Принципы и методы разведки
3.1. Характеристика принципов разведки
При рассмотрении проблем разведки следует помнить, что мы имеем дело с природными телами, обладающими различной степенью изменчивости свойств, причем формы и распределение месторождений полезных ископаемых в пространстве, а также рудного вещества внутри месторождений подчиняются многообразным закономерностям. Задача выявления промышленных запасов полезного ископаемого довольно сложна, и успешно решить ее можно, лишь опираясь на основные положения разведки:
1) принцип полноты исследования;
2) принцип последовательных приближений;
3) принцип равномерности (равной достоверности);
4) принцип наименьших трудовых и материальных затрат;
5) принцип наименьших затрат времени.
Первый принцип отражает целевое назначение всяких разведочных работ, сводящееся в конечном счете к наиболее полному выявлению запасов полезного ископаемого. Два следующих принципа определяют методологию процесса разведки. Четвертый и пятый принципы учитывают технико-экономические возможности и условия определенного этапа развития общественных производительных сил. Иначе говоря, месторождение должно быть разведано полно, в разумной последовательности, равномерно, экономно и как можно быстрее.
Принцип полноты исследования выражается прежде всего в необходимости освещения с большей или меньшей детальностью всего пространства, занимаемого разведываемым месторождением. Несоблюдение этого принципа приводит к излишним затратам или влечет за собой потери полезного ископаемого.
Первое требование принципа полноты: обязательность оконтуривания всего месторождения. Точность, с которой оконтуривается месторождение, может быть различной в зависимости от детальности исследования. Но уже в начальный период разведки для приближенного определения промышленных перспектив месторождения и для рационального планирования дальнейших разведочных работ необходимо иметь представление об общих масштабах и условиях залегания месторождения. Поэтому проблема оконтуривания всего месторождения имеет большое значение уже в самом начале разведочных работ.
Если месторождение состоит из нескольких тел полезных ископаемых, то оценка перспектив месторождения, определение характера и направления дальнейших разведочных работ вызывают необходимость более детального изучения объекта. Принцип полноты исследования в случае сложного месторождения требует оконтуривания всех тел полезного ископаемого, составляющих месторождение.
Второе требование принципа полноты заключается в обязательности полного пересечения тела полезного ископаемого разведочными выработками. Только при условии полного пересечения тела полезного ископаемого можно установить его мощность, условия залегания, величину запасов полезного ископаемого, распределение различных типов и сортов руд в пределах рудного тела.
Принцип полноты исследования включает в себя также требование всестороннего изучения качества полезного ископаемого. Необходимость комплексного изучения рудных месторождений определяется прежде всего тем, что в природе почти нет мономинеральных руд. Большинство месторождений черных и цветных металлов и некоторые нерудные месторождения содержат несколько полезных компонентов, в том числе редкие и рассеянные элементы. В пределах месторождения какого-либо полезного ископаемого иногда присутствуют сближенные или пространственно обособленные скопления другого полезного ископаемого в боковых породах или в виде самостоятельных тел (уголь и огнеупорные глины, уголь и железные руды, железные руды и бокситы, полиметаллы и флюорит, полиметаллы и барит или гнезда ванадиевых руд и т. п.).
При проведении дорогостоящих разведочных выработок всегда целесообразно использовать их для попутного выяснения гидрогеологических, инженерно-геологических и горнотехнических вопросов, чтобы предотвратить излишние затраты на эти виды исследований.
В заключение следует подчеркнуть, что принцип полноты исследования не преследует цели исчерпывающего, всеобъемлющего познания исследуемого месторождения. Неограниченная теоретическая возможность познания месторождения на практике лимитируется уровнем техники и соображениями народнохозяйственной целесообразности. Следовательно, принцип полноты исследования в геологоразведочном деле является понятием относительным, вытекающим из запросов практики
Принцип последовательных приближений состоит в наращивании знаний о месторождении по определенным этапам. Он прямо связан с принципом полноты исследований. В результате разведки мы хотим и должны получить исчерпывающие данные о строении месторождения, о запасах и качестве полезного ископаемого, необходимые для проектирования и эксплуатации. Но сразу получить достаточно точные данные о месторождении практически невозможно, особенно в случае крупного или сложного месторождения. Об этом свидетельствует вся практика геологоразведочных работ.
Когда месторождение имеет сложную форму или когда на поверхности не удается установить элементы залегания тел полезного ископаемого, можно допустить крупные ошибки в заложении и направлении разведочных выработок. Поэтому прежде, чем приступить к систематической разведке месторождения с одновременным применением многих разведочных выработок, нередко приходится провести две–три различно ориентированные выработки с тем, чтобы установить необходимое направление всех остальных. Следовательно, разведка в таких случаях в силу необходимости производится по крайней мере в два приема, или в две стадии. Изменение условий залегания с глубиной может обусловить применение двух–трех или большего количества приемов.
Таким образом, процесс изучения месторождения неизбежно разбивается на стадии. в каждую из которых месторождение изучается с различной, все возрастающей детальностью. Эти этапы, или стадии, количество которых принципиально может быть велико, и создают цепь последовательных приближений в познании месторождения. В обычном случае разведки целесообразно различать четыре этапа. Но строго говоря, почти каждая новая разведочная выработка создает новый «этап приближения».
Первая стадия изучения месторождения, представленная поисковыми работами, приуроченными преимущественно к поверхности, имеет целью установить промышленный тип и размеры месторождения, а значит и дать ему начальную, весьма приближенную геолого-промышленную оценку. На этой стадии производится первая отбраковка месторождений.
Вторая стадия – оценка месторождения – дает возможность определить условия залегания, приближенно наметить формы рудных тел и подсчитать общие запасы месторождения. На основании предварительной разведки обязательно производится промышленная оценка месторождения. естественно опережающая вложение средств в детальную разведку. Иногда по данным предварительной разведки можно составить задание на проектирование разработки месторождения.
На третьей стадии, при разведке, с точностью, достаточной для составления технического проекта разработки месторождения, выясняется форма рудных тел, распределение различных сортов и типов полезного ископаемого и их качественная характеристика, подкрепленная исследованиями по технологии переработки, производятся гидрогеологические и инженерно-технические наблюдения.
Четвертая стадия – эксплуатационная разведка – продолжается до момента полной отработки месторождения. Она отличается наибольшей детальностью и точностью учета запасов различных сортов полезного ископаемого. Эта стадия разведки дает основание для производственного планирования добычи полезного ископаемого.
Стадии геологоразведочных работ, проверенные многолетней практикой, хорошо согласуются во времени с этапами промышленного освоения месторождения, начиная от первых шагов в его оценке и кончая заложением эксплуатационных выработок.
Принцип равномерности (равной достоверности) вытекает из необходимости более или менее равномерного освещения разведываемого месторождения.
Если разведочные выработки будут сосредоточены на одном участке месторождения, а другие участки не будут вскрыты выработками, то правильное представление о формах и условиях залегания тел полезных ископаемых не может быть получено и, следовательно, одна из важнейших задач разведки не будет решена.
Если на одном участке месторождения тела полезного ископаемого подвергнутся опробованию, а на другом участке не будут опробованы, то получить правильное представление о качестве полезного ископаемого и о распределении его типов и сортов в пространстве не удастся и, следовательно, вторая важнейшая задача разведки не будет решена.
В основе этого принципа лежит положение о том, что природные тела полезных ископаемых характеризуются изменчивостью форм и качества, уловить которую можно лишь при более или менее равномерном распределении разведочных выработок и пунктов опробования в пределах пространства, занимаемого месторождением.
Следует, однако, предостеречь от упрощенного и формального понимания принципа равномерности. Применение этого принципа в геологоразведочном процессе отнюдь не предполагает, что расстояния между разведочными выработками должны быть одинаковыми. Напротив, если тело полезного ископаемого в одном направлении, например по простиранию, обладает небольшой изменчивостью, а в другом, например по падению, изменчивость этих свойств значительно больше, то, естественно, разведочные выработки по простиранию целесообразно располагать реже, чем по падению.
Итак, принцип равномерности предполагает выполнение следующих требований:
1) равномерное освещение разведочными выработками всего месторождения или отдельных его участков, находящихся в одной и той же стадии разведки;
2) равномерное распределение пунктов опробования в пределах разведочной выработки или участка месторождения;
3) применение на разных участках месторождения технических разведочных средств, дающих соизмеримые результаты;
4) применение равнозначных и равноточных методик исследования вещества.
Принцип наименьших трудовых и материальных затрат предполагает, что количество разведочных выработок, количество проб и объемы всех видов исследований должны быть минимальными, но достаточными для решения задач разведки.
Принцип наименьших затрат времени выражается в необходимости проводить разведку в кратчайшие сроки. Этот принцип имеет большое значение в период предварительной и детальной разведки, когда действуют крупные самостоятельные разведочные организации, располагающие подсобными мастерскими и средствами транспорта и поглощающие большие средства. Нельзя не учитывать при этом, что геологоразведочные партии и экспедиции обладают относительно небольшим количеством производственных рабочих,– значительную часть в составе разведочной партии занимает инженерно-технический и административно-хозяйственный персонал. Поэтому всякое удлинение срока разведки ведет к заметному удорожанию работ, не говоря уже о задержке строительства будущего предприятия.
В осуществлении принципа наименьших затрат времени решающая роль принадлежит организации геологоразведочных работ: установлению рационального порядка проведения различных видов разведочных работ, четкой и слаженной работе всех звеньев разведочной организации по графику. Необходимо стремиться к тому, чтобы одновременно находилось в работе максимальное число разведочных выработок, заложение которых не зависит от результатов смежных или предыдущих выработок (контурные выработки, разведочные выработки на различных участках и на разных горизонтах и т. п.).
3.2. Основные методы разведки
Поэтому следует назвать основными методами разведки три общих для всякой разведки мероприятия, соответствующие трем главным звеньям геологоразведочного процесса: 1) создание системы разрезов; 2) опробование полезного ископаемого; 3) промышленная оценка месторождения.
Разведочные геологические разрезы представляют собой теоретически вполне обоснованный способ выяснения формы, внутреннего строения и условий залегания месторождения. Разрезы могут быть вертикальными и горизонтальными, в соответствии с чем метод разрезов имеет три разновидности: а) метод вертикальных разрезов; б) метод горизонтальных разрезов, или сечений; в) метод горизонтальных и вертикальных разрезов.
Таким образом, первым основным методом разведки является метод геологических разрезов.
Разрезы могут создаваться по данным проходки горных выработок, буровых скважин и в некоторых случаях по результатам геофизических измерений. Если какое-либо из технических средств не обеспечивает возможности построения разведочного разреза, то оно непригодно для целей разведки.
Опробование является теоретически обоснованным способом выяснения качества полезного ископаемого. Иного способа для выяснения качества полезного ископаемого в процессе разведки не существует. В недавнем прошлом некоторые геологи иногда определяли качество полезного ископаемого приближенно, «на глаз», но это настолько несовершенный способ, что рассматривать его при современных технических требованиях не имеет смысла.
Таким образом, вторым основным методом разведки является метод опробования.
Все минералогические, химические, физические и технологические методики исследования вещества являются способами испытания проб, но не методами опробования. Задачи науки о разведке в отношении опробования состоят прежде всего в выборе наиболее эффективных способов отбора и обработки проб для различных типов полезных ископаемых, а затем в рациональном комплексировании различных способов испытания проб.
Промышленная оценка месторождения, вернее, оценочное сопоставление, не является только заключительным актом геологоразведочных работ; она сопутствует всему процессу изучения месторождения. Каждая новая разведочная выработка приносит новые сведения о размерах разведываемой залежи, о качестве полезного ископаемого, и данные этой выработки подвергаются немедленной оценке: определяются промышленные границы залежи, намечается сорт руды и т. п.
3.3. Основные морфологические виды тел полезных ископаемых. Геологические разрезы
Все тела полезных ископаемых по геометрическому признаку подразделяются на три основных морфологических вида.
Первый вид, представленный телами с одним коротким и двумя длинными размерами, включает горизонтальные, пологие и крутопадающие пласты и пластообразные залежи. К этому же виду относятся жилы, линзы и другие плоские тела. Этот вид тел имеет в природе наибольшее распространение.
Ко второму виду тел – с одним длинным и двумя короткими размерами – относятся трубы и подобные им по формам тела.
К третьему виду принадлежат тела, более или менее изометрические или близкие к изометрическим; это крупные штокверки и массивы или небольшие гнезда, карманы, погреба и другие мелкие тела.
Каждый из указанных морфологических видов тел полезного ископаемого требует различного подхода к разведке: различной пространственной ориентировки разведочных разрезов, а нередко и различного способа опробования.
Практически разведочный процесс сводится к прослеживанию и оконтуриванию тел полезного ископаемого и всего месторождения в целом.
Ориентировка разведочных разрезов должна быть такой, чтобы по ним можно было достаточно отчетливо видеть форму, элементы залегания и внутреннее строение тела полезного ископаемого, а также соотношение его с боковыми породами. Очевидно, наиболее отчетливое представление обо всех этих особенностях тела полезного ископаемого может быть получено тогда, когда в разрезе будут более или менее полно отражены изменчивость формы и изменчивость качества тела полезного ископаемого, а также изменчивость условий его залегания. Поэтому первым условием ориентировки разведочных разрезов является соблюдение правила: разведочные выработки (и разрезы) должны ориентироваться по линиям максимальной изменчивости свойств тела полезного ископаемого. Только такая ориентировка выработок позволит построить разрез, отражающий степень и характер максимальной изменчивости тех или иных свойств полезного ископаемого.
Обычно направление максимальной изменчивости тела полезного ископаемого совпадает с линией его мощности. Поэтому в большинстве случаев разведочные разрезы ориентируются в крест простирания тела полезного ископаемого или рудной зоны. (Это положение относится к телам первого морфологического вида, наиболее распространенного в природе.).
Тела второго морфологического вида (трубы и вытянутые штоки) разведываются системой разрезов, ориентированных по-разному в зависимости от положения тела в пространстве. Горизонтальные или пологие трубы, имеющие определенную протяженность, должны рассекаться вертикальными разведочными разрезами в крест простирания (вернее, протяжения), как и тела первого морфологического вида, ибо максимальная изменчивость свойств трубообразного тела полезного ископаемого чаще всего имеет место в поперечном направлении. Крутопадающие трубы целесообразно рассекать горизонтальными разрезами.
Изложенное позволяет сформулировать второе правило ориентировки разведочных разрезов: плоскости разведочных разрезов ориентируются поперек наиболее длинного размера тела полезного ископаемого. Исключение составляют некоторые сложные по строению тела полезного ископаемого, в которых линия наибольшей изменчивости свойств резко отклоняется от линии, лежащей в крест простирания. В этом случае разведочные выработки и разрезы могут ориентироваться по направлению простирания (по простиранию вмещающей дайки, но в крест простирания жил).
Тела, принадлежащие к третьему морфологическому виду, часто не обладают отчетливо выраженным простиранием и имеют более или менее одинаковые размеры во всех трех измерениях. В таких случаях ориентировка разведочных разрезов (и выработок) должна производиться с учетом видимой полосчатости или как-то иначе выраженной изменчивости качества полезного ископаемого. Если же изометричные тела к тому же не обладают закономерной изменчивостью качества ни в каком направлении, являясь телами «изотропными», то для них ориентировка разведочных разрезов безразлична и может определяться техническими соображениями.
Обычно в таких случаях строится система взаимно перпендикулярных разрезов.
