Вскрытие выходов полезного ископаемого

Всякий выход полезного ископаемого, как возвышающийся в обнажении, так и прикрытый слоем рыхлых отложений, должен быть изучен не только с поверхности, но и на некоторую глубину. В противном случае редко можно получить правильное представление о типе месторождения. Чтобы эффективнее выполнить вскрытие выходов, последние должны быть как-то очерчены предвари­тельно и предположительно установлены элементы залегания обнажающихся тел полезных ископаемых.

В тех случаях, когда выходы слабо изменены в зоне окисления или представлены проч­ными минеральными образованиями, четко выделяющимися на поверхности, установить их размеры и условия залегания тел полезных ископаемых не представляет большого труда. Когда же выходы залежей сильно изменены, замаскированы и прикрыты рыхлыми элювиальными или делювиальными отложениями, приходится потратить немало сил и времени на их оконтуривание, прежде чем приступить к вскрытию. Для этого проводятся крупномасштабные геофизические, геохимические и минералогические исследования по поверхности.

При поисково-оценочных работах на небольших участках с целью оконтуривания выходов полезного ископаемого исследования выполняются главным образом по коренным породам. При полной обнаженности коренных горных пород, к которым приурочены повышенные концентрации радиоактивных элементов, может проводиться детальная гамма-съемка полевыми радиометрами с от­бором контрольных проб для лабораторных испытаний. Если же коренные рудоносные породы прикрыты рыхлыми отложениями, применяется эманационная съемка двумя или тремя указанными методами, взаимно контролирующими друг друга. Такие детальные съемки выполняются по сети от 50 х 5 м (при масштабе 1 : 5000) до 10 х 5 м (при масштабе 1 : 1000).

Отбор проб в рыхлых отложениях производится на всю их глубину для изучения вторичных ореолов рассеяния урана. Взятие проб из коренных пород для люминесцентного и других лабораторных анализов с попутным геолого-минералогическим изучением рудных выходов дает возможность изучить в достаточной степени выходы урансодержащих залежей для того, чтобы при­ступить к их вскрытию и исследованию на больших глубинах. На площади, где можно предполагать выходы медных руд по специфической зеленоватой окраске и по распространению лимонитов, свидетельствующих о повышенных концентрациях меди других сульфидов, целесообразны наблюдения с отбором проб. Чтобы сократить число точных химических анализов, можно проводить определения содержаний меди «на глаз» и с применением полуколичественных полевых анализов. В результате составляется карта, на которую наносятся данные анализов и наблюдений и очерчиваются площади с различными содержаниями металла (рис. 31).

Рис. 31. Купрометрическая карта Кальматырского медного штокверка (по А. В. Королеву и М. Ф. Зенину).

1 — безрудные породы; 2 — участки рудоносных пород с содержанием меди до 0,2%; 3 — породы с содержанием меди 0,2 — 0,5%; 4 — окисленные руды с содержанием меди 0,5—1%; 5 — окисленные руды с содержанием меди 1—3%; 6 - общий контур штокверка с учетом данных последующих буровых скважин; 7 - контур окисленных руд по данным бурения; 8 — контур окисленных руд по данным купрометрической съемки; 9 - шурфы; 10 — скважины; 11 — шурф-скважина

Способы вскрытия выходов полезных ископаемых. Для более полного изучения и опробования выходы полезного ископаемого вскрывают при помощи различных поверхностных выработок (расчисток, канав, шурфов) и короткометражных скважин. Применяемые способы вскрытия выхода полезного ископаемого зависят в основном от мощности перекрывающих его отложений и степени изменения выхода. При незначительной мощности перекрывающих отложений и относительно слабом изменении выхода нет необходимости в большой углубке. В таких случаях обычно производятся неглубокие расчистки с целью удаления с поверхности посторонних обломков и частиц каменного материала.

Если мощность наносов более 0,5 м или выход полезного ископаемого представлен развитой зоной окисления, то необходимо более глубокое вскрытие. Это производится с помощью канав или шурфов. Канавы проводятся вкрест простирания геологической структуры и выходов тел полезных ископаемых, реже по простиранию последних. С их помощью производится углубление внутрь окисленной части залежи до 1 м. Если мощность выхода более 30 м, то можно использовать пунктирные канавы (длина канавы 5 м, далее 5 м перерыв, затем снова 5 м канавы, перерыв и т. д.). При вскрытии выхода рудного тела, имеющего изометричную форму выхода и большую площадь, целесообразно применять сеть мелких шурфов или короткометражных (щуповых) скважин.

При мощности наносов от 3 до 10 м целесообразно вскрывать выходы полезного ископаемого мелкими шурфами, дудками и скважинами. Последние эффективны для вскрытия относительно простых и крупных залежей полезного ископаемого. На выбор способа вскрытия влияют также условия залегания тел полезных ископаемых: углы падения пластов, обводненность участка, рельеф местности. Вскрытие выходов на склонах и при значительной обводненности рационально выполнять короткими штольневыми врезами, весьма удобными для откатки отбитой массы пород и для спуска воды самотеком. Обводненность или валунистость наносов может заставить предпочесть шурфам буровые скважины.

При мощных наносах, превышающих 10 м, для вскрытия выхода полезного ископаемого проходятся главным образом буровые скважины, реже шурфы. Из шурфов на пересечении выхода полезного ископаемого под наносами задаются рассечки для исследования выхода в нескольких пунктах. Если позволяет рельеф местности, то всегда следует воспользоваться возможностью про­ходки коротких штолен, вскрывающих выходы залежи на склоне возвышенности, покрытой делювием.

Число выработок, вскрывающих выходы тел полезных ископаемых под наносами, должно быть минимальным и достаточным для решения двух основных задач:

1) получения каменного материала в виде образцов и проб, необходимых для надежной характеристики зоны гипергенеза и суждения о характере полезного ископаемого в первичном его состоянии;

2) приближенного оконтуривания выходов полезного ископаемого на изучаемом участке с целью определения их общих размеров и элементов залегания тел полезного ископаемого вблизи поверхности.

Решение этих основных задач дает основание при положительной оценке выходов полезных ископаемых продолжить исследования глубинных частей месторождения.

Прогнозирование и вскрытие месторождения на глубине. Месторождения полезных ископаемых полностью или частично находятся на значительных глубинах от дневной поверхности. Так, например, месторождения угля Саарбрюкенского каменноугольного бассейна, железных руд Курской магнитной аномалии, погребенные золотые россыпи Восточной Сибири и многие другие месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых залегают на глубинах без выхода на днев­ную поверхность. Но и большая часть месторождений, обнажающихся на поверхности, погружается на глубину, тем большую, чем круче угол падения залежей. Следовательно, на стадии поисково-оценочных работ приходится иметь дело в основном с объектами, лишь слегка обнаруживающими себя на выходах и в большей части или полностью «слепыми», находящимися на значительных глубинах.

Слепые месторождения подразделяются на две группы:

1) месторождения, никогда не выходившие на дневную поверхность, и

2) месторождения, прежде выходившие на поверхность, но затем перекрытые более молодыми отложениями (рис. 32).

Те и другие требуют различных подходов при поисках.

Во всяком случае, в стадию поисково-оценочных работ необходимо получить некоторые сведения о месторождении в отношении распространения полезного ископаемого в глубинных, скрытых от непосредственного наблюдения, частях. Эти сведения получают путем проходки единичных буровых скважин и в исключительных случаях при помощи глубоких шурфов, иногда с ответвлениями подземных горизонтальных горных выработок. Проведение поисково-разведочных выработок необходимо не только для подтверждения факта распространения полезного ископаемого в недрах перспективного участка, но и для отбора достаточно представительных проб с целью установления качества полезного ископаемого.

Рис. 32. Геологический разрез Белгородского месторождения железных руд КМА (по В. М. Крейтору).

1 — четвертичные суглинки; 2 — третичные пески; 3 — мел; 4 — мергель; 5 — известняки; 6 — пески; 7 — пески и глины; 8 — юрские пески и глины; 9 — карбоновые известняки; 10 — богатые железные руды; 11 — докембрийские кварциты; 12 — докем-брийские сланцы

Основанием для заложения поисково-разведочных скважин или глубоких шурфов, рассчитанных на выявление слепых месторождений или отдельных слепых залежей полезного ископаемого, служит геологический прогноз распространения полезного ископаемого в глубину. Исходными данными для такого прогноза являются: геологическая крупномасштабная карта перспективного участка, составленная в начальный период поисково-оценочных работ; результаты крупномасштабных геофизических и геохимических исследований, выполненных одновременно с геологической съемкой или ранее; результаты вскрытия выходов полезного ископаемого.

Из поисковых критериев для прогноза распространения полезного ископаемого на глубину решающая роль принадлежит закономерным связям геологической структуры и тел полезных ископаемых. Все пластовые и пластообразные месторождения углей, черных и цветных металлов, строительных материалов и др. прогнозируются на глубину на основании их положения в складчатых структурах с учетом стратиграфического и литологического контроля. Такие месторождения и залежи обычно следуют изгибам пластов вмещающих горных пород. Зная по карте положение складок, можно с уверенностью предсказать направление возможного распространения залежей полезного ископаемого.

Большинство нефтяных месторождений приурочено к куполам брахиантиклиналей, чем и обосновывается прогноз нефтеносности на перспективной площади. Многие рудные месторождения, представленные разнообразными жилами, закономерно связаны с трещинной структурой вмещающей среды; прогноз распространения рудных жил на глубину опирается на ориентировку и протяженность зон трещиноватости, контролирующих оруденение. Однако и другие поисковые критерии и признаки, такие, как магматогенные, минералогические, геохимические и геофизические, играют немаловажную роль в предсказании слепых рудных тел на глубине.

При прогнозировании распространения полезного ископаемого в глубинных частях месторождения одновременно прогнозируется и его качество. Прогноз качества основывается на изучении выходов полезного ископаемого при их вскрытии. Как указывалось выше, ряд признаков в зоне гипергенеза позволяет составить представление о характере полезного ископаемого в первичном его состоянии ниже этой зоны. Если же месторождение не обнажается на дневной поверхности или под рыхлыми отложениями небольшой мощности и нет возможности непосредственного наблюдения минеральных комплексов, составляющих залежь полезного ископаемого, то прогнозирование качества полезного ископаемого слепого месторождения возможно лишь на основании геологической аномалии. Интенсивность магнитной аномалии над слепой залежью в какой-то степени говорит о характере магнетитовых залежей, скрытых на глубине.

По завершении исследований поверхности участка, в недрах которого предполагается месторождение определенного промышленного типа на основании оценки выходов и геологической аналогии, производится проверка прогноза преимущественно буровыми скважинами (рис. 33). Следует стремиться сделать это с минимальным числом буровых скважин, которые зафиксировали бы наличие полезного ископаемого на глубине и дали фактический каменный материал для определения его качества. В общем случае достаточно трех-четырех скважин, вскрывающих полезное ископаемое ниже зоны гипергенеза на малой и большой глубинах или при горизонтальном положении залежи в нескольких удаленных друг от друга пунктах.

При сложном геологическом строении рудного поля может потребоваться большее число скважин, так как неоднородность такого месторождения вызовет необходимость дифференциальной проверки разобщенных и разноориентированных залежей полезного ископаемого в различных частях месторождения (жильного поля, кольцеобразной скарновой зоны и т. п.). Весьма сложные и мелкие месторождения ценных полезных ископаемых — оптических минералов, драгоценных камней, золото-кварцевых жил, редкометальных гнезд — могут потребовать уже в стадию поисково-оценочных работ применения подземных горных выработок для подтверждения распространения полезного ископаемого в недрах.

Рис. 33. Заложение структурно-поисковой скважины на основании изучения структуры слепого месторождения и данных геохимической съемки (по Б. П. Федорчуку). 1 — перекрывающие сланцы; 2 — подстилающие известняки; 3 — зона взбросо-надвига; 4 — рудовмещающий горизонт; 5 — рудные залежи; 6 — кривая изменения содержания ртути на выходах коренных пород; 7 — точка антиклинального перегиба на оси складки перекрывающих сланцев; 8 — место заложения и направление проектируемой первой структурно-поисковой скважины

В результате всего комплекса поисково-оценочных работ — от крупномасштабного геологического картирования, геофизических, геохимических и минералогических исследований на поверхности до вскрытия полезного ископаемого на глубине — получаются сведения, которые дают представление о возможной площади и глубине распространения полезного ископаемого и его качестве. Месторождения, обнажающиеся на дневной поверхности, довольно четко оконтуриваются по их выходам и лишь контур месторождения на глубине остается открытым или может быть проведен только предположительно на основании пределов геологической структуры, вмещающей тела полезного ископаемого, и геофизических аномалий, соответствующих местонахождению по­лезного ископаемого. Если установлена рудоносность некоторого структурного элемента — складки или трещинной зоны, — то границы предполагаемого оруденения могут быть проведены по этим структурам. Если установлена достаточно четкая связь рудного тела с магнитной, гравиметрической или иной аномалией, то по контурам таких аномалий можно провести предположительно границу месторождения.