19.01.2021

Общая методика разведки месторождений


При проведении разведки целесообразно различать следующие три направления исследований: 1) изучение месторождений как природного объекта; 2) изучение гидротермодинамических условий месторождения как среды для осуществления геотехнологических процессов; 3) определение характеристик, необходимых для расчета параметров конкретной технологической схемы эксплуатации.

На основе полученных на стадии поисковой разведки знаний о месторождении как природном объекте определяется геотехнологический метод разработки, т. е. виды воздействий на руды или полезные ископаемые для перевода их в подвижное состояние.

Затем необходимо установить перечень главных факторов, от которых зависят условия применения выбранного метода. С учетом степени влияния факторов определяют необходимую точность и надежность их изучения и выбирают критерии для определения границ геологических тел. Общая структурно-логическая схема разведки месторождений для целей геотехнологии представлена в табл. 14.

Целесообразно выделять следующие группы геологических тел:

I. Рудосодержащие геологические тела (РГТ) — область пространства, внутри которой в процессе эксплуатации осуществляется фильтрация (течение) рабочих и продуктивных флюидов.

II. Непосредственные водоупоры — геологические тела, граничащие с рудосодержащими, в которых перенос вещества и энергии осуществляется в основном в результате молекулярных процессов.

III. Коллекторы (водоносные горизонты), гидравлически связанные с РГТ.

IV. Коллекторы и водоупоры, не связанные с РГТ (прочие геологические тела).

Задачи, детальность и методика исследований перечисленных групп геологических тел существенно различны.

Наиболее детально должно быть изучено рудовмещающее геологическое тело. В его пределах необходимо изучить свойства пород и руд, определяющие условия подготовки месторождения к отработке (например, предварительного разрушения руд), химический и минеральный состав, от которых зависит скорость и характер геотехнологических процессов, коллекторские свойства, оказывающие влияние на условия движения рабочих и продуктивных флюидов, структуру и текстуру пород, которые определяют изменения водно-физических и технических свойств под влиянием отработки.

Изучение непосредственных водоупоров сводится к оценке их фильтрационных и физико-механических свойств, выяснению морфологических особенностей и условий залегания, определению основных минералого-петрографических характеристик. При этом наиболее детально эти геологические тела должны быть изучены в зоне контакта с РГТ.

Изучение коллекторов, гидравлически связанных с РГТ, проводится для целей прогноза потерь и разбавления рабочих и продуктивных растворов.

Прочие геологические тела специально не изучаются; для их характеристики используются данные, получаемые попутно с изучением первых трех групп геологических тел.

Установление границ геологических тел обозначается общим термином геометризация, а изучение состава и свойств горного массива в целях эксплуатации месторождения геотехнологическими методами целесообразно обозначить термином геотехнологическое опробование. Это понятие гораздо шире понятия геологическое опробование. В инженерной геологии под опробованием понимают комплекс последовательных операций по измерению или определению состава, состояния и свойств пород с требуемыми точностью и надежностью. В это понятие опробования входит любое определение свойств не только в объеме какой-то пробы, но и в пределах любых определенных участков горной среды. Так, проведение геофизических исследований и опытно-фильтрационных работ будет также входить в понятие опробования.

Таким образом, весь комплекс работ по геологическому изучению месторождений можно подразделить на геометризацию и опробование. В результате опробования внутри геологических тел выделяются геотехнологические элементы.

Обычно выделяются такие геотехнологические элементы, как рудные залежи и их участки с различными геотехнологическими свойствами; безрудные участки внутри залежей, в их кровле и подошве. В непосредственных водоупорах целесообразно выделять в отдельный элемент наиболее подверженную влиянию рабочих агентов приконтактную часть, размеры которой можно ориентировочно оценить теоретически, путем решения уравнений диффузии, теплопроводности и других в соответствующих граничных условиях, а также по методу аналогии.

Пространственное размещение точек или участков опробования называется системой опробования. Так как при разведке месторождении для геотехнологических целей используются исключительно скважинные методы разведки, то система опробования в плане сводится к выбору рациональной сети скважин, а по вертикали — к определению интервалов опробования скважин. Система опробования выбирается в зависимости от пространственной изменчивости свойств, а также требуемой точности и надежности их определения.

В сложившейся практике геологоразведочных работ при определении густоты разведочной сети исходят прежде всего из требуемой точности подсчета запасов полезных ископаемых. Однако при геотехнологических методах запасы не всегда представляют собой главный фактор. Как известно, они служат основой при определении мощности будущего предприятия и срока его эксплуатации. Ошибки в их подсчете приводят к неоправданным капитальным затратам.

При применении геотехнологических методов капитальные вложения резко снижаются по сравнению с обычными; соответственно снижаются и требования к точности подсчета запасов. Так, в работе показано, что в условиях Предкарпатских месторождений серы для квалификации запасов по категории C1 достаточна разведочная сеть 600х600 м. В то же время другие факторы могут быть значительно более изменчивыми, чем мощность и содержание, и в то же время оказывать очень большое влияние на условия эксплуатации месторождения. Например, на тех же Предкарпатских месторождениях фильтрационные свойства руд имеют чрезвычайно высокую изменчивость и от них зависит возможность применения метода подземной выплавки. Отсюда ясно, что выбор густоты опробования следует производить по наиболее изменчивому из главных факторов. Естественно, что тем самым гарантируется достаточно высокая точность опробования для остальных факторов.

Наиболее полное обобщение современных представлений о выборе систем опробования приводится в работах, где сформулированы следующие принципы размещения точек измерения геологических параметров в пространстве. 1. Принцип равнопредставительности: любые равные по объему части выделенного геологического тела, статистически однородного и выдержанного по исследуемому показателю в соответствии с принятыми критериями должны быть охарактеризованы одинаковым числом измерений. 2. Системы опробования устанавливают отдельно для каждого выделенного по принятым критериям геологического тела, исходя из его изменчивости по исследуемому показателю и принятого уровня значимости показателей. 3. Ориентировка системы опробования должна соответствовать главным направлениям изменчивости состава и свойств пород или направлениям экстремальных значений градиентов полей показателей. 4. Чем больше анизотропия состава и свойств пород, тем больше различаются параметры системы в характерных направлениях изменчивости.

Нам представляется, что применительно к задачам разведки месторождений перечисленные четыре основных принципа целесообразно дополнить еще двумя: пришитом последова-

тельного сгущения разведочной сети, выдвинутым Л.Д. Белым и развитым в работах Н.В. Коломенского, Г.К. Бондарика и других, и принципом максимального совмещения систем опробования, выбранных для отдельных показателей.

Выбор систем опробования неразрывно связан с методами опробования. Последние целесообразно различать прежде всего по уровню выявляемой этими методами неоднородности состава и свойств пород.

М.В. Рац предлагает в прикладной геологии различать следующие уровни неоднородности: I. Неоднородность массива пород (наличие различных геологических образований, их на-рушенность и т. д.), т. е. геологическое строение массива. II. Неоднородность структуры и состава горных пород в пределах пачки, ритма, слоя (слоистости, трещиноватости, метких дислокаций и т. д.), III. Неоднородность состава и структуры горной породы (пористости, минерального состава, формы и размера зерен, характера контактов). IV. Неоднородность внутреннего строения кристаллов (наличие дефектов кристаллической решетки, дислокаций, вакансий, обменных ионов и т. д.).

Аналогично выделенным уровням неоднородности для практических целей можно выделить следующие уровни изучения природных факторов, влияющих на геотехнологические процессы.

1. Геологические и гидротермодинамические условия месторождения: геологическое строение, глубина залегания, геостатическое давление, внутрипоровое давление, начальная температура, положение в водонапорной системе и гидравлическая связь с проницаемыми породами и поверхностью.

2. Состав и свойства руд и вмещающих пород в массиве: литологический состав, прочностные, гидравлические тепловые и электрические свойства; пустотность, трещиноватость.

3. Состав и свойства образцов руд: содержание полезного ископаемого, минеральный и химический состав, текстура, пористость, проницаемость, прочностные, деформационные, тепловые и электрические свойства, состав, свойства и состояние подземных вод.

4. Свойства мицералов: химический состав, состояние, поверхностные, термические, электрические, прочностные и деформационные свойства, плотность, форма выделения (размер и форма зерен, окатанность и т. п.), состав и свойства связанных форм воды.

Первому и второму уровню соответствуют полевые методы исследований, третьему и четвертому — лабораторные.

Особую важность для большинства геотехнологических методов имеют гидрогеологические исследования, проводимые в целях: а) оценки притока подземных вод в рабочую зону, а также потери рабочих агентов и продуктов; б) расчета приемистости и дебитов эксплуатационных скважин; в) расчета полей скорости фильтрации в рабочей зоне.

Для решения указанных задач необходимо: 1) определить положение месторождения в водонапорной системе; 2) составить карту водопроводимости рудовмещающего геологического тела; 3) установить степень его связи с другими водоносными горизонтами и поверхностными водотоками; 4) оценить свойства водоупоров; 5) изучить химический состав и физические свойства подземных вод; 6) дать оценку возможных изменений гидропроводности руд и вмещающих пород под влиянием геотехнологических процессов; 7) определить возможные и предельные значения напоров в системах эксплуатационных скважин; 8) изучить распределение проницаемости в плане и в разрезе РГТ; 9) исследовать поле распределения мезо- и макропустотности; 10) изучить прочностные свойства руд и покрывающих пород, их изменения в процессе эксплуатации.

В отличие от обычных методов, где гидрогеологические условия обусловливают лишь применение различных схем осушения месторождений, при геотехнологических методах они непосредственно определяют способ, систему и режим эксплуатации. С этим связан ряд особенностей гидрогеологических исследований. Основными из них являются следующие.

1. При обычных методах изучают в равной степени все водоносные горизонты, участвующие в обводнении горных выработок. При геотехнологических — объектом изучения являются, в первую очередь, рудовмещающее геологическое тело (РГТ). Оно может быть проницаемым или водоупорным, а также включать водоупорные и проницаемые породы.

2. При обычных методах разработки месторождений основная область фильтрации находится за контуром горных работ. При геотехнологических — фильтрация происходит в основном в пределах участков, ограниченных системами нагнетательных и дренажных скважин, и лишь в незначительной мере за контуром эксплуатации.

3. При обычных методах отработки для оценки водопритоков и расчета систем осушения требуется определить осредненные гидрогеологические параметры водоносных горизонтов. При геотехнологических — необходимо исследовать распределение проницаемости и пустотности в плане и о разрезе.

4. При обычных методах фильтрационные свойства в процессе эксплуатации изменяются незначительно или остаются постоянными. Геотехнологические процессы, как правило, вызывают резкое изменение гидрогеологических параметров РГТ в ту и другую сторону.

5. При обычных методах отработки происходит фильтрация однородных по свойствам подземных вод, поэтому морфологические особенности водоносных горизонтов не имеют значения. При геотехнологических — в фильтрации участвуют компоненты жидкой фазы, различающиеся по плотности, вязкости, поверхностным свойствам, что определяет большую роль элементов залегания и морфологических особенностей РГТ. Перечисленные особенности обусловливают необходимость нового подхода к методике гидрогеологических исследований.

В соответствии с задачами исследований применяют следующие методы гидрогеологического опробования (табл. 15).





Яндекс.Метрика