Глава 5. Геофизические и геохимические методы разведки золоторудных месторождений

Геофизические и геохимические методы применяются на всех стадиях геологоразведочных работ, а также при эксплуатации золоторудных месторождений. Широкое использование их направлено на повышение эффективности поисков и разведки путем более обоснованного и рационального размещения выработок и скважин.

Геофизические и геохимические аномалии, выявленные при картировании, поисках и разведке, обусловлены геологическими причинами, природа которых должна быть установлена при геологических исследованиях естественных и искусственных обнажений. Поэтому выяснение геологической природы указанных аномалий требует тесного сочетания геофизических и геохимических методов с геологическими.

Для более полного использования геофизических и геохимических данных предусматривается оперативное изучение геофизических и геохимических аномалий путем проходки горных выработок или бурения. Задержка проверки геофизических аномалий на длительный срок даже при детальных работах на рудных полях недопустима. Закрепление аномальных точек и аномальных осей на местности требует больших затрат, кроме того, найти их через два-три полевых сезона или даже два-три месяца часто практически невозможно по ряду причин: перепахивание участка, вырубка леса и т. д. Это нередко приводит к частичному или полному уничтожению пикетов. Нахождение аномальных точек по координатам требует очень хорошей топографической основы, что также связано с дополнительными затратами средств и труда. Все оперативно не проверенные аномалии обесцениваются, а средства, затраченные на геофизические геохимические работы, не используются эффективно. Если с проверкой аномалий запаздывают, то геофизики или геохимики не могут оперативно сопоставить полученные сведения с геологическими явлениями, их обусловившими.

Кроме того, золоторудные тела и вмещающие их геологические структуры часто обладают относительно небольшими размерами, но ввиду непостоянства физических свойств пород получается большое количество аномалий, выяснить природу которых достаточно сложно. Поэтому установление характера аномалий и связи их с теми или иными геологическими явлениями эффективно только при оперативной проверке и всесторонней интерпретации.

5.1. Геофизические методы

Конечная цель применения геофизических методов при разведке месторождений золота — повышение эффективности геологоразведочных ра­за счет получения информации о геологическом строении участков, не вскрытых скважинами и горными выработками, возможности интерполяции геологических данных по материалам геофизики, а также за счет сокращения объемов горных и буровых работ. Геофизические методы рекомендуется использовать при геологоразведочных работах на рудное золото в районах средней и плохой обнаженности, где требуются значительные объемы проходки поверхностных выработок и бурения картировочных скважин. Большое значение имеют геофизические методы при разведке глубоких горизонтов золоторудных месторождений.

Применение геофизических методов основано на различии физичес­ких свойств рудных тел и вмещающих пород. Если физические параметры (электросопротивление, поляризуемость, пьезомодуль и др.) рудного тела отличаются примерно на одну четверть от параметров вмещающих пород, то его целесообразно выявлять и прослеживать с помощью методов геофизики. Величина регистрируемой аномалии зависит от соотношения размеров рудного тела и глубины его залегания. При соотношении 1:3 получаются удовлетворительные результаты, однако при глубине, превышающей в десять раз размер тела, оно не может быть обнаружено

На каждой стадии геологоразведочного процесса задачи геофизических работ различны. Так, на стадии предварительной разведки деталь но изучается поверхность месторождения и составляются геологические карты масштаба 1:10000—1:2000 в целях выявления и прослеживания рудных тел, выходящих на поверхность, определения их морфологии и размеров, а также исследования околорудных изменений, оценки возможной глубины распространения оруденения и элементов структуры, с которыми оно сопряжено.

На стадии детальной разведки геофизические методы используются для решения основной задачи — разведки месторождения на глубину выявляются скрытые рудные тела, прослеживаются рудные тела по падению, увязываются геологические данные, с помощью которых обосновывается подсчет запасов, осуществляется помощь в объемном картировании. Задачи геофизических работ при разведке месторождений, находящихся в эксплуатации, в основном те же, что и на стадии детальной pазведки.

Комплекс методов и детальность геофизических работ зависят от геолого-геофизических характеристик месторождения, а также проектируемой детальности разведки. Целесообразно геофизические работы выполнять в предельно крупном по информативности масштабе, но с учетом технических возможностей, сроков и стоимости работ. Системы разведочных выработок зависят в основном от морфологии рудных тел (жилы, жильные зоны, штокверки, залежи и т. д.). Эффективность геофизических методов обусловлена главным образом не морфологией рудных тел, а различием в физических свойствах пород и руд — количеством электропроводящих сульфидов, магнитных минералов, пьезомодулем кварца. Наибольшее число геофизических методов разработано для золото рудных объектов, представленных сульфидными телами — колчеданными и полиметаллическими жилами и залежами. Для месторождений, сложенных существенно кварцевыми и малосульфидными жилами и жильными зонами, в благоприятных физико-геологических условиях можно использовать методы электро-, магниторазведки, радиометрии, пьезоэлектрического эффекта.

Ввиду многообразия типов золоторудных месторождений и геологических особенностей рудных полей требуется индивидуальный подход и определенный объем опытно-методических работ для подбора рационального комплекса геофизических методов в целях решения конкретных геологических задач.

В процессе предварительной, а нередко и детальной разведки, обычно уточняются границы рудного поля, прослеживаются по простиранию и падению элементы структуры, определяющие пространственное размещение, морфологию и условия залегания рудных тел, составляются или уточняются крупномасштабные геологические карты. Эти работы про водятся с помощью наземных геофизических методов, широко используемых на предыдущих стадиях разведки.

Рис. 60. Зависимость запасов золота от площади гидротермально из­мененных пород рудных полей, отличаю­щихся повышенной поляризуемостью. Точки 1, 2, 3 на графике соответствуют месторождениям

При детальном изучении поверх­ности и составлении геологических карт масштаба 1:10000—1:2000 с помощью геофизических методов проводятся: выявление и прослежи­вание тектонических нарушений, в первую очередь рудоконтролирующих, а также ограничивающих руд­ное поле и его отдельные участки; установление и прослеживание стра­тиграфических и магматических кон­тактов между отдельными комплек­сами пород; оконтуривание площа­дей распространения изверженных пород различного состава; выявление и прослеживание даек; прослежива­ние литологических горизонтов стра­тифицированных толщ; оконтурива­ние площадей контактово и гидротер­мально изменных пород.

Эти задачи в основном решаются методами магнито- и электроразведки и различными их модификациями. Электроразведка используется для выявления и прослеживания зон тектонических нарушений, геологических контактов и картирования геологических образований, имеющих различные электрические параметры. Особенно широкое развитие получил метод электропрофилирования на постоянном или низкочастотном переменном токе. Магниторазведка используется часто при геологическом картировании рудных полей, в пределах которых развиты изверженные породы.

При детальных геофизических исследованиях поверхности большое значение имеет обнаружение и оконтуривание площадей гидротермально измененных золотоносных пород, окружающих рудные тела. Для этой цели используются различные методы; зависят они от вещественного состава измененных пород. Наличие в породах сульфидной вкрапленности позволяет успешно применять методы естественного поля, вызванной поляризации и др. Преобладание в породах кварца, гидрослюд и других минералов, обладающих относительно низкими сопротивлениями, дает возможность вести работы с помощью различных модификаций метода электропрофилирования. Во многих случаях гидротермальные изменения род (окварцевание, березитизация, гидрослюдизация и аргиллизация) сопровождаются уменьшением их магнитной восприимчивости, поэтому оконтуривание гидротермальных ореолов такого состава может вестись методом высокоточной магнитометрии (пониженные поля). Когда околорудные изменения сопровождаются образованием магнитных минералов (пирротина и др.), зоны околорудных изменений могут выделяться по по­денным магнитным полям.

Зонам гидротермально измененных пород часто соответствуют аномалии вызванной поляризации. Площадь и интенсивность этих аномалий иногда может быть увязана с величиной прогнозных ресурсов Р₁ рудного поля (рис. 60).

Рис. 60. Зависимость запасов золота от площади гидротермально измененных пород рудных полей, отличающихся повышенной поляризуемостью. Точки 1, 2, 3 на графике соответствуют месторождениям.

Для выявления и прослеживания рудных тел, обладающих повышенной (например, при высоком содержании барита) или пониженной плотностью, в отдельных случаях может применяться гравиразведка. С её помощью могут быть выделены, например, рудоносные карсты, вызывающие появление отрицательных гравитационных аномалий (рис. 61).

Для выявления и прослеживания рудных тел, выходящих на поверхность, геофизические методы подбираются в зависимости от вещественного состава золотых руд — в основном от количества сульфидов. Различаются руды со значительным количеством сульфидов (более 10%) при котором рудные тела являются хорошими проводниками электрического тока, и руды, не содержащие сульфидов или содержащие их в незначительном количестве; последние часто обладают более высоким сопротивлением, чем вмещающие породы. Вместе с тем, в случае приуроченности и оруденения к тектоническим нарушениям рудные тела могут оказаться хорошо проводящими объектами из-за повышенной влажности пород и руд.

По физическим свойствам выделяются залежи, содержащие значительное количество высокомагнитных минералов (магнетита, пирротина), а также залежи, сложенные рудами с повышенной радиоактивностью

Для выделения и прослеживания золоторудных тел, содержании значительное количество сульфидов, существует большой набор методом электроразведки. На начальной стадии работ обычно используют метилы естественного поля, электропрофилирования, дипольного индуктивного профилирования и др. Электроаномалии разбраковывают с помощью пьезометода. При наличии вкрапленных сульфидных руд применяется метод вызванной поляризации.

В целях прослеживания уже вскрытых золоторудных залежей со значительным количеством сульфидов используется метод заряда. На рис.62 показан пример использования метода заряда на переменном токе с измерением магнитного поля на одном из месторождений, сложенном горизонтальными узкими лентообразными залежами. Месторождение раз­ведывалось линиями буровых скважин по густой сети. С помощью метода заряда, имея одну точку подсечения рудного поля скважиной или горной выработкой, была получена ось простирания рудного тела, положение которой заверялось бурением. В результате уменьшилось общее количество скважин и возросла эффективность разведки. При использовании метода заряда около 70% разведочных скважин оказывались рудными против 15% без данных геофизики. Аномальная ось, проверенная в одной — двух точках, уверенно определяла положение рудной залежи, позволило подсчитать запасы узкими блоками вдоль аномальной оси с коэффициентом рудоносности 0,9—1,0, в то время как без применения геофизики коэффициент рудоносности был 0,3.

Кварцево-золоторудные тела с малым количеством сульфидов значительно труднее выявлять и прослеживать геофизическими методами. С этой целью в основном используются методы электропрофилирования в сочетании с методом пьезоэлектрического эффекта в наземном варианте (рис. 63). Пьезометод позволяет выделять среди многочисленных электроаномалий аномалии, обусловленные кварцевыми жилами, обладающими повышенными значениями пьезомодуля. Глубинность пьезометода в наземном варианте 10-12 м. Для поисков и прослеживания золото-кварцевых руд в отдельных случаях можно применять сверхдлинноволновое радиопрофилирование (СДВ — радиокип).

1-контуры обработанных рудных тел; 2-то же, разведанных методом заряда; 3- точка заряда; 4- ось аномалии переменногомагнитного поля над сульфидной залежью; 5-7-разведочные скважины; 5- без руды; 6- с рудой; 7- с рудой, заданные по геофизическим данным; 8- доломиты и доломитизированне известняки; 9- сиениты и монцониты; 10- скарны; 11-геофизические профили.

Для выявления и прослеживания золоторудных залежей, содержащих высокомагнитные минералы, наиболее эффективна магниторазведки. Если в рудах присутствует значительное количество пирротина, то хорошую информацию дают также методы электоразведки, используемые при поисках сульфидных проводящих рудных тел.

При разведке коренных месторождений золота, в рудах которых отмечается повышенное содержание радиоактивных минералов, целесообразны радиометрические методы.

На некоторых месторождениях золота с целью выделения рудных тел целесообразно проведение рентгенорадиометрической съемки на элементы-спутники золота, например серебро и мышьяк. Такая съемка были поставлена на месторождении, представленном золото-вкарцевыми жилами в зонах дробления среди песчано-сланцевой толщи пермо-триаса (рис. 64). В центральной части месторождения рентгенорадиометрической съемкой по сети 100 х (5—2) м в закопушках глубиной 10—15 см с по мощью прибора БРА-6 были обнаружены вторичные ореолы серебра (0,003%) и мышьяка (0,5—0,8%), приуроченные к выходам рудных тел на поверхность. Ореолы охватывают площадь минерализованных зон дробления в целом, а не только собственно рудных тел. Часть рудных тел, не содержащих мышьяковой минерализации, рентгенорадиометрической съемкой не была обнаружена.

Использование рентгенорадиометрического метода для анализа порошковых проб (рис. 65) с помощью аппаратуры «Минерал-4» позволило однозначно фиксировать в расчистке золотосодержащие интервалы с высокими значениями параметра спектральных отношений.

Для постановки геофизических работ на стадиях разведки предварительно изучают геофизические материалы, полученные на предшест­вующих стадиях, а также физические свойства горных пород и руд из коллекций, ранее собранных в данном районе. Это позволяет использовать имеющуюся информацию при интерпретации геофизических аномалий.

В обобщенном виде основные условия применения наземных геофизических методов (в основном на стадии предварительной разведки) приведены в табл. 18.

Эффективность геофизических работ, кроме различия в физических свойствах пород и руд, зависит также от характера рельефа местности и степени залесенности. При резко расчлененном рельефе использование геофизических методов в наземном варианте в большинстве случаев затруднительно. Густо залесенная площадь требует значительной работы по подготовке геофизических профилей.

Рис. 65. Выделение золоторудных интервалов по расчистке на одном из месторождений Западного Узбекистана с помощью рентгенорадиометрического метода:

1 – кварц-слюдистые сланцы; 2 – кварц-карбонатные породы; 3 – участки метасоматического окварцевания; 4 – пиритизация; 5 – границы расчисток; 6 – сечения опробования; 7 – 8 – графики; 7 – содержаний золота; 8 – параметров спектральных отношений.

Геофизические профили располагают соответственно через 100, 50 и 20 м при масштабе съемки

1:10 000, 1 : 5 000 и 1 : 2 000. Детальность геофизических наблюдений по профилям зависит не только от масштаба работ, но и от характера метода. Однако, как правило, при более детальном масштабе точки наблюдений на профилях располагаются через 5—10м, а в отдельных случаях даже через 2—3 м.

На стадии детальной разведки для детализации аномалий сеть сгущается, а длина профилей может быть уменьшена. В связи с большой стоимостью горно-разведочных работ по сравнению с геофизическими, Целесообразно геофизические наблюдения выполнять в предельно крупном по информативности масштабе. Укрупнение масштаба следует прекращать, когда дальнейшее сгущение сети не дает дополнительной полезной информации.

Направление геофизических профилей выбирается, как правило, вкрест вероятного простирания рудных тел с учетом простирания геологических структур. В связи с тем, что на рудных полях обычно развиты рудовмещающие структуры разных направлений, во многих случаях следует проводить определенный объем геофизических наблюдений по профилям, задаваемым вкрест направления основных геофизических профилей.

В процессе геофизических работ необходимо одновременно осуществлять и топографические работы для разбивки и привязки геофизической сети. Последняя обычно используется также для геохимической съемки, геологических наблюдений, привязки поверхностных горных выработок и скважин.

Шахтные и скважинные геофизические методы используются в основном на стадии детальной разведки. Каротаж обязательно применяется на всех стадиях работ. Различные виды каротажа (сопротивлений, гамма-каротаж и др.) способствуют уточнению границ и обнаружению пропущенных рудных интервалов при бескерновом бурении или низком выходе керна. Метод радиопросвечивания, индуктивные и другие скважинные методы позволяют обнаружить рудные тела в межскважинном пространстве (41).

Шахтные варианты методов пьезоэлектрического эффекта и радиопросвечивания способствует выявлению скрытых рудных тел в пространстве между горными выработками.

Радиоволновые измерения наиболее эффективны при разведке рудных тел существенного сульфидного состава. Область «радиотени» (область распространения сульфидных рудных тел, являющихся экранами для радиоволн) соответствует сульфидным рудным телам (ис.66, А). При разведке кварцевых жил методом радиопросвечивания в отдельных случаях можно решать задачи по увязке жильных подсечений в скважинах подземного бурения, определению жильных подсечений в скважинах подземного бурения, определению простирания кварцевых жил в межвыработочном (см. рис. 66.Б) или межскважинном пространстве, а также поисков утерянных фрагментов жил.

Пьезометод – единственный прямой геофизический метод, позволяющий установить наличие кварца в рудных телах. В горных выработках обычная дальность обнаружения кварцевых жил и окварцованных зон 70-80м. Имеются примеры обнаружения кварцевых жил на расстоянии 180м при зарядах повышенной мощности (до 8кг взрывчатых веществ). На таких метсорождениях подземные выработки проходятся с учетом данных пьезомеода (рис.67), заверенных данными бурения горизонтальных подземных скважин.

Ядерно-физические методы позволяют проводить экспресс анализ некоторых элементов-спутников золота (например, меди, серебра) непосредственно в стенках скважин и горных выработках, что косвенно позволяет определить ценность руд.

При благоприятных условиях применение скважинных и шахтных геофизических методов может способствовать значительному сокращению объема буровых и горных работ и повышению достоверности интерполяции геологичсеких данных, обосновывающих подсчет запасов на участках, не вскрытых разведочными выработками. При постановке скаженных и шахтных геофизических исследований выбор того или иного метода зависит также, как и при наземных работах, от вещественного состава руд и конктретной геологической обстановки. Условия применения скаженных и шахтных геофизических методов (в основном на стадии детальной разведки) в обобщенном виде приведены в табл.19.

Таблица 18

Комплекс наземных геофизических методов, применяемых при разведке золоторудных месторождений различных типов

	Существенно кварцевый и малосульфидный тип оруденения			Сульфидный тип оруденения (сульфидов более 10 %)
Решаемые задачи	Жилы, жиль­ные зоны	Штокверки	Залежи труб­чатой и непра­вильной формы	Жилы, залежи (лннзовидные, пластообразные и др.	Минерализо­ванные зоны	Штокверки	Залежи труб­чатой и не­правильной формы
Уточнение границ рудного поля, прослеживание структурных элементов, картирование в масштабах 1 : 10000—1 : 2000 интрузивных, эффузивных, осадочных пород, даек и т. п.	+ 1а; 16; 1е; 2; 6	1а; 2; 6	1а	+ 1а; 16; 1г; 1д; 1е; +2; 6	+ 16; +1в; +2; 6	1а; 16;	1а
Оконтуривание измененных околорудных пород	1а; 1в; 1е; 2	1а; 2	—	+ 1в; 2	—	—
Прослеживание вскрытых рудных тел, поиски рудных тел	+ 1а; 16; 1в; +2; +3; 4	1а -	—	1д; 1е; 4	+ 1д; 4	—	4
Выявление рудных интервалов по элементам-спутникам	—	—	—	+5	+5	—
Оценка возможной глубины распространения оруденения	6.	—	—	+6	6; 7	—	6

Примечания. 1—электроразведка методами: 1а — электропрофилирования (в том числе срединного градиента, СДВР и дипольного), 16 — естественного поля, 1в — вызванной поляризации (при наличии вкрапленных сульфидов), 1г — переходных процессов или многочастотных измерений, в том числе незаземленной петли и двупетлевой (преимущественно для золотоколчеданных руд с хорошей электропроводностью), 1д — заряда, 1е — дипольного индуктивного профилирования; 2 — магниторазведка высокоточная (в случае повышенного содержания магнитных минералов — магнетита, пирротина и др.); 3 — пьезоэлектрический метод (при повышенной пьезоактивности кварца рудных жил); 4 — радиометрия; 5 — рентгенорадиометрия; 6 — гравиразведка высокоточная (для прослеживания структурных элементов, оценки глубины распространения сплошных золотосодержащих поли­металлических и колчеданных руд, а также рудоносных карстов); 7 — сейсморазведка детальная MOB или КМПВ (при изучении структур, связанных с оруденением) Полужирным шрифтом набраны наиболее перспективные методики: знак «+» — соответствует перспективной методике.

В процессе эксплуатации возникает необходимость проведения разведочных работ на глубоких горизонтах для обеспечения сырьем действующих крупных горно-обогатительных предприятий.

Таблица 19

Комплекс шахтных и скважинных геофизических методов, применяемых при разведке месторождении

Решаемые задачи	Геофизические методы и и дальность их действия, м	Осложнения и помехи
Существенно кварцевый и малосульфидный тип оруденения
Поиски и прослеживание рудных тел между скважинами и горными выработками, оценка размеров и пространственного положения рудных тел	Пьезоэлектрический; 50—80 л	Низкая пьезоактивность рудных жил, наличие не­промышленных жил и окварцованных пород
Выделение кварцевых жил и окварцованных зон в разрезе скважин, корреляция рудных тел между скважинами	Каротаж сопротивлений, гамма-каротаж
Корреляция рудных тел между горными выработками и скважинами	Радиопросвечивание — радиоволновый метод ВЭМК; до 150 м метод электрической корреляции на постоян­ном токе; до 800 м	Наличие пластов высокоомных пород менее определенная форма аномалий по сравнению с ВЭМК
Сульфидный тип оруденения (сульфидов более 10%)
Прослеживание рудных тел между скважинами и горными выработками, оценка размеров и пространственного положения рудных тел, выделение области уменьшенной мощности рудных тел.	Радиопросвечивание; 100—400 л	Малые размеры промыш­ленных участков
Выделение рудных зон низкого противления в разрезе скважин, корреляция рудных тел между горными выработками и скважинами.	Каротаж сопротивлений, токовый каротаж	Зоны дробления, графитизации, пиритизации
Корреляция рудных тел между горными выработками и скважинами Прослеживание рудных тел на поверхности.	Метод электрической корреляции; до 800 м Метод заряда на пос­тоянном и переменном токе; 200—600 м	То же Зоны дробления, графитизации, пиритизации; малые размеры рудных тел
Выделение рудных участков в скважинах и горных выработках, определение общего объема оруденения	Метод естественного электрического поля; 150—200 м	Графитизация, углефикация и сильная пири­тизация вмещающих пород
Выделение интервалов вкрапленных руд	Метод вызванной поля ризации; 50—100 м	То же
Оценка размеров сульфидных рудных тел, встреченных скважиной; поиски рудных тел в окрестностях скважин	Многочастотный индуктивный метод	Повышение сопротивления руд-

Для подтверждения оценки прогнозных ресурсов Р₁ и выявления запасов промышленных категорий требуется не только бурение глубоких скважин, но и проходка шахт глубиной примерно до 800 м. Для обосно­вания затрат на них необходима объективная информация о геоло­гическом строении глубоких горизонтов, получить которую можно не только на основании экстраполяции геологических данных с поверхности, но и главным образом по материалам геофизики, а также путем изу­чения первичных ореолов золота и сопутствующих компонентов.

С помощью методов геофизики можно дополнительно узнать ряд сведений: глубину продолжения крупных тектонических нарушений — рудовмещающих, рудоконтролирующих, рудоограничивающих; наличие ярусности в строении рудного поля и вертикальном диапазоне отдель­ных ярусов; характер контактов, форму и глубину залегания интрузивных тел или покровов вулканитов; блоковое строение рудного поля и, в част­ности, его фундамента при наличии ярусного строения; возможное пове­дение промышленного оруденения на глубину.

Эти данные могут быть получены в результате совокупного анализа геофизических материалов, полученных в процессе воздушных геофизи­ческих съемок, наземных геофизических работ и скважинных или шахтных геофизических методов (последние являются основными). Для решения вопросов глубинного строения может потребоваться проведение дополни­тельного объема геофизических работ. Как правило, они требуют значи­тельных затрат и поэтому постановка их должна быть геологически обоснована.

При глубинных исследованиях целесообразно использование методов грави- и сейсморазведки, позволяющих получить более ценную и полную информацию о глубинном геологическом строении. Кроме того, в от­дельных случаях можно применять магнито- и электроразведку (частот­ное электрозондирование).