Типовые модели разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальнего Востока России

Полный текст

Введение Складывающаяся в настоящее время ситуация на рынке цветных металлов характеризуется увеличением дефицита качественных руд, этим обосновывается необходимость пересмотра отношения к поиску и оценке новых горнопромышленных типов месторождений. Ухудшение структуры и качества разведанных запасов приводит к трансформации всей минерально-сырьевой базы меди. На протяжении последних десятилетий отечественная сырьевая база меди, в отличие от большинства зарубежных, базировалась не на медно-порфировых месторождениях, а на объектах сульфидного медноникелевого, стратиформного и колчеданного геолого-промышленных типов [1]. Одно из основных направлений увеличения ресурсной базы - вовлечение в отработку новых медно-порфировых месторождений. Медно-порфировые месторождения представляют собой крупные комплексные месторождения размером до первых километров, обладающие незначительным содержанием и огромными запасами с низкой себестоимостью за счет открытой добычи (не менее 500 тыс. т меди и 150-200 т золота при среднем содержании 0,5-1 % меди и 0,6-1 г/т золота). Такие месторождения содержат несколько полезных компонентов, которые целесообразно добывать и затем реализовывать в различных отраслях экономики. Основными направлениями дальнейшего развития минерально-сырьевого комплекса на ближайшее будущее являются освоение высокоперспективных медно-порфировых месторождений Дальнего Востока - Песчанка, Баимское и Малмыж, а также изучение перспективных и потенциально перспективных рудных районов, узлов и проявлений в пределах системы вулкано-плутонических поясов Дальнего Востока. 1. Модели разработки медно-порфировых месторождений Проведение геологоразведочных работ на медно-порфировых объектах в определенной последовательности обуславливает необходимость составления комплексных прогнозно-поисковых и многофакторных моделей разработки медно-порфировых месторождений. Комплексные модели объектов прогноза и поисков комплексных меднопорфировых месторождений строятся для каждого типа (рудноформационного или геолого-промышленного). Данные модели составляют на основе разработанных прогнозно-поисковых признаков, которые отражают закономерности их проявления в геологических, геофизических, минералого-геохимических характеристиках изучаемых рудоносных площадей [2]. Модели разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальнего Востока РФ должны отражать основные черты рудно-метасоматической и геохимической зональности, особенности глубинного строения объектов моделируемого класса и тенденции изменения состава и физических свойств рудоконтролирующих геологических тел с глубиной. Основными приемами моделирования разработки комплексных медно-порфировых месторождений РФ являются изучение эталонных объектов, которые имеют различный уровень эрозионного среза, и объемное геолого-геофизическое моделирование эталонных объектов. На основании полученных результатов исследования конкретных объектов строится единая модель [2]. Система составления типовых моделей разработки комплексных медно-порфировых месторождений для прогноза, поисков и разведки состоит из трех этапов: работ общегеологического назначения, поиска и оценки месторождений, разведки и освоения месторождений. 2. Модели первого этапа разработки медно-порфировых месторождений На рис. 1 представлены типовые модели первого этапа разработки комплексных медно-порфировых месторождений. Рассмотрим характерные черты таких моделей месторождений Дальневосточного региона РФ. Геолого-генетические модели - это модели геологических процессов, которые указывают на формирование и геологическое строение металлогенических зон, рудных узлов, рудных районов, рудных полей и месторождений и дают возможность сделать прогноз условий локализации рудных тел. Рудно-формационные модели Для трех уровней разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ - близповерхностного, субвулканического и гипабиссального - рассматриваются геолого-генетические модели порфировых объектов на примере эталонных объектов. Классическим моделям порфировых объектов других регионов мира соответствует группа гипабиссальных проявлений [4]. Работы общегеологического назначения [Work for common geological target] Геолого-генетические модели [Geological and genetic models] Рудно-формационные модели [Ore-formation models] Региональные геофизические модели [Regional geophysical models] Геохимические модели [Geochemical models] Модели геологических факторов размещения оруденения [Models of geological factors of ore mineralization placement] Модели мантийно-коровых рудообразующих систем [Models of mantle-crust ore-forming systems] Рис. 1. Типовые модели первого этапа [Figure 1. Typical models of the 1st stage] Согласно принципам структурно-формационного подхода к региональному прогнозированию разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ характеризуются в основном недоизученностью и недоопоискованностью. Поисковые геолого-геофизические модели разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ позволяют оценивать физические свойства горных пород и выбирать поисковую геофизическую технологию. Обобщенные поисковые геолого-геофизические модели позволяют рационально проводить поисковые работы и осуществлять как прямые поиски сульфидных минералов меди, так и структур в которых эти минералы могут быть сосредоточены. Оптимальный комплекс геофизических методов разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ должен включать в себя такие методы, как: o магнитометрия; o измерения магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности; o электроразведка с применением современных технологий. Главным поисковым методом разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ является электротомография удельных электрических сопротивлений и вызванной поляризации. Особое внимание при работе с данными электротомографии необходимо уделять их качеству. Основное направление развития технологии электротомографии связано с увеличением соотношения «сигнал - помеха» [10]. медно-порфировых месторождений относятся к работам общегеологического назначения, проводимым на стадии регионального геологического изучения недр. 3. Модели второго этапа разработки медно-порфировых месторождений На рис. 2 представлены типовые модели второго этапа разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальнего Востока РФ. Рассмотрим характерные черты данных моделей. Одним из самых эффективных и распространенных методов выявления медно-порфировых оруденений являются геохимические поиски. Стоит отметить, что на поисковой стадии геологоразведочных работ медно-порфировых месторождений определение перспективности медно-порфировых объектов по геохимическим данным представляется нетривиальной задачей. В результате гипергенных процессов, в зависимости от климатических и ландшафтных условий, в зоне гипергенеза происходит перераспределение главных и второстепенных рудных элементов, что оказывает влияние на результаты количественной оценки их содержания в рудах и ресурсов по вторичным ореолам. В основе прогноза оруденения на глубину лежат характеристики эндогенной зональности оруденения. Поскольку медно-порфировые, или порфирово-эпитермальные, системы, как правило, являются полистадийными и помимо медно-порфирового оруденения могут продуцировать еще несколько типов сопутствующей минерализации, выявление геохимической зональности каждой отдельной порфирово-эпитермальной системы требует индивидуального и комплексного подходов, то есть интеграции геохимических, минералогических, термобарометрических и других данных [8]. Поиск и оценка месторождений [Prospecting and appraisal of deposits] Прогнозно-поисковые модели [Prospecting model] Комплексные модели [Complex model] Геологоструктурные модели [Geological and structural models] Петрофизические модели [Petrophysical model] Геолого-промышленные качественные модели [Geological and industrial quality models] Термобарометрические модели [Thermobarometric models] Геофизические модели [Geophysical models] Статистические модели [Statistical model] Геохимические модели [Geochemical models] Физико-химическиемодели [Physics and chemical models] Изотопно-геохимические модели [Isotope-geochemical models] Рис. 2. Типовые модели второго этапа [Figure 2. Typical models of the 2nd stage] Принцип аналогии, который учитывает общие закономерности формирования месторождений полезных ископаемых разных типов, является научнометодической основой разработки типовых прогнозно-поисковых моделей разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ. Прогнозно-поисковые модели разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ формируются из сопряженных и соподчиненных элементов рудоносного пространства, которые определяют геологическую обстановку локализации объекта поисков, включают геологические предпосылки, поисковые критерии и другие показатели, отражающие наличие и степень проявления рудообразующих процессов. На их основе выделяются свойственные данному геолого-промышленному типу характеристики месторождений, помогающие определить систему поисковых методов. Прогнозно-поисковые модели дают ответы на вопросы об облике скопления рудного вещества, его геологической обстановке и критериях оценки. По мнению В.В. Авдонина, основными элементами прогнозно-поисковых моделей являются: o ассоциации горных пород, рудоносные формации, их части (фации, фазы и т.п.) в закономерных сочетаниях, определяемых структурой и палеотектонической обстановкой месторождения, - совокупность этих факторов определяет условия нахождения объекта; o наличие и уровень концентрации косвенных (минеральных, химических, физических) индикаторов данного типа оруденения, выделяемых на основе применения минералогических, геохимических и геофизических поисковых методов; o совокупность прямых признаков, указывающих на наличие данного вида полезного ископаемого; o изменение характеристик элементов модели в зависимости от геологической обстановки (признаки скрытого оруденения, влияние перекрывающих толщ, уровень эрозионного среза, пострудные дислокации и т.д.). В соответствии со спецификой разных стадий геологических работ при формировании прогнозно-поисковых моделей каждого типа необходимо учитывать следующие обстоятельства: o масштабность и детальность исследования; o категории и виды поисковых критериев; o исходные и результирующие объекты моделирования; o виды работ; o формы графического представления моделей [3]. К фундаментальным свойствам геологической среды относятся характеристики геологического вещества, геологической структуры, а также представления о динамическом или энергетическом состоянии минеральных масс и их взаимодействиях, формирующих наблюдаемую структуру. В соответствии с классической механикой геолого-структурные модели разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ включают представления о геологических структурах в наблюдаемом виде (геостатика), а также представления о силах, условиях и механизмах формирования структуры объекта (палеогеодинамика). Такие модели качественно отличаются от моделей, создаваемых на базе историко-геологических принципов. В основе построения геолого-структурных моделей лежат три главных положения: o принцип адекватности отображения реальной геологической ситуации - ориентирует на документацию реально наблюдаемых характеристик породных масс и исключает процедуры восстановления того, что предшествовало формированию наблюдаемой структуры, однако в отношении сил, условий и механизмов формирования; o принцип выделения главного формационного мегакомплекса тектонитов зон смятия в целом и его детализации на основе классификации породных масс и структурно-вещественных комплексов; o принцип интери экстраполяции при определении положения границ геологических тел и неоднородностей строения. Принципы адекватности описания и типизации динамометаморфических породных ассоциаций, адаптированные к условиям конкретной деформационно-метаморфической структуры, позволяют полнее использовать структурно-вещественный подход к разработке теоретических основ, а принцип интери экстраполяции - совершенствовать создание адекватных графических моделей [11]. Обязательным условием успешной работы является сочетание различных методов разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ в целях разбраковки различных аномалий. С.А. Григоровым представлена методика геохимического прогноза и поисков разработки комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ на основе фундаментальных законов самоорганизации диссипирующей среды с выявлением структурных признаков эволюции рудои ореолообразования на всех уровнях формирования геохимического поля. На стадии разведки и эксплуатационной разведки месторождений при сложном геологическом строении, несмотря на высокую плотность разведочной сети, часто возникает вопрос о поиске и геометризации скрытых тел. Коллективом авторов из ИГЕМ РАН по Северо-Восточному Забайкалью разработана методика, включающая комплекс методов: o структурно-парагенетический анализ; o тектонофизический анализ; o стереогеометрический анализ; o компьютерное 3D-моделирование. Комплекс данных методов позволяет моделировать механизм деформаций и его последствия, а при сравнении с установленной картиной распределения жильных тел - прогнозировать новые тела [12]. Исходя из петрофизических свойств вмещающих пород и руд, можно задать ограничение интервала ожидаемых значений удельного электрического сопротивления и поляризуемости, что на порядок повышает достоверность формализованной инверсии электроразведочных данных. Информацию об электрических свойствах горных пород и руд получают на основе петрофизических лабораторных измерений на образцах либо по результатам электрического каротажа бокового каротажного зондирования разведочных скважин [5]. В настоящее время исследования в области комбинированной геотехнологии, проводимые ведущими горными школами в России и за рубежом, ограничивались преимущественно изучением взаимодействия процессов физико-технических открытых и подземных геотехнологий. Существующие методики обоснования параметров комбинированной разработки в основном предусматривают определение границ перехода от открытого к подземному способу разработки без учета возможности применения физико-химических геотехнологий, имеющих существенный резерв повышения полноты и комплексности освоения рудных месторождений за счет вовлечения в разработку бедного природного и техногенного минерального сырья. Использование системного анализа горно-геологических, гидрогеологических, геохимических условий освоения комплексных медно-порфировых месторождений Дальневосточного региона РФ, исследование особенностей вещественного состава полиметаллических руд позволяют выявлять рудные участки, ранее не разрабатываемые традиционными физико-техническими способами добычи в силу таких факторов, как: o особенности залегания; o сложный минеральный состав; o низкое содержание ценных компонентов. Вовлечение в эксплуатацию некондиционных руд и отходов производства обеспечивает такие конкурентные преимущества предприятий отрасли, как: o восполнение минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий, снижение издержек производства на 10-15 %; o повышение извлекаемой ценности добываемых и перерабатываемых руд на 30-40 %; o снижение потерь полезных ископаемых в недрах на 15-20 %; o повышение степени комплексности освоения минеральных ресурсов на 30-40 %; o снижение экологической нагрузки [9]. Модели данного этапа используются на стадии поисковых работ и для оценки месторождений. 4. Модели третьего этапа разработки медно-порфировых месторождений На рис. 3 представлены типовые модели третьего этапа разработки комплексных медно-порфировых месторождений. Рассмотрим их характерные черты. Из основных характеристик для построения моделей медно-порфировых месторождений типичным является набор зональных метасоматических изменений, имеющих непосредственную корреляцию с участками, богатыми рудой [6]. Наиболее яркие примеры: · калиевые изменения; · кварц-серицитовые вторичные изменения; · расширенная аргиллизация; · пропилитизация. Обычно гипогенные аргиллитовые изменения образуются относительно поздно в процессе образования порфировой системы, но могут быть и более ранними. Некоторые исследователи доказывают, что разница между набором метасоматитов не связана с отличиями в самих порфировых системах [7]. А.В. Канцелем и А.В. Червоненкисом в 1990 году была предложена мультиструктурная модель геохимического поля, которая позволяет представить его как произведение низкои высокочастотной функции пространственных координат, что дает возможность увеличить достоверность производимых оценок промышленных параметров месторождений полезных ископаемых. Одна из этих координат носит шумовой характер и выступает в качестве высокочастотного случайного процесса, а другая координата является главной функцией (трендом), отражающей общие тенденции роста уровня концентраций или его снижения в пределах изучаемого объема недр. Разведка и освоение месторождений [Exploration of deposits] Геолого-промышленные количественные модели [Geological and industrial quantitative models] Модели рудно-метасоматической зональности [Models of ore-metasomatic zonality] Параметрические модели [Parametric model] Геолого-математические модели [Geological and mathematical models] Морфометрические модели [Morphometric models] Мультиструктурные геохимические модели [Multi-structured geochemical models] Концентрационные модели [Concentration models] Градиентно-векторные модели [Gradient vector models] Многофакторные модели [Multifactor models] Рис. 3. Типовые модели третьего этапа [Figure 3. Typical models of the 3rd stage] Мультиструктурная модель представляет поле концентраций как модулированное случайное поле, где шумовая составляющая играет роль несущей функции, а тренд - моделирующей. Они принципиально отличаются от традиционной аддитивной модели тем, что предполагают существенную зависимость между трендом и остатком тренда. При этом характеристикой тренда выступает его уровень, а характеристиками его остатка оказываются дисперсия, спектральные и частотные свойства. Корреляционные связи между уровнем тренда и свойствами остатка (эффект модуляции) зафиксированы на природных объектах. Адекватность мультиструктурной модели подтверждается реальным геохимическим полем, что полезно в качестве дополнительного критерия при проведении прогнозно-оценочных работ [13]. Заключение Анализ этапов моделирования разработки комплексных медно-порфировых месторождений в силу их многообразия и специфики позволяет выделить такие обобщающие факторы их применения, как комплексность, системность и использование передовых технологий проведения геологоразведочных работ. В настоящее время уже известные типы оруденения, являющиеся основой добычи в регионах, исчерпали свой потенциал. Существенным резервом для развития поисковых работ являются районы со сложными ландшафтно-геоморфологическими условиями, которые требуют новых методик обнаружения скрытых и перекрытых комплексных медно-порфировых месторождений. Для повышения уровня геолого-экономической эффективности использования моделей разработки комплексных медно-порфировых месторождений необходимо: · применять современные геохимические, изотопно-геохимические и изотопно-геохронологические методы изучения геологических объектов; · задействовать современные методы обработки и визуализации информации, позволяющие систематизировать большие объемы разноплановых данных; · формировать генетические модели наиболее перспективных типов рудных месторождений, обращаясь к новым современным парадигмам и достижениям в области геодинамики, петрологии, термодинамики и других направлений геологии и смежных областей. Комплексное применение данных методик позволит повысить уровень геолого-экономической эффективности использования моделей разработки комплексных медно-порфировых месторождений РФ.

Об авторах

Алексей Сергеевич Десяткин

Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе

Автор, ответственный за переписку.
Email: usova-vm@rudn.ru

Главный менеджер АО «Росгеология», соискатель кафедры экономики минерально-сырьевого комплекса

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

Валентина Михайловна Усова

Российский университет дружбы народов

Email: usova-vm@rudn.ru

Старший преподаватель департамента геологии, горного и нефтегазового дела, Инженерная академия

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Елена Михайловна Котельникова

Российский университет дружбы народов

Email: usova-vm@rudn.ru

Ассистент, департамент недропользования и нефтегазового дела, к.г.-м.н.

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы