Общая методология изучения месторождений

3.1.1. Специфика месторождений полезных ископаемых

как объектов исследования

В предыдущих главах было дано общее представление о месторождениях полезных ископаемых как геологических объектах, заключенных в недрах Земли и характеризующихся определенными свойствами. В настоящей главе рассмотрим месторождения как объекты исследования, остановимся на их специфике с этой точки зрения. Особенности месторождений полезных ископаемых как объектов исследования характеризуют следующие основные свойства:

- пространственность,

- многоуровенность,

- многопризнаковость,

- неповторимость и сложность,

- изменчивость во времени,

- относительная недоступность.

Свойство пространственности заключается в том, что месторождения полезных ископаемых располагаются в пространстве земной коры, занимая сами часть этого пространства.

Многоуровенность является отражением существования разнопорядковых неоднородностей в строении земной коры, обеспечивающих появление различных уровней распространения и строения месторождений, как это было показано выше (провинции, области, районы, поля распространения месторождений, сами месторождения и слагающие их тела полезных ископаемых и участки тел).

Многопризнаковость обусловлена наличием разных уровней организации вещества месторождений (уровень геологических тел, минералов, химических элементов, физических полей), каждый из которых характеризуется специфическими присущими только ему свойствами.

Месторождения – это весьма редкие объекты геологической природы, они неповторимы и оригинальны. Даже при наличии каких-то общих черт с другими каждое отдельное месторождение имеет свои специфические черты, оно сложно и неповторимо и по положению в пространстве земной коры, и по разнообразию присущих ему признаков, и по изменчивости свойств в пространстве.

Изменчивость во времени заключается в длительной геологической истории существования месторождений, их возникновения, развития, преобразования и разрушения.

Еще один аспект рассматриваемых свойств заключается в расположении большинства месторождений на определенной глубине от поверхности земли и в связи с этим в относительной их недоступности для непосредственных визуальных наблюдений.

Таким образом, месторождения полезных ископаемых представляют собой крупные пространственные многоуровневые объекты, недоступные для непосредственных наблюдений.

3.1.2. Особенности геологических наблюдений

Главной задачей изучения месторождений полезных ископаемых является выявление их общего облика на разных уровнях строения и организации вещества. Для ее решения проводятся геологические наблюдения (определение положения тел полезных ископаемых в пространстве, измерения размеров тел, содержаний минералов, химических элементов, значений физических свойств и т.п.). Специфику геологических наблюдений, обусловленную особенностями исследуемых объектов, характеризуют следующие основные свойства:

- дискретность,

- малообъемность,

- системность.

Дискретность (прерывистость) наблюдений связана с большими размерами месторождений и относительной их недоступностью. Это не позволяет изучить их непрерывно в пределах всего объекта и заставляет осуществлять наблюдения дискретно т.е. на отдельных небольших изолированных участках месторождения, вскрытых в естественных обнажениях или горных выработках.

Малообъемность наблюдений заключается в том, что их геометрическая база (размеры описываемых участков, размеры геологических проб, сфер влияния измерительных приборов и т.п.) несоизмеримо мала по сравнению с размерами самих изучаемых объектов.

Системность исследований обусловлена необходимостью получить цельное представление обо всем месторождении. Поэтому малообъемные дискретные наблюдения ведутся по определенной пространственной системе расположения пунктов наблюдений, которая предусматривает достаточно равномерное размещение их в пространстве.

3.1.3. Моделирование как методология изучения месторождений,

виды геологических моделей

Специфика месторождений полезных ископаемых как объектов исследования, специфика весьма локальных наблюдений, на основании которых создется цельное представление о них, обуславливают широкое применение моделирования как основы методологии изучения месторождений (Моделирование...,1996).

Моделирование – это замена реальных объектов образами, удобными для исследования. Модели месторождений могут быть статическими и динамическими.

Статические модели отражают состояние месторождений полезных ископаемых на момент исследования. Они строятся на основе комплексного анализа всей совокупности геологической информации об объекте. Это обычно графические одно-, двух- или трехмерные пространственные модели, на которых показывается морфология и характер залегания тел полезных ископаемых, изменения в пространстве их вещественного состава и физических свойств.

Динамические модели характеризуют изменение геологических и физико-химических условий формирования месторождения, а также изменения его строения и состава начиная от зарождения и образования месторождения до момента его отработки. Относительно некоторого фиксированного статического состояния динамические модели могут быть ретроспективными и перспективными. Построение динамических моделей базируется на статической модели, рассматриваемой в качестве фактической основы, соответствующей состоянию месторождения на момент исследования.

Ретроспективные модели характеризуют условия и процессы формирования и преобразования месторождений в природных условиях и обычно используются при решении теоретических вопросов истории формирования месторождений, т.е. это обычно генетические модели.

Перспективные модели чаще всего используются при прогнозировании вероятной картины изменения месторождения в процессе его эксплуатации.

В дальнейшем при изложении материала основной части курса будут в основном использоваться и анализироваться статические и ретроспективные модели месторождений полезных ископаемых.

Модели месторождений можно разделить по способу построения на материальные и идеальные. К материальным моделям относятся вещественные модели месторождений и процессов, отражающих их формирование. Среди идеальных моделей выделяются вербальные, дающие характеристику объекта с помощью словесного описания, и математические, описывающие объект с помощью его числовых характеристик, графических построений, аналитических формул.

Универсальной основой математического моделирования месторождений полезных ископаемых является теория геологических полей. Под геологическим полем (U) понимается пространство земной коры, каждому элементарному объему которого может быть поставлено в соответствие определенное значение геологического свойства, являющееся для статистических моделей функцией координат пространства (x, y, z), а для динамических моделей еще и времени (t).

U = F (x, y, z, t) (3.1)

Согласно этой теории любое тело полезного ископаемого (М) может быть представлено в виде совокупности геологических полей, различным образом соотносящихся между собой и имеющих уровенное строение (3.2).

М = {U₁, ..., Ui, ..., Un}, (3.2)

где n - количество геологических полей.

Среди геологических полей в зависимости от уровня организации вещества могут быть выделены морфоструктурные, морфометрические, петрографические, минералогические, геохимические, геофизические и др.

Морфоструктурные поля отражают изменение параметров тел полезных ископаемых, характеризующих внешние свойства залежей: форму поверхностей, степень и характер тектонической нарушенности, положение в пространстве. В общем виде, как известно, форма поверхности любого тела описывается следующим уравнением:

Fм (x, y, z ) = 0, (3.3)

где Fм – функция, описывающая поверхность тела.

На практике задача восстановления поверхностей решается методом графического моделирования, обычно в двумерном пространстве путем построения плоских сечений и проекций залежей. Для построения трехмерной модели на плоскости используется способ изолиний.

Морфометрические поля отражают количественные характеристики геометрии пространства залежей. Они показывают изменение размеров залежей и в первую очередь мощностей (толщин), площадей сечений и объемов их отдельных участков. Обобщающим морфометрическим показателем является объем (V). Теоретически он должен вычисляться как интеграл функции, описывающей форму залежи полезного ископаемого (3.4):

V = ò ò ò Fм ( x, y, z ) (3.4)

Петрографические поля характеризуют изменение в пространстве соотношений горных пород, слагающих месторождение, их текстурные и другие особенности. Минералогические поля моделируют изменчивость свойств месторождений на уровне минеральных агрегатов и минералов: их количественные соотношения, текстурные и структурные свойства. Геохимические поля отражают изменения содержаний химических элементов и их изотопов, геофизические поля – физические свойства залежей полезных ископаемых и создаваемые ими аномалии нормальных физических полей.

В настоящем курсе будут чаще всего характеризоваться морфоструктурные, петрографические, минералогические свойства, используя вербальное (описательное) и графическое моделирование месторождений.