CC BY
14
УДК 553 444 553 2 067
H.H. Шатагин, Шариф Джафар, В.М. Чекалин
ВАРИОГРАФИЯ РУД РУБЦОВСКОГО КОЛЧЕДАННО-ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ (АЛТАЙСКИЙ КРАЙ)
Построение вариограмм содержаний металлов, их структурный анализ позволили установить, что рудное тело имеет неоднородное строение как в вертикальном разрезе, так и по простиранию При подсчете запасов рекомендуется использовать поисковый круг радиусом не менне 50 м
Введение. Геологические изыскания на Рубцовском месторождении проводили опытные геологи-разведчики Западно-Сибирского территориального геологического управления (А П Беляев, И Г Чинаков, С С Гладько, В П Ходарев, А Я Доронин, В М Чекалин и др ) Минералогию руд, петрографию измененных пород, геохимию ореолов изучали видные исследователи из научно-исследовательских институтов и университетов (А Д Строителев, Б Л Бальтер, В Б Чекваидзе, Н Г Кудрявцева, И 3 Исакович, И Ф Мясников, Л Н Новикова и др ) В опубликованных работах перечисленных геологов описаны основные черты геологического строения месторождения, минералогия и петрография руд и вмещающих пород, геохимия ореолов
За 36 лет, прошедших с открытия месторождения (1970) до его ввода в эксплуатацию (2006), на Рубцовском месторождении прошли все стадии геологоразведочных работ поиск, предварительная и детальная скважинная разведка, детальная разведка подземными горными выработками, заверочная разведка В настоящее время идет эксплуатационная разведка Стадии поиска, предварительной и детальной разведки завершились подсчетом запасов в 1975 г
В начале 1990-х гг месторождение было вскрыто подземными горными выработками (2 шахты и 2 горизонта) Подземная разведка не была завершена Вместо четырех запроектированных горизонтов было пройдено всего два Затем в результате кризиса разведка месторождения была приостановлена (брошена), из-за полного отсутствия финансирования инфраструктура рудника разрушена, а документация подземных горных выработок и их опробования была утрачена (сожжена).
В 2002 г право на разработку Рубцовского месторождения приобрела компания "СПМ" ("СибирьПо-лиМеталлы"), дочерняя компания ОАО "ГДК" (Горнодобывающая компания) "СПМ", прежде чем вкладывать большие средства на восстановление инфраструктуры рудника и постройку обогатительной фабрики, решила провести в небольшом объеме проверку точности сведений в отчете 1975 г Было пробурено 15 колонковых заверочных вертикальных скважин Эта
разведка в основном подтвердила перспективность месторождения, но две скважины попали в безрудные окна с нулевой мощностью залежи Это показало, что изменчивость параметров рудного тела, вероятно, выше, чем считалось прежде
В 2004 г хозяином и месторождения, и компании "СибирьПолиМеталлы" стала "УГМК" ("Уральская горнорудная металлургическая компания") Было продолжено восстановление инфраструктуры рудника, закончено строительство обогатительной фабрики В течение всего этого времени планомерно проводилась опережающая эксплуатационная разведка веерами наклонных подземных скважин На конец 2006 г. было пробурено более 240 наклонных скважин Но во всех обсуждаемых далее геостатистических расчетах использованы данные только по 161 наклонной скважине, по которым на 31 мая 2006 г были получены результаты анализов на основные компоненты руд Си, РЬ и Ъп
Вариография — построение вариограмм и их структурный анализ — является важнейшей частью геостатистики [1оигпе1, НауЬге§1з, 1979] Вариограммы позволяют по-новому взглянуть на многие геологические и геохимические особенности исследуемого месторождения Нами были просчитаны, построены и проанализированы самые разнообразные вариограммы мощностей рудного тела № 1, средних содержаний основных полезных компонентов руд и аккумуляций Ниже приводится краткая характеристика наиболее типичных вариограмм
Вариограммы содержаний основных металлов вдоль оси скважин
Вариограммы содержаний полезных компонентов вдоль осей скважин строят, чтобы изучить изменчивость этих признаков в одном из направлений, в нашем случае — по мощности залежи
В работе [Чекалина, 2002] было показано, что по мощности рудного тела выделяются три уровня Нижний уровень представлен преимущественно медно-цинковыми рудами В среднем уровне преобладают медно-свинцово-цинковые руды Верхний уровень сложен в основном свинцово-цинковыми рудами
Глубина скважины, м
Рис 1 Увеличение содержания РЬ от подошвы залежи к кровле по данным опробования разведочной скважины 180 1—2 — изменение содержания РЬ по скважине 180 1 — по данным опробования, 2 — аппроксимирующая кривая
92 96 100 104 108
Глубина скважины, м Рис 2 Увеличение отношения содержания РЬ и Си снизу вверх по данным опробования скважины 138 1—2 — изменение отношения содержания Pb/Cu по скважине 138 1 — по данным опробования, 2 — аппроксимирующая кривая
Конечно, эти общие закономерности в каждой отдельной скважине проявляются только как тенденции Например (рис 1), в скважине 180 содержание РЬ "зигзагообразно" нарастает снизу вверх с 1 до 25% Таким же образом (рис 2) отчетливо увеличивается отношение содержаний свинца к меди (Pb/Cu) Изменение отношения Zn/Pb имеет обратный характер (рис 3) У подошвы залежи цинк преобладает над свинцом в 2,5—3 раза Ближе к кровле содержание цинка и свинца сравнивается, а в некоторых скважинах вблизи от кровли залежи свинца становится уже больше, чем цинка (Zn/Pb = 0,5) Но таких скважин, в которых снизу вверх более или менее закономерно
Глубина скважины, м
Рис 3 Увеличение содержания РЬ по сравнению с Zn от подошвы рудного тела к кровле по данным опробования скважины 180 1—2 — изменение отношения Zn/Pb 1 — по данным опробования, 2— аппроксимирующая кривая
снижается содержание Си и повышается содержание РЬ, не так уж и много — около 15% Это тип явного зонального распределения содержаний полезных компонентов по мощности рудного тела
Авторы статьи придерживаются мнения, что руды месторождения являются эксгаляционно-осадочными образованиями Описанная зональность рудной залежи по мощности отражает эволюцию рудообразую-щих растворов во времени Сначала формировались медно-цинковые сульфидные руды, затем медно-свинцово-цинковые, а завершалось рудообразование уже свинцово-цинковыми и даже цинково-свинцовы-ми рудами Такая зональность в большинстве скважин выступает как тенденция, тренд
Какие должны получаться вариограммы в совокупностях с хорошо проявленным трендом9 В этом случае вариограмма должна представлять собой беспороговую, круто восходящую кривую линию Точно такие вариограммы и были получены нами (рис 4)
Во многих скважинах место ожидаемого рудного уровня занимают руды, заметно обедненные металлами Например, в скважине 139 (рис 5) содержание РЬ в средней части залежи снижается в 3—4 раза При этом все равно удается уловить тенденцию в нарастании содержания свинца от подошвы к кровле рудного тела Бывает, что концентрации металлов уменьшаются в таком прослое до 1% и менее Так, в скважине 30 содержание Zn вблизи подошвы и кровли рудного тела превышает 20%, в то время как в центральной части залежи оно ниже 1% Вообще говоря, этот участок можно рассматривать как прослой пустых пород Но в соответствии с кондициями его можно включать
Расстояние h м
Рис 4 Безпороговая вариограмма содержания РЬ, построенная по данным опробования скважины 180, свидетельствует о наличии явного тренда Цифры — число пар точек, по которым рассчитана вариограмма 1 — экспериментальная вариограмма, 2 — дисперсия
112 116 120 124 128 132
Глубина скважины, м
Рис 5 Изменение содержания РЬ по скважине 139 / — поданным опробования, 2 — аппроксимирующая кривая
в рудное тело, если мощность прослоя пустых пород не превышает 4 м
В генетическом плане такой прослой свидетельствует о временной приостановке поступления рудо-образующих растворов в данном месте Затем гидротермальная система возобновляет свою деятельность В результате формируется линзовидно-слоистая залежь с чередованием по вертикали богатых и бедных руд В таких ситуациях мы должны ожидать проявле-
Рис 6 Вариограмма содержания РЬ по мощности залежи, построенная по данным рис 5 (скважина 139), демонстрирует эффект включений (дырочный эффект) Цифры около кривой —число пар точек 1 — экспериментальная вариограмма, 2 — дисперсия
ния в вариограммах эффекта от включений или появления вариограмм квазипериодического типа Такого типа вариограммы получены нами (рис 6) — экспериментальная структурная функция сначала быстро достигает порога, пересекает его, а потом еще два раза волнообразно пересекает порог
Таким образом, построенные вдоль оси скважин вариограммы выявили неоднородное — слоистое или зональное — строение залежи в вертикальном разрезе (по мощности залежи). Это ведет к важному технологическому выводу так как невозможно селективно отработать руды разного типа, то добытую руду необходимо смешивать, чтобы получить более или менее однородную по качеству руду
Вариограммы по всем наземным и подземным скважинам
В исследуемую выборку вошли 80 вертикальных наземных скважин и 162 наклонные подземные скважины, всего 242 скважины По всем скважинам были рассчитаны истинные мощности и средние содержания Си, РЬ и Zn, взвешенные на длину керновых проб
Подбирая размеры шага (лага) построения вариограммы, мы остановились на шаге, равном 15 м Построив несколько вариограмм для содержания Ъп. по разным направлениям, мы поняли, что на первыхточ-ках (до выхода на порог) поведение вариограмм значимо не разлияается Поэтому было принято решение считать месторождение условно изотропным в плоскости залежи и использовать "всенаправленные" вариограммы для содержаний всех полезных компонентов и мощности
ю—|
8 —
6-
о.
<0 л
Ш 4-
2-
1373
1179
962
~г
50
-1-'-Г"
100 150
Расстояние h, м
200
I
250
Рис 7 Вариограмма содержания Си (%), построенная по данным средневзвешенных концентраций в каждой из 242 разведочных скважин Цифры около кривой — число пар точек, по которым в данном месте рассчитана вариограмма (в вариограммах на рис 8 и 9 число пар точек одинаково) 1 — экспериментальная вариограмма, 2 — сферическая модельная функция, 3 — дисперсия
Основные параметры модельных сферических вариограмм, подогнанных к
экспериментальным вариограммам содержаний металлов и мощности, построенным по 242-м вертикальным наземным и подземным наклонным скважинам Рубцовского месторождения
Разведочный параметр Единица измерения Среднее, X Дисперсия, о2 Стандартное отклонение, о Коэффициент вариации, У=х/а 100 Эффект самородков, со Дополнение до порога, С, Зона влияния, а
Содержание Си % 5,39 8,96 2,99 55,6 5,3 3,7 175
Содержание РЬ % 7,32 17,82 4,22 57,7 10,5 7,3 140
Содержание Хп % 12,87 44,08 6,64 51,6 25,0 19,0 163
Мощность залежи м 4,64 9,25 3,05 65,7 2,1 5,56 1,6 0,2 28 79 190
Построенные нами вариограммы содержаний Си, РЬ и Ъа. по виду близки Для примера рассмотрим вариограмму меди (рис. 7) Характерная черта вариограммы — "зубчатый" вид кривой Но, несмотря на это обстоятельство, эффект самородков и место выхода кривых на порог определяются очень четко Вариограмма имеет довольно большой эффект самородков С0 Он превышает половину общей дисперсии а2 Общая дисперсия в случае, когда она равна порогу, состоит из двух частей а2 = С0 + С,, где С0 — эффект самородков, а С, — дополнение до порога Для вариограммы меди дисперсия равна 9, эффект самородков равен 5,3, а дополнение до порога составляет 3,7 Еще
один из самых важных параметров вариограммы — зона влияния, которая для Си равна 175 м
Основные параметры подобранных сферических функций к экспериментальным вариограммам приведены в табл 1 Анализируя таблицу, обратим внимание на следующие числовые значения Эффект самородков + дополнение до порога должны быть приблизительно равны дисперсии, чем меньше в этой сумме доля эффекта самородков, тем лучше, так как точнее будет кригинговая оценка содержаний химических элементов и запасов руды Чем меньше стандартное отклонение по сравнению со средним значением (см графу "коэффициент вариации" в табл 1), тем равномернее распределена соответствующая переменная, тем вероятнее, что ее можно будет оценить достаточно точно Чем больше зона влияния, тем при прочих равных условиях точнее соответствующая ей переменная может быть предсказана
От вариограмм содержаний металлов заметно отличается вариограмма мощности рудного тела (рис 8) Она сначала круто взмывает к линии дисперсии, но, не доходя до порога, быстро выполаживается Одной сферической моделью обойтись не удалось Подгонка экспериментальной вариограммы осуществлялась двумя вложенными структурами (двумя сферическими моделями) Одна из них имеет маленькую зону влияния (28 м), сравнительно низкий эффект само-Таблица 1 Р°Дков (2,1) и относительно большое дополнение до порога (5,56) Вторая особенность вариограммы мощностей — отчетливо проявленный эффект включений (или дырочный эффект) — на протяжении 150 м вариограмма имеет два положительных и два отрицательных (по отношению к порогу) "горба" Подогнать такую кривую к одной из известных квазипериодических функций (затухающий синус, функция Паддингтона) нам не удалось Отметим еще одну характерную черту вариограммы мощности — на ней порог не равен общей дисперсии
О чем свидетельствуют чередующиеся "горбы" на графике? О том, что в рудной залежи чередуются участки с существенно отличающейся изменчивостью, размеры участков 30—50 м Положительные всплески кривой отвечают участкам с повышенными вариациями мощности, а отрицательные — участкам с более стабильной мощностью. Между прочим, коэффициент вариации мощности, равный 65,7%, оказался выше, чем у всех металлов (табл 1), что достаточно неожиданно, так как в большинстве осадочных месторождений наиболее изменчивым параметром обычно является содержание полезных компонентов
16—1
12-
го s s го
евн
о
S о. го
m
I
50
-1-1-1—
100 150 Расстояние h, м
""Г"
200
I
250
Рис 8 Вариограмма мощности залежи Отличается наличием вложенных структур и эффекта самородков 1 — экспериментальная вариограмма, 2—три вложенные сферические модельные функции, 3 — общая дисперсия мощности, 4 — дисперсия
Таблица 2
Основные параметры модельных сферических вариограмм, подогнанных к экспериментальным вариограммам аккумуляций, построенным по 242-м вертикальным наземным и подземным наклонным скважинам Рубцовского месторождения
Разведочный Единица измерения Среднее, X Диспер- Стандартное Коэффициент вариа- Эффект самородков, Со Дополнение до порога, с, Зона влия-
параметр сия, о2 отклонение, а ции, V=x/a 100 ния, а, м
Аккумуляция Си м% 26,57 514,18 24,78 93,3 308 338 256 41 130
Аккумуляция РЬ м% 35,21 1103,46 33,22 94,3 424 449 426 34 111
Аккумуляция Ъа м% 60,02 2716,99 52,12 86,8 1511 1204 404 43 129
Вариограммы аккумуляций
В случае Рубцовского месторождения существует осложняющее обстоятельство В геостатистике требуется, чтобы регионализованные пространственные переменные (в нашем случае — содержания элементов) имели одинаковые так называемые основания, например керновые пробы одинаковой длины Но у нас фигурируют в качестве содержаний средние значения, рассчитанные на разную в каждой скважине мощность Как здесь поступить9
Подсказку можно найти у Ж Матерона (излагается по [1оигпе1, НицЬге§15, 1979], где этот случай описан) Он исследовал бокситовое месторождение Ме-хенгуи (Гвиана), которое состоит из горизонтальных
тел с вертикальной мощностью, варьирующей от 5 до 10 м (в нашем случае от 1,2 до 18 м) Месторождение было опробовано вертикальными буровыми скважинами по квадратной сетке 50x50 м (точно так же, как на Рубцовском месторождении на стадии детальной разведки), а керн проанализирован на содержание А12Оэ на всю минерализованную мощность В случае Рубцовского месторождения отбирались несколько керновых проб (от 3 до 20), для которых потом вычислялись средние содержания, взвешенные на длину проб На горизонтальном плане минерализованную часть месторождения Мехенгуи приблизительно можно считать прямоугольником с размером 1125x670 м (в нашем случае — 650x250 м) По вертикали средняя мощность залежи составляла 7,5 м (на Рубцовском месторождении — 4,5 м)
Основанием, на котором определялось содержание А12Оэ в месторождении Мехенгуи, была выбрана оруденелая мощность 1(х) в точке х. Так как это основание непостоянно, регионализованная переменная — содержание А12Оэ z(x), определенное через мощность, не является аддитивной переменной. По этой причине аддитивная переменная а(х) — аккумуляция в точке х — была определена как взвешивание содержаний г(х) вертикальной мощностью /(х) основания, т е а(х) - 1(х) 1{х), и выражалась в метропроцентах (% А12Оэ м) Благодаря аналогии геологических структур бокситового и колчеданно-полиметаллическо-го месторождений мы решили построить вариограммы аккумуляций Си, РЬ и Ъа.
Метропроценты (м%) — более сложная величина, чем мощность или содержание металла по отдельности Особенно большими выглядят значения дисперсии Обратим внимание на то, что стандартные отклонения мет-ропроцентов практически сравнялись по величине со средними, так как дисперсия содержания элемента не приплюсовалась к дисперсии мощности, а1 преумножилась В результате коэффициенты вариации (табл 2) аккумуляции Си, РЬ и Ъа оказались почти вдвое выше коэффициентов вариации содержания Си, РЬ и Ъп (табл 1)
Вариограммы аккумуляций металлов так же, как вариограмма мощности, обременены эффектом включений, который они унаследовали от мощности В качестве примера на рис 9 приведена вариограмма аккумуляций Ъа Размеры включений находятся в диапазоне 40—45 м Кроме того, подгонка вариограмм сферическими модельными функциями потребовала использования методологии вложенных структур, причем зоны влияния на вариограммах аккумуляций оказались почти в 4 раза меньше, чем они получались
4000-1
3000-
£ 2
1-2000 -
1000 -
Т-
50
I-■-Г"
100 150
Расстояние, h
—Г"
200
—1
250
на вариограммах содержаний, например для РЬ они равны 34 м и 140 м соответственно
Заключение. Структурный анализ вариограмм позволил установить, что основное для Рубцовского месторождения рудное тело № 1 имеет неоднородное строение как по вертикали (по мощности), так и по латерали По мощности залежь чаще всего имеет либо зональное, либо линзовидно-слоистое строение По латерали в залежи чередуются участки размером 30—50 м, которые заметно отличаются изменчивостью разведочных параметров, в первую очередь — вариациями мощности
При подсчете запасов с помощью вариограмм аккумуляций с помощью кригинга рекомендуется брать радиус поискового круга не более 50 м
Из-за невозможности селективной отработки разных рудных уровней и сомкнутых участков по латерали рекомендуется вести добычу сразу несколькими добычными забоями, добиваясь однородности рудопотока, смешиванием руды с разных забоев
Рис 9 Вариограмма аккумуляции 2п наследует от вариограммы мощности "горбатость" эффекта от включений Для подгонки модельных сферических функций использована дополнительная "вложенная" структура 1 — экспериментальная вариограмма, 2 — сферическая модель, 3 — дисперсия
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Бальтер Б Л Типы околорудно-измененных пород Рубцовского района и их поисковое значение // Разведка и охрана недр 1977 № 6 С 25—30
2 Бальтер Б Л, Чинаков ИГ Гидротермальная аргил-лизация рудовмещающих пород на Рубцовском месторождении//Тр ЗСОВМО 1977 Вып 4 С 85-93
3 Беляев А П, Чекалин В М, Строителев А Д, Степ-ченко С Г Основные черты геологии и перспективность нового Рубцовского рудного района (Рудный Алтай) Томск Изд-во Томск ун-та, 1971 С 12—19
4 Гасъков И В, Дистанов Э Г, Миронова Н Ю, Чекалин В М Колчеданно-полиметаллические месторождения девона северо-западной части Рудного Алтая Новосибирск Наука, 1991
5 Новикова Л Н, Новиков Ю А Параметры гидротермальных растворов геохимических ореолов Рубцовского полиметаллического месторождения // Изв вузов Геология и разведка 1987 № 8 С 54-60
6 Свешникова ВЛ, Строителев АД Особенности строения и состава Рубцовского полиметаллического месторождения (Рудный Алтай) // Материалы по геохимии, петрографии и полезным ископаемым Западной Сибири Томск Изд-во Томск ун-та, 1976 С 46—49
7 Чекалин ВМ Основные закономерности размещения и принципиальная модель формирования колчеданно-полиметаллических месторождений северо-западной части Рудного Алтая // Изв вузов Геология и разведка 1991 № 10 С 75-89
8 Чекалин ВМ К 50-летию Алтайской полиметаллической экспедиции//Руды и металлы 2000 №1 С 83—88
9 Чекалин В М Геолого-генетические особенности Рубцовского месторождения полиметаллических руд на Рудном Алтае//Там же 2002 №1 С 23—31
10 Чекалин В М, Мясников И Ф, Кочуркова ЛИ Применение геохимических методов при поисках скрытопогре-бенных месторождений полиметаллических руд на примере Рубцовского рудного района // Геохимические методы поисков глубокозалегающих рудных месторождений Новосибирск, 1980 С 69-76
11 Чекваидзе В Б, Кудрявцева Н Г, Исакович ИЗ, Ба-куев Н С Условия формирования околорудных метасомати-тов и руд Рубцовского месторождения на Рудном Алтае // Геология рудных месторождений 1978 №2 С 71—82
12 Чинаков ИГ О рудных обломках на Рубцовском месторождении (Рудный Алтай) // Геология рудных месторождений 1976 №6 С 96-100
13 Чинаков ИГ., Беляев А П Основные черты геологического строения Рубцовского месторождения Рудного Алтая // Новые данные по геологии и полезным ископаемым Западной Сибири Вып 8 Томск Изд-во Томск ун-та, 1973 С 3-8
14 Journel A G, Huijbregts СИ J Mining geostatistics L , N Y , S F Academic press, 1979
Поступила в редакцию 27 03 2007
