Научно-технический прогресс в области геологоразведочных работ

Рост объемов геологоразведочных работ во всем мире сопровождался ускоренным развитием техники и технологии их производства. Успешно развивалась геологическая наука и разрешались важнейшие научно-технические проблемы, способствовавшие развитию мировой минерально-сырьевой базы.

В последнее время утвердились некоторые принципиально новые представления о глубинной тектонике и ее связи с металлогенией и подверглась критике классическая концепция геосинклинального геотектонического цикла. Металлогенический анализ проводился ранее в связи с эволюцией подвижных зон, возникающих на активных окраинах континентов при взаимодействии литосферных плит. При этом считалось, что «зоны поглощения океанической коры», находящиеся на стыке плит с континентальной и океанической корой, а также плит островных дуг с океанической корой, приводят к возникновению наиболее важных эндогенных месторождений, располагающихся при этом зонально в отношении к континентальным окраинам. Как установлено, все эти гипотезы нуждаются в более обстоятельных обоснованиях.

В бывш. Советском Союзе в результате проведенных планомерных региональных работ, а также научных исследований во всех областях геологической науки достигнуты заметные успехи в познании геологического строения территории страны, закономерностей формирования и размещения месторождений полезных ископаемых во времени и пространстве. Установлены основные эпохи образования промышленных месторождений различных видов минерального сырья, определены критерии их связи с эндогенными и осадочными комплексами, изучены закономерности изменений продуктивных формаций в общей истории развития земной коры.

Проводятся прогнозные работы, основанные на учете геологических особенностей территории, анализе взаимосвязи элементов тектоники, магматизма, литогенеза, палеогеографии и минералогении, а также данных по изученности и опоискованности отдельных площадей, результатах шлихового опробования, геохимических, геофизических и аэрогеологических исследований. Определены и научно обоснованы поисковые критерии для различных генетических и промышленных типов месторождений применительно к определенным нефтегазоносным, угленосным и рудным районам. Усовершенствовалась методика производства региональных геологических исследований; геологическое картирование и региональное опоискование значительных площадей проводится с предварительным составлением фотогеологической основы или с использованием имеющихся аэрофотоснимков. Разрабатываются и внедряются новые дистанционные методы исследования и способы изучения геологического строения и вещества на глубине. Развивается использование радарной съемки, аэроэлектроразведки, аэрогравиразведки, высотных и космических аэрофотосъемок и возрастает использование аэрогеохимической съемки.

Широкое внедрение геофизических и геохимических (воздушных и наземных) методов для расшифровки геологического строения картируемых районов позволило резко сократить картировочное бурение или полностью отказаться от него. Аэрогеофизическими съемками в комплексе с магнитометрическими и радиометрическими исследованиями решаются задачи прямых поисков магнитных и радиоактивных объектов, крупных тел с повышенной электропроводностью, а также устанавливаются структурные особенности изучаемой территории.

Большой геологический и экономический эффект получен в результате замены полистной геологической съемки — групповой, особенно при использовании материалов различных дистанционных методов, — мелкомасштабных аэросъемок, космических и радиолокационных съемок, а также аэрофотометодов.

В области научного прогноза минеральных ресурсов советская геологическая наука является пионером. Геологические, литолого-палеогеографические, тектонические, металлогенические и другие карты отечественного производства получили широкое признание на международных геологических конгрессах. Успехи в познании закономерностей в формировании и размещении месторождений полезных ископаемых, разработке геологически обоснованных критериев и эффективных методов их выявления способствовали открытию Тюменской и Якутской нефтегазоносных провинций, золотоносных районов в Средней Азии и на Северо-Востоке, залежей медно-никелевых руд в Норильском районе, меднорудной провинции на Южном Урале, месторождений олова и вольфрама на Дальнем Востоке, молибдена и полиметаллов в Восточной Сибири и Казахстане, многочисленных месторождений пресных, лечебных и технических подземных вод в различных районах страны.

Эти и другие результаты в развитии минерально-сырьевой базы страны свидетельствуют о возросшем уровне научного прогнозирования и научных основ поисков месторождений, а также обоснования перспективных районов для их направления. Существенно повысилась и степень достоверности количественной оценки прогнозных запасов и их географического размещения.

Разработаны и усовершенствованы методы поисков, разведки и оценки месторождений важнейших полезных ископаемых, основанные преимущественно на широком применении разнообразных геофизических, геохимических и аэрогеологических методов и их наиболее рационального комплексирования,

Важнейшее значение в поисках месторождений полезных ископаемых приобрели геофизические методы, сыгравшие решающую роль в открытии и разведке многочисленных месторождений черных, цветных и редких металлов, нефти, газа и угля. Они широко используются также для обнаружения новых продуктивных залежей в пределах известных месторождений, уточнения их размеров и условий залегания, изучения морфологии погребенных россыпей, зон многолетней мерзлоты, определения мощности вскрышных пород и решения многих других геологических задач с минимальными объемами горнопроходческих и буровых работ.

Стремительно расширяет арсенал своих методов и существенно увеличивает их производительность и точность геофизика; очевиден прогресс и в разнообразии решаемых при этом задач.

Каротаж разрезов буровых скважин стал одним из основных методов фиксации угольных пластов и их сопоставления, а также уточнения стратиграфии вмещающих пород. Широкое развитие получила нефтяная геофизика, которая по объему затрат превышает 20% общего объема всех геологоразведочных работ на нефть и газ, включая средства по госбюджету и капитальным вложениям.

Доминирующее положение в общем комплексе геофизических исследований на нефть и газ занимает сейсморазведка, дальнейшее совершенствование которой основано на совместном использовании поперечных и продольных волн, получении отражения с больших глубин, устранении помех и применении невзрывных источников сейсмических волн. Возрастают объемы морских сейсморазведочных работ. Широко внедрена в сейсморазведке магнитная запись.

В результате технического переоснащения повысилась точность гравиразведки, используемой совместно с радиометрией для прогнозирования площадей, перспективных для поисков локальных поднятий. Значительный экономический эффект может быть получен при использовании детальной гравиразведки в комплексе с сейсморазведкой для подготовки локальных структур на участках с благоприятными геологическими условиями.

Высокой информативностью характеризуется скважинный геоакустический метод, применяемый при решении важнейших геологотехнических задач, возникающих при разведке месторождений нефти и газа.

Повышению эффективности поисковых работ на нефть и газ способствовала разработка новых методов выявления продуктивных пологих платформенных, глубокозалегающих и сложно-построенных структур (литологических и стратиграфических ловушек, экранированных залежей и т. д.), а также поисков подводных месторождений нефти и газа.

На Сибирской платформе с помощью сравнительно нового для структурной электроразведки метода зондирования становления поля в ближней точке (ЗСБЗ) выявляются зоны коллекторов, насыщенных минерализованными водами и водо-газонефтяные контакты. В Восточном Туркменистане газометрическое картирование приповерхностных горизонтов в неглубоких (до 500 м) скважинах позволило выявить газовую залежь на глубине 2495 м (месторождение Восточный Даулетабад).

Усовершенствовалась техника и технология производства геофизических работ и для поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Ведущую роль при этом играет электроразведка, использующая свыше 40 методов и модификаций, основанных на изучении постоянных и переменных электрических полей, естественных и искусственно вызванных электромагнитных полей, пьезо- и сейсмоэлектрических эффектов.

Широко используются для выявления рудных зон и залежей односамолетные методы электроразведки: дипольное индуктивное профилирование, радиокип на сверхдлинных волнах и др.

В возрастающих объемах используются сейсмические исследования на разных стадиях геологоразведочных работ в рудных и угленосных районах. Наряду с сейсморазведкой на преломленных волнах внедряется сейсморазведка па отраженных волнах. Значительно увеличены глубинность (до 2 км) и детальность этих исследований.

Большим достижением советских геофизиков является внедрение в практику работ невзрывных источников упругих колебаний; создание вибросейсмического комплекса аппаратуры, предназначенной для выполнения сейсморазведочных исследований с помощью вибрационных источников.

Ускоренными темпами расширяется использование ядерно-физических методов анализа минерального сырья, которые не уступают по точности химическим методам при более низкой себестоимости работ. Таким образом, замена дорогостоящих и малопроизводительных химических анализов методами ядерно-физического экспресс-анализа приводит к значительной экономии средств и сокращает время на получение достоверных результатов при определении вещественного состава руд. Гамма-гамма-метод с большим экономическим эффектом широко применяется для опробования руд в естественном их залегании, что позволяет резко сократить объемы бороздового опробования и химических анализов проб.

Ядернофизические методы широко используются для каротажа скважин при подсчете запасов ряда полезных ископаемых (плавикового шпата, бериллия, радиоактивных руд, уточнения мощности и строения угольных пластов и оценки их зольности (методы гамма-гамма-каротажа). Особенно широко метод активационного каротажа скважин применяется при разведке месторождений плавикового шпата; сопоставление его результатов с данными химических анализов керновых проб подтвердило их хорошую сходимость.

При помощи ядернофизических методов четко выделяются фосфоритоносные отложения среди вмещающих пород. Посредством гамма- и нейтронного активационного каротажа скважин строение и условия залегания продуктивных пластов определяются с точностью, удовлетворяющей требованиям ГКЗ России к подсчету запасов.

При поисках цветных, редких и благородных металлов и для решения других геологических и минерагенических задач в возрастающих объемах эффективно используется аэрогамма-спектрометрия.

Успешно развивается применение при поисках и разведке методов скважинной геофизики, позволяющих выявлять залежи руд, расположенных на расстоянии 100—150 м от пробуренных скважин, определять их форму и условия залегания. Теперь она ведется более чем десятью методами (радиопросвечивание, магниторазведка, индукционная разведка, вызванная поляризация и др.), позволяющими сокращать объемы бурения при поисках и разведке месторождений магнитных и сульфидных руд за счет разрежения сети буровых скважин, и, кроме того, значительно повысить производительность их проходки путем увеличения объемов бескернового бурения на основе экспрессных методов обследования стенок скважин.

Большое значение в последнее время скважинные геофизические исследования (методы радиоволнового просвечивания, электрической корреляции и др.) приобрели при разведке угольных месторождений. Они резко повышают достоверность ее результатов, особенно касающихся фиксации тектонических нарушений, что очень важно при современной комплексной механизации и автоматизации добычных работ.

Для изучения вещественного состава горных пород и руд весьма перспективным представляется применение скважинной аппаратуры по детальной спектрометрии гамма-излучения с полупроводниковыми детекторами.

Весьма важное научное и практическое значение имеют созданные советскими геофизиками геоэлектрохимические методы прямых поисков рудных месторождений. Они основаны на измерения различных эффектов электрохимических процессов, позволяющих выделять ничтожно малые концентрации рудных веществ.

Важным направлением научно-технического прогресса в области поисково-разведочных работ, несомненно, являются геохимические методы исследования, широкое внедрение которых привело к открытию промышленных месторождений различных полезных ископаемых. Они базируются на экспрессной ном спектральном анализе, позволяющем определить до 40 элементов. Рациональное комплексирование геохимических и геофизических методов позволило в ряде случаев выявить «слепые» рудные тела, залегающие на глубинах свыше 200 м, выделять в пределах изучаемых территорий перспективные площади и зоны геофизических аномалий, первичные и вторичные ореолы рассеяния полезных компонентов, устанавливать морфологию рудных зон, уточнять структуру рудных полей и т. д.

В зарубежных странах при проведении геологопоисковых работ в пределах отдельных крупных регионов (площадью 10—40 тыс. км2) первостепенное значение придается геохимическому опробованию донных осадков гидрографической сети. Этот вид. работ, учитывая его небольшую стоимость и высокую результативность, производится вне зависимости от наличия благоприятных геологических показателей и особенно в тех случаях, когда геологическая информация о районе работ недостаточна или достоверность ее вызывает сомнение. Рекогносцировочная геохимическая съемка по донным осадкам проводится одновременно с аэрогеологическими и аэрогеофизическими исследованиями и сопровождается систематическими геологическими наблюдениями в пунктах опробования. При отсутствии геологических карт геохимическое опробование донных осадков выполняется на основе аэрофотоснимков.

Все открытия месторождений, имевшие место в рамках работ ООН в развивающихся странах, явились результатом систематического использования рекогносцировочных геохимических методов и рационального сочетания последних с методами геофизической разведки. При этом геохимическая съемка по донным осадкам в масштабе 1:100000—1:50000 служила основным методом выявления и оконтуривания перспективных районов. Более детальные поиски в пределах этих районов осуществляются путем комбинации наземных и глубинных геохимических методов.

В связи с решающим значением геохимических методов поисков для выявления и оконтуривания перспективных районов и участков большое внимание уделяется организации лабораторий и оснащению их современным аналитическим оборудованием. Все действующие лаборатории используют для производственной аналитической работы атомно-абсорбционные спектрофотометры последних марок. Ряд более крупных лабораторий оснащены также спектрометрами, которые используются главным образом для получения общей информации о химическом составе типичных проб региона.

В России и за рубежом ускоренно создается новая аппаратура для геофизических и геохимических поисков и разведки, разнообразная лабораторная техника и новые методы исследования минерального сырья, позволившие значительно повысить эффективность геологоразведочных работ.

Высокая геологическая эффективность связана с применением в полевых условиях экспрессных методов определения содержания полезных компонентов в отбираемых пробах и при опробовании пород в естественном залегании. Они позволяют правильно направлять и своевременно корректировать геологоразведочные работы, сокращать сроки их проведения. При проведении полевых работ на олово успешно применяется радиометрический прибор РПСЧ-01 («Гагара»), позволяющий надежно оценивать содержание металла в обследуемых образованиях.

Разработаны и внедрены принципиально новые процессы технологической оценки полезных ископаемых при разведке их месторождений. К ним относятся нейтронно-радиометрическая сепарация, пенная сепарация, магнитогидростатическая сепарация, методы обогащения бокситов, работы по теории флотации и др.

Созданы предпосылки для широкого внедрения новых методов получения и обработки геофизической информации, базирующихся на применении специализированных и универсальных цифровых вычислительных машин. Институтом ВНИИгеофизика совместно с французской фирмой «Серсель» создана первая в Европе цифровая сейсмическая станция, признанная на промышленной выставке в США лучшей в мире. Разработаны безопасные для ихтиофауны невзрывные источники возбуждения упругих волн, высокоточный стабильный гравиметр I класса ГОСТ, многоканальные автоматические каротажные станции и комплексные приборы, испытатели пластов на каротажном кабеле, макеты прострелочно-взрывной аппаратуры для работы в глубоких скважинах при высоких температурах и давлениях, а также многие другие новейшие приборы, позволяющие повысить эффективность и снизить стоимость геофизических работ.

В России интенсивно развиваются исследования по усовершенствованию методики разведки месторождений полезных ископаемых, направленные на определение оптимальных разведочных сеток на основе выявленных погрешностей анализа достоверности данных разведки, рационализации опробования и др. Достигнуты успехи в области синтеза минералов, а также применения математических методов в геологии. Введены в действие вычислительные центры первой очереди отраслевой автоматизированной системы управления. Совершенствуются методы оценки народнохозяйственной и внутриотраслевой эффективности геологоразведочных работ, действенной системы экономического стимулирования работников геологоразведочных работ, экономического обоснования стадийности этих работ и необходимой степени детальности разведки месторождений, рациональных и экономичных комплексов геолого-географических и геохимических работ.

Существенно изменилась техническая оснащенность геологоразведочной службы. Созданы новые высокопроизводительные технические средства для производства буровых и горных работ. Разработаны станки новых типов для колонкового бурения, в том числе в автоматизированном цикле, забойные машины для гидро- и пневмоударного бурения, различные конструкции алмазного породоразрушающего инструмента и твердосплавных коронок, предназначенные для работы в различных геологических условиях, долота для бескернового бурения, малогабаритный комплекс для проходки подземных горных выработок, самоходный агрегат и др.

Внедрение прогрессивных методов бурения (алмазного, твердосплавного, коронками малого диаметра, бескернового многозабойного, гидро- и пневмоударного, с продувкой воздуха, на повышенной частоте вращения), а также повышение уровня организации работ обусловили рост коммерческой скорости бурения, снижение трудоемкости работ и затрат времени на простои и ликвидацию аварий, сокращение количества буровых установок, увеличение коэффициента их использования и рост числа скважин на одну установку. Повышению эффективности буровых работ, несомненно, содействовали рост их энерговооруженности и увеличение количества буровых установок, работающих на электрическом и газотурбинном приводах.

Большая экономия времени и средств связана с широким внедрением многоствольного бурения, снижающем количество монтажно-демонтажных работ и перевозок. Особенно эффективным этот метод оказался при бурении на нефть и газ в условиях бездорожья Западной Сибири.

Важной задачей геологической службы остается разработка теоретических основ и практических методов прямого обнаружения месторождений полезных ископаемых, повышение научного обоснования при выделении локальных площадей под поиски месторождений в новых перспективных районах, а также дальнейшее развитие геофизических, геохимических и других принципиально новых методов поисков месторождений, максимальное увеличение глубинности геологических исследований с целью выявления месторождений глубокого залегания.

Этому должно способствовать широкое внедрение таких глубинных методов, как рудная сейсморазведка, высокоточная гравиметрия, квантовая и протонная магнитометрия, глубинная электроразведка, аэрогаммаспектрометрия в комплексе с геохимическими методами. Практиковавшиеся ранее поисковые методы уже не могут обеспечить необходимую эффективность поисковых работ ввиду быстрого исчерпания фонда легко открываемых месторождений, доступных для обнаружения этими методами.

Должны быть разработаны новые и усовершенствованы известные методы оценки месторождений важнейших полезных ископаемых; определены и научно обоснованы поисковые критерии для различных промышленных типов месторождений применительно к определенным нефтегазоносным, угленосным и рудным районам с целью установления наиболее рационального комплекса методов поисков и оценки месторождений минерального сырья, перевода поисковых критериев на язык современной математики, создания алгоритмов и программ для их машинноматематической обработки.

Дальнейшее развитие должна получить лабораторно-экспериментальная база геологической службы, укомплектование ее техническими средствами, приборами и аппаратурой, соответствующим мировым стандартам. Одновременно следует улучшить оснащение полевых геологических партий специализированными транспортными, буровыми и горнопроходческими средствами, походными спектральными лабораториями с автоматизированной обработкой данных и т. п.

Необходимо обратить особое внимание на совершенствование и широкое внедрение новейших методов изучения качества минерального сырья, в том числе на оптико- и рентгеноспектральные исследования, особенно в полевых условиях; разработку новых методов и технику каротажа вещественного (элементарного) состава вскрываемых бурением геологических образований на основе радиоактивационного, ядерно-резонансного и других методов исследований, содействующих развитию бескернового разведочного бурения; разработку методики изотопного анализа при поисках полезных ископаемых.

Следует форсировать совершенствование существующих методов, разработку и внедрение новых, а также технику бурения и проходки горных выработок. В первую очередь следует более широко использовать алмазное бурение, бурение разведочных скважин с продувкой сжатым воздухом и аэрированной жидкостью в безводных районах и зонах многолетней мерзлоты, разрабатывать и внедрять методы беструбного, направленного и многоствольного бурения, бурения малыми диаметрами; создавать высокопроизводительные технические средства для глубокого и сверхглубокого бурения (на 7—10 км и более); создавать и внедрять малогабаритные забойные двигатели (турбобуры, электробуры, гидро-пневмогенераторы, погружные вибраторы); автоматизировать буровые процессы; более широко использовать твердосплавное бурение коронками малого диаметра, заменять ручное бурение механическими легкими буровыми установками; обеспечивать горную технику высокопрочными и качественными бурильными и обсадными трубами; широко внедрять буровые со съемными керно-подъемниками; разрабатывать новые методы разрушения горных пород с применением ультразвука и электро-гидравлического эффекта; механизировать процессы горноразведочных и опробовательских работ; создавать и внедрять малогабаритное горнопроходческое оборудование; совершенствовать новые методы проходки канав и шурфов.

Партия и правительство бывш. Советского Союза придают большое значение ускорению научно-технического прогресса в производстве геологоразведочных работ. В решениях XXV съезда КПСС в качестве важнейших задач геологической службы предусматривается:

— расширить изучение земной коры и верхней мантии Земли в целях исследования процессов формирования и закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых;

— повысить техническую оснащенность геологоразведочных работ, создать и внедрить в производство новое высокопроизводительное оборудование, автоматизированные буровые установки, аппаратуру, приборы;

— расширить применение прогрессивных геофизических и геохимических методов, использование космических и аэровысотных средств для геологических исследований.