Способ поиска месторождения полезного ископаемого
Изобретение относится к геолого-резведочным работам на стадии поиска месторождения ископаемого с использованием вертикальных горных выработок (скважин и шурфов). Техническая сущность нового решения заключается в выполнении разведочных выработок на начальном этапе поисково-оценочных работ в поисковых точках, размещенных на траектории спирали. О перспективности опоисковываемой территории судят по поисковым участкам в переделах спиральной разведывательной сети: трапециям - для спирали Архимеда; треугольникам - для логарифмической спирали; квадратам - для спирали Фибоначчи. Технический результат - снижение временных и экономических затрат на геолого-разведочные работы в условиях минимума надежной геологической информации об изучаемом объекте. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области геологии в части ведения геолого-разведочных работ и может найти применение при выборе таких элементов системы разведочных работ, как форма и густота разведочной сети с использованием в основном вертикальных горных выработок в виде буровых скважин и шурфов.
В практике геолого-разведочных работ обычно применяют две основных технологии ведения работ: разведочные выработки размещают по сеточной или линейной схемам. Сеточная технология используется преимущественно при горизонтальном и пологом залегании тел полезного ископаемого, а линейная технология - в случае вытянутой формы (в плане) объекта разведки и при наклонном залегании пород месторождения.
Способ реализации выбранной технологии - сетевой или линейной существенно зависит от густоты или плотности разведочной сети, расстояний между разведочными выработками, количества разведочных выработок па единицу площади участка. Так при детальной разведке простых месторождений расстояние между выработками принимают равным 1000-1500 м, для более сложных - 100-500 м, а для очень сложных -до 25-50 м. Сгущение разведочной сети вдвое ведет к увеличению количества разведочных выработок на единицу площади, вчетверо с увеличением затрат на 1 т разведанных запасов почти в четыре раза.
Известны геологические, статистические, аналитические и геометрические методы определения необходимого числа разведочных точек и расстояний между ними в пределах заданного участка (блока) при заданной точности определения среднего значения изучаемого показателя.
В методе геологических построений разведочную сеть определяют по прогнозным детальным планам и картам, проектным геологическим профилям, по горизонтным и гипсометрическим планам, планам изменения качества полезного ископаемого, проектным схемам подсчета запасов.
В методе сравнения разведочных данных с эксплуатационными данные о залежи (форме, мощности, строении, тектонике, качестве полезного ископаемого, запасах), полученные в результате проведения геологоразведочных работ, сравнивают с данными геолого-маркшейдерских планов ее отработки и по сходству или расхождению указанных показателей определяют соответствие разведочной сети данному типу залежи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу поиска месторождения полезного ископаемого является экспериментальный метод разрежения разведочной сети (Беленьков А.Ф. Геолого-разведочные работы. Основы технологии, экономики, организации и рационального природопользования. - Новосибирск: Сибирское соглашение, 2006. С.38). В этом методе по заведомо представительной густой разведочной сети определяют характеристики залежи, месторождения и их запасы, которые принимают за истинные, и с ними сравнивают характеристики залежи, месторождения и запасы, получаемые при исключении одной, двух, трех и так далее выработок. Оптимальная сеть получается при достижении заданной точности определения средних показателей, характеризующих залежь, месторождение.
Недостатком перечисленных выше способов ведения геологоразведочных работ является необходимость наличия большого объема априорной информации (геологических построений, геолого-маркшейдерских планов, представительной густой разведочной сети), что ограничивает и даже исключает возможность их применения на начальной, поисково-оценочной, стадии разведки.
Поставлена задача - на первоначальной, поисково-оценочной, стадии геолого-разведочных работ, в условиях минимума надежной геологической информации об изучаемом объекте, снизить затраты на разведку путем выбора формы и густоты разведочной сети, порядка выполнения разведочных выработок и анализа результатов выработок на опоисковываемой территории.
Сформулированная техническая задача решена следующим образом.
Установленные априори на опоисковываемой территории единичные локализации прогнозных признаков полезных ископаемых оценивают на предмет перспективности и выбирают наиболее перспективную локализацию, которую считают истинной. Координаты истинной локализации прогнозных признаков выбирают за полюс спирали, по траектории витка которой выполняют разведочные выработки с определенными расстояниями между ними. Перспективность отдельных участков опоисковываемой территории оценивается по результатам выработок с учетом геометрического свойства выбранного типа спирали:
- размещая разведочные выработки по спирали Архимеда, о перспективности судят по поисковым виткам (трапециям) с учетом постоянства расстояний между витками;
- размещая разведочные выработки по логарифмической спирали, о перспективности судят по поисковым треугольникам с учетом постоянства угла между касательной к ней и радиус-вектором в любой точке спирали;
- размещая разведочные выработки по спирали Фибоначчи, о перспективности судят по поисковым квадратам с учетом что, что числа Фибоначчи выражают длины сторон спиральной последовательности квадратов.
Предложенный способ поиска месторождения полезного ископаемого позволяет в условиях дефицита исходной геологической информации об изучаемом объекте устанавливать аналогию конкретного изучаемого месторождения определенному геолого-промышленному тину с минимальными затратами на горные выработки.
Это достигается за счет общего геометрического свойства спирали - плоской кривой линии, многократно обходящей одну из точек на плоскости, называемую полюсом спирали. Такая форма кривой делает естественной запись ее уравнения в полярных координатах r=f(φ), где функция f монотонно увеличивается или монотонно уменьшается с увеличением угла φ для всех действующих значений φ. Такое свойство спирали позволяет минимальным числом разведочных горных выработок реализовать комбинированную линейно-сеточную технологию поиска и с помощью геометрии подобий выделяемых в пределах спирали поисковых участков оценивать перспективность изучаемого геологического объема. При этом свойства объекта, характеризующие полюс спирали, принимаются за истинные (опорные, базовые), а свойства объекта, характеризуемые поисковыми точками на ветви спирали, сопоставляются в пределах поисковых участков и между поисковыми участками, повышая достоверность поиска и прогноза перспективности опоисковываемой территории.
Полярное уравнение спирали Архимеда (Фиг.1) имеет вид r=аφ. Геометрическим свойством, характеризующим эту спираль, является постоянство расстояний между витками, каждое из которых равно 2πа. Поисковыми элементами, выделяемыми горными выработками, для опоисковывания территории по спирали Архимеда могут быть фрагменты витка - поисковые витки, или межвитковые сегменты, аппроксимируемые поисковыми трапециями.
Уравнение в полярных координатах логарифмической спирали (фиг.2) имеет вид r=аφ. Геометрическим свойством, характеризующим данную спираль, является тот факт, что в любой точке логарифмической спирали угол между касательной к ней и радиусом-вектором сохраняет постоянное значение. Поэтому эту спираль называют еще равноугольной спиралью, что предопределяет выбор треугольника в качестве поискового элемента.
Числа Фибонначи 1, 1, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89 … выражают длины сторон спиральной последовательности поисковых квадратов. Геометрическое свойство спирали Фибонначи (Фиг.3) описывается уравнением U1 2+U2 2+U3 3+…+Un 2=UnUn+1 для любого n.
Предлагаемый способ поиска месторождения полезного ископаемого реализует следующую последовательность действий:
- установление на опоисковываемой территории координат локализации истинных (опорных, базовых) прогнозных признаков;
- выбор спиральной линейно-сеточной разведочной сети с полюсом спирали, имеющим координаты локализации истинных (опорных, базовых) прогнозных признаков;
- выполнение по траектории витка спирали разведочных выработок с определенными расстояниями между ними;
- построение по поисковым точкам поисковых участков (треугольников, квадратов, трапеций) и геологических профилей;
- анализ результатов выполненных выработок и оценка перспективности отдельных участков опоисковываемой территории с учетом геометрического свойства выбранного типа спиральной линейно-сеточной разведочной сети.
Рассмотрим примеры возможной реализации предлагаемого способа при выполнении поисково-оценочных работ на Полынянском участке Бакчарского железорудного проявления в Томской области (2005-2007 г.г.). На территории Полынянского участка 5×7,5 км к началу работ имелось 4 поисковых скважины, выполненные по сети 2,5×2,5 км в центральной части участка первооткрывателями Бакчарского железорудного проявления Бакчарской поисково-разведочной партией - в 1957-1958 г.г. Были получены следующие результаты бурения: средняя мощность залежей - около 50 м; среднее содержание валового железа - 35%.
Пример 1. Способ поиска по спирали Архимеда (Фиг.4)
Полюс спирали - центр квадрата, образуемого скв. 41, 42, 46 и 49. Вновь пробуренные скважины по траектории витка (7 шт.) - скв. Р1, Р6, Р7, Р8, Р9, Р10, Р11. Анализируемые элементы - геологические профили, образуемые скважинами: Р11, Р2, Р3 и Р8; Р6, Р1 и Р7; Р10, Р5, Р4, Р9; Р11, Р6 и Р5; Р2, Р1 и Р4; РЗ, Р7 и Р9; Р10, Р6 и Р2; Р5, Р1 и Р3; Р4, Р7 и Р8; поисковые элементы (трапеции), образуемые скважинами: Р11, Р10, Р5 и Р2; Р2, Р5, Р4 и Р3; Р3, Р4, Р9 и Р8; Р6, Р5, Р1 и Р2; Р1, Р4, Р7 и Р3; Р2, Р1, Р3 и Э; Р5, Э, Р4 и Р1; Р11, Р6, Р2 и Э; Р10, Э; Р10, Э, Р5 и Р6; Р4, Э, Р9 и Р7; Р3, Р7, Р8 и Э; где Э - экстраполяция геологического профиля. Постоянный шаг спирали - 0,9 км. Критерий перспективности - подобие прогнозных признаков в трапециях признаком в полюсе спирали.
Пример 2. Способ поиска по логарифмической спирали (Фиг.5)
Полюс спирали - в месте расположения скв. 46. Вновь пробуренные скважины по траектории витка (6 шт.) - С2, С3, С4, С5, С6 и С8.
Анализируемые элементы - геологические профили, образуемые скважинами: С8, 41, С1(46), С4; С7 (42), С1 (46), С3; С2, С1 (46), 49, С6; поисковые элементы (треугольники с углом при полюсе спирали 45°), образуемые скважинами: С1(46), С2 и С3; С1 (46), С3 и С4; С1 (46), С4 и С5; С1 (46), С5 и С6; С1 (46), С6 и С7 (42); С1 (46), С7 (42) и С8. Критерий перспективности - подобие прогнозных признаков в треугольниках в начале витка спирали и по ее дальнейшей траектории.
Пример 3. Способ поиска по спирали Фибоначчи (Фиг.6)
Полюс спирали - 0,2 км южнее скв. 46.
Вновь пробуренные скважины по траектории витка (5 шт.) - U1, U3, U5, U8 и U13 - все по центрам поисковых квадратов, образуемых числами из ряда Фибоначчи. Анализируемые элементы - геологические профили I-I; II-II; III-III; IV-IV; V-V; VI-VI; VII-VII; и VIII-VIII; поисковые элементы (квадраты), содержащие скважины U1 2 (U1); U2 2 (46); U3 2 (U3); U5 2(U5); U8 2 (U8, U49) и U13 2 (U13, 41, 42). При этом 
Критерии перспективности - подобие прогнозных признаков в квадратах, соответствующих трем первым членам ряда чисел Фибоначчи, прогнозным признакам в квадратах, соответствующих последующим членам этого ряда.
На Фиг.7 представлена схема расположения проектных поисково-разведочных скважин Полынянского участка Бакчарского железорудного проявления, реализованная в поисковой части геолого-разведочных работ ООО «Томская горнодобывающая компания - руда» (ООО «ТомГДКруда») в период 2005-2007 г.г. Был использован способ опоискования по сети с ячейкой скважин 1250×1250 м, всего пробурено 27 скважин с отбором кернового материала и из одной скважины методом скважинной гидродобычи получена валовая проба железной руды объемом 1 тыс.т. В силу однородности (монотонности изменения) по площади 37,5 кв.км Полынянского участка практически всех прогнозных свойств железорудной залежи принципиально новой информации, по сравнению с состоянием на 1958 год (были пробурены скв. 41, 42, 46, 49), получено не было. Новые данные фактически во всем подтвердили оценку, сделанную по первым поисковым скважинам 1957-1958 г.г. В силу этих обстоятельств применение предложенного способа поиска позволило бы сэкономить 20-22 млн руб. в зависимости от выбранного типа спиральной линейно-сеточной разведочной сети скважин (при стоимости бурения одной скважины 1 млн руб.). Дальнейшую разведку участка также можно будет осуществлять в соответствии с существующими рекомендациями, изложенными в методических инструкциях Государственной комиссии по запасам (ГКЗ).
Фактически приведенные выше примеры показывают, что предлагаемый способ поиска месторождения полезного ископаемого реализует прием изменения густоты разведочной сети, но не но линейной зависимости (обычно, кратно двум, четырем и т.д.), а по закону изменения траектории витка спирали с использованием геометрии подобия выделенных поисковых элементов, охватываемых спиралью.
Таким образом, основное преимущество предложенного способа перед известными сводится к существенному сокращению разведочных горных выработок на единицу площади опоисковываемой территории, что уменьшает экономические и экологические издержки и время проведения поисковых работ.
1. Способ поиска месторождения полезного ископаемого, включающий локализацию прогнозных признаков, выбор формы и густоты разведочной сети, выполнение разведочных выработок, анализ результатов выработок на опоисковываемой территории и оценка ее перспективности на промышленно значимое содержание в недрах полезного ископаемого, отличающийся тем, что разведочные выработки выполняют на начальном этапе поисково-оценочных работ, формируя оптимальную разведочную сеть, при наличии на опоисковываемой территории единичных локализаций прогнозных признаков полезного ископаемого, координаты одной единичной локализации прогнозных признаков выбирают за полюс спирали, по траектории витка которой в поисковых точках выполняют разведочные выработки с определенными расстояниями между ними, по поисковым точкам строят поисковые участки и геологические профиля, анализируют результаты выработок по выделенным поисковым участкам и геологическим профилям и оценивают перспективность опоисковываемой территории с учетом геометрического свойства спирали.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разведочные выработки размещают по спирали Архимеда, а о перспективности судят по поисковым трапециям с учетом постоянства расстояний между витками спирали.
3. Способ п.1, отличающийся тем, что разведочные выработки размещают по логарифмической спирали, а о перспективности судят по поисковым треугольникам с учетом постоянства угла между касательной к ней и радиус-вектором в любой точке спирали (равноугольности спирали).
4. Способ п.1, отличающийся тем, что разведочные выработки размещаются по спирали Фибоначчи, а о перспективности судят по поисковым квадратам с учетом того, что числа Фибоначчи выражают длины сторон спиральной последовательности квадратов.
