Поиск твердых полезных ископаемых
На протяжении десятилетий для разведки полезных ископаемых используется комбинация методов сопротивлений с измерением вызванной поляризации (ВП) и аудио-магнитотеллурических зондирований (АМТЗ). При этом метод AMTЗ имеет большую глубину исследования по сравнению с методами сопротивлений.
Такое сочетание методов позволяет определить пространственное распределение удельного электрического сопротивления и поляризационных (вызванная поляризация или заряжаемость) свойств пород. Поскольку на обе характеристики влияют литология, менирализация порового флюида, содержание воды, графита и рудных минералов, эти методы имеют значительный потенциал в различных областях применения.
Такое сочетание методов позволяет определить пространственное распределение удельного электрического сопротивления и поляризационных (вызванная поляризация или заряжаемость) свойств пород. Поскольку на обе характеристики влияют литология, менирализация порового флюида, содержание воды, графита и рудных минералов, эти методы имеют значительный потенциал в различных областях применения.
Рис. 1. Удельное электрическое сопротивление (слева) и поляризуемость (справа) горных пород
В приведенных выше таблицах (рис. 1) отражены сопротивление и поляризуемость некоторых распространенных пород и минералов. Эти свойства наиболее чувствительны к содержащимся в породах железо-медных сульфидов и магнентита. Поэтому совместный анализ этих УЭс и поляризуемости может увеличивать надежность геологической интерпретации данных электроразведки при поисково-разведочных работах.
Важным свойством поляризуемости является её устойчивая частотная зависимость (Pelton et al., 1978). Этот факт дает возможность различать поляризующиеся породы и минералы по спектральным характеристикам ВП, особенно при наличии лабораторных петрофизических измерений (рис. 2).
Важным свойством поляризуемости является её устойчивая частотная зависимость (Pelton et al., 1978). Этот факт дает возможность различать поляризующиеся породы и минералы по спектральным характеристикам ВП, особенно при наличии лабораторных петрофизических измерений (рис. 2).
Рис. 2. Лабораторные данные частотной зависимости поляризуемости (нормализованной) типичных рудных минералов: 1 - пирротин, 2 - магнетит, 3 - сульфид, 4 - пирит, 5 - титаномагнетит, 6 - шунгит, 7 - графит.
Порфировые и скарновые месторождения
Месторождения металлических руд, связанные с порфировыми системами, охватывают широкий спектр типов и повсеместно характеризуются тремя основными признаками: (1) наличие жил и прожилков, образующих штокверки, с вкраплениями сульфидов Fe, Cu, Mo, Pb и Zn, а также самородного Au и минералов W, Bi и Sn; (2) минерализация пространственно и генетически связана с интрузивными телами, из которых по крайней мере одно имеет отчетливую порфировую структуру (отсюда название порфировое); (3) большие объемы пород подвергаются гидротермальным изменениям. Во вмещающих породах могут присутствовать карбонатные блоки, которые в результате метасоматоза образуют рудные месторождения скарнового типа. Некоторые из крупнейших в мире месторождений меди, золота, свинца, молибдена, олова, вольфрама и цинка находятся именно в скарнах (рис. 3).
Месторождения металлических руд, связанные с порфировыми системами, охватывают широкий спектр типов и повсеместно характеризуются тремя основными признаками: (1) наличие жил и прожилков, образующих штокверки, с вкраплениями сульфидов Fe, Cu, Mo, Pb и Zn, а также самородного Au и минералов W, Bi и Sn; (2) минерализация пространственно и генетически связана с интрузивными телами, из которых по крайней мере одно имеет отчетливую порфировую структуру (отсюда название порфировое); (3) большие объемы пород подвергаются гидротермальным изменениям. Во вмещающих породах могут присутствовать карбонатные блоки, которые в результате метасоматоза образуют рудные месторождения скарнового типа. Некоторые из крупнейших в мире месторождений меди, золота, свинца, молибдена, олова, вольфрама и цинка находятся именно в скарнах (рис. 3).
Рис. 3. Порфировое месторождение с зонами скарнов. Скарны сформировались в карбонатных породах в приконтактовых зонах внедренных интрузий (по Sillitoe, 2010)
Порфировые и скарновые месторождения часто хорошо выделяются по аномалиям УЭС, поляризуемости, а так же в потенциальных полях. В аномальном магнитном поле порфировые системы часто (но не всегда) проявляются положительными аномалиями в центре системы, которые окружены круговой или подковообразной аномалией низких значений ΔTa. Минерализованные области всегда характеризуются пониженными значениями УЭС относительно нерудных вмещающих пород, за счет присутствия глинистых минералов, сульфидов, повышенной трещиноватости и обводненности. Однако в зонах окварцевания, в пропилитовом ореоле и калиевом ядре могут наблюдаться повышенные значения УЭС. Аномалии ВП наблюдаются над всей порфировой системой (примерно по границе пропилитовых метасоматитов), и, как правило, над областями пиритизации характеризуются более высокими значениями, чем над центральной частью месторождения, представленной богатыми сульфидными рудами. Зоны измененных пород могут проявляться как повышенными, так и пониженными сопротивлениями в зависимости от характера изменений (аргиллитизация, филлитизация, окварцевание и т.д.).
Таким образом, данные электроразведки, полученные при исследованиях порфировых и скарновых месторождений, требуют тщательной интерпретации. Наиболее эффективной технологией является комплекс методов, состоящий из магниторазведки, ВП-СГ (или ЭТ-ВП), а также электромагнитных методов (ЗСБ, АМТЗ). Геофизические данные должны интерпретироваться вместе со всеми имеющимися геологическими, петрофизическими и каротажными данными.
Таким образом, данные электроразведки, полученные при исследованиях порфировых и скарновых месторождений, требуют тщательной интерпретации. Наиболее эффективной технологией является комплекс методов, состоящий из магниторазведки, ВП-СГ (или ЭТ-ВП), а также электромагнитных методов (ЗСБ, АМТЗ). Геофизические данные должны интерпретироваться вместе со всеми имеющимися геологическими, петрофизическими и каротажными данными.
Cu-Au-Mo порфировое месторождение Песчанка, Россия
Компания "Северо-Запад" выполняла работы на медно-порфировом месторождении Песчанка (одном из 20 крупнейших в мире) с 2005 года. На первом этапе по данным магниторазведки и ЭП-ВП были выделены перспективные зоны, где затем была проведена 2D электротомография с измерением ВП. Один из таких 2D-профилей приведен на рисунке 4. В юго-восточной части профиля были выявлены приповерхностный аномальный слой A4 на глубине около 100 м и две глубинные аномалии поляризуемости A2 и A3 на глубине более 200 м. Приповерхностный слой A4 и глубинная аномалия A2 совпадают с аномалиями низкого сопротивления и, таким образом, были интерпретированы как сульфидные рудные тела. Эта интерпретация была позже подтверждена бурением (рис. 4) - выявленная зона характеризуется высоким содержанием сульфидов. Высокоомная аномалия A1 была интерпретирована как тело кварцевого рифа без сульфидной минерализации. На третьем этапе была проведена съемка AMTЗ по нескольким профилям для оценки протяженности нижней кромки выявленных рудных тел.
Компания "Северо-Запад" выполняла работы на медно-порфировом месторождении Песчанка (одном из 20 крупнейших в мире) с 2005 года. На первом этапе по данным магниторазведки и ЭП-ВП были выделены перспективные зоны, где затем была проведена 2D электротомография с измерением ВП. Один из таких 2D-профилей приведен на рисунке 4. В юго-восточной части профиля были выявлены приповерхностный аномальный слой A4 на глубине около 100 м и две глубинные аномалии поляризуемости A2 и A3 на глубине более 200 м. Приповерхностный слой A4 и глубинная аномалия A2 совпадают с аномалиями низкого сопротивления и, таким образом, были интерпретированы как сульфидные рудные тела. Эта интерпретация была позже подтверждена бурением (рис. 4) - выявленная зона характеризуется высоким содержанием сульфидов. Высокоомная аномалия A1 была интерпретирована как тело кварцевого рифа без сульфидной минерализации. На третьем этапе была проведена съемка AMTЗ по нескольким профилям для оценки протяженности нижней кромки выявленных рудных тел.
Рис. 4. Результаты инверсии с элементами интерпретации данных ЭТ-ВП на медно-порфировом месторождении Песчанка.
Cu-Mo порфировое месторождение Бенкала, Казахстан
В 2013 году компанией "Северо-Запад" были проведены комплексные исследования на меторождении Бенкала. Так же, как и на месторождении Песчанка, на первом этапе с помощью магниторазведки и ЭП-ВП была выделена зона сульфидной минерализаци. Затем были проведены съемки методами ЭТ и АМТЗ. С целью выяснения глубинной структуры рудных тел по этим данным рассчитывались независимые и совместные инверсии в программном комплексе Zond. Инверсия данных ЭТ (рис. 5, а) охватывает только верхние 400 м, что соответствует зоне вторичной минерализации в зоне, подверженной выветриванию. Инверсия данных AMTЗ (рис. 5, b) позволяет проследить структуры до глубины 800-1000 м, но дает менее детальную модель.
Наиболее эффективным подходом является совместная инверсия данных ЭТ и AMTЗ, которая сочетает высокое пространственное разрешение данных ЭТ и большую глубину исследования данных AMTЗ. Совместная инверсия позволяет получить точное изображение как высокоомных зон H1 и H2, так и проводящей зоны L (см. рис. 5, с). Глубокая часть центральной проводящей зоны L была интерпретирована как первичная прожилково-вкрапленная сульфидная минерализация, в то время как зона H1 соответствует гранитно-диоритовой интрузии, а зона H2 - кварц-диоритовому дайковому комплексу.
В 2013 году компанией "Северо-Запад" были проведены комплексные исследования на меторождении Бенкала. Так же, как и на месторождении Песчанка, на первом этапе с помощью магниторазведки и ЭП-ВП была выделена зона сульфидной минерализаци. Затем были проведены съемки методами ЭТ и АМТЗ. С целью выяснения глубинной структуры рудных тел по этим данным рассчитывались независимые и совместные инверсии в программном комплексе Zond. Инверсия данных ЭТ (рис. 5, а) охватывает только верхние 400 м, что соответствует зоне вторичной минерализации в зоне, подверженной выветриванию. Инверсия данных AMTЗ (рис. 5, b) позволяет проследить структуры до глубины 800-1000 м, но дает менее детальную модель.
Наиболее эффективным подходом является совместная инверсия данных ЭТ и AMTЗ, которая сочетает высокое пространственное разрешение данных ЭТ и большую глубину исследования данных AMTЗ. Совместная инверсия позволяет получить точное изображение как высокоомных зон H1 и H2, так и проводящей зоны L (см. рис. 5, с). Глубокая часть центральной проводящей зоны L была интерпретирована как первичная прожилково-вкрапленная сульфидная минерализация, в то время как зона H1 соответствует гранитно-диоритовой интрузии, а зона H2 - кварц-диоритовому дайковому комплексу.
Рис. 5. Результаты 2D инверсии: a - данных ЭТ, b - данных АМТЗ, c - данных ЭТ+АМТЗ. Медно-порфировоей месторождение Бенкала, Казахстан
Трубки взрыва
В 2003 г. по заказу ЯНИГП ЦНИГРИ ООО “Северо-Запад” выполнял площадные АМТ исследования на полигоне Хатат в Мирнинском кимберлитовом поле (Западная Якутия). Работы были направлены на оценку эффективности технологии АМТЗ при поисках трубок взрыва. На данном участке ранее был закартирован ряд туфовых трубок взрыва, приуроченных к зоне разлома Центральный.
Результаты АМТЗ представлены в форме карт кажущегося сопротивления, амплитудных полярных диаграмм и вещественных индукционных векторов. На картах кажущегося сопротивления на частотах 10, 100, 1000 и 5000 Гц видны зоны пониженных значений сопротивления, которые совпадают с положением ранее выявленных трубок взрыва.
Карты амплитудных полярных диаграмм выявили характерную картину радиальной ориентировки длинных осей диаграмм по отношению к центру аномалии кажущегося сопротивления. Примечательно, что над самым центром аномалии диаграммы имеют изометричные очертания. По видимому, подобная картина может использоваться как картировочный признак.
На карте вещественных индукционных векторов на частоте 1 кГц, наложенной на карту эффективного Контуры трубок по данным кажущегося сопротивления, видна закономерная ЯНИГП ЦНИГРИ ориентация векторов в направлении от центра трубки.
Рис. 6. Результаты съемки АМТЗ на полигоне Хата в Якутии