Оценочные геофизические методы и их роль при поисково-разведочных работах в Приморье Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Б.Л. Столов

ОЦЕНОЧНЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ИХ РОЛЬ ПРИ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТАХ В ПРИМОРЬЕ

Широкое внедрение в практику геолого-разведочных работ (ГРР) геофизических работ обуславливается рядом достоинств, из которых главными являются дистанционное изучение геологических объектов, не выходящих на поверхность, объемность извлеченной информации и возможность получения количественных параметров исследуемых объектов, относительно низкая стоимость исследований и их высокая производительность.

Вместе с тем для любого геофизического метода характерна неоднозначность получаемых результатов. Особенно это касается оценки перспектив выявленных аномальных зон на рудные полезные ископаемые. Обычно для решения этой задачи используются геохимические методы. Однако они полностью не решают эту проблему, особенно для скрытых аномальных объектов.

В последние десятилетия XX века отечественными учеными-геофизиками были разработаны геофизические методы, позволяющие дать предварительную оценку перспективности геофизических аномалий, расшифровать их геологическую природу. Нами эти методы названы оценочными (иногда их называют разбраковочными) [6].

К оценочным геофизическим методам относятся: метод ранней стадии вызванной поляризации (РС ВП), методы частичного извлечения металлов (ЧИМ) и диффузионного извлечения металлов (МДИ), контактный способ поляризационных кривых (КСГПС). Названные методы применялись при изучении рудных районов Приморья. Рассмотрим особенности и эффективность их применения на рудоносных объектах Приморья.

Метод РС ВП, который также называют БВП (быстрые переходные процессы вызванной поляризации), разработан в ЗабНИИ под руководством А,П. Карасева, подробно сущность метода изложена в литературе [2].

Метод основан на изучении процесса нарастания ВП на ранних временах (0,1-20 мс) после момента коммутации тока. Обычно применяются однополярные импульсы длительностью 25 мс. Измерения ВП проводятся в режиме пропускания тока.

В результате измерений рассчитываются три параметра: рк - кажущееся удельное сопротивление (Ом м), % — кажущаяся поляризуемость (%) и - приведенная скорость нарастания потенциала ВП (мс4) [4,5]:

где числа в скобках - моменты времени в мс. Цпр, ивп ~ разности потенциалов пропускания и вызванной поляризации соответственно; I - сила тока в импульсе; К - коэффициент установки. Графику 8К на участке, где отсутствует кажущаяся поляризуемость, присваивается значение 10.

В настоящее время метод РС ВП (БВП) является одной из современных модификаций метода ВП, отличающейся короткоимпульсным режимом возбуждения поля ВП и измерением его быстрой части.

Особенностью метода РС ВП является измерение в момент пропускания тока. Поле ВП, измеряемое во время пропускания нестабилизированного тока, существенно отличается от поля, измеряемого в методе ВП после выключения тока, отсутствием составляющей, обусловленной

МЕТОД РАННЕЙ СТАДИИ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (РС ВП)

К ■ Дипр(25) Рк =-------:-----

(1)

_ АЦ вп (ОД) к“'диПР(25)’ диВ1{(од)-дивп(од)

(2)

(3)

и

поляризацией вмещающей среды, в которой заземлена питающая линия [2]. Вследствие этого потенциал аномального поля ВП и соответственно величина кажущейся поляризуемости не содержат составляющей, вызванной вмещающей средой, наблюдаемые аномалии имеют локальный характер. *: ■ -Ч : V' ~

Лабораторными и полевыми исследованиями в различных регионах страны установлено, что природные электронные проводники делятся на три основные группы, различающиеся между собой по электрохимической активности и временным характеристикам РС ВП [2,4,5].

В Приморье, например, установлены следующие закономерности [4]: полисульфидная минерализация из рудных полей месторождений характеризуется значениями Бк, равными 2-4 мс'1, относительно повышенными значениями рк - до первых тысяч Ом м; над зонами с существенно пиритовой минерализацией отмечается $к со значениями более 4 мс'1 (до 8 мс'1), рк в целом ниже или соизмеримо с продуктивной минерализацией. Для углисто-графитизированных пород характерны низкие значения 8К (меньше 2 мс'1) и пониженные значения рк (сотни-десятки Ом-м). Над всеми видами минерализации отмечаются аномальные значения поляризуемости различной интенсивности.

Эти особенности метода позволяют использовать его для разбраковки (разделения) геофизических аномалий, связанных с пиритизированными и графитизированными породами и с продуктивной минерализацией, выделять среди этих пород продуктивные зоны (сульфидные руды полиметаллического, медного, оловянного, золото-сульфидного и другого состава).

В Приморье в течение многих лет в тесном сотрудничестве с ЗабНИИ под методическим руководством и при участии А.П. Карасева и П.Н. Мальцева проводились опытно-методические и опытно-производственные исследования, в процессе которых отрабатывалась методика и выяснялись возможности метода для оценки перспективности аномалий. Работы проведены на олово-полиметаллических объектах в Кавалеровском, Фурмановском, Дальнегорском рудных районах, Малиновской рудоносной структуре.

При проведении исследования в основном применялись установки с выносом приемной линии ЛШ за пределы питающей АВ: А150В12,5М12,5Тч1, А125В12,5М12,5>}. Над известными рудными зонами были зафиксированы аномалии РС ВП с признаками продуктивной минерализации. Были выделены зоны с продуктивной минерализацией на флангах известных месторождений. Большое значение имеет выделение по данным РС ВП областей графитизированных пород и соответственно исключение их из объектов дальнейшего изучения.

На рис. 1 приведены результаты геофизических методов, включающих также исследования РС ВП на перспективном на олово-полиметаллическое оруденение участке Мартовском в пределах Малиновской рудоносной структуры. Результаты показывают, что аномальная зона ВП (по данным ВЭЗ ВП) в разных частях профиля имеет различную геологическую природу: в западной части, где $к превышает 4-5 мс'1, распространена преимущественно пиритовая минерализация, на большей части профиля преобладает продуктивная вкрапленная и прожил ково-вкрапленная минерализация (8К = 2-4 мс'1, Г|к = 4-8%, рк = 600-1500 Омм), в восточной части фиксируются преимущественно графитизированные породы, характеризующиеся 5к менее 2 мс1 и пониженными рк от 300 до 500 Ом м. Таким образом, включение в комплекс метода РС ВП позволило локализовать на исследуемом участке перспективную область, где в дальнейшем необходимо провести проверочные горнобуровые работы.

Результаты метода РС ВП на различных олово-пол иметаллических объектах Приморья показывают эффективность применения метода как оценочного для характеристики перспективности комплексных геофизических аномалий. Метод должен включаться в комплекс геофизических исследований при поисках рудных месторождений. ,

МЕТОД ЧАСТИЧНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (ЧИМ) ,,у,„,

Метод основан на обнаруженном в 60-70-е годы советскими учеными [1,3] явлении дальней миграции форм нахождения химических элементов от глубинных объектов, приводящем к образованию эпигенетических ореолов нового типа, удаленных от источников на большие расстояния. При этом создается возможность под действием электрического тока аккумулировать катионы металлов на поверхности и определять их состав и концентрацию [3]. Пространственно

ореолы ионов располагаются в пределах проекции выхода рудных тел на дневную поверхность, а их фиксация может

Вертикальный разрез рк, Ом-м

О ; 250

500

750 Н 1000 4 1250 -1 1500 4 1750 -I 2000 I

АВ Гм) 2

О ] 250 |

500 1 750 1 1000 1250 -[

1 500 ■] 1750 -I 2000 4

АВ

2

ЭДМС 1) ЛТ, нТл

10ч 500- 1 /

8- 400 I /

6- 300- Я!

4- 200- А .

2- 100- 1 \ .. Т /

—- 0 -^у...

-100- Г’ д

-200- \ / 1

-300 \м

-400" \\1

О О

Вертикальный разрез Г^, %

Графики рк, Г| к, 5к: АТ

Я

д\ <. г /\ЛА ^

' ! \/ 1 •

рк, Омм

Ч|

5000-

4000

3000-

2000

Д 1500 1000 800 600 500 400 300 200 150

Пк. %

20-16-12 8 4

////

10

на

Геолого-геофизический разрез

13

14

Н, м

Рис. 1. Результаты геофизических работ по профилю 17, Участок Мартовский, Малиновская

рудоносная структура [4]: породы песчано-сланцевой толщи: 1 - окварцованные, 2 - ороговикованные, окварцованные, 3 -интенсивно ороговикованные, 4 - метаморфизованные с углисто-графитистым материалом, 5 -метасоматически измененные, 6 - области вкрапленной сульфидной минерализации (г}к = 8-12%) по данным ВЭЗ ВП; 7 - продуктивная сульфидная минерализация, 8 - преимущественно пиритовая минерализация; 9 — разрывные нарушения: а — установленные, б — предполагаемые; 10 -геоэлектрические границы и значения удельного сопротивления в Омм; 11 - границы

поляризующихся сред и значения поляризуемости в %; 12 - точки ВЭЗ ВП; 13 - графики параметров

РС ВП: 5к - приведенной скорости спада (а), цк - кажущейся поляризуемости (б), рк - кажущегося сопротивления (в); 14 - графики ДТ. ,; ^

С & '*

дать информацию как о положении аномального объекта, так и о его химическом составе. Доя этого на поверхности на исследуемом профиле раскладывается электроразведочная коса с расстоянием между элементоприемниками 20-25 м. Элементоприемник представляет собой пластмассовый стаканчик с пористым дном, заполненный электролитом, в качестве которого выбирается обычно азотная, иногда на оловоперспективных объектах - соляная кислота. В электролит погружается титановый стержень, к которому подводится отрицательный полюс тока, т.е. каждый элементоприемник является катодом; в качестве анода используются железные штыри, отнесенные от исследуемого профиля на 200-300 м. В Приморье для работы методом ЧИМ использовались разработанные в Приморской геофизической экспедиции генераторные установки и станция ЧИМ-10. Величина общего тока 1,5-2,5 А. Опытным путем выбирается время извлечения катионов из пространства под косой и скапливание их в элементоприемниках. В Приморье время извлечения составляет 12-40 часов. По окончании процесса извлечения электролит сливается в пробирки и доставляется в лабораторию, где содержания основных химических элементов (свинца, цинка, олова, меди, железа) в мкг/мл определяются по спектральному анализу твердого остатка пробы по специальной методике. Возможно также определение содержаний с помощью специального прибора

- полярографа.

Метод ЧИМ под методическим руководством и при участии специалистов НПО «Рудгеофизика» проводился в Приморье на различных рудных объектах Приморья в Кавалеровском, Дальнегорском, Фурмановском, Вознесенском рудных районах. Исследования осуществлялись как над известными рудными объектами, так и в районе комплексных аномальных зон.

В Кавалеровском рудном районе над выявленной по геофизическим данным штокверковой оловорудной зоной, расположенной на глубине 400-500 м, установлена четкая аномалия содержаний олова (8 мкг на фоне 0,5-1 мкг), с некоторым смещением от эпицентра зоны наблюдается аномалия свинца (170 мкг на фоне 20-30 мкг).

В Дальнегорском рудном районе над месторождением Кирилловским зафиксированы аномальные содержания свинца, цинка, меди. Аналогичные аномальные значения, но с меньшей интенсивностью, отмечаются над скрытой прожилковой сульфидной зоной, залегающей на глубине 100 м, установленной по электроразведочным данным.

Интересные результаты получены на месторождении Первомайском в Вознесенском рудной районе (рис. 2) [6]. В карбонатной толще под наносами выходит зона Голубая, представляющая собой оловорудный штокверк. На профиле, проходящем через рудную зону, отмечаются две контрастные аномалии содержания олова, одна из которых фиксирует зону Голубую. Здесь же отмечается локальная аномалия содержаний свинца. В районе пикетов 24, 25 выявлена другая, не менее контрастная, чем над известным оловорудным штокверком, аномалия содержаний олова, которую по аналогии можно отождествлять с пока неизвестным рудным телом. Возможно, что в его составе меньше полиметаллов, чем в зоне Голубой. Поэтому содержание свинца здесь незначительно превышает фоновые значения.

Таким образом, метод ЧИМ обладает значительными поисковыми возможностями. Вместе с тем, в его осуществлении и истолковании результатов есть ряд нерешенных проблем. На данном этапе неопределенным остается вопрос о переходе формы и амплитуды аномалии к форме, глубине залегания и, главное, содержанию фиксируемого элемента в объекте, Если первые параметры определяются другими методами (например, ВП, МПП), то последний, очень важный для оценки перспективности аномального объекта, остается неизвестным. Осложняющим фактором при проведении метода является также существенное влияние метеорологических и геоморфологических условий, неидентичность которых влияет на воспроизводимость результатов метода. В то же время проведенные контрольные наблюдения на различных объектах Приморья свидетельствуют о хорошей качественной сходимости графиков рядовых и контрольных наблюдений.

жь

Рис. 2. Пример применения метода ЧИМ. Вознесенский рудный район [6].

Оловорудный штокверк: I — установленный, 2 - предполагаемый, 3 — известняки, 4 - алевролиты и глинистые сланцы, 5 - графики содержания олова и свинца.

МЕТОД ДИФФУЗИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ (МДИ)

Метод основан на электрохимическом извлечении электроподвижных форм нахождения элементов (ф.н.э.) в земле под действием природных диффузионно-адсорбционных потенциалов [I]. В отличие от метода ЧИМ для его осуществления не требуется генераторная установка, что облегчает и удешевляет его проведение. Аналогично методу ЧИМ по отдельным профилям размещаются злементоприемники, в которых под действием электрохимических потенциалов происходит накопление способных к перемещению компонентов. По массе извлеченных компонентов судят о составе среды. МДИ создан также в НПО «Рудгеофизика» коллективом исследователей (С.Г. Алексеев, И.С. Гольдберг, А.С. Духанин).

В Приморье проведены опытные работы на трех участках в Кавалеровском рудном районе (ВТ. Домбровский, 1989 г.). В качестве элементоприемника использовалась целлюлозная оболочка ТУ6-06-И-39-78. Исследования проведены с соляной и азотной кислотой. Злементоприемники устанавливались в гумусовый слой на глубину 15-20 см. время извлечения (экспозиция) - 20 ч. Анализ проб МДИ проводился по специальной методике, аналогичной анализу проб метода ЧИМ, и с помощью полярографа, которым определялись содержания 8п, РЬ, Си. Олово определялось в солянокислой среде, медь и цинк - в азотнокислой.

На месторождении Искра, выявленном по аэрогеофизическим данным, исследования проведены по трем профилям, проходящим над известными рудными зонами и предполагаемыми под покровом вулканогенных пород. По результатам работ установлено, что известные оловорудные зоны не отличаются повышением содержания олова в пробах МДИ, но фиксируются аномальными концентрациями свинца и цинка, сопровождающими оловянное оруденение. Это объясняется, по-видимому, меньшей подвижностью ионов олова по отношению к ионам свинца и цинка. Олово находится в более закрепленной окисной форме (касситерит), а свинец и цинк -- в сульфидной (галенит, сфалерит). Возможно также необходимость изменения концентрации кислоты, увеличения экспозиции. Содержания других анализировавшихся элементов в пробах незначительные.

На участке Лужкинском, расположенном в верховьях левого притока р. Павловка в пределах Лужкинской вулкано-тектонической впадины, над приподнятым по данным ВЭЗ ВП блоком осадочного фундамента как в соляной, так и в азотной кислотах отмечаются достаточно контрастные аномалии свинца и цинка. Выявленные аномалии в плане совпадают с зоной сульфидной минерализации, предполагаемой по данным ВЭЗ ВП под покровом вулканитов. Значения аномальных содержаний металлов, аналогичные содержаниям МДИ на месторождении Искра, позволяют надеяться на выявление здесь скрытого олово-полиметаллического оруденения в осадочных породах.

На участке Пешеходном, предполагавшимся перспективным на вольфрам, аномальных содержаний МДИ не получено, что может служить дополнительным основанием для отбраковки площади участка.

Результаты контрольных наблюдений, проведенных через 2 суток после рядовых (участки Искра и Пешеходный) и 6 месяцев (участок Лужкинский), свидетельствуют о достаточно надежной воспроизводимости большинства аномалий в методе МДИ.

КОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ КРИВЫХ (КСГГК) " ‘ ^

Метод создан в НПО «Рудгеофизика» под руководством Ю.С. Рысса. В литературе [3] подробно даны его характеристики. Кратко сущность метода заключается в следующем. Через скважины или горные выработки в какой-либо точке оруденения подключают один полюс от внешнего источника, второй полюс - к вспомогательному токовому' электроду, расположенному во вмещающей среде. Изменением силы пропускаемого тока осуществляется последовательное возбуждение одной электрохимической реакции за другой на разных минералах. Электрохимические процессы записываются в форме поляризационных кривых путем одновременной регистрации протекающего тока и разности потенциалов на границе рудного объекта с вмещающей средой. Разность потенциалов измеряется с помощью измерительных

электродов, один из которых установлен в оруденении, а второй - во вмещающей среде в произвольном месте. По снятым поляризационным кривым (зависимость силы тока от разности потенциала) по перегибам на кривой определяют потенциалы и предельную силу тока электрохимических реакций для различных рудных минералов, слагающих рудное тело. По потенциалам реакций, сравниваемым с известными эталонными значениями для разных минералов, устанавливают минеральный состав обследуемого объекта. По предельной силе тока можно судить

о количествах минералов и масштабах рудной залежи.

В зависимости от геометрических условий возбуждения и регистрации реакций выделяют основной, увязочный, поисковый и поисково-увязочный варианты КС ПК. Наиболее часто применяются основной и увязочный варианты. В первом случае возбуждение реакций и их регистрация проводятся в совмещенной точке контакта с оруденением токовой и измерительной линий. Во втором случае съемка поляризационных кривых возможна при разобщенных токовом и измерительном контактах внутри предполагаемого тела. При таком варианте измерений их результаты будут зависеть от принадлежности контактов к одному рудному телу или к разным. Если обе точки принадлежат одному рудному телу, то снимаемая поляризационная кривая идентична кривой с совмещенными контактами в основном варианте. Если токовый и измерительный контакты относятся к разным телам, то наблюденная поляризационная кривая будет резко отличаться от кривой в основном варианте КСПК.

В Приморье методом КСПК с 1975 г. исследовано 150 рудных пересечений на оловополиметаллических и вольфрамовых месторождениях и рудопроявлениях [7]. Метод применялся в основном и увязочном вариантах с использованием станции КСПК-1. Изучались объекты с различным типом руд и перед методом ставились различные геологические задачи. Гак, на Встречном олово-полиметаллическом месторождении, расположенном в Верхнее-Уссурском рудном районе, проведена оценка масштабов оруденения, уточнен контур и увязаны отдельные | рудные подсечения.

На вольфрамовом месторождении Восток-2, представленном мощными скарново-грейзено- | сульфидными телами, уточнены масштабы оруденения и перспективы северо-восточной залежи на глубину. Проведена увязка рудных подсечений по скважинам.

На флангах Николаевского полиметаллического месторождения подтверждены перспективы отбракованной бурением глубинной геофизической аномалии, определено наличие промышленных содержаний свинца и цинка в рудной залежи и их значительные прогнозные ресурсы [7].

Таким образом, рассмотренные выше оценочные геофизические методы несомненно способствовали повышению эффективности комплекса геофизических исследований в Приморье. Очевидна необходимость их дальнейшего развития, совершенствования методики проведения и истолкования результатов. &

Важное значение имеет расширение области применения оценочных методов. Так, методы РС ВП и ЧИМ должны быть опробованы и внедрены на золоторудных и золото-серебряных объектах, участках с вольфрамовой минерализацией. Целесообразно опробовать и внедрить в комплекс геофизических исследований скважин (ГИС) измерения РС ВП и ЧИМ. Необходимо провести исследования по увеличению глубинности метода РС ВП за счет опробования ортогональных установок.

Для повышения эффективности поисковых работ в рудных районах края целесообразно внедрение и освоение бесконтактного способа поляризационных кривых (БСПК), успешно опробованного в других районах страны.

Применение оценочных геофизических методов дает возможность вещественно разбраковывать аномалии, т.е. уменьшать объем дорогостоящего проверочного бурения, решать как поисковые, так и разведочные задачи.

Дальнейшее развитие оценочных геофизических методов возможно при возобновлении планомерного комплексного изучения земных недр Приморья, расширении геофизических исследований, оснащении работ современной геофизической аппаратурой.

.. \ ; • ■; ;

'РМОТ (• Дс -"ц'ЛМч

ЖЧ'ЙСУ а ;? --о

ЛИТЕРАТУРА

1. Гольдберг И.С. Дальняя миграция элементов и основанные на ней методы поисков глубокозалегающих месторождений // Опыт использования геоэлектрохимических методов при поисках и разведке рудных месторождений. Школа передового опыта. Тезисы докладов и сообщений, п. Шушенское, 1987.

2. Карасев А.П., Птицын А.Б., Юдицких Е.Ю. Быстрые переходные процессы вызванной

поляризации. Новосибирск: Наука. 2005. . ■> ; .г;

3. Рысс Ю.С. Геоэлектрохимические методы разведки (Введение в электрохимию). Л.: Недра, 1983.

4. Столов Б.Л. Теоретические и методические основы комплексирования геофизических методов. Учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2006.

5. Столов Б.Л., Батыршина Э.С. Эффективность метода ранней стадии ВП при поисках олово-полиметаллического оруденения в Приморье /7 Геофизика, № 6, 2007.

6. Столов Б.Л., Шкабарня Н.Г. Изучение рудоносных структур Приморья методами электроразведки. Учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1995.

7. Шуровский А.Д. Опыт применения электро-геохимических методов в Приморье // Опыт использования геоэлектрохимических методов при поисках и разведке рудных месторождений. Школа передового опыта. Тезисы докладов и сообщений, п. Шушенское, 1987.

i : М.А.Зверева, И.А.Богданова

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЛИОРИРУЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

ПРИМОРСКОГО КРАЯ

Наличие земель сельскохозяйственного назначения играет большую роль в обеспечении продовольственной безопасности страны. Дтя поддержания плодородия данных земель, предотвращения развития и снижения эрозионных процессов необходимо проведение комплекса организационно-хозяйственных, агротехнических и агромелиоративных мероприятий. Все это требует значительных материальных вложений. .г ^

Приморский край расположен в своеобразных, резко отличающихся от европейской и сибирской частей России, природно-климатических условиях. Поэтому освоение территории края сопровождалось проведением комплекса осушительно-оросительных мероприятий, необходимость в которых обусловлена контрастностью климата летнего сезона: в первой половине лета умеренно засушливая и прохладная погода, во второй - изобилие осадков [4].

На территории Приморского края в долинах рек Уссури, Партизанская, Раздольная, бассейне озера Ханка расположено 110 оросительных систем, из них 14 рисовых оросительных систем (РОС) и 46 двойного регулирования (ДОС); 290 осушительных систем, из них 287 — осушительных (ООС) и 3

- осушительно-увлажнительных (ОР ОС). Семьдесят процентов мелиорируемой площади занимают рисовые оросительные системы (рис. 1).

В РОС

■ ДОС

□ ООС

□ ОРОС

Рис. 1. Распределение земельных участков, занятых мелиоративными системами

на территории Приморского края

10%