Система высокоточного глубинного прогноза месторождений

Система высокоточного глубинного прогноза месторождений

Феликс Ройзенман

© Феликс Ройзенман, 2018

ISBN 978-5-4493-3692-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

На основе 3-х научных открытий в геологии: 1) новая теория – богатого флюидного рудообразования под воздействием «углекислотной волны», 2) система высокоточных связей между исследуемыми параметрами (геологическими, геофизическими, геохимическими, термобарогеохимическими) и промышленными параметрами месторождений (их размерами, запасами в них полезных ископаемых, содержаниями и качеством полезных ископаемых), 3) новая геологическая формация: региональные метасоматиты в метаморфических комплексах, при исследовании 40-ка рудных полей 18-ти полезных ископаемых (слюды-флогопита, слюды-мусковита, графита, лития, рубидия, цезия, тантала, ниобия, бериллия, калиевого полевошпатового сырья, облицовочного камня, подземных водоисточников, и других полезных ископаемых), в районах Южной Якутии, Кольского полуострова, Южной Карелии и Урала, разработана принципиально новая система высокоточного глубинного прогноза месторождений. Эта система прогноза позволяет на основе геологических, геофизических, геохимических и других исследований на дневной поверхности (и до поискового бурения) давать точный прогноз (в том числе – на глубине) о местоположении месторождений полезных ископаемых, а также – прогноз всех их промышленных параметров: каковы размеры этих месторождений, количество в них запасов полезных ископаемых, их содержаний и качества. Проверка 76-ти прогнозов по данной системе привела к открытию 70-ти месторождений и промышленных тел 18-ти полезных ископаемых (металлических, неметаллических и жидких) со стоимостью полезных ископаемых (в недрах) 34 млрд. долл., добыли полезных ископаемых – на 3 млрд. долл. Среди открытых месторождений – 4 месторождения мирового уровня (самое богатое, в мире, месторождение самого высококачественного графита и др.). Достоверность прогнозов по разработанной новой системе составила 80 – 90%, что более, чем в 10 раз превышает достоверность применяемой в настоящее время, в мире, системы прогноза месторождений. Применение новой системы прогноза месторождений в 10 раз повышает экономическую эффективность горно-геологической отрасли.

Для специалистов – геологов, а также студентов и аспирантов геологических специальностей высших учебных заведений.

Доктор геолого-минералогических наук, академик РАЕН В. Рецензент: Белов С. 

Введение

. К сожалению, современный уровень наших знаний, уровень геологической науки в целом и учения о полезных ископаемых, в частности, таков, что возможность прогнозирования месторождений с достаточным успехом весьма мала

Л. Н. Овчинников, академик РАН.

Приведенное выше высказывание известного специалиста по теории образования месторождений и их прогнозу, доктора геолого-минералогических наук Л. Н. Овчинникова, директора института ИМГРЭ, из книги «Прогноз рудных месторождений» (1992), остается, к сожалению, актуальным и сейчас, несмотря на развитие в последние 20 лет компьютерных технологий и моделирования геологических процессов. Действительно, и в настоящее время достоверность геологического прогноза остается весьма низкой (для большинства полезных ископаемых составляет всего 5—10%). Это обусловлено тем, что уже 30 – 40 лет назад в геологической отрасли произошли коренные изменения.

1) В настоящее время поверхность Земли во многих странах уже хорошо исследована в результате массовых поисково-съемочных работ, и . вероятность открытия месторождений на дневной поверхности резко сократилась

2) На передний план уже 30 – 40 лет назад выдвинулась проблема прогноза не выходящих на дневную поверхность месторождений (проблема глубинного прогноза).

3) В связи с тем, что на глубине рентабельно добываться могут только достаточно , при геологическом прогнозе должны быть, на основе геологических, геофизических, геохимических и других установлены основные промышленные параметры прогнозируемого объекта: 1) местоположение на глубине прогнозируемого объекта; 2) глубина его залегания; 3) его размеры, 4) запасы в нем полезного ископаемого, 3) содержание полезного ископаемого, 5) его качество. Это дает возможность крупные и богатые месторождения исследований на дневной поверхности и до горно-буровой разведки заранее рассчитать рентабельность добычных работ и, тем самым, обоснованно решить вопрос о целесообразности разведки данного объекта.

4) . Именно здесь, на площадях, детально изученных в результате многолетних геологоразведочных работ, необходимо постоянно и в значительных объемах пополнять выбывающие запасы руды. Таким образом, Добыча полезных ископаемых в основном сосредоточилась на территориях уже существующих и действующих горно-промышленных предприятий важнейшее значение имеет проблема высокоточного локального (в том числе – глубинного) прогноза рудных тел.

5) Для большинства полезных ископаемых основное промышленное значение имеет небольшое число крупных и богатых месторождений. И  целенаправленный поиск крупных и богатых месторождений является одним из главных приоритетов геологической службы.

6) Для многих полезных ископаемых важное значение имеет , определяющее его цену и технологические свойства. Особое значение качество сырья может иметь для неметаллических полезных ископаемых (так, цена на чешуйчатый графит, в зависимости от его качества, может меняться до 10-ти раз). качество сырья

К сожалению, ни геологическая наука, ни геологическая практика оказались не готовыми к принципиальному изменению условий прогнозирования. Несмотря на большое количество работ по геологическому прогнозу (Крейтер, 1960; Константинов, 1979; Овчинников, 1992 и др.), разработанные и применяемые методы прогноза имеют в основном характер. То есть, на основании установленных поисково-оценочных критериев (геологических, геофизических, геохимических и др.) на определенном участке прогнозируется промышленное рудное тело. Однако ни его точные размеры, ни запасы полезного ископаемого, ни его содержания, ни качество, ни другие промышленные параметры на глубине прогнозируемого объекта не определяются, либо определяются недостаточно точно. Вероятность открытия рудного тела в данном месте при этом не рассчитывается. В результате, реальная достоверность геологического прогноза составляет в настоящее время для большинства полезных ископаемых 5—10%. Такая низкая эффективность прогноза приводит ежегодно к огромным потерям времени и средств при разведке и освоении полезных ископаемых. Даже для такого хорошо изученного полезного ископаемого, как нефть, в изучение которого вложены десятки миллиардов долларов, по данным французских специалистов, достоверность прогноза составляет всего 20% (ошибка 80%). А в таком важном для строительной индустрии полезном ископаемом, как облицовочный (блочный) камень (где годовая стоимость продаж в 2.5 раза выше, чем у алмазов), из 10-ти разведанных и рекомендованных к добыче участков, только один оказывается рентабельным. Достоверность не только прогноза, но и разведки этого, казалось бы, простого полезного ископаемого – всего 10%. качественный

Именно указанные выше обстоятельства послужили для автора, проработавшего 35 лет руководителем крупных научно-исследовательских геологических экспедиций, проводивших работы по хоздоговорам с горно-промышленными предприятиями, а также работавшего руководителем организованных им ЗАО и ООО в горно-геологической отрасли, причиной для разработки новой системы геопрогноза, отвечающей современным требованиям.

Разработка новой системы – высокоточного глубинного прогноза месторождений

Разработка и апробация новой системы прогноза проведены на территориях хорошо изученных рудных полей и месторождений различных твердых и жидких полезных ископаемых: 1) флогопита (Алданский щит; Ковдорское месторождение на Кольском полуострове); 2) мусковита (Сев. Карелия; Кольский полуостров; Мамско-Чуйский район, Иркутская область); 3) графита (Алданский щит; Ю. Карелия; Ю. Урал); 4) диопсидового сырья (Алданский щит); 5) калиевого полевошпатового сырья (Алданский щит; Воронья тундра, Кольский полуостров); 6) натрово-глиноземистого полевошпатового сырья (Ю. Карелия); 7) комплексного месторождения редких металлов: лития, рубидия цезия, тантала, ниобия, бериллия (Воронья тундра, Кольский полуостров), 8) горного хрусталя и кварцевого сырья (Полярный Урал, Алданский щит и др.); 9) медно-никелевых руд (Аллареченское месторождение, Кольский полуостров); 10) облицовочного (блочного) камня (Ю. Карелия); 11) гранитного щебня (Ю. Карелия); 12) подземных водоисточников (Сев. Карелия; Ю. Карелия; Московская область). Всего исследовано 40 месторождений 18-ти полезных ископаемых в 15 рудных полях.

Разработанная новая система высокоточного глубинного прогноза месторождений позволяет до проведения разведочных работ количественно оценить достоверность прогноза и вывести его на уровень более 80%. Также Получение указанной количественной информации позволяет разведочных работ заранее рассчитать добычи прогнозируемого На этом основании может быть принято обоснованное решение об экономической рациональности или нерациональности добычи данного полезного ископаемого на этом объекте. Это служит основанием для объективного количественно определяются промышленные параметры оруденения: 1) размеры рудного тела, 2) его запасы, 3) содержание полезного ископаемого, 4) качество минерального сырья. еще до дорогостоящих горно-буровых рудного тела. решения о целесообразности проведения не только эксплуатационных, но и разведочных горно-буровых работ. рентабельность

Научные основы для разработки системы высокоточного глубинного прогноза месторождений

Разработка системы высокоточного глубинного прогноза месторождений базируется на сделанных автором 3-х научных открытиях в геологии:

. 1 Богатое флюидное рудообразование под воздействием «углекислотной волны» (новая теория флюидного рудообразования).

. 2 Система количественных связей между исследуемыми параметрами (геологическими, геофизическими, геохимическими, термобарогеохимическими) и промышленными параметрами месторождений (их размерами и запасами в них полезных ископаемых, содержаниями полезных ископаемых и их качеством).

3. Формация региональных метасоматитов в метаморфических комплексах.

Ниже будут показаны примеры использования указанных 3-х научных открытий для разработки системы высокоточного глубинного прогноза месторождений.

Обеспечение необходимой высокой достоверности прогноза месторождений комплексированием методов исследования

Для разработки критериев высокоточного прогноза на эталонных участках устанавливаются количественные зависимости между исследуемыми параметрами (геологическими, геофизическими, геохимическими, термобарогеохимическими и др.) и указанными выше промышленными параметрами. Всего было установлено 720 таких количественных связей между исследуемыми и промышленными параметрами. По этим данным построено 40 эталонировочных графиков и диаграмм. Локальное прогнозирование рудных тел осуществляется по комплексу поисково-оценочных критериев, из которых (включая литологический, стратиграфический, геолого-структурный и др.). ведущим является геологический критерий

Как показано ниже, оптимальным уровнем достоверности прогноза месторождений может быть принят уровень выше 80%.

Для определения достоверности прогноза разработана методика расчета «». Как показано ниже, для достижения уровня достоверности прогноза выше 80% производилось поисковой вероятности Получение точных данных о промышленных параметрах прогнозируемого объекта (в том числе – на глубине) дает возможность, до проведения буровых поисково-разведочных работ, рассчитать рентабельность добычи полезного ископаемого и, тем самым, экономически обоснованно решать вопрос о целесообразности разведки данного объекта ). комплексирование главного геологического поискового критерия (дающего на исследованных месторождениях 58—70% «поисковой вероятности») с геофизическим критерием (графитовые месторождения), геохимическим критерием (комплексные редкометальные пегматиты) или с термобарогеохимическим критерием (флогопитовые и мусковитовые месторождения .

Методы исследований

Как было установлено в процессе научно-производственных работ на месторождениях указанных полезных ископаемых, . необходимая количественная информация для достоверного прогноза возможна только на основе комплекса методов исследования

В разной степени и в разных соотношениях использовались: 1) крупномасштабное геологическое картирование рудных полей и месторождений по формально однозначной методике Б. М. Роненсона; 2) геофизическая съемка (электроразведка несколькими методами, магниторазведка, микросейсмика, гамма-спектрометрия и др.); 3) дешифрирование аэрофотоснимков; 4) геохимическая съемка; 5) термобарогеохимические исследования и картирование (термовакуумная и термозвуковая декрепитация; газово-хроматографический анализ газово-жидких включений; гомогенизация включений; изотопный анализ включений); 6) минералогические исследования.

1. Геологическое картирование

традиционно считается основой прогнозирования месторождений. Однако применяемое до настоящего времени геологическое картирование, базирующееся на существующих государственных инструкциях и методических руководствах, характеризуется недостаточной достоверностью и значительной долей . В результате, весьма распространены случаи, когда по одной и той же площади разными авторами и геологическими организациями составляются принципиально различные карты. При этом, невозможно установить какая из этих карт правильная (нередко все эти карты были неправильными). Геологическое картирование субъективизма

Особенно это относится к наиболее сложным – рудным полям и месторождениям. На геологических картах разных авторов и организаций нередко отличаются названия горных пород, стратиграфические подразделения, тектонические структуры и т. п. (автору встречались случаи существования до 5-6-ти резко отличающихся геологических карт по одной площади). Как правило, в исследованных нами рудных полях по существующим геологическим картам (даже детальным, крупномасштабным) невозможно было установить все важнейшие для прогноза геологические поисковые критерии. метаморфогенным

В связи с указанными обстоятельствами, при наших исследованиях разработанной Б. М. Роненсоном (Роненсон, 1972; Роненсон и др., 1976). Отличительная и очень важная особенность этой методики заключается в том, геологическое картирование осуществлялось только по формально однозначной методике, базируются на строгой математической (статистической) основе. что все этапы геологического картирования (создание легенды и классификации горных пород; стратиграфическое расчленение; площадное геологическое картирование) в ней формализованы и 

Важной особенностью разработанной Б. М. Роненсоном методики геологического картирования является :  – комплексная (геологическая, геофизическая, геохимическая и др.) документация опорных профилей с составлением классификации горных пород и их стратиграфическим расчленением;  – площадная съемка всеми методами с составлением предварительной геологической карты;  – детализация участков, в том числе – промышленных, с составлением окончательной формально однозначной геологической карты. Опыт показал, что . 3-х-летний цикл при использовании этой методики у разных авторов получаются 1-й год 2-й год 3-й год принципиально одинаковые геологические карты

В ходе исследований на Алданском и Балтийском щитах, на Урале и в других регионах СССР и современной Российской Федерации были составлены геологические карты масштаба:

1: 25 000 – 150 кв. км, 1: 10 000 – 130 кв. км, 1: 2000 – 30 кв. км, (1: 1000 – 1: 500) – 6 кв. км. В процессе работ составлены детальные геологические карты по 20-ти карьерам, проведена геологическая документация 20 пог. км подземных горных выработок и 30 пог. км керна скважин, составлены геологические планы 12-ти шахтных горизонтов. Именно из этих карт удалось получить необходимую информацию о геологических поисково-оценочных критериях (литологических, стратиграфических, геолого-структурных), которые обеспечили (Ройзенман, 2004). Эти уровень геологической «поисковой вероятности» 58—70% данные геологического картирования по формально-однозначной методике послужили основой для достоверного прогноза промышленных тел различных полезных ископаемых.

2. Геофизическая съемка и специальные геофизические исследования

проводились для создания геологической карты, а также – для установления геофизических поисково-оценочных критериев. Геофизическая съемка и специальные геофизические исследования

В качестве основных картировочных методов применялись: магниторазведка, радиометрия и электроразведка (СЭП, СДВР, «Волна», ИКС и др.).

Для специальных исследований использовались каппаметрия (измерение магнитной восприимчивости горных пород), гамма-спектрометрия, микросейсмика, а также – разработанное автором круговое электропрофилирование (запатентованный метод электроанизотропии).

3. Минералого-геохимическая съемка и специальные минералогические и геохимические исследования

проводились, в целом, по известным методикам. Вместе с тем, как показали результаты работ, Ниже будет приведен пример разработанного автором прогноза в Вороньетундровском рудном поле Кольского полуострова крупнейшего в мире месторождения цезия (40% мировых запасов) и еще 8-ми полезных ископаемых (лития, рубидия, тантала, ниобия, бериллия, кварцевого и калиевого полевошпатового сырья, амфиболитов) на площади, которая ранее была забракована при обычной (стандартной) геохимической съемке Мурманской ГРЭ детального масштаба (1: 25 000), сделанной без учета минералого-петрографических и генетических особенностей горных пород. Минералого-геохимическая съемка и специальные минералогические и геохимические исследования геохимическое опробование должно проводиться только на основе достоверной геологической карты с учетом минералого – геохимических и генетических особенностей горных пород.

4. Термобарогеохимические исследования

проведены, в целом, методами, разработанными основоположником крупного направления в геологии (термобарогеохимии) Н. П. Ермаковым (1950, 1966). Вместе с тем, эффективность этих методов при локальном прогнозе рудных тел оказалась сравнительно невысокой. В связи с этим, количество работ по применению термобарогеохимических методов для поисково-оценочных целей в последние годы весьма незначительно. Термобарогеохимические исследования

Причина такой низкой эффективности применяемого термобарогеохимического прогноза рудных тел заключается в том, что они базируются на старой, существующей в мировой геологии уже более 60-ти лет теории флюидного рудообразования. Эта теория не дает возможности решить все важнейшие генетические проблемы: в чём специфика образования богатых руд (а эта проблема имеет очень важное промышленное значение, так как 80% добычи большинства полезных ископаемых производится из богатых месторождений), условия формирования крупнокристаллического сырья. Так, за последние 25 лет на Международных и Всероссийских конференциях по термобарогеохимии (г. г. Александров, Москва, Иркутск и др.), а также – в специальных публикациях, реальные результаты успешного применения термобарогеохимических методов для практических целей поисково-разведочных работ были рассмотрены, в основном, в работах автора (Ройзенман, 2000, 2001, 2004, 2008, 2010, 2014 и др.).

Основой для разработки новых, эффективных термобарогеохимических критериев прогноза месторождений послужила (Ройзенман, 1975, 1983, 1997, 2000, 2004, 2008). (Ройзенман, 2004, 2008). Новая теория – богатого флюидного рудообразования под воздействием «углекислотной волны». новая теория – богатого флюидного рудообразования Новая теория рудообразования позволила впервые установить количественные термобарогеохимические критерии промышленного оруденения, в том числе – богатого и крупнокристаллического

В качестве основного метода для прогноза промышленных объектов использована дневной поверхности и подземных шахтных горизонтов с использованием разработанного автором «» (Ройзенман, 1983). . Это дало возможность проверять, корректировать и детализировать результаты декрептометрического картирования . декрептометрическая съемка декрептометрического поискового коэффициента Использование портативной аппаратуры позволило осуществить декрептометрическое картирование в полевых условиях, с высокой производительностью (до 50 анализов в сутки) и с большим объемом анализов ( ) непосредственно Для детализации прогноза применялась газовая съемка с определением концентрации СО в газово-жидких включениях 2 до 3000 анализов за полевой сезон . в процессе полевых работ

. Эта универсальность обусловлена тем, что над всеми флюидными месторождениями образуются «» (Ермаков, 1957). Как было установлено Н. П. Ермаковым, флюидные растворы, формирующие промышленные руды, подымаются выше этих рудных тел на 60—100 метров. И по этим «ореолам пропаривания» можно определять местоположение на глубине рудных тел и их промышленных параметров. Особую ценность термобарогеохимические методы представляют из-за их универсального характера: они одинаково эффективны как для металлических, так и для неметаллических полезных ископаемых ореолы пропаривания

Особую ценность термобарогеохимические методы прогноза имеют для неметаллических полезных ископаемых, так как геохимические методы для них нередко мало информативны.

(геолого-структурные, изотопные, рентгено-структурные и др.) применялись для решения задач прогнозирования конкретных полезных ископаемых. Специальные методы исследования

. Всего при создании и применении системы количественного прогнозирования использовано 20 методов исследования

Среди использованных методов особо следует остановиться на термобарогеохимических методах исследования. Во-первых, они являются универсальными, применимыми как для металлических, так и для неметаллических полезных ископаемых. Во-вторых, применение этих методов для поисково-оценочных целей пока еще весьма ограниченное. Это объясняется, в первую очередь, несовершенством теоретической базы. Поэтому ниже специально рассмотрены разработанные автором теоретические основы применения термобарогеохимических методов для поисков и оценки рудных тел.

Разработка теоретических основ использования термобарогеохимических методов для поисков и оценки промышленных рудных тел

Разработанное Ермаковым Н. П. крупное направление в геологии – термобарогеохимия, дает важную информацию о флюидных процессах, приводящих к минерало- и рудообразованию. На основе разработанного Ермаковым Н. П. учения об «ореолах пропаривания» вокруг и выше рудных тел, были созданы предпосылки для использования термобарогеохимии в поисково-оценочных целях.

Самым оперативным поисковым методом является разработанный Ермаковым Н. П. . Согласно методике Ермакова Н. П., общее число микровзрывов газово-жидких включений в минералах в интервале температур 100—600С является показателем интенсивности рудного процесса. Однако, как показал опыт, Именно поэтому использование общей суммы микровзрывов не дало ожидаемых практических результатов при поисках и оценке рудных тел. метод декрепитации газово-жидких включений общее число микровзрывов в интервале температур 100—600С никак не коррелируется с рудным процессом. о о