Геофизические методы для поиска золота, серебра и полиметаллов

Месторождения у поверхности земли уже найдены и отработаны или отрабатываются. Значит, пора их искать на больших глубинах. Здесь нам поможет геофизика. Какие геофизические методы включать в геологоразведочные работы читайте в нашем материале.

Геофизики ищут аномалии

Задача геофизики — регистрировать физические аномалии. Специалисты измеряют естественные поля Земли (гравитационное и магнитное) или создают искусственные поля с помощью генераторов и виброустановок (электрические поле, поле упругих колебаний). Делается это, чтобы найти отклонения от средних значений.  

Эти отклонения — аномалии — создаются различными свойствами горных пород и руд: плотностью, магнитной восприимчивостью, радиоактивностью, сейсмическими и электрическими свойствами. Если аномалия есть, то возможно на глубине залегает рудное тело.

О своем рабочем дне геофизика и о 3D-электортомографии рассказываю в заметке «Один мой день на другом берегу Арктики».

От общей к точной картине месторождения

Чтобы получить общие данные о физических свойствах горных пород с площадей в сотни и тысячи квадратных километров, мы исследуем местность с самолета или вертолета. Это аэрогеофизика.

В аэроварианте мы проводим гравиразведку, магниторазведку, гамма-спектрометрию, частотную и импульсную (электромагнитную) электроразведку. О некоторых из них мы поговорим дальше.

Чтобы получить более детальную картину месторождения и различить аномалии меньшего размера, оборудование расставляют на поверхности. Это наземная геофизика. 

Еще приборы можно опустить в скважину. Если мы изучаем пространство между несколькими скважинами с расстоянием от 50 м — это скважинная геофизика. Не путать с каротажем, когда мы помещаем прибор внутрь одной скважины и получаем данные только вокруг нее.

Аэрогеофизику выпоняют на региональной стадии геологоразведочных работ, а наземную и скважинную  — на поисковой и разведочной. Аномалии в сотни метров видны при аэросъемке, а наземная и скважинная геофизика раскрывает уже положение и размеры потенциального рудного тела.

Решаем, обращаться ли к геофизике

Прежде чем перейти к подбору геофизических методов, нужно понять, можно ли вообще решить геологическую задачу геофизикой. Для этого ответьте на два вопроса:

1. Отличается ли по физическим свойствам поисковый объект от вмещающих пород? Разрез может слагаться разными породами, но если их физические свойства одинаковы, то разделить эти породы геофизическими методами не получится.
2. Создаст ли поисковый объект аномалию, которую можно зарегистрировать и выделить среди помех? Выполните математический расчет (моделирование) специальной программе до выезда в поле. Определите, какую аномалию может создать рудное тело, используя знания о физических свойствах горных пород, размерах рудных тел и предполагаемой глубине их залегания.

Выбираем геофизические методы

Если на оба вопроса вы ответили да, то дальше мы подбираем методы поиска рудных тел.

Ищем магнитные аномалии

Искать месторождения железных руд, выявлять и картировать интрузивные тела (дайки и батолиты), трассировать разрывные нарушения можно с помощью магниторазведки. Она фиксирует отклонения от нормального магнитного поля Земли — магнитные аномалии. Именно они несут информацию о намагниченности геологических тел.

Аномальное магнитное поле бывает региональным и локальным:

1. Региональные аномалии (например, курская) простираются на больших территориях. Их вызывают крупные структуры, сложенные породами и железными рудами с высокими магнитными свойствами.
2. Локальные аномалии появляются из-за разной намагниченности геологических структур или залежей руд. Эти аномалии создаются небольшими рудными телами мощностью до первых сотен метров, которые тоже заметны в региональном тренде магнитного поля.

Пример локальной магнитной аномалии над рудными телами мы видим на профиле через месторождение Цяньань в Китае. Чем глубже железная руда, тем менее отчетливой становится магнитная аномалия.

Смотрим на отклонения в силе тяжести

Выявлять интрузии, разрывные нарушения, складки осадочного чехла, рудные тела, залежи нефти и газа и прочие локальные плотностные неоднородности помогает гравиразведка.

Гравиразведка измеряет изменение ускорения силы тяжести, которое возникает из-за разной плотности горных пород. Но нас интересует не сама сила тяжести на поверхности Земли, а ее вариации на много порядков меньше, поэтому в гравиметрии используют дробную единицу миллигал (мГал), 1 мГал = 10–5 м/с2 или 9,8 м/с2 = 980 000 мГал.

В поле силы тяжести на месторождении Элязыг в Турции хромитовые тела с повышенными значениями плотности выделяются положительными аномалиями.

Грозы на службе геофизика

Для изучения глубоких горизонтов используют магнитотеллурическое зондирование. Оно регистрирует магнитотеллурическое поле Земли (МТ-поле), которое состоит из колебаний различной частоты. Высокочастотные колебания МТ-поля быстро затухают с глубиной, а низкочастотные, наоборот, проникают очень глубоко. Высокие частоты несут информацию о приповерхностной части разреза, а низкие — о глубоких горизонтах. Так мы получаем данные об электрических свойствах всего горного массива — геоэлектрический разрез.

МТ-поля вызываются:

• Взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой и ионосферой Земли (частоты менее 1 Гц). 
• Магнитными бурями — интенсивными изменениями поля (в магнитных компонентах — до многих сотен нТл), когда за первые часы напряженность резко растет, а потом несколько суток спадает.
• Полями дальних гроз (особенно тропической области). Эти поля называют атмосфериками. Они наиболее интенсивны в диапазоне от первых Гц до первых кГц. 

Разные виды метода МТЗ (их легко различить по тому, сколько времени МТ-станция собирает данные) позволяют проводить исследования в широком диапазоне глубин — от первых десятков метров до первых сотен километров.

Ищем сульфидные проводники

Рудные тела, которые хорошо проводят ток, удобно искать методом сопротивления. Он работает на разнице в проводимости тока. Рудные минералы (самородные металлы, сульфиды и окислы) и графит — хорошие проводники и полупроводники, а породообразующие минералы — плохие. Поэтому рудные тела хорошо видны на фоне вмещающих горных пород.

На электропроводность пород влияют и растворы в порах: чем больше воды и чем выше в ней концентрация ионов, тем выше электропроводность, поэтому важно получить данные о минерализации подземных вод.

Ищем вкрапленные руды

Для поиска и разведки вкрапленных руд метода сопротивления мало — их электропроводность не отличается от электропроводности вмещающих пород. Зато вкрапленные руды поляризуются. Чтобы их отыскать, метод сопротивления дополняют методом вызванной поляризации. Он измеряет способность горных пород сохранять электрический заряд при пропускании электрического тока. 

Часто вкрапленность сульфидных минералов (пирита, пирротина) сопровождает образование месторождения золота. Сами частицы золота даже в месторождениях слишком малы и рассеяны, чтобы мы могли их «увидеть» в поле вызванной поляризации. А скопления пирита или пирротина, с которыми  золото может быть связано,  можно заметить по аномалиям ВП.

Ищем аномалии в плане и в разрезе

Для изучения электрических и поляризационных свойств горных пород и руд используют разные установки — профилирование, зондирование и электротомографию.

Увидеть аномалии повышенного или пониженного удельного сопротивления, позволяет электропрофилирование. Оно выполняется с зафиксированным положением источника тока и приемника относительно друг друга, поэтому глубина исследований остается одинаковой. Например, при длине питающей линии 200 м, мы получаем отклик с глубины 30–40 м. Этот метод недорогой и подходит для поисковой стадии.

Изучать, как меняется удельное электрическое сопротивление пород с глубиной, можно электрозондированиями. Чтобы получить отклик с большей глубины, мы меняем расстояние между источником тока и приемником: тогда токовые линии проникают глубже. 

Электрозондированиями исследуют горизонтально-слоистые среды, но для изучения субвертикальных рудных тел или тел с крутопадающими границами они не подходят. Для таких разрезов лучше использовать рудную электротомографию — она позволяет выявить в разрезе неоднородности и по горизонтали, и по вертикали.

Изучаем каменистые территории

Когда хороших условий для заземления электродов нет — территория покрыта каменистыми осыпями или курумами — на помощь приходят электромагнитные исследования. Они основаны на электромагнитной индукции и позволяют проводить съемку без заземления электродов.

Вот как проходят измерения: 

1. Располагаем на земле петлю и подключаем к ней источник переменного тока.
2. При включении и выключении тока в петле меняется магнитное поле.
3. Переменное магнитное поле создает вторичное электрическое поле.
4. Вторичное электрическое поле вызывает вторичное магнитное поле.
5. Время после выключения электрического тока в петле определяет глубину проникновения электромагнитного поля, чем больше время — тем больше глубина.

В участках, где есть электрические проводники, например массивная сульфидная руда, от вторичного электрического поля возникает электрический ток (закон Ома), что дает интенсивную ЭМ-аномалию.

Не забудьте проконсультироваться

Обойтись лишь одним геофизическим методом можно только в очень редких случаях, например при поиске железистых кварцитов — тогда достаточно одной магниторазведки.

Вот сводная таблица, где каждому типу месторождения подобраны геофизические методы. А прежде чем утверждать комплекс окончательно, обращайтесь за консультацией к геофизику.