в дальнейшем, при условии вовлечения месторож­
дения
в
эксплуатацию,
уточняются
и
пополняются
по
мере
развития горных работ на горизонте. На маркшейдерскую ос­
нову плана наносят линии разведочных профилей (пересечение
поперечных
геологических
разрезов
с
планом),
скважины
(точки пересечения их стволов с планом), подписывают номе­
ра разрезов и скважин. На каждой линии показывают следы
геологических границ, взятых с поперечных разрезов. Увязка
геологической ситуации между линиями профилей и построе­
ние
погоризонтнаго
геологического
плана
осуществляются
с
учетом структуры месторождения.
Для месторождений со сложным вещественным составом
минерального
222
сырья,
кроме
геологических
погоризонтных
пла-
нов,
составляют качественные
и
сортовые
погоризонтные
пла­
ны, а также планы в изолиниях содержания полезных и вредных
компонентов. Если полезное ископаемое требует обогащения, то
в
процессе разведки
месторождения
может быть
выполнено
геолого-технологическое картирование с отбором и испытания­
ми малообъемных проб, разработкой классификации технологи­
ческих типов сырья. Результаты такого картирования отражают­
ся
на
геолого-технологических
разрезах
и
погоризонтных
пла­
нах.
Проекции играют роль основных сводных геологических
документов (наряду с разрезами и планами) при разведке упло­
щенных линзо-, пластообразных, штоковидных и жильных тел
полезного ископаемого. Они наглядно отражают конфигурацию
тела, степень его разведанности, изменчивость по простиранию
и падению мощности и качества полезного ископаемого, служат
основой для подсчета запасов методом геологических (эксплуа­
тационных) блоков.
Плоскость проекции должна быть параллельной генераль­
ному
простиранию тела полезного
ископаемого
сти от угла его падения ~ горизонтальной (~
кальной (~
(~
=
60+90°)
и
в зависимо­
= 0+45°),
верти­
или наклонной и параллельной телу
= 45+60°).
На проекциях показывают линии геологических разрезов и
погоризонтных
планов,
контуры
тела
полезного
ископаемого,
пересечения его разведочными выработками, среднее по каж­
дому
пересечению
содержание
компонентов,
регламентирую­
щих качество полезного ископаемого, утвержденные ГКЗ гра­
ницы блоков по категориям разведанных запасов, границы и
номера подсчетных блоков. При проецировании тела на гори­
зонтальную плоскость все значения мощности пересчитываются
в
вертикальные,
на
вертикальную
плоскость
-
в
горизонталь­
ные, а на наклонную- в истинные мощности.
Для характеристики изменчивости качества минерального
сырья, мощности и продуктивности тела полезного ископаемого
строят проекции в
изолиниях содержания
компонентов (для углей
-
полезных и
вредных
зольности), мощности тел полезного
223
искоnаемого (рис.
роnроцентах).
4,
цв. вкл), линейного заnаса металла (в мет­
Морфологические особенности тела
nолезного
искоnаемого, в том числе связанные с nликатиоными осложне­
ниями
и
смещениями
по
разрывным
нарушениям,
отражаются
на горизонтальных nроекциях в изолиниях абсолютных отметок
висячего или лежачего бока (кровли или nочвы) тела.
Блок-диаграмма
nредставляет
собой
аксонометрическое,
реже nерсnективное изображение месторождения, тела nолезно­
го искоnаемого или их отдельных частей. Блок-диаграммы дают
объемное отображение геологического строения месторождения
и сnособствуют nравильной увязке nланов и разрезов. В зависи­
мости от геометрического каркаса блок-диаграммы могут со­
стоять только из nланов (см. рис.
3,
цв. вкл), только из разрезов
или совокуnности тех и других. Для более наглядного изобра­
жения отдельные части блок-диаграммы раздвигают, смещают
или вырезают.
Блок-диаграмма месторождения, выnолненная в материале,
nредставляет его объемно-макетную модель. Наиболее nолной
и наглядной является объемно-макетная модель, сделанная из
nрозрачных материалов. Она nредставляет собой трехмерную
модель месторождения. Из-за большой трудоемкости nострое­
ния, корректировки и nоnолнения с учетом новых данных блок­
диаграммы и объемно-макетные модели исnользуются редко.
Итоговые материалы nредставляют собой ежегодные гео­
логические отчеты, оnеративный и генеральный (по итогам раз­
ведки)
nодсчеты
заnасов
nолезных
искоnаемых
и
nолезных
комnонентов.
Своевременная
геологическая документация
разведочных
работ чрезвычайно важна для оnределения дальнейших геоло­
горазведочных работ, результатов разведки и в итоге
-
для
nромышленной оценки месторождения, а также для эффектив­
ного nроектирования и эксnлуатации горно-добывающего nред­
nриятия. Важность и необходимость геологической документа­
ции обусловлены тем, что в большинстве случаев невозможно
nовторить наблюдения, которые были выnолнены в nроцессе
nроходки разведочной выработки, nоэтому nервым и главным
224
Разрез
а
Xlll
д
в
Xl
Рис.З
Сводная геологическая
документация по Тей­
скому железорудному
Xlll
r- :vh ~ XV
месторождению . По
С.С. Долгушину и А.Л.
Павлову:
а - геологическая карта ; б ­
разрез ; в погоризонтный
план ;
г
-
продольная вертм ­
кальная проекция ; д
в
Горизонт
+500
м
г
кембрийские
1 -
Xl
\,.~ ::а<
,v· .. >< Xl
блок­
-
диаграмма ;
Xlll XV
XIX
ки ;
2 -
известня­
девонские гранасие­
ниты и сиенит-порфиры ;
+1000 м ~-------'
скарны
и
брекчии известняков и
вулканических пород ;
рудные тела ;
Xlll
5 -
диапазоны
xv
±О
~1
c:J2 Е!]з
-7
[ZJ4 ~5
С]б
8
c:::Jg
ности
суб ­
4 -
ИЗОЛИНИИ
мощностм рудных тел ;
+500
3-
скарнираванные
изменения
6-9 мощ­
Разрез
XIV
±О
rzz..-g б
~~
7 1
13
114
Рис.4
Продольная вертикальная проекция рудной залежи Белорецкого месторождения (справа показан попе­
речный геологический разрез). По А.В. Зябкину и Т. С. Калугиной:
1, 2 -
3-
девонские породы:
скарны ;
4 - железные
жины из рудной залежи ;
мощности
1-
песчаники и туфопесчаники,
руды;
9-
5--7-
запасы :
5-
безрудные скважины ;
2-
мраморизованные известняки и карбонатно-силикатные сланцы ;
категории В
10-
+
С ,, б- категории С 2 ,
7-
прогно~ные;
изолинии мощности рудной залежи, м ;
11-14 -
8-
точки выхода сква­
диапазоны изменения
1574
952
953---номер
1-ь.fiJ't>~~
~~
скважины
Номер пробы
\инеральный тип
руды (породы)
266,89 м
Рис.5
Визуализация фрагмента скважинной модели в плоскости од­
ного из разрезов Лебединского месторождения:
СК, IЦАМ , ЖСМ -железистые кварциты соответственно слаборудные, щелочно­
амфибол-магнетитовые и железо-слюдковомагнетитовые
Рис. б
Визуализация каркасно-объемной геологической модели Лебе­
динского месторождения:
1-4-
породы коробковекой свиты:
верхней железорудной nодсвиты ,
ней железорудной nоде виты ;
нарушения
5-
3-
1-
верхней сланцевой подсвиты,
нижней сланцевой nодсвиты ,
4-
2ниж­
породы стойленской свиты; б- разрывные
•. ·f~;·~:~;-.~-~ :·<~!~: :~:- /:~f3.i~~;~<-~~~
~
·
~tt~:;~~·
.;:•.•J '!;i}i' i .~ :С•Х
~-~·
z
'"'' . . . - <<· ;·'>.•;
.
"
; ...
"';"''
•."
,....... ·•·
...>'•...r.>.$.C
~-· ' ,.,,;;(1
'
.... "' ~-• ::"'*-: • .-<....
·~•"'"'
ш·J.;if<;r;.rt:}:
;.;;.;~·~""tg{:t.:i;
"-'""'·
._,__·,_,,,,,,/;>'
~ ':!''i ,,,~'~r·
.,..,.. .-.~:.:..· .".,,._. ..,.,~~n·:
,, •J.~·-··-,,... .•
•••••••
·<
,,,,.,·, • ,.,••"
~
~~~-~~;.-1;1fi~·}~~~'f!i~i: ~i13L~ _ 1:\! i!iff1i':W:tSЖ~i!:.
:&'~1?~;tt;.:.t.!!~:
:1\f:!:J!;• !~i~f:"!S:~•·'~э'!!-~::if,i.i!:O':' ,;;;·"~';.•'>•i ,;·, !;;:?,j;.Hi~1!Yr~~;:;·
ао
сО
:.:
~
ilii'.l!'.ifi"''
-i•~i!i·~''!~!r"ot.
1':.-;lf.;!;l;:.:r;·~'.,!i
f~J'\';':"'''''1!11:
;·••··~·
·
·;j!l;i:i.lli•~•·
t :· " .,:;;···i•i~~·:!i·"::m.o:-.:•i
.,.ш;• ": "•'.:••f•~i~•
~
~
..
·.:' ' .·:·;
;-,.,·,~
1;· ·.~......
. ;ell\'>;.'<"
,•• ,, ':•···:::··~·-·
,.,. <:•,.-.., ,' ,'. • •.,..
·~---.•••-,-..·.::·:
.-••~.:;;;
·~:. ..-~:.~
•....:•···· ..-.1;. .
;е·••• :~·
. :~·==:::;;.
. ·::::: .:. •.._ ·=::•
. ~ =~..::.•·~·~~
со
:t
2
ао
а1.)
\0
~ао
<(
:: :~!:: ...:-:- : ...
•. :t
·: ,:·-;:,~·~~
. ::. .,
,,"
.
.
.
_.
::::о:·:~Ф::
. ·.~:.·~;'""-.,:-:'':- - ~-,Щ
1:~·
[)0(]
-·
!.\'
_,."ъf:j
.Ус
-~
~о~
.,.,l>,э -t
~ф~...· ::: .~· _,•; ..
•:::::::..~·-·. .
----=·
::::::::::::
:.;::::::
.
'i:.!I;.'J
()()
лf:fJ
Оо,а.
~ltltq
"6,
'" "
.
"
С]1
Рис.
7
Визуализация блочной
модели Ковдорекого
месторождения комп­
лексных железных руд
Тиnы
руд :
зистые
маложеле­
1 -
аnатитовые
(Fe =
= 10+15 %); 2 - комnлексные
• ·-..~
· ·~...;:,·
·~:~··.. :-:
:;•,- ........ ~ ,,::.."':"
\-;~:\·li'
~:~=~=-~ !;."
'J()()
:~
i
~:::'::;;,;O;i:"•'!:ii· ·~!~'~'
..~!.;:•
....,,.
.•:•: ·....,(.~•·~:·!:::i .·.'.·...
0::
рядовые
2
3
бадделеит-аnатит­
магнетитовые
3 - то
(Fe
= 15+25 %);
же , богатые
(Fe > 25 %)
условием документации является возможно более точное и объ­
ективное отображение фактов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1.
2.
3.
4.
Охарактеризуйте цели и задачи геохимических исследований.
Что такое полигенное месторождение?
Что такое продольная геохимическая зональность?
Перечислите операции геохимических исследований при разведке ме­
сторождений.
Каковы задачи геолого-технологического картирования при разведке
5.
месторожден нА?
6.
7.
Перечислите виды технологических проб по характеру испытаннА.
Перечислите состав задач изучения вещественного состава руд при
геолого-технологическом картировании.
8. Охарактеризуйте типы геолого-технологических карт.
9. Что такое малообъемное технологическое опробование?
1О. ОхарактеризуАте требования к классификации запасов
руд при их
технологической оценке.
11.
12.
13.
14.
Охарактеризуйте признаки обогатимости руд.
Охарактеризуйте цели и задачи геохимических исследований.
Перечислите методы наземной геофизики.
Каковы области применении скважинных методов геофизики при
разведке и эксплуатации месторождений?
15.
16.
Перечислите методы подземной (шахтной) геофизики.
Перечислите геофизические методы для определения качества полез-
ных ископаемых.
17.
18.
19.
Охарактеризуйте цели и задачи гидрогеологических исследований.
Перечислите состав гидрогеологических исследований на карьерах.
Перечислите состав гидрогеологических исследований на рудниках и
шахтах.
20.
Охарактеризуйте цели и задачи инженерно-геологических исследова­
21.
Перечислите состав инженерно-геологических исследований на карь­
22.
Перечислите состав инженерно-геологических исследований на руд-
ний.
ерах.
никах и шахтах.
23.
24.
25.
26.
Охарактеризуйте цели и виды геологической документации.
Что включает в себя первичная геологическая документация?
Что включает в себя сводная геологическая документация?
Назначение итоговой геологической документации.
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ ОБРАБагКИ
ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
4.1.
Типы, принцилы и методы
геолого-математического
моделирования
4.2.
Одномерные статистические
модели
4.3.
Двумерные и многомерные
статистические
4.4.
модели
Моделирование пространствеЮIЬIХ
перемеЮIЬIХ
4.5.
Основы автоматизироваююй
геометризации месторождений
4.6.
Комш,ютерные технологии
моделирования месторождений
полезньiХ
Глава
4
ископаемьiХ
4.1. ТИПЫ, ПРИНЦИПЫ
И МЕТОДЫ
ГЕОЛОГО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ
По принципу построения математической модели различа­
ют статическое и динамическое моделирование. Статическое
моделирование состоит в математическом описании свойств ис­
следуемых объектов по результатам их изучения выборочным
методом на основе индуктивного обобщения эмпирических дан­
ных. Динатwическое моделирование использует приемы дедук­
тивного метода, когда свойства конкретных объектов выводятся
из общих представлений о его структуре и законах, определяю­
щих его свойства.
В настоящее время в практике геологических исследований
используются, как правило, статические модели. Это обуслов­
лено сложностью и разнообразием геологических объектов и
трудностью
описания
геологических
процессов
даже
в
самых
общих чертах. Статическое моделирование предусматривает:
•
преобразование геологической информации в вид, удоб­
ный для анализа;
•
выявление закономерностей в массовых и в известной
степени
случайных
замерах
свойств
изучаемых
горно-геоло­
гических объектов;
•
математическое описание выявленных закономерностей
(определение математической модели);
•
использование
полученных
количественных
стик для решения конкретных геологических задач
характери­
-
проверки
геологических гипотез, выбора методов дальнейшего изучения
объекта и т.п.;
•
оценку
вероятности
возможных
ошибок
в
решении
поставленной задачи за счет выборочного метода изучения объ­
екта.
Решение геологических задач на основе динамического мо­
делирования предусматривает иной подход к решению задач, а
229
именно: исходя из общих соображений о генезисе геологическо­
го объекта устанавливается теоретическая модель процесса его
образования, отражающая основные факторы, влияющие на ко­
нечный результат этого процесса, т.е. на свойства объекта. Есте­
ственно, что такая модель может быть выявлена лишь в самом
общем виде, поскольку параметры процесса неизвестны. Эти
параметры определяют путем перебора различных вариантов и
сравнения теоретических реализаций процесса с фактическими
параметрами исследуемого объекта, установленными эмпириче­
ским путем. Динамическое моделирование сопряжено с боль­
шим объемом довольно сложных вычислений и возможно лишь
на базе ПК.
По характеру связи между параметрами и свойствами изу­
чаемых горно-геологических объектов математические модели
разделяют на детерминированные и статистические. Детерми­
нированные модели отражают функциональные связи между не­
зависимыми и зависимыми переменными. Они записываются в
виде уравнений, в которых определенному значению аргумента
соответствует только одно значение переменной. При модели­
ровании горно-геологических объектов детерминированные мо­
дели используются довольно редко. Это связано с тем, что они
неадекватно
согласуются
с
реальными
явлениями,
в
которых
функциональные связи проявляются лишь в узких, весьма огра­
ниченных областях.
Статистическшwи моделями называются математические
выражения,
содержащие,
по
крайней
мере,
одну
случайную
компоненту, т.е. такую переменную, значение которой нельзя
пересказать точно для целей математического моделирования.
Статистические модели достаточно адекватно учитывают слу­
чайные колебания экспериментальных данных.
Многообразие горно-геологических условий объектов и со­
ответственно геологических задач изучения предопределило не­
обходимость использования при геолого-математическом моде­
лировании методов из различных разделов математики: матема­
тической статистики, теории вероятностей, геостатистики, тео­
рии множеств, теории графов и игр, матричной и векторной ал­
гебры, дифференциальной геометрии и др. При этом одна и та
230
же задача может быть решена разными методами, а в некоторых
случаях для решения конкретной задачи необходимо nримене­
ние
комnлекса
методов
из
разных
разделов
математики,
что
создает оnределенные трудности nри систематизации математи­
ческих методов, исnользуемых в геологии.
Вместе с тем, по тиnу решаемых задач (В.А. Букринский,
В.М. Гудков, В.В. Ершов, А.Б. Каждан), набору исnользуемых
для этого математических методов и основным доnущениям от­
носительно
свойств
горно-геологических
объектов
геолого­
математические методы разделяются на две груnnы.
В первую группу объединяются модели, исnользующие ап­
nарат математической статистики и теории вероятностей, в ко­
торых геологические объекты nредставляются внутренне одно­
родными, а изменения их свойств в nространстве
-
случайны­
ми, не зависящими от места оnробования, т.е. без координатной
nривязки. Такие модели условно называют статистическими. В
зависимости от количества одновременно учитываемых свойств
они разделяются на одно-, дву- и многомерные.
Статистические модели обычно исnользуются в следующих
целях:
•
nолучения
no
выборочным данным наиболее надежных
оценок свойств горно-геологических объектов;
•
•
nроверки геологических гиnотез;
выявления и оnисания зависимостей между свойствами
геологических объектов;
•
•
классификации геологических объектов;
оnределения объема выборочных данных, необходимого
для оценки свойств геологических объектов с заданной точно­
стью.
Во вторую группу можно объединить модели, рассматри­
вающие
венные
свойства
геологических объектов
nеременные.
В
этих
моделях
как
nространет­
nредnолагается,
что
свойства геологических объектов зависят от координат точки
замера, а в изменении этих свойств в nространстве сущест­
вуют оnределенные закономерности. При этом, наряду с не­
которыми
вероятностными
методами
(случайные
функции,
231
временные ряды, дисnерсионный анализ), nрименяются так­
же nриемы комбинаторики (nолиномы), гармонического ана­
лиза,
векторной
алгебры,
дифференциальной
геометрии
и
других разделов математики.
Для изучения nространствеиных геологических nеременных
исnользуют nриемы
делирования.
как статического, так и динамического мо­
Модели
nространствеиных геологических
nере­
менных nрименяют для решения задач, связанных с:
•
nроверкой гиnотез о закономерностях размещения геоло­
гических объектов относительно друг друга;
•
nроверкой гиnотез о характере nроцессов формирования
геологических образований;
•
выделением аномалий в геологических и геофизических
nолях;
•
классификацией геологических объектов
no
особенно­
стям их внутреннего строения;
•
разработкой
nриемов
интерnоляции
и
экстраnоляции
nри оконтуривании геологических объектов;
•
выбором оnтимальной густоты и формы сети наблюде­
ний nри изучении геологических объектов.
Принципы и методы геолого-математического модели­
рования. Применеине математического моделирования в гео­
логии соnряжено с рядом трудностей. Математическая модель,
как и любая другая, является уnрощенным аналогом исследуе­
мого объекта. Из-за сложности геологических объектов ни од­
на
математическая
модель
не
может
восnроизвести
все
их
свойства. Поэтому для оnисания различных свойств одного и
того же объекта часто nриходится исnользовать различные ма­
тематические модели. При этом необходимо убедиться, что
выбранная модель достаточно nолно отражает именно те свой­
ства объекта, которые неnосредственно влияют на решение
nоставленной задачи.
Математические модели не могут исчерnывающе nолно ха­
рактеризовать изучаемые свойства. Они основаны на оnреде­
ленных доnущениях о характере свойств объекта моделирова­
ния. Поэтому необходимо следить, чтобы эти доnущения не
232
приводили
к
принципиальному
искажению реальных
свойств
объекта в рамках поставленной задачи. В связи с тем, что встре­
чающиеся в практике геологических исследований задачи также
весьма разнообразны, может возникнуть ситуация, когда для
моделирования одного и того же свойства объекта необходимо
использовать различные модели.
Определенные сложности иногда возникают также из-за от­
сутствия
четких
границ геологических совокупностей
и
рас­
смотренных ранее особенностей их изучения. Итак, решение
геологических задач на основе математического моделирования
представляет собой довольно сложный процесс, в котором мож­
но выделить следующие этапы:
1)
2)
формулировка геологической задачи;
определение геологической
совокупности,
т. е.
уста­
новление границ геологического объекта или временного интер­
вала геологического процесса;
3)
выявление главных свойств объекта или параметров про­
цесса в рамках поставленной задачи;
4)
переход от геологической совокупности к опробуемой и
выборочной с учетом особенностей методов исследования;
5)
выбор типа математической модели;
б) формулировка математической задачи в рамках выбран­
ной математической модели;
7)
8)
выбор метода решения математической задачи;
решение математической задачи на основе вычисления
параметров математической модели объекта;
9)
интерпретация полученных результатов применительно к
геологической задаче;
10)
оценка вероятности и величины возможной ошибки за
счет неадекватности модели и объекта.
Таким образом, этапу собственно математического модели­
рования предшествуют этапы создания геологической модели
(опробуемой и выборочной геологической совокупности). По­
этому модели,
используемые для решения
математическими
методами,
можно
геологических задач
назвать
геолого-матема­
тическими.
233
Справедливость конечного вывода при решении задач на
основе геолого-математического моделирования зависит от пра­
вильиости решений, принимаемых на каждом этапе. Нетрудно
заметить, что решения на большинстве этапов принимаются,
исходя из особенностей геологических задач и свойств геологи­
ческих объектов, поэтому они полностью находятся в компе­
тенции геолога. Консультант математик может существенно по­
мочь геологу лишь при выборе метода решения математической
задачи. Как показал многолетний опыт, большинство ошибок,
допускавшихся
при
использовании
математических
методов
в
геологии, было обусловлено не слабой математической подго­
товкой геологов, а отсутствием учета специфики геологических
объектов и задач. Поэтому при изложении дальнейшего мате­
риала
на эти аспекты
геолого-математического
моделирования
обращено особое внимание.
4.2.
ОДНОМЕРНЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ
МОДЕЛИ
4.2.1.
СУЩНОСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕПИЯ
Геологические исследования в большинстве случаев осно­
ваны на изучении свойств геологических образований путем за­
меров в отдельных точках непосредственно на месте их залега­
ния или путем анализа образцов и проб, отобранных в отдель­
ных участках. При этом выборочные наблюдения относятся к
элементарно малым, пространственно разобщенным объемам
недр (в искусственном или естественном обнажении), а выводы,
полученные по ним, распространяются на весь изучаемый объем.
Изучая сложные природные объекты выборочными мето­
дами
геологи
всегда
учитывали
возможность
получения
оши­
бочных результатов по ограниченному числу наблюдений. По­
этому
первые
попытки
математического
моделирования
в
гео­
логии связаны с использованием математического аппарата тео­
рии вероятностей и математической статистики, который обес-
234
печивает возможность получения наиболее надежных выводов
по выборочным данным и позволяет оценить точность этих вы­
водов.
В основе статистического моделирования лежат два поня­
тия: о генеральной совокупности- множестве возможных зна­
чений определенного признака изучаемого объекта или явления
и о выборке- совокупности наблюденных значений этого при­
знака.
При использовании статистической модели геологические
объекты рассматриваются как совокупности бесконечно боль­
шого количества элементарных участков, каждый из которых
соответствует по размеру отдельной пробе или месту единично­
го замера изучаемого свойства. Такой подход вполне правоме­
рен, поскольку размеры проб или сечения искусственных обна­
жений
-
скважин и горных выработок обычно неизмеримо ма­
лы по сравнению с изучаемыми геологическими объектами.
При
статистическом
моделировании
предполагается,
что
выборочная совокупность удовлетворяет требованиям массово­
сти, однородности, случайности и независимости.
Условие массовости. Обусловлено тем, что статистические
закономерности проявляются лишь в массовых явлениях, в свя­
зи с чем объем выборочной совокупности должен быть доста­
точно большим. В настоящее время большим объемом стати­
стических исследований установлено, что надежность статисти­
ческих оценок резко снижается при уменьшении объема выбор­
ки в диапазоне от
50
до
30-20
значений, а при меньшем коли­
честве наблюдений применять статистические методы в боль­
шинстве случаев нецелесообразно. При геологических, геохи­
мических и геофизических исследованиях объем наблюдений,
как правило, велик и условие массовости выполняется. Однако,
в процессе разведки месторождений полезных ископаемых, ко­
гда для каждого наблюдения обычно требуется проходка специ­
альной горной выработки или скважины, геологу часто прихо­
дится иметь дело с малыми выработками. Это вызывает опреде­
ленные трудности, так как свойства многих статистических оце­
нок в данных случаях изучены недостаточно. Поэтому в данных
235
случаях
следует
зволяющими
nользоваться
вычислять
статистическими
числовые
моделями,
характеристики
nо­
случайных
величин по небольшому числу наблюдений.
Условие однородности. Заключается в том, что выбороч­
ная совокуnность должна состоять из наблюдений, nринадле­
жащих одному объекту и выnолненных одинаковым сnособом,
т.е. nри nостоянном размере nроб и методе анализа или измере­
ния (см. раздел «Принцип равной достоверности»). Нарушения
этого условия могут быть связаны с ошибками nри оnределении
границ изучаемой геологической совокуnности или технически­
ми и организационными сложностями исследований.
Границы геологической совокуnности задаются, исходя из
nоставленной задачи, до nолучения массовых результатов ис­
следования, nри этом nредnолагается, что объекты, входящие в
геологическую совокуnность, внутреннее однородны. Это nред­
nоложение nодтверждается не всегда, так, схожие по качествен­
ным nризнакам объекты могут различаться по количественным
характеристикам. К тому же большинство реальных геологиче­
ских образований имеет сложное внутреннее строение, обуслов­
ленное зональностью и наличием неоднородности разного мас­
штаба.
В связи с тем, что условие однородности в nрактике геоло­
гических исследований соблюдается далеко не всегда, nримене­
ние статистических методов должно соnровождаться анализом
возможных nоследствий за счет нарушения данного условия.
Для этого следует учитывать характер решаемой задачи, а в ря­
де случаев исnользовать сnециальные методы для nроверки ги­
nотезы об однородности выборки.
Условие
случайности.
Предусматривает
неnредсказуе­
мость результата единичного выборочного наблюдения. Слож­
ность и изменчивость геологических объектов, как nравило, ис­
ключают возможность точной оценки их свойств до nроведения
наблюдения.
Поэтому
элемент случайности
nрисутствует
во
всех геологических исследованиях. Однако, условие случайно­
сти строго выnолняется лишь, когда расnоложение мест отбора
nроб или nроведения замеров изучаемого свойства вообще не
236
будет каким-либо образом связано с величиной, характеризую­
щей это свойство.
В практике геологоразведочных работ это обычно достига­
ется за счет наблюдений по равномерной сети, когда все места
наблюдений намечаются заранее, до проведения работ, и в про­
цессе выполнения не корректируются. Однако, при изучении
геологических образований по естественным обнажениям это
условие может нарушаться. Так, на территориях со слаборас­
члененным рельефом естественные обнажения преимуществен­
но располагаются в бортах речных долин, которые, в свою оче­
редь, часто совпадают с разрывными нарушениями или выхода­
ми пород, наиболее легко поддающихся эрозии. В то же время,
прочностные свойства пород связаны с их текстурными особен­
ностями и минеральным составом. Поэтому статистическая об­
работка результатов петрографических исследований или испы­
тание их физико-механических свойств по образцам, отобран­
ным только из естественных обнажений, может дать искажен­
ное представление о свойствах пород изученной территории в
целом.
Условие случайности может нарушаться за счет субъектив­
ности при проведении замеров или отборе проб. Если при отбо­
ре образцов из толщи гнейсов один исследователь будет отда­
вать предпочтение прослоям более светлой окраски, а другой
-
прослоям более темной окраски, то полученные ими выборки
будут существенно отличаться по среднему минеральному со­
ставу
как друг от друга,
так
и
от
истинного
среднего
состава
изучаемой толщи.
В процессе геологоразведочных работ часто возникает не­
обходимость в сгущении сети наблюдений на наиболее инте­
ресных или перспективных участках. Свойства геологических
объектов в пределах этих участков и на всей остальной изучае­
мой территории могут существенно отличаться. Поэтому при
статистической обработке данных для соблюдения условия слу­
чайности
результаты
наблюдений
по
участку
детализации
должны быть выделены в самостоятельную выборочную сово­
купность.
237
Условие
независимости.
Предполагает,
что
результаты
каждого наблюдения не зависят от результатов предыдущих и
последующих наблюдений, а при наблюдениях на площади или
в объеме результаты не зависят от координат пространства. Для
большинства геологических процессов и образований это усло­
вие не соблюдается. В изменчивости свойств геологических об­
разований в пространстве и параметров геологических процес­
сов во времени обычно наблюдаются определенные закономер­
ности. В связи с чем область применения статистических моде­
лей ограничена объектами, для которых характерно отсутствие
каких-либо закономерностей изменения в пространстве или во
времени, или задачами, при решении которых эти закономерно­
сти следует учитывать.
В
геологоразведочной
практике одномерные
статистиче­
ские модели используются для решения задач двух типов: оцен­
ки средних параметров геологических объектов и статистиче­
ской проверки гипотез. В связи с тем, что геологу часто прихо­
дится сталкиваться с ситуацией, когда допущения математиче­
ской статистики не могут быть приняты однозначно, примене­
ние статистических методов в геологии всегда должно базиро­
ваться
на всестороннем анализе характера решаемой задачи,
особенностей изучаемых объектов и методики получения ин­
формации об их свойствах.
4.2.2.
ВЕРОЯТНОСТЬ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Первичными понятиями в теории вероятностей являются:
событие, вероятность и случайная величина.
Под событием следует понимать результат опыта или есте­
ственного явления, который может быть получен или не полу­
чен при имеющихся условиях, например,
появление определен­
ного содержания щелочей при анализе образца нефелинового
сиенита.
События принято обозначать буквами А, В, С и т.д. Из по­
вседневного
238
практического
опыта
известно,
что
возможность
появления событий различна. Так, если в коллекции имеется
30
образцов интрузивных и три образца осадочных горных пород,
то очевидно, что при отборе наугад одного из образцов большим
шансом на появление обладают интрузивные породы. Количе­
ственной меркой объективной возможности события при дан­
ных условиях является вероятность этого события. Для установ­
ления границ изменения этой величины рассмотрим два пре­
дельных случая.
Если при данных условиях наступление события исключе­
но, то такое событие называется невозможным и ему приписы­
вается
вероятность,
равная
нулю (например,
получение
про­
мышленных концентраций меди при анализе пород, не содер­
жащих главные рудные минералы меди; невозможность собы­
тия обозначается буквой V). Если событие при данных условиях
обязательно наступает в каждом испьпании, то такое событие
называют достоверным,
а
его
вероятность
считается
равной
единице (например, обнаружение оксида железа при анализе
магнетитавой руды); достоверность события обозначают буквой
и.
Вероятность события Р есть правильная
положительная
дробь, изменяющаяся от нуля до единицы. Вероятность появ­
ления события прямо пропорциональна числу т случаев, бла­
гоприятствующих появлению этого события, и обратно про­
порцианальна числу
n
всех равновозможных случаев, которые
могут произойти при данном испытании: Р
= mln.
Рассмотрим
примеры.
Пример
1.
содержания РЬ,
Пусть при анализе свинцовой руды пробы имеют следующие
%: 63
пробы-
4; 42-5; 37-6; 29-7; 15-8; 9-9
и
5-10.
Если взять наугад одну пробу из этой выборки, то вероятность, что содержа­
ние РЬ в ней окажется равным
имеющихся
200
5 %,
составит
42 : 200 = 0,21,
так как из всех
проб интересующему нас событию соответствуют
42
случая.
Вероятность поступления одного из нескольких несовмес­
тимых событий А, В,
... ,
С равна сумме вероятностей этих собы­
тий (теорема сложения вероятностей), т.е. Р (А или В,
... ,
С)
=
= Р(А) + Р(В) + ... + Р(С).
Несовместимыми называются события, совместное наступ­
ление
которых
при
одном
испытании
невозможно,
например,
239
одновременное отнесение изучаемого образца к магматическим
и осадочным горным породам.
Если при определенных условиях наступает одно из собы­
тий А, В,
... ,
С, то такая совокупность образует полную систему
событий. Сумма вероятностей событий, образующих полную
систему, равна единице. Два события, А и А, образующие
полную
систему,
называются
противоположными.
Очевидно,
Р(А) + Р( А)= 1. Если обозначить Р(А) = р и Р( А)= q, тор+ q = 1
и
=1-
q
р. Примеры противоположных событий: подсечение
или неrюдсечение рудного тела разведочной выработкой; нали­
чие или отсутствие в шихте знака золота.
Вероятность совместного наступления двух событий (одно­
временно или последовательно) равна произведению вероятно­
сти одного из них на условную вероятность другого, вычислен­
ную в предположении, что первое событие уже наступало (теоре­
ма умножения вероятностей), т.е.: Р(А и В)
= Р(В)
= Р(А)
·
Р д(В)
=
· Рв(А), где Р д(В) и Рв(А)- условные вероятности появ­
ления одного из событий, вычисленные в предположении, что
другое уже состоялось.
Пример
20
На nлощади оцениваемого участка отобрано
2.
50
образцов, в
из них обнаружена медь. Какова вероятность, что из взятых двух образцов
этого участка один будет содержать медь, а другой нет?
Допустим, что в результате nервого исnьrтания взят образец, содержа­
щий медь. Вероятность этого события равна
20 : 50.
Вероятность, что второй
образец не будет содержать меди, nри условии, что nервьrй содержит, равна
Р д(В)
так как nосле nервого извлечения осталось только
= 30 : 49,
цов, из которых
· (30:49) = 0,24.
30
не содержат меди. Р(А и В)
= Р(А)
· Р д(В)
49
образ­
= (20
: 50) ·
Такое же значение nолучим, если допустим, что nераоначаль­
но состоялось событие В, а затем А. Интересующая нас вероятность составит:
0,24 + 0,24 = 0,48.
Если вероятность наступления одного события не зависит
от наступления другого, то события называют независимыми.
Очевидно, что в этом случае Р д (В)
= Р(В), а Рв(А) = Р(А)
и тео­
рему умножения вероятностей можно записать в виде Р(А и В)
= Р(А)
=
· Р(В), т.е. вероятность совместного наступления двух
или большего числа независимых событий равна произведению
их вероятностей.
240
Знакомство с теоремой умножения вероятностей позволяет
обобщить теорему сложения на случай, когда события совмест­
ны. В этом случае справедлива следующая теорема. Вероят­
ность наступления одного из двух событий равна сумме вероят­
ностей
без
вероятности
Р(А или В)= Р(А)
Пример
3.
их
+ Р(В)- Р(А
совместного
наступления,
т.е.
и В).
Вероятности обнаружения зерен вольфрамита и касситерита в
пробах на изучаемой территории соответственно равны
0.4
и
0,3.
Определить
вероятность того, что хотя бы один из минералов будет обнаружен в первой
пробе. Так как появление каждого из минералов есть независимое собьrrие, то
Р(А и В)
= 0,4 · 0,3 = 0.12. а вероятность
0,4 + 0.3 - 0.12 0.58.
Р(А или В)
=
появления хотя бы одного и.з них:
=
Следует обратить внимание также на понятия частоты и
частости появления событий, которые широко используются в
математической статистике. Частотой появления события назы­
вается число т случаев, в котором событие А появилось при
n
испытаниях. Частность события есть отношение частоты его по­
явления к общему числу испытаний
w =т : n.
Случайной величиной называют величину, которая во время
опыта может принимать различные значения,
не
известные за­
ранее. Случайные величины могут быть дискретными (прерыв­
ными) и непрерывными. Непрерывная случайная величина при­
нимает в некотором интервале любые значения.
4.2.3. ВЫБОРКА, ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НЕЙ
И СПОСОБЫ ОТБОРА ДАННЫХ
Любая геологическая информация (результаты химического
анализа, замеры физических свойств пород и руд и т.д.) пред­
ставляет собой выборку из некоторой генеральной совокупно­
сти, характеризующей явление в целом. Основная задача иссле­
дователя,
использующего
статистические
методы
обработки
информации, состоит в том, чтобы по свойствам исследуемого
признака в выборке сделать (с определенной вероятностью) за­
ключение о его свойствах в генеральной совокупности. Чтобы
выборочная совокупность (выборка) могла служить решению
указанной
задачи,
она
должна
удовлетворять
определенным
требованиям.
241
\.
Выборка должна быть представuтельной, т.е. необходи­
мо, чтобы объекты выборки правильно представляли изучаемую
совокупность.
Представительность
выборки
обеспечивается
случайным отбором объектов генеральной совокупности, т.е.
отбором, при котором любой объект имеет равные шансы по­
пасть в выборку.
2.
Выборка должна быть достаточной по объему. Одним из
наиболее простых способов определения объема
заданной точности р является
n
выборки при
вычисление его по следующей
формуле:
где
t-
значение t-критерия при принятом уровне значимости а;
коэффициент вариации; р
V -
-
допустимая относительная
ошибка определения среднего (подробно на этих показателях
остановимся далее).
Если
известно,
что коэффициент вариации
изучаемого
признака равен
60 %, то при а = 0,05 и р = 20 % выборка
2
должна состоять из n = (\ ,96 2 · 60 2 ) : 20 = 35 наблюдений. Ес­
ли коэффициент вариации неизвестен, то его следует опреде­
лить по небольшой выборке и затем уточнить объем выбо­
рочной
совокупности,
обеспечивающей
необходимую
точ­
ность.
Способы
отбора данных.
Различают простой случай­
ный, типический, серийный и механический отборы объек­
тов, включаемых в выборочную совокупность. При случай­
ном отборе объекты извлекаются по одному из имеющейся
совокупности. Извлечение осуществляется, например, с по­
мощью карточек, на которых поставлены номера проб, или с
помощью таблиц случайных чисел. В первом случае после
тщательного
перемешивания
извлекают
нужное
количество
карточек и обработку информации осуществляют по данным
тех проб, номера которых извлечены в выборку. Во втором
242
случае в таблице случайных чисел (далее приведен фрагмент
такой таблицы) выбирают произвольно количество колонок,
соответствующее порядку числа объектов в исходной сово­
купности, и выписывают необходимое количество строк. На­
пример, необходимо выбрать
проб из совокупности
30
300
данных. Так как объем всей совокупности характеризуется
трехзначным
(например,
числом,
2,3
и
то
следует
взять три
колонки
цифр
4)
5106283202712
0993441325454
7566863913258
2201575402427
и выписать значения
106, 993, 566, 201;
далее передвинемся на
одну-две колонки вправо (влево) и вновь выпишем соответст­
вующие значения и т.д. Значения
993
и
566
превышают выбо­
рочную совокупность и могут быть пропущены или уменьшены
на число
nK,
где
n-
имеющийся объем данных, К
993 получим 993 - 300 · 3 = 93,
566-300 = 266).
(вместо
а вместо
= 1,2
556
и т.д.
получим
При типическом отборе объекты извлекаются не из всей со­
вокупности в целом, а из каждой ее «типической» части, напри­
мер, при оценке содержаний элемента в интрузивном массиве,
состоящем из гранитов и гранодиоритов, в выборку должны
быть включены представители каждой из пород (пропорцио­
нально площадям развития). При серийном отборе изучаемая
совокупность разбивается на группы и в выборку включаются
отдельные группы целиком. Например, контрольный отбор проб
при
литогеохимическом
исследовании
осуществляется
по
про­
филям.
При механическом отборе в выборку отбираются объек­
ты через определенный шаг (количество номеров). Например,
при необходимости
щей
300
30
проб из совокупности, насчитываю­
номеров, в выборку следует включить каждую деся­
тую пробу. Выбор начального номера носит случайный ха­
рактер.
243
4.2.4.
ВЫБОРОЧНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В результате отбора nолучают n значений признака. Осно­
вой для изучения выборочной совокуnности является ряд рас­
пределения
-
уnорядоченная совокуnность значений,
nрини­
маемых признаком, и соответствующие им частоты:
где
х 1 , х2 ,
••••••••••••••••••••••• ,
Х11
n 1, n2,
••••••••••••••••••••••• ,
nk,
n - объем
выборки.
Ряд расnределения составляется следующим образом.
Из имеющихся значений nризнака Х выбираются наи­
1.
меньшее и наибольшее и оnределяется размах расnределения
(варьирования):
W =Xmax
-
(4.1)
Xmin·
Оnределяется число классов групnировки. Оnыт nоказы­
2.
вает, что наиболее целесообразно К выбирать в пределах от
до
15
ления
К=
8
(меньшее -для небольшого объема данных). Для вычис­
К может
быть
исnользована
эмnирическая
формула:
1 +3,21/gn.
3.
Устанавливается длина интервала груnпировки (величина
класса)
no
формуле Стреджера:
С = Х max
-
Х min
•
(4.2)
1+ 3,21\gn
Находятся
4.
границы
классов.
Границы
nервого
класса
следует выбрать так, чтобы он содержал наименьшее значение
изучаемой величины. Последующие классы образуются добав­
лением
величины
С к
nредшествующему интервалу (важно,
чтобы nервый и nоследний классы образуемого ряда были оди­
наковы
no
вероятности попадания в них крайних значений при­
знака).
5.
Данные «разносятся»
no
классам и подсчитываются числа
их в каждом классе (частота). За оценку класса nринимается
среднее арифметическое значение его границ.
244
Пример. Составление рида расnредеJlении рассмотрим на nримере сле­
дующих данных (результаты анализа
100
проб на медь рудника «Комсо­
мольский»):
3,91 5,83 3,86 3,39 6.83 2,62
4,89 4,98 2.27 5,37 4,67
3,12 4,11 5,64 4,21 3,00 3,25
6,00 8,40 2,11 4,74 4,51 1,61
2, 18 2,50 4,32 3, 71 5,24 5,43
5,94 4,54 6,00 3,58 4,27 4,41
4,56 5,91 5,61 4,59 4,33 1,91
3,73 3,73 4,13 4,66 4,76 6,42
5,89 2,72 7,91 3,41 3,65 4,47
4,34 5.91 3,44 4,34 5,24 1' 11
0.60 3,20 4.82 6,61 4,69 4,36
6,3 1 5,64 4,88 2,59 4, 14 5, 14
3, 18 4,38 6.42 5.40 7,00 5,32
5.00 5.78 2,91 7,27 2.41 4,00
5,86 2.81 5,67 3,93 5,00 4,00
3,3 1 4,40 5,55 3, 7 1 4,34
5,90 6,00 3,99 4,41 4,85
б, 17
Минимальное содержание меди в руде равно
0,60 %, максимальное 8,40 - 0,60 = 7,80 %. Количество классов nримем равным 9.
Длина интервала груnnировки С = 7,80 : 9 "' О 1,00 %. Границы интервалов
груnnировки равны 0,00-1,00; 1,00-2.00; 2,00-3,00 и т.д. Результаты раз­
несении исходных данных no классам nриведены в табл. 4.1 (содержание 1,00;
2,00 и т.д., совnадающие с граничными значениями классов, относится в класс
8,40 %.
Размах
меньщих значений).
Таблица
4.1
Границы классов и их средние значения
Граница классов
Х;
0,00-1,00
1,00-2,00
0,50
1
1,50
3
2,50
11
21
2,00-3,00
3,00--4,00
4,00-5,00
5,00--6,00
6,00-7,00
7,00-8,00
8,00-9,00
3,50
4,50
n,
31
5,50
6,50
23
7
7,50
2
1
8.50
245
При статистической обработке, наряду с основным рядом
расnределения, исnользуются nреобразованные ряды. Среди них
наиболее часто исnользуют два:
1)
ряд, в котором вместо частот n; исnользуются частости
(w; = n;: n); для рассматриваемого nримера nреобразованный ряд
имеет вид:
Х;
0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5; 8,5;
W; 0,01; 0,03; О, 11; 0,21; 0,31; 0,23; 0,07; 0,02; 0,013;
2)
ряд с накоnленными частотами
N;,
где
N; = n 1 + n2 +....+ n-
сумма частот от 1-й до i-й включительно; для нашего nримера
ряд накоnленных частот имеет вид:
Х1
0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5; 8,5;
N; 1 4 15 36 67 90 97 99 100.
Иногда составляются ряды накоnленных частностей, в ко­
торых вместо значений nризнака х; исnользуются отклонения
этих значений от среднего и т.д.
Ряды расnределения исследуют также с nомощью графиче­
ского изображения: гистограмм; nолигональной кривой; куму­
лятивной кривой (рис.
4.1 ).
При nостроении гистограммы по оси
ординат откладывают отрезки,
абсцисс
nроnорциональные
n;,
а
по
оси
отрезки, nроnорциональные возможным значениям
-
случайной величины. При nостроении nолигональной кривой по
оси ординат откладывают отрезки, nроnорциональные
лятивной кривой
частотам
-
w;,
куму­
отрезки, nроnорциональные накоnленным
n;, а по оси абсцисс -
отрезки, пропорциональные
возможным значениям случайной величины.
Графическое изображение ряда весьма наглядно, но оно не
дает возможности исследовать распределение полностью. Наи­
более удобным и полным является аналитический способ иссле­
дования ряда, состоящий в том, что устанавливаются числовые
nоказатели
(статистики),
которые
полностью
характеризуют
изучаемый ряд. Основные из них следующие: среднее значение,
дисперсия,
среднеквадратичное
отклонение,
nоказатели
асим­
метрии, эксцесса и некоторые связанные с ними показатели.
246
38.1><
.11'/.
' . 911182
Оl>оект
, •
11.73332
11. ~5~82
12.37832
••
: •
Прмона.к
иа&:~ммN
расnре,.А8нм•,.
:
на6~нмМ
4.1.
&3.
Р205 _ __
iЬRНAIITN8HAJI -НКЦМ8 PADПP&ДI.-MMR,
Рис.
63.
: 1'205 _ __
Приомак
Гмотогр.,...
011о8К1
14.12332
14. 84,.2
: 1'205 _ __
Приомак
Гмс1'огр.....а расnре,.Аени ....
Оl>оект
13.2-2
на&.--нмil
63.
Гистограммы распределения Р 2 0 5 в рудах Ковдорекого месторо­
ждения (а) и кумулятивная кривая распределения (б)
Среднее значение случайной величины
пространенная
характеристика,
которая
наиболее рас­
-
определяется
по
формуле:
1
n
n
i=l
х =- :~>;'
где
-
х
(4.3)
среднее значение признака; х;
составляющих совокупность;
n - объем
-
значения признаков,
выборки.
Значения исследуемого признака х; могут быть по-разному
расположены
относительно
ряда чисел
14, 15, 16
равные 15, но
чения,
жены
к
среднему,
а
и
своего
2, 3, 40
среднего
значения,
так,
два
имеют одинаковые средние зна­
в первом случае числа «близко» располо­
во
втором
значительно
рассеяны
относи­
тельно среднего значения.
Степень рассеяния относительно среднего значения харак­
теризует выборочная дисперсия, вычисляемая по формуле:
2 =--L....
1 ~( Х;
О'х
n -1
-)2 .
(4.4)
-Х
i=l
Размерность дисперсии соответствует квадрату размерности
случайной величины. Корень квадратный из дисперсии называ­
ют среднеквадратичным отклонением, или стандартом и обо­
значают через
(4.5)
Среднеквадратичное отклонение имеет ту же размерность,
что и элементы исходного массива. Это не дает возможности
сравнить между собой степень рассеяния (колеблемость) разно­
родных
величин.
Поэтому
необходима
мера
колеблемости
(изменчивости), не зависящая от единиц измерения изучаемых
величин. Такое мерой изменчивости является коэффициент ва­
риации,
равный
квадратичному
процентах от среднего значения:
248
отклонению,
выраженному
в
s
=-х 100,%.
х
V
(4.6)
Асимметрия представляет собой меру скошенности распре­
деления в ту или иную сторону от среднего. Численное значение
асимметрии определяется по формуле:
(4.7)
где
n
L (Х;
-
х)
3
-
сумма третьих степеней отклонений отдель­
i=J
нь1х значений от среднего;
n -
объем вЬiборки;
Sx -
средне­
квадратичное отклонение.
Асимметрия может бЬiть правосторонней (положительной),
левосторонней (отрицательной) и нулевой- при симметричном
распределении (рис.
4.2,
а).
Эксцесс распределения случайнЬiх величин Э характеризует
островершинность или крутость распределения. Численное зна­
чение эксцесса находят по формуле:
3.
(4.8)
б
а
Р(.х)
о
.х,
Zz
Рис.
4.2.
1-
положительная асимметрия;
х
Кривая с раэличиоА асимметриеА (а) и эксцессом (б):
2 -отрицательная
асимметрия
249
Показатель эксцессов может быть положительным, когда
для
распределения
распределение
характерна
соответствует
островершинность,
нормальному,
нулевым
отрицательным
кривая распределения имеет сглаженную вершину (см. рис.
4.2,
б).
4.2.5. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ГЕНЕРАЛЬНОЙ
СОВОКУПНОСТИ
До сих пор речь велась о вычислении статистик выборочно­
го распределения. Однако, для исследователя одной из основ­
ных задач является нахождение оценок генеральной совокупно­
сти (среднего содержания качества руд по блоку или месторож­
дению
в
целом,
среднего
значения
плотности
руд
различного
состава и т.д.).
Если из генеральной совокупности бесконечного или доста­
точно большого объема взяты К случайных выборок объема
n
каждая, то в каждой из них интересующая нас статистика имеет
определенное значение
E>i(i = 1, 2, ... , К),
причем эти значения не
равны между собой. Таким образом, сама выборочная статисти­
ка
является случайной величиной, которая
E>i
имеет определен­
ное математическое ожидание М(Е>) и дисперсию
Выборочная оценка
8
D(E>).
представляет собой приближенное
значение соответствующего е. Очевидно, точность ее тем вы­
ше, чем меньше абсолютная величина их разности. Утвержде­
ние это
будет тем
18- E>i <Е (Е -
надежнее,
чем
больше
вероятность,
что
заданная точность оценки), т.е. чем больше вели-
чинар, определяемая из выражения р{ 8
-
Е
<8 +
Е}
= р.
Отсю­
да следует, что вероятность того, что параметр е попадет в ин­
тервал (Е>- Е, е+ Е), равна р. Интервал (Е>- Е, е+ Е) называется
доверительным;
метра
8,
ар
-
концы его -доверительными границами пара­
доверительной вероятностью. Размер Е выбира­
ется таким, чтобы вероятность нахождения
го интервала (а=
0,05,
1-
вне доверительно­
р) была малой. (Смысл а таков: если а=
то в пяти случаях из
100
наблюдений е может выйти за
значения доверительных границ; при а=
250
8
0,01
-один раз).
Доверительные границы вычисляются с nомощью так назы­
ваемых ошибок
no
следующим формулам:
1+2(~)
100
2
Общий вид формулы для вычисления доверительных ин­
тервалов е
- taSe ~ е ~ Е> + taSe. где t - относительное откло­
нение выборочного среднего оцениваемого nараметра от истин­
ного в долях среднеквадратичного отклонения. Распределение
величины
t зависит от числа стеnеней свободы/= n-1 и называ­
ется расnределением Стьюдента (табл.
4.2).
Таблица
4.2
Расnределение Стьюдента
f
to.os
f
to.os
f
to.os
f
to.os
f
1
12.71
8
2,31
15
2.13
22
2,07
29
2,05
to.os
2
4,30
9
2,26
16
2,12
23
2,07
30
2,04
3
3,18
10
2,23
17
2.11
24
2,06
40
2,02
4
2,78
11
2,20
18
2,10
25
2,06
60
2,00
5
2.57
12
2,18
19
2.09
26
2,06
120
1,98
00
1,96
6
2,45
13
2,16
20
2,09
27
2,05
7
2,37
14
2.15
21
2,08
28
2,05
Пример.
Определить
доверительный
элемента А в изучаемыхрудах (данные табл.
Имеем х
интервал
среднего
содержания
4.1 ).
= 4,41, S, = 0,14.
Задавшись доверительной вероятностью 0,95
4.2 для n = 100 значение t = 1,98. Доверительный
интервал равен: 4,41-1,98 · 14 $ х < 4,41 + 1,98 ·О, 14 или 4,13 $ х $ 4,69, т.е. с
вероятностью 0,95 можно утверждать, что среднее значение содержания эле­
мента А в руде больше 4,14 %, но меньше 4,68 %.
(а=
0,05).
находим по табл.
251
4.2.6. ДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗ В ГЕОЛОГИИ
Свойства
геологических
объектов,
как
и
любой другой
сложной природной системы, обычно зависят от ряда факторов,
обусловливающих их изменчивость. Выявление этих факторов и
оценка степени их влияния на изменчивость (неоднородность)
свойств изучаемых объектов осуществляется с помощью дис­
персионного анализа. Этот статистический метод основан на
следующем принципе: если на случайную величину действуют
взаимонезависимые факторы А, В,
... , D, то общую дисперсию
этой случайной величины cr можно рассматривать как сумму
2
2
2
2
дисперсии cr = cr А + cr 8 + ... + cr 0 •
2
По количеству оцениваемых факторов дисперсионный ана­
лиз подразделяется на одно-, двух- и многофакторный. Каждый
фактор представляет собой переменную дискретную или непре­
рывную
величину,
которая
разделяется
на определенное
число
постоянных интервалов (уровней). Если число замеров изучае­
мой случайной величины на всех уровнях по всем факторам
одинаково, то дисперсионный анализ принято называть равно­
мерным, а если разное- то неравномерным.
Суждение о влиянии определенного фактора или комбина­
ции факторов на изменчивость изучаемой случайной величины
основано на группировке ее замеров по факторам и их уровням
и проверке гипотезы
о равенстве дисперсий, обусловленных
данными факторами, с остаточной (случайной) дисперсией, вы­
званной неучтенными факторами. Если гипотеза отвергается, то
делается вывод, что данный фактор или взаимодействие факто­
ров существенно влияют на изменение изучаемого свойства гео­
логического объекта.
С
помощью дисперсионного
анализа решается
широкий
круг геологических задач:
•
проверяются
гипотезы
о
влиянии
литологических,
пет­
рофизических, геохимических, структурных и других факторов
на локализацию оруденения;
•
выявляются
ческих объектов;
252
элементы
зональности
различных
геологи­
•
определяется влияние способа отбора проб на их досто­
верность и представительность;
•
оценивается влияние ландшафтных условий на интен­
сивность проявления различных поисковых признаков;
•
решается
вопрос
о
влиянии
гипергенных
процессов
на
качество руд;
•
выявляются факторы, определяющие прочностные свой­
ства грунтов и пород и т. д.
При равномерном однофакторнам дисперсионном анализе
случайной величины х относительно фактора А, имеющего
k
уровней, при количестве замеров на каждом уровне, равном
n,
результаты наблюдений обозначаются как X;j, где
блюдения
(i
= 1, 2, ... , п), a j - номер уровня
и записываются в виде табл.
i - номер на­
фактора (i = 1, 2, ... , k),
4.3.
Таблица
4.3
Однофакторный дисперсионный анализ
Уровень фа~nора
Номер изменения
1
2
А1
А2
Х11
Х12
Х21
Х22
n
Xni
Xn2
Групповые средние
:xl
:х2
...
...
...
...
...
...
...
At
X1t
x2t
Xnt
:xk
По этим данным рассчитываются следующие статистики:
1)
общая сумма квадратов отклонений наблюдаемых значе­
ний признака от общей средней х
k
собщ
:
n
= :L:L<xij -х)2;
(4.9)
j=l i=l
2)
факторная сумма квадратов отклонений групповых сред­
них от общей средней, характеризующая рассеяние между груп­
пами:
253
сф.кт
k
= п Icx; -:х)2;
(4. 10)
j=l
3)
остаточная сумма квадратов отклонений наблюдаемых
значений от своей груnnовой средней, характеризующая рассея­
ние внутри групп:
Сост
4)
n
n
n
i=l
i=l
i=l
= I<x;, -х,/ +I<x;2 -:Х2)2 +... + I<xik -xk)2;
( 4.11)
общая, факторная и остаточная дисперсии:
s~ =сост 1k(n -1);
5)
(4.12)
значение критерия Фишера:
(4.13)
Значение критерия Фишера сравнивается с критическим для
заданного уровня значимости а и числа степеней свободы
k- l
и
k(n- l ).
При неравномерном однофакторнам дисперсионном анали­
зе, когда число наблюдений на уровне А 1 равно
А2-
n 2,
на уровне
A k - nk,
n 1,
на уровне
а общее их число равно N
k
= Iп 1 ,
J=l
факторная и остаточная дисперсии находятся по формулам:
2
1 ~ с-)2
Sфакт=
--L...Jnj
xj- х
;
k -1 j=l
(4.14)
(4.15)
254
Остальные операции выполняются как и при равномерном
анализе.
Пример. При изучении гидротермального свинцово-цинкового место­
рождения
цесса
в
гранитах
рудоотложения
высказано
предположение,
что
повлияла степень дорудиого
на
интенсивность
метасоматического
про­
изме­
нения пород. Для проверки этой гипотезы результаты опробования на свинец
по
43
разведочным пересечениям были разделены на три группы: в слабоиз­
мененных (уровень А 1 ), в среднеизмененных (уровень А 2 ) и сильноизмененных
(уровень А 3 ) гранитах.
Расчеты по схеме однофакторнаго дисперсионного
анализа приведеныв табл.
4.4.
Таблица
4.4
Проверка гипотезы о влиянии предрудного метасоматического
изменения гранитов на содержание свинца в руде
Уровни факторов
А1
Номер
замера
Аз
Az
i
х,,
(х,,-х)
(х"-х)'
х,,
(х,, -х)
(х,, -х)'
Х~з
(х,з -:Х) (x,J-
:Х)'
1
1,17
0,56
0,12
2,28
0,13
0,08
1,80
0,01
0,22
2
1,52
0,16
2,46
0,29
0,22
2,38
0,21
0,01
3
4
1,90
0.00
0.00
0,15
0,88
1,08
1.23
2,62
0,49
0,12
1.76
0.03
5
1.54
6
7
0.63
2,30
0.14
1,66
0,14
8
1.32
0,94
10
1,15
0,59
0,13
2,30
11
0,75
1,37
2,60
12
2,49
13
14
2,14
0.32
0,05
0,58
0,96
9
2.03
0.01
0.00
2,91
0.49
0,14
0,59
1,60
0.98
0,10
0,41
0,45
0,77
1.22
2,29
0,09
2,83
0,83
0,31
0,62
1,80
0,01
0,04
2,13
0,04
0,02
0,36
0,04
1,79
2,06
0,02
0,32
1,61
0.02
0,10
0,14
0,04
0,96
0,14
2,23
0,10
0,04
0,00
0,10
3.06
1,86
1.30
0,00
0,17
0.06
0,00
0,40
0,62
0,37
1.76
2,14
0,46
0,03
0,05
1,92
0,00
0,12
0,05
0,02
2,16
0,06
0,01
1,62
0,09
0,66
0,55
2,27
0,12
0,00
1.40
0,27
0.01
0,01
2,73
15
I:
22,63
6,70
4,17
27,89
3,61
3,52
31,83 4,26
2,50
Среднее
х,
= 1,51
х,
= 1,99
х3
= 2,27
255
Расчеты выполняются по следующим формулам.
- - 82,35 = 1 92 .
х' '
43
_6,70+3,61+4,26
42
52
14,57 =
.
0347
42
•
•
общ-
S
2
-
фал-
15(1,51-1, 92) 2 + 14(1, 99-1, 92) 2 + 14(2, 27-1. 92)
2
2
= 2,52+0,07+1,72 = 4,31 =2,155;
2
2
52 = 4,17+3,52+2,50 = 10,19 =О 255 .
ост
40
40
.
•
~= 2,155 =8 45.
s;." 0,255 •
При
о:=
0,01 -
/ 1 = k - 1 = 2, / 2 = N - k = 40
F.P = 5,18.
и о:
= 0,05
значение
F.P = 3,24,
а при
Таким образом, с достаточно высокой доверительной вероятностью
гипотеза об отсутствии
влияния степени метасоматического изменения
гранитов на содержание свинца в руде отвергается и дорудный метасома­
тоз
должен
рассматриваться
как
один
из
ведущих
рудоконтролирующих
факторов.
Вычислительные
операции
при
однофакторнам
диспер­
сионном анализе можно упростить, используя равенство Сост
=
= Собщ- Сфакт·
При двухфакторнам дисперсионном анализе сумма квад­
ратов отклонений от общего среднего разделяется на компо­
ненты, отвечающие двум предполагаемым факторам измен­
чивости -А и В. Если по фактору А выделяется р уровней, а
по фактору В
т=
256
pq,
-
q
уровней, то общее количество групп будет
а исходные данные можно записать в виде табл.
4.5.
Таблица
4.5
ДвухфакторныА днсперснонныА аналю
Среднее
Уровни фактора В
А
...
...
81
...
Вч
XJj
...
XJq
il
81
82
А1
Х11
Х12
А2
Х21
Х:!~
x'!,i
Хщ
i2
А;
xil
Х;2
Xij
X;q
i';
Ар
Xpi
Хр2
...
Xpj
...
Xpq
хр
Среднее
i.l
х.2
...
x.j
...
х.ч
х
Если для каждого сочетания факторов А;В; по
n
наблюдений
(двухфакторный дисперсионный анализ с повторением) в каж­
дую клетку табл.
4.5
помещается
n
блюдение обозначается как X;Jk• где
значений по группам
X;jk , по
значений, то единичное на­
k
= 1,2, ... , . Оценки средних
факторам х; .. и x.J. и общее среднее
х в этом случае рассчитываются по формулам:
-
х.
IJ.
-х.
1..
\
n
n
k=l
= -"'
L... x /}..k;
lfn"'x ..
=qn
L...
j=J t=l
IJ
)Ч_
k
=-"'
L... х .. ;
q
1}
j=J
:х..J. = 1- LL...
~~ x.LIJ• =_!_ ~х
...
L /}
pn
i=J k=J
Р i=J
Общая схема вычисления дисперсий при двухфакторнам
анализе приведена в табл.
4.6.
257
Таблица
4.6
Схема вычисления дисперсий при двухфакторном
дисперсионном анализе
Вид диспер-
Сумма квадратов отклонений
Число степеней
Факторная
по
р
фактору
cl = пqi(x, -:Х)2
р-1
sl2=~
р-1
1=1
А
Факторная
ПО
Дисперсия
свободы
СИИ
~
фактору
С2 =npi<xj -х)
по факторам
q-1
s;=~
-
j=l
в
Смешанная
2
Сз = ff<xv -х,
-:xj +х) 2
(p-l)(q-1)
s; = pq(nсэ-1)
i=l J=l
АВ
Остаточная
р
ч
"
с4 = LLL<xv•- X;j
pq(n-1)
s;=S,_
р-1
1=1 J=l t=l
Общая
р
ч
"
2
с= LLL(Xi}t- :Х)
q-1
npq-1
s2=_c_
npq-1
1:;:1 J=l .t=l
Проверка гипотезы о влиянии на изменчивость изучаемого
свойства
каждого фактора в отдельности
и
их совместного
влияния производится по критерию Фишера:
Полученные значения F-критерия сравниваются с критиче­
ским для заданного уровня значимости и числа степеней свобо­
ды, приведеиного в табл.
4.7.
При Fэмn
> F0
ется. Это означает, что с вероятностью р
гипотеза Но отверга­
= !-а
можно утвер­
ждать, что фактор или взаимодействие факторов существенно
влияют на изменение случайной величины.
Приведеиные схемы дисперсионного анализа основаны
на свойствах нормального закона распределения и предполо­
жении о равенстве дисперсий на разных уровнях одного и то­
го же фактора. Однако F-критерий по выборкам достаточно
258
большого объема устойчив и для совокупностей, умеренно
отклоняющихся от нормальных. Умеренное различие в дис­
персиях
условии
не
является
препятствием
для
его
применения
при
приблизительного равенства объемов выборок
по
группам. Если возможность применения F-критерия все же
вызывает сомнение, то можно
воспользоваться
непараметри­
ческими критериями.
Таблица
Критерий Фишера
F
при уровне значимости а=
4.7
0,05
/1
fz
1
3
5
8
12
16
24
50
1
161,4
215.7
230.2
238,9
243,9
246,5
249,0
251,8
2
18.51
19,6
19,30
19,37
19.41
19,43
19,45
19,47
3
10,13
9.28
9,01
8,84
8,74
8,69
8,64
8.58
4
7.71
6,59
6,26
6,04
5,91
5,84
5.77
5,70
5
6,61
5,41
5,05
4,82
4,68
4,60
4,53
4,44
б
5,99
4,76
4,39
4,15
4,00
3,92
3,84
3,75
7
5,59
4,35
3,97
3,73
3,57
3,49
3,41
3,32
8
5,32
4,07
3,69
3,44
3,28
3,20
3,12
3,03
9
5,12
3,86
3,48
3,23
3,07
2,98
2,90
2,80
10
4,96
3,71
3,33
3,07
2,91
2,82
2,74
2,64
12
4,75
3,49
3,11
2,85
2,69
2,60
2,50
2,40
14
4,60
3,34
2,96
2.70
2,53
2,44
2.35
2,24
16
4,49
3,24
2,85
2,59
2,42
2,33
2,24
2,13
18
4.41
3,16
2.77
2,51
2,34
2,25
2,15
2,04
20
4,35
3,10
2,71
2,45
2,28
2,18
2,08
1.96
22
4,30
3,05
2,66
2,40
2,23
2,13
2,03
\,91
24
4,26
3,01
2,62
2,36
2,18
2,09
1,98
1,86
26
4,22
2,98
2,59
2,32
2,15
2,05
1,95
1,82
28
4,20
2,95
2,56
2,29
2.12
2,02
1,9\
1,78
30
4,17
2,92
2.53
2,27
2.09
1,99
1,89
1,76
50
4,03
2.79
2.40
2.13
1,95
1,85
1.74
1,60
259
4.3. ДВУМЕРНЫЕ
И МНОГОМЕРНЫЕ
СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
4.3.1.
СУЩНОСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕПИЯ
Моделирование геологических образований,
nроцессов
и
явлений как сложных nриродных систем часто обусловливает
необходимость совместного рассмотрения комnлекса их свойств
с целью выяснения общей структуры исследуемого объекта.
Так, nри изучении nолезных искоnаемых
no
керну скважин од­
новременно оnределяют мощность залежи, содержание в ней
nолезных комnонентов и nородообразующих минералов, значе­
ния nористости или другие различные свойства вмещающих nо­
род и руд. При этом в одних случаях изучаемые свойства геоло­
гических объектов nроявляются независимо друг от друга, а в
других
-
между ними могут быть
выявлены оnределенные
взаимосвязи. Наnример, в редкометалльных nегматитах тантал и
ниобий входят в состав только одного минерала
колумбита
ментов
в
тантал­
Та) 2 0 6 . Между содержаниями этих эле­
(Fe, Mn)(Nb,
рудах
-
всегда
отмечается
nрямая
зависимость:
чем
больше тантала, тем больше ниобия, а между их содержаниями
в мономинеральных фракциях
-
обратная. Это объясняется
тем, что в рудах содержания обоих элементов nрямо nроnор­
цианальны концентрациям рудного минерала, а в минерале тан­
тал и ниобий изоморфно замещают друг друга.
Выявление
и
изучение
взаимосвязей
между
значениями
свойств геологических образований способствует более глубо­
кому nониманию особенностей геологических nроцессов и ус­
тановлению факторов, влияющих на эффективность методов ис­
следования геологических и геолого-nромышленных объектов.
В ряде случаев оно nозволяет nолучать количественные оценки
некоторых свойств
no
значениям других, легко оnределяемых
свойств. Так как изучаемые взаимосвязи имеют статистический
характер и nрактически всегда отличаются от функциональных,
для
их изучения
и оnисания
исnользуются двумерные и много­
мерные статистические модели.
260
В двумерной статистической модели объект исследования
рассматривается
как двумерная статистическая совокупность,
а
ее основной характеристикой является двумерная функция рас­
пределения случайных величин Х и У. Между двумя случайны­
ми
величинами
проявляются
стохастические (вероятностные)
связи, когда заданному значению случайной величины Х
=х со­
ответствует не какое-либо значение величины У, а набор ее зна­
чений у 1 , у 2 , ••• , у", каждому из которых свойственна определен­
ная вероятность
Pl• Р2·· .. , Рп·
Любое геологическое явление может быть охарактеризова­
но множеством признаков, поддающихся наблюдению и изме­
рению. Так, магматические горные породы сходного минераль­
ного и химического составов могут обладать некоторыми пет­
рахимическими особенностями, определяющими их специфиче­
скую рудоносность. Эти особенности не поддаются выявлению
с первого взгляда, но могут быть установлены путем статисти­
ческой обработки химических анализов пород. При решении
подобных задач предусматривается совместное рассмотрение
комплекса
изучаемых
признаков,
т.е.
создание
многомерной
статистической модели.
В
качестве
математической
признаков рассматривается
модели
значений
комплекса
многомерная случайная величина,
которая часто называется случайным вектором. Многомерные
модели
подразумевают
вероятность
нормального
статистиче­
ского распределения рассматриваемых случайных величин или
хотя бы возможности их нормализации. К многомерным моде­
лям, используемым в геологии, относят многомерный корреля­
ционный
анализ,
множественную
регрессию,
кластер-анализ
данных, метод главных компонент и др. Поэтому многомерные
статистические описания связей геологических переменных с
последующими оценками степени их взаимозависимостей ис­
пользуются в геологической практике с целью идентификации
(отождествления), дискриминации (разделения), классификации
(группирования) изучаемых объектов или при поисках наиболее
информативных комбинаций признаков для решения прогноз­
ных задач.
261
4.3.2. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ
Примерами корреляционных зависимостей в геологии могут
служить связи
между содержаниями
плотностью руды,
изучаемого
компонента
и
между содержаниями определенных элемен­
тов в породе и ее радиоактивностью, между величиной давления
бурового снаряда на забой и скоростью бурения и т.п.
Между случайной переменной Х, принимающей значения
х 1 , хъ ... , Xm и У, принимающей значения
корреляционная
зависимость,
если
Yl•
У2· .•• ,
каждому
Ym
существует
значению
незави­
симой переменной Х соответствует некоторое распределение У,
причем
с
изменением х;
закономерно
изменяются
математиче­
ские ожидания у; этих распределений.
По тесноте различают связь сильную, среднюю и слабую,
по характеру
прямую (с увеличением одного параметра воз­
-
растает значение другого) и обратную (с ростом значения одно­
го падает значение дРУI'Ого); по форме- линейную и нелиней­
ную. Изучение корреляционных зависимостей проводится таб­
личным, графическим и аналитическим методами.
При табличном изучении корреляционных связей зависи­
мость между величинами Х и У задается двумерной таблицей
распределения или корреляционной решеткой. Таблица распре­
деления составляется тем же способом, что и ряды распределе­
ния, но здесь следует разносить каждую пару данных одновре­
менно по классам значений х; и у;. На основе данных таблицы
распределения
можно
сделать
вывод о
характере
зависимости
между Х и У. Однако ясного ответа на вопрос о силе и форме
связи таблица не дает.
Графическим изображением совокупности всех пар значений
(х; и у;) является множество точек плоскости, образующих поле
корреляции (рис.
4.3).
Поле корреляции также не дает четкого
представления о характере зависимости между Х и У. Более четко
эта зависимость проявляется при построении графика зависимо­
сти между значениями х; и переменной Х или средними значе­
ниями у; и переменной У. Такой график дает наглядное представ­
ление о зависиl\юсти между величинами Х и У и позволяет делать
выводы о характере и форме зависимости (рис.
262
4.4 ).
б
а
у
у
•
•
••• •
• ••• •
•••
•••
•
• •
•
• ••
• ••
• •• •
• • ••
•
о
Рис.
4.3.
•••
••
о
х
х
График значений пар случайных величин х,у:
а- с положительной корреляцией; б- с отрицательной корреляцией
1
1
80
60
40
20
v
/
v
/
/
/
v
./
1
о
40
80
120
160
200
240
280
х
Рис. 4.4. Эмnирическая линия регрессии У= /(х)
Наиболее полный метод изучения корреляционных зависимо­
стей
-
аналитический, состоящий в установлении числовых пока­
зателей меры и формы зависимости между Х и У. Основными из
них являются корреляционное отношение и коэффициент корреля­
ции.
Корреляционным отношением
ii
называется отношение ме­
ры рассеяния условных средних зависимостей переменной к мере
рассеяния всех значений переменной, т.е.
ii
= cr(y;) 1 cr(y) (где у­
значения, принимаемы~ зависимой переменной; у;
-
условные
средние, соответствующие значениям х;). По выборочным дан­
ньtм вычисляется выборочное корреляционное отношение:
Т\
= S(y;) 1 S(y).
(4.16)
263
Значение
11
изменяется от О до
1.
Равенство
=О
11
является
необходимым и достаточным условием отсутствия корреляци­
онной зависимости. При
11 = 1 корреляционная
связь переходит
в функциональную.
Коэффициент корреляции вычисляется по формуле:
r=
I(x; -х)(у;- у)
(n-1)S(x)S(y)
(4.17)
.
Коэффициент корреляции изменяется от
зависимость прямая, при
r<О
до
-1
+ 1.
зависимость обратная,
При
r>О
r =О
сви­
детельствует об отсутствии линейной связи, но еще не является
полным доказательством независимости Х и У. При
lrl
= 1 меж­
ду Х и У устанавливается линейная функциональная зависи­
= ах
мость вида у
= lrl
11
+ Ь. Доказано, что всегда 11 ~
lrl·
Равенство
имеет место только тогда, когда зависимость междуХ и
У линейная, т.е. это равенство может служить простейшим кри­
терием линейности зависимости между Х и У. Более строгим
критерием
(k
=11 2 -
связи является критерий t = k 1 sk
мера криволинейности; sk- ошибка определения ве-
линейности
r2 -
личины k, вычисляемая по формуле: sk
Если taмn
< ta.
=~k +е(2-ТJ 2 - r 2 ) t..f;,).
то связь может быть признана линейной. Последо­
вательность вычислительных операций при определении коэф­
фициента корреляции показана на примерах.
Пример
1.
Результаты анализа
15
проб Ковдорекого месторождени.11
на Feoбw и Р 2 0, (значении Х и У) приведсны в табл.
4.8.
Необходимо уста­
новить, существует ли линеАнаи связь между содержаниими компонентов
в руде.
Таблица
4.8
Схема обработки данных
Номер
Х;
у;
Х;-Х
у;- у
21,0
26,0
24,0
6,0
9,4
7,3
-3,0
2,0
0,0
-2.1
1,3
(Х;- J:)2
(.v;- у)2
(х;-х)(у;- у)
9,0
4,0
0,0
4,41
1.69
0,64
6,3
2,6
0,0
п/п
1
2
3
264
--0,8
Окончание табл.
Номер
Х;
Х;-Х
у,
у;- у
4.8
(х;- х) 2
(у;- у)2
(х;-х)(у;-у)
1,0
4,0
0,64
0,8
2,56
3,2
nln
4
25,0
8,9
1,0
0,8
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
22,0
6,5
-2,0
-1,6
23,0
7,2
-1,0
--0,9
1,0
0,81
0,9
0,0
0,25
0,0
1,0
1,21
I:
24,0
7,6
0,0
--0,5
25,0
22,0
9,2
6,9
1,0
1,1
-1,2
4,0
1,44
1,1
2,4
27,0
10,5
2,4
9,0
5,76
7,2
-2.0
3,0
24,0
7,9
0,0
--0,2
0,0
0,04
0,0
23,0
7,4
-1,0
--0,7
1,0
0,49
0,7
25,0
9,2
-1,0
1,1
1,0
1,21
1,1
23,0
7,6
-1,0
--0,5
26,0
9,8
2,0
1,7
1,0
4,0
0.25
2,89
0,5
3,4
360,0
121.4
40,0
24,29
30,2
Расчеты. х
= 360 1 15=24.0: у = 121.4 1 15 = 8,1; S(x) = .J40/14 = 1,69;
S(y)= 1,32;r.IJ.=30,2/(14·1,69·1,32)=0.97.
Для вычисления корреляционного отношения необходимо
сгруnnировать исходные данные по значениям независимой nе­
ременной и nрименить формулу
(4.16).
Для расчетов удобнее
nользоваться следующими формулами вычисления квадратич­
ных отклонений:
Расчет корреляционного отношения (по данным табл.
nриведен в табл.
4.9. TaJC
как nолученные значения
4.8)
r и 11 близки
к единице, то можно утверждать, что связь между содержания­
ми элементов Х- Fоощ и У- Р2 0 5 в изучаемых рудах тесная, ли­
нейная.·
265
Таблица
4.9
Схема расчета корреляционного отношения
Xi
Содержание у,
1:yi
ni
Yi
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
27,0
6,0
6,5; 6.9
7,2; 7,4
7,3; 7,6; 7.9
8,9; 9,2; 9,2
9,4; 9,8
10,5
6,0
13.4
22,2
22.8
27,3
19,2
10,5
1
2
3
3
3
2
1
6,0
6.7
7,4
7,6
9,1
9,6
10,5
Расчеты. Сумма
S(y) = 1,32
2
yi = 1006,6; S(yi) =
(вычислено ранее); ТJ
Мерой рассеяния r и
11
у,'
y;n;
36.0
44,9
54,8
57,8
82,8
92,2
110,2
36,0
89,8
164,4
173,4
248,4
184,4
110,2
~(1 000,6 1 15)- 8,1 2 = 1,22;
= 1,221 1,32 = 0,92.
служат их основные ошибки, вычис­
ляемые по формулам:
Значимость коэффициента корреляции может быть прове­
рена и по таблице критических значений коэффициента корре­
ляции для различных объемов выборки и принятых уровнях
значимости (табл.
4.10)
Таблица
4.10
Крит11ческие значения коэффициента корреляции
f
го
4
5
6
7
8
9
0,81
0,75
0,71
0,67
0,63
0,60
nример
f
10
11
12
13
14
15
2.
Го
0,58
0,55
0,53
0,52
0,50
. 0,48
55.
значимым.
266
го
f
го
0,47
0,46
0,44
0,43
0,42
0,38
30
35
40
45
50
60
0,35
0,32
0,30
0,29
0,27
0,25
f
70
80
90
100
Го
0,23
0,22
0,21
0,1
На основании обработки даttньtх nолучено значение коэффи­
циента корреляции. равное
ло равно
f
16
17
18
19
20
25
0,80.
Количество nроб. nодвергнуrых анализу, бы­
Оnределить. является ли полученный коэффициент корреляции
При
n = 55
находим го.оs
= 0,26.
Полученное значение г
больше
= 0,80
табличного, что nодтверждает значимость вычисленного коэффициента. Ос­
новные ошибки коэффициента корреляции и корреляционного отношения nо­
зволяют
оnределить
метров г и
доверительные
интервалы
для
соответствующих
nара­
11:
г-r.S,~r~г+r.S,;
Пример
3. Оnределим доверительный интервал коэффициента корреля­
= 0.80 и S, = 0,05, а= 0,05.
Имеем: 0,80-1,96 · 0,05 ~г~ 0,80 + 1,96 · 0,05, или 0,70 ~г~ 0,90.
ции, если г
Множественная корреляция. Корреляция двух случайных
величин Х и У- частный случай более распространенных в ок­
ружающей нас действительности явлений множественной кор­
реляции, когда изменение одной из переменных зависит от из­
менений множества других.
При
исследовании таких
связей
возникают две существенно отличные друг от друга задачи:
1)
определение тесноты связи между парам и факторов, ко­
гда влияние других исключено;
2)
определение тесноты линейной зависимости между одним
из факторов (функцией) и всеми остальными (аргументами).
Показателем,
характеризующим
тесноту
линейной
связи
между двумя признаками Х и У, когда влияние других факторов
исключено,
является
трех факторов Х, У,
Z
частный
коэффициент корреляции. Дл)f
могут быть вычислены следующие коэф­
фициенты корреляции:
•
взаимодействие между х и у при фиксированном
z(4.18)
•
взаимодействие между х и
r.,>,=
~
...
2
2
z при фиксированном у (4.19)
( 1- rХ) )(1- ry)
267
взаимодействие между у и
•
z nри фиксированном х (4.20)
Значимость частных коэффициентов корреляции оnределя­
ется аналогично nарным. Рассмотрим это на nримерах.
Пример
1.
В результате обработки данных анализа
лических руд на элементы Х, У,
х
50
проб полиметал­
Z получены следующие статистики:
= 1,00; у= 30,0; z = 10,0; S(x) = 0,50; S(y) = 10.0;
S(z) = 5,0; rs:y= 0,60; r,:= 0,80; r_., = 0,70.
При
n = 50
и r0 д1
= 0,28
полученные коэффициенты ивлиютс.11 значимы­
ми. При этом частные коэффициенть1 коррел.11ции будут равны:
r
=
s:y.z
r
0,60-0,80·0,70
~(1-0,60 2 )(1-0,70 2 )
=О
07 ;
'
=
0,80-0,60·0,70
=О
67 ;
Jo-o.60 2 )(\-0,70 2 )
•
=
0.70-0,80·0,60 =046
Jo-0,60 2 )(1-0,80 2 )
••
.с.у
r,, .•
Коэффициент корреляции между Х и У пplt закрепленном
Z стал
незни­
чим, т.е. свизь между ними обусловлена взаимодействием содержаний этих
элементов с содержании ми
Z
Z.
Свизь между содержаниими элементов У и
Z,
Х и
стала слабее, чем без закреплени.11 содержаний третьего элемента, но оста­
лась значимой.
Показателем тесноты связи между одним из факторов и все­
ми остальными является коэффициент множественной корреля­
ции. Для зависимостиХ от У и
R
х
где
268
Z он
вычисляется по формуле:
=
Rx- nоложительнос
(4.21)
число, изменяющееся от О до
1.
Равенство
Rx
=О
свидетельствует об отсутствии линейной
связи междуХ и остальными переменными; при
Rx = 1 связь
ли­
нейная функциональная. Множественный коэффициент корре­
ляции всегда меньше соответствующих парных коэффициентов
корреляции: Rx ~
lr,,.l; Rx ~ lrxzl· Значимость коэффициента мно­
жественной корреляции определяется с помощью табл.
f = n -т- 2,
Пример
2.
где т
-
4.10
при
число признаков.
Оnределить множественный коэффициент корреляции для за­
висимости элемента
Z
от элементов Х и У. исnользуя данные nредыдущего
nри мера.
R = 0,60 + 0,80 -2 ·0,60 · 0,80 ·О, 70 =О _
82
•
1-0,70 2
2
Так как Гэмп
2
= 0,85 >
rщ"(45), равного
0,29,
то nолученное значение
множественного коэффициента корреляции следует nризнать значимым.
Статистики связи для порядковых и качественных при­
знаков. В горно-промышленной геологии встречается немало
задач, в которых необходимо оценить тесноту зависимости ме­
жду
признаками,
не
поддающимися
количественному
измере­
нию, например, между двумя элементами, содержания которых
оценены значениями не обнаружено, следы,
< 0,00 1,
или устано­
вить, есть ли связь между ориентацией магнитной аномалии
(меридиональная, севера-восточная, широтная, северо-западная
и т.п.) и природой возмущающего объекта (рудная, нерудная).
В первом случае рассматриваются два признака, каждый из
которых может быть упорядочен по своим значениям, т.е. рас­
положен в порядке возрастания или убывания этих значений. Во
втором случае возможно только сгруппировать объекты изуче­
ния по принадлежности к той или иной качественной группе
(ориентировке, рудоносности). Мерой связи для зависимостей
первого нида является показатель корреляции рангов р, для вто­
рого- коэффициент взаимной сопряженности
k.
Корреляция рангов. Совокупность будет называться ран­
жированной, если пронумеровать объекты, упорядоченные по
какому-либо признаку.
269
Пример
l.
В результате анализа шести nроб гранодиоритов nолучены
следующие значения содержаний элемента А (%):
0,7; 0.5; 0.6; 0,2; 0.4; 0,8.
Расnоложив их в nорядке возрастания и nронумеровав, nолучим ранжирован­
ную совокуnность:
содер.жание
ранг
содер.жание
раиг
0,2
0,4
0,5
l
2
0.6
0,7
0,8
4
3
5
6
Если среди объекrов есть несколько, обладающих одним и тем же значе­
нием nризнака Х (численным или качественным), то их nредварительно рас­
nолагают один за другим, а затем каждому nрисваикают ранг, равный средне­
му арифметическому их nредварительных рангов.
Пример
0,3; 0,1; 0,4; 0,6; 0,2; 0,3; 0,5;0,3; 0,4; 0,6 расnо­
0,2; 0,3; 0,3; 0,3; 0,4; 0.4; 0,5; 0,6; 0,6. Так
как значение 0,3 занимает 3. 4 и 5 места, то ранг дпя 0,3 оnределим равным (3 +
+ 4 + 5) 1 3 = 4. Аналогично для значения 0,4 ранг будет равен (6 + 7) 1 2 = 6,5,
а для 0.6- 9,5. Окончательно ранжированная совокуnность будет иметь вид:
2.
Совокуnность
ложим в nорядке возрастания: О, l;
признак
ранг
признак
ранг
0,1
0,2
0,3
0,3
0,3
1
2
4
4
4
0,4
0,4
0,5
0,6
0,6
6,5
6.5
8
9,5
9.5
Теснота связи для порядковых признаков характеризуется
показателем корреляции рангов, который определяется по фор­
муле:
(4.22)
где
d-
разность между рангом признака Х и рангом соответст­
вующего ему признака У;
n
-объем совокупности (число пар
значений х; и у;).
Показатель корреляции рангов изменяется в пределах
Как и в случае линейной корреляции, при р
признаками отсутствует, а при
чение р
>
р
= ±1
1~ р
~
1.
связь между
-функциональная. Зна­
О свидетельствует о прямой зависимости между изу­
чаемыми признаками, р <О- обратной.
270
=О
Пример
nробах nород
3. В табл. 4.11 nриведсны содержания элементов А и В в десяти
no данным nолуколичественного сnектрального анализа. Оnре­
делить тесно1)' связи между содержания ми изучаемых элементов.
Таблица
4.11
Исходные данные и схема вычислениА
Содержание
Взвешенный ранг
Ранг
Разнос1ъ рангов
элементов
А
в
Rл
Rн
R"л
R"8
lal
а:
Не обн.
Следы
0,001
0,001
0,001
Следы
1,5
9,5
4,0
7,0
1,5
4,0
7.0
9,5
4,0
7.0
4,0
7,0
4,0
4,0
1,5
1,5
7,0
9,5
7,0
9,5
6,25
6,25
Следы
3
6
4
2,5
2,5
Следы
1
9
3
6
2
4
7
10
Не обн.
Не обн.
Следы
Не обн.
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
Следы
0,001
5
8
5
1
2
7
9
8
10
о
о
3,0
9,0
о
о
2,5
6,25
о
о
о
о
3,0
2,5
9,0
6,25
43,00
Сумма
Коэффициент ранговой корреляции р
= 1 - [6-43,0/10( 100- 1)] = 0,74.
Распределение коэффициента ранговой корреляции близко
к нормальному с основной ошибкой Sp = 1/ .J(n- 3) . Оценка зна­
чимости р проводится методами, аналогичными оценке обычно­
го коэффициента корреляции г.
Пример
4. Оценить значимость коэффициента ранговой корреляции. nо­
лученного в nредыдущем nримере. Примимаем а= 0,05; Sp = I/,j(I0-3) =
= 0,38; t = 0,74 1 0,38 = 1,95. Так как t, .. п < to.os = 2,37, то говорить о нали­
чии связи между элементами нет оснований, хотя таковая, возможно, н су­
ществует (малое количество данных, слишком велика доnустимая случайная
ошибка).
Коэффициент взаимной сопряженности. Рассмотрим за­
висимость между двумя качественными признаками А и В, ко­
торые принимают следующие значения: А 1 , А 2 , ... ,
Am
и В 1 , В 2 , ... ,
В 1 • Мерой зависимости между А и В будет коэффициент взаим ..
ной сопряженности, вычисляемый по формуле:
271
К=
где К
(4.23)
n.j(m-1)(/-1)'
коэффициент взаимной сопряженности;
-
проб; т- число градаций признака А;
знака В; Х
2
= L(nu- nij ) 2 1 nu; nu -
l-
n -
число
число градаций при-
эмпирические, а
nij -
теоре­
тические частоты появления объектов, обладающих значениями
признаков А; и В1 .
Пример. Оnределить тесноту связи между характером возмущающего
объеtn"а магнитной аномалии (nризнак А) и характером гравитационного nоли
(nризнак
Признак А nринимает значении: А 1 неруднаи аномалии. А~ 8 1 - отрицательные значении, 8 2 - стуnень, 8 3 - nоло­
жительные значении nриращениА силы тяжести. Результаты изучении 100 уча­
8).
рудная. Признак В:
стков выглядит следующим образом:
А1
А~ п1
8 1 25 5 30
82 20 20 40
8 3 5 25 30
n; 50 50 100
Дли вычислении коэффициента взаимной соnряженности целесообразно
составить всnомогательную таблицу (табл.
4.12).
Таблица
Расположение признаков для вычисления коэффициента
взаимноА сопряженности
Градации
Al
А2
nв
25
15
10
20
20
5
15
30
nризнака
81
82
Вз
272
20
20
о
о
5
15
25
15
10
50
-10
пА
-10
50
40
30
100
4./2
В табл.
4.12
во второй и третьей графе для каждого признака записывают
по три числа: эмпирическую частоту, теоретическую частоту и разность меж­
ду эмпирическими и теоретическими частотами. Теоретические частоты оп­
ределяются по формуле nu
= (n; · nj) 1 n, где n - общее число данных. Напри­
8 1 теоретическая частота равна п 11 =(50· 30) 1
строки признака 8 2 n 21 = (50·40) 1 100 = 20 и т.д. Если
мер, для второй строки признака
1 100 = 15;
для второй
сумма разностей теоретических и эмпирических частот по строкам и графам
равна нулю. то вычисления проведены правильно. Далее определяем значение
10 2 0 2 -10 2 -10 2 0 2 10 2
=15+
+15+15+
+15=26,68 и коэффициент взаимной со20
20
пряженности по формуле (4.23):
Х
2
26,68
= 0.43.
IOO.j(3-1)(2-l)
К=
Значимость коэффициента взаимной сопряженности оценивается с по­
2
мощью таблицы значений Х (табл. 4.13) при имеющемся числе степеней сво­
боды/= (т- 1)(1- 1). В нашем случае!= (2- 1)(3- 1) = 2 и X~m = 5,99. Вычисленное значение
xf)_111
больше табличного и можно утверждать, что между
характером возмущающего объекта и характером гравитационного поля су­
ществует определенная связь.
Таблица
4.13
Значения критерия 1.1
Число cтenelieil свободы/
Уровень
значимости
0,20
0,10
0,05
0,01
1
2
3
4
5
6
7
1,642
2.706
3,841
6,635
3,219
4,605
5,991
4,642
6,251
7,815
9.210
11.341
5,989
7,779
9,488
13,277
7,289
9,236
11.070
15,086
8,558
10,645
12,592
16,812
9,803
12,017
14,067
18,475
4.3.3. РЕГРЕССИВНЫЙ АНАЛИЗ
Коэффициент корреляции и корреляционное отношение по­
зволяют установить характер и тесноту связи между случайны­
ми переменными. Однако, не менее важным, а часто и необхо­
димым
для
исследователя
является
математическое
описание
273
установленной зависимости,
позволяющее анализировать изу­
чаемое явление. Для этого используют регрессивный анализ, ко­
торый включает в себя три этапа: выбор формы зависимости
(типа уравнения); вычисление коэффициентов выбранного урав­
нения; оценка достоверности полученного уравнения.
Рассмотрим, прежде всего, регрессию двух переменных: Х и
У. Уравнением регрессии У по Х называется уравнение вида
у
=j{x),
устанавливающее зависимость между значениями неза­
висимой Х и условными средними зависимой переменной У. По
виду различают линейные и нелинейные уравнения связи. Ре­
шению вопроса о форме связи и выборе типа уравнения должны
предшествовать тщательный анализ поювателей тесноты и ха­
рактера связи, а также графика эмпирических зависимостей и
физической сущности изучаемого явления.
Линейная регрессия. Если коэффициент корреляции зна­
чим и близок к корреляционному отношению, а график эмпири­
ческой зависимости близок к прямой линии, то зависимость ме­
жду Х и У- линейная и выражается уравнением:
у= ах+ Ь.
(4.24)
Из аналитической
геометрии известно, что
коэффициент
при независимой переменной Х есть тангенс угла наклона пря­
мой к положительному направлению ОХ, т.е. а
= tgq>.
Этот ко­
эффициент характеризует скорость изменения зависимой пере­
менной у при изменении переменной х. Положение прямой при
различных значениях
q>
показано на рис.
Коэффициент Ь
4.5.
начальная ордината, определяет значение у при х
= О.
-
Графиче­
ски это отрезок, отсекаемый прямой на оси У.
Один
из
простых
способов
вычисления
уравнения регрессии (не только линейной)
-
коэффициентов
метод наимень­
ших квадратов. Сущность метода в том, что наилучшим счита­
ется то положение линии регрессии, при котором сумма квадра­
тов отклонений эмпирических точек по ординатам от теоретиче­
ских (расчетных) является минимальной.
274
у
Рис.
4.5.
у
Графики линейной зависимости при различных ер
Значения а и Ь оnределяются из систем нормальных урав­
нений
(4.25)
где
суммирование
ведется
no
всем
значениям
х;.
Вычисле­
ние коэффициентов системы удобно nроводить в форме таб­
лицы.
Пример. Рассчитать параметры дпя составления системы нормальных
уравнений по данным первой и второй графы (табл.
4.14 )
Таблица
4.14
Параметры и схема расчета нормальных уравнений
Х;
n,
х,
n,
х,2 n,
У.
y,n;
0.01
0,08
1,1
1,1
0,11
1,7
3,4
0,68
2,4
7,2
2,16
0.1
0,2
2
0,1
0,4
0,3
3
0,9
0,27
1
У.
х,
n,
0,4
3
1,2
0,48
2,6
7,8
3,12
0,5
3
1,5
0,75
12,3
6,15
0,6
0,7
2
0,72
0,49
9,2
5,52
1
1,2
0,7
4,1
4,6
5,5
5,5
3,85
Сумма
15
6,0
2,80
22,0
46,5
21,59
275
Согласно полученным данным, имеем:
ба
15Ь
+
2,80а
= 46,50;
+ 6Ь = 21.59.
Разделим каждое из уравнений на коэффициент при а. Получим эквива­
лентную систему:
а+ 2.50Ь
= 7,75;
а+2.14Ь=7,70.
Вычитая из первого уравнения второе, получим 0,36Ь = 0.05, откуда
= 0,14. Подставляя значение Ь в первое уравнение, получим а= 7,75-2,50 +
+ 0,14 = 7,40. Уравнение регрессии у по х имеет вид у= 7,4х + 0,14. По этому
Ь
уравнению можно для каждого значения х;определmъ расчетное (вероятное) зна­
чение У; (табл.
4.15):
Таблица
У;
0,1
1,1
0,2
1,7
У;
0,9
1,5
Х;
0,3
2,4
2,4
4. 15
0,4
2,6
0,5
4,1
0,6
4,6
0,7
5,5
3,1
3,8
4,6
5,3
Как видно, теоретические значения у; близки эмпирическим.
Аналогично решаются системы линейных уравнений с любым числом
неизвестных. но объем вычислительной работы при этом возрастает.
Если систему уравнений
(4.25)
ния подставить в уравнение прямой
=
а(х- х
решить в общем виде и найденные значе­
(4.24),
то оно приводится к виду у- у
=
), где а= rt.S(y)] 1 S(x), откуда следует. что коэффициент корреляции
не только служит мерой тесноты линейной связи, но и может быть основой
для составления уравнения линейной регрессии:
- =
у- у
rS(y)(
- - х- -)
х
.
Для данных табл.
r = 0,96.
: 0,17)
(4.26)
S(x)
4.14
получено: х
= 0,4;
у=
3,1; S(x) = 0,17; S(y) = 1,31;
3,1 = 0,96 (1,31 :
Уравнением линейной регрессии у по х будет: у-
(х-
0,4)
или окончательно у= 1,4х
+ 0,14,
т.е. полученное уравнение
совпадает с вычисленным ранее.
Нелинейнан регрессия. Если r (коэффициент корреляции)
и
11
(корреляционное отношение) существенно различаются, то
корреляцию следует считать нелинейной, а линию регрессии
-
отличной от прямой. Подбор уравнения связи определяется ви-
276
дом эмпирической линии регрессии и анализом изучаемого яв­
ления. Выбор уравнений нелинейной регрессии весьма обширен
(рис.
4.6).
1.
Приведем некоторые из них.
Полином второй, третьей и более высоких степеней:
2
у =ах + Ьх + с; у =ах3 + Ьх + сх + d и т.д.
2
2.
Гиперболические кривые:
у =а
1 х + Ь; у = 1 1 (а + Ьх).
Вычисление коэффициентов уравнений регрессии произво­
дится методом наименьших квадратов. Число нормальных урав­
нений равно числу определяемых
параметров. Составляются
они аналогично составлению нормальных уравнений для пря­
мой. Так, для многочлена 2-го порядка система нормальных
уравнений б у дет иметь вид:
aix; n; +bLx;n; +сп;= LY;n;;
2
2
= LX;Y;n;;
2
2
а Ix:n; +Ь Ixin; +с LX; n; = LX; y;n;.
(4.27)
aixin; +bLx; n; +cix;n;
Уравнения гиперболического вида у
= а/х + Ь (х '# 0) легко
приводятся к линейному у= a.t 1 + Ь, где х 1
=
1/х и система нор­
мальных уравнений имеет вид:
а
б
у
х
~--------------~
Рис.
в
у
4.6.
у
х
х
Графики параболической (а), гиперболической (б) и показатель­
иой (в) функций
277
(4.28)
В ряде других случаев уравнение нелинейной регрессии удает­
ся nривести к линейному виду (линеаризировать). Если уравнение
у= аЬх nрологарифмировать и обозначить
то оно nриводится к виду у= а 1
+ Ь 1 х, т.е.
lgy =у, \ga
= а 1 , Igb = Ь 1 ,
к линейному виду.
Множественная регрессия. Уравнение, устанавливающее
зависимость между одним из nризнаков х 1 (функцией) и не­
сколькими другими х 2 , х 3 , ... , Xm (аргументами), называется урав­
нением множественной регрессии. В общем случае его можно за­
nисать в виде х 1
=f
(х2 , х3 , ... , Хт). Различают линейную и нелиней­
ную множественную регрессию. В случае линейной зависимости
уравнение регрессии имеет вид:
(4.29)
Этому уравнению соответствует так называемая гиnерnло­
скость, т.е. nлоскость т-мерного nространства.
Для уравнения вида
z = Ь1 + Ь2х2 + Ь 3у,
т.е. когда
z есть
функ­
ция двух независимых nеременных, nолучают обычную nлос­
кость в трехмерном nространстве, коэффициенты которой ь\' ь2 и
Ь 3 могут быть вычислены тем же методом наименьших квадратов.
Уравнения линейной регрессии для двух независимых nе­
ременных (х, у) можно заnисать в виде:
z- z = А(х- х) +В( у- у),
где
А=
'xz - rX\.r,.,
. .
В=
r,.,- rXIrи
.
2
1-r~.
1- 'r:o·
278
S(z) .
S(x)'
S(z)
S(y)
.
(4.30)
Пример. В результате статистической обработки данных анализа
100
nроб nолиметаллического месторождении nолучены следующие статистики
= 2,0; S(x) = 2,0; Z.ty = 0,50;
z = 10,0; S(z) = 10,0; гr- =0,60.
дли трех элементов: х
0,65;
Требуется составить уравнение регрессии
= 30,0; S(y) = 10,0; Z.ty =
у
z no х и у.
Коэффициенты уравнении регрессии А и В равны:
А= 0,65-0,50 · 0,60 . .!_Q = •
1-0,50 2
В
2 35 ;
2
= О, 60 - О, 65 · О, 50 . .!.Q =О, 37 .
1-0,50 2
10
Подставлии зти значении в уравнение
(4.30),
nолучим
z =2,35х + 0,37у- 5,80.
Уравнение регрессии позволяет вычислить теоретические
(вероятностные) значения зависимой переменной по задан­
ньiм значениям независимых переменных в области их при­
менения. В отдельных случаях, после тщательного анализа
сущности
изучаемого
явления,
допускается
некоторая
экст­
раполяция.
Оценка полученной зависимости. Для оценки достовер­
ности
получаемого
уравнения
можно
пользоваться
критерием
разностного ряда.
Пример. Рассмотрим этот критерий дли nолученного ранее уравнении
у= 7,4х
+ 0,14 (табл. 4.16)
Таблица
у
.12
д
у,
у,
у,
д
1
1.10
1,17
2.40
2,60
0,88
1,62
2,36
3,10
.1 = 0,3017
t
= .:l .J;,
0,22
0,08
0.04
-0,5
0,0484
0,0064
0.0016
0.2500
4.16
.12
1
4,10
4,60
5,50
3,84
4,58
5,32
Итого
0,26
0,02
0.18
0,30
0,0674
0,0004
0,0324
0,4066
=0,043; S(L1) = ~0.406617 -0.043 2 = 0,237;
1 S(Ll)
=0,043 .J1
1 0,237
= 0.45. ''""О> fo.ns (6) = 2,45,
т.е. различие сравниваемых рядов несущественно.
279
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕИНЫХ
4.4.
ПЕРЕМЕННЫХ
4.4.1.
ПОЛЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ
При изучении строения земной коры разведуемого или раз­
рабатываемого месторождения геолога, горняка и обогатителя
интересунJт
не
только
средние
характеристики
изменчивости
и
взаимосвязи наблюдаемых параметров, например, концентраций
компонентов, но и закономерности их пространствеиных измене­
ний в исследуемых объемах недр. Статистические модели для
этих целей непригодны, поскольку любой статистический показа­
тель отражает лишь средний уровень изменчивости изучаемого
свойства, независимо от пространствеиного размещения пунктов
опробования, в то время, как закономерности их пространствен­
иого размещения могут оказаться абсолютно различными, что
иллюстрируется схематическими графиками на рис.
4.7.
Следует также помнить, что статистические характери­
стики обеспечивают объективные оценки уровня наблюдае­
мой изменчивости признака только в случаях, когда выбо­
рочные данные представляют собой совокупность независи­
мых случайных величин. Указанные недостатки статистиче­
ских методов в определенной мере устраняются с помощью
математического
моделирования
полей
геологических
при­
знаков на основе современных математических признаков.
б
а
С, г/т
12
10
8
8
6 Ff---\-j~-+/1..\---f-~r-t-"~- С ер
4
2
6
4
7
...............
..
0~~~~~~~--~
26810
Рис.
а
-
280
4.7.
20
30
40м
Графики изменении параметров по золотоносной жиле:
содержание золота; б
-
мощность жилы
тер
Полем геологического признака называется
пространство
недр (или часть его), каждая точка которого характеризуется
значением геологического показателя (признака).
Такое определение аналогично понятию скалярного поля в
математике. Если с пространством недр связана прямоугольная
z.
система координат, то каждая ее точка имеет координаты х, у,
Поле геологического признака
и считается заданным, если в
каждой точке пространства задана функция и
=j(x, у,
z).
Ясно,
что в одной и той же части пространства могут быть определены
несколько функций для различных геологических показателей.
Наряду с трехмерными полями геологических признаков будем
также рассматривать двумерные и одномерные поля. Например,
мощность рудной залежи т есть функция двух координат
т
-
=f(x,y).
В зависимости от природы свойства недр, характеризующе­
го показатель и, всегда можно указать возможные значения, ко­
торые может принимать данная переменная. Как правило, чи­
словые значения признака и могут изменяться непрерывно в не­
котором промежутке. Например, содержание полезного компо­
нента, измеренное в процентах, может иметь значения от О до
100.
Нижняя граница интервала может отличаться от нуля, если
речь идет о бортовом содержании.
Для более полного описания свойств недр, наряду с полями
признаков,
возможные значения
которых
непрерывны,
полезно
ввести в рассмотрение поля геологических признаков, которые
могут обладать лишь конечным числом значений. В простейшем
случае число возможных значений равно двум. В связи с описа­
нием таких полей важное значение имеет понятие индикаторной
переменной
l(x,
у,
z)
(или просто индикатора), которая принима­
ет два возможных значения -О и
\.
Обычно индикатор связывается с одним из показателей не­
прерывного типа следующим образом:
_ {l при f(x, y,z) ~ио;
lu(x,y,z)-
0
при f(x,y,z)<и 0 •
(4.3 l)
281
Геометрический смысл индикатора
дующем. Пусть, и=
нента,
ио
-
j(x,
у,
z)-
lu
заключается в сле­
содержание основного компо­
минимальное промышленное содержание. Тогда
область недр, в каждой точке которой среднее значение индика­
тора
lu
равно единице, будет отвечать балансовым запасам. При
изменении технико-экономических условий значение ио также
изменится, а это, в свою очередь, приведет к преобразованию
поля индикатора
lu.
Аналитические операции над переменной
lu
позволяют установить в рассмотренном примере контуры ба­
лансовых запасов.
При исследовании месторождения поля геологических при­
знаков неизвестны. Геологоразведочные работы позволяют ус­
тановить числовые значения показателя иk
ниченном числе точек
Mk
=j(хк.,
Ук..
Zk)
в огра­
по результатам прямых измерений
(опробования). В общем виде основная задача при изучении
свойств
месторождения
полезного
ископаемого
может быть
сформулирована следующим образом: по известным значениям
показателя иk в конечном числе пунктов опробования восстано­
вить значения.
В такой постановке математическим аналогом является
задача интерполяции функции. Результатом ее решения будет
математическая
и=
f(x,
у,
z).
модель
поля
геологического
признака
Такая модель всегда будет приближенной, так
как, с одной стороны, результаты опробования сопровожда­
ются погрешностями, а с другой
процедура
сопровождается
-
любая интерполяционная
методическими
погрешностями.
Соотношение между этими двумя типами погрешностей мо­
жет быть различным. В некоторых случаях разумно пренеб­
речь техническими погрешностями опробования при выборе
метода интерполяции.
Итак, для того чтобы построить математическую модель
поля геологического признака, необходимо использовать соот­
ветствующий метод интерполяции. К настоящему времени
в
прикладной математике разработано большое число интерполя­
ционньiх методов применительно к различным
ньiх областей науки и техники.
282
задачам
из раз­
4.4.2.
ПОНЯТИЕ О МЕТОДАХ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕИНЫХ
ПЕРЕМЕННЫХ
Под математическим моделированием месторождений по­
лезных
ископаемых
понимают
установление
приближенных
аналитических зависимостей числовых значений геологических
признаков от координат точек
пространства, т.
е.
определение
явного вида уравнений, описывающих поля геологических при­
знаков, т. е. И=
F(x,
у,
z).
Любая модель базируется на некоторых разумных допуще­
ниях, позволяющих упростить процесс моделирования. Харак­
тер допущений зависит, во-первых, от геологических особенно­
стей моделируемого поля признака и, во-вторых, от направлен­
ности моделирования. Основное допущение связано с возмож­
ностью представления функции И
= F(x, у, z)
в виде суммы трех
независимых компонент (аддитивная модель изменчивости при­
знака):
U(x, у, z)
j(x, у, z) g(x, у, z) -
=j(x, у, z) + g(x, у, z) + <р (х, у, z).
(4.32)
где
детерминированная составляющая поля признака
И;
реализация случайной функции; <р (х, у,
z) -
чис­
то случайная компонента.
Детерминированную компоненту
j(x,
у,
z)
иногда называют
закономерной составляющей, или трендом. Свойства функции
g(x, у, z) рассматривались в главе 2 (п. 2.7 .2). Они описываются с
помощью вариограммы. Для случайной компоненты <р (х, у, z)
важнейшим свойством является независимость значений в двух
различных точках.
Предположение об аддитивности поля признака
(4.32)
явля­
ется достаточно общим, и, как показывают результаты много­
численных исследований, оправдано для различных геологиче­
ских показателей. Таким образом, общая задача моделирования
поля признака И распадается на независимые задачи моделиро­
вания составляющих
f, g
и <р. При этом в зависимости от типа
признака одна или две компоненты в выражении
(4.32)
могут
283
отсугствовать. Очевидно, в дополнение к выражению
(4.32)
су­
ществуют более простые разложения. содержащие по одному и
два слагаемых.
На первом этапе исследований необходимо ответить на два
основных
вопроса:
аддитивная модель
какое
количество
поля данного
составляющих
признака
и
как
содержит
выделить эти
составляющие на основании анализа данных опробования? От­
вет на первый вопрос находят с помощью анализа эксперимен­
тальных вариограмм. Задача о разложении поля признака на
компоненты сводится,
в основном,
номерной составляющей
j{x,
у,
z).
к задаче о
выделении зако­
Совокупность различных ма­
тематических методов решения этой задачи получила в геологии
название тренд-анализа.
При построении математической модели поля признака не­
обходимо соблюдать следующий важный принцип. Аналитиче­
ский вид функции
функций
j{x, у, z). а также характеристики случайных
g(x, у. z) и <р(х. у, z) должны определяться по данным.
полученным в пределах геологически однородных зон. Пренеб­
режение
этим
принципом
может
привести
к
результатам,
имеющим мало общего с реальными данными.
Наряду с разделением рудного тела на геологически одно­
родные части будем рассматривать также искусственные разде­
ления в пределах однородных зон на горизонтальные (или вер­
тикальные) слои. Очевидно, что математическое моделирование
поля признака в пределах отдельного слоя
-
более простая за­
дача, так как уменьшается число аргументов функции И. Трех­
или двухмерная модель поля признака заменяется на множество
двух- или одномерных моделей того же признака для каждого
слоя в отдельности.
Обоснованием такого разделения могуг служить причины,
обусловленные особенностями разведочной сети или способа
разработки месторождения полезного ископаемого.
Пусть месторождение большой мощности разведано вер­
тикальными скважинами. Если разработку предусматривает­
ся вести открытым способом, то моделирование полей при­
знаков
284
следует осуществлять
в
пределах
каждого
слоя,
под-
лежащего отработке и имеющего мощность, равную высоте
уступа. Аналогичным образом при подземной разработке мо­
делирование следует проводить в пределах отрабатываемых
горизонтов. В том и другом случаях уменьшение размерности
задачи достигается за счет перехода к усредненным значени­
ям показателей в объединенных пробах на всю мощность
слоя.
Другие упрощения, связанные с математическим моделиро­
ванием полей геологических признаков, будут рассмотрены да­
лее при обсуждении методов моделирования. Необходимо лишь
отметить, что
при моделировании размещения
пределах
за
слоя
нент в выражении
счет
усреднения
(4.32)
показателей в
относительная
доля
компо­
в отличие от точечной модели изменя­
ется. Вклад случайных составляющих уменьшается, и при опре­
деленных условиях ими можно пренебречь.
4.4.3.
ГЕОСТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
ИЗМЕНЧИВОСТИГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Если моделируемое поле признака является случайным од­
нородным
полем
с
конечным
математическим
дисперсией, то между автокорреляционной
S(h)
и
и структурной
функциями справедливо следующее соотношение:
2K(h)=S(oo)-S(h)
где
K(h)
ожиданием
или
S(h)=2K(0)-2K(h),
K(Jz)
= M[(C(x)-m)(C(x+h)-m)]
S(h)
= M[C(x)-C(x+h)] 2 •
,
(4.33)
а
Аналогичные соотношения будут справедливы и для их
оценок. Выбор функции при оценке изменчивости не прин­
ципиален
при
сделанных
предположениях
и должен
опреде­
ляться простотой вычислительных процедур при нахождении
оценок и подборе аналитической аппроксимирующей зави­
симости.
Оценка
структурной
функции
предпочтительнее,
285
так как для нее относительно просто находятся числовые па­
раметры по результатам экспериментальных оценок.
Рассмотрим некоторые практические аспекты оценки струк­
турных функций и их аппроксимации аналитическими выраже­
ниями. Не вызывает затруднений оценка
S(h),
если разведочная
сеть регулярна. Пусть известны значения показателя С(х;, у;) в
узлах прямоугольной сети с размерами элементарной ячейки
hxxhy.
Тогда оценки
S(h)
для четырех различных направлений
находятся по форму лам:
•
в направлении
S(khx)
•
hx :
1 "
=-L)C(x;,
Y;)-C(xi+k, У;)] 2
в направлении
hY :
1 "
S(lh,.)
=-L)C(x;,
у;)-С(х;, У;+1 )]-,
.
N,.
•
где
ha
N-
;
Nx
в направлении
;
hx + h,. :
(4.34)
= ~h; + h.; -длина диагонали элементарной ячейки сети;
число слагаемых под знаком суммы в направлении
ha.
Оценки структурной функции (вариограммы) S(h), постро­
енные для различных направлений, несут почти всю информацию
об изменчивости характеристик поля, необходимую при решении
задачи об оценке показателей, и ее погрешности в произвольной
точке поля или в заданном объеме. Различие вариограмм, постро­
енных для различных направлений, позволяет выявить геометри­
ческую, зональную и функциональную анизотропии.
286
При наличии всех трех типов анизотропии аппроксимация
вариограмм может быть сложной. Дело в том, что при анализе
экспериментальных вариограмм следует учитывать, что функ­
циональная
анизотропия указывает на
наличие закономерной
составляющей (тренда) в размещении показателя и она проявля­
ется в резком возрастании
S(h) на больших расстояниях. Гео­
метрическая анизотропия проявляется в подобии вариограмм
для взаимно перпендикулярных направлений, причем коэффи­
циент подобия равен коэффициенту анизотропии. Наличие зо­
нальной анизотропии связано с различным масштабом изменчи­
вости для разных направлений, т. е. значения
S(h) существенно
отличаются друг от друга на больших расстояниях. Оставшаяся
часть будет характеризовать анизотропную составляющую из­
менчивости показателя.
Аппроксимация вариограмм проводится с помощью одной
из моделей, приведеиных в табл.
4.17.
При этом необходимо ру­
ководствоваться особенностями тех задач, для решения которых
в дальнейшем будет использоваться структурная функция S(h).
Например, для нахождения оптимальной оценки среднего со­
держания металла в блоке необходимо аппроксимироватt>
на достаточно большом интервале изменения
h.
S(h)
В этом случае
удобнее всего использовать экспоненциальную или сферическую
модели изменчивости.
В связи с задачами интерполяции, возникающими при вы­
черчивании изолиний с помощью ПК, необходимо более точно
аппроксимировать
более
S(h)
подходящая
в окрестности нуля. Для этих целей наи­
аппроксимационная
модель
-
степенная.
Преимущества степенной модели объясняются, прежде всего,
тем, что показатель в уравнении структурной функции
(4.35)
характеризует
степень
менной. Чем ближе
k
регулярности
пространствеиной
пере­
к нулю, тем выше доля случайной состав­
ляющей изменчивости; при
k
=2
случайная составляющая от­
сутствует. При этом в представлении
(4.35)
отсутствует кон­
станта «эффекта самородков».
287
Таблица
4.17
Модели и уравнения собственных функuиА
Уравнение собственной функции
Модели
График собственной
функции
y(h) = Зalnh+B
де Вейса
~
р
За- Ч!Р
в
Линейная
y(h) =
j
Сферическая
y(h) =
а
!(
Со
h>a
1
ш
_i
v
~.~-.!..~)+с,)' h Sa с-с.=;
3
2 а
С+ С ,
11
2 а
h >а
Экспоненциаль-
y(h)=C[I-exp(
ная
c~VJ
C h+C1)' h Sa
С+С,,,
•
lnh
с.
L......--+и- - -......,,
-~)]+С0
с::~
~
y(h)={ciO +С,.
Степенная
rlhl
С•Со
h<a
C+C0 ,h>a
Cn
~
"
O<k<2
Для
определения
параметров
представпять оценку вариограмм
уравнения
(4.35)
11
удобно
S(h) в логарифмическом
масштабе по обеим осям. В этом случае оценкой параметра
k
будет тангенс угла наклона графика S(h) к горизонтальной оси.
Примеры расчета для экспериментальных вариограмм приве­
дены на рис.
4.8.
Для регулярных сетей опробования оценка структурных
функций при неравномерном опробовании имеет свои особен­
ности. В этом случае для оценки вариограммы строится гисто­
грамма
288
переменных расстояний
h
между всеми возможными
а
б
JJ(h)
. . . . L~
.д
~
1
1
1
.&.
'...,J
4 1
11
1
о
2y(h
1
1
1
i
1
1
1
1
1
о
12
4
о
h
в
12
h
г
1
о
о
4
д
2y(h)
8
4
о ~--~--~~~~~~~2--~h
о
4
Рис.
4.8.
0
о~---47---~н~~~2~~h
W03 (б) для Тырныаузского
(д, е) для различных участков Тал­
Вариограммы содержаний Мо (а) и
месторождения, а также
Cu
(в, г) и
Ni
нахекого месторождении
парами точек (М;, М1 ) с использованием среднего ~асстояния
После этого квадраты разностей
1С
(М;)
-
С(М1 )]
hcp·
для всех пар,
попадающих в один разряд, объединяются и усредняются. Про­
стое усреднение правомочно, так как расстояния между соседни­
ми точками распределены приблизительно равномерно на отрезке
[0, hcp].
Подбор модели изменчивости и определение параметров
модели проводятся, как и при равномерном опробовании.
289
4.5. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
ГЕОМЕТРИЗАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Существующие методы геометризации базируются на пред­
ставлении о размещении показателей месторо~ения в недрах
как в геохимическом поле, которое может быть описано неко­
торой функцией координат точки пространства Р
Р
= j(x,
у,
z)
= j{x, у)
в зависимости от того, какой это показатель
или
-
структурный или качественный. Исходя из предположения, что
функция Р удовлетворяет условиям конечности, однозначности,
непрерывности и плавности, в геометрии недр разработан метод
изолиний как один из основных способов изображения поверх­
ностей топографического порядка.
В
зависимости
от
формы представления
степени
изученности
месторо~ения,
исходных данных (регулярное, нерегу­
лярное или непрерывное опробование) и количественных харак­
теристик изменчивости показателя метод изолиний реализуется
одним из следующих вариантов: инвариантных линий и скатов;
многогранника; профилей; статистическим и косвенным. Их ло­
гический анализ с целью формализации позволил выделить ряд
основных вычислительных, графических и эвристических про­
цедур автоматизированной геометризации:
горно-геометричес­
кий анализ исходных данных и выбор конкретного метода гра­
фического моделирования или комбинации этих методов; пре­
образование исходных данных на индуцированную сеть;
по­
строение изолиний в линейном приближении с последующим
сглаживанием; оформление графического документа.
В результате горно-геометрического анализа геологических
данных устанавливают общие закономерности размещения по­
казателя в недрах. На этом этапе намечаются инвариантные ли­
нии и скаты изображаемой поверхности, находятся границы об­
ластей геометризации. Именно этот этап наиболее трудно фор­
мализуется на ПК.
Изучение изменчивости
показателя дает дополнительные
данные для горно-геометрического анализа. Если инвариантные
линии близки к прямым, то при исследовании изменчивости
главные направления анизотропии приблизительно совпадают
290
или перпендикулярны инвариантным линиям. Количественные
оценки
параметров
изменчивости
используются
для
определе­
ния сечения изолиний.
Выбор метода построения изолиний зависит от результатов
горно-геометрического анализа и исследования изменчивости. Ме­
тоды многогранника, инвариантных линий и скатов обычно ис­
пользуют для построения струкrурных планов при нереrулярной
разведочной сети. Так как качественные показатели обычно содер­
жат значительную долю случайной составляющей, то для отобра­
жения их свойств применяют различные методы сглаживания.
Преобразование исходных данных с получением регулярной
прямоугольной или квадратной сети осуществляется с помощью
аналитических моделей размещения показателей или метода сгла­
живания, включая методы оптимальной статистической интерпо­
ляции (кригинга). Независимо от того, какая используется сеть
данных (треугольная или прямоугольная), координаты изолинии на
первом этапе устанавливаются с помощью линейной интерполяции
на «ребрах» сети по двум близлежащим узлам. После этого лома­
ные изолинии сглаживаются, т. е. проводится нелинейная аппрок­
симация изображаемой поверхности.
Большинство перечисленных операций
при
графическом
моделировании достаточно легко формализуется, за исключени­
ем ряда эвристических процедур. Например, для выделения ин­
вариантных линий и скатов, а также для триангуляции разве­
дочных сетей требуется дополнительная геологическая инфор­
мация.
Анализ логических связей между вычислительными, графи­
ческими
и
эвристическими
процедурами
определяет
принцип
построения математического обеспечения задач графического
моделирования
месторождений.
Математическое обеспечение
автоматизированной геометризации содержит программы трех
уровней: базисные, функциональные и прикладные. Разделение
математического обеспечения на уровни соответствует степени
детализации выводимой графической информации.
Базисные
программы,
разрабатываемые
заводом-изгото­
вителем графопостроителей, позволяют осуществлять построе-
291
ние простейших геометрических элементов (алфавитные и циф­
ровые символы, отрезки прямой, дуги окружности, ломаные ли­
нии и т. д.).
Функциональные программы разрабатываются с учетом со­
держания прикладных задач. В состав функционального мате­
матического обеспечения задач
графического моделирования
входят: построение координатных сеток (сплошных, пунктир­
ных, штрих-пунктирных) с оцифровкой их по периметру; планов
опробования (с отрисовкой скважин, их наименований, содер­
жаний компонентов и т. д.); основных элементов планов горных
работ; преобразование координат (аффинное, функциональное и
др.); оформление графических документов (нанесение рамок,
сопроводительного
текста
и
т.
д.);
вычерчивание
графиков
функций, заданных аналитически в явном виде и параметри­
чески, а также заданных таблично, с использованием различных
методов интерполяции.
Прикладные
обеспечивают
программы
вычерчивание:
графического
планов
моделирования
изолиний
различными
методами; геологических разрезов с изолиниями качественных
показателей; планов горных работ; блок-диаграмм; объемных
изображений поверхностей топографического порядка; моде­
лей горно-геологических объектов в аксонометрических про­
екциях и др. Учитывая, что различные методы графического
моделирования
содержат
идентичные
процедуры
интерполи­
рования (преобразование координат, сглаживание изолиний,
их
оцифровка
и
т.п.),
наиболее
рациональным
принципом
формирования пакета прикладных программ следует считать
модульный.
Основные методы графического моделирования месторож­
дений полезных ископаемых
-
метод изолиний, а также метод
геологических разрезов (сечений) и профилей. Кроме того, при
изучении сложных залежей используется дополнительный ме­
тод объемных графиков.
Изолинии
-
это геометрические места точек с одинаковы­
ми значениями показателей. Их можно строить, используя ряд
способов.
292
1.
Метод инвариантных линий и скатов. На плане с задан­
ными точками, в которых определен признак, намечаются инва­
риантные линии и скаты изображаемой поверхности. На линиях
скатов находятся ступенчатые отметки для заданного набора се­
чений (рис.
2.
4.9).
Метод многогранника. Заключается в аппроксимации изо­
бражаемой поверхности многогранником, каждая грань которого
представляет собой треугольник с вершинами в близлежащих
точках с заданными числовыми отметками.
3.
Метод профWlей. На план наносятся проекции профилей
изображаемой поверхности и исходные точки. Затем линии рав­
ных высот соединяются.
4.
Статистический метод. Предусматривает построение изо­
линий поверхности по средним групповым отметкам. Используют­
ся не исходные данные опробования, а результаты, преобразован­
ные с помощью статистического сглаживания на регулярную квад­
ратную или прямоугольную сеть.
Рис.
4.9.
План размеwеннн Fео6ш в рудах Ковдорекого месторождении по
треугольной сети с учетом (а) н без учета (б) инвариантных линий
293
5.
Косвенный метод. Применяется при построении изоли­
ний поверхности, являющейся аналитической функцией некото­
рой данной в изолиниях другой поверхности.
б. Метод объемных графиков. Предусматривает построение
блок-диаграмм, сводящихся к аффинному проектированию участка
для всего месторождения с изображением особенностей их строе­
ния.
4.6.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Моделирование любого геологического объекта, в том чис­
ле месторождения полезного ископаемого, представляет собой
искусственное создание геометрических образов (карт, планов,
разрезов и т.п.) или математических выражений, воспроизводя­
щих наиболее существенные черты и характеристики модели­
руемого месторождения.
Компьютерное моделирование синтезирует в себе геомет­
рическую (графическую) и математическую составляющие мо­
делирования.
Компьютерному
моделированию
предшествует
процедура трансформации исходных данных из традиционной
формы на бумаге в электронный вид, используемый для хране­
ния информации на магнитных носителях и дальнейшей ее об­
работки.
Компьютерная модель месторождения формируется с по­
мощью программной реализации алгоритмов, связывающих чи­
словые
характеристики
и
геометрические
элементы
месторож­
дения. Любая информация, используемая для моделирования,
должна иметь пространственно-координатную привязку. Поэто­
му все программные пакеты, функционально пригодные для мо­
делирования
месторождений,
являются
1·еоинформационными
системами (ГИС), способными накапливать, хранить, востребо­
вать, отображать и обрабатывать пространственно-координиро­
ванные данные.
294
Существует много
программных
различных,
продуктов,
в основном
реализующих
зарубежных,
моделирование
место­
рождений:
Datamine (Великобритания), Techbase (США),
Vulcan (Австралия), Gemcom (Канада) и др. В российских про­
граммных пакетах наиболее полно эта функция представлена в
компьютерной
геолого-маркшейдерской
системе,
созданной
ВИОГЕМ на основе теоретических и алгоритмических разра­
боток ученых МГГУ.
Поэтапная схема моделирования месторождения показана
на рис.
4.1 О.
Прежде всего формируются базы данных, т.е. в
долговременной
памяти
компьютера
создается
совокупность
структурированных массивов информации, полученной при раз­
ведке месторождения, в единой системе ее хранения и востре­
бования.
На основе первичных геологических документов (коло­
нок скважин, полевых журналов и т.п.) формируют базу дан­
ных параметрической (числовой) и описательной информа­
ции
по каждой разведочной
вводят
в
компьютер
с
выработке. Исходные данные
клавиатуры
в
соответствии
с
заранее
разработанной структурой базы данных, которая представля­
ет собой матрицу взаимосвязанных характеристик. Пример
структуры базы данных геологоразведочных скважин показан
на рис.
4.11.
Исходные
Базы
данные
данных
Первичная
геологическая
·----- ---.-------
Параметрическая и
~
документация
описательная
информация
~
rf+l
Графики
документация
-----------------------~---------------------------
Рис.
4.10.
------
--++\Геологоразведочная
Сводная
геолоmческая
Модели
1
1
r-
t
Картоll'афическая ~
.
.
Каркасная
Блочная
1
~
-------------------------
Принциnиальная схема комnьютерного моделирования место­
рождений nолезных искоnаемых
295
C_IC88JI' иt<l.o
Moщt-too,..., м
у
Вых .:ери•. м
z
Br..~x [ери•. ~
Тиn
Гnубина
Профмnr..
Сор'Т
Ко нстру•ци•
Fe
Fe
И н.:.nином•тР""
От
общ
м.о~rм
О nробе.• •нn
До
J
Те а..;:,
2
Рис.
4.11.
Схема структуры базы данных геологоразведочных скважин:
1 -файлы данных; 2 -
nоля данных:
3-
связи между файлами и nолями
База данных геологической графики создается на основе
сводных геологических документов
-
карт и сечений (разрезов
и планов) месторождения. Эти документы сканируются, а полу­
ченные
их
растровые
изображения
векторизуются
(оцифро­
вываются). Структура базы данных представляет собой группу
взаимосвязанных
таблиц,
содержащих
пространственно-коор­
динатное описание графических элементов (точек, линий, узлов,
замкнутых контуров), полученное в результате векторизации, и
систему условных знаков: точечных, линейных и площадных
(крап, штриховка, цветовая заливка). База данных дифференци­
руется по тематическим информационным слоям.
Моделирование месторождения начинается с создания гео­
логоразведочной
размещение
модели,
первичных
которая отражает пространствеиное
задокументированных данных о
место­
рождении. Эта модель является фактографической и базовой
для формирования других моделей (см. рис.
4.10).
Геологоразведочная модель представляет месторождение
совокупностью
задокументированных
линейных
пересечений,
т.е. геологоразведочных выработок, пройденных в соответствии
с принятой системой разведки. Поскольку в большинстве случа­
ев разведку осуществляют скважинами, рассмотрим особенно­
сти формирования скважинной геологоразведочной модели. По­
строение скважинной модели начинается с позиционирования
пространствеиного положения стволов скважин, для чего необ-
296
ходимы идентификатор (номер) скважины, координаты ее устья,
данные инклинаметрических замеров (значения азимутального
и зенитного углов касательной к оси скважины в точке замера,
т.е. на определенном расстоянии от устья скважины).
Суть такого позиционирования
которых
выполнены
расчет координат точек, в
-
инклинаметрические
замеры
по
стволу
скважины с использованием алгоритма расчета координат двух
соседних точек кривой на основе известного направления каса­
тельных к ней в каждой точке и расстояния между ними по
стволу скважины. Начальной точкой с известными координата­
ми является устье скважины. Таким образом последовательно
рассчитываются
координаты
инклинаметрические
всех точек,
замеры.
Между
в
которых
этими
проведены
точками
кривая
трассы ствола скважины описывается гиперболическим сплай­
ном. Пространствеиное положение стволов скважин может быть
представлено
в
виде
проекции
на
горизонтальную
(плана) или в трехмерном изображении (рис.
После
выполнения
процедуры
плоскость
4.12).
позиционирования
ствола
скважины рассчитываются координаты начала и конца интерва­
лов,
представленных
определенным
типом
горной
породы
(руды), интервалов секционного опробования, координаты точек
отбора образцов и т.п. Затем в принятых условных знаках по
стволу скважины отражают геологический разрез, т.е. смену с
глубиной различных типов горных пород (рис.
5,
цв. вкл). По
разрезу скважины может быть представлена и любая другая ин­
формация, которая была получена при изучении керна или про­
ведении геофизических и гидрогеологических исследований.
Геологоразведочная модель позволяет осуществлять построе­
ние,
редактирование
и
пополнение сводных
геологических доку­
ментов непосредственно в компьютере. Для этого по запросу к мо­
дели
плану
визуализируются
разведочные
принадлежащие
выработки
и
указанному
разрезу
или
пространственно-координиро­
ванная информация по ним. Разрез или план «рисуется» специали­
стом на экране дисплея так, как это делается на бумаге.
297
XI
!
~;
1
'
''
Рис.
4.12.
Внзуалнзацня фрагмента скважинной модели в плоскости од­
ного нз разрезов Лебединского железорудного месторождения
Картографическая
строение
месторождения
ризонтальных
-
модель
отображает
системой
геологическое
дискретных
планов или вертикальных
-
сечений
(го­
разрезов). Поня­
тие «геологическое» в данном контексте условное. На разрезах и
планах
могут
быть
отражены
любые
тематические
слои
(например, блокировка рудных тел по степени разведанности,
расчленение руд на технологические сорта и т.п.).
На основе цифровой картографической модели можно ак­
туализировать, редактировать и воспроизводить на бумаге гео­
логическую графику, выполнять компьютерный подсчет запасов
методом вертикальных сечений. Для оценки средних (средне­
взвешенных) содержаний полезных компонентов из геологораз­
ведочной модели в автоматическом режиме формируется список
проб, принадлежащих заданному контуру (подсчетному блоку).
298
С
использованием
геологоразведочной
и
картографичес­
кой моделей месторождения после ряда предварительных про­
цедур, связанных с подготовкой данных, автоматически строят­
ся сечения (планы и разрезы) и проекции тела полезного иско­
паемого
также
в
изолиниях
проекции
граммная
в
содержания
изомощностях
реализация
химических
компонентов,
геологического
автоматического
построения
тела.
а
Про­
изолиний
осуществляется обычно с помощью алгоритма триангуляции
Делоне.
Каркасная модель представляет месторождение набором
объемных геологических тел, каждое из которых описывается
оболочкой (триангулированной поверхностью тела), натянутой
на каркас- систему контуров (границ тела в плоскости разве­
дочного сечения).
Построение каркасной модели осуществляется поэтапно
между смежными сечениями (рис.
тивно
задают
линии
связки
между
4.1 3).
Вначале интерак­
топологическими
узлами
контуров. Затем поверхность каждой грани между линиями
связки автоматически триангулируется методом Делоне. Мо­
дель может быть визуализирована в
виде блок-диаграммы
(рис. б, цв. вкл.).
Таким
же
образом,
т.е.
сетью
непересекающихся
тре­
угольников, связывающих характерные пространственно-коор­
динированные
точки,
в
модели
задаются
и
другие
поверхно­
сти, необходимые для подсчета запасов и проектирования гор­
ных работ (рельефа, уровня грунтовых вод, контура отработки
и т.п.).
На основе
каркасной
модели
можно автоматически
строить любые сечения тела полезного ископаемого и, соот­
ветственно, подсчитывать запасы в любом произвольно задан­
ном его участке. Каркасная модель геологического тела наи­
более полно и точно (насколько это позволяет плотность раз­
ведочной сети) описывает его форму, вследствие чего дости­
гается более высокая, чем при использовании картографиче­
ской модели, достоверность оценки объемов при подсчете за­
пасов.
299
2
Рис.
4.13.
1-
конrуры тела;
Схема построении каркасной модели геологического тела:
2 -
линии связки;
3 -
топологические узлы;
4 -
фраг­
мент триангулированной поверхности тела; А 1 и А 2 - сечении тела в плоско­
сти
1 и 11
соответственно
Блочная модель отражает строение месторождения (тела по­
лезного ископаемого) совокупностью элементарных блоков прямо­
угольной формы, каждый из которых имеет свое значение геологи­
ческих показателей (содержание химических компонентов, тип по­
роды или полезного ископаемого и т.п.). Границы геологических
тел заимствуются из каркасной модели месторождения.
Разбиение на блоки осуществляется по трехмерной регу­
лярной сетке с осями Х (запад-восток), У (север-юг) и
Z
(сверху­
вниз). Узлы сетки (центры элементарных блоков) имеют коор­
динатную привязку. Форма блоков в плане выбирается обычно
квадратной со стороной, равной
25-50 %
среднего расстояния
между разведочными скважинами. Высота блока в зависимости
от способа разработки месторождения приравнивается к высоте
уступа или этажа (подэтажа).
Затем процедурой интерполяции пространственно распре­
деленных данных опробования скважинной модели месторож­
дения устанавливают значение содержания компонентов в узлах
сетки (центрах элементарных блоков).
300
Вес известной точки опробования является функцией бли­
зости этой точки к узлу интерполяции. Способы интерполяции
различаются между собой по методу вычисления весовых коэф­
фициентов. Обычно используют следующие методы интерполя­
ции: скользящего среднего, обратных расстояний, ближайшего
соседа и геостатистический (различные виды крикинга). Таким
образом, блочная
модель отражает
не только
геологическое
строение месторождения, но и пространствеиную изменчивость
качества полезного ископаемого (рис.
7,
цв. вкл.).
Запасы (сырья или полезного компонента) оцениваются в каж­
дом элементарном блоке. Подсчет запасов в заданном контуре
осуществляется пуrем суммирования запасов элементарных бло­
ков, входящих в этот контур, раздельно по типам и сортам полезно­
го ископаемого в соответствии с принятыми кондициями. Просто­
та, сравнительно легкая программная реализация, высокая опе­
ративность подсчета запасов обусловили широкое применение
блочного моделирования месторождений полезных ископаемых.
Вместе с тем, блочная модель имеет ряд недостатков, главными
из которых являются: слишком упрощенное отражение строения
месторождения и невозможность перехода к графическим моде­
лям, т.е. она не позволяет получить геологическую графику в
традиционной форме. Поэтому наиболее приемлемым считается
сочетание картографического, каркасного и блочного модели­
рования месторождений.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1.
2.
3.
Что понимают под статистическими моделями?
4.
5.
Что отражает условие однородности выборки?
Что понимают под динамическими моделями?
Каким требованиям должна отвечать выборочная совокупность дан­
ных?
Что хара~rГеризуют «событие, вероятность, случайная величина>>
в
теории вероятностей?
б. Перечислите способы отбора данных.
7.
8.
9.
Перечислите основные хара~rГеристики выборочного распределения.
Каковы параметры генеральной совокупности?
Какие геологические задачи решаются с помощью дисперсионного
анализа?
301
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Что называется корреляционным отношением?
В каких пределах изменяется коэффициент корреляции?
Раскройте суть понятия <<множественная корреляции>>.
Что отражает корреляции рангов?
Что характеризует коэффициент взаимной сопряженности?
Дайте общую характеристику н укажите назначение регрессионного
анализа.
16. Чем отличается линейная регрессии от нелинейной'1
17 . .Укажите область применении множественной регрессии.
18. Что называют полем геологического прнзнака?
19. Что понимают под математическим моделированием месторождении?
20. В чем заключается суть геостатистических моделей изменчивости
геологических показателей?
21.
22.
Что такое функциональная геометрическая и зональная анизотропии?
В чем заключается сущность и специфика автоматизированной гео-
метризации?
23.
24.
25.
Каково назначение функциональных и прикладных программ?
Перечислите методы построении изолиний.
Раскройте сущность компьютерных технологий моделировании ме­
сторождений полезных ископаемых.
ОСОБЕННОСГИ
РАЗВЕДКИ
МЕСГОРОЖ,ДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
РАЗJIИЧНЫХ
ПРОМЫПШЕННО­
ГЕНЕТИЧЕСКИХ
типов
5.1.
Развед;ка месторождений
металлических
5.2.
полезных
ископаемых
Развед;ка россьпrnых
месторождений
5.3.
Развед;ка месrорождений
неметаллических
полезньiХ
ископаемьiХ
5.4.
Развед;ка месrорождений
твердьiХ
5.5.
горю~
ископаемых
Методические аспекты изучеюm
и ресурсной оценки техногеЮIЬIХ
месторождений
Глава
5
Разведка
месторождений
различных
промышленно-гене­
тических типов ведется в соответствии с принципами разведки и
требованиями Классификации запасов месторождений и про­
гнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Контроль за
геологоразведочным процессом, а точнее, за соответствием ме­
тодики разведки требованиям Классификации запасов осущест­
вляет ГКЗ РФ.
ГКЗ
периодически
издает нормативные документы
(Инст­
рукции по применению Классификации запасов к месторождениям
соответствующих полезных ископаемых, по оформлению и пред­
ставлению в ГКЗ материалов подсчета запасов и др.), утверждает
Методические рекомендации по разведке месторождений отдель­
ных видов полезных ископаемых, которые обязаны соблюдать все
организации и предприятия, ведущие разведку месторождений. Ре­
комендации ГКЗ и научно-исследовательских организаций по раз­
ведке месторождений полезных ископаемых исходят из группи­
ровки месторождений по сложности геологического строения. Од­
нако,
во-первых, для различных видов
сторождения
не
значение,
во-вторых,
а
всех
четырех
групп
полезных
ископаемых
могут иметь
реальные объекты
не
ме­
промышленное
всегда «уклады­
ваются>> в эту общую группировку, и тогда приходится выделять
дополнительные подгруппы, учитывающие особенности месторо­
ждений соответствующего полезного ископаемого или генезиса.
5.1. РАЗВЕДКА МЕСГОРОЖДЕНИЙ
МЕТАJШИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЬIХ
Абсолютное большинство промышленных месторождений
металлических
полезных
ископаемых по сложности геологиче­
ского строения относится к первым трем группам; 4-я 1-руппа
включает в себя промышленные месторождения лишь ртути, зо­
лота и некоторых редких металлов.
305
Главные технические средства разведки месторождений 1-й
группы
-
скважины. Месторождения 2-й и 3-й групп разведу­
ются как буровыми (месторождения железа, марганца, хрома,
алюминия), так и горно-буровыми (остальные месторождения
металлических полезных ископаемых) системами. Разведка ме­
сторождений 4-й группы ведется практически исключительно
горными выработками.
При разведке месторождений металлических полезных ис­
копаемых всех четырех групп обязательно широкое применение
геофизических исследований.
Месторождения железа. Разведуются, главным образом,
скважинами с обязательным использованием каротажа. К 1-й
группе
принадлежат
преимущественно
осадочные
пластовые
горизонтально- или пологозалегающие месторождения просто­
го
строения
с
устойчивыми
мощностью
и
качеством
руд
(Керченский бассейн). Разведка подобных месторождений вы­
полняется обычно по квадратной сетке с параметрами для ка­
тегорий А, В и С 1 соответственно 200х200, 400х400 и 800х800
м. Во 2-й группе выделяют две подгруппы.
К первой из них (2
8
)
относятся крупные пласта- и линзаоб­
разные тела метаморфизованных месторождений со сложными
условиями залегания,
но
выдержанным
качеством руд (Ингу­
лецкое, Коробковское, Михайловекое и другие месторождения
КМА и Криворожского бассейна, Оленегорское и Костомукшское
в Карелии и др.). Эти месторождения целесообразно разведывать
до категорий В и С 1 скважинами, расположенными по прямо­
угольной сети (100-ЗОО)х(IОО-200) м до категории В и
600)х(200-400) м
-
(400-
С 1 (напомним, что первая цифра означает
расстояние между выработками по простиранию тела полезного
ископаемого, вторая группы (26 ) включает
по падению). Вторая подгруппа данной
в себя крупные и средние месторождения
преимущественно магматического и скарнового
генезиса линза-,
штока-, столба- и трубообразной формы, сложного строения, с
невыдержанным качеством (Гусевогорское, Качканарское, Ков­
дорское, Соколовское, Сарбайское, Гороблагодатское, Высоко­
горское, Коршуновское), а также некоторые месторождения гид-
306
ро.термального генезиса (Бакальское). Эти месторождения также
нецелесообразно разведывать до категории А, а разведка до кате­
горий В и С 1 требует большей, чем в nодгруnпе 2
дочной сети;
(75-IOO)x(50-100) м для
- С 1 • Принциnиальная
ЗОО)х( 1~200) м
3
,
густоты разве­
категории В и
(150--
схема разведки Рудно­
горского месторождения магнетита, относящегося ко 2-й групnе,
nоказана на рис.
5.1.
Месторождения железа 3-й груnnы имеют весьма ограничен­
ное nромышленное значение. Это
-
небольшие месторождения
(Ирбинское, Изычское и др.) со средними и мелкими рудными те­
лами очень сложной формы, с резко меняющимися мощностью и
качеством, расnоложенные в зонах тектонических нарушений. Та­
кие месторождения (или участки) разведуются до категории С1
скважинами, размещаемыми по сетке
~
(50-IOO)x(50-100)
м.
б
1
1
1
:--;..._
1
1
о
1
1~.... ~·и'2~~J 2
m.зliJ4
GsШ6
Рис.
5.1. Схема разведки железорудного месторождения 2-й груnпы:
1 -туфы; 2 ·- аргиллиты. глины: 3 - метасоматические руды; 4 - жильные
руды; 5 - разведочные скважины: 6- канавы
307
Запасы категории С 2 на месторождениях железа всех групп
сложности
геологического
строения
подсчитываются
на
осно­
вании редкой сети скважин, подтверждающих природу геофизи­
ческих аномалий.
Месторождения марганца. По сложности геологического
строения для целей разведки группируются, как и месторожде­
ния
железа,
и
разведуются
преимущественно
скважинами
в
комплексе с геофизическими исследованиями.
К 1-й группе относятся осадочные морские весьма крупные
пластаобразные месторождения с горизонтальным или слабона­
клонным залеганием, выдержанной мощностью, равномерным
распределением марганца и закономерной сменой сортов руд
(Никопольское, Больше-Токмакское ). Поскольку изменчивость
морфологии и качества руд месторождений марганца выше, чем
месторождений железа, то и густота разведочной сети больше:
объекты данной группы разведуются по квадратной сети
100-150, 200--300 и 600 м соответственно до категорий А, В и С 1 •
Во 2-й группе выделяют две подгруппы.
Подгруппа 2 также объединяет весьма крупные месторож­
8
дения осадочного генезиса (Чиатурское), но с невыдержанной
мощностью,
неравномерным распределением
марганца
и нали­
чием безрудных прослоев, а также с незакономерным сочетани­
ем различных типов руд. Месторождения этой подгруппы целе­
сообразно разведывать до категории В по сетке 200х200 м и С 1
-400х400 м.
Подгруппа 26 включает в себя метаморфагенные месторож­
дения (Западный Каражал в Казахстане, Панч-Махал в Индии,
Калахари в ЮАР и др.), представляющие собой крупные и сред­
ние по размерам пластаобразные залежи. Вследствие более вы­
сокой изменчивости морфологии и качества они разведуются по
сетке
К
50-100
3-й
м до категории В и
группе
относятся
100--200 м- С 1 •
месторождения
выветривания
(Куруман в ЮАР), а также участки крупных месторождений ти­
па Никапольского и Чиатурского, затронутые отработкой про­
шлых лет. Разведка подобных месторождений (участков) прово­
дится по еще более густой сетке
100х(50-100) м- С 1 •
308
-
25-50
м до категории В и
Месторождения хромита. Все промышленные месторож­
дения руд имеют собственно магматическое происхождение и
характеризуются довольно сильной изменчивостью морфологии
и качества, поэтому месторождения 1-й группы не выделяются.
Основными критериями группировки месторождений хрома для
целей разведки являются размер тектонически однородных бло­
ков и изменчивость морфологии и качества. Во 2-й группе вы­
деляют две подгруппы.
В подгруппу 2а входят крупные линзо- и жилообразные за­
лежи с выдержанной мощностью и качеством и размерами тек­
тонических блоков по простиранию более
1
км (месторождения
Кемпирсайской группы и Сараиовекое в СНГ, Бушвельд в ЮАР,
Великая Дайка в Зимбабве и др.). Эти залежи разведуются до
категории В скважинами, расположенными по сетке 80х60 м, до
категории С 1 - по сетке (80-120)х(60-80) м. Менее крупные
тектонические блоки тех же месторождений, имеющие размеры
ПО ПрОСТИраНИЮ ОТ 300 ДО 1000 М, объедИНЯЮТСЯ В ПОдгруппу 26
и разведуются скважинами по сетке (40-60)х(20-30) м до ка­
тегории В и (80-120)х(40-60) м- С 1 •
К 3-й группе относятся средние и мелкие тела и месторож­
дения (Первомайское, Спорное) линзо-, жило- и гнездообразной
формы с размером по простиранию менее
300
м, с невьrдержан­
ной мощностью, качеством и весьма изменчивыми элементами
залегания. Эти тела разведуются только до категории С 1 по сет­
ке (40-60)х(20-30) м.
Месторождения вольфрама. По сложности геологического
строения для целей разведки подразделяются на четыре группы.
К 1-й принадлежат крупные штокверки с относительно равно­
мерным распределением полезного компонента (Верхнее Кай­
ракты). На месторождениях данного типа возможна разведка до
категории А лишь на основе горных выработок. Штольни и
штреки проходятся на расстоянии
тела, восстающие
и рассечки
-
-
через
через
60-80 м по падению рудного
100-120 м по простиранию, а орты
50-60
по простиранию. Запасы категории
А подсчитываются в пределах контуров рудных тел, построен­
ных способом интерполяции (экстраполяция, даже ограничен-
309
ная, не допускается). Разведка до категорий В и С 1 может осу­
ществляться с помощью скважин соответственно по сетке
120
и
100--
120-200 м.
Во 2-й группе вольфрамовых месторождений также разли­
чают две подгруппы. Подгруппа
2 включает в себя крупные
3
штокверкавые (Богутинское, Караобинское, Спокойнинское и
др.) и скарнавые (Тырныаузское, Ингичке, Восток-Н и др.) ме­
сторождения сложной морфологии с неравномерным распреде­
лением
полезного компонента. Месторождения данного типа
разведуются до категории В с помощью горных выработок, ко­
торые проходят на тех же расстояниях, что и для категории А на
месторождениях 1-й группы. В качестве дополнительного сред­
ства могут использоваться скважины, которые бурят на расстоя­
нии
50-60
м друг от друга. Разведка до категории С 1 ведется с
помощью скважин по сетке
К подгруппе 2
мального
генезиса,
6
100--120 м.
принадлежат месторождения гидротер­
представленные
крупными
жилами
или
оруденелыми зонами (месторождения Холгосонское, Акчатау­
ское, Джидинское в СНГ, Хабертон в Австралии и др.). По­
добные месторождения также нецелесообразно разведывать до
категории А. Разведка до категории В осуществляется с при­
менением горных выработок: прослеживающих горизонталь­
ных (штольни, штреки), которые проходят на расстоянии
80
60-
м по падению, прослеживающих вертикальных или наклон­
ных (восстающие), отстоящих друг от друга на
100-120
м по
простиранию, и поперечных (орты, рассечки), которые прохо­
дят через
20-30
м по простиранию. Горные выработки ис­
пользуют в сочетании со скважинами, которые бурят по сетке
(60-80)х(40-50) м (рис.
5.2).
Разведка до категории С 1 может
проводиться только с1<важинами по сетке (100--120)х(60-80) м.
Объекты 3-й группы
-
это небольшие месторождения и те­
ла сложной морфологии с весьма неравномерным распределе­
нием полезного компонента и крайне изменчивыми элементами
залегания
(Иультинское,
Лермонтовское,
Яхтонское,
Чарух­
Байран в СНГ, Кишу в КНР, Маучи в Мьянме и др.). Эти место­
рождения разведуются только до категории
310
cl
с применением
Ош .
...,
v
"
v
v
v
v
v
Рис.
5.2.
v
v
v
v
v
v
v
v
E2J,
v
v
v
v
v
~2 ~з ~4 ~s ~6
Разведка глубииных частей одного из месторождений Джидин­
ского рудного поли скважинами колонкового бурении и горными выра­
ботками. По Н. И. Доровскш.
1-
кварцевые диориты;
диты;
5-
2-
кварцевые жилы;
гранит-порфиры;
6-
горных выработок (штольни, штреки
стающие
-
через
3-
порфиры;
4-
горнблен­
горные выработки
60--120
-
через
м, орты, рассечки
40--60 м;
- 10--20
вос­
м) и
скважин- (60--80)х(40--50) м.
На месторождениях вольфрамовых руд рядовое опробо­
вание целесообразно
проводить ядерно-физическими мето­
дами по стенкам горных выработок, идущих вдоль рудного
тела, через
2-4
м.
Месторождения
молибдена. По сложности
геологиче­
ского строения входят во 2-ю и 3-ю группы, но для целей
разведки во 2-й группе выделяют четыре подгруппы. Развед­
ка молибденовых месторождений всех типов осуществляется,
главным образом, горными выработками, прослеживающими
рудные тела по простиранию (штольни, штреки), по восста­
нию (восстающие), поперек (орты, рассечки), а также сква­
жинами.
311
Во 2-ю групnу объединяют месторождения (или их участ­
ки) с неравномерным расnределением молибдена, изменчивой
морфологией и чередованием кондиционных и некондицион­
ных участков. Как nравило, это месторождения скарнового и
гидротермального
верками
генезиса,
(Каджаранское,
nредставленные
Жирекенское,
круnными
Агаракекое
шток­
в
СНГ,
Кляймакс, Квеста, Бингем в США, Эндако в Канаде,. Чукика­
мата в Чили и др.) или круnными nласта- и штокаобразными
залежами (Тырныаузское, Сорекое в СНГ, Санг-Донг в Рес­
nублике Корея, Янцзы-Чжанзы в КНР и др.), а также круnными
nротяженными жилами (Восточный Коунрад). Принциnиаль­
ная схема разведки штокверкавага месторождения молибдена
nоказана на рис.
5.3.
+
+
+
+ +0+0+0+0+ +
+++++++
+ + + + + + +
+
А-Б
+
+ +
+
+
of·
+
+
+
+
++++
++
+
+
+
+
+
+
+ +++
+++++
+ +
+
C±JJIZJ2(illз[!]4@:JS@J6 1!1117~8
Рис. s;з. Схема разведки wтокверкового местороЖдения молибдена:
1-
гранит-порфиры;
сланцы;
шурфы;
тегории
312
2-
4- скважины
7-
cl
контур промышленных руд;
площадь запасов руд
3-
кристаллические
5 -скважины 2-й очереди; 6- глубокие
категории В; 8 - площадь запасов руд ка­
1-й очереди;
К 3-й группе относятся средние и мелкие месторождения
с
крайне
неравномерным
распределением
молибдена,
со
сложными и изменчивыми условиями залегания и интенсивно
развитой тектоникой. Обычно это жилы, жильные зоны
мелкие
гнездообразные
(Шахтама, Северный
тела
гидротермального
и
генезиса
Коунрад, Южно-Янгиканское
в СНГ,
Квеста-1 в США и др.).
Месторождения 2-й группы (всех четырех подгрупп) могут
разведываться до категории В штольнями и штреками, распо­
ложенными через
рез
100--120
рассечками
60-80
м по падению, и восстающими
че­
-
м по простиранию. Расстояния между ортами и
изменяются
на
месторождениях
групп и составляют для подгрупп
120, 50-60, 20-30
и
2a-2r
различных
соответственно
под­
100--
м. Скважины на месторождениях
10-20
подгруппы 2а располагаются по сетке (l ОО--120)х( 100--120) м,
26
(50-60)х(50-60) м, 2
-
8
-
(40-60)х(40-50) м и 2r-
(40-60)х(40-50 м).
Запасы категории С 1 на месторождениях 2-й группы могут
подсчитываться по результатам бурения скважин, располагаемых
по сетке на объектах подгруппы 2а
6
2
- (l 00-200)x(l 00-200)
( 1ОО-120)х( 100-120) м, 2 и 2r- (80-120)х(80-1 00) м.
м,
8
-
Месторождения
3-й
группы
целесообразно
разведывать
только до категории С 1 , размещая горные выработки и скважи­
ны на следующих расстояниях: штольни и штреки через
60
м, восстающие-
60-120
м, орты и рассечки-
4010-20 м,
скважины по сетке (30-60)х(30-50) м.
Опробование молибденовых месторождений в горных вы­
работках должно проводиться по двум стенкам, расстояние ме­
жду пробами в прослеживающих выработках не должно превы­
шать
2-4
м. В качестве рядового опробования могут приме­
няться ядерно-физические методы. Запасы категории А могут
подсчитываться только на разрабатываемых месторождениях по
данным эксплуатационной разведки и горно-подготовительных
работ.
Месторождения никеля и кобальта. Принадлежат к пер­
вым трем группам по Классификации ГКЗ РФ. Месторождения
313
1-й группы представляют собой крупные пластообразные зале­
жи выдержанной мощности с равномерным распределением ни­
келя
(участки
вкрапленных
медно-никелевых
руд
Талиах­
Октябрьского месторождения, месторождение Норильск-1 ). По­
добные месторождения разведуются скважинами по квадратной
сетке:
100 х 100
м для категории А,
200 х 200
м
-
В и
400 х 600
м
-С~.
Во 2-й группе для целей разведки выделены две подгруппы.
Подгруппа 2 включает в себя крупные пласто-, плитаобразные
8
тела невыдержанной мощности или с неравномерным распреде­
лением
никеля.
Обычно
это
богатые
сульфидные
медно­
никелевые месторождения магматического генезиса (Октябрь­
ское, Талнахское, Заполярное, Каммикиви, Котсельваара), кото­
рые разведуются скважинами до категорий В и С 1 • Для раз­
ведки до категории В скважины располагают по сетке
(50-lOO)x(50--100) м, до категории С 1 - (150--200)х(75- 100) м.
В подгруппу 2 6 входят силикатные никелевые месторожде­
ния (рис. 5.4), представляющие собой крупные, средние и мел­
кие пласто-, линзо- и клинообразные залежи невыдержанной
мощности, сложного выклинивания и с неравномерным распре­
делением
никеля
(Бутыктальское,
Черемшанское, Липовское,
Кайрактинекое и др.). Месторождения этого типа также разве­
дуются скважинами до категорий В и С 1 • Скважины размеща­
ются обычно по квадратной сетке
50--100
25-50
м для категории В и
м- С 1 •
К 3-й группе относятся средние и мелкие месторождения и
тела очень сложной формы, весьма невыдержанной мощности и
неравномерного
распределения
никеля
(Восток,
Спутник,
«медистые» руды Октябрьского и Талнахского месторождений),
а также
силикатные
никелевые
месторождения
коры
выветри­
вания смешанного типа (Рогожинское, Покровское, Синарское,
Дашкесанское и др.). Эти месторождения целесообразно разве­
дывать лишь до категории С 1 скважинами и горными выработ­
ками по сетке
314
(50--IOO)x(25-50)
м.
v
Рис.
v
Геологический
5.4.
v
v
v
v
v
v
v
разрез
силикатного
v
v
v
никелевого
v
месторожде­
ния:
1 -
рудоносные охристо-кремнистые образовании; серnентинит:
сильно разложенный,
4-
3-
с кремнистыми nрожилками,
5 - сетчатый обохренный, 6 7 - керометизованный, 8 10- малоизмененный
тый с доломитовыми nрожилками,
разложенный.
9-
2 -
сильно разложенный с реликтовой структурой,
с магнезитом,
сетча­
слабо
Месторождения алюминия. Как и месторождения черных
металлов, разведуются, главным образом, скважинами. Для раз­
ведки месторождения объединяются в три группы. В каждой
группе есть две подгруппы. К 1-й группе принадлежат крупные
пластообразные залежи с выдержанной мощностью и качеством
руд. В подгруппу 1а входят крупные изометричные залежи, ко­
торые разведуются по квадратной сетке
А, 200х200 м- В и 400х400- С 1 (рис.
1ООх 100
5.5).
м до категории
Крупные, вытянутые в одном направлении залежи подгруп­
6
пы 1 разведуются прямоугольной сетью скважин; l 00х(50100) м до категории А, 200xl00 м- В и 400х200 м- С 1 •
3
К подгруппе 2 относятся крупные и средние по размерам
линзо-
и
пластообразные
залежи со сложными
контурами
рудных тел и изменчивой мощностью, с ровной кровлей, но
неровной подошвой, наличием безрудных или некондицион­
ных участков (Висловское,
Красная Шапочка,
Кальинское,
Сосьвинское в России, Халимба в Венгрии и др.). К этой же
315
подгруппе принадлежат крупные залежи
нефелиновых руд
(Хибинская группа месторождений). Подобные месторожде­
ния
разведуются до категории В сетью скважин (150IOO)x(l00--50) м и до категории С 1 - (300--200)х(200--100) м.
Подгруппа 26 объединяет средние по размерам карстово­
котловинные залежи сложного строения с изменчивой мощно­
стью
и
невыдержанным
качеством
бокситов
(Краснооктя­
брьское ), а также крупные и средние массивы нефелиновых
сиенитов с относительно выдержанными параметрами качества
(Кия-Шалтырское,
Горячегорекое и др.). Эти месторождения
разведуются обычно по квадратной сети
IOOxiOO
м до категории
В и 200х200 м- до категории С 1 •
А
АБ
Рис.
1-
5.5.
С1ема разведки месторождении бокситов
ведочные скважины;
6-
ста под базальтами;
7-
316
1-ii
иэвестники. перскрывающие пласт бокситов;
стилающие пласт бокситов;
9-
Б
то же. категории В;
3-
пласт бокситов;
группы:
2 - иэвестники.
4 - базальты; 5 -
под­
раз­
мелкие скважины, прослеживающие выход пла­
канавы;
10- то
8 -
площадь с запасами категории А;
же, категории С 1
К 3-й группе относятся бокситовые месторождения средних
и небольших размеров, с линзами гнездообразной формы, с рез­
ко меняющимися мощностью и качеством (Барзасское, Мугай­
ское, Чадобецкое и др.). Месторождения обеих подгрупп целе­
сообразно разведывать до категории С 1 сетью скважин
(100--
50)х(100--50) м (средние по размерам месторождения подгруп­
пы За) и (25-50)х(25-50) м (мелкие тела и месторождения
подгруппы 36 ).
Месторождения меди. Разведуются скважинами в сочета­
нии с горными выработками. Для целей разведки они объеди­
нены в три группы (пять подгрупп). К подгруппе
1а относятся
обычно стратиформные месторождения (Джезказганское в Ка­
захстане, Мансфельд в Германии, Айнак в Афганистане) и
наиболее выдержанные по мощности и качеству участки лик­
вационных медно-никелевых месторождений (Норильские ме­
сторождения, Садбери в Канаде и др.). Такие объекты разве­
дуются обычно скважинами по квадратной или треугольной
(ромбической) сети: 75х75 м до категории А,
ЗООхЗОО м веркавые
150xl50 м- В и
С 1 • Подгруппа 1 включает в себя крупные шток­
6
месторождения
с
относительно
равномерным
рас­
пределением меди (Коунрадское). Изменчивость месторожде­
ний этого типа несколько выше, поэтому и применяемые для
разведки сети более густые, чем для подгруппы 1а (главным
образом, для категорий В и С 1 ): 75х75 м по категории А,
IOOxiOO
м- В и
100xl50 м-
Месторождения
2-й
и
С1•
3-й
групп
разведуются
горно­
буровыми системами (рис. 5.6). К подгруппе 2 принадлежат
8
крупные и средние пласто-, линзо- и жилообразные тела не­
выдержанной мощности с относительно неравномерным рас­
пределением меди. В основном, это колчеданные месторож­
дения (Гайское, Рио- Тинто в Испании, Брокен-Хилл в Авст­
ралии и др.), а также гидротермальные (Чатыркульское) и
стратиформные со сложным распределением окисленных руд
(Удоканское). Подобные месторождения разведуются до ка-
317
тегорий В и С 1 по сети соответственно 50х75 и
Объекты подгруппы 2
6
l00xl50
м.
крупные и средние по размерам
-
штокверки и штокообразные тела неоднородного строения с
неравномерным распределением меди (Кальмакырское, Бо­
шекуль в СНГ, Эль-Сальвадор в Чили и др.)
до категории В по сети
ти
l 00х200
50xl00
-
разведуются
м, а до категории С 1 -по се­
м.
К 3-й группе относятся средние и небольшие по размерам
линзо-, пласто-. жило- и штокаобразные тела с изменчивой
мощностью
и
невыдержанным
содержанием
меди
или
с
ин­
тенсивным развитием разрывной тектоники (Урупское, Крас­
ногвардейское, Джусинское и др.). Разведка этих месторож­
дений
ведется
IOO)x(25-50
только
до
категории
С1
по
сети
(50-
м).
1/лин
нижнево вopuJoнmo,
6снрытоео еорныни 6ыроооткани
Рис.
5.6.
1-
рудные тела;
ботки
318
Горно-буровая система разведки месторождения меди:
2 -
скважины подземного бурения;
3 -
горные выра­
Свинцово-цинковые
месторождения.
Характеризуются
Значительно большей, чем медные, изменчивостью свойств, по­
этому для их разведки даже на месторождениях 1-й группы не­
обходимо применение горных выработок. В 1-ю группу вклю­
чают наиболее крупные и выдержанные тела плитаобразной
формы стратиформных месторождений (Миргалимсайское в Ка­
захстане
(рис.
Седмочисленица
5.7),
в
Болгарии,
Олькуш
в
Польше) с относительно равномерным распределением полез­
ных компонентов. Запасы категории А на месторождениях дан­
ного типа могут выделяться при расположении разведочных вы­
работок (горных и буровых) по сети (40--50)х(40--50) м. Запа­
сы категорий В и С 1 -
могут оконтуриваться на основании бу­
рения по сети
(80-- 100)х(80--100)
200)x(l60--200) м (категория С 1 ).
м (категория В) и
(160--
Ко 2-й группе принадлежат крупные и средние линза- и
пластаобразные залежи колчеданно-полиметаллических место­
рождений, отличающиеся неоднородным строением, невыдер­
жанной мощностью и неравномерным распределением свинца и
г
~~ ~2 - 3WВ41ZJs
Рис.
5.7.
k2J6
Схематическ•rА геологический разрез МиргалимсаАского место­
рождения полиметаллических руд:
1-
известняки, доломиты, известняковые брекчии;
митьr, nерекрьrвающие рудный горизонт;
3 -
2-
ньrе и баритизированньrе известняки рудного горизонта;
ломить• и аргиллитьr, подстилающие рудный горизонт;
6- разрывные
известняки и доло­
ленточные доломитизllрован­
45 -
известняки, до­
рудные залежи;
нарушения
319
цинка (Риддер-Сокольное, Орловское, Тишинское, Горевекое в
Казахстане, Флин-Флон в Канаде, Эргани в Турции и др.), а
также лентовидные залежи и жилообразные тела некоторых
колчеданных и скарноных месторождений (Белоусовское, Ал­
тын-Топканекое в СНГ, Трепча в Югославии др.). Запасы кате­
гории В на месторождения этого типа выделяются при разме­
щении горных выработок и скважин по сети (50-75)х(50-
75)
м, категории С 1 - (100-150)х(100-150) м.
Месторождения 3-й группы обычно представлены средними
и небольшими по размерам телами линза- и пластаобразной
(жилообразной) формы с резко изменчивой мощностью и невы­
держанным распределением свинца и цинка (Садонское, Руб­
цовское, Кансайское и другие в СНГ, Мажарово в Болгарии.
Пршибрам в Чехии, Фрайберг в Германии). Эти месторождения
целесообразно разведывать до категории С 1 скважинами, обра­
зующими сеть с параметрами (50--60)х(30--40) м, и горными
выработками
-
штреками и штольнями, непрерывно прослежи­
вающими рудное тело по простиранию или расположенными на
расстоянии
40--60
м по падению, ортами и рассечками, которые
должны располагаться через
восстающими- через
20--30
80--120 м.
м по простиранию, а также
На свинцаво-цинковых месторождениях в качестве рядово­
го опробования целесообразно применение ядерно-физических
методов; горные выработки должны опробоваться по двум стен­
кам, пробы в прослеживающих выработках необходимо разме­
щать на расстоянии
2--4
м друг от друга.
Месторождении олова. Месторождения, имеющие промыш­
ленное значение, относятся ко 2-й и 3-й группам по сложности гео­
логического строения. Для целей разведки во 2-й группе выделяют
две подгруппы. Подгруппа 2а включает в себя крупные штокверки
и минерализованные зоны (Депуrатское, Фестивальное, Переваль­
ное, Солнечное, Боливар-Потоси в Боливии и др.) сложной формы
с неравномерным распределением олова. Подсчет запасов по кате­
гории В на месторождениях этого типа возможен только при ис­
пользовании горных работ. Выработки, прослеживающие рудное
тело по простиранию (штольни, штреки), должны проходиться на
320
расстояниях
60--80
м по nадению тела, nрослеживающие по nаде­
нию (восстающие)- через 8~120 м по nростиранию, а nоnереч­
ные (орты, рассечки)- через
30--40
м по nростиранию. В качест­
ве доnолнительноrо техническоrо средства
могут исnользоваться
скважины, которые бурят по сетке (40----60)х(40----60) м. Заnасы ка­
тегории С 1 на этих месторождениях могут выделяться по результа­
там бурения по сетке (8~100)х(8~100) м.
Подгруnnа 2 объединяет круnные жильные месторождения
6
(Дубровское, Хрустальное, Корнуолл в Великобритании, Маучи в
Мьянме). При разведке месторождений данной nодгруnnы оконту­
ривание заnасов катеrории В возможно только по результатам rор­
ных работ. Прослеживающие rоризонтальные выработки должны
nроходиться через 6~80 м, nрослеживающие вертикальные или
наклонные
-
груnnы 2
но орты и рассечки- через 2~30 м. Скважины для
8
,
через 8~ 120 м, т.е., как и на месторождениях nод­
оконтуривания заnасов катеrории В nрименять не разрешается. За­
nасы катеrории С 1 могут быть nодсчитаны по данным бурения
скважин, расnолагаемых по сетке (8~120)х(6~0) м.
К 3-й групnе nринадлежат небольшие жильные, главным
образом, гидротермальные месторождения с крайне невыдер­
жанной мощностью и условиями залегания и весьма неравно­
мерным расnределением олова (Верхнее, Иультинское, Вальку­
мейское и др.). Подобные месторождения могут разведываться
лишь до категории С 1 , в основном, с nрименением горных вы­
работок: штреков
120
-
через 6~80 м, восстающих
-
через 8~
м, ортов и рассечек- через 1~20 м. Скважины (как до­
nолнительное средство) бурят по сетке (6~80)х(40-50) м.
Оnробование месторождений олова в горных выработках
nроводится по двум стенкам, расстояние между nробами не
должны nревышать
2-4
м. В качестве рядового оnробования
целесообразно исnользование ядерно-физических методов.
Месторождения ртути. По сложности геологического строе­
ния относятся к 4-й груnпе. Их разведка осуществляется только до
катеrории С 1 и только rорными выработками: штреками и штоль­
нями через
40----60
м по nадению, восстающими
по nростиранию и ортами (рассечками)- через
- через 60-80
15-30 м.
м
321
Месторождения золота. Чрезвычайно многообразны как по
условиям образования, так и по морфологии и условиям залега­
ния. Для целей разведки золоторудные месторождения в зависи­
мости от изменчивости морфологии, распределения золота и раз­
меров рудных тел разделяются на восемь подгрупп: четыре под­
группы во 2-й группе, три
-
в 3-й и 4-я группа. Однако, несмотря
на все многообразие золоторудных месторождений, разведка их, в
общем, однотипна
-
все месторождения могут разведываться
только горными выработками (скважины играют вспомогатель­
ную роль при оценке общих размеров и условий залегания руд­
ных тел). При разведке месторождений 2-й группы до категории
В рудные тела должны быть непрерывно проележены горными
выработками по простиранию и падению (рис.
5.8;
рис.
8,
цв.
вкл.). При этом выработки, прослеживающие рудные тела по про­
стиранию, должны располагаться на расстоянии 40---бО м по па­
дению, прослеживающие по падению (восстанию)- через
120
30--
м по простиранию. Поперечные выработки (орты, рассечки)
должны отстоять друг от друга на
10--30
м. Для разведки до ка­
тегории С 1 на объектах данной группы расстояния между про­
слеживающими выработками увеличиваются в
Рис.
322
5.8.
1,5-2 раза.
Блок-диаграмма золоторудного месторождения
Месторождения 3-й груnnы разведуются до категории С 1
также nри неnрерывном
nрослеживании рудных тел
no
nрости­
ранию и nадению. Расстояние между nрослеживающими гори­
зонтальными выработками составляет
стающими-
80--120
40--60 м, между
10--30 м.
вос­
м, между рассечками-
В 4-ю груnпу входят золоторудные месторождения, nред­
ставленные мелкими телами гнездообразной и жильной форм.
Они также разведуются до категории С 1 nри неnрерывном nро­
слеживании рудных тел
no
nростиранию и nадению. Горизон­
тальные nрослеживающие выработки nроходят через
no
nадению, nоnеречные (орты, рассечки)- через
\0
30--40
м
м; кроме
того, каждое тело должно быть вскрыто не менее чем одной на­
клонной (восстающей) выработкой.
Оnробование золоторудных месторождений в горных выра­
ботках ведется по двум стенкам, nробы размещаются на рас­
стояниях не более
5.2.
11
м друг от друга.
РАЗВЕДКА РОССЫПНЫХ
МЕСГОРОЖДЕНИЙ
Для целей разведки россыnные месторождения груnnиру­
ются в зависимости от размеров, изменчивости мощности и рас­
nределения
nолезных
комnонентов
или
минералов, т.е.
no
тем
же nринциnам, что и коренные месторождения. Они разведуют­
ся линиями (nрофилями) скважин ударно-канатного бурения
большого диаметра
выработками
-
(200--400
мм) и nоверхностными горными
горизонтальными (траншеями) и вертикальны­
ми (шурфами). Расстояния между линиями и выработками в ли­
нии оnределяются, главным образом, видом nолезного искоnае­
мого и nринадлежиостью месторождения к той или иной групnе
no
сложности геологического строения. Так, nри разведке до ка­
тегории А титановых ильменитовых россыnей 1-й груnnы сква­
жины расnолагают в линии через
вых россыnей- через
ния увеличиваются до
200
20 м, а nри разведке циркано­
50--100 м. Для категории В эти расстоя­
40 м в случае ильменитовых и до 100---
м- циркановых россыnей. Для категории С 1 они составят
323
соответственно
40-80
и
200-400
м. Расстояния между линия­
ми одинаковые: для разведки до категории А
в
-
300-400
м и с1 -
Россыпные
600-800
месторождения
-
м,
150-200
м.
2-й
групnы
разведуются
как
скважинами, так и горными выработками, nри этом расстояния
между разведочными выработками также зависят от вида nолез­
ного искоnаемого.
При разведке россыпных месторождений золота, nлатины и
олова до категории В траншеи nроходят через
(300- 400)><20
м
(отметим, что первая цифра означает расстояние между линиями,
вторая -между выработками в линии), а до категории С 1 -
через
(600-800)х40 м. Если разведка ведется скважинами, то расстояния
для категории В составят
С1 -
( 150-200)х( 10-20)
(300-400)x(l 0-40)
м, а для категории
м. Вместе со скважинами (или вместо
них) могут применяться шурфы, но расстояния между линиями и
шурфами в линии те же, что и для скважин.
Титан-циркониевые россыnи морского генезиса разведуют­
ся до категорий В и С 1 скважинами, которые располагают соот­
ветственно
200)
через
( 150-200)x(50-l 00)
и
(300-400)х( 100-
м. Титановые аллювиальные россыпи также разведуются
скважинами,
но
меньше:
категории
для
(200-300)х(40-
расстояния
60)
В
между
-
линиями
и
скважинами
(100-150)х(20-40)
м,
С1
-
м.
При разведке алмазных россыnей рассматриваемой группы
до категории В исnользуют траншеи, которые nроходят через
200-400
м (они должны полностью nересекать россыnь в попе­
речном наnравлении), шурфы увеличенного (более 6 м 2 ) сечения
- через (200-300)х20 м и шурфы нормального (менее 6 м 2 ) се­
чения
через (40-80)х(20-40) м; до категории С 1 разведка
-
траншеями ведется по сети (400-800)х20 м, а шурфами увели­
ченного
и
нормального
сечения
-
по
сети
соответственно
(400-600)х20 и (80-160)х(20-40) м. Разведка до категории
С 1 может также осуществляться скважинами, расстояние между
которыми на линии составляет
40-80
324
м.
10-20
м, а между линиями
-
А
Рис.
5.9.
Схема разведки россыпных месторождений:
2 - ил с галькой и песком: 3 - галечник сут­
4 - щебень с песком и глиной: 5 - разрушенный гранит: 6 - гранит
(nлОПtк): 7- линии разведочных скважин: 8- площади с заласами м~а кате­
гории В: 9- то же, категории С 1
1-
рш;mтельно-почвенный слой:
линисrый:
Для благородных металлов, алмазов, олова и вольфрама
россыпи 3-й группы имеют промышленное значение. Эти ме­
сторождения разведуются до категории С 1 -
400-600
траншеями через
м, а также скважинами и шурфами через (100-200)х
x(l~20) м. Принципиальная схема разведки россыпных ме­
сторождений дана на рис.
5.9.
5.3. РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Месторожденни
апатитовых
н
фосфоритовых
руд.
По
сложности геологического строения относятся к 1-й и 2-й груп­
пам. В 1-й группе для целей разведки выделяют две подгруппы.
325
Подгруппа 1а объединяет осадочные месторождения фосфоритов
пластовой формы с горизонтальным или слабонаклонным залега­
нием, выдержанной мощностью и относительно устойчивым ка­
чеством (Егорьевское, Щигровское, Полнинское, Вятско-Камское
месторождения желваковых фосфоритов, Кингисепnское, Тоолсе
-
ракушечных фосфоритов). Эти месторождения разведуются
скважинами, расnолагаемыми по изометричной (квадратной или
ромбической) сети с nараметрами для категории Ав-
100--200 м,
200---400 м и с1 - 400--800 м.
6
Подгрупnа l включает в себя крупные магматические апа­
тит-нефелиновые месторождения пласто- и линзаобразной фор­
мы с относительно устойчивыми мощностью и качеством руд
(Кукисвумчоррское, Расвумчоррское, Юксnорское). Месторож­
дения этой nодгруnпы также разведуются скважинами, но по
прямоугольной сети: для категорий А, В и С 1 ее nараметры со­
ставят соответственно
150)
и
(200-400)х( 100-
( 100-200)x(50-l 00),
(400-800)x(l50-200) м.
Во 2-й группе различают три подгруппы. Подгруппу 2 со­
3
ставляют сложные по форме залежи изменчивой мощности с
невыдержанным
(Коашвинское
качеством апатитовых
и фосфоритовых руд
месторождение апатит-нефелиновых руд,
дорекое апатитовое и др.), а подгруппу 2
6
-
Ков­
крутоnадающие
пласты и круnные линзаобразные залежи изменчивой мощности
и качества (Каратауское, Ньоркпахское фосфоритовое месторо­
ждение апатит-нефелиновое).
Месторождения этих подгрупп разведуются скважинами по
прямоугольной сети, расстояние между которыми возрастает от
(75-l50)x(50-75)
м для категории В до (150-300)х(75-100) м
для категории С 1·
В подгруnпу
28 входят массивы изверженных пород с не­
равномерной вкрапленностью аnатита (Ошурковское месторож­
дение) nри сложной морфолоi'ИИ. Разведка объектов данного
типа проводится изометричной сетью скважин, расстояние меж­
ду которыми составляет для категории В
200)
326
М, а С1-
(200- 400)X(200-4QQ)
М.
-
( 1ОО-200)х( 100---
Месторождения ископаемых солей. Разведуются скважи­
нами (рис.
5. 10).
Промышленное значение имеют месторожде­
ния, относящиеся, в основном, к 1-й и 2-й группам по сложности
геологического строения; месторождения 3-й группы разведу­
ются только в случае особо ценного состава солей.
Для целей разведки в 1-й группе выделяют две подгруппы.
К
подгруппе
1а принадлежат весьма протяженные (более
\0
км) пласты солей с выдержанной мощностью и качеством
(Славянское, Артемовское, Усольское, Братское месторождения
каменной соли, Старобинекое калийных солей, некоторые уча­
стки
Верхнекамского
месторождения
калийно-магниевых со­
лей). Они разведуются квадратной сетью скважин с параметра­
ми для категорий А, В и С 1 соответственно
1600
и
800--1200, 1200--
1600--2400 м.
Пласто- и линзаобразные залежи
протяженностью менее
l О км, но более 1 км относятся к подгруппе 16 при условии вы­
держанной мощности и качества (Белбажское, Тут-Булакское
месторождения каменной соли, Тюбеганское калийно-магние­
вых солей). Их разведка проводится изометричной, но более
густой сетью скважин: по категории А
800-1200
м, с1-
-
400--800
в
Скв.
Скв.
5.10.
1-
наносы;
толща:
4 -
-
1200--2000 м.
3
Рис.
м, В
Геологический разрез одного из соляиых месторождений:
2-
известняково-мергелистая пачка;
гипсовая толща;
5-
каменная соль;
36 -
глинисто-мергелистая
зона сильвинита;
7-
зона каркаллита
327
Во 2-ю группу входят месторождения, в пределах которых
чередуются линзаобразные залежи солей различного состава с
изменчивой мощностью и сравнительно выдержанным качест­
вом (Шедокское каменной соли, Стебникекое калийно-магние­
вых солей), а также представленные крупными штоко- и купо­
лообразными залежами, невыдержанными по мощности и каче­
ству (Солотвинское,
Сергеевское, Гаурдакское
каменных со­
лей), и пластовыми залежами простого строения, но со сложны­
ми горно-геологическими условиями (Балахонцевский и Дуры­
манекий участки Верхнекамского месторождения калийна-маг­
ниевых солей). Подобные месторождения (или участки) разве­
дуются по квадратной сети с параметрами для категорий В и С 1
соответственно
400---800
и
800---1200
м.
Разведка месторождений 3-й группы также осуществляется
скважинами, но только до категории С 1 и по значительно более
густой сети:
(100---400)x(I00----400)
сторождения,
структурами
чительно
-
связанные
с
м. Эта группа объединяет ме­
соляно-купольными
диапировыми
залежи с резко изменчивой мощностью и исклю­
невыдержанным
качеством,
но с
ценным составом со­
лей (Индерское борно-калийное месторождение и др.).
Месторождения графита. По сложности
строения соответствуют
1-, 2-
геологического
и 3-й группам Классификации за­
пасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных
ископаемых. К 1-й группе принадлежат метаморфические ме­
сторождения, представленные пластовыми и пластаобразными
залежами с относительно выдержанной мощностью, равномер­
ным распределением графитного углерода и выдержанными ус­
ловиями
залегания
(Завальевское,
Тайгинское,
Мурзинское).
При горизонтальном залегании рудных тел эти месторождения
разведуются
изометричной (квадратной) сетью скважин, рас­
стояния между которыми изменяются от
рии А,
150--200
м для категории В и до
75-100 м
300---400 м
для катего­
для катего­
рии С 1• При наклонном залегании применяется анизотропная
сеть с параметрами для категории А (100---150)х(25-50) м, В
-
(100---150)х(50-75) м и С 1 -
(200---300)х(50-75) м. Ос­
новным техническим средством разведки месторождений гра-
328
фита 1-й группы являются скважины; горные выработки легкого
типа (канавы, шурфы) используются при разведке приповерхно­
стных частей месторождений.
Ко 2-й группе относятся метаморфические пласто- и линзо­
образные
залежи
с
относительно
выдержанной
мощностью,
равномерным распределением графитного углерода и нарушен­
ным залеганием (Курейское, Безымянное месторождения). Они
разведуются скважинами, отстоящими друг от друга для катего­
рии В на (50-10)х(25-50) м, а для категории С 1 -на (\ОО200)х(25-50) м.
В 3-ю группу входят контактово-метасоматические, собст­
венно магматические, реже
ния,
представленные
-
линзами,
метаморфические месторожде­
штоками,
жилами
и
мелкими
пластообразными телами с невыдержанной мощностью и не­
равномерным
распределением
графитного
углерода
(Петров­
ское, Союзное, Троицкое, Ботогольское, Тас-Казганекое и др.).
Разведка их проводится горно-буровыми системами до катего­
рии С 1 по сети
(25-IOO)x(25-50)
м.
Месторождения строительного и облицовочного камня.
По сложности геологического строения относятся только к 1-й и
2-й группам и разведуются скважинами. В 1-й группе выделя­
ются три подгруппы. Подгруппу 1а представляют массивы из­
верженных пород однородного состава с выдержанными физи­
ко-механическими свойствами, ненарушенным или слабонару­
шенным залеганием (Ново-Даниловское и Емельяновекое гра­
нитов, Крессовское диоритов и гранодиоритов, Головинекое и
Слипчицкое габбро-норитов и лабрадоритов). Эти месторожде­
ния разведуются до категорий А, В и С 1 по сети соответственно
(200-ЗОО)х(200-300),
(300--400)х(ЗОО--400)
и
(400-бОО)х
х(400-600) м.
Подгруппа 1 объединяет горизонтальные или пологопа­
6
дающие пластообразные тела, не нарушенные или слабо нару­
шенные тектоническими
процессами (месторождения осадоч­
ных, эффузивных и метаморфических горных пород
-
Болине­
ское туфов, Алымское и Газганское мраморов, Геналдобское
доломитов и др.). Для разведки объектов этого типа используют
329
следующие сети:
( 1ОО-200)х( 100-200)
м
до категории А,
-
(200-ЗОО)х(200-300) м- В и (300-400)х(ЗОО-400) м- С 1 •
Подгруппу
1в составляют моноклинальна залегающие, кру­
топадающие или смятые в складки пласты и пластаобразные за­
лежи,
выдержанные
показателям,
слабо
по
структуре,
мощности
затронутые
и
качественным
разрывными
нарушениями
(Коелгинское, Чолурское, Эклендинское месторождения мрамо­
ров, Кнорринг конгломератов, Больше-Каменекое известняков).
Разведка подобных месторождений также осуществляется сква­
жинами, но по анизотропной сети: (100-200)х(25-50) м- для
категории
А,
x(I00-150)
(200-ЗОО)х(50-1 00)
м
-
В
и
(300--400)х
м- С 1 •
Ко 2-й группе принадлежат линзо- и пластаобразные зале­
жи, штоки, дайки, жилы с невыдержанным качеством, интен­
сивно тектонически
нарушенные или подверженные
процессам
карстообразования (Артавадзское, Артикское мраморов, Май­
кульекое гранитов и др.). Объекты этой группы разведуются
скважинами до категории В по сети
С1 -
(I00-200)x(I00-200)
(50-1 ОО)х(50- 100)
м и
м.
Месторождения г линистых пород. По сложности геологиче­
ского строения объединяются в три группы. Для целей разведки в
1-й группе выделяются две rtодгруппы. В подгруппу
1а входят
крупные и средние по размерам, выдержанные по структуре, мощ­
ности и качеству пласты, пласто- и линзаобразные залежи легко­
плавких глин и суглинков озерного, ледникового, элювиального и
морского генезиса (месторождения Дуба-Юровское, Заря, Уром­
ское,
Ингичке). Они
разведуются
скважинами
150)х( 100-150) м для категории А,
по сети
(100( 150-200)х( 150-200) м -
для категории В и (300--400)х(300--400) м- С 1 •
Подгруппа 1 включает в себя месторождения тугоплавких
6
и бентонитовых глин морского происхождения, выдержанной
мощности и качества (Евсугское тугоплавких глин, Черкасское
бентонитовых глин). Разведка их осуществляется по более гус­
той квадратной сети:
50-100, 100-200
ственно для категорий А, В и С 1 •
330
м
200-300
м соответ­
Во 2-й группе месторождений глинистых пород также раз­
личают две подгруппы. К подгруппе
28 относятся крупные и
средние пласта- и линзаобразные залежи, не выдержанные по
структуре, мощности и качеству и содержащие прослои некон­
диционных пород, т.е. большинство месторождений огнеупор­
ньlх и тугоплавких глин озерного, озерно-болотного и прибреж­
но-морского генезиса (Курдюмовское тугоплавких и огнеупор­
ньlх глин, Мурзинекое и Часовъярское огнеупорных, Печорское
тугоплавких). Для их разведки используют скважины, которые
располагаются по квадратной сети на расстояниях
м
50--100
для категории В и 100-200 м- С 1 •
6
Подгруппа 2 объединяет крупные и средние пласта- и
линзаобразные залежи, не выдержанные по структуре, мощ­
ности и качеству (Саригюхское месторождение бентонито­
вьlх глин, Гончаровекое глин и суглинков для производства
цемента и др.). Для разведки подобных объектов требуется
более густая сеть:
25-50
м
-
для категории В и
50 -
150
м
-CJ.
К 3-й группе принадлежат месторождения с резко изменчи­
вой мощностью, структурой и качеством. Обычно это месторо­
ждения огнеупорных глин (Троицко-Байновское, Шрошинское и
др.). Разведка их осуществляется только до категории С 1 сква­
жинами, которые размещаются по квадратной сети на расстоя­
нии
25-50
м друг от друга.
Месторождения слюд (мусковит, флогопит, вермикулит).
Здесь известны объекты только
2-, 3-
и 4-й групп. Они разведу­
ются горными выработками в сочетании со скважинами.
Для целей разведки во 2-й группе выделяются три подгруп­
пы. Подгруппа
28 включает в себя крупные залежи флагопита и
вермикулита простого строения, большой мощности и протя­
женности (Ковдорское месторождение). При разведке подобных
месторождений до категории В канавы и орты располагаются
через
40--60
м по простиранию, а скважины бурят по сети
(40--60)х(40--60) м; для категории С 1 сеть горных выработок
разрежается
до
(80--120)x(l20--160)
м,
а
скважин
-
до
(80--120)х(40--60) м.
331
К подгруппе 26 принадлежат крупные зоны и залежи флаго­
пита и вермикулита сложного строения (Потанинское и Кулан­
таусекое
месторождения
вермикулита,
Гулинекое флогопита,
некоторые месторождения флагопита Алданской группы). Раз­
ведка их до категории В осуществляется горными выработками
(канавами, рассечками). которые проходят через
40-20
простиранию, а также скважинами по сети (20-40)х(ЗО-
а до категории
друга на
м по
40)
м,
cl -·· горными выработками, отстоящими друг от
40-80
м, и скважинами- по сети (40-80)х(30-40) м.
Для категории С 2 применяют как горные выработки, так и сква­
жины, которые размещают через
В подгруппу
сложного
40-80 м.
2 8 входят залежи мелкочешуйчатого мусковита
внутреннего
строения
с
относительно
равномерным
распределением слюды (Кулетское месторождение). Разведка
объектов данной подгруппы до категории С 2 не регламентиру­
ется;
при разведке до категорий В
и С1
горные выработки
(канавы) располагаются соответственно через
160 м по простиранию залежей, а скважины
IOO)x(40-80) и (120-160)х(80-160) м.
60-100 и 120- по сети (60-
К 3-й группе относятся крупные жилы и зоны мусковита,
крупные и средние жилы и зоны флогопита, средние по разме­
рам залежи вермикулита с резко изменчивой мощностью и ус­
ловиями
слюды
залегания
и
весьма
(Мамско-Чуйская
неравномерным
группа
распределением
месторождений
мусковита,
большинство Алданских месторождений флогопита, Игнашин­
екое вермикулита). Подобные месторождения разведуются до
категории С 1
20-40
горными выработками, которые проходят через
м, и скважинами
категории С 2 эти
-
по сетке (20-40)х(ЗО-40) м; для
параметры составляют
40-60
м
и
(40-
60)х(ЗО-40) м.
В 4-й группе месторождений слюд также различают две
подгруппы. Подгруппа
4 8 объединяет средние и мелкие жилы и
зоны мусковита очень сложного строения с резко изменчивыми
мощностью
мерным
и
условиями
распределением
залегания,
слюды
а
также
(некоторые
весьма
неравно­
месторождения
Мамско-Чуйского района). Они разведуются до категории С1
332
горными выработками, расnолагающимися через
скважинами
-
10---40
м и
по сети (20---40)х(20---40) м. Для разведки по
категории С2 сеть горных выработок несколько разрежается (до
20---40 м), скважины бурят по такой же сети.
6
В nодгруnпу 4 включены глубокозалегающие крупные и
средние
мусковитавые
и флагопитовые тела
гнездообразной
формы, отличающиеся очень сложным строением и весьма не­
равномерным распределением слюд. Для разведки по категории
С1 расстояние между горными выработками составляет
а по категории С2-
10---20
м,
м; сеть скважин имеет аналогичные
20---30
параметры.
5.4. РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ
Месторождения у глей и горючих сланцев. По сложности
геологического строения относятся, главным образом, к 1-й и
2-й груnnам. К 1-й nринадлежат мощные и очень мощные (до
нескольких десятков метров) nласты с nологим ненарушенным
или слабонарушенным залеганием (Канско-Ачинский, Экиба­
стузский
бассейны,
Зейское,
Лигренекое
месторождения),
а
также простые складчатые или крупноблоковые структуры с
выдержанными элементами залегания и nреобладанием вьщер­
жанных и относительно выдержанных nластов (средняя и при­
nлатформенная части Донецкого, участки Печорского, Кузнец­
кого, Карагандинского, Челябинского бассейнов).
Во 2-ю групnу входят мощные и средней мощности относи­
тельно выдержанные и невыдержанные nласты с nологим нена­
рушенным залеганием (Днеnровский, Подмосковный бассейны,
Чульманское
месторождение
Южна-Якутекого
бассейна),
а
также выдержанные и относительно выдержанные nласты, сла­
гающие
сложноскладчатые
и
интенсивно
осложненные
разры­
вами структуры (участки Донецкого, Печорского, Кузнецкого,
Карагандинского бассейнов).
333
Месторождения углей 3-й группы имеют весьма ограниченное
промышленное значение. Это либо невыдержанные пласты, либо
выдержанные и относительно выдержанные, но с очень сложными
условиями залегания и мелкоблоковой струкrурой (Партизанский,
Угловский бассейны, отдельные участки крупных бассейнов).
Разведка угольных и сланцевых месторождений осуществ­
ляется скважинами (рис.
ротажных
(в
основном,
5.11)
с обязательным комплексом ка­
электрометрических)
исследований.
Главными факторами, определяющими параметры разведочной
сети, являются размер тектонически однородного блока и сте­
пень выдержанности пластов. На месторождениях 1-й группы
выдержанные пласты разведуются по категории А сетью сква­
жин (600-800)х(200-400) м, по категории В
-
(800-
1200)х
х(400-600) м, а С 1 - (1600-2000)х(800-1000) м; для относи­
тельно
выдержанных
пластов
эти
параметры
соответственно
равны
(300-400)x(l50-250), (400-600)х(200-300)
1ООО)х(250-500) м, а для невыдержанных, разведка
ведется
до
категорий
В
и
С1,
-
и
(800-
которых
(250-ЗОО)х(150-250)
и
500х300 м.
При разведке месторождений 2-й группы параметры разве­
дочной сети для категории В такие, как и для категории А на
месторождениях 1-й группы.
5.5.
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ
И РЕСУРСНОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНОГЕИНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Большинство
техногеиных
образований
хвостахранилищ
следует рассматривать как особую категорию полезных иско­
паемых. Техногеиные массивы, содержащие скопления полез­
ных ресурсов, составляют класс техногеиных месторождений.
Для их оценки необходимо проведение геолоr·оразведочных ра­
бот и применение критериев, учитывающих ресурсную ценность
горно-промышленных отходов. Геологоразведочным работам на
техногеиных месторождениях должны предшествовать положи-
334
тельная
прогнозная
(кадастровая)
оценка
хвостохранилищ,
а
также установление потребности в товарной продукции, которая
может быть получена из вторичного минерального сырья. При
этом,
оценка техногеиных
массивов,
наряду
с
ресурсными
во­
просами, требует решения геотехнологических, экономических
и экологических задач.
о
Рис.
4нм
2
1\"1)(~2
85
Шз
1 I-лlб
5.11.
Схема
разведки
Барандатского месторождения бурого угля
(Канско-Ачинский угольный бассейн). По В. И. Бирюкову и др.
14-
угольные пласты:
2-
горельники;
3-
поисково-разведочные скважины:
скважины на участке сгущения при предварительной разведке;
ные границы разведочных участков;
6-
5-
услов­
номера разведочных участков
335
Оценка хвостахранилищ как техногеиных месторождений
nроводится
на
основе
геологоразведочных
работ,
которые
должны иметь тот же комnлексный характер, что и для nрирод­
ных залежей nолезных искоnаемых. Особенности геологоразве­
дочных работ обусловлены закономерностями строения техно­
генных
массивов,
которые
nредоnределены
конструкционно
и
технологически nри формировании хвостохранилищ.
Оценка
хвостахранилищ
как
месторождений
вторичных
минеральных ресурсов требует решения следующих воnросов:
•
установления nеречия
nолезных комnонентов и
nород в
составе техногеиного массива (nроизводится на основе изучения
отчетов о
разведке
месторождения
nри
эксnлуатации
которого
сформировалось техногеиное образование; целесообразно nри­
влечение
данных
о
возможном
nрактическом
исnользовании
хвостов обогащения);
•
выявления скоплений или залежей nолезных комnонен­
тов и nород в техногеином массиве (осуществляется nутем ана­
лиза технического nроекта, геолого-маркшейдерской докумен­
тации,
маршрутного обследования,
nроходки
и оnробования
разведочных nересечений по рациональной системе);
•
оnределения возможных областей nрименения и оценки
nотребительских свойств хвостов (изучение вещественного со­
става материала хвостов и оnределение nоказателей качества в
соответствии с действующими стандартами на сходные виды
сырья);
•
оценки nромышленной значимости хвостов nри соответ­
ствии требованиям действующих стандартов (nроводится с nо­
мощью оnределения реального или nотенциального nотребителя
и соnоставления существующего объема минеральных ресурсов
с nотребным);
•
оценки возможностей и условий добычи хвостов из хво­
стохранилищ;
•
экономической оценки хвостов и оnределения кондиций
(выnолняются,
как
и для
nриродных
месторождений,
nутем
nредnроектных nроработок воnросов эксnлуатации техногеино­
го месторождения по вариантам, nри этом nроводится соnостав-
336
+х
•
• • \-
---- ----
__ ,
+х
+х
•
+х
+х
+х
+х
+х
+х
-
+х
••
+Х
+х
+х
+Х
+х
+Х
•
+х
+Х
+х
+х
+х
+Х
+Х
+Х
+х
•
+х
•
•
-
20
о
20
м
Рис. В
Схематическая геологическая
золоторудного месторождения
карта
и разрез
Березитовага
Геологический разрез
полинии В-Г
в
596м
+х
516
м
+х
4Э6м
З56м
+Х
20
о
20
м
276
м
196
м
делювиально-аллювиальные
отложения
порфиравидные гранодиориты
11
+
линзаобразные тела гидротермально
измененных эксnлозивных брекчий
дайки диоритов
гранат-кварц-серицитовые
Метасоматиты
1~
тектонические нарушения
зоны дробления
1· •
lt---_,1
1•
~
кварцевые жилы
канавы
скважины
1
1 ~1
устья штолен
ld
nодземные выработки
c:::::J
Ьii6 м
1
1
1~ 1
горизонты
рудные тела
(5-
номер штольни)
а
,
'Р""""""
"'*'""""""
~~~~
~~
,
:--~"""
б
<о~
1о~
в
<о
о
Рис.
9
Объемная модель распределения
-0,71
Zr02
(а),
MgO
(б) и
мм в хвостохранипище Ковдорекого ГОКа (в)
фракции
ление суммарных затрат на добычу и обработку добытого сырья
с суммарной стоимостью товарной продукции);
•
подсчета
запасов
хвостов
как
полезных
ископаемых
с
учетом кондиций, как и для природных месторождений.
Стадиальная схема геологоразведочных работ на хвосто­
хранилище должна
включать
в себя два этапа:
ревизионно­
оценочный и разведку.
Назначение ревизионно-оценочных работ состоит в выборе
объектов, последующая разведка которых экономически целе­
сообразна. При этом для предварительной ресурсной оценки не­
обходима следующая информация:
•
•
•
•
геоморфологическая привязка объекта;
характеристика вещественного состава хвостов;
порядок складирования (валовой, селективный);
объем, занимаемая площадь и общая высота техногеиного массива;
•
•
•
наличие и характер деформаций массива;
завершение складирования;
направление рекультивации.
Ревизионно-оценочные работы должны проводиться на ос­
нове анализа ретроспективной информации. Изучению подвер­
гаются архивные материалы геолого-маркшейдерской службы, от­
дела технического контроля обогатительной фабрики и службы
хвостового хозяйства. Необходимо установить, какой материал по­
ступал в хвостохранилище, в каком порядке и в каких соотношени­
ях. Сведения о петрографическом составе пород можно извлечь из
отчетов о детальной разведке эксплуатируемого месторождения, в
которых после
1973
г. помещаются данные о химическом и мине­
ральном составе каждой породы с оценкой пригодности ее для тех
или иных целей.
При этом проводится анализ материалов по геологии отра­
ботанного
месторождения,
по
литологии
и
физико-механи­
ческим свойствам хвостов обогащения основного полезного ис­
копаемого.
Необходимо
также
определение
типа
изменений
хвостов в процессе складирования (неизменность состава, рас­
сеяние, загрязнение, гидравлическая дифференциация).
337
Для оnределения морфаструктурных особенностей объекта
выделяются элементы конструкции хвостохранилища на основе
геолого-маркшейдерской документации (уnорные дамбы, дамбы
обвалования, ограждающие дамбы,
искусственное основание,
фильтрующие ядра, рекультивационный слой и др.) с указанием
состава материала, а также устанавливается ярусность и зональ­
ность основного тела техногеиного массива.
Анализ nроектных материалов nозволяет nолучить общее
nредставление о сnособе формирования техногеиного массива и
обусловленных им основных закономерностях его внутреннего
строения,
в том
числе о возможном
наличии
в нем
зон скоnле­
ний nолезных хвостов. Анализ архивных данных даст возмож­
ность оценить вероятные nроцессы дифференциации материала
хвостов
nри
складировании,
что
nредоnределяет
возможные
скоnления вновь образованных nолезных искоnаемых в виде
«фациальных» зон.
Необходимо учитывать наличие селективной добычи и nе­
реработки различных nриродных тиnов руд и соответственно
секционную укладку (или по ярусам) хвостов. Это дает возмож­
ность
nровести
nредварительную оценку дифференциации
в
nроцессе складирования материала хвостов, что nредоnределяет
скоnление nолезных искоnаемых в виде «фациальных» зон. При
валовой добыче и совместной nереработке различных тиnов руд
дифференциация возможна за счет различия физико-техничес­
ких свойств материала хвостов и режима укладки.
При
наличии
рекультивационных работ
необходима
формация о nеремещении хвостов (масштабы,
ин­
наnравление),
мощности рекультивационного слоя и его литологической ха­
рактеристике.
На основе предварительного анализа составляется принци­
nиальная схема техногеиного массива (в виде разрезов и nланов)
с
прогнозом
положения
в
нем
скоплений
полезных
хвостов,
размеров и форм этих скоnлений. Разработанная на основе ар­
хивных данных
можного
nрогнозная
техногеиного
модель
хвостохранилища
месторождения
nодлежит
как
воз­
уточнению
с
исnользованием информации, nолученной nри маршрутных об­
следованиях.
338
Разведка осуществляется на техногеиных месторождениях,
промышленное
значение
которых
определено
ревизионно­
оценочными работами. Она проводится в границах, обеспечи­
вающих выявление
промышленных запасов сырья
на норматив­
ный срок, при наличии реальных потребителей на техногеиное
сырье.
О полезных хвостах на стадии разведки должна быть полу­
чена следующая информация:
характеристики,
•
ность
(рис.
•
определяющие
вторичного сырья,
9,
и
их
потребительскую
пространствеиная
цен­
изменчивость
цв. в кл.);
геометрические параметры залежей и их внутренняя зо­
нальность;
•
технологические схемы
и
технико-экономические
пока­
затели переработки;
•
•
условия, способ и схема добычи;
объемы использования по различным направлениям кон­
кретными потребителями;
•
постоянные кондиции и запасы по категории С 1 (запасы
утверждаются
с
правом
проектирования
сеть
отобранные
промышленного
ис­
пользования).
Разведочная
и
пробы
хвостов должны
обеспечить возможность районирования техногеиного массива
на зоны и заданную точность средних значений показателей по­
требительских свойств.
Маршрутное обследование хвостахранилищ осуществляет­
ся для проверки и уточнения разработанной на основе анализа
архивных материалов модели хвостохранилища как возможного
техногеиного
месторождения
минерального
сырья.
Основная
цель маршрутного обследования техногеиного массива
-
опре­
деление фактической схемы его строения и наличия в нем кон­
струкционных
элементов
«фаций)), однородных
по
или
технолого-литологических
вещественному составу, с оценкой
возможной промышленной пригодности хвостов (описание по­
верхностного слоя техногеиного массива). Наблюдения прово­
дятся на поверхности массива и в неглубоких расчистках.
339
Конструкционно и технологически для техногеиных масси­
вов хвостахранилищ предопределено наличие в их строении та­
ких
элементов,
как
упорные,
ограждающие
и
разделительные
дамбы, пляжная зона, переходная зона, прудковая зона (гли­
нистое или илистое ядро), иногда дренирующее ядро и др. Дан­
ные структурные элементы литологически разнородны, причем
каждый из них сложен относительно однородным материалом и
требует локальной оценки. С учетом этого маршрутное обсле­
дование хвостохранилища
используется для
установления
про­
гнозных границ между структурными элементами и оценки воз­
можной полезности фракций хвостов, слагающих эти элементы,
с ориентировочным определением их объема, формы и разме­
ров. Одновременно проводится оценка содержания рудных ми­
нералов в материале пляжной зоны. Упорная и ограждающие
дамбы обследуются
маршрутами
вдоль
их
внешнего откоса.
Внутреннее строение техногеиного массива хвостохранилища
оценивается
на основе
маршрутов
по
направлениям,
перпенди­
кулярным дамбам, по верхней площадке. Кроме того, в каждой
точке фиксируются литологические и геохимические особенно­
сти хвостов с указанием характера изменений макроскопиче­
ских признаков между точками наблюдений и отбором проб.
При графической интерпретации результатов маршрутного
обследования учитывается, что горизонтальные сечения могут
быть идентичными структурно, т.е. содержать все зоны, фикси­
руемые на поверхности (ниже рекультивационного слоя). Одна­
ко границы между одноименными зонами в нижележащем сече­
нии могут быть смещены относительно вышележащего сечения
в сторону прудкавой зоны. Графика, полученная на основе дан­
ных маршрутных обследований, включает в себя планы и разре­
зы,
отражающие
принципиальные
особенности
внутреннего
строения и общие закономерности изменений литологических и
геохимических
характеристик
хвостов.
На
геолого-маркшей­
дерской графике необходимо отметить контуры скоплений по­
лезньiх минералов и пород, обладающих необходимыми свойст­
вами для
их промышленного
логического или
возможного применения.
340
использования
геохимического типа и
с указанием
лито­
конкретной области
Особенности геологической документации при разведочных
работах на хвостохранилищах определяются тем, что изучаемые
объекты являются не природными структурами, а геотехниче­
скими сооружениями, морфологические элементы которых тре­
буют специального описания. При этом учитываются первич­
ный геолого-минералогический тип хвостов, а также способы и
степень технологического
преобразования полезных ископае­
мых при их обогащении.
Текстурно-структурный характер хвостов отличается мень­
шей однородностью. В хвостохранилищах, где резко выражена
дифференциация вещества в плане, имеет место относительно
высокая
изменчивость
литологических
и
качественных
пара­
метров в направлении сброса и растекания пульпы. Поэтому то­
чечный и штуфной способы опробования могут быть примене­
ны очень ограниченно. Основные способы опробования
-
роздовый и керновый, а при отборе технологических проб
бо­
-
валовый.
Цель изучения вещественного состава
-
определение раз­
новидностей пород или рудных минералов, которые МОI)'Т пред­
ставлять промышленный интерес как сырье для производства
строительных
материалов
или
продуктов
другого
назначения.
Проверка рудоносиости хвостов в техногеиных массивах- не­
обходимое условие изучения их вещественного состава. Веще­
ственный состав хвостов в техногеином массиве позволяет про­
вести
только
диагностику
пригодности
материала
в
качестве
сырья при производстве товарной продукции определенного на­
значения. Технологические исследования ведутся на всех стади­
ях изучения техногеиных массивов хвостохранилищ.
В хвостохранилищах техногеиные массивы состоят из пес­
ков, алевритов самого разнообразного состава, глины либо их
смеси. Изучение вещественного состава осуществляется с по­
мощью методов, разработанных в петрографии, литологии и
геохимии. Промышленную ценность для производства строи­
тельных
материалов
могут
представлять
некоторые
продукты
гидравлической классификации хвостов обогащения в хвоста­
хранилищах. Песчаные фракции кварцевых и кварц-силикатных
341
хвостов обогащения руд могут использоваться в качестве строи­
тельного песка и сырья для производства стеновых материалов.
При достаточно высокой концентрации рудных минералов в
тяжелых фракциях техногенный массив можно рассматривать
как вторичные россыпи, образованные за счет обогащения от­
дельных зон (например, пляжной зоны) определенными компо­
нентами. Критерием рудоносиости хвостов в техногеином мас­
сиве при изучении их вещественного состава может быть со­
держание рудных минералов в текущих хвостах обогатительных
фабрик.
Технологические
исследования
вторичного
минерального
сырья связаны с определением достоверной величины выхода
готовой
продукции. Для хвостов, обогащенных
дифференциации
полезных
компонентов
в результате
при складировании,
необходимо определение показателей извлечения, а также каче­
ства концентрата и нерудного остатка. Запасы вторичного ми­
нерального сырья подсчитываются на основе маркшейдерской
съемки отдельных участков.
При современном уровне развития технологий полную ути­
лизацию
горно-промышленных
отходов
хвостахранилищ
осу­
ществить невозможно, так как значительная часть их не отвеча­
ет требованиям к качеству минерального сырья. Кроме того, на­
личный объем хвостов может превосходить потребность в них
соответствующих регионов, а отгрузка внешним потребителям
будет недостаточно эффективной. Геолого-экономическая оцен­
ка
техногеиных
массивов
хвостахранилищ
осуществляется,
прежде всего, на стадии ревизионно-оценочных работ и сопро­
вождается
определением
технико-экономических
показателей
освоения техногеиного массива как месторождения вторичного
минерального сырья. Многие хвостохранилища отбраковывают­
ся
уже
на стадии
анализа
архивных
материалов,
показавшего,
что существенной дифференциации полезных компонентов в
процессе формирования техногеиного массива не происходило.
К
основным
принципам
геолого-экономической
оценки
техногеиных месторождений можно отнести: общественную по­
требность в минеральном сырье; приемлемую прибыль на вло­
женный капитал; взаимную заинтересованность предпринима-
342
теля и местной администрации в освоении объекта; полноту ис­
пользования недр; улучшение экологической и социальной об­
становок в регионе; системный подход; моделирование потоков
денежных средств и устойчивости финансового состояния пред­
приятия и др.
Экономическая оценка хвостохранилища как техногеиного
месторождения должна
сти
содержать данные
о
предпочтительно­
использования «лежалых» хвостов по сравнению с
вариан­
том освоения соответствующих природных месторождений и с
вариантом использования хвостов текущей переработки.
Оценка техногеиного массива выполняется в форме техни­
ко-экономических соображений (ТЭС) с определением технико­
экономических показателей повторной добычи сырья и его об­
работки
на
проектируемом
[«Временная
инструкция
или
о
действующем
порядке
предприятии
составления
технико­
экономических соображений (ТЭС) о возможном промышлен­
ном
значении
твердых
поисково-оценочных
полезных
работ
предварительной разведкю>,
ходятся
перебором
и
по
результатам
целесообразности
проведения
1982].
ископаемых
Оптимальные значения на­
вариантов оконтуривания скоплений вто­
ричного сырья и вариантов технологии первичной обработки с
учетом более низкой себестоимости повторной добычи сырья.
Если хвостахранилище содержит скопления вторичного мине­
рального сырья различного назначения, то в ТЭС рассматрива­
ются технически
возможные варианты
комплексного их освое­
ния, из которых выбирают экономически наиболее выгодный.
Подсчет запасов в хвостохранилищах осуществляется обыч­
ными способами. При построении контуров скоплений полез­
ных хвостов и определении объемов этих скоплений использу­
ются данные маркшейдерской съемки объектов и проектные ма­
териалы, определяющие конструкцию хвостохранилищ.
Необходимым
условием
эксплуатации
хвостохранилища
как техногеиного месторождения является его устойчивость, по­
этому следует обратить особое внимание на инженерно-геоло­
гические
и
гидрогеологические
исследования
в
комплексе
гео­
логоразведочных работ.
343
Во всех случаях расчету технико-экономических nеказате­
лей освоения техногеиных месторождений должна nредшество­
вать оценка nринциnиальной возможности nовторной разработ­
ки техногеиного массива
no
условиям устойчивости, техники
безоnасности и охраны окружающей среды (наnример, разра­
ботка хвостов обогащения железистых кварцитов сухоройным
сnособом nроблематична из-за значительной силикозооnасно­
сти; разработка техногеиного массива nри неконсолидирован­
ном ила-глиняном ядре невозможна из-за сложности обесnече­
ния устойчивости добычных устуnов и связанной с этим угрозой
nрорыва неконсолидированной nульnы из nрудкавой зоны).
Для общей оценки устойчивости техногеиного массива вы­
nолняется инженерно-геологическая рекогносцировка объекта с
исnользованием методов наблюдений и маршрутной съемки.
На стадии разведки необходимы сnециальные исследования
для оnределения nараметров устойчивости устуnов техногеино­
го массива (высоты и угла наклона). При этом nроводятся необ­
ходимые работы и nроверочные расчеты на устойчивость объ­
екта в целом и
nоложения
no
добычным устуnам соответственно с учетом
уровня
грунтовых
вод
и
нагрузок
от
горно­
трансnортного оборудования. Проверяется также устойчивость
вторичных отвалов (особенно в случае их размещения на старых
хвостохранилищах).
Размеры
оnределению,
хвостахранилищ
форма
nоддаются
неnосредственному
задана тоnографией
занимаемой
части
земной nоверхности и тоnографией внешней nоверхности, кото­
рая оnределяется маркшейдерскими методами с учетом конст­
руктивных особенностей техногеиного массива. Таким же сnо­
собом устанавливаются размеры и тоnография nодошвы и кров­
ли любой необходимой зоны или конструкционного элемента
внутри хвостохранилища. Следовательно, в случае техногеиных
массивов для оnределения тоnографии nодошвы и кровли, а
также для изучения изменчивости мощности тела nолезного ис­
коnаемого нет необходимости в разведочных nересечениях. При
изучении
хвостахранилищ
разведочные
nересечения
нужны
только для отбора nроб, а также оnределения nоложения в nлане
границ изучаемых зон и смещений их
344
no
глубине.
Принципиальные особенности внутреннего строения техно­
генных
между
массивов хвостохранилищ,
структурными
элементами
включая
в
плане,
положение
можно
границ
установить,
как правило, на поверхности (или под рекультивационным сло­
ем). Вместе с тем, по глубине эти границы могут иметь значи­
тельные смещения. Закономерности пространствеиных измене­
ний параметров качества вторичного минерального сырья в пре­
делах хвостохранилища предопределены,
в основном, техноло­
гически и конструкционно. Однако, может наблюдаться и вто­
ричная неоднородность размещения полезных компонентов.
В целом, техногеиные массивы хвостахранилищ можно от­
нести к объектам незначительной сложности по сравнению с
природными месторождениями при ресурсной оценке. Однако,
выявление
особенностей
внутреннего
строения
хвостохрани­
лищ, нижнего структурного этажа комбинированных отвалов
существенно затруднено из-за невозможности визуального об­
следования.
Выбор систем и технических средств разведки хвостахра­
нилищ как техногеиных
месторождений минерального сырья
определяется:
•
сивов
особенностями внутреннего строения техногеиных мас­
на
поверхности
или
под
незначительным
рекультиваци­
онным слоем;
•
отсутствием
или
наличием структурных связей
между
минеральными агрегатами.
Первая особенность техногеиных массивов хвостахрани­
лищ позволяет рассматривать их как объекты разведки, соответ­
ствующие
легания.
природным
Поэтому при
месторождениям
их
разведке
приповерхностного
за­
первостепенное значение
имеют топографическое и геологическое изучение поверхности
массива.
Наиболее
информативными
средствами
служат
по­
верхностные горные выработки (канавы, расчистки, закопушки).
Вторая особенность требует бурения скважин на всю глубину
оценки объекта для более надежного выявления строения глу­
бинных горизонтов. Однако, из-за малого выхода керна инфор­
мативность опробования недостаточно высока.
345
Система разведочных выработок для хвостахранилищ строит­
ся в зависимости от того, какая часть техногеиного массива подле­
жит оценке (пляжная зона, зона сложенная наиболее грубым мате­
риалом, или прудковая). В этих случаях система разведочных пере­
сечений будет состоять из нескольких магистральных канав по по­
верхности, ориентированных перпендикулярно рабочим дамбам, и
сопряженных с ними линий скважин, которые бурятся на всю
мощность техногеиного образования. Число канав следует прини­
мать с учетом изменчивости геохимических и литологических ха­
рактеристик оцениваемых зон по их простиранию (вдоль дамб).
Таким образом, опорной системой разведки техногеиных
массивов хвостахранилищ может быть горно-буровая. Парамет­
ры системы определяются структурным типом и размером хво­
стохранилища или оцениваемой его части.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1.
В чем заключаются особенности разведки месторождений металличе­
ских полезных ископаР.мых (на примере месторождений железа и марганца)?
2.
3.
Каковы особенности разведки россыпных месторождений?
Расскажите об особенностях разведки месторождений неметаллических
полезных ископаемых (на примере фосфатного сырья и минеральных солей).
4.
Охаракrеризуйте особенности разведки месторождений горючих ис­
копаемых.
5.
Охарактеризуйте особенности оценки техногеиных месторождений.
МОНИТОРИНГ
МЕСГОРОЖДЕНИЙ
ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЬIХ
6.1.
и
Основные положения
определения
6.2.
Факторы, определяющие
cocтoЯirne
недр
и
связанных
с
ними
компонентов приро.дной среды
6.3.
Содержание и структура
мониторШIГа месторождений
полезных
6.4.
ископаемых
Организация мониторШIГа
месторождений полезных
ископаемых
6.5.
Практика организации
и ведения мониторШIГа геологической
среды
Глава
6
6.1.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Геологическая среда
-
это часть недр, в пределах которой
протекают процессы, влияющие на жизнедеятельность человека
и другие биологические сообщества. Геологическая среда вклю­
чает в себя горные породы ниже почвенного слоя, циркулирую­
щие
в
них подземные
воды
и связанные
с
горными
породами
и подземными водами физические поля и геологические про­
цессы.
Мониторинг состояния недр (геологической среды)
систе­
-
ма регулярных наблюдений, сбора, накопления, обработки и анали­
за информации, оценки состояния геологической среды и прогноза
ее изменений под влиянием естественных природных факторов,
пользования недрами и иной антропогенной деятельности.
Мониторинг месторождений твердых полезных ископае­
мых
-
это мониторинг состояния недр (геологической среды) и
связанных с ним других компонентов окружающей природной
среды в границах техногеиного воздействия в процессе геологи­
ческого изучения и разработки этих месторождений, а также ли­
квидации и консервации горно-добывающих предприятий.
Компоненты окружающей природной среды
-
состав­
ные части экосистем. К ним относятся: воздух, поверхност­
ные и подземные воды, недра, почвы, растительный и живот­
ный мир.
Мониторинг месторождений
твердых
полезных ископае­
мых (ММТПИ) является подсистемой мониторинга состояния
недр (геологической среды) и представляет собой объектный
уровень мониторинга.
Проведение ММТПИ,
как объектного
уровня мониторинга геологической среды, в соответствии с ус­
ловиями лицензии на пользование недрами является обязанно­
стью субъектов предпринимательской деятельности
цев лицензии на пользование
недрами для
-
владель­
геологического изу­
чения недр и добычи полезных ископаемых.
349
Цель ММТПИ
информационное обеспечение органов
-
управления государственным фондом недр и недрапользовате­
лей при геологическом изучении и разработке месторождений
полезных ископаемых.
Для реализации указанной цели в системе ММТПИ осуще­
ствляется решение следующих задач:
•
оценивается текущее состояние геологической среды на
месторождении,
включая зону существенного
влияния его экс­
плуатации, а также связанных с ним других компонентов окру­
жающей природной среды, и соответствие этого состояния тре­
бованиям нормативов, стандартов и условий лицензий на поль­
зование недрами для геологического изучения недр и добычи
полезного ископаемого;
•
составляются
текущие,
оперативные
и
долгосрочные
прогнозы изменения состояния геологической среды на место­
рождении и в зоне существенного влияния его отработки;
•
дается экономическая оценка ущерба с определением
затрат на предупреждение отрицательного воздействия раз­
работки месторождения на окружающую природную среду
(осуществление прирадоохранных мероприятий и компенса­
ционных выплат);
•
разрабатываются мероприятия по рационализации спо­
собов добычи полезного ископаемого, предотвращению аварий­
ных ситуаций и ослаблению негативных последствий эксплуа­
тационных работ на массивы горных пород, подземные воды,
связанные с ними физические поля, геологические процессы и
другие компоненты окружающей природной среды;
•
органам Гасгортехнадзора России и другим государст­
венным органам власти предоставляется информация о со­
стоянии геологической среды на месторождении полезного ис­
копаемого и в зоне существенного влияния его отработки, а
также взаимосвязанных с ней компонентов окружающей при­
родной среды;
•
территориальным
органам
управления
государственным
фондом недр предоставляются данные ММТПИ для включения
в систему государственного мониторинга состояния недр;
350
•
контролируется и оценивается эффективность мероприя­
тий по рациональному способу добычи полезного ископаемого,
обеспечивающему, при прочих равных условиях, полноту его
выемки и сокращение нерациональных потерь.
Конкретные задачи мониторинга могут уточняться усло­
виями лицензий на пользование недрами и геологическими за­
даниями на выполнение работ.
Разрабатываемое месторождение полезного ископаемого и
другие связанные с его разработкой объекты хозяйственной дея­
тельности представляют собой сложную природно-техногенную
систему,
содержащую,
как
правило,
ряд
источников
генного воздействия на окружающую (в том числе
антропо­
-
геологи­
ческую) среду. Это воздействие является объектом нескольких
видов мониторинга. Поэтому ММТПИ, помимо
мониторинга
геологической среды, может включать в себя мониторинг по­
верхностных водных объектов, атмосферы, почв, растительно­
сти.
При постановке и ведении ММТПИ, как подсистемы мо­
ниторинга состояния недр, следует различать виды и источни­
ки антропогенного воздействия, связанные непосредственно со
вскрытием и разработкой месторождения (добычей полезного
ископаемого), и источники антропогенного воздействия, обу­
словенные сопутствующей
добыче
инфраструктурой
горно­
добывающего предприятия, в том числе с хранением, транс­
портировкой и переработкой добытого полезного ископаемого
и рудовмещаюших горных пород, а также сбросом и утилиза­
цией подземных вод, извлекаемых при осушении месторожде­
ния.
К
источникам антропогенного
воздействия,
связанным
с
добычей полезного ископаемого, т.е. непосредственно с недро­
пользованием,относятся:
•
открытые (карьеры, разрезы, разрезные траншеи) и под­
земные горные выработки (шахты, штольни и др.), выработан­
ные полости, а также технологические скважины при разработке
месторождений твердых полезных ископаемых методом
под­
земного выщелачивания;
351
•
сооружения
шахтного
или
карьерного
водоотлива
(системы водопоиизительных и дренажных скважин, подземных
горных выработок);
•
сооружения по закачке в недра извлеченных при добыче
полезных
ископаемых
подземных
вод;
системы
захоронения
шахтных вод;
•
фильтрационные завесы, связанные с закачкой в недра
специальных растворов;
•
•
газо-аэрозольные и пылевые выбросы;
сооружения по инженерной защите горных выработок от
негативного воздействия опасных геологических процессов;
•
автономные водозаборы подземных вод*, расположен­
ные на площади месторождения и используемые для добычи
подземных вод с целью хозяйственно-питьевого или техниче­
ского водоснабжения.
Указанные виды источников антропогенного воздействия
влияют, в первую очередь, на состояние недр (геологическую
среду), но могут изменять и другие компоненты окружающей
природной среды (поверхностные воды, атмосферу, состояние
растительности и поверхности земли).
К источникам антропогенного воздействия на окружающую (в
том числе геологическую) среду, не связанным непосредственно с
процессом добычи твердых полезных ископаемых, относятся:
•
отвалы горных пород, гидроотвалы, склады полезных иско­
паемых, шламо- и хвостохранилища горно-обогатительных комби­
натов и фабрик, пруды-отстойники, накопители сточных вод;
•
каналы и трубопроводы отвода рек и ручьев, техниче­
ских вод и стоков;
•
сбросы дренажных и сточных вод в поверхностные водо­
токи и водоемы;
•
•
*
технологические и бытовые коммуникации;
участки рекультивации земель;
В зависимости от условий лицензий на пользование недрами такие во­
дозаборы мoryr бьгrь как объектом ммmи, так и объектом мониторинга
подземных вод.
352
•
опасные инженерно-геологические процессы, сформиро­
вавшиеся под воздействием антропогенной деятельности;
•
сооружения
по
инженерной
защите
объектов
инфра­
структуры от негативного воздействия опасных геологических
процессов.
Эти источники антропогенного воздействия влияют как
на геологическую среду, благодаря, главным образом, утеч­
кам из воданесущих коммуникаций, а также из гидроотвалов,
шламо- и хвостохранилищ, с площадок промышленных пред­
приятий, так и на другие компоненты окружающей природ­
ной среды.
С учетом изложенного, ММТПИ включает в себя:
•
регулярные
наблюдения
за элементами геологической
среды, горными выработками и другими сооружениями, а также
за отдельными компонентами окружающей природной среды в
границах зоны воздействия на экасистемы как собственно отра­
ботки запасов полезного ископаемого, так и другой хозяйствен­
ной деятельности горно-добывающего предприятия; регистра­
цию наблюдаемых показателей и обработку полученной инфор­
мации;
•
создание и ведение информационных фактографических
и картографических баз данных, включающих в себя весь набор
ретроспективной и текущей геологической и технологической
информации (а при необходимости и постоянно действующую
модель месторождения);
а) оценку пространствеино-временных изменений состоя­
ния геологической среды и связанных с ней компонентов окру­
жающей природной среды на основе полученных в процессе
мониторинга данных;
б) учет движения запасов полезных ископаемых и потерь
при их добыче и переработке;
в) учет извлеченных (перемещенных) горных пород;
•
пр01 нозирование изменения состояния объектов горных
работ и связанных с ними компонентов окружающей среды под
влиянием добычи
полезного
ископаемого, дренажных
меро­
приятий и других антропогенных факторов;
353
•
предупреждения
о
вероятных
негативных
изменениях
состояния геологической среды и необходимой корректировке
технологии добычи запасов полезных ископаемых;
•
разработку рекомендаций
по ликвидации
последствий
аварийных ситуаций, связанных с изменениями состояния гео­
логической среды.
Таким образом, ММТПИ проводится на площади как собст­
венно
месторождения
полезного
ископаемого
и
техногенных
объектов горного производства, так и в зоне существенного
влияния
недрапользования
на состояние
недр
и другие
компо­
ненты окружающей природной среды, изменения которых свя­
заны с изменением геологической среды под влиянием
вскры­
тия и разработки месторождения полезного ископаемого и иной
хозяйственной деятельности горно-добывающего предприятия.
На основе получаемой в процессе ММТПИ информации
принимаются решения по обеспечению процессов управления
добычей минерального сырья, оценке натуральных показателей
для назначения величины компенсационных выплат, обеспече­
нию условий полноты выемки запасов полезного ископаемого,
предотвращению аварийных ситуаций, снижению негативных
последствий эксплуатационных работ на окружающую природ­
ную среду, а также осуществляется контроль за соблюдением
требований, установленных при предоставлении недр в пользо­
вание (требований, условий, лицензий на пользование недрами).
6.2.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
СОСТОЯНИЕ НЕДР И СВЯЗАННЫХ
С НИМИ КОМПОНЕНТОВ
ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
В соответствии с положениями раздела
жен охватывать как
6.1,
непосредственно площадь
ММТПИ дол­
ведения
горных
работ, так и зону существенного влияния разработки месторож­
дения и сопутствующих ей процессов на состояние недр и дру­
гих компонентов окружающей природной среды.
354
В связи с этим на площади проведения ММТПИ может
быть выделено три зоны:
зона
непосредственного ведения горных работ и раз­
1-
мещения других технологических объектов, влияющих на изме­
нение состояния недр в пределах границ горного отвода;
зона
существенного влияния разработки месторожде­
11 -
ния на различные компоненты геологической среды;
зона
периферийная, примыкающая к зоне существен­
III -
ного влияния разработки месторождения (зона фонового мони­
торинга).
Границы площади ведения горных работ (зона
ются
природными
геологическими
и
1)
определя­
технико-экономическими
факторами. Во всех случаях верхней границей месторождения
принимается поверхность земли, а нижней
-
подошва балансо­
вых запасов полезного ископаемого. Обычно границы зоны
1-
это границы зоны горного отвода.
Размеры зоны существенного влияния разработки месторо­
ждения твердых полезных ископаемых (зона
11)
устанавливают­
ся по распространению участков (площадей) активизации опас­
ных геологических процессов под влиянием добычи полезного
ископаемого
и
существенного
нарушения
гидродинамического
режима и структуры потоков подземных вод в пределах депрес­
сионной воронки.
По
имеющимся
техногеиного
представлениям,
влияния
за
зону
существенного
инженерно-геологического
характера
следует принимать площадь на порядок больше площади, на ко­
торой осуществляется производственная деятельность при раз­
работке месторождения. Наибольшие размеры территорий, под­
верженных влиянию разработки месторождения, связаны с раз­
витием депрессионных воронок подземных вод при проведении
водопоиизительных и дренажных мероприятий. Они определя­
ются гидрогеологическими условиями и особенностями систе­
мы отбора подземных вод, а также наличием или отсутствием
системы обратной закачки дренажных вод. Депрессионная во­
ронка расширяется во времени и может достичь весьма сущест­
венных размеров, особенно в напорных пластах, имеющих ши-
355
рокое площадное распространение. В то же время, радиусы зо­
ньi
существенного
влияния,
где
понижение
уровня
составляет
около
10-20 % от понижения в центре депрессии, обычно не
превышают 10--20 км в напорных пластах и первых километ­
ров в безнапорных. Этими цифрами следует руководствоваться
при определении размеров зоны существенного влияния разра­
ботки.
При разработке небольших месторождений с неглубоко за­
легающими полезными
ископаемыми
в замкнутых гидрогеоло­
гических структурах, а также при отработке месторождений
выше уровня подземных вод зона существенного воздействия
может быть оrраничена горным и земельным отводами.
Границы зоны IП и ее площадь принимаются такими, чтобы
в процессе мониторинга можно было проследить фоновые из­
менения состояния геологической среды, сравнить их с ее изме­
нениями в зоне
11
и выделить те из них, которые связаны с раз­
работкой месторождения, и те, которые определяются другими
факторами. Поэтому площадь зоны
111
должна охватывать уча­
стки с геолого-гидрогеологическими условиями и ландшафтами,
развитыми в зоне
11.
Если при разработке месторождения твердых полезных ис­
копаемых, сопровождаемой водоотливом, происходит гидроди­
намическое
на
другие
взаимовлияние
месторождения
рассматриваемого
твердых
полезных
месторождения
ископаемых
и
эксплуатируемые месторождения подземных вод, то формиру­
ется общая зона влияния rруппы месторождений и водозаборов.
В этих случаях границы зоны существенного влияния каждого
месторождения принимаются в радиусе
10--15
км от участка
горных работ и (или) водоотбора, а на остальной площади влия­
ния всей rруппы месторождений осуществляется мониторинг
уровня подземных вод.
В связи с тем, что зона существенного влияния расширяется
во времени, размеры контролируемой в процессе ММТГТИ терри­
тории должны уточняться по результатам ведения мониторинга.
В соответствии с действующим законодательством о не­
драх, организация и ведение мониторинга в пределах зон
осуществляются недропользователем.
356
1 и 11
Необходимость и порядок организации и ведения монито­
ринга в зоне
должна определяться соглашением между нед­
111
рапользователем и органом управления государственным фон­
дом недр. Для крупных горно-добывающих предприятий специ­
альные наблюдения за изменением состояния
среды в зоне
111
геологической
целесообразно осуществлять недропользовате­
лем, так как полученная при этом информация позволит мини­
мизировать
платежи
за
загрязнение
окружающей
природной
среды и будет способствовать рациональному ведению добыч­
ных и сопутствующих работ. В других случаях наблюдения в
зоне
111
ведутся территориальной службой мониторинга.
Одна из важнейших задач ММТПИ
оценка изменений
-
состояния геологической среды под влиянием изменений гидро­
геологических,
инженерно-геологических
и
геокриологических
условий, связанных со вскрытием и разработкой месторожде­
ния, а также с проведением сопутствующей им иной хозяйст­
венной деятельности.
Изменения гидрогеологических условий при вскрытии и раз­
работке месторождений происходят в следующих основных на­
правлениях.
1.
Изменения структуры потока подземных вод, условий их
питания и разгрузки вследствие их отбора водопоиизительными
и
дренажными
системами
и
снижения
уровня
подземных
вод
под влиянием водоотбора.
Изменение условий питания и разгрузки подземных вод из­
меняет соотношения приходных и расходных элементов балан­
са, что отражается в режиме подземных вод, в том числе в по­
ложении их уравенных поверхностей. В процессе вскрытия и
разработки месторождения происходят:
•
снижение уровней (напоров)
может отмечаться
как
подземных
в эксплуатируемых
вод,
которое
пластах, так
и,
при
определенных системах отработки, в смежных водоносных го­
ризонтах;
•
сокращение
или полное прекращение разгрузки
подзем­
ных вод в реки и путем испарения с уровня грунтовых вод;
•
•
снижение расхода или полное исчезновение родников;
снижение расходов действующих водозаборов;
357
•
2.
уменьшение эксплуатационных запасов подземных вод.
Изменение качества подземных вод.
Изменение качества подземных вод связано с подтягивани­
ем
к водопоиизительным
и дренажным системам
высокомине­
рализованных или некондиционных вод из глубоких водонос­
ных горизонтов, загрязнением подземных вод в процессе веде­
ния горных работ, поступлением в водоносные горизонты за­
грязненных поверхностных вод и загрязняющих веществ из ан­
тропогенных
источников
загрязнения
на
поверхности.
При
взаимодействии подземных вод с породами в зоне горных выра­
боток (формирование кислых вод с повышенным содержанием
токсичных
компонентов)
происходит формирование
особого
химического состава шахтных (дренажных) вод.
Изменение гидрогеологических условий под воздействием
антропогенных
источников,
непосредственно
не
связанных
с
добычей полезных ископаемых, также происходит в перечис­
ленных направлениях
-
изменение режима и баланса подзем­
ных вод и изменение их качества. Изменение режима и баланса
подземных
вод связано с утечками
хвостохранилищ,
прудов
из
гидроотвалов,
отстойников,
накопителей
шламо-
и
сточных
вод, воданесущих коммуникаций и т.д.
Проникиовеине загрязненных поверхностных вод из ука­
занных сооружений, а также атмосферных вод, загрязняющихся
в
процессе
движения
через
отвалы
горных
пород,
площадки
промышленных предприятий, приводит к загрязнению подзем­
ных вод, в первую очередь, первого от поверхности водоносного
горизонта.
Изменение
инженерно-геологических
и геотектонических
условий, в том числе протекание опасных геологических про­
цессов, происходит в следующих основных направлениях.
1.
Развитие деформаций в массиве горных пород и на зем­
ной поверхности вследствие изменения
напряженного состоя­
ния, трещиноватости и физико-механических свойств пород, а
также в результате сдвижения пород над отработанным про­
странством и образования мульд оседания.
358
2.
Деформация массивов горных пород и грунтов в прибор­
товых и прибравочных частях карьеров, на склонах терриконов
и
откосах
отвалов,
техногеиных
активизация
экзогенных
природных
геологических
и
возникновение
процессов
на
приле­
гающих территориях в связи с нарушением статического поло­
жения горных пород.
3.
Оседание земной поверхности в результате уплотнения
пород при их вторичной консолидации в процессе водопониже­
ния и осушения.
4.
Возникновение или активизация карстово-суффозионных
процессов в связи с увеличением градиента фильтрации потока,
интенсификацией
растворения
карбонатных
пород
и
выноса
рыхлого заполнителя открытых полостей.
5.
Выпор (деформация) почвы или днища горных выработок
в результате разгрузки напряжений при сработке массива выше­
лежащих горных пород и в результате набухания при увлажне­
нии;
6.
Активизация эндогенных процессов (техногенные земле­
трясения, горные удары).
Изменение геокриологических условий выражается в изме­
нении температурного режима многолетнемерзлых пород в под­
земных горных выработках, в карьерах, на площади расположе­
ния инженерно-технических объектов и связанных с этими из­
менениями процессами таяния мерзлоты,
проявлениями терма­
карста, пучения и др. Изменения горна-геологических, гидро­
геологических,
инженерно-геологических
и
геокриологических
условий при разработке месторождений твердых полезных ис­
копаемых взаимосвязаны. Это необходимо учитывать при по­
становке и проведении мониторинга.
Вскрытие и разработка месторождений твердых полезных
ископаемых, а также сопутствующая им другая хозяйственная
деятельность, кроме изменений гидрогеологических, инженер­
но-геологических и геокриологических условий, могут приво­
дить также к изменениям других компонентов природной ок­
ружающей среды, вызванных указанными изменениями геоло­
гической среды. Основные возможные изменения других ком-
359
понентов окружающей природной среды сводятся к следую­
щему:
а) уменьшение или даже периодическое прекращение стока
рек на отдельных участках за счет сокращения естественной
разгрузки
подземных
вод
в реки
и
привлечения
речных
вод
в
горные выработки;
б) увеличение стока рек на других участках в связи со сбро­
сом шахтных и карьерных вод;
в) изменения природных ландшафтов, связанные с измене­
нием уровня
грунтовых вод в
первом от поверхности водонос­
ном горизонте, оседанием поверхности земли,
изменением
гид­
рографической сети. Указанные процессы могут привести к уг­
нетению или гибели растительности, переосушению сельскохо­
зяйственных земель, осушению болот или, наоборот, к забола­
чиванию территории;
г) загрязнение атмосферного воздуха, почв и грунтов хими­
ческими и минеральными
веществами
при
пылевых
и
газовых
выбросах, а также влияние этого загрязнения на животный и
растительный мир;
д)
загрязнение
поверхностных
вод
в
результате
сброса
шахтных или карьерных вод, сточных вод сопутствующих про­
изводств, фильтрации через плотины хвосто- и шламохранилищ,
разгрузки в реки загрязненных подземных вод и т.д. (рис.
10,
цв.
вкл.).
В связи с различным характером проявления процессов из­
менения состояния геологической среды на разрабатываемых
месторождениях твердых
полезных
ископаемых
и связанных с
ними процессов изменения других компонентов окружающей
природной среды структура и содержание мониторинга на каж­
дом конкретном объекте в значительной степени будет опреде­
ляться
сложностью
геологических,
геолого-гидрогеологических,
геокриологических условий
инженерно­
месторождения
и
условий его освоения (системой отработки месторождений и
системой защиты горных выработок от подземных вод).
Основными факторами, определяющими структуру и со­
держание мониторинга месторождений, являются:
360
•
характер залегания горных nород, степень изменчивости
их состава и свойств, особенности тектонического строения, на­
личие трещиноватости и закарстованности;
•
наличие в nределах nлощади разработки месторождений
nолезных ископаемых nотенциально неустойчивых, легко де­
формируемых массивов горных пород, в nределах которых воз­
можно развитие экзогенных геологических nроцессов;
•
характер залегания и условия расnространения водонос­
ных горизонтов, изменчивость мощностей и фильтрационных
свойств водавмещающих nород, величина водоnритока в горные
выработки;
•
•
глубина и характер залегания nолезного искоnаемого;
сложность гидрохимической обстановки, наличие высо­
коминерализованных
и
газированных
nодземных
вод,
участ­
вующих в обводнении месторождения;
•
наличие или отсутствие nостоянно действующего источ­
ника nостуnления воды в горные выработки (река, обводненный
высокоnроницаемый
водоносный
горизонт,
nерекрывающий
разрабатываемое nолезное искоnаемое горизонт);
•
•
наличие и характер залегания многолетнемерзлых nород;
характер изменчивости физико-механических и водно­
физических свойств горных nород, оnределяющих устойчивость
бортов карьеров и nодземных горных выработок, активизацию
или возникновение экзогенных геологических nроцессов;
•
технологическая
схема
вскрытия,
система
и технология
отработки месторождения, режим ведения горных работ;
•
характер и интенсивность влияния отработки месторож­
дения на ландшафтные условия, nоверхностные воды и другие
комnоненты окружающей nриродной среды;
•
необходимость (или ее отсутствие) применения специ­
альных методов nроходки горных выработок и специальных
схем борьбы с nодземными водами (фильтрационные завесы,
системы закачки добычных вод и др.);
•
наличие водозаборов подземных вод в пределах nлощади
влияния
осушения
месторождения
твердых
nолезных
ископае­
мых;
361
•
наличие сооружений по хранению, переработке и транс­
портировке полезных ископаемых и отходов горно-добывающе­
го производства;
•
необходимость проведения специальных мероприятий по
инженерной защите от опасных геологических процессов.
Именно эти факторы необходимо учитывать при проекти­
ровании и мониторинге месторождений твердых полезных ис­
копаемых.
6.3.
СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА
МОНИТОРИНГА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Система ММТПИ в общем случае содержит две взаимосвя­
занные подсистемы:
•
проведения и документации наблюдений, а также сбора
информации;
•
обработки информации и прогнозирования.
Первая подсистема включает в себя наблюдения за объек­
тами, перечисленными в разделе
3.
Кроме того, в отдельных
случаях дополнительными объектами наблюдений могут быть и
другие компоненты окружающей среды, включая метеорологи­
ческие условия.
Основным источником информации о состоянии геологиче­
ской среды и других компонентов природной среды являются
наблюдательные сети, состоящие из пунктов наблюдений. Это
могут быть капитальные и эксплуатационные горные выработ­
ки, водозаборные скважины, специальные сооружения для на­
блюдения за подземными водами, горными породами, геологи­
ческими
процессами,
(наблюдательные
поверхностными водами, ландшафтами
скважины,
родники,
репера,
гидрометриче­
ские створы, специальные наблюдательные площадки и др.). В
случае значительной площади зоны существенного влияния при
разработке месторождений твердых полезных ископаемых или
при мониторинге группы месторождений в качестве дополни-
362
тельного источника
информации о состоянии
геологической
среды и других компонентов природной среды мoryr привпе­
каться материалы,
полученные с использованием средств дис­
танционного зондирования.
Схема расположения и число наблюдательных пунктов,
частота и методика наблюдений определяются многими геоло­
го-технологическими и природными факторами. Они должны
устанавливаться индивидуально в каждом конкретном случае. В
то же время, мoryr быть сформулированы и некоторые общие
принципы
1.
( 1-4).
Формирование наблюдательных сетей должно начинаться
в процессе геологоразведочных работ, главным образом, на ста­
дии «разведка месторождения», особенно на тех месторождени­
ях, разведка которых осуществляется горными выработками с
применением опытно-эксплуатационного водоотлива. На разра­
батываемых
месторождениях
сети
должны
расширяться
и
трансформироваться в соответствии с развитием горных работ и
увеличением
водоотбора.
Дальнейшее
преобразование
сетей
должно быть связано с обеспечением наблюдений при переходе
с открытых на подземные горные работы, а также после консер­
вации или ликвидации горных работ.
2.
Наблюдательная сеть должна формироваться с учетом
особенностей горна-геологических, гидрогеологических, инже­
нерно-геологических и геокриологических условий МТПИ, при­
иятой системы вскрытия и разработки месторождения, системы
размещения сооружений по хранению, переработке и транспор­
тировке полезных ископаемых и отходов горно-добывающего
производства. Она должна обеспечивать получение информации
для прогнозирования и принятия управленческих решений, а в
необходимых случаях
онных,
-
обеспечить разработку rеофильтраци­
геомиrрационных
и
геомеханических
моделей.
При
форматировании наблюдательных сетей необходимо учитывать
следующие рекомендации:
•
при многослойном строении водавмещающей среды сле­
дует создавать ярусные узлы наблюдательных пунктов, обору­
дованные
на
различные
водоносные
горизонты
или
на
различ-
363
ные
интервалы
залегания
отдельных случаях
-
мощного
водоносного
горизонта,
а
в
и на слабопроницаемые разделяющие от­
ложения;
•
при наличии на площади месторождения и в зоне суще­
ственного влияния его разработки водозаборов подземных вод,
а также систем обратной закачки наблюдательные скважины
должны
размещаться
на
всей
площади
гидродинамического
возмущения, при этом часть наблюдательных пунктов должна
находиться между системами отбора и закачки воды;
•
в случае приуроченности месторождений к ограничен­
ным (замкнутым) в гидродинамическом отношении пластам на­
блюдательные скважины следует располагать по обе стороны от
границы пласта;
•
пункты наблюдений в горных выработках (инженерно­
геологические площадки, репера, скважины, датчики) должны
располагаться в местах выявленной и потенциально возможной
деформации выработок, проявления горных ударов, вызванных
выбросов пород и повышенных напряжений, развития трещино­
ватости, протаивания многолетнемерзлых пород;
•
при наличии на изучаемой территории шламо- и хвосто­
хранилищ,
прудов-отстойников,
накопителей
сточных
вод
и
других сооружений, функционирование которых может вызвать
изменение баланса и качества подземных вод, наблюдательные
пункты, главным образом, для первого от поверхности водонос­
ного горизонта, должны оборудоваться в зоне активного воздей­
ствия этих объектов на окружающую среду.
3.
Пункты наблюдений за гидрогеологическими, инженер­
но-геологическими
и
геокриологическими
показателями
и
на­
блюдения на этих пунктах должны быть взаимоувязаны. Кроме
того, при размещении наблюдательных скважин для изучения
водоносных горизонтов следует учитывать возможность и целе­
сообразность
сопряжения
этих
пунктов
с
наблюдательными
пунктами, оборудованными на поверхностные водные объекты,
растительность и т.д.
4.
Все наблюдательные пункты должны быть защищены от
несанкционированного доступа и иметь инструментальную при­
вязку в плановом и высотном отношении. Марки, от которых
364
проводятся замеры уровней воды, должны
иметь инструмен­
тальную высотную привязку, отметка которой должна периоди­
чески проверяться.
Все проводимые в системе мониторинга месторождений
твердых полезных ископаемых наблюдения за качественными и
количественными показателями состояния геологической и дру­
гих компонентов окружающей природной среды можно разде­
лить на две группы:
1)
стандартные (обязательные), осуществ­
ляемые на всех или большинстве месторождений;
2)
специаль­
ные (дополнительные), проводимые на отдельных месторожде­
ниях и требующие, в ряде случаев, нестандартного оборудова­
ния и организации особых наблюдений.
К стандартным наблюдаемым показателям относятся:
•
•
данные по приросту запасов полезных ископаемых;
количество
и
качество
извлекаемых
из
недр
полезных
ископаемых;
объем извлекаемых из недр горных пород;
•
•
ход развития горных работ и состояние горных вырабо-
•
величина отбора шахтных и дренажных вод из внешних
ток;
и внутренних водоприемных систем;
•
ные
величина сброса откачиваемых и сточных вод в различ­
элементы
системы
водоотведения,
в
том
числе
объем
(расход) закачиваемых вод в системах обратной закачки;
•
утечки из прудов-отстойников, накопителей сточных вод
и других аналогичных сооружений;
•
уровни подземных вод всех водоносных горизонтов, уча­
ствующих в обводнении горных выработок и испытывающих
воздействие хозяйственной деятельности;
•
физические свойства, химический состав и температура
подземных и шахтных вод;
•
физические свойства, химический состав и температура
всех видов сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные
объекты, а также качество поверхностных вод выше и ниже то­
чек сброса.
К наблюдаемым специальным показателям могут относиться:
365
•
•
расходы родников;
уровни
подземных
вод
в
горизонтах,
смежных
с
участ­
вующими в обводнении горных выработок и в первом от по­
верхности горизонте грунтовых вод (в случаях, когда он не уча­
ствует непосредственно в обводнении горных выработок);
•
расходы и уровни поверхностных вод; пересыхание и пе­
ремерзание, наледный сток;
•
•
состояние горных выработок и их крепление;
состояние устьев, фильтров и обсадных труб водозабор­
ных и наблюдательных скважин, насосного оборудования;
•
•
физико-механические свойства и трещиноватость пород;
количество и величина карстовых воронок, изменение их
размеров;
•
планово-вертикальные деформации дневной
поверхно­
сти для оценки оседания подрабатываемых территорий;
•
данные геодезических и маркшейдерских наблюдений за
деформациями склонов и бортов карьеров для оценки развития
оползнеобвальных процессов;
•
изменение состояния болот, видового состава и габитуса
растительности;
•
•
•
загрязнение атмосферного воздуха;
техногеиные землетрясения и горные удары;
температура многолетнемерзлых пород, а также их фи­
зико-механические и теплофизические свойства.
В конкретных условиях перечень наблюдаемых специаль­
ных показателей может уточняться. Документация наблюдений
предусматривает ведение журналов наблюдений за показателя­
ми, а также учета извлекаемых из недр и закачиваемых в недра
подземных вод.
Формы журналов наблюдений согласовываются с террито­
риальными органами управления фондом недр. Основным тре­
бованием к формам журналов наблюдений является их машино­
ориентированный характер.
Если на месторождении организован автоматизированный
сбор всей или части получаемой при ММТГТИ информации и
366
ведется компьютерная база данных, то может быть предусмот­
рен непосредственный ввод данных из памяти измерительных
приборов в компьютер. В тех случаях, когда на площади место­
рождения и (или) зоны существенного влияния его эксплуата­
ции проводятся наблюдения за другими компонентами окру­
жающей среды (поверхностными водами, метеоусловиями, со­
стоянием растительности и т.д.) другими организациями, дол­
жен быть организован сбор материалов этих наблюдений.
Подсистема обработки информации и прогнозирования.
Обязательным элементом подсистемы обработки информации и
прогнозирования является база данных, отражающая информа­
цию как по постоянным (условно-постоянным), так и по пере­
менным (наблюдаемым) показателям. База данных может вес­
тись в автоматизированном и в ручном режимах, в зависимости
от числа наблюдательных пунктов и объема получаемой инфор­
мации. Она используется для информационного обслуживания
недрапользователей
и
органов
управления
государственным
фондом недр.
Для месторождений, находящихся в сложных гарно-геоло­
гических,
гидрогеологических
и
инженерно-геологических
ус­
ловиях, может быть создана специальная автоматизированная
информационно-прогностическая
система (ЛИПе),
включаю­
щая в себя автоматизированный банк (базу) данных и постоянно
действующую математическую модель месторождения.
В
определенных условиях,
например,
при
наличии
ряда
взаимодействующих в гидродинамическом плане месторожде­
ний твердых полезных ископаемых и водозаборов подземных
вод или при этажном расположении различных полезных иско­
паемых (пресные подземные воды, твердые полезные ископае­
мые, теплоэнергетические и промышленные воды, нефть и газ),
кроме липе отдельного месторождения должна создаваться
ЛИПе всего горно-добывающего района. Такая ЛИПе создает­
ся либо отдельной горно-добывающей компанией, если все раз­
рабатываемые месторождения полезных ископаемых и водоза­
боры подземных вод находятся в ее ведении, либо территори­
альной службой мониторинга состояния недр, когда на рассмат­
риваемой площади располагается несколько недропользователей.
367
Обработка данных ММТПИ заключается в подготовке ма­
териалов для анализа наблюдений за изучаемыми показателя­
ми состояния недр и других компонентов окружающей при­
родной среды. Она заключается в построении необходимых
карт и разрезов, графиков и таблиц, статистической обработке
данных наблюдений, включая использование статистических
методов
анализа
временных
рядов,
а
также
корреляционного
анализа.
Прогнозирование состояния недр и других компонентов ок­
ружающей природной среды может выполняться различными
методами:
гидродинамическими,
гидравлическими,
вероятност­
но-статистическими; формально-логическими; методами анало­
гии; методами экспертных оценок и др. Выбор метода опреде­
ляется
сложностью
горно-технических,
условий, задачами прогнозирования,
дения
и
физических
механизмов
гидрогеоэкологических
изученностью месторож­
протекающих
процессов,
удельным весом режимаобразующих факторов.
Осуществляемое
прогнозирование
в
можно
системе
мониторинга
подразделить
на
три
месторождения
вида:
текущее,
оперативное и долгосрочное. Текущее прогнозирование прово­
дится на весьма короткий последующий период эксплуатации
(до нескольких месяцев) в связи с развитием хода горных работ
и
изменениями
их технологии, а также в связи с
изменениями
водахозяйственной и климатической обстановки.
Оперативное прогнозирование проводится систематически
по результатам ежегодной эксплуатации на кратковременный
( 1-3
года) период. Долгосрочное прогнозирование осуществля­
ется при выявленных неблагаприятных тенденциях изменения
состояния
геологической среды
и других компонентов окру­
жающей среды, а также в связи с долгосрочными планами раз­
вития горных работ.
Конкретные требования к программе ММТПИ определя­
ются условиями лицензии, рекомендациями ГКЗ (ТКЗ) или
РКЗ и проектом разработки месторождения полезных иско­
паемых.
368
Точки отбора проб и концентра­
ция урана, мкг!л:
о
о
о
0,01
0,01---{1,26
0,26----{),32
о
0,32---{1,51
о
0,51---{1,78
о
0,78-1 ,49
о
1,49-2,29
о
2,29-2,32
о
2,32-2,55
о
2,55-2,65
Объекты:
Ковдорекий ГОК
C=:J
....---.
карьеры
отвалы
хвостохранилища, отстойники
населенные пункты
1\/
реки
~ озера
Рис.
10
Распределение урана в поверхностных водах района Ковдорекого ГОКа
C=:J
C=:J
район отбора проб
Мурманская область
.
Распределение относительного содержания брома в пласте
Кр 11 (Соликамский участок) . Масштаб: 1:50 000. По данным
Г.И. Ермакова и А.И. Петрика:
1-
скважины , учтенные при построении карты и их номера (в числителе- но­
мер скважины , в знаменателе- значение минералого-геохимического парамет­
ра) ;
2 - разведочные
скважины на соль ;
3 - изолинии
значений относительно­
го содержания брома в пласте : а - рядовые , б- маркирующие ; 4 - шахтные
стволы и их номера ; 5- скважины детальной разведки ; б- контуры детально
разведанных запасов соляной залежи ; 7 - контуры месторождений нефти ; 8 эталонные участки ; 9 провал на БКРУ-3 ; 10 зона аномальной просадки
дневной поверхности н а СКРУ-2
Рис. 12
План распределения оседаний земной поверхности (Соликам­
ский участок). Масштаб: 1:50 000. По данным Г. И. Ермакова и
А . И. Петрика
Условные обозначения к рис .
Пpll
Профили nовторного нивели-
11-'-is рова~ия в nределах шахтных
nолеи
и
их
номера ;
Опорные точки :
Интервалы суммарного оседания
земной поверхности по профилям
повторного нивелирования в преде­
лах шахтных полей, м :
8
на « КрЫЛЬЯХ » мульд
0,3
до
скважины и их номера
~=О
8® \\
Контуры детально разведан­
ных участков соляной залежи
и их номера
1,5
в центральных частях мульд
от
Шахтные стволы и их номера
nикеты
· (реnеры) и их номера
более
0 .
12
Гjijl Эталонные участки и их нo­
L-.:.J мера
1,5
в центральных частях мульд
на « КрЫЛЬЯХ » мульд
до
0,3
D
в центральных частях мульд
D
на « КрЫЛЬЯХ» мульд
Пр~н/
'8о
/
Профили nовторного нивели­
рования в nределах эксnлуа­
тируемы~
нефтяных
место­
рождении и их номера ; nикеты
(реnеры) и их номера
Интервалы профилей повторного
нивелирования в пределах место­
рождений нефти, характеризующие:
суммарные поднятия земной
поверхности, м
более
0,02
0,01-0,02
суммарные поднятия земной
Площади
отработки nластов
no
поверхности, м
более
0,02
на
Изолинии оседания земной nо­
верхности (по данным nред­
nриятий , м)
Зоны концентрации наиболь­
ших оседаний земной nоверх­
ности (по данным nредnриятий)
Провал на БКРУ-3
Зона аномальной nросадки
дневной nоверхости на СКРУ-2
г.
Kpll
0,01-0,02
дифференцированные колеба­
ния земнои nоверхности (no.q_·
нятие, оседание) с амnлитудои
более 0,02 м
состоянию
01.01 .1997
D
Kpll +дБ
D
Kpll
~
дБ
D
дБКрll +В
~
в
+АБ +В
дБ+В
В зависимости от сложности горно-геологических, гидро­
геологических и
инженерно-геологических условий,
принятой
системы вскрытия и разработки месторождений, состава на­
блюдаемых показателей содержание и структура мониторинга
могут существенно меняться. В этом плане может быть выделе­
но несколько классов ММТПИ. Основой для выделения служат
факторы, перечисленные в разделе
6.2.
Поскольку в реальных условиях осложняющие факторы,
определяющие
сложность
разработки
месторождения,
часто
взаимосвязаны, для практических целей можно выделить сле­
дующие три класса мониторинга месторождений твердых по­
лезных ископаемых.
Класс
рождениях
щихся
1.
Мониторинг класса
твердых
простыми
полезных
1
осуществляется на место­
ископаемых,
гидрогеологическими,
характеризую­
инженерно-геологи­
ческими, геокриологическими, горно-геологическими и другими
условиями
разработки.
Отработка
полезных
ископаемых
на
таких месторождениях существенно не влияет на окружающую
среду.
Все вопросы, связанные с прогнозом условий отработки
этих месторождений, могут быть надежно решены в процессе их
разведки. На месторождении достаточно вести стандартные на­
блюдения, связанные с платежами за добычу основного и по­
путных полезных ископаемых и с компенсационными выплата­
ми за ущерб окружающей среде. Система обработки, как прави­
ло, включает в себя базу данных, реализуемую на переональном
компьютере, которая используется для оценки состояния место­
рождения и прогнозирования ее изменения.
Класс
11.
Мониторинг класса
11
ведется на месторождениях,
разработка которых может оказать существенное влияние на
компоненты окружающей среды
-
массивы горных пород, по­
верхностные водные объекты, действующие водозаборы под­
земных вод, ландшафтные условия, активизацию экзогенных
процессов и др.
В состав мониторинга класса
даемых объектов,
11,
кроме стандартных наблю­
могут входить специальные
наблюдаемые
369
объекты
-
массивы горных nород, nоверхностные водные объ­
екты, ландшафтные условия, экзогенные геологические nроцес­
сы, земная nоверхность и др. Состав стандартных наблюдений
аналогичен мониторингу класса
Система обработки данных
1.
также, в основном, аналогична системе класса
1.
В сложных
случаях могут создаваться АИПС.
Класс ПI. Мониторинг класса
дениях
где
сочетание
nредприятии
nроводится на месторож­
осложняющих факторов
круnных аварий (затоnление,
вающем
III
или
взрывы
и
np.)
несет угрозу
на горно-добы­
ведет к тяжелым экологическим
nо­
следствиям на nрилегающей к нему территории.
К мониторингу класса
111
следует относить также монито­
ринг собственно месторождений, если в nределах изучаемой
nлощади осуществляется разработка месторождений других nо­
лезных искоnаемых или nри наличии нескольких взаимодейст­
вующих месторождений и водозаборов nодземных вод. Состав
мониторинга класса
целесообразно
111
обосновывается nрограммами, которые
разрабатывать
с
nривлечением
сnециализиро­
ванных организаций.
Относить мониторинг конкретного месторождения твердого
nолезного искоnаемого к тому или иному классу следует
no
ре­
зультатам nроведения на месторождении разведочных работ и
анализа оnыта его эксnлуатации. В тех случаях, когда имею­
щиеся материалы не nозволяют уверенно выделить класс мони­
торинга, целесообразно отнести его к более низкому классу с
nоследующим уточнением
no
данным наблюдений за nервый
nериод эксnлуатации.
При наличии на какой-либо nлощади нескольких взаимо­
действующих месторождений, nринадлежащих различным не­
дроnользователям, кроме объектного мониторинга, осуществ­
ляемого конкретными недраnользователями в nределах границ
месторождения и зоны его существенного влияния,
nроводит­
ся, как уже указывалось, территориальный мониторинг зоны
влияния
nриятий.
370
всех
взаимодействующих
горно-добывающих nред­
6.4.
ОРГАНИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Организация системы ММТПИ и его осуществление явля­
ется составной частью отработки месторождения. Финансиру­
ются организация и ведение мониторинга за счет:
•
собственных средств
недропользователя,
получившего
лицензию на пользование недрами для геологического изучения
и (или) добычи полезного ископаемого;
•
части
отчислений
на
воспроизводство
минерально­
сырьевой базы, оставляемых в распоряжении недрапользователя
для проведения геологоразведочных работ.
Основные требования к мониторингу простых месторожде­
ний твердых полезных ископаемых формулируются в лицензиях.
Создание мониторинга сложных месторождений
(11
и
111
классы) целесообразно осуществлять поэтапно на базе специ­
ально разработанных программ.
Этап
1.
Разработка
программы
создания
и
ведения
ммтпи.
Программа создания и ведения мониторинга месторожде­
ния разрабатывается в соответствии с требованиями к монито­
рингу,
установленными
в
лицензии,
и
должна
содержать
сле­
дующие разделы:
•
•
•
цель и конкретные задачи мониторинга;
обоснование класса мониторинга;
выделение основных и дополнительных объектов на­
блюдений и состава наблюдаемых показателей;
•
•
состав и размещение пунктов наблюдаемой сети;
обоснование конструкций наблюдательных пунктов и их
оборудование специальными средствами измерений и регистра­
ции различных показателей характеристики состояния массива
горных пород, отдельных его блоков, подземных вод и связан­
ных с ними геофизических полей и экзогенных геологических
процессов;
371
•
•
•
методика наблюдений;
система документации наблюдений;
целесообразность создания автоматизированной системы
регистрации сбора и обработки информации;
•
структура и состав базы данных, номенклатура вычисли­
тельной техники и других технических средств, состав про­
граммнога обеспечения, необходимые для их ведения;
•
•
обработка данных и прогнозирование;
состав, форма и сроки передачи данных в орган управле-
ния фондом недр;
•
•
•
автоматизация системы ведения мониторинга;
этапность создания мониторинга;
укрупненные сметно-финансовые показатели.
Разработанная Программа согласовывается с территориальным органом управления фондом недр и государственного гор­
ного надзора. Для подготовки Программы в составе первого
этапа выделяются два вспомогательных подэтапа.
Подэтап
1-
сбор, систематизация и анализ документации
по горно-добывающему предприятию (материалы разведки ме­
сторождения, копии протоколов утверждения запасов основного
и попутных полезных ископаемых и другие необходимые мате­
риалы), основные проектные решения по отработке месторож­
дения, оценке воздействия горно-обогатительного производства
на окружающую природную среду.
Подэтап
2 -
обследование
состояния
месторождения.
Включает в себя анализ состояния горных выработок, дренаж­
ных скважин, выявленных и потенциальных проявлений экзо­
генных геологических процессов и др. Организацию обследова­
ния осуществляет и финансирует недрапользователь за счет
собственных средств. По результатам обследования составляет­
ся заключение.
Этап
2.
Составление проекта работ по созданию и ведению
ммтпи.
В отличие от программы, проект работ по созданию и веде­
нию
мониторинга
ный срок (от
месторождения
1 года до 3-5
следующий состав проекта:
372
составляется
на
определен­
лет). В общем случае рекомендуется
характеристика общих природных условий, анализ изу­
•
ченности и условий отработки месторождения;
структура мониторинга месторождения (цели и задачи,
•
обоснование
IOiacca
мониторинга и выбор объектов наблюдений,
принцип размещения и оборудования наблюдательных пунктов,
структура и состав базы данных и система их отработки);
обоснование схемы размещения и оборудования наблю­
•
дательной сети, методики и технологии наблюдений (по каждо­
му объекту наблюдений);
обоснование состава базы данных и программнога обес­
•
печения для ее ведения;
система отработки данных и решения прогнозных задач;
•
•
состав информации, передаваемой в органы управления
государственным фондом недр;
•
•
этапы организации мониторинга и сроки их выполнения;
стоимость работ по созданию и ведению мониторинга;
В зависимости от сложности геологического строения, гео­
логических, инженерно-геологических и геокриологических ус­
ловий, интенсивности освоения месторождения, его народнохо­
зяйственного значения содержание отдельных разделов проекта
может
меняться,
причем
некоторые
разделы
-
не
могут
не
вЮiючаться в состав проекта.
Проект ММТПИ, осуществляемый за счет отчислений на
воспроизводство
минерально-сырьевой
базы,
должен
пройти
экспертизу в Федеральном органе управления государственным
фондом недр или в его территориальном органе.
Этап
3.
Создание сети пунктов наблюдений, их оборудова­
ние измерительными устройствами,
организация
базы
данных,
проведение
разработка
(при
наблюдений,
необходимости)
АИПС.
Этап
4.
Проведение наблюдений, ведение банка данных,
оценка состояния геологической среды месторождения и при­
мыкающей к нему территории и прогнозирование его измене­
ний,
при необходимости корректировка структуры
наблюда­
тельной сети и состава наблюдаемых показателей. Для выпол­
нения работ по созданию мониторинга (вЮiючая разработку
373
проекта) или отдельных его элементов целесообразно привпе­
кать специализированные организации.
Разработка проrрамм, проектов и ведение ММТПИ должно
осуществляться в едином информационном пространстве, пре­
дусматривающем применение единой нормативной и методиче­
ской базы, форм и форматов представления информации, а так­
же классификаторов, используемых при государственном мони­
торинге геологической среды.
6.5.
ПРАКТИКА ОРГАНИЗАЦИИ
И ВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГА
ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
В настоящее время на многих предприятиях (Ковдорский,
Михайловский, Лебединский ГОКи и др.) ведется мониторинг за
состоянием геологической среды. Наиболее разработанной и
интересной в научно-методическом плане является разработка
фирмы
«Аrрохимбезопасность>> для условий Верхнекамского
месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКМС).
Район ВКМКМС характеризуется очень высоким уровнем
техногеиного воздействия на геологическую среду. Здесь сосре­
доточены
уникальные
и
одновременно
экологически
весьма
опасные производства. Ведется интенсивная добыча минераль­
ньiх солей, нефти, подземных вод и других полезных ископае­
мьiх, которая сопровождается созданием техногеиных объектов
-
отвалов пустых пород, шламонакопителей, рассолосборников
и др. За более чем вековой период эксплуатации Верхнекамско­
го месторождения в недрах образавались значительные пусто­
ты, в хранилищах и отвалах накопились сотни миллионов тонн
отходов
производства,
из
надсолевых
водоносных
горизонтов
ежесуточно откачивается около 200 ть1с. м 3 пресных вод, из
подсолевых отложений ежегодно добывается более 2 млн т неф­
ти. Значительные территории городов Березники и Соликамск
находятся на подработанной площади. Огромное влияние на
геологическую среду оказывает Камское водохранилище.
374
Аварии на рудниках и многочисленные сейсмические явле­
ния дают основание считать, что техногеиные воздействия пе­
реходят в наступательную, проrрессирующую стадию. Их влия­
ние приобретает комплексный характер, охватывая все компо­
ненты природной среды
-
недра, подземные и поверхностные
воды, рельеф, почвенио-растительный покров, атмосферу и т.д.
Территория ВКМКМС представлена отложениями верхне­
го отдела пермской системы, перекрытыми чехлом кайнозой­
ских образований мощностью
ния
не
имеют выхода на
5-15
м. Более древние отложе­
поверхность,
но
вскрыты
поисково­
разведочными скважинами на нефть. Они представлены де­
вонскими и каменноугольными образованиями, а также терри­
геиными и карбонатными отложениями перми, которые рас­
пространены повсеместно и характеризуются повышенной фа­
циальной изменчивостью.
В
геологическом
разрезе
ВКМКМС
выделяются
(снизу
вверх): подстилающая каменная соль, соляно-мергельная тер­
ригенио-карбонатная и пестроцветная толщи. В пределах под­
стилающей толщи каменной соли мощностью от
выделяют
пять
пачек,
разделенных
ангидрит-карбонатного состава мощностью до
прослой
является
на
ВКМКМС
220
прослоями
3-5
маркирующим
до
440
м
глинисто­
м. Верхний
горизонтом.
Стратиграфически выше залегает толща калийных солей со
средней мощностью
75-80
м. По минеральному составу в
этой толще выделены две зоны: нижняя сильвинитовая и верх­
няя сильвинит-карналлитовая. Каждая из этих зон сложена се­
рией пластов калийных солей, чередующихся с пластами ка­
менной соли. Сильвинитовая зона представлена четырьмя пла­
стами каменной соли. Мощность сильвииитовой зоны колеб­
лется в пределах
1 до 6
10-40
м при мощности калийных пластов от
м. Содержание КС 1 в пластах Березниковекого участка
колеблется от
29,8
до
42,9 %
а
NaCI -
не превышает
0,2-
0,3%.
Сильвинит-карналлитовая зона с девятью пластами калий­
но-магниевых солей мощностью от
щихся с пластами
0,65
до
5
м, переслаиваю­
каменной соли, имеет среднюю мощность
375
м. По химическому составу карналлитовые породы от­
55---65
личаются повышенным содержанием
жании
КС 1 не
более
15-20 %.
NaCI
(до
при содер­
50%)
По кровная
каменная
соль
залегает выше горизонта калийных солей и имеет мощность
15-20 м.
Характер возрастного и пространствеиного взаимоотноше­
ния
тектонических
плексов
пород
структур
установлен
в
соленосиого
процессе
и
подсолевых
изучения
ком­
разрезов
по
скважинам и шахтным стволам с привлечением геофизической
информации. На месторождении подвергнуты анализу внутри­
формационная складчатость калийных солей (внутренняя соля­
ная складчатость) и внешние структуры (брахиантиклинали, ку­
пола, мульды и т.д.), которые устанавливались по кровле соле­
ноеной толщи.
При
рассмотрении
структурно-тектонических
особенностей соленосных и надсолевых толщ ВКМКМС по ре­
зультатам анализа геологических и геофизических данных уста­
новлено:
особенности тектонических деформаций в соленосном и
•
надсолевом
комплексах
определяются
различием
физико­
механических свойств слагающих их пород;
складчато-разрывные деформации в надсолевых толщах
•
могут быть выявлены на основе анализа малых структурных
форм соляной толщи;
•
ков
при комплексной интерпретации сопряженных призна­
разрывных
нарушений
выделяются
зоны
складчато­
разрывных деформаций разного порядка и участки повышенной
тектонической трещиноватости в узлах их пересечения и сопря­
жения.
В
результате
пласта Кр
11,
эндогенных
совместного
анализа
инженерно-геологических
и других
вышенной тектонической нарушенмости
надсолевых
складчатых
структур
геофизических исследований, проявлений опасных
толщ
выделены
осевые
признаков
по­
пород соленоеной и
линии
зон
складчато­
разрывных деформаций различных порядков.
На основе геофизической информации доказано, что выде­
ленные зоны складчато-разрывных деформаций
376
предположи-
тельно относятся к сквозным (nроявлены в соленосных и выше­
залегающих толщах)
крутоnадающим
структурам,
которые
в
надсолевых толщах могут быть выражены зонами трещиновато­
сти, а в соленосных отложениях
-
nреимущественно складча­
тыми деформациями. На основе nолученных материалов со­
ставлена схематическая карта зон складчато-разрывных дефор­
маций в соленоеной и надсолевой толщах ВКМКСМ. При со­
nоставлении
карт структурно-геологического
наnравления учи­
тывались результаты геофизических, горно-геологических, гид­
рологических и геодинамических исследований, что nозволило
выделить
некоторые
закономерности
расnределения
аномаль­
ных участков. В частности, установлена nриуроченность скоn­
лений газов в соленоеной толще к зонам складчато-разрывных
деформаций и узлам их nересечения и соnряжения.
Анализ nространствеиного расnределения малых структур­
ных форм nласта Кр
11
nозволил выделить особенности его
строения, которые тесно связаны с региональными структурами
ВКМКМС и отражают основные этаnы их формирования. Ли­
нейные
зоны
складчато-разрывных
деформаций
являются
сквозными структурами и влияют на сохранность водозащитной
толщи (ВЗТ). Обращает на себя внимание возможная связь вы­
деленных локальных участков nонижения кровли nласта Кр
11
с
разрывными нарушениями глубокого заложения.
~я оценки информативности геохимических nоказателей
nостседиментационных nроцессов и разработки на этой основе
методов
выявления
и
nрогнозирования
участков,
оnасных для
ведения горных работ, был выnолнен комnлекс геохимических
исследований, на основании которого составлены карты расnре­
деления минерально-химических nараметров в nластах (рис.
цв. вК!l. ), а также схематическая карта аномалий
no
11,
сумме гео­
химических nараметров.
Изучение гидрогеологической обстановки ВКМКМС nока­
зало:
•
уровни nоверхности nотоков nодземных вод верхне- и
нижнееоликамского
как
no
водоносных
наnравлению, так и
no
горизонтов
не
совnадают
абсолютным отметкам. По этой
377
причине
в
разрезе
надсолевой
толщи
выделены
верхне-
и
нижнееоликамский водоносные горизонты;
•
гидрогеологические
особенности
верхнесоликамского
горизонта обусловлены неоднородностью литологического со­
става
водавмещающих
пород
и
резкой
изменчивостью
их
фильтрационных свойств;
•
геолого-структурные
и
геодинамические
особенности
территории ВКМКМС определяют вертикальную гидрохимиче­
скую зональность потока напорных подземных вод нижнееали­
камского водоносного горизонта. В нижней части разреза водо­
носного горизонта подземные воды с минерализацией более
50
г/л
приурочены
к отрицательным
структурам
(мульдам).
Слабоминерализованные подземные воды с минерализацией до
5-15
г/л распространены в верхней части разреза водоносного
горизонта в тех же отрицательных структурах и по всей мощно­
сти разреза- в положительных структурах (куполах);
•
при движении потока
напорных
подземных
вод
нижне­
еоликамского водоносного горизонта от области питания к об­
ласти разгрузки подземные воды с минерализацией до
50
г/л пе­
реливаются через «водораздельные» положительные структуры,
сложенные водоупорными породами иренекого горизонта. Рас­
солы, как более тяжелые флюиды, остаются в нижних частях
разрезов полузамкнутых и замкнутых отрицательных структур,
а также в зонах затру днеиного водообмена;
•
высокие удельные дебиты (до
ликамского
водоносного
горизонта
4-10
на
л/с) пород нижнеео­
куполах
приурочены
к
зонам повышенной трещиноватости в сводовых частях положи­
тельных структур.
Анализ геоморфологических данных позволил установить
следующие особенности строения территории:
•
кайнозойские формы рельефа в общих чертах повторяют
рельеф поверхности пермских отложений;
•
отрицательные формы рельефа, сформированные в ре­
зультате
унаследованных
просадок
в
плиоцене,
нижнем,
сред­
нем плейстоцене и в голоцене, присутствуют во всех типах и
формах рельефа;
378
•
современный рельеф характеризуется наличием зон про­
странствеиного сгущения линейно ориентированных тальвегов
и вершинных линий.
Проведенный анализ выявленных на ВКМКМС просадоч­
ных форм рельефа позволяет считать, что на территории Верх­
некамского
месторождения
калийных
солей
распространены
просадочные формы четырех типов рельефа:
1 тип - крупные формы древнего и современного карстово­
го рельефа с размерами от 1 до 9-1 О км 2 ;
11 тип - формы древнего карбонатно-карстового рельефа с
просадками размером не более 1 км 2 , расположенные в пределах
обширных отрицательных неотектонических структур;
III
тип
-
небольшие по размерам (до
200
м в диаметре)
древние и современные просадки различного генезиса;
IV
го
тип
-
генезиса,
современные просадки и участки оседания разно­
которые
приурочены
к
геодинамически
активным
участкам земной поверхности. Сюда же относятся и аномальные
просадки дневной поверхности над горными выработками.
При эксплуатации ВКМКМС отмечается большое количе­
ство процессов, отрицательно влияющих на безопасное ведение
горных работ. К ним отнесены: деформации земной поверхно­
сти (рис.
12,
цв. ВЮI.), карстообразование, обрушение горных по­
род, зоны замещения и рассолообразование, газопроявление в
соленосных породах. Наибольшую опасность вызывают газо­
проявления в соленосных породах, которые обусловливают зна­
чительные потери подготовленных запасов, нарушают устойчи­
вость целиков и пород кровли и т.д.
В
результате исследований составлена карта проявлений
опасных
эндогенных
инженерно-геологических
процессов
при
разведке и эксплуации ВКМКМС, на которой отмечены все из­
вестные газодинамические явления по состоянию на
с делением
01.01.98
г.
их на пять групп по интенсивности выделения газа
из наземных и подземных разведочных скважин. На карту нане­
сена имеющаяся информация о газодинамических явлениях в
скважинах по таким параметрам, как высота выброса промы­
вочной жидкости и газа, продолжительность газовыделений, ин­
тервалы глубин газопроявления и сведения о литологии, а также
379
вынесены эпицентры сейсмических событий, которые произош­
ли в
1993-1995
Анализ
при
гг. на территории ВКМКМС.
газодинамических
ведении горных работ,
явлений
показал,
(ГДЯ),
возникающих
что газ на территории
ВКМКМС находится в виде изолированных очагов по всему со­
леносному комплексу пород от пласта КР П до терригенно­
карбонатной толщи включительно. К наиболее газоносным пла­
стам отнесены пласты В
(12,6 %).
(15,5 %),
Г
(10,3 %) и Е
сосредоточено 67,4 %
(13,7 %),
Всего в карналлитовой пачке
Д
общего количества напорного газа.
На долю газодинамических явлений, отмеченных в кровле
подготовительных и очистных выработок, приходится свыше
80 %
всех зафиксированных случаев на рудниках ВКМКМС.
Выбросы и обрушения горных пород с участием газовых со­
ставляющих
-
это
80,22 %
всех фиксированных газодинамиче­
ских явлений. Наиболее газонасыщенный пласт В по количеству
ГДЯ занимает первое место после пласта КР
11,
который более
других свободен от очагов напорного газа. В то же время, на
промежуточный пласт АБ
приходится более
половины
всех
ГДЯ, что объясняется меньшей суммарной площадью отработки
пласта по сравнению с другими пластами.
На основании
изучения
сопряженной
геологической
ин­
формации, результатов статистических исследований и методов
многофакторнаго анализа установлены следующие индикаторы
распространения наиболее опасных инженерно-геологических
процессов и явлений салеродных бассейнов: зоны аномального
увеличения
мощности
кайнозойских
отложений;
присутствие
карстующихся пород большой мощности, водаобильных и рас­
положенных близко к дневной поверхности; наличие геодина­
мически активных флексурно-разрывных нарушений; морфоло­
гия и динамика оползневых процессов, характер речной и ов­
ражной эрозии; наличие скоплений (очагов) свободных (напор­
ных) газов в горном массиве; глубина залегания продуктивных
пластов;
современные
тектонические
процессы;
формаций и разломов аномальных зон
геодинамические
380
условия
солевого
и
наличие
де­
неустойчивых пород;
надсолевого
комплекса
пород; прочностные и деформационные показатели, включая
пористость, трещиноватость и слоистость.
При ведении мониторинга геологической среды (МГС) на
ВКМКМС были реализованы следующие требования к получе­
нию
информации:
системность
наблюдений;
репрезентатив­
ность наблюдений и выявленных на их основе особенностей
формирования геологической среды; чувствительность наблю­
дений к техногеиным изменениям; селективность наблюдений,
необходимая для достаточно точной идентификации изменений,
наблюдаемых в компонентах природной среды. На основании
указанных требований разработана методология наблюдений за
геодинамическим
ными
и
состоянием
поверхностными
массива
водами,
горных
пород,
атмосферой
и
подзем­
почвенио­
растительным покровом.
Основные исходные материалы, необходимые для органи­
зации и ведения МГС, следующие:
•
карты
интенсивности
проявления
экзо-
и
эндоrенных
процессов и явлений;
•
карты распространения и условий развития экзо- и эндо­
rенных процессов и явлений;
•
карты подверженности промышленных объектов и насе­
ленных пунктов воздействию техногеиных процессов и явлений
(рис.
•
13
и
14,
цв. в кл.);
данные о многолетнем и внутригодовом режимах гидро­
метеорологических факторов;
•
осадки, температура, расходы рек, химический состав
поверхностных вод, особенно в районе хвостахранилищ и сале­
отвалов;
•
данные о режиме подземных вод (уровень, температура,
химический состав, дебиты и т.д.);
•
схема районирования территории по составу и режиму
экзо- и эндогенных процессов с учетом источников воздействия
на геологическую среду и выделения временных зон.
Подготовительные работы включают в себя следующие
основные этапы исследований:
выявление распространения и
оценка характера и степени изменений геологической среды под
381
влиянием горных работ и nромышленной инфраструктуры ре­
гиона ВКМКМС, районирование территории по стеnени nора­
жениости геологической среды nод влиянием техногенеза и ор­
ганизация
опорно-наблюдательной
сети.
Выявление
распро­
странения, оценка стеnени и характера nротяженности террито­
рии nроизводится в ходе специальных работ или при комnлекс­
ной геоэкологической наземной и nодземной съемке.
В результате этих работ составляются специальные карты
районирования по характеру и стеnени изменения геологиче­
ской среды, на основе которых дается обоснование выбора на­
блюдательных участков и организации оnорной наблюдатель­
ной сети.
Информационно-прогностическая система nредусматрива­
ет: автоматизированную систему сбора, обработки, анализа, на­
коnления, хранения и выдачи информации о состоянии геологи­
ческой среды; составление различного рода nрогнозов (долго- и
краткосрочных, региональных, локальных) с выдачей рекомен­
даций
по
nредотвращению
эксnлуатационных работ.
негативных
При этом
nоследствий
горно­
информационно-nрогнос­
тическая система удовлетворяет следующим требованиям: уни­
версальности функционального назначения для широкого круга
геолого-экологических задач; адаnтируемости к различным гор­
но-геологическим условиям регионов; возможности агрегации и
детализации данных по различным аспектам и уровням объек­
тов; возможности актуализации и реорганизации информацион­
ных и функциональных моделей; возможности неnрерывного
расширения по составу и объему информации; оnтимальности
nериода и минимизации времени nолучения информации в рег­
ламентированном или случайных режимах, надежность контро­
ля данных; унификации математического обеспечения решения
nрикладных задач.
На основании разработанных научно-методических nоло­
жений и nроведеиных исследований обоснованы рекомендации
по внедрению и ведению мониторинга на ВКМКМС, схема ко­
торого nриведена на рис.
382
15 (цв.
в кл.).
Неотьемлемой частью МГС для объектов ВКМКМС явля­
ется применение и внедрение аэрокосмических методов при ве­
дении мониторинговых наблюдений (рис.
ляющих
получать
намическую,
уникальную
16,
цв. в кл.), позво­
геолога-экологическую,
гидрогеологическую
и
геоди­
инженерно-геологическую
информацию.
Полномасштабное использование дистанционных методов
требует изменений в методике и технологии получения инфор­
мационных материалов. Аэрокосмическая информация должна
быть системно организована, достоверна и оперативна. С необ­
ходимой детальностью она должна отображать характеристики
и особенности строения всех компонентов ландшафта, а также
экологически значимые
изменения этих характеристик во
вре­
мени.
Аэромониторинговые работы следует проводить в три ста­
дии. На первой стадии осуществляется техническая подготовка
материалов дистанционного зондирования. На второй произво­
дится топагеодезическая подготовка: перенос фактического ма­
териала и геологических границ с топаосновы на фотооснову и
обратно. Третья стадия предусматривает тематическую обра­
ботку фактического материала
-
фактическое, фотографиче­
ское, компьютерное, опытно-электронное преобразование ин­
формации.
На шахтном поле БКРУ -1 наблюдательные скважины рас­
положены
по периферии салеотвала и вблизи ограждающих
дамб шламохранилища и рассолосборника. Они обустроены для
проведения наблюдений за режимом подземных вод в аллюви­
альных,
в
основном
песчано-глинистых,
отложениях,
падети­
лающих объекты хвостового хозяйства. Гидрапосты оборудова­
ны на р. Зырянке и контролируют режим стока и гидрохимиче­
ский режим речных вод в нижнем ее течении. В скважинах еже­
квартально замеряется уровень подземных вод и раз в полугодие
отбираются пробы на химический анализ. На гидрапостах изме­
ряется расход воды и также отбираются пробы для химического
анализа.
Режимная сеть на шахтном поле БКРУ-2 включает в себя
10
контрольно-наблюдательных скважин, три пьезометра и восемь
383
гидропостов. Наблюдение ведется за подземными водами в теле
плотины шламохранилища. Контроль за поверхностными водами
ориентирован на оценку их состояния с выдачей исходных дан­
ных для сбалансированного расчета фильтрационных потерь рас­
солов из емкостей накопителей. Действующая в настоящее время
сеть гидрапостов оборудована в бассейнах рек Зырянки и Ленвы.
На шахтном поле БКРУ -3 режимная сеть состоит из
16
кон­
трольно-наблюдательных скважин, шести пьезометров и четы­
рех гидропостов. Ими контролируется режим nодземных вод
пестроцветной толщи и четвертичных отложений, а также со­
стояние
вод
в
насыпных
группах
плотины
шламохранилища.
Кроме того, под наблюдением находится состояние поверхност­
ных вод рекЛенвыи Валим.
Мониторинг природных вод на шахтном поле БКЗ-4 прово­
дится в центральной части шахтного поля БКЗ-4, где располо­
жены
основные
объекты
калийного
производства
(пром­
площадка, салеотвал и рассолосборники). Наблюдения выпол­
няются по
34
наблюдательным скважинам и трем гидропостам.
Скважины заложены вблизи объектов складирования сале­
отводов (солеотвал и рассолосборники) и на основных путях
миграции засоленных вод по профильным линиям в сторону во­
дозаборов (Быгель
1 и III),
а также вокруг промплощадки. Они
предназначены для проведения наблюдений за режимом под­
земных вод в породах пестроцветной и терригенно-карбонатной
толщ. Гидрапосты оборудованы на реках Быгель, Сылва, Буш­
кашер и контролируют режим речных вод, формирующийся при
участии поверхностных и подземных вод водосбора, на площа­
ди которого расположены объекты калийного производства.
На шахтном поле СКРУ -1
засоления
природных
потенциальными источниками
вод являются
промобъекты
калийного
производства (промплощадка, салеотвал с рассолосборником и
шламохранилище). Режимная сеть представлена тремя скважи­
нами, каждая из которых состоит из двух пьезометров, контро­
лирующих состояние подземных вод терригенно-карбонатных
отложений и верхней подтолщи соляно-мергельной толщи на
правобережном склоне, примыкающем к долине р. Черной.
384
Характер
интенсивности
загрязнения
снежного
по­
крова:
отсутствие снега
-
(промзона)
отсутствие снега
на шламонакопителях
[1]
сильнозагрязненный ,
частично
сохранив­
шийся (промзона , се­
литебная территория)
[]]
m
[]]
среднезагряэненный ,
тающий (территория
с/х назначения и др . )
тающий
на
открытых
участках
условно чистый (фо­
новый) , на неэаселен­
ной территории
Открытая вода
Наледь
Залесенная территория
(Ш Контуры детально раз­
веданных участков со·
ляной залежи и их но­
мера
Опорные точки и их номера:
скважи-
t•
скважи-
г--,
L __ J Контур
2
о
2
площади работ
мм
8al:::::::t
Примечание. Контуры загрязнения снежного покрова приведены по резуль­
татам дешифрования космического сканернога изображения, полученного с
ИЗС «РЕСУРС-01 » аппаратом МСУ-Э в
0,5-0,9
Рис.
10
ч
58
мин
07.04.97
г. в диапазонах
мкм .
13
Обзорная карта распределения загрязнения снежного покрова
по состоянию на 1997 г. Масштаб: 1:400 000. По данным Центра
мониторинга фирмы «Агрохимбезопасносты>
Ореол максимального
-
загрязнения
источников
вблизи
эмиссии
(предприятия ТЭЦ)
Ореолы рассеивающегося
загрязнения над лредприя­
тиямии ТЭЦ:
Березниковекого реги­
она
Соликамского региона
террито-
г. Соликамск
Ш пригородного
частно­
го сектора
[ij]
пункты
наблюдения
за загрязнением атмо­
сферы
Знаки, использованные при
составлении
ситуацион­
ной основы:
заселенная территория
открытая вода
Контуры детально разв&­
данных участков соляной
залежи и их номера :
m
•••
опорные номера и их
точки
~ раэведочнь1е скважинь1
на соль
~ разведочные скважины
на нефть
0
2
о
2
контурные точки
мм
~
Примечание. Ореолы загрязнения воздушной среды приведены по результа­
там тематической обработки космического сканернаго изображения , получен­
ного с ИСЗ «Ресурс-01» аппаратом МСУ-Э в
0,5-0,9
11
ч
01
мин
20.07.97
г. в диапазонах
мкм . В качестве ситуационной основы использовано аналогичное кос­
мическо.е сканерное изображение от
07.04.97
г. в
10
ч
58
м местного времени,
нормализованное с картой опорных точек.
Рис.
14
Обзорная карта загрязнения воздушного бассейна по состоя­
нию на 1997 г. Масштаб: 1:400 000. По данным Центра монито­
ринга фирмы «Агрохимбезопасность»
Программно-проентное
обеспечение
Разработка nрограммы МГС
на 1997-2002
rr.
Разработка генерального
npoei<Тa МГС ВКМКС
Разработха Про81СТНG-<М8Т1iОЙ
доl()'ментацми МГС по отдельным
участкам , WaxпtbiM ПОЛЯМ
Нормативно-правовое
и научно--методическое
обеспечение
Разработка методического пособия
Ра.эрабаnаlкомплекта
по органи3ации и ведению
нормативно-nравовьuс руководящих
М ГС в nределах ВКМКС
дежументов
ведению МГС
(инструкции, методики,
координирующее и эксnертное
стандартъ! и т. д.)
мгс вкмкс
no
Научно-методическое,
орrанмзационно-техническое,
соnровождение nрограммы
Организация МГС ВКМКС
Организаци.я службы М ГС
Матермаnыю-техническое
Кадровое соnровождение
обеспечениеработ
мониторинга
Создание
единой информационной
базы данных для организации
работ по мониторингу
Соnряженная инвентаризация
природных ресурсов
и техногеиных образований
района размещения калийных
рудников в масштабе
Создание базы данньuс
по 3t'lеМеНТаМ rеоnоrмчеасой среды
Организация и совершенствование
наблюдательной сети
н соnредельным средам
1:50 000
То же , района В КМКС
в масштабе 1:100 000
То же, WCUim4ЫX nолей,
оnасных зон и участков
в масштабах
1:5000-1:10 000
Научно-исспедовательские
м оnьmtо-nроиэВОДС'ТВ8нные работы
СистемнСМ"еодинамическме
мссnедования
Информационная деятвлыюсmь
для обеспечения безопасной и рациональной зксплуаmации ВКМКС
Рис.
15
Схема организации и ведения территориального мониторинга
геологической среды ВКМКС
Рис.
16
Техногеиное воздействие на ландшафт на территории ВКМКС.
Фрагмент увеличенного до масштаба 1:50 000 космического
фотоснимка, полученного с ИЗС серии «Ресурс-Ф2» в 11 ч
28 мин 04.09.1989 г. на спектразональной пленке в диапазоне
0,57-0,8 мкм в масштабе 1:95 000:
1 - шламохранилище ; 2 - промплощадка ; 3 - загрязненный водоем ; 4, 5 русла рек с загрязненной (4) и чистой (5) водой ; 6 зона подтопления и
заболачивания
На площади шахтного поля СКРУ -2 контроль за состоянием
поверхностных и подземных вод осуществляется по
18
наблю­
дательным скважинам, двум гидропоетам и шести водопунктам.
Основными источниками засоления подземных и поверхност­
ных вод являются
промnлощадка,
с рассолосборником,
шламохранилище, салеотвал
которые располагаются на левобережье
р. Поnовки, в среднем ее течении.
Наблюдательные скважины оборудованы для наблюдений
за режимом подземных вод в аллювиальных отложениях, отло­
жениях в пределах р. Камы и ее надпойменной террасы.
В nределах шахтного nоля СКРУ -3 источники загрязнения
подземных вод
-
nромплощадка,
шламохранилище, салеотвал
с рассолосборником в северной части междуречья рек У солки и
Селянки. Проводится инструментальный контроль за деформа­
циями земной поверхности. Для получения данных об оседани­
ях земной nоверхности созданы наблюдательные скважины из
грунтовых реперов, расположенные на земной поверхности по
профильным линиям.
На шахтном nоле БКРУ -1
выnолнены
измерения по
25
16
профильным линиям. На шахтном nоле БКРУ-2 заложено
профильных линий,
ров, один
-
13
из которых состоят из грунтовых репе­
из стенных реnеров и два
-
по головке рельс же­
лезной дороги. На земной nоверхности рудника БКРУ-4 зало­
жено
11
nрофильных линий. На шахтном поле СКРУ -2 наблю­
дения проводились за оседаниями земной поверхности на за­
nадном крыле шахтного поля. Инструментальные наблюдения
на шахтном поле СКРУ -3 в
1998
г. не выявили значительных
оседаний земной поверхности. Подобные инструментальные
наблюдения земной nоверхности осуществлялись на Чашкин­
еком и Юрчукском месторождениях нефти. Кроме инструмен­
тального контроля за деформациями земной nоверхности, на
территории
ВКМКМС
осуществляют
сейсмологический
и
сейсмогеомеханический контроль различными геофизически­
ми методами.
В nроцессе МГС на основе анализа экзо- и эндогенных про­
цессов
и
явлений
составлены
локальные
долговременные
и
385
краткосрочные прогнозы для территорий, где расположены наи­
более экологически опасные объекты.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Что такое геологическая среда?
2. Дайте определение мониторинга состояния недр.
3. Что понимают под мониторингом месторождений
полезных ископае­
мых?
4.
Перечислите основные задачи мониторинга.
5.
Что относится к источникам антропогенного воздействия на недра и
окружающую среду?
6.
Какие зоны выделяют при мониторинге месторождений полезных ис­
копаемых?
Перечислите факторы, определяющие состав задач, структуру и со­
7.
держание?
В
8.
каких
направлениях
происходит
изменение
инженерно-геоло­
гических и геотектонических условий при разведке и эксплуатации месторож­
дений?
9.
Перечислите принципы, определяющие количество и схему располо­
жения наблюдательных пунктов при создании мониторинга.
1О.
Что включает в себя подсистема обработки информации и прогнози­
рования?
Дайте характеристику классов мониторинга месторождений полез­
11.
ных ископаемых.
12.
Что включает в себя система организации мониторинга месторожде­
ний полезных ископаемых
13.
Что включает в себя составление проекта работ по созданию и веде­
нию мониторинга?
14.
ВКМКС?
Какие
основные
задачи
мониторинга
геологической
среды
на
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Астахов А.С., Зайденварг В.Е., Певзнер М.Е., Харченко В.А. Экономи­
ческие и nравовые основы nриродоnользования: Учеб. nособие для вузов
Под ред. В.А. Харченко.- М.: Изд-во МГГУ,
2.
Борзунов В.М. Разведка и nромышленная оценка месторождений не­
рудных nолезных искоnаемых.- М.: Недра,
3.
вузов
5.
1982.
ГШ1ьперин А.М., Зайцев В.С., Норватов Ю.А. Гидрогеология и инже­
нерная геология.- М.: Недра,
4.
1989.
Геология и разведка месторождений полезных ископаемых: Учеб. для
1 Под ред. 8.8.
Ершова.- М.: Недра,
1989.
Ермолов В.А., Дунаев В.А., Мосейкин В.В. Кристаллография, минерало­
гия и геология камнесамоцветного сырья: Учеб. nособие для вузов
В.А. Ермолова.- М.: Изд-во МГГУ,
6.
2003.-407
ред.
-
1988. - 328 с.
Месторождения полезных ископаемых: Учеб. nособие для вузов
ред. В.А. Ермолова.- М.: Изд-во МГГУ,
8.
1 Под
с.
Ершов В.В. Основы горноnромышленной геологии: Учеб. для вузов.
М.: Недра,
7.
1
2002.-527 с.
Каждан А.Б.
Поиски и разведка месторождений nолезных искоnае­
мых: Научные основы nоисков и разведки nолезных искоnаемых.
1984.
9. Каждан А. Б.
1 Под
2001.-570 с.
-
М.: Не­
дра,
Поиски и разведка месторождений nолезных искоnаемых:
Производство геологоразведочных работ.- М.: Недра,
1985.
10. Каждан А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии: Учеб.
для вузов. - М.: Недра, 1990. - 251 с.
11. Крейтер В. М. Поиски и разведка месторождений nолезных искоnае­
мьlх.- М.: Недра, 1969.
12. Коц Г.А., Чернопятов С.В., Шманенков И.В. Технологическое оnробо­
вание и картирование. -М.: Недра, 1980.
13. Миронов КВ. Разведка и геолого-nромышленная оценка угольных ме­
сторождений.- М.: Недра, 1977.
14. Миронов КВ. Сnравочник геолога-угольщика.- М.: Недра, 1982.
15. Неметшиические полезные ископаемые СССР 1 Под ред. В.П. Петрова.
-М.: Недра, 1984.
16. Оценки недрапользования 1 В.Н. Поnов, 8.8. Руденко, Х. Бадамсурен и
др.: Учеб. nособие для вузов.- М.: Изд-во АГН, 2001.-296 с.
17. Рудничная геология 1 В.Ф. Мягков, А.М. Быбочкин, И.И. Бугаев и др.
-М.: Недра, 1986.
18. Рудные месторождения СССР /Под ред. В.И. Смирнова.- М.: Недра,
1980.
387
19.
С«ирский М.А., Чумаченко Н.М., Афонин Б.А. РудничнWI геология.­
М.: Недра,
20.
21.
1987.
Смирно« В.И. Геология полезных ископаемых.- М.: Недра,
1982.
Спра«очник по поискам и разведке месторождений цветных металлов
1 А.И. Кривцов, И.З. Самонов, Е.И. Филатов и др.- М.: Недра, 1985.
22. Такран06 Р.А. Геологические работы на угольных карьерах. Недра, 1975.
М.:
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Глава
................................................................................... 5
1
СИСТЕМА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ НЕДР
И МЕТОДОЛОГИЯ РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
1.1.
1.2.
Система геологического изучения недр
....................................... 9
Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов
твердых полезных ископаемых
1.3.
1.4.
......................................................... 7
........................................................... 11
.................................................... 20
Геологическая съемка и поиски
Методология разведки месторождений полезных
ископаемых
............................................................................................ 23
1.4.1. Задачи разведки ................................................................... 23
1.4.2. Принципы разведки ............................................................ 24
1.4.3. Основные задачи стадий разведки ..................................... 32
1.4.4. Методы разведки ................................................................. 55
1.4.5. Технические средства разведки ......................................... 56
1.4.6. Системы разведки ............................................................... 62
1.4.7. Расположение разведочных выработок ............................ 65
Глава2
ГЕОЛОГО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ОЦЕНКА
МЕСТОРОЖДЕНИЙ .......................................................................... 75
2.1.
2.2.
2.3.
Задачи оценки
................................................................................. 77
..................................................................... 79
Понятие о кондициях
Подготовленность месторождений для промышленного
освоения
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
................................................................................................. 87
................................................................................... 88
Оконтуриванне тел полезных ископаемых .................................. 97
Подсчет запасов ............................................................................. 103
Опробование
Достоверность геологической информации при подсчете
запасов
.................................................................................................... 115
2.7.1. Сведения из теории погрешностей измерений ................. 116
389
2.7.2.
Методы оценки достоверности геологической
информации
2.7.3.
................................................................................... 123
Анализ погрешностей при подсчете запасов
традиционными методами
............................................................ 136
ГлаваЗ
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ РАЗВЕДКЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ................................. 145
3.1.
3.2.
Геохимические исследования
....................................................... 147
...................................... 153
Геолого-технологическое картирование
3.2.1.
Термины и задачи геолого-технологического
картирования
3.2.2.
.................................................................................. 153
Методические принципы и приемы геолого-
технологического картирования
3.2.3.
.................................................. 156
Малообъемное технологическое опробование при
геолого-технологическом картировании .................................... 164
3.2.4. Выделение и геометризация технологических типов
руд .................................................................................................... 167
3.2.5. Методика составления и типы геолого-технологических
карт ................................................................................................. 175
3.3. Геофизические исследования ....................................................... 181
3.3.1. Методы наземной геофизики ............................................. 183
3.3.2. Скважинные геофизические методы (каротаж и скважинная геофизика) ............................................................................... 185
3.3.3. Методы подземной (шахтной) геофизики ........................ 187
3.3.4. Использование геофизических методов для определения
качества полезных ископаемых без отбора проб ....................... 193
3.3.5. Оценка контрастности руд ................................................. 196
3.4. Гидрогеологические и инженерно-геологические
исследования ......................................................................................... 199
3.4.1. Гидрогеологические исследования ................................... 200
3.4.2. Инженерно-геологические исследования ......................... 208
3.5. Геологическая документация ........................................................ 214
Глава4
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ........................................... 227
4.1.
Типы, принципы и методы геолого-математического
моделирования
390
...................................................................................... 229
4.2.
Одномерные статистические модели
........................................... 234
4.2.1. Сущность и условия применения ...................................... 234
4.2.2. Вероятность, основные понятия и определения .............. 238
4.2.3. Выборка, основные требования к ней и способы отбора
данных ............................................................................................ 241
4.2.4. Выборочное распределение и его основные
характеристики .............................................................................. 244
4.2.5. Оценка параметров генеральной совокупности ............... 250
4.2.6. Дисперсионный анализ в геологии ................................... 252
4.3. Двумерные и многомерные статистические модели .................. 260
4.3.1. Сущность и условия применения ...................................... 260
4.3.2. Корреляционный анализ ..................................................... 262
4.3.3. Регрессивный анализ .......................................................... 273
4.4. Моделирование пространствеиных переменных ........................ 280
4.4.1. Поля геологических признаков ......................................... 280
4.4.2. Понятие о методах математического моделирования
пространствеиных переменных ................................................... 283
4.4.3. Геостатистические модели изменчивости геологических
показателей .................................................................................... 285
4.5. Основы автоматизированной геометризации
месторождений ...................................................................................... 290
4.6. Компьютерные технологии моделирования месторождений
полезных ископаемых ........................................................................... 294
Глава5
ОСОБЕННОСТИ РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ РАЗЛИЧНЫХ
ПРОМЫШЛЕННО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ ...........................
5.1.
303
Разведка месторождений металлических полезных
ископаемых
............................................................................................ 305
5.2. Разведка россыпных месторождений ........................................... 323
5.3. Разведка месторождений неметаллических полезных
ископаемых ............................................................................................ 325
5.4. Разведка месторождений твердых горючих ископаемых .......... 333
5.5. Методические аспекты изучения и ресурсной оценки техногеиных месторождений .............................................................................. 334
391
Глава б
МОНИТОРИНГ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо 347
6010 Основные положения и определения 000000000000 000000000000000 000000 000 о о 00 о о о 349
6020 Факторы, определяющие состояние недр и связанных с ними
компонентов природной среды 00000000 00000 оооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо 354
6030 Содержание и структура мониторинга месторождений полезных ископаемых 000 0000000000000000000000000000000000000000 00000 00 оооооооооооооооооооооооооооооооооо 362
6.40 Организация мониторинга месторождений полезных
ископаемых ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо
о оооо 371
6050 Практика организации и ведения мониторинга геологической
среды ОооооооОООооооооооооооооооооо ооооооооООооООоООООоооооооооооооооо•ооооооооооооооо•оооооооооооооооо 374
....
...
..
..
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .............................. 387
0
Ваперий Александрович Ермолов
ГЕОJIОГИЯ
Часть
11
РАЗВЕДКА И ГЕОЛОГО­
ПРОМЫIШ1ЕННАЯ ОЦЕНКА
МЕСГОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Режим выпуска «стандартный»
РедаiПОр текста Л. С. Дмитриева
Компьютерная верстка и подготовка
оригинал-макета 3. С. Люкманова
Дизайн переплета Е. Б. Капршюва
Зав. производством Н.Д. Уробушкина
Диапозитивы изготовлены в Издательстве МГГУ
16.06.2005. Формат 60х90/16.
1. Гарнитура «Tirnes».
Печать офсетная. Уел. печ. л. 26,25.
Тираж 2000 экз. Заказ 700
Подписано в печать
Бумага офсетная .N'~
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР
N!! 062809.
Код издательства 5Х7(03)
Оригинал-макет подготовлен
000
«Горная книга»
Оmечатано в ОАО ((Московская типография .N'~
115088 Москва, ул. Южнопортовая,
6>>
24
Магниевые штампы изготовлены в Первой
Образцовой типографии
Высшее
горное
-------образование--------------~
119991
Москва, ГСП-1, Ленинский проспект,
Издательство МГГУ;
тел.
(095) 236-97-80; факс (095) 956-90-40;
(095) 737-32-65
тел./факс
6,